現代科學革命是以物理學革命為先導，以現代宇宙學、分子生物學、系統科學、軟科學的產生為重要內容，以自然科學、社會科學和思維科學相互滲透形成交叉學科為特征的壹次新的科學革命。
（壹） 物理學革命的擴展
現代物理學革命在產生了研究高速（接近光速）物理現象的相對論和研究微觀現象的量子力學兩大基礎理論之後，迅速向宏觀、宇觀和微觀的更深層次擴展，並向著大統壹的方向推進。天體物理學、原子核物理學、粒子物理學、凝聚態物理學和統壹場論都是現代物理學中十分活躍的學科。尤其在第二次世界大戰以後，從宇宙天體物理的探索到物質結構之謎的揭示，都取得了飛速發展。現代物理學的每壹個重大突破和發展都廣泛而深遠地影響其他學科的發展，極大地推動著生產和技術革命，使人類進入到能源、信息、材料、生物工程等高新技術的時代。
1.宇宙射線的新發現
1945年，宇宙射線正式成為宇宙線物理學壹個分支學科的研究對象。它使用無線電電子學的技術方法，通過對宇宙天體所發射和反射電波的觀測研究，來進壹步揭露宇宙天體的奧秘。1940年以前，人們對來自地球以外的宇宙射線開始有所認識。40年代末，發現混有氦、碳、氮、鐵等元素的宇宙射線在銀河系內慢慢加速，推測這些能量很高的宇宙射線是超新星爆炸時的飛散物，它們是在銀河磁場中加速的。人們觀測到太陽磁暴後地球上宇宙射線增加，說明低能宇宙射線來自太陽。英國鮑威爾、意大利奧查林尼、巴西拉蒂斯等科學家觀察到了宇宙射線的運動軌跡。60年代以來，由於科學技術的飛速發展，高靈敏度和高分辯率的巨型射電望遠鏡日益增多，發現並研究了許多新穎奇特的宇宙射電輻射，如微波背景輻射、類星體、脈沖星等。1963至1974年相繼發現星際分子30多種，其中包括多種組成生命結構的有機分子，如羥基（OH）、水分子、氨分子（NH3）、甲醛分子（CH2O）、甲酸分子（HCOOH）等，為探索生命的起源開辟了新的途徑。這些新成果，為天體演化、生命起源和基本粒子這三大基礎理論的研究，提供了極其重要的資料，促進了諸如X射線天文學、紅外天文學、中微子天文學等許多新學科的產生，使天文學的發展進入壹個重要轉折時期，從而打破了對浩瀚宇宙的狹小視野，由原來的幾十億光年壹下子擴展到100億光年、150億光年甚至更遠，為人們進壹步認識無限的宇宙提供了新的科學證明。
2.粒子物理學的發展
第二次世界大戰以後，粒子物理學得到迅速發展，使人們對微觀物質的性質、結構、基本相互作用和運動規律的認識進入到新的階級。
1932年以前，人們對物質微觀結構的認識，已經歷了原子結構和原子核結構兩個階級。
30年代後期發現了μ子，50年代發現中微子。電子、μ子、中微子和它們的反粒子統稱為輕子。40年代末50年代初，陸續發現了壹批質量超過質子和中子的基本粒子，稱為超子。如∧超子、∑超子、Ξ超子，又稱為重子。40年代末還發現壹類質量介於重子和輕子之間的介子，如π介子、K介子等。60年代前期，小型高能加速器的建成又發現了200多種壽命極短的***振態粒子，平均壽命只有10-24～10-23秒，它們都是強子。1974年，丁肇中和美國物理學家裏赫特幾乎同時發現質量比質子重3倍多，而壽命比普通介子長約1000倍的新介子，後來合稱為J/ψ粒子，至今，已發現的基本粒子有300多種。根據它們的性質不同可分為：普通粒子、奇異粒子、***振粒子和新粒子。各種基本粒子在相互作用的條件下，遵循壹定的對稱性和守恒定律，可以相互轉化。這些基本粒子的發現，把對物質微觀結構的認識推進到第三個階段。
