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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(3)世界的随机性与机遇的把握  

2013-04-02 09:15:01|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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(3)世界的随机性与机遇的把握

文章来源: 《中共中央党校学报》2002年第4期 

作者:中共福建省委党校科技软科学教研部 查英青

08-05-30 18:43:56 111

http://www.cntheory.com/news/Llts/2008/530/08530184356DDK1JJ92AH908JAC43D9.html

 

一  对世界随机性认识的深化过程   

 

近代科学革命使认为自然界是运动、变化、发展的辩证唯物主义自然观得以建立。然而人们还是普遍认为,尽管事物是变化发展的,但变化发展的规律是决定性的、永恒的。规律一旦找到,未来的发展变化就被确定了。拉普拉斯决定论认为,只要知道物体运动的初始状态和边界条件,利用定律及方程,就可单值地确定物体任何时刻的运动状态,也就可以推算出一切过去和未来的事件。这种方法,对于个体事物,对于那些可以把复杂的因果关系忽略掉,只留下一种因果关系的简化事物,无疑都是正确的。这种思想,使人们认定,理论一旦证明是正确的,它就是终极真理。就连领导了一场科学革命的爱因斯坦也这样认为:“根据世界在某一时刻的状态,应当无歧义地得出它在过去和未来的其他一切状态。” [1]

 

这实际上是一种简化的思想观念。相信决定论的学者并非不懂得初始条件无法精确给定,但他们相信动力学系统一般都有收敛性或稳定性,尽管人们不能绝对精确的刻画系统行为,但总可以近似地刻画它,只要使初始误差足够小,总可以使未来轨道的偏离保持在允许的小范围内。对于那些简单的事物,决定论思想得到了证实。哈雷彗星运动周期的成功预测,尤其是海王星的发现,证明了这种方法的正确性。然而拉普拉斯决定论在新的研究领域中遇到了挑战。

 

(一)统计决定论思想的形成

 

首先拉普拉斯决定论在处理群体的分子热运动时遇到了困难。当自然科学进入到由大量要素组成的具有无穷多自由度的物质体系时,这种单值决定论就不再有效了。这不仅是因为它难以对付系统固有的复杂性,更重要的是这种复杂性导致了事物的变化——即使精确地确定粒子的全部轨道和它们相互之间的作用力,也不能把握它们所组成的整体的精确行为。19世纪后期,玻尔兹曼、吉布斯等人向拉普拉斯决定论的世界图景提出挑战,把随机性引入物理领域,建立了统计力学。统计力学指出:对于一个群体事物来说,能够用牛顿定律进行决定论性描述的,只有总体上的规律;而群体中的任何个体(如热力学系统中的任何分子行为),是不能进行决定论性的描述的,它只能给出个体行为的可能性,给出这种行为的“几率”(或“概率”)。随着统计理论的建立,统计决定论思想逐步形成,从大量粒子的随机运动中能表现出十分确定的整体规律。这种关于物质运动的随机性与确定性相统一的思想对于自然科学的发展和人们头脑中自然图景的变革,其意义是极其深远的。

 

(二)量子理论进一步发展了随机性思想

 

但是,经典物理学中的统计方法仍是以单值决定论思想为基础的,因为在原则上,统计方法可以归结为严格的动力学方法。量子力学的建立,进一步发展了随机性思想,揭示出统计决定论是自然界的根本性质。量子力学是研究原子或粒子所构成的群体的运动规律,在这种微观世界里,事物的本质又发生了变化——既具有波动性,又具有粒子性(即波粒二像性)。由于粒子非常小,无论我们采用什么样的观测手段,总会对被观测的对象产生实质性的干扰。当你要想同时精确测定粒子的位置和动量时,由于仪器的作用,粒子的位置或动量就会发生偏差。因此德国物理学家海森堡提出了“测不准原理”。测不准原理表明,获得严格精确的初始条件在原理上是不可能的。自然规律的统计描述决不是由于我们对世界的无知或知识的不完备造成的过渡状态,而是自然界本质特性的客观反映,是主客体相互作用的结果,而离开主体的任何“实在”是毫无意义的。丹麦物理学家波尔从哲学上得出了一个新的概念,这就是著名的“互补原理”。互补原理指出:波粒二像性是微观事物的本质。波动和粒子二者互相排斥,但又互相补充。测不准原理和互补原理表明,在微观领域里,严格的因果决定论是不成立的。这就为量子力学非决定论的统计解释提供了依据。

 

(三)浑沌理论对随机性的本质有全新认识

 

