- 活着的机器和其局限性
- 开放系统的一些特征
- 生物学中的开放系统
- 开放系统和控制论
- 未解决的问题
- 结论
1.活着的机器和其局限性
目前我们可能要从哪些琐碎的问题中解答一些非常困难的难以用科学解释的问题。在一个正常组织、一个生病组织、一个已死亡组织之间的区别是什么？从物理学和化学为视角，以机械论的观点出发，这些区别是不可定义的。机械论的观点可以解释一个组织中一些列的物理化学反应、数学模型、时间次序等问题，但是它们不关心一只狗是死的还是活的。组织的一切都是由DNA决定的，所以生物组织都是一样的健康，它们只由物理和化学规则决定，没有哪一个更加健康或者正常。
毫无疑问，一个活着的组织和一个死亡的组织区别非常明显，通常我们在区分两者之间的不同时很容易。因此我们需要新的模型或者是概念来解释这种情况。于是人们尝试用活着的机器来解释这种生与死的区别。于是人们用热引擎、自我控制等等名词进行解释，至少可以解答一部分区别。虽然机械论可以做出解释，但某位科学家指出，它有三个局限性：原始机器模型、控制、组成部分之间的物质能量交换。因为要解释的情况很多，于是猫的原始机器模型是跟鹦鹉的原始机器模型不一样。这样延伸出来，基本上没有人可以为万物做出匹配的原始机器模型了。控制，作为原始机器模型，它可以通过固定的控制路径进行控制，但是生物的控制路径是存在复合的情况，这个时候在解释控制的时候就远离了本质，越来越繁琐。组成部分之间的物质和能量交换，这个通过机械论来解释就非常困难了，例如人体每经过百日自身的组成物质将会更换一次，这个在机械论来说简直是不可想象的，因为机械论是基于机械组成部分是固定不变的。
2.开放系统的一些特征
开放系统的定义是一个系统同它的环境之间存在着物质的交换和其内部构成存在着物质的生成和分解。开放系统下的动力理论是由两方面资源推动的，一个是生物物理学中活着的组织，另一个是工业化学对高效持续反应系统的进一步追求。开放系统的热力学理论被称为不可逆的热力学理论。
即便是最简单的开放系统都能展示一些显著的特征。在一定的条件下，开放系统达到一种时间无关性的状态，被称为稳定状态。稳定状态是有系统的等式和系统正在做的工作维护。无论发生什么不可逆的过程，输入和输出，分解和生成，系统组成部分仍然是常量。稳定状态表现出非常明显的控制特征。如果一个开放系统达到稳定状态，那么这个稳定状态是与初始条件无关，并且它仅有系统多个参数决定。这种在多个组织过程中发现的过程被称为同构终态。与封闭的物理化学系统相反，同样的终态可以在不同的初始条件和不同的过程下达到。当然也会存在一些错误的初始条件和过程阶段向着远离终态的方向发展，不过最终将会回到稳定终态。
通过热力学的观点，开放系统能管理它们自己在一个高度有序的组织状态。热力学第二定律是描述物理学过程的整体趋势是增加熵的方向上发展。在开放系统中，系统可能不是按照热力学第二定律表现。为什么是这样呢？开放系统同它的环境在进行着物质和能量的交换，这导致除了基本的热力学反映外，输入的物质可能会降低熵，同时输出的物质也会带走熵，当这两方面的熵和呈现于开放系统自己的熵相加是负数的时候，系统将会向着降低熵的方向上前进。
3.生物学中的开放系统
开放系统的模型适合生物学中多个领域和问题。人体作为一种开放系统，是呈现出稳定状态的。在这种稳定状态下，人体的组成物质呈现出稳定的分解和生成。大概每三个月左右，人体的组成物质会完成一次整体更换。人们常说，一分钟前的我和一分钟后的我是不一样的，这是非常符合开放系统的特征的。通过开放系统的特征，像伤筋动骨一百天是完全符合自然规律的。减肥、重大疾病的康复等等也都要遵循这种规律，以三个月作为一个阶段。
4.开放系统和控制论
这里主要是基于开放系统和控制机制的一般系统论与控制论的关系。
开放系统模型的主要基础是系统组成之间的动态交互。控制论的基本模型是反馈环，其中信息反馈的期望值被管理维护，同时还有一个反馈目标。开放系统的理论是通用动态化和热力学化的。控制论是基于反馈和信息。这两种模型都获得了很好的应用。不过，我们仍然需要区分它们和认识它们的局限性。
处于动态和热力学等式下的开放系统模型是不会通过信息交互的。从另一个方面，一个反馈系统是热力学和动态性无关的，它不会新陈代谢。在开放系统中，增加秩序和减少熵在热力学上是可能的。信息在通过负熵而定义的，因此在一个封闭的反馈机制下信息是减少的，它除了向噪声转变，从来不会增加。一个开放系统可以动态的趋向于一个高度有序的状态，它可能是以一个从低状态向高状态的过程发展。一个反馈机制通过学习也可以达到一个高度有序的状态。广义上来说，控制是基于结构而制定的，总体上来说，反馈模型是一种基于控制结构的次要控制。组织的结构是通过新陈代谢和组成部分的交换完成，在开放系统中首要的控制来自于动态。随着时间的变化，组织在发展中逐步变得机械化；然后控制和反馈相互配合。
5.未解决的问题
目前，我们还没有发现一个可以评估开放系统稳定状态的热力学准则，就像封闭系统下熵最大化的准则一样。这是第一个未解决的问题。
第二个未解决的问题是我们在这里研究的问题是建立在一个热力学的悖论上的。无论是在封闭系统下熵的最大化还是在开放系统下不可逆的热力学的变化规律，熵的存在解决为了物理过程在时间上的不可逆的问题。但是熵的函数在封闭系统和开放系统下都是与时间无关的。这需要将时间作为参数引入到系统下熵的函数中。
第三个未解决的问题确定不可逆的热力学过程与信息论之间的关系。秩序是组织的基本特征，因此它也是生物学上最基础的难题。秩序可以用负熵来衡量，这也是信息论中信息的定义。热力学过程则是一种不断增加熵的过程。这两种从定义形式上相反的两种理论关系又可以同时共存于一个系统中，这使得两者之间的关系非常微妙。
6.结论
开放系统的组织模型为无数的生命现象提供了合理的解释和数学模型，同时引领了对未来中无数难题的解决思路。原先在物理学系统的解决问题的思路都是线性的因果链，现在通过开放系统的理论，我们知道系统规则是一组内部交互和动态的过程，这极大的扩展了处理问题的思路。