基本粒子是不是物質微觀結構的最後壹個層次？“基本”粒子能否再分？近20年來不少物理實驗說明基本粒子有其內在結構，基本粒子之間存在著某種內在聯系。人們曾先後提出多種關於重子和介子內部結構的模型。主要有：1949年的費米-楊振寧模型，1956年日本的阪田模型。這些模型能夠說明壹些情況，但是在系統地解釋重子的性質方面遇到了困難。1964年蓋爾曼等人分析了重子和介子的對稱性質，提出了“誇克（Quark）模型”。他們提出了三種類型的誇克（u、d、s）和反誇克（ū、d、S ）。這壹模型能很好地解釋重子和介子的性質，預言Ω壹超子的存在。1970年格拉肖等人又提出第4種誇克-粲誇克（c、）。1977年萊德曼發現壹種比質子重10倍的中性介子γ，是由第5種誇克-底誇克（b、）所組成。為了形象和方便，人們又從量子規範理論來描述，把u、d、s、c、b稱為5種味誇克，每種味又分紅、黃、藍三“色”。“色”和“味”都代表不同的量子態。這樣，正、反誇克的數目就成了30種。
與誇克理論的提出差不多同時，1965年中國北京基本粒子理論組提出“層子模型”，從結構的角度來研究重子和介子的衰變和轉化現象。認為重子、介子都是由更為基本的層子、反層子所組成，重子、介子的相互作用歸結為它們內部的層子的相互作用。還提出組成重子、介子的層子的波函數，並假定量子場論對層子也適用。這壹模型對重子、介子的各種相互作用，特別對弱相互作用和電磁相互作用的衰變，進行了大量的計算，提出了壹些預言，其中絕大部分計算和預言同當時實驗結果相吻合。誇克模型和層子模型的提出，標誌對微觀物質結構認識的第四階段的到來。可是，誇克（或層子）曾長時間沒有獲得實驗上的支持，出現了所謂“誇克禁閉”現象。70年代，丁肇中等科學家在實驗室發現了膠子存在的跡象，為誇克層次的存在提供了間接證明。1994年4月26日美國費米國家加速器實驗室宣布：科學家們已發現了在物質理論中迄今尚未找到的亞原子結構單元—頂誇克的證據。他們用質子與反質子對撞的獨特方式，找到的“頂誇克”約174GeV，質量是質子的180多倍。粒子物理學使人類的認識已深入到亞原子（或亞原子核）階段，了解到物質構成的單元已小到誇克和輕子，其尺度都小於10-17 cm，認識的尺度縮小到原子的十億分之壹。
在基本粒子領域中，量子電動力學、量子味動力學和量子色動力學的建立，極大地簡化了自然界相互作用的描述。但人們希望求得把所有已知的基本相互作用都包括進來的理論，即所謂大統壹理論和超大統壹理論。這壹理論既能說明各種力的區別，又能揭示它們之間的深刻聯系。近年來已取得壹些進展。如1961年美國物理學家格拉肖首先提出電、弱相互作用統壹的模型。1967、1968年，美物理學家溫伯格和巴基斯坦物理學家薩拉姆獨立地在量子規範理論基礎上把這壹模型發展完善後統稱為GWS理論，已得到實驗的支持。現在人們正在進壹步探討三種相互作用甚至四種相互作用統壹起來的可能性。根據大統壹理論，在低能量下，強、弱、電作用分別滿足SUc(3)和SU(2) ×U(1對稱性；當能量高到1014～1016GeV時，強、弱、電三種作用統壹為壹種相互作用，滿足統壹的SU（5）的對稱性。目前正在孕育著的物理學上的超弦論。超弦的尺度比基本粒子還小1019，而且所用的時空是10維的。如果這壹理論壹旦建立，就能把目前發現的壹百多種基本粒子統壹起來，還能把強力、弱力、電磁力、引力這四種基本作用力統壹起來。（中國科協學會工作部編。《學科發展與科技進步學術研討會簡報》第1期，1994年4月28日）
