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老子说到“道生一，一生二，二生三，三生万物”，“一”、“二”、“三”，乃是指“道”创生万物的过程。主要讲述了一、二、三这几个数字，并不把一、二、三看作具体的事物和具体数量。它们只是表示“道”生万物从少到多，从简单到复杂的一个过程。
01
克劳修斯和达尔文矛盾的终结
整个自然界，从最小的砂粒到宇宙星体，从原生生物到人，都处于永久的产生和消灭，无休止的运动和变化之中。恩格斯认为，在唯物辨证法面前，“除了发生和消灭、无止境地由低级上升到高级的不断过程，什么都不存在”。运动、变化、发展的客观性、普遍性和永恒性的观点早在古代的朴素的唯物主义和辩证法思想中，就已经被人们所广泛认同。然而随着科学进步，同样不可否认的科学结论却为后人留下了似乎不容置疑的相反结论：19世纪，热力学第二定律和生物进化论分别论述了物理世界和生物世界两种截然相反的演化趋势。热力学第二定律指出，一个孤立的热力学系统，温度总是不可逆地从高温传向低温，最后达到热平衡。这种热力学系统所表现出来的，是从有序走向无序、从非平衡走向平衡的退化趋势。与此相反，达尔文生物进化论则指出，生物界总是从简单到复杂、从低级向高级、从低等有序到高等有序发展的，是一个进化的趋势。这就是19世纪出现的所谓达尔文和克劳修斯的矛盾—世界进化与退化的问题。由于热力学的回答是有实验、数学和科学模型的方法来解释和说明的，它给出了自然界演进无序化的内在机制；而生物学在当时所能提供的证据却主要是描述性的、类比式的。对事物由低级到高级的内在机制尚不清楚，所以直到20世纪初.
在科学领域中关于自然演化看法的主要倾向是退化论的，特别是作为热力学第二定律的提出者，德国著名物理学家克劳修斯又任意扩大了该定律（又称熵增原理）思想的适用范围，将其推广到整个宇宙，认为整个宇宙将趋向于热力平衡状态，这时，一切宏观变化都将停止，能量的总值虽然不变，但已不能再被利用，结果宇宙就会进入一个死寂的状态。从而得出了错误的学说—“宇宙热寂说”。如果用哲学的语言表述，达尔文和克劳修斯的矛盾实质就是：是否承认世界是永恒发展的、是前进上升的。直到20世纪40年代，尤其是70年代以来即系统理论特别是耗散结构理论的诞生，才最终在实证科学的层面上有力地捍卫、论证了世界是永恒发展的这一唯物辨证法的基本观点。
信息论的创始人申农于年发表了题目为《通信的数学理论》的论文，并利用概率统计方法给出了信源的信息熵定义。第个事件发生的概率为，每个事件的概率在0～1之间，它们的总和为1。通常，一个信源发送出什么符号是不确定的，衡量它可以根据其出现的概率来度量。概率大，出现机会多，不确定性小；反之就大。信息熵由于为负数，公式在之前加一负号，则信息熵应为正值。信息的扩散和消失，信息的熵越小，则所含的有序程度越高。是负熵任何使得随机事件产生组织性、法则性、有序性的过程。
克劳修斯熵、玻尔兹曼熵和信息熵在数学上是可以相互转换，但是它们具有不同的适用范围。克劳修斯熵的概念局限于粒子热运动这种特定的物质运动形式，它与能量（热量）与功的分配和转换有关，对于并不涉及热量、能量转换的非热力学过程，克劳修斯熵是不能应用的。玻尔兹曼熵着重于分子的无序性，作出了热力学第二定律得统计解释，且玻尔兹曼熵还可以延拓到非热力学系统和远离平衡态的热力学系统的非平衡态，但是要加入等概率条件。而信息熵可以与热量、能量转换的多少没有关系，也可不受到等概率的约束。因此，我们可以得出以下关系：信息熵是比玻尔兹曼熵、克劳修斯熵包含内容更广泛的熵。而且，不同的是，克劳修斯和玻尔兹曼的熵是熵增加原理，而信息熵是熵减少趋势。
生命的周期过程是：受精卵在母体内开始进行细胞分裂和复制，逐渐形成胚胎的各种器官，成熟并诞生出世。而随着婴儿的成长，各种器官功能日趋完善，越来越有序化。看起来，生命的进化似乎与熵增加原理相违背。假设生命受这三种熵的影响，取决于三种熵的共同作用，克劳修斯和玻尔兹曼的熵的增加是总趋势，信息熵减小只是为了阻挡这种趋势，因而生命刚开始有序发展最终还是走向死亡，此处的信息我认为是内部信息，就像物体相互作用时产生的内力可以让物体有序运动。所以，熵增加原理与达尔文进化论并不矛盾，只是此时多了信息的产生和消散。
02
自组织（系统有序的组织机理）
如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就是自组织。
自组织理论是关于在没有外部指令条件下，系统内部各子系统之间能自行按照某种规则形成一定的结构或功能的自组织现象的一种理论。该理论主要研究系统怎样从混沌无序的初态向稳定有序的终态的演化过程和规律。认为无序向有序演化必须具备几个基本条件：(1)产生自组织的系统必须是一个开放系统，系统只有通过与外界进行物质、能量和信息的交换，才有产生和维持稳定有序结构的可能。(2)系统从无序向有序发展，必须处于远离热平衡的状态，非平衡是有序之源。开放系统必然处于非平衡状态。(3)系统内部各子系统间存在着非线性的相互作用。这种相互作用使得各子系统之间能够产生协同动作，从而可以使系统由杂乱无章变成井然有序。除以上条件外，自组织理论还认为，系统只有通过离开原来状态或轨道的涨落才能使有序成为现实，从而完成有序新结构的自组织过程。
