毛治國(Chi-Kuo Mao)
毛治國(Chi-Kuo Mao)

毛治國為美國麻省理工學院博士。工作經歷涵蓋學、官、產三 界:曾任交通大學教授、系主任、院長;交通部主任秘書、觀光局 長、高鐵籌備處長、交通部次長等職務。另於 2000 年擔任中華 電信董事長,2008 年出任交通部長,2012年擔任行政院副院長,2013年底擔任行政院院長,2015年2月退休。 目前為國立陽明交通大學終身榮譽教授。 官方網站:https://www.ckmao.pro

複雜系統的自組織特性2:常變循環(催生自組織系統理論 五之三)

任何因緣成果系統,只要它所處的環境會間歇性出現巨變,系統就會改變它的結構與功能(有時還包括系統元素的增減,例如內共生現象(Sagan, 1967; Zachar et al., 2018))來適應環境。所以任何因緣成果系統必然是常變循環系統;而常變循環現象反映出自組織系統的演化是一種適應環境的行為,見圖1。由於這種適應行為是循環性發生,所以我們把常變循環英譯為cyclic adaptation。
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常變循環(Cyclic Adaptation)

常變循環是自組織系統適應環境的現象

任何因緣成果系統,只要它所處的環境會間歇性出現巨變,系統就會改變它的結構與功能(有時還包括系統元素的增減,例如內共生現象(Sagan, 1967; Zachar et al., 2018))來適應環境。所以任何因緣成果系統必然是常變循環系統;而常變循環現象反映出自組織系統的演化是一種適應環境的行為,見圖1。由於這種適應行為是循環性發生,所以我們把常變循環英譯為cyclic adaptation。

遠離平衡態 (far from equilibrium condition)的社會科學意義:

在複雜系統科學,尤其是耗散結構的文獻中,「遠離平衡態」(Prigogine and Nicolis. 1977; Anderson, 1999)是很重要的一個名詞,而「遠離平衡態是相變前提條件」也是一條最重要定律性的法則。但對社會學者來說,這些說法卻引發兩個難解困惑,甚至導致誤解。

首先,由於「遠離平衡態」中的「平衡態」是個物理學用語,加上「遠離」這個形容詞的抽象性(究竟「多遠」才算「遠離」),因此這些說法的社會科學意義如果不能講清楚,就會使人對它們只能不求甚解、一字不敢改地當「教條」來誦讀,應用上就更會膠柱鼓瑟,不得要領。

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組織變革(organization planned change)理論鼻祖盧文(Kurt Lewin)提出「解凍、變革、回凍 (unfreeze, change, refreeze)」的變革過程三部曲(Lewin, 1947),清楚點出:任何變革都是通過打破系統現況(present state)將它轉型再造,帶入來況(future state)的過程;但改變現況必然遭遇來自現況的阻力(這是施加作用力必然引發反作用力的道理),這種阻力的來源就是捍衛現況「平衡態」的慣性(inertia)。有鑑於此,盧文就提出:要進行變革必須預期阻力的出現;也因此在進行「變革(二部曲)」之前必須先進行化解阻力的「解凍(首部曲)」工作。因此,盧文的「解凍」概念(把如同「凍結」狀態的現況,將它破冰)其實就是將系統帶向「遠離平衡態」的白話翻譯(如同用「新陳代謝」來翻譯「吸收負熵」的說法)。根據這個認識,「遠離平衡態是相變前提條件」這句話的白話意義就是:唯有運用「解凍(首部曲)」策略先打破系統慣性所維持的平衡態,才能使系統進入可執行「變革(二部曲)」的成熟狀態。經過這種解讀,社會學者才能「得意忘言」不再「以辭害義」無法自信而精確地引用複雜科學原理來印證與深化社會科學的理論。