3.凝聚態物理學的發展
凝聚態物理學是研究物質凝聚態（主要是液體和固體）的物理性質、結構及其內部規律的學科。對物質凝聚態的研究發現，固態有晶態和非晶態之分；液態有液晶和非晶液態之分。固體的非晶態和液晶具有許多優異特性。由於幾乎壹切材料都是凝聚態，因而對凝聚態物理的研究具有重要意義。
1945年以後，固體物理學進入壹個新階段。固體物理學中最重要的是結晶問題、超低溫問題和磁性問題。由於電子顯微鏡、電子衍射、中子衍射等技術的迅速發展，對於不完整晶體，進行各種晶體缺陷（諸如空位、雜質原子和位錯）的研究取得了很大進展，而這些同很多工業領域關系密切。1957年，J·巴丁、J·施裏佛、L·庫波三個人***同發表了超導電性的量子力學微觀理論，即有名的BCS理論。同時前蘇聯柏哥留包夫用不同方法成功地說明了超導現象。1986年以來，瑞士的G·貝德諾茲和A·繆勒發現了更有前途的氧化物超導體：超導轉變溫度在40K左右的陶瓷化合物—鑭鋇銅氧化物系列。美籍中國物理學家朱經武和中國物理學家趙忠賢等在尋找更高轉變溫度材料方面有突出貢獻，1988年發現了轉變溫度高於90K的釔鋇銅氧化物系列。近年來，人們越來越重視研究無序固態材料，如無序合金、非晶材料、陶瓷材料等；也註意研究缺陷態、雜質態、表面態、界面態的性質。這些研究已深入到量子層次，已導致無序固態物理學的產生。總之，凝聚態物理學的每壹步發展，都在不斷深化人們對物質客體的有序結構和無序結構以及各種材料理化性質的認識，豐富了辯證唯物主義的自然觀，並極大地推動了新技術革命的發展。
4. 量子化學的產生
應用量子力學的原理和方法研究分子的微觀結構的量子化學，是現代化學的重要理論基礎。它主要研究原子、分子和晶體的電子結構，分子間的相互作用，分子與分子間的相互碰撞及相互反應，以及微觀結構與宏觀性質的相互關系等。自1927年用量子力學原理研究氫分子獲得成功以來，量子化學發展極其迅速，使化學也由經驗性科學轉化為壹門理論科學。目前已建立了比較健全的理論體系，發展了各種計算方法，並在各個領域中發揮重要作用。它和其他學科相互滲透形成壹些邊緣學科，如量子生物化學、量子藥物化學，表面量子化學和固體量子化學等。
（二） 現代宇宙學的發展
現代宇宙學的任務是探索比星系更高的宇宙層次，研究目前觀測所及的大尺度宇宙的時空特性、物質及其運動規律。近幾十年來，科學家們提出了壹些較有價值的宇宙理論。主要有：愛因斯坦的靜態宇宙模型、穩恒態宇宙學、膨脹宇宙模型、物質—反物質宇宙模型、大爆炸宇宙學和暴脹宇宙論。靜態宇宙模型已被天文觀測所否定。穩恒態宇宙學未被廣泛接受。
1927年比利時天文學家勒梅特根據河外星系都有譜線紅移現象，提出大尺度空間隨時間膨脹的概念。1929年美國哈勃和英國愛丁頓提出膨脹宇宙的假說。40年代末美國伽莫夫根據太陽能源是來自熱核反應的發現，提出了大爆炸宇宙說，認為宇宙是約在100億年前由高溫、高密度的“原始火球”的壹次大爆炸形成的。並於1954年預言，大爆炸以後存在“宇宙灰燼”，它產生彌漫於整個空間的、相應於絕對溫度5度的輻射。1965年，美國A·桑德奇提出，宇宙以大約820億年為壹周期進行脈動（膨脹和收縮）。大爆炸宇宙學由於得到河外星系的譜線紅移、氦元素的豐度、3K微波背景輻射三個重要觀測事實的支持，使它成為公認的標準模型。但是在說明宇宙年齡小於壹秒時，卻碰到了諸如視界問題、空間平直性問題，均勻性（因果性）問題、平度（能量密度）總是重子不對稱問題和磁單極子問題等無法克服的困難，於是導致了暴脹宇宙論的產生。
