通过对各种自组织现象进行实验和理论上的分析研究，普利高津在1969年发表的《结构、耗散和生命》一文中正式提出“耗散结构”理论，指出：一个远离平衡态的开放系统（力学的、物理的、化学的、生物的系统等），通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定阈值时，可能从原有的混沌无序的杂乱状态，转变为一种时间、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，称为“耗散结构”。之所以称为“耗散结构”，是因为要维持这类组织或有序结构，必须不断地对系统作功而耗散能量。通过对刻画系统相互作用的非线性微分方程的分析，普利高津得出了其多重定态解，这些解中的稳定解所对应的状态就是稳定的状态。
这样，耗散结构理论就为物质系统稳定性的由来提供了一种科学的说明，从而表明物质系统稳定性的产生和耗散结构的存在是密切相关的。
从状态上看，耗散结构的存在本身就标志着系统处于结构上的“稳定状态”。从产生条件上看，耗散结构产生的一个必要条件是开放系统，即与环境有物质、能量交换的物质系统，这也正是作为物质系统稳定性存在的必不可少的一种活动。从过程上看，耗散结构的产生过程是一种自组织形成的过程，它的形成机制在一定程度上反映了一个物质系统稳定性产生并得以保持的内在原因。
当然，物质系统的稳定性是动态的，是相对于一定范围而言的。超出这个范围，原有的稳定态就会失稳，涨落将支配系统的行为。当这种涨落被一定条件所巩固时，就会出现新的稳定态。也就是说，随着控制参量的变化，系统会经历稳定-失稳-再稳定的演化历程。在变化了的时空结构中，又会出现新的涨落。当我们对物质系统进行分析时，搞清稳定态到底是什么、有什么抗干扰性、失稳临界点在哪里等问题是非常重要的。因为这不仅关系物质系统的存在，还关系到物质系统的演化。
2）物质系统的可变性
物质系统的可变性是指所有物质系统都永恒地处于运动变化之中。
一方面，各个物质系统分别以各种各样的运动形式作为自己的存在方式；另一方面，就其本质来说，这种可变性就意味着转化。
3）运动形式的多样性
与自然物质系统的多样性和自然界层次结构的复杂性相一致，物质系统的运动形式也是多种多样的。各种运动形式都有其特殊的矛盾和特殊的规律。19世纪末，恩格斯曾根据当时科学发展的水平，把自然界的基本运动形式分为机械运动、物理运动、化学运动、生物运动四种。100多年后的今天，根据现代科学发展的水平，可以将自然界中物质系统的运动区分为六种基本形式。
（1）机械运动
机械运动是指实物的位置移动，即实物的空间状态随时间的变化。
宏观机械运动遵循牛顿力学和相对论的规律，微观机械运动遵循量子力学的规律。仅从空间状态随时间变化这一点来看，机械运动是自然界中最简单的运动形式。
（2）微观物理运动
微观物理运动是指分子层次以下的物质系统的物理变化和过程。这些系统的运动大都显示出粒子性与波动性、连续性与间断性的统一，遵从量子力学的规律。
（3）宏观物理运动
宏观物理运动是指分子层次以上属于宏观层次的物质系统的物理变化和过程。这些系统多显示出明显的粒子性、间断性的特点（虽然不是完全没有波动性及连续性）。可以用经典物理学的概念和规律加以刻画。
（4）宇观物理运动
宇观物理运动是指星系团层次以上的物质系统的物理变化和过程。
这些系统的相对论效应比较明显，符合广义相对论、星系动力学所揭示的规律。
（5）化学运动
化学运动是指由原子到分子层次的物质客体的变化和过程，包括化合、分解、氧化、还原等多种具体形式。遵循化学、量子化学规律。
（6）生命运动
生命运动是指生命系统所特有的，包括同化、异化、遗传、变异、刺激感应、高等生物的感知觉过程和思维过程等具体形式的变化和过程。
遵循生物学、分子生物学、量子生物学等学科所揭示的规律。
当然，对物质运动形式的划分还可按其他标准进行，而且随着新物质系统和新物质层次的被发现，新的运动形式还将被发现。
第三节 演化的自然界
现代科学不仅揭示了自然界物质存在的系统性和系统的层级性，同样也揭示了自然界物质存在的每一个层面都不是固定不变的，而是遵循一定的规律演化而来还将演化而去。