舉例,歷代歷朝的中興變法,也都必須先克服來自現況的各種阻力,否則就必難有成。張居正記取王安石變法失敗的教訓,在推動變法前就先推出考成制度進行吏治的整頓,再造出一個有紀律與效率的文官系統,作為執行新法的有效工具;所以他的變法成效得以讓明朝的命祚又延長了好幾十年。因此,在社會科學領域,只要掌握住「變革的前提必須先化解來自現況的『抗變』阻力,才能把系統帶向『求變』狀態」這句白話,就可擱置「遠離平衡態」這套拗口說法,不用再去揪心它的文義。

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其次,「遠離平衡態」這句話造成的另一個誤解是:因複雜科學過於片面強調系統「應變態」,導致人們誤認「應變態」就是自組織系統的恆久性「常態」因而深陷認知的泥淖難以自拔。以下討論這一問題。

複雜系統科學的發軔是對傳統科研「僅著重平衡常態,而把『非平衡』狀態視為不值得注意的例外」的認知下,所形成科研盲點的一種反思

在這種背景下,複雜科學反過來注重長期被人忽視的「非平衡」狀態,並將它視為系統發生轉化蛻變的契機,強調它才是系統科學真正有趣的重點。採取這種研究立場與態度,對複雜科學來說,自有它的充足理由;但是作為複雜科研成果應用者的社會科學工作者,卻必須認識到在應用這套「有立場」的理論時,自己還需把未納入它的視野,被它忽略掉的「自組織平衡常態」的相關規律,自行予以補充,才能建構出全面而完整的世界觀(毛治國,2018)。

以上見解並非厚誣複雜科學的科研成果,而是提醒應用者注意「自組織常態」因非複雜科學的研究興趣所在,常常就予忽略;而對應用者來說,系統常態反而是日常必須時刻面對的系統狀態,應變態反而只是間歇出現、歷時相對較短的「一時性」系統狀態。換句話說,社會科學家如果要把自組織系統理論當作認識論與世界觀的基礎,就必須清楚認知:複雜理論雖然幾乎不談自組織系統常態下的運作規律,全部聚焦在系統應變時的「遠離平衡態」,但是相對於平衡的常態,「遠離平衡態」只是一種特殊的異常狀態;因此,我們在應用複雜理論時必須平衡觀照系統的常態與變態,並把制約這兩種狀態的基本規律予以一併理解,唯有這樣才能做到「守常有道、應變有方」,做好全面性的組織管理工作。這也是我們把「常變」並稱,並強調它們是循環接替發生的自組織系統狀態的原因。


從古生物史中認識自組織常變循環現象
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要理解自組織系統常變循環的節奏與頻率,探討生物演化與地球生態環境變遷關係的古生物史,可提供許多客觀訊息。地球生態環境是所有生物的共同外緣,這一外緣會間歇發生諸如:板塊漂移(plate tectonics)、冰河期循環(ice age cycles)、大洪水 (floods)、大規模火山與地震活動(volcanisms、earth quakes)、隕石撞擊 (meteoritic impacts)等,這些稱為地質史的極端事件(extreme events)往往會導致一次性或週期性的氣候變遷,並引發局部性甚至全球性的生物集群滅絕(Extinction of biological clusters)。這類間歇發生的災變,在相對短時期內每每會造成高達80–90%的生物集群大量滅絕,不過也一次次為劫後餘生物種的復甦以及新物種的誕生與發展,創造了嶄新的有利條件與契機(Dole, 1965; De Duve, 1995; Mao & Chang, 2020)。

另外演化生物學家則根據出土化石的演化特徵,提出間歇性平衡(punctuated equilibrium)( Gersick, 1991; De Boer et al., 1994)的理論,認為生物演化是由一段段漫長(只有微小漸變)的穩定階段,加上居間驟然出現一段段短延時的突變分岔所交錯構成的歷程。

上述的地球史證明,自組織的世界不只是個因緣成果的世界,也是個常變循環的世界,其中相對平衡的常態與不穩定的短暫應變態,兩者的延時(duration)有極顯著的差異:前者往往以億年計,而後者則多以百萬年計(代表100:1的差距)(Eldredge, Gould, 1972)。