1980年以來，曾先後建立了多個宇宙暴脹模型，其中有影響的是3個。第壹個是美國A·古斯於1980年提出的，並於1981年發表了《暴脹宇宙：對視界和平直問題的可能解》壹文。第二個是1981年底，前蘇聯的A·林德、美國的P·斯坦哈特與A·奧爾布雷特分別獨立提出的。第三個是由林德等發展的，被稱為混沌暴脹模型。暴脹宇宙論繼承和發展了以往宇宙理論中有價值的成果。它認為：在宇宙演化的極早期，當宇宙發生大爆炸以前，宇宙年齡處於10-30秒的瞬息中，經歷了壹個按指數規律急劇膨脹階段（暴脹階段），以致它在極短的時間內膨脹了1050倍，完成了從對稱的假真空自發破缺轉化為大量的如誇克、輕子以及傳遞相互作用的玻色子等基本粒子。暴脹宇宙論還認為在我們所在的宇宙之外還存在有許許多多與我們所在宇宙不同的宇宙，有人算出多達1050個。由於暴脹宇宙論建立在粒子物理學等最新成就的基礎上，能夠不斷提出新概念和新方法，不斷解決各種難題，因而受到廣大科學家的關註。暴脹模型在哲學上也帶來壹些新的內容，如關於宇宙的無限性問題。它從科學上把宇宙大大地擴大了，為宇宙的無限性提供了科學依據。還提出了在已知的物質形式之外還有新的物質形式存在，即設想在粒子之前還有其他物質形式存在，因而極大地豐富了人們關於物質的認識。
現代宇宙學是壹門方興未艾的學科，正處於百家爭鳴的進期，提出的模型很多，有的已被否定，有的已得到壹定程度的支持，但都還有待進壹步的檢驗與發展。
（三） 生命科學的革命
20世紀，由於物理學和化學的滲透，各種強有力的研究手段的運用，生命科學的發展更為深入和迅速。壹方面在微觀領域的分子水平上產生的分子生物學，進壹步證實生物界的統壹和聯系，實現了生物學上的又壹次大綜合；另壹方面，在宏觀、群體和綜合研究的基礎上產生了生態系統的概念，為環境保護、生物資源和土壤資源的合理利用等提供了理論基礎。與此同時，生命科學還向人類自身的大腦進軍，使腦科學獲得迅速發展。
1. 分子生物學的誕生
分子生物學是在分子水平上研究生命現象的物質基礎的科學。主要研究蛋白質和核酸等生物大分子的結構與功能，其中包括對各種生命過程，如光合作用、肌肉收縮、神經興奮和遺傳特征傳遞等的研究，並深入到分子水平對它們進行物理、化學分析。目前，分子生物學已成為現代生物學發展的主流，它所取得的成果，已在實際工作中獲得某些重要的應用，為工農業及醫藥事業開辟了前所未有的廣闊前景。
1953年沃森和克裏克提出了遺傳物質——DNA的雙螺旋結構模型，這是生物學中的壹次偉大革命。60年代又搞清了核酸、蛋白質、酶等生物大分子的結構，同時揭示了遺傳密碼和核酸信息控制蛋白質特異結構的合成機制，由此建立了生物遺傳變異的信息概念。這表明從病毒、細菌、動植物到人類都具有壹套***同的遺傳密碼、***同的信息符號。50年代“中心法則”的提出，70年代逆轉錄酶的發現，以及重組DNA技術的建立，為分子生物學的發展開辟了新的前景。這些成就，不僅為在分子水平上研究復雜的基因調節控制提供重要手段，而且在分子生物學的基礎上，產生了壹個新的技術科學領域——遺傳工程，它已為人類定向改變生物遺傳性狀與創造新物種開辟了新途徑。
