二、耗散结构理论与协同学原理
比利时物理学家伊利亚·普利高津提出了耗散结构理论（Prigogine, 1969），德国物理学家赫尔曼·哈肯创建了协同学理论（Haken, 1973、1977），这两个原本属于物理学范畴的重要理论，在研究城市群相关问题时同样具有很大的帮助，特别是对城市群经济与金融系统协调发展相关问题研究提供了重要的理论依据。
（一）耗散结构理论与城市群经济金融协调发展水平改进
1．耗散结构理论的基本含义
1977年诺贝尔化学奖获得者、俄裔比利时物理学家普利高津，在经历了近25年的研究后于1969年正式提出了关于非平衡系统向平衡系统转变的自组织理论——耗散结构理论。该理论产生于研究化学热力领域的最小熵、昂萨格倒易关系理论(1)，并拥有重大突破。耗散结构理论认为，开放系统在受到外界环境的冲击后，会破坏系统原来的平衡状态，进入非平衡状态下的自组织过程，若外界环境的冲击够大，那么开放系统的自组织能力及时修复系统的非均衡状态，最终会使系统进入一个离平衡状态越来越远的非均衡状态，普利高津称该状态为“远离平衡态”。
耗散结构理论认为，当开放系统达到了远离平衡态时，开放系统可以不断地与外界环境进行物质、能量的交换，这种交换会使系统内某些元素的观测值增加，当其观测值增加到一定的阈值时，开放系统的状态可能会发生“突变”，即开放系统的状态会由原来的远离平衡态转变为一种在时空上的有序状态。这一有序状态是开放系统内部与外部环境的作用达到均衡时的状态，即为非自组织状态下的“平衡态”，这一平衡态同时包含了系统的外部环境冲击与内部的自组织状态改变两种情况。之所以会达到这种开放系统内部非平衡下的稳定状态，是因为构成系统的内部元素与外部环境的各元素之间的相互作用关系是非线性关系。这种非线性关系会使开放系统的某些元素从下向上达到阈值的过程中，成倍放大其影响程度，使系统的自组织状态偏离其平衡态的速度加快、程度上升；当开放系统的某些元素从上向下收敛到阈值时，非线性机制同样会成为放大其收敛的速度和程度的作用力，使开放系统更快地到达新稳态。由此可见，开放系统远离和重回平衡态，非线性机制发挥着重要作用，普利高津指出只要系统内各子系统之间的相互作用是随机的，就可认为各子系统间存在非线性作用关系。
阈值在耗散结构理论中具有十分重要的意义，当开放系统某种元素的观测值达到阈值时，其微小变化，会引起开放系统的状态呈现巨大的改变，普利高津将这种现象称为“突变”。突变是耗散结构出现结构性转变的重要转折点，在没有到达阈值之前，元素观测值的改变并不会引起系统发生突变，这种改变会伴随着系统的自组织过程自行恢复到均衡状态；但元素观测值达到阈值后，由观测值变化引起的系统状态的改变，并不会自行恢复，一旦达到一定程度，就会发生突变，进而使耗散结构由非平衡状态达到新的平衡状态。实际上，阈值的存在可能并不止一个，很多研究证明，阈值不仅存在于系统从无序走向有序的过程中，还存在于从有序走向无序的过程中，即在一个系统的自组织过程中发生突变的次数可能会有无数个。
称为耗散结构是因为系统的每次改变均需要消耗外部环境的能量。也就是说，封闭系统是不具备耗散结构的性质的。封闭系统由于无法与外部环境产生能量交换，那么系统各元素的熵值会随着封闭系统的自组织过程增加，直至达到极值，此时封闭系统就处于一种最无序的平衡状态（普利高津，1976）。由此可见，耗散结构只存在于开放系统中，也就是说系统的发展变化，特别是向新的更高层次的有序平衡态方向转换时，必须要从外部环境汲取“能量”，并向外传递能量。这样的交互往返的过程，一方面消耗封闭系统自组织过程中产生的过高的熵（即能量），使自组织不会由于熵的过快增长进入无序状态；另一方面，系统可以从外部环境补充系统自组织过程中缺少的能量，最终实现系统不断地更新，使之充满生机和活力。
2．耗散结构理论的基本思想在本书中的应用和体现
本书研究的城市群经济系统与金融系统均具备耗散结构所要求的开放性特征。进入21世纪至今，经济全球化与金融全球化发展程度不断加深，中国处于全球化潮流中同样具备这些特征，城市群的发展也不例外。这一特征使得城市群经济系统与金融系统，均具备耗散结构理论所要求的开放性特征。这主要体现在三个方面：对国外其他国家的开放性、对本国其他区域的开放性、对本区域内其他系统的开放性。城市群开放性程度越大，区域内经济系统与金融系统同外界的相互作用越紧密，当外部环境发生改变时，这一变化“冲击”就会作用于城市群经济系统与金融系统，使两系统在某些活跃要素的作用下，逐渐偏离其原来的均衡状态，呈现非均衡发展态势，这一非均衡态势即为耗散结构理论提出的远离平衡态。城市群经济系统与金融系统出现远离平衡态的发展态势，将不利于区域经济发展和金融能动作用的发挥，甚至蕴含着危机的可能性。这也是本书研究的出发点。