皮亞傑(Jean Piaget)的認知發展過程是常變循環過程

皮亞傑(Piaget, 1964)認為人的認知發展是人拿著他與環境互動的經驗,來與自己的認知結構比較,以尋求認知「平衡化(equilibration)」的一種過程。他把人類用來組織資訊、認識世界的知識單元稱為認知基模(schema);每當接收到外來新資訊時,人們就會將這筆新訊息與認知基模比對:如果能夠將它成功納入既有基模(這種結果稱為同化assimilation),那麼他的認知就處在平衡狀態;如果無法納入,那麼他的認知就會進入失衡狀態(cognitive dissonance),並引發情緒焦慮;一直要到認知基模經過調整修正,能夠將新資訊妥適納入新架構時(這種結果稱為包容accommodation),認知狀態才會重新恢復平衡,而焦慮情緒也才會解除。

換句話說,皮亞傑認為認知發展是在人與環境互動基礎上,使認知基模不斷複雜化的過程;又由於認知基模可發展成一個層層套疊的結構,因此認知發展的平衡化過程,就包括(1)同化與包容作用間的連結,(2)認知基模子系統之間的平衡化,以及(3)個體基模與整體總基模間的平衡化等三個面向。而從自組織觀點,皮亞傑同化過程下的系統相當於處於常態,而包容過程下的系統則相當於進入應變態(涉及既有基模的改變),而同化與包容交替發生的認知平衡化過程也就是一種常變循環過程。

皮亞傑的認知發展理論也可套用自組織系統規律來理解的事實,反映出自組織系統理論的普適性,亦即:從有形(tangible)的自然、生物、社會系統,到無形(intangible)的認知系統都是它的適用範圍。


自組織系統常、變兩態所遵循的行為規律有何不同(對於常變兩態,以下行文分別用守常態與應變態來稱呼):

自組織系統在守常態情況下,貫徹的是自強律所要維持的系統自穩定性(self-stability)。生物所發展的免疫系統就是守常態的重要把關者:為了維護生物的身理健康,它會把侵入體內會引發疾病的有害異物(含病毒、細菌、寄生蟲等)予以識別並驅除。此外生物還發展出自動控制機制來維持生理狀態的恆定(homeostasis):體溫高了會自發排汗降溫,跑步、爬坡耗氧增加會自發加速呼吸以補充更多氧氣,口渴了會找水喝,空腹了會找東西吃…。歸納來說,守常態自組織系統的行為特徵就是:把系統偏離預設常模(norm)的「異常」狀態,根據「損有餘、補不足」(語出《老子》:超過的壓低、不足的提高)的負反饋(negative feedback)機制,將它們恢復正常。這種用「損有餘、補不足」的負反饋機制來維持系統的自穩定性的規律,稱為自組織系統的守常律 (rule of self-stability) (毛治國,2018)。

相對的,當進入應變態時,系統就必須顛覆既有的穩定性使它「遠離平衡」,使系統元素的結構與功能關係再度進入可被解構、重組的狀態,以便建構出一個可與新環境重新和合的新系統。而為了達到顛覆穩定性,使系統遠離平衡的目的,應變態的驅動力來自「損不足、補有餘(不足的更壓低、有餘的更加多)」具有變本加厲、反其道而行性質的正反饋(positive feedback)機制。

從守常態進入應變態,制約系統行為的機制必須從負反饋翻轉成正反饋,這是一種相當於開車「從正檔轉換為倒檔」的「換檔」行為。在自然界最有趣的相關例子是稱為網柱黏菌(dictyostelium purpureum)的生態。研究發現:它們在食物豐沛的環境中,是以無拘束的單細胞變形蟲形式生存;但當食物來源變少時,它們會發出某種費洛蒙(pheromones)訊號,以幾十萬隻的規模聚集在一起,形成有特化分工的多細胞體;而當環境再進一步惡化時,它們索性變形成為孢子植物,以犧牲大群體生命的方式,成就少數成為孢子個體的生存,讓它們隨風飄向食物不虞匱乏的遠方落腳,然後再度回到單細胞變形蟲的形式,繼續繁衍族群(Prigogine& Stengers, 1984)。