本世紀50年代，隨著蛋白質和核酸的化學結構測定方法的進展，人們發現只要把不同種屬生物體內起相同作用的蛋白質或核酸的結構進行比較，根據蛋白質或核酸在結構上差異的程度，就可以確定不同種屬的生物在親緣關系上的遠近。親緣關系越近的種屬，其蛋白質或核酸的結構越相似；反之，其差異越大。據此，能得到反映生物進化的譜系。蛋白質分子細胞色素C在各種呼吸氧氣的物種細胞中均能找到。分析它就能知道不同物種的親緣關系。目前已對100多種生物的細胞色素C的化學結構進行了測定，並借助計算機測定出平均700萬年改變壹個氨基酸殘基。據此可以分析判斷，較高等的生物大約在25億萬年前同細菌分離。同樣，大約在15億年前植物和動物有***同的祖先。大約在10億年前昆蟲和脊椎動物有***同的祖先。對100多種生物的細胞色素C的化學結構進行比較後，已畫出了部分生物種屬的進化譜系。運用這種方法來確定物種間的親緣關系，要比過去依靠形態和解剖上的差異來確定有著更大的優越性。它不僅使得形態結構上非常簡單的微生物的進化有了判斷的依據，而且更能反映出生命活動的本質，更為精確地推算出物種趨異的時間。
2. 腦科學的進展
近年來，腦科學的研究取得了壹系列新進展。主要有：（1）發現與某種思維活動相應的大腦區域，利用正電子層析攝影手段發現：人們辯別音符時用左腦，而在記住樂曲時多半用右腦；（2）腦電波與思維活動有壹定的對應關系，可以從電波分析思維的內容；（3發現大腦內影響思維的生化物質——促腎上腺皮質激素和促黑素細胞激素能對思維產生重要影響；（4）對裂腦人的研究，發現大腦兩個半球的分工，左半球主要從事邏輯思維，右半球主要從事形象思維、空間定位、圖象識別、色彩欣賞等。還發現了裂腦科學的這些成就，從理論上提出了壹些新觀點。如：思維的大腦神經回路說，思維互補說等。這些新成就和新觀點，對工人智能的研究有著重要意義。
（四） 系統科學的產生和發展
系統科學是在第二次世界大戰前後興起的。它是以系統及其機理為對象，研究系統的類型、壹般性質和運動規律的科學，包括系統論、信息論、控制論等基礎理論，系統工程等應用學科以及近年來發展起來的自組織理論。它具有橫斷科學的性質，與以往的結構科學（以研究“事物”為中心）、演化科學（以研究“過程”為中心）不同。它涉及許多學科研究對象中某些***同的方面。系統論、信息論、控制論就是把不同對象的***同方面，如系統、組織、信息、控制、調節、反饋等性質和機理抽取出來，用統壹的、精確的科學概念和方法來描述，並力求用現代的數學工具來處理。所以，系統科學是現代科學向系統的多樣化、復雜化發展的必然產物。它在現代科學技術和哲學、社會科學的發展中具有十分重要的意義，為人們認識世界和改造世界提供了富有成效的、現代化的“新工具”。
1. 系統論、信息論、控制論的產生
在人類思想史上，早已有關於系統的觀念。古希臘思想家已提出“秩序”、“組織”、“整體”、“部分”等概念來認識世界。中國古代陰陽五行學說把事物看成相生相克的整體。馬克思主義經典著作中也有關於系統的深刻思想。但作為研究各種系統壹般原則的系統論則是於本世紀20～30年代，由美籍奧地利生物學家貝塔朗菲提出的。在現代科學技術和生產發展的沖擊下，科學家們已不能容忍用那種孤立、靜止，片面的觀點和方法來觀察世界，尤其是機械論和活力論已嚴重阻礙生物學的發展。於是，貝塔朗菲和壹些科學家在20年代中期提出了機體論，創立了機體系統論的生物學研究方法，把協調、秩序和目的性等概念和數學模型應用於有機體的研究，主張把有機體作為壹個整體或系統，用生物與環境相互關系的觀點來說明生命現象的本質，從而解釋以往機械論所無法解釋的生命現象。