耗散结构理论指出，开放系统在受到外界冲击后，其发展演变存在阈值，且某些关键元素的观测值超出阈值，将会是系统出现突变。城市群经济系统与金融系统均为开放系统，根据耗散结构理论，两系统的发展过程也会存在阈值，并且同样会出现突变。世界上诸如20世纪90年代的亚洲金融危机、2008年以后的全球性金融危机和欧洲主权债务危机，以及这些金融危机引起的局部经济危机等的爆发及其后期治理，说明区域经济系统与金融系统发展演变过程中确实存在阈值，且当两系统关键元素的观测值达到阈值时，系统突变将会发生。在实践中，这种突变会朝着具有摧毁性的逆反式非均衡状态演变，并最终爆发系统性危机。耗散结构理论与实践，对本书研究城市群经济系统与金融系统的发展问题具有重要的启示：梳理经济系统与金融系统的发展演变规律，理清两系统在发展演变过程中发生突变时的特点、作用及性质，这也是本书及后续研究致力的任务之一。
耗散结构理论强调系统在从平衡状态发展为非平衡状态时发生的快速偏离，以及由非平衡状态发展为新的平衡状态时出现的快速收敛，是由于各系统之间、各元素之间存在着随机发生的非线性关系。由耗散结构理论的这一特点可知，城市群经济系统与金融系统的发展演变和相互作用也存在非线性的相互作用关系。由此可知，在研究城市群经济系统与金融系统协调发展问题时，仅采用线性方法进行研究将无法全面捕捉两系统发展演变过程的主要特征。因此，本书的研究拟采用多种方法去描述和刻画城市群经济系统与金融系统协调发展的问题。
耗散结构理论指出，系统若要从远离平衡态转变为新的平衡状态，需要消耗外部环境的能量，这种系统消耗其他系统的能量，即被视为耗散结构。也就是说，只要有外部能量补充，就可以将系统从远离平衡态转变为平衡态。耗散结构理论的这一主张，为本书所研究的对城市群经济系统与金融系统的协调发展状况进行重构，提供了理论支撑，即通过外部干预，将能够达到改变或重新塑造城市群两系统耦合协调发展状态的目标。
（二）协同学原理与实现城市群经济与金融协调发展的必要性
1．协同学原理的基本含义
德国物理学家哈肯从1970年至1977年经过8年的研究，正式提出了协同学原理，该原理最初应用于研究物理现象中从有序状态到无序状态的演化规律。由于协同学原理的广泛应用性，不断被引申到其他领域，经济金融领域的学者们常将协同学原理同系统论联系起来，用于分析系统演变过程及演变规律，即分析经济金融系统的自组织过程从有序到无序再到有序状态的演变逻辑。
协同学原理中最广泛、最基本、最重要的概念为协同或协同作用，协同作用存在于由众多小系统构成的巨系统中。协同学原理认为在巨系统不受到外部环境影响时，系统之所以能够达到稳定状态，是因为各子系统间存在协同作用。各子系统之间通过协同作用可以相互配合，最后达成在整体上具有一定结构和作用的稳态，此时所达到的稳定状态即为自组织状态。
随着社会分工和市场化细分程度的深入，经济和金融全球化的发展，完全封闭的系统并不存在，开放性特征成为现代经济社会中系统所具有的典型特征。开放系统的自组织状态便很难实现，因外界环境的冲击会扩大，甚至成倍扩大系统自组织状态偏离稳态的程度。在这样的基础上，为了研究开放系统自组织状态从失衡状态到有序状态的演变规律和作用路径，哈肯（1976）提出了序参量法的概念。他指出，在系统处于无序或混沌状态时，构成系统的众多元素中，某些变量的观测值为0，且这些观测值会随着系统从无序向有序转变逐渐增加，从而可以用这些元素的观测值来衡量系统无序的程度。那么系统中的那些具有序参量特征的元素，就成为描述和刻画系统自组织功能演变过程的关键元素，也就是说，确定和寻找系统的序参量元素成为对系统无序状态进行重构的关键过程。
另外，系统的序参量元素的变化，可以通过系统中各元素的协同作用，影响到系统中的其他元素，促使这些元素也发生变化，且其变化跟随序参量元素的变化而变化。系统序参量元素的变化驱使系统其他元素同样发生变化的现象，被哈肯称为“役使原理”（slaving principle）(2)。那么，理清系统“役使原理”发生的机理，描绘“役使原理”的发生发展过程，成为刻画系统从无序状态走向有序状态的关键。
系统在役使原理的主导下发生役使现象，能够使系统重新达到新的稳定状态。但这种稳定状态并非均是人们所期望的那样，所以“新稳态”可能存在以下两种情况：第一，系统向着更差、更无序的状态变化，这一现象在经济金融领域意味着危机发生的可能性；第二，系统向着高质量的“新稳态”变化，这一变化会促进系统的升级，使其具有的正向能量和作用得到加强。我们研究各类系统的目的是使系统状态的变化能够达到第二种情况所描述的稳定状态。