从系统论的观点来说，"自组织"是指一个系统在内在机制的驱动下，自行从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展，不断地提高自身的复杂度和精细度的过程；
从热力学的观点来说，"自组织"是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息，而不断地降低自身的熵含量，提高其有序度的过程；
从统计力学的观点来说，"自组织"是指一个系统自发地从最可几状态向几率较低的方向迁移的过程；
从进化论的观点来说，"自组织"是指一个系统在"遗传"、"变异"和"优胜劣汰"机制的作用下，其组织结构和运行模式不断地自我完善，从而不断提高其对于环境的适应能力的过程。
从结构论-泛进化理论的观点来说，"自组织"是指一个开放系统的结构稳态从低层次系统向高层次系统的构造过程，因系统的物质、能量和信息的量度增加，而形成比如生物系统的分子系统、细胞系统到器官系统乃至生态系统的组织化度增加，基因数量和种类自组织化和基因时空表达调控等导致生物的进化与发育过程。
自组织理论主要有三个部分组成：耗散结构理论（DissipativeStructure）、协同学（synergetics）、突变论（CatastropheTheory）。
03
耗散结构（最小熵产生原理）
普利高津年生于莫斯科，年在比利时布鲁塞尔自由大学获得博士学位后留校工作，两年后被聘为教授。他主要研究非平衡态的不可逆过程热力学，提出了“耗散结构”理论，并因此于年获得诺贝尔化学奖。
耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”。要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、最小熵产生原理、非线性、开放系统、涨落、突变。
热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态（平衡态：是指在没有外界影响条件下热力学系统的各部分宏观性质在长时间里不发生变化的状态。这里所说的没有外界影响，是指系统与外界没有相互作用，既无物质交换，又无能量传递（做功和传热），即系统是孤立系。），所以孤立系统绝不会出现耗散结构。那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？其实，在开放的条件下，系统的熵增量dS是由系统与外界的熵交换deS和系统内的熵产生diS两部分组成的，即：dS=deS+diS。热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负，即diS=0，然而外界给系统注入的熵deS可为正、零或负，这要根据系统与其外界的相互作用而定，在deS0的情况下，只要这个负熵流足够强，它就除了抵消掉系统内部的熵产生diS外，还能使系统的总熵增量dS为负，总熵S减小，从而使系统进入相对有序的状态。所以对于开放系统来说，系统可以通过自发的对称破缺从无序进入有序的耗散结构状态。
系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。
04
分形（自组织-自反馈）
“谁不知道熵概念就不能被认为是科学上的文化人，将来谁不知道分形概念，也不能称为有知识。”——物理学家惠勒
弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉，粗糙不堪的断面，变幻无常的浮云，九曲回肠的河流，纵横交错的血管，令人眼花缭乱的满天繁星等。它们的特点都是，极不规则或极不光滑。直观而粗略地说，这些对象都是分形。
分形，具有以非整数维形式充填空间的形态特征。通常被定义为“一个粗糙或零碎的几何形状，可以分成数个部分，且每一部分都（至少近似地）是整体缩小后的形状”，即具有自相似（如果一个物体自我相似，表示它和它本身的一部分完全或是几乎相似。若说一个曲线自我相似，即每部分的曲线有一小块和它相似。其机制是经过环境影响下简单开端自反馈迭代过程。（“道生一，一生二，二生三，三生万物”）。自然界中有很多东西有自我相似性质，例如海岸线的性质。自相似性可以用分数维来测算。
对于自然界大量存在的随机分形，不像数学上的分形具有在无穷尺度上的自相似或自仿射性，它只是在一定范围内存在，也就是说只在一定的尺度范围内具有分形特性，这个尺度范围称之为无标度区。二维自然地表以及与其相关的有分形特性，这个尺度范围称之为无标度区。
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地理尺度-地理过程
地理学研究对象格局与过程的发生、时空分布、相互耦合等特性都是尺度依存的尺度的内涵很广，在不同的学科中，其