可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的內(nèi)在機理及解讀-2019年文檔

1、可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的內(nèi)在機理及解讀 一、引言 生存和發(fā)展是人類社會永恒的主題， 二者辯證統(tǒng)一即為可持 續(xù)發(fā)展， 自從可持續(xù)發(fā)展的概念提出以來， 雖然不同的學(xué)科從不 同的角度對它進行理解， 但在研究具體問題上大都采用系統(tǒng)論的 方法，也就是將人類生存和發(fā)展所依賴的物質(zhì)生活環(huán)境當(dāng)作一個 大系統(tǒng)來研究，進而提出 SPER啄統(tǒng)，即社會、人口、環(huán)境、資 源、經(jīng)濟五個子系統(tǒng)要素，一旦這五大子系統(tǒng)間相互協(xié)調(diào)，既可 認(rèn)為人類生存系統(tǒng)是和諧的、是可持續(xù)發(fā)展的。因此，測試一個 經(jīng)濟社會是否是可持續(xù)發(fā)展就轉(zhuǎn)化為對其各個子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào) 度（或協(xié)調(diào)系數(shù)等相似的概念）的定量分析上，人們對可持續(xù)發(fā) 展協(xié)調(diào)度如此關(guān)注， 應(yīng)該

2、始于人們對協(xié)調(diào)性與可持續(xù)性這兩個概 念相似性的理解上， 反映了人們嘗試從測度協(xié)調(diào)度入手來測度可 持續(xù)發(fā)展能力的想法。 二、可持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)度的特點及內(nèi)涵 系統(tǒng)論的引入為研究人類社會可持續(xù)發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)， 同時也為建立各種數(shù)學(xué)模型以判別各子系統(tǒng)之間彼此協(xié)調(diào)程度 奠定了理論基礎(chǔ)。對協(xié)調(diào)度的研究專題性、應(yīng)用性很強，研究的 層次也有很大的不同， 通常是與可持續(xù)發(fā)展的某個實際問題的研 究結(jié)合在一起， 例如，有學(xué)者將子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度定義為 W（i ， j ）=minW（i/j ）， w（j/i ）/maxW（i/j ）， w（j/i ） ，其 中 W（ i ，j ）是兩子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度， W（i/j

3、）是 i 系統(tǒng)對于 j 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度， w（ j/i ）是 j 系統(tǒng)對于 i 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度；還 有學(xué)者將協(xié)調(diào)度定義為 C=X+Y/,其中X、Y分別是兩子系統(tǒng)的變 化率（ %），當(dāng)然還有其它文獻不同的計算方法等。但無論采取 哪種計算方法，所計算出的協(xié)調(diào)度系數(shù)都具有兩大特點：其一， 系數(shù)值都是在一個固定的閉區(qū)間上來回波動的實數(shù)， 其二，在閉 區(qū)間內(nèi)取值越大， 說明系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度越高， 反之則系統(tǒng)的協(xié)調(diào) 程度越低。當(dāng)協(xié)調(diào)度系數(shù)達(dá)到最大值時，說明系統(tǒng)完全協(xié)調(diào)，當(dāng) 協(xié)調(diào)度系數(shù)達(dá)到最小值時， 說明系統(tǒng)完全不協(xié)調(diào)。 當(dāng)然，“協(xié)調(diào)” 與“不協(xié)調(diào)”只是一個內(nèi)涵明確而外延不明確的模糊概念。 在將人類生存的物質(zhì)

4、環(huán)境作為一個大系統(tǒng)來研究時， 協(xié)調(diào)度 公式 C=X+Y（/ 公式 1）就具有典型的代表性，該公式雖然形式簡 單，但其內(nèi)涵卻十分豐富，在此借助構(gòu)建圖譜的形式加以解讀。 因X、Y都是一個相對數(shù)，因此借助于輔助線和單位圓構(gòu)圖如圖 1 所示， 圖 1 子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)發(fā)展圖譜 在單位圓上任取一點 A，則其在坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)為 A（ X, Y）， 過A點向X軸引垂線AB,連接OA這樣便構(gòu)成一個直角三角形 OAB設(shè)0A與X軸的正半軸夾角為 a，可將公式C=X+Y進行變 形： C=X+Y/=X/+Y/=W1+W2=coa +sin a =si n （a +n /4 ）（公式 2），其取值范圍為閉區(qū)間 -1.41