貝塔朗菲機體論的基本思想是：（1）整體觀點；（2）動態結構與能動觀點；（3）組織等級性觀點。這些基本思想已包含了貝塔朗菲後來提出的壹般系統論的基本內容。1932年～1937年他先後發表了《理論生物學》、《現代發展理論》、《關於壹般系統論》等著作，對系統概念、整體性、集中性、終極性以及封閉系統、開放系統等都作了深刻論述，從而奠定了現代系統論的基礎。
信息論是本世紀40年代在現代通信技術發展的基礎上誕生的，是研究信息的獲取、儲存、傳遞、計量、處理和利用等問題的壹門新興學科。本世紀30年代以前，科學技術革命和工業革命主要表現在能量方面，如新的動力機、工具機的出現。其實質是人的感覺器官和效應器官的延長，是人的體力勞動的解放。本世紀30年代以後，科學技術所發生的革命性變化，主要表現在信息方面，表現在信息的傳遞、儲存、加工、處理等技術和通信、控制機以及人工智能的發展。其實質是人的思維器官的伸展，是人的腦力勞動的解放。
1924年美國奈奎斯特和德國居普夫、繆勒等人發現電信號的傳輸速率與信道帶寬度成比例關系，從而最早提出了信息問題。1928年，哈特萊發表《信息傳輸》，首先提出信息是包含在消息中的信息量，而代碼、符號這類消息是信息的具體方式。他還提出了信息定量問題，認為可以用消息出現概率的對數來度量其中所包含的信息。如從S個符號中選出N個符號組成壹組消息。則***有SN個可能性。其信息量為H = N logS。這壹理論是現代信息理論的起源，但當時未引起人們的註意。直到第二次世界大戰期間，壹些與通信技術有關的新技術陸續出現，如雷達、無線電通訊、電子計算機、脈沖技術等，為信息論的建立提供了技術基礎。同時，作為信息論數學基礎的概率論也得到飛速發展。在這種條件下，許多科學家從不同角度對信息論的基本理論進行了研究。1948年申農發表《通訊的數學理論》，把物理學中的數學統計方法用於通訊領域，提出了作為負熵的信息公式、信息量概念，給出了信息的定義，為現代信息理論奠定了基礎。從此，信息論作為壹門獨立學科而出現。但是，這時的信息論還主要限於通訊理論。隨著信息論滲透到心理學、神經生理學、生物學和語言學等領域，信息論的含義越來越廣泛。40多年來，信息論與系統論、控制論交織在壹起獲得迅速發展，形成壹種綜合性的信息科學。其主要內容包括：（1）信息論，探討信息的質、量、傳輸等問題，這是理論基礎；（2）計算機科學，研究對信息進行加工處理的自動機械；（3）情報學，主要研究信息的記錄、儲存和檢索，研究信息儲存密度、速度等。
控制論也是本世紀40年代未在通訊技術發展的基礎上產生的。美國數學家維納被認為是現代控制論和信息科學的創立者。申農是他的學生，在創立信息論過程中曾得到他的幫助。第二次世界大戰期間，維納從事防空火力裝置的設計工作，需要使用自動機器控制高炮瞄準。於是維納將數學工具應用於火炮控制系統，處理飛行軌跡的時間序列，提出了壹套預測飛機將要飛到的位置，使火炮準確擊中的最優辦法。而火炮控制系統中壹個重要問題就是如何將控制裝置的誤差反饋回來作為修正下壹步控制的依據。維納從生理學家羅森勃呂特那裏了解到人的神經系統與火炮控制系統有相似之處，都有反饋不足和過度的問題，本質上是對信息的壹種處理。於是開始找到了人、動物與機器在控制、通訊方面的***同點。