相對於守常態追求自穩定性,應變態追求的是泛穩定性 (meta-stability)

自組織系統守常態以維穩為目標,利用各種負反饋機制,來維持系統狀態的「自穩定性」。但自組織系統對於某一時期百般呵護的特定自穩定系統結構,在環境發生變化不再能夠維護它的繼續存在時,它就會啟動「損不足、補有餘」的正反饋機制來自我顛覆,去追求在新環境中可繼續存活、擁有新結構的新系統。這種不以特定結構形式為捍衛對象,只以個體能否繼續生存為目標的適應環境的應變行為,追求的就是系統的泛穩定性,這種行為規律稱為應變律 (rule of meta-stability) (毛治國,2018)。


用常變循環原理認識世界(管理觀點)

常變循環原理讓我們看清了自組織系統生命歷程的縱剖面

因緣成果原理使我們看到自組織系統的全面性與整體性的特徵,所以將它稱為自組織第一原理。而常變循環原理則展開了自組織系統由演化軌跡所譜寫生命歷程的縱剖面,放大了更替循環的守常態與應變態的特徵,所以我們將它稱為自組織第二原理(毛治國,2018)。

常變循環原理在企業領域的主要啟發在居安思危的戰略思維

對於環境的恆變性,有人用VUCA (volatility, uncertainty, complexity, ambiguity)來形容,這其實也是自組織世界是個常變循環世界的基本背景;在這種外緣條件下,企業經營者就必須隨時懷抱憂患意識,以不要當「一代」拳王作為警惕。而為了不使自己的企業生命隨著產品生命週期的結束而一起結束,就必須設法發展出生命週期(產品的生、長、盛、衰階段)不相重疊的多產品組合(product portfolio),來延長企業的生命週期,不使出現危機。這也就是企業必須不斷創造生命「第二曲線」的戰略思維。


參考文獻

毛治國,(2018)。管理。 新竹:國立交通大學出版社.

Anderson, P. (1999). Perspective: Complexity Theory and Organization Science. Organization Science, 10(3), 216–232.

De Boer, J., Derrida, B., Flyvbjerg, H., Jackson, A. D., & Wettig, T. (1994). Simple model of self-organized biological evolution. Physical Review Letters, 73(6): 906.

De Duve, C. (1995). Vital Dust: The Origin and Evolution of Life on Earth. New York: Basic Books.

Dole, M. (1965). The Natural History of Oxygen. The Journal of General Physiology, 49(1), 5–27.

Eldredge, N. and S. J. Gould (1972). “Punctuated equilibria: an alternative to phyletic gradualism” In T.J.M. Schopf, ed., Models in Paleobiology. San Francisco: Freeman Cooper. pp. 82–115.

Gersick, C.J.G. (1991) ‘Revolutionary Change Theories: A Multilevel Exploration of the Punctuated Equilibrium Paradigm’. Academy of Management Review, 16(1), 10–36.

Lewin, K. (1947). Frontiers in Group Dynamics: Concept, Method and Reality in Social Science; Social Equilibria and Social Change. Human Relations, 1: 5–41.

Mao, C.K. & Chang, E.M. (2020), Evolution of Life: a Conditional Causality Phenomenon. World Complexity Science Academy Journal 1(3), 1–12.

Piaget, J. (1964). Cognitive Development in Children: Piaget. Journal of Research in Science Teaching, 2(3), 176–186.

Prigogine, I. & I. Stengers (1984). Order out of Chaos: Man’s New Dialogue with Nature. Bantam New Age Books.

Sagan, L. (1967). On the Origin of Mitosing Cells. Journal of Theoretical Biology, 14(3), 225–226.

Zachar, I., Szilágyi, A., Számadó, S., & Szathmáry, E. (2018). Farming the mitochondrial ancestor as a model of endosymbiotic establishment by natural selection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(7), 1504–1510.


本文作者:毛治國

官方網站:https://www.ckmao.pro

Dr. Chi-Kuo Mao


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