根据役使原理的基本思想，我们对系统从无序走向有序的努力方向可以从以下两方面着手：第一，若系统自组织过程的最终结果达到了第一种情况所描述的无序状态持续恶化的“新稳态”，那么应对这一“新稳态”进行重构，使其再次发生对系统升级具有良好作用的役使现象，从而实现第二种情况下的“新稳态”。第二，若系统的“新稳态”是系统升级后第二种情况所描述的无序状态被改善，达到了新的有序状态，此时也并非无法作为，我们仍可以继续采取一定措施，改变序参量元素的状态，使其进一步发挥正向的役使现象，不断促进系统再次实现功能和作用升级。
2．协同学原理的基本思想在本书中的应用和体现
（1）协同学原理与耗散结构理论的比较
协同学原理与耗散结构理论的共同点，均是研究系统从有序向无序再到有序过程的经典理论；不同点是侧重点不同，耗散结构理论强调若开放系统受到外界冲击时，会从平衡状态逐渐转变为非平衡状态，并且这种转变会否发生，由系统某关键变量的阈值大小决定。一旦系统状态发生改变也是以突变的形态表现出来，而突变形成的原因在于系统内部各子系统、各元素的非线性作用机制。
与耗散结构理论主要关注引起系统变化的原因不同，协同学原理更强调对系统各种状态转化的描述和刻画。协同学原理指出，系统状态的改变是由于系统内各因素（包括子系统、各要素）之间产生了协同作用，并且强调这种协同作用的程度、变化特征，可以用包含序参量特征元素观测值的变化趋势、特征、机制来追踪。此外，协同学原理强调协同作用下序参量元素的改变会驱动构成系统的其他元素也发生改变，即发生役使现象，最终结果是系统会达到一个新稳态。这个新稳态与耗散结构提出的突变发生后产生的新平衡状态是一个含义，但协同学原理对这种新稳态的研究较耗散结构理论更进一步，其指出变化后达到的新稳态并不全是功能升级、作用加强的有序稳态，有可能是无序程度进一步恶化、暗含破坏力的无序稳态。
（2）协同学原理在城市群研究中的应用和体现
协同学原理认为系统状态的变化是可以进行追踪和刻画的，依靠的主要手段是寻找各系统含有序参量特征的元素。基于此，本书在研究城市群经济系统与金融系统协调发展时，尝试构建能够全面和系统体现经济系统与金融系统发展特征的指标体系。由于系统的发展从不同角度解读将会有不同的结论，城市群经济系统与金融系统本身又属于开放的复杂巨系统，其复杂程度较一般系统更甚，因此，仅用一个指标并不能概括两系统的发展全貌，会显得较为单薄和单一。所以，本书在构建两系统含有序参量特征的指标体系时，将尽可能科学选取更多合理的指标，构建完善的指标体系来研究城市群经济与金融的发展状况。
协同学原理认为外界因素的冲击会使系统的运行状态发生改变，而转化为平衡状态，或转化为非平衡状态。这一平衡状态有有序稳态和无序稳态两种情况，若是达到了有序稳态，则是对系统功能的强化；若是无序稳态，则是对系统功能的弱化，甚至可能导致系统崩溃。所以，如果城市群经济系统与金融系统运行状态良好，但是并没有进入无序稳态的表征，那么研究的重点就需要关注城市群经济系统与金融系统发展及协调发展状况、特征、演变路径，然后对当前两系统发展及协调发展的有序稳态进行重构，尽可能地激发经济系统与金融系统，以及两系统协调发展的潜力，使系统发展从当前的“有序稳态”向更高级的“有序稳态”发展。
协同学原理指出，开放系统会因为受到外界冲击而打破其当前的发展平衡状态。在研究城市群经济系统与金融系统协调发展时，若理清各种内外部影响因素对两系统协调发展影响方向、程度等问题，那么在对两系统耦合协调发展状态进行重构时，将能够做到有的放矢，针对性更强。因此，这一理论主张为本书第八章“中原城市群经济与金融耦合度与耦合协调发展的驱动机制分析”提供了强有力的理论支撑。
协同学原理提出的协同作用是在封闭系统中，但其运用并非只局限于封闭系统中，也就是说，无论是封闭系统还是开放系统，在其内部协同作用普遍存在，区别只在于封闭系统中的协同作用只在系统内部产生，开放系统中的协同作用在系统内部与外部均存在。并且系统通过各要素间的协同作用，达到要素与各子系统合理匹配，进而形成新的稳态。基于协同学原理的这个主张，本书在研究城市群经济系统与金融系统协调发展时，着重从分析两系统内部各要素的匹配程度、匹配状态、匹配结果出发，研究两系统之间的匹配程度和协调程度，以期通过这些研究明确两系统协调发展的困境及桎梏，为提高两系统协调发展能力找到“痛点”，最后进行精准施策，以提高城市群金融系统的能动作用，提高城市群经济系统的发展程度潜力。