1943年維納與羅森勃呂特合作發表《行為、目的和目的論》壹文，論證了目的性就是負反饋活動。1948年，維納所著的《控制論》壹書出版，它標誌著控制論的正式建立。1950年，維納發表《人有人的用處——控制論與社會》壹書，對控制論作了更廣泛通俗的闡述。與信息科學的發展緊密聯系，控制論的基本概念和方法被應用於各個具體科學領域，研究對象從人和機器擴展到環境、生態、社會、軍事、經濟等許多部門，使控制論向應用科學方面迅速發展。其分支學科主要有：（1）工程控制論；（2）生物控制論；（3）社會控制論和經濟控制論；（4）大系統理論；（5）人工智能，即智能模擬。
2．系統科學的新進展
20世紀50年代以後，形成了壹股研究現代系統理論的熱潮，相繼出現了各種新的系統理論，如：普利高津的耗散結構理論、哈肯的協同學、費根鮑姆等的混沌理論、愛根的超循環理論、米勒的生命系統理論。
耗散結構理論是比利時理論生物學家普利高津於1969年“理論物理與生物學”國際會議上首次提出來的。1850年德國物理學家克勞修斯提出的熱力學第二定律，無法解釋生物系統從無序到有序、從簡單到復雜、從低級到高級的進化過程。這引起了普利高津的廣義熱力學派的興趣。從1946年到1967年整整20年中，普利高津學派把物理系統或生物系統的有序結構形成的條件當作壹個新方向展開理論探索，並把重點放在新結構的產生是否與平衡中心的距離有關這壹問題上。1969年，他們終於發現：壹個開放系統在從平衡態到近平衡態再到遠離平衡態的非線性區時，系統內某個參量的變化達到壹定閾值，通過漲落，系統就可能發生突變，由原來的無序狀態變為在時間上、空間上或功能上的有序狀態，形成壹種動態穩定的有序結構。這種新的有序狀態必須不斷地與外界進行物質、能量和信息的交換，才能維持壹定的穩定性，而且不因外界微小的擾動而被破壞，因而稱為耗散結構。這種耗散結構能夠產生自組織現象，所以耗散結構理論也叫“非平衡系統的自組織理論”。它解決了開放系統如何從無序轉化為有序的問題，對於處理可逆與不可逆、有序與無序、平衡與非平衡、整體與局部、決定論與隨機性等關系提出了良好的思考方法，從而把壹般系統論向前推進了壹大步。
協同學是由德國物理學家H·哈肯於1970年創立的。它以信息論、控制論、突變論等為基礎，采用統計學和動力學考察相結合的方法，通過類比，對各類系統中從無序到有序的現象建立壹整套數學模型和處理方案。它是耗散結構理論的突破與推廣，也是壹門關於自組織的理論。它進壹步指出了壹個系統從無序向有序轉化的關鍵並不在於熱力學平衡還是不平衡。也不在於離平衡態有多遠，而在於只要是壹個由大量子系統構成的開放系統。耗散結構理論只討論了遠離平衡態系統從無序向有序的轉化，而協同學除了分析系統的“協同作用”外，進壹步解決了近平衡態系統從無序向有序的轉化。協同學開始只限於研究壹個非平衡開放系統在時間和空間方面的有序問題。1978年，哈肯在《協同學：最新趨勢與發展》壹文中將協同學的內容擴展到功能有序。1979年，哈肯又註意到混沌現象的重要性，認為壹個非平衡的開放系統不僅可以從無序到有序，而且也可以從有序到混沌（指由決定性方程所描述的不規則運動）。這壹發現使協同學進入到壹個新階段。1981年，哈肯在《20世紀80年代的物理思想》壹文指出，在宇宙中也呈現有序結構。這些說明，無論是在宏觀領域還是在微觀領域，只要是開放系統，就可以在壹定條件下呈現出非平衡的有序結構，都可以成為協同學的研究內容。