5、4 ，1.414 。其中 W1=cosa 是 一子系統(tǒng)對協(xié)調(diào)系數(shù)的貢獻，W2=sin a是另一子系統(tǒng)對協(xié)調(diào)系 數(shù)的貢獻，其取值范圍均為閉區(qū)間 -1 ， 1 ，其絕對值大小反映 著子系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的協(xié)調(diào)程度，取值為正則是正向協(xié)調(diào)， 取值為負(fù)則是逆向協(xié)調(diào)?，F(xiàn)在將 W1 W2及 C畫在同一坐標(biāo)系內(nèi) 便構(gòu)成圖譜二，稱之為子系統(tǒng)共振協(xié)調(diào)圖譜。 圖 2 子系統(tǒng)共振協(xié)調(diào)圖譜 圖 2 是公式( 2)的直觀反映，其中協(xié)調(diào)系數(shù)實曲線是由 W1=cosa 、W2=sina 兩曲線迭加合成，從公式( 2)還容易算出 兩子系統(tǒng)分別對協(xié)調(diào)系數(shù)的貢獻率。 之所以稱其為振動圖譜， 是 因為協(xié)調(diào)系數(shù)公式C=s in (a

6、+ n /4 )這種形式完全“符合”彈 性振動的標(biāo)準(zhǔn)方程， 為下面進一步解讀奠定了基礎(chǔ)。 共振圖譜二 更為直觀地描述了兩子系統(tǒng)發(fā)展的各種可能格局以及彼此迭加 情況，更容易分析兩子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的各種狀況， 其特點為：( 1) 在I、口、山、及啞區(qū)，協(xié)調(diào)系數(shù)曲線都是在橫軸的上方，此時 要么兩子系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展， 要么其中一系統(tǒng)的退化能夠被另一系統(tǒng) 的強勁發(fā)展所彌補，比如在I區(qū)雖然 W1所代表的子系統(tǒng)其內(nèi)部 協(xié)調(diào)性在逐步退化，但以 W2所代表的子系統(tǒng)其內(nèi)部協(xié)調(diào)性在逐 步增強，并且其增強的趨勢要大于退化的趨勢，因此，最后的綜 合協(xié)調(diào)度還是在逐步上升；相反，在區(qū)協(xié)調(diào)系數(shù) 曲線都是運行在橫軸的下方， 此時要么

7、兩子系統(tǒng)協(xié)同退化， 要么 一系統(tǒng)的強勁發(fā)展態(tài)勢也不足以彌補另一系統(tǒng)的退化因而也帶 動不了總體系統(tǒng)的進步， 因此， 處于橫軸上方的發(fā)展趨勢總是優(yōu) 于橫軸下方的發(fā)展態(tài)勢；(2)以過T=5n /4處畫一對稱軸，可 以很直觀地看出左右兩側(cè)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢完全不同， 左側(cè)是兩子系 統(tǒng)隨著時間的推移彼此由最為協(xié)調(diào)走向最不協(xié)調(diào)發(fā)展的各種格 局，而右側(cè)則是由最不協(xié)調(diào)經(jīng)過調(diào)整逐漸走向最為協(xié)調(diào)的各種發(fā) 展格局，而調(diào)整的過程則是兩兩同向加強、 異向此消彼長的過程。 從圖譜二上還可以看出： W1、W2 C的取值都是在閉區(qū)間 上來回波動的實數(shù)，可正可負(fù)，其中W1、W2反映的是子系統(tǒng) 內(nèi)部各要素的協(xié)調(diào)狀況， 取值為正且越大說

8、明子系統(tǒng)內(nèi)部各要素 的協(xié)調(diào)程度越好， 內(nèi)耗越??； 反之則反是。 例如，如果人口規(guī)模、 人口素質(zhì)及人口結(jié)構(gòu)彼此協(xié)調(diào)， 則反映人口子系統(tǒng)的 W值就會正 向增大，反之則會減??；C反映的是兩子系統(tǒng)間彼此協(xié)調(diào)程度高 低的指標(biāo)，其取值為正且越大，說明兩子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)性越好， 內(nèi)耗較小，表明資源開發(fā)利用的程度也越高，反之則反是。 從公式 W1= coa、W2=sin a 以及 C=sin ( a + n 14 )來看， 它們都“符合”彈性振動系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的方程形式， 而且都具有可迭 加性。兩列機械波相遇時，波峰遇波峰就可得到更高的波峰，相 反，波谷遇波谷就會得到更低的波谷，波峰遇波谷則會停滯。據(jù) 此，可將人類生

