協同學理論的基本思想

協同學是一種巨系統理論，它處理的是由數目極大的子系統構成的系統，這些子系統可以是各種各樣的，如電子、原子、分子、細胞、神經元、力學元素、光子、器官、動物、人、工廠等；組分極多、規模巨大，可能造成組分之間複雜的聯絡方式，產生系統整體行為的複雜性。哈肯教授發展協同學的目的是：“建立一種用統一的觀點去處理複雜系統的概念和方法”。

協同學認為在我們日常生活的尺度上，世界的統一性不僅在於它們微觀構成的單一性，而且表現在宏觀結構的形成遵從某些普適的規律。

哈肯對於平衡相變或者非平衡相變的研究發現，系統在相變前所以處於無序均勻態，是由於組成系統的大量子系統沒有形成合作關係，各行其是，雜亂無章，不可能產生整體的新質；

而一旦系統被拖到相變臨界點，這些子系統彷彿得到某種“精靈”的指導，迅速建立起合作關係，以很有組織性的方式協同行動，從而導致系統宏觀性質的突變。兩種相變都是系統微觀組分集體運動的結果，都是合作效應。

協同學就是關於多組分系統如何透過子系統的協同行動而導致結構有序演化的自組織理論。

哈肯教授經過研究發現，對於一個複雜系統來說，儘管其變數可能成千上萬，影響事物發展的因素也可能不可勝數，但是仔細分析起來，這些變數在系統狀態臨界點時的情況和作用是不同的。

一類變數是阻尼大、衰減快的快變數，也叫快變參量，這些變數雖然數目眾多，但是對系統狀態變化的程序影響不大。

另一類變數是無阻尼、衰減慢的慢變數，也叫作慢變參量。

這類變數雖然數目很少（一個或幾個），但是能夠決定系統狀態的演化程序。

這些慢變數實際上就是序參量。

當系統處於完全無序的狀態時，該系統的序參量為零，隨著系統內外條件的變化，序參量也發生變化，當系統達到臨界點時，序參量急劇增加到最大值，這時系統就形成了一個有序的結構。

這樣看來，決定系統狀態的一個重要因素就是該系統的序參量。

有時系統的若干序參量之間發生激烈的競爭，結果出現幾種不同的情況：

一種情況是一個序參量獲得勝利因而獨立規定系統的宏觀結構；

另一種情況是幾個序參量共同規定系統的宏觀結構。

也就是說，系統的宏觀變化狀態即從無序到有序的程序取決於序參量之間的競爭與協同。

在複雜的多元系統中，由於子系統間的協同作用，會產生具有一定功能的有序的自組織，在這裡協同是有序的原因，有序是協同的結果，兩者相互作用、辯證發展，使得系統越加向著有序化的方向演化直到形成穩定的動態結構。

由此可見，協同是表徵系統內部各要素或子系統之間相互作用的一種特殊方式；而有序則表示了系統形成結構的趨勢及結構穩定性的程度。

這種協同和有序，正是依賴於各系統內部諸要素（或諸子系統）之間以及系統與環境之間的聯絡、反饋和控制來實現的。

哈肯教授在談到宏觀變化、序參量及協同原理（伺服原理）時指出：“在很多情況下，當外部條件改變時，系統將改變自己的宏觀狀態。”

例如在物理學領域中，可以選擇能流或物質流透過某一系統，在經濟領域中可以引入種種革新、改革措施，在生態領域中可以改變氣候或汙染，在社會文化領域中的新思潮、新觀念的出現，都可能使系統（物理、經濟、生態、社會等系統）改變自己的宏觀狀態。

哈肯認為“當描寫外部條件的引數接近某些臨界值時，甚至它的極其微小的變化都會引起整個系統的巨大變化”。

如在物理學中，無序的燈光非常突然地被完全有序的鐳射所代替，或在經濟領域中，價格的變化會導致一種新產品的出現或另一種產品的消失。

哈肯教授在研究中發現，在很多情況下，系統行為發生巨大改變的機制是這樣的：在給定的外界條件下，系統的各個部分處於一定的穩定構型或穩恆運動之中，這也許是靜態的構型或是定常振動。這樣的構型或行為模式通常是穩定的，能夠抵抗系統所受的微小擾動。

換言之，一旦微擾消除，系統的各個部分將恢復到自己原來的狀態，或者當微擾持續存在時，它們的狀態只有微小的變化。

但當系統處於外界引數的臨界值時，這種穩定性便喪失了。這時，整個系統將尋求一種新的整體構型或其各部分的新的集體運動。

哈肯教授指出：“系統達到新的宏觀狀態的方式看起來是一種相當普遍的性質。

由於內部漲落的作用，系統總是嘗試著不同的構型或‘模式’。

於是，不同的模式便處於競爭的狀態中，而最終只有一種或少數幾種佔據了上風。

又由於可用精確的數學形式來描述，在競爭中獲勝的模式就完全規定了子系統的行為。”

在外界參量改變時，對系統自身變化方式的描述可以在兩個不同的層次上進行。

在宏觀層次上出現的是標誌系統整體序的集體模式，描寫這些集體模式的量稱為序參量。

這樣的序參量可以是物質的，如物理波的振幅，也可以是非物質的，如描述特定構型（模式）的概念或符號。

此外，這些序參量一旦建立起來，它們便規定了子系統的行為，或者用一個專門術語來說，它們役使著微觀層次上的子系統。

“役使只是用於描述給定的一種宏觀序與個體行為之間的某種確定的關係。……序參量與個體行為是互為條件的。……序參量與受役系統的區別意味著變數或自由度數目的大量減少。”