一、自然界演化的基本过程
根据大爆炸宇宙论，人类观测范围内的宇宙产生于约150亿年前的一次“大爆炸”。最初瞬间，宇宙按指数规律急剧“暴胀”，在约10－32秒内，增大约1050倍，并产生了夸克、轻子之类最基础的基本粒子。当宇宙时为10－6秒时，宇宙中最活跃的是进行强相互作用的基本粒子，被称为强子时代。当宇宙时为10－2秒时，宇宙的物质成分以电子、中微子、τ子、μ介子等轻子为主，被称为轻子时代。宇宙通过强子和轻子时代，产生了各种基本粒子。当宇宙时约1秒时宇宙的温度下降到1016开，光子辐射占优势，辐射阶段开始。当宇宙时为1-3分钟时，温度下降到约109开，开始进行核反应，化学元素开始形成。此后，实物密度不断增加，终于在宇宙时约1万年时超过辐射密度，宇宙进入实物阶段。在实物阶段，自由电子越来越多地被原子核俘获，稳定的原子形成，产生了气状物质。大约宇宙年龄为70万年时，由于某种原因，宇宙物质分布产生不均匀性，在万有引力作用下，形成了原始星系。当宇宙年龄为50亿年时，第一代恒星产生了。
目前被多数人接受的关于恒星演化的学说是“弥漫说”。弥漫说认为恒星起源于低密度的星际弥漫物质。恒星演化首先经历星云引力收缩阶段。引力收缩使位能转化为热能。热能积累导致热核反应，产生向外辐射压力。辐射压力终于在某一时刻与引力达到动态均衡，使恒星进入相对稳定的主星序阶段。经过漫长的主星序阶段，热核反应逐步导致氦核形成。氦核聚变使恒星表面急剧膨胀，由此开始红巨星阶段。在氦核聚变不能再维持稳定时，恒星依质量不同可能会脉动胀缩，最后发生恒星爆发，其剩余部分成为稳定的高密星（黑洞、中子星、白矮星等）。最新研究认为，黑洞可通过量子隧道效应“蒸发”为白洞，并爆发为星际物质，开始新一轮演化。
地球是处于主星序阶段的太阳系中的行星，已有约46亿年演化史。
按目前占优势的“冷起源说”，地球起源于星云。原始地球星云因引力收缩、陨石冲击和放射性蜕变不断产生热量，使其温度持续升高并终于熔融。熔融的地球物质在引力作用下依重量大小下沉或上升，形成地核、地幔和地壳。同时气体逸出地表，形成原始大气圈。经太阳对蒸汽的光解作用和对植物的光合作用，原始大气演化为现代大气。早期大气中含有的水蒸气因地表降温而下落，形成地球水圈，水圈在地壳运动的作用下，不断地积累并演化为江、河、湖、海。地壳可分为几大板块（一般认为6块），卧于地幔软流圈上，随软流圈热对流发生缓慢移动。水平移动又导致垂直运动（特别在板块结合部），造成了丰富地貌。地球将在约50亿年后随太阳系一起消逝。
生命是地球演化的杰作，产生于30多亿年前。以蛋白质和核酸为主的多分子体系是一切生命的载体。一般认为，生命的起源经历了从简单分子合成生物小分子，从生物小分子合成生物大分子，从生物大分子合成生命的基本过程。原始生命出现后，又经历了从无细胞到细胞、从原核细胞到真核细胞、从单细胞到多细胞的演化，并进而分化为动物和植物。此后，植物沿着菌藻植物→苔藓和蕨类植物→裸子植物→被子植物的方向进化，动物沿着无脊椎动物→有脊椎动物的方向进化，展现为生物发展的谱系树。生物形态越高，进化越快，终于在第三纪的末期，出现了人类的祖先——森林古猿。
二、自然界演化的方向性
无论总星系、天体、地球的演化或生命的进化，都是以要素方面或结构、功能方面的新旧交替为标志的。这种新旧交替有不可完全逆转的性质。刻画这种性质的概念就是不可逆性。不可逆过程的双重作用，导致了自然物在演化中会有两个方向：进化方向和退化方向。这两个方向的辩证统一，构成了自然界丰富多彩的演化图景。
1）可逆与不可逆
可逆与不可逆是自然科学在研究变化过程时广泛使用的一对范畴。
在经典力学中，给定初始条件和运动方程，可以准确地推出任何时刻的状态，这是对可逆性的刻画。在热学中，热总是自发地从高温部分传向低温部分，最后达到热平衡状态，描述这类热传导过程的是傅立叶方程，它刻画的是不可逆性。在化学反应中，自发的过程总是使体系走向化学平衡态，虽然反应物和生成物还会相互转化，但能量、环境均发生不可逆的变化。在量子力学中，薛定谔方程表现的是可逆性，但测量却是不可逆的，它是微观状态的宏观表现，一经测量，波函数就不可逆地取得一个本征值。相对论中不出现不可逆性，但是当把它和量子力学运用于宇宙演化的研究时，发现了高能基本粒子的湮没、转化也是不可逆的。