9、存大系統(tǒng)作為一個“彈性振動”系統(tǒng)來研究， 追 求人類生存大系統(tǒng)是否和諧的過程也就是看這些子系統(tǒng)之間能 否“和諧共振”的過程， 若各個子系統(tǒng)都協(xié)調(diào)正向變化， 則會產(chǎn) 生正向的“共振”波， 此時反映各子系統(tǒng)有效利用能量較高、 內(nèi) 耗較小，走的是可持續(xù)發(fā)展的路子；反之，則內(nèi)耗較大，資源利 用程度較小，走的是非可持續(xù)發(fā)展的路子。當(dāng)然，簡諧振動只是 理想化的模式，在實際振動過程中，振動系統(tǒng)最初所獲得的能量 因要不斷克服阻尼作功而逐漸減少，因而振動強度也會逐漸衰 減，振幅也就越來越小，以致于最后振動停止。這種振幅（能量） 隨時間而減小的振動稱為阻尼振動。事實上人類生存大環(huán)境也是 一個極其復(fù)雜的“阻尼振動”

10、系統(tǒng)， 這種“阻尼”來自于子系統(tǒng) 與子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的不協(xié)調(diào)上。因此“阻 尼性”與“協(xié)調(diào)性”彼此相向， 假設(shè)分配給當(dāng)代人的資源是有限 的、一定的，則人們在開發(fā)利用過程中這種“阻尼”越大則資源 耗散的速度也就越快，能源衰竭點也就來得越早。因此可以說， 人類生存大系統(tǒng)的“協(xié)調(diào)振動”以及能源衰竭過程也完全“符 合”阻尼振動的能量衰竭過程。三、熵定律視野中的可 待續(xù)發(fā)展 再轉(zhuǎn)換到物理學(xué)中的熱力學(xué)定律來認(rèn)識可持續(xù)發(fā)展問題，熱 力學(xué)第一定律指出：能量守恒，物質(zhì)不滅，它們不能被創(chuàng)造、消 滅，而只能轉(zhuǎn)化成其它形式；熱力學(xué)第二定律指出：能量的轉(zhuǎn)化 是有方向性的，即能量只能沿著熵耗散的方向轉(zhuǎn)化，

11、即只能從有 效能量轉(zhuǎn)化為無效能量，從能量較高的集中程度轉(zhuǎn)化為較低的集 中程度，每當(dāng)能量從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)化到另一種狀態(tài)時，就會有一定 的有效能量被耗散掉，被轉(zhuǎn)化成了不能再做功的無效能量。 而自 然界中的這部分無效能量的總和被稱為熵，由于熱力學(xué)第二定律 研究的是能量轉(zhuǎn)化問題，所以它也被稱為熵定律，可概括為：一 個封閉系統(tǒng)的熵總是趨向增大， 因此， 該定律也可稱為熵增加原 理。由于自然界中實際的自發(fā)過程都是不可逆過程， 所以根據(jù)熵 增加原理， 可以進一步說， 在封閉系統(tǒng)中的自發(fā)過程總是朝向熵 增加的方向進行的。 熵定律給我們的啟示是， 人類社會正在進行 它本身的“生命過程”， 人類傳統(tǒng)發(fā)展方式的熵增速度

12、太快， 在 地球系統(tǒng)封閉的條件下， 我們必須控制這個速度， 也就是必須對 人類自身規(guī)模、 生活方式以及地球資源利用等方面做出重大的調(diào) 整，既必須推行可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略， 這實際上也構(gòu)成了可持續(xù)發(fā) 展實踐的理論基礎(chǔ) 3 。從熵定律的角度看，單純地追求物質(zhì)財 富的增長不過是對地球上有效能量的轉(zhuǎn)化、 交換或排除而已。 所 以經(jīng)濟發(fā)展不是越快越好， 從這個意義上講， 實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn) 略，雖然不能改變熵變化的方向，但可以影響熵變化的速度，可 持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的核心就是對這種熵變化速度的選擇上。 而系統(tǒng)之 間的協(xié)調(diào)度恰恰與熵變化速度呈逆向關(guān)系， 協(xié)調(diào)度越大則熵增速 度越小，反之則越大。 四、振動圖譜與熵耗散圖

13、的構(gòu)建 基于將人類生存大環(huán)境可作為一個綜合“彈性振動”系統(tǒng) 思考，同時再結(jié)合熵定律對可持續(xù)發(fā)展的啟示便構(gòu)建一個振動圖 譜與熵耗散圖， 以此進一步理解可持續(xù)發(fā)展的深刻內(nèi)涵以及可持 續(xù)發(fā)展能力的判斷上， 首先提出一個假設(shè)前提： 目前對可持續(xù)發(fā) 展的概念最為權(quán)威的解釋還是“可持續(xù)發(fā)展是既滿足當(dāng)代人的 需求，又不對后代人滿足其需求的能力構(gòu)成危害的發(fā)展”， 定義 中有一個隱含的條件， 那就是當(dāng)代人在消耗當(dāng)代人所應(yīng)得的資源 的時候， 不要去透支后代人應(yīng)該得到的本應(yīng)屬于他們的資源， 這 就是所謂的代際公平性問題。 因為在后代人未問世之前， 他們那 份資源的“所有權(quán)”雖然屬于他們， 但支配權(quán)卻完全篡在當(dāng)代人

14、手中。因此我們不妨假設(shè)有一位與已利益毫不相干的局外人， 將 地球上的所有資源公平地分成若干等份 （因為地球上的資源尤其 是不可再生資源是有限的， 而對于可再生資源則要保證消耗的速 度要小于可再生速度，只有這樣才能保證代際間的公平性），每 一代人都得到屬于他們自己的那一等份。 將這等份的資源作為一 個“能爆點”置于圖譜中， 那么可持續(xù)發(fā)展問題就轉(zhuǎn)化為如何對 這份等量的“能爆點”合理地開發(fā)和利用了， 在此結(jié)合子系統(tǒng)之 間的協(xié)調(diào)度便構(gòu)圖如下： 圖 3 振動圖譜與熵耗散圖 對圖 3 的解釋說明：（ 1）圖中 t0 為當(dāng)代人的起點， t1 為 下代人的起點，to到t1為一代人的發(fā)展歷程。（2） 001為

15、軸線， 兩端各有一個等量的“能爆點”， 0點處屬于當(dāng)代人，用于當(dāng)代 人的開發(fā)利用； 01點處屬于下一代人的，用于下一代人的開發(fā) 利用。（3）0A=0B表明由兩子系統(tǒng)所組成的綜合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度達(dá) 到最大值，在這種起點均衡狀態(tài)下對所擁有的能爆點開發(fā)利用。 （4）AC BD曲線表明兩子系統(tǒng)隨時間推移能量衰減曲線或叫熵 增曲線。根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知：在給定的宏觀態(tài)下，系統(tǒng)的 熵與熱力學(xué)幾率的對數(shù)成正比，即 S=Kln ? （ S為系統(tǒng)熵，K為玻 耳茲曼常量， ?為微觀量子態(tài)的數(shù)目即宏觀態(tài)的熱力學(xué)幾率）。 宏觀自發(fā)的過程傾向于從概率小的宏觀態(tài)向概率大的宏觀態(tài)過 渡。宏觀概率小，熵低，意味著整齊、有序，此時

16、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度 值就大；宏觀概率大，熵高，意味著混亂、無序，此時系統(tǒng)的協(xié) 調(diào)值就小。 也就是說， 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度越大則系統(tǒng)的宏觀態(tài)幾率越 小，則系統(tǒng)的熵增就?。?反之協(xié)調(diào)度越小則系統(tǒng)的宏觀態(tài)幾率就 會增大， 則系統(tǒng)的熵增就大， 由此可以看出系統(tǒng)的宏觀態(tài)幾率與 系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度之間成一種逆向關(guān)系：即用 ?乂（ m/C）（其中C為 子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度） 來表示， 在此就可建立系統(tǒng)熵與系統(tǒng)協(xié)調(diào)度 之間的函數(shù)關(guān)系：SK ln（ m/C），即系統(tǒng)熵與系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的對 數(shù)成反比關(guān)系。因此 AC BD這兩條曲線同時有向軸線收斂的趨 勢，并且如果兩子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度越高， 則兩條熵增曲線向內(nèi) 收斂的程度就越小， 說明資源

17、開發(fā)利用的程度越高； 反之則兩條 曲線收斂的趨勢就會加強， 說明兩子系統(tǒng)之間以及兩子系統(tǒng)與其 它子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度下降，資源的利用率較低。（5）四邊形 ABEF的面積大小表明“能爆點”0 所能釋放的全部能量總和，包 括兩部分：由兩子系統(tǒng)的熵增曲線之間所圍成的面積叫有效能 區(qū)，記作S能，剩余的由兩條熵增曲線與邊界所圍成的兩個空白 區(qū)面積之和為無效能區(qū)或稱熵增區(qū)，記作S熵，據(jù)此便構(gòu)造出一 個反映代內(nèi)可持續(xù)發(fā)展能力強弱的指數(shù)，記作R其表達(dá)式為： R=S能/S能+S熵，因為S能+S熵是一個定值，其大小等于四邊 形ABEF的面積，也就是“能爆點”0 所能釋放出的全部能量之 和，因此S能與S熵之間存在此消彼長的關(guān)系。 很容易看出R值 在閉區(qū)間0，1范圍之內(nèi)，由關(guān)系式SK ln( m/C)可知：系統(tǒng) 的協(xié)調(diào)度越大， 則熵增 S 就越小，此時兩曲線就分別向上下擴張， 則S能就增大，由公式R=S能/S能+S熵所計算的相對指數(shù)值就 越大，此時表明代內(nèi)資源利用的程度越高， 其可持續(xù)發(fā)展能力也 就越強； 反之則反是。 因此完全可