普里高津明确指出，不可逆性的问题已从工程的领域，从应用化学的领域（它首先在那里被表述），扩展到了整个物理学，从基本粒子到宇宙学。如果从更广阔的背景看，自然选择所导致的物种进化也是需要用不可逆性来刻画的。可以说，对演化过程的理解离不开可逆与不可逆这对范畴。
所谓可逆，指的是一个物质系统从某一状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果存在另一过程，它能够使该物质系统外界环境完全复原，即物质系统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界环境引起的影响，则原来的过程称为可逆过程，或称可逆。反之，用任何方法都不可能使物质系统和外界环境完全复原，则原来过程称为不可逆过程，或简称不可逆。
显然，可逆与不可逆是刻画过程的概念，它们是对一定过程而言的，单一状态不存在可逆或不可逆的问题，只有对两种以上状态所构成的过程才谈得上可逆或不可逆。另外，可逆与不可逆是刻画系统及其环境能否复原的概念。只有完全可复原（系统状态及环境均复原）的过程才是可逆过程，部分可复原的过程则是不可逆过程。
严格地说，自然界中发生的过程都是不可逆过程。不仅热传导、质量扩散、黏滞流动、功热转化、化学反应、生长发育、物种进化……是不可逆的，即使经典力学所研究的运动过程在考虑摩擦、阻力等因素时也是不可逆的。
但是，在实践中又确实存在着可以用可逆过程加以处理的对象，诸如热力学中的等温过程、绝热平衡过程，力学中的单摆、弹性碰撞，天体的轨道运动等。对这类对象用可逆过程加以处理不仅在实践上方便适用，而且能从中导出对不可逆的深刻理解。
不可逆过程导致时间对称破缺，使演化成为可能。一方面它起着破坏有序结构、使有序趋向无序的消极作用；另一方面它是一些重要的相干过程的基础，导致更加有序结构的产生，发挥建设性作用。因此，与不可逆过程相联系的“时间箭头”既可以指向退化的方向，也可以指向进化的方向。如果说经典热力学主要研究了不可逆过程的消极作用的话，那么，非平衡自组织理论更加重视不可逆过程的建设性作用。
2）进化与退化
不可逆过程既可以导致有序结构的破坏，也可以导致更加有序结构的产生。这就意味着，对自然界演化来说，与不可逆过程相联系的“时间箭头”既可以指向从有序到无序方向，也可以指向从无序到有序方向。
纵观自然界的发展史，可以清楚地看到，自然界确实存在从无序到有序、从有序到无序两个演化方向。例如，从基本粒子形成原子、分子，从星云引力收缩变成恒星，从无机物合成有机物，从微生物演变成鱼类、爬行类、猿、人，等等。这些就是从无序向有序的演化。另一方面，生物个体的衰老死亡、岩石的风化、水土的流失、某些生物种类的灭绝、沙漠化、超新星爆发，等等，这些又是从有序向无序的演化。
（1）进化与退化的规律及其特点
一般地，进化是指自然物演化中由无序到有序、由低序到高序的趋势和过程。退化是指自然物演化中由有序到无序、由高序到低序的趋势和过程。但是，并非所有有序程度提高的过程都能称为进化。生物的生长、发育过程一般是有序程度提高的过程，而衰老、死亡过程一般是有序程度降低的过程。
进化和退化往往具有以下特点。一是进化和退化都是事物的自我运动、自我否定。它们不是按照来自外部环境的指令变化，而是在一定外部条件下按照内部的根据自组织或自瓦解。二是当原有事物出现了失稳状态时才会进入进化或退化的过程，其结果是新的稳定状态的建立，如果先前的状态是非常稳定的，那就无法进化或退化。三是进化和退化主要在连续性中断时实现，虽然其中也有某些方面的连续性，但进化或退化的完成往往要经历突变。
（2）进化和退化的统一性
自然界中普遍存在着进化和退化两种演化趋势。进化和退化有着本质的区别，即不可逆性。但是，进化和退化之间又具有统一性。