对决定论世界图景的更有力挑战,来自对浑沌现象的研究。浑沌理论使人们对随机性的起源、本质以及确定性与随机性的辩证关系获得全新的认识。统计力学和量子力学的随机性是一种外在的随机性,在发现浑沌之前,人们认为随机性都来源于大数现象或群体效应,由大量粒子组成的巨系统,因果关系极为复杂,存在各种无法了解的影响,造成它们的行为有惊人的复杂性。但浑沌研究出人意料地发现,随机性在非常简单的系统中也会出现,浑沌就是确定性系统中的内在随机性。20世纪50年代,美国气象学家洛伦兹用计算机模拟天气变化,将方程做了极度的简化。他发现就是这么简单的方程,若大气状况“初始值”有极其微小的差别,在经过较长时间运算后,竟会引起结果的巨大差异。1963年,他以蝴蝶为比喻夸张地提出:一只蝴蝶在南美洲亚马逊河流域热带雨林中偶尔扇动了几次翅膀,两周后会在美国德克萨斯州引起龙卷风吗?“蝴蝶效应”形象地说明了确定性系统中的内在随机性,已越来越多地被自然界和社会领域的事实所证明。因此,随机性也是客观世界固有的普遍的特征。我们这个世界是确定性与随机性相统一的世界。

 

从统计力学、量子力学到混沌理论,本质上都是系统思想的反映,即研究到了一个“系统”,事物间具有整体性、关联性、协同性、突变性等等复杂特征。事物的发展变化不是以前想像的那么简单,在发展过程中充满了随机性和不确定性。

 

20世纪以来,世界的随机性给了人们越来越深刻的认识,尤其在社会经济领域。因为社会经济领域正是一个复杂的系统,充满着变化不定的因素。1929年的世界经济危机更给人们上了生动的一堂课。因为就在一个月前,人们还津津乐道于经济的大好形势,现在形势却突然急转而下,令人措手不及。今天,随着世界联系的普遍加强,经济全球化成为时代的特征,一个国家、一个地区、一个城市的一个偶然事件的发生,可能会引起整个世界巨大的连锁反应。如何应对世界的随机性,成为科学研究的一个重要内容。要把握世界发展趋势就必须有新的思维方式和新的预测方法。在这一面,现代科学方法提供了越来越丰富的手段。

 

二 随机性的特征与产生的原因

 

要把握事物发展的随机性,必须认识随机性的特征。笔者把随机性归纳为三大主要特征:

 

一是或然性(统计决定论)特征。机械决定论是关于个体事物(或能够简化为单因果关系的事物)的客观规律的表现形式,而统计决定论是关于群体事物(或具有无限多个因果关系的事物)的客观规律的表现形式。过去我们说“科学性就在于真实性”,这是拉普拉斯决定论的模式。对于群体事物,对于多个因果关系的事物,只用真实性来衡量科学与非科学显然不充分了,还要进行概率分析。控制论的创始人维纳精辟地指出:“这个革命所产生的影响就是……不再要求去探讨那种总是会发生的事情,而是去探讨将以绝对优越的几率而发生的事情了。” 因此,当我们判断一个事物是否科学,或者说是否有普遍意义时,我们必须从两方面考察:(1)事物的真实性,这种事件是否会发生?(2)事物的或然性,这种事件在多大的可能性上再度发生?这种事件在全局上的代表性有多大?如果以为有了真实性就解决了问题,也会把人引向主观主义泥沼。[2]在统计规律起作用的地方,用已经发生的事实来证明事物的必然性是片面的。我们应该再问一句:在今天的历史条件下,这事件还会发生吗?在已经变化了的世界上,过去发生的未必现在会发生,过去所选择的不一定是最优的选择。

 

二是偶然性特征。或然性强调了群体的统计规律,而偶然性则强调个体的随机规律。我们在事物发展的过程中,必须随时关注可能出现的偶然性事件,防范于未来,这是偶然性的不利一面。但偶然性更兼有利的一面。要寻找事物的普遍规律,必须找到出现概率大的事件;而要独树一帜,独领风骚,就要善于寻找在当时当地出现概率小的事件。对于个体来说,就是要把握偶然性,善于捕捉机遇。机遇就是指一种特殊的偶然性事件,一种有利的机会。它的最大特点就是意外性。

 

三是不可重复性特征。当代科学理论指出,自然界在本质上是不可重复的,可重复性是一种理想的简化过程。由于随机过程偶然性的存在,从严格的意义上说,一个事件不可能完全相同地出现两次,世界上也没有完全相同的事物。当我们做科学实验时可能有这种体会,无论我们如何小心翼翼,误差总是不可避免。现代科学领域越来越精细,越来越复杂,不可重复性也就越来越明显。不可重复性要求我们要及时抓住机遇。机不可失,时不再来。不可重复性还提示我们,要允许存在误差,进化就在差异中产生。

 

随机性是复杂世界的产物。复杂世界是指事物间的联系是多方面的、非线性的。随机性一是产生于系统中多因素的非线性作用。当代世界进入了联系复杂而敏感的领域,往往同时存在着多种对系统的影响都很大的相互作用,无法仅仅抓住一两个主要因素,因此采用主要矛盾方法建立的具有比较简单形式的规律就不适用复杂的领域了。这些要素你影响我,我影响你,你的变化又反过来再影响我。这种多因素的非线性作用经过叠加就会产生复杂的后果即随机性。二是可以产生于简单系统的非线性变化。由于是非线性作用,即使是简单的系统,要素也只有几个,但由于指数式放大效应也可能使细微的初态变化带来截然不同的后果。浑沌现象就说明复杂性不一定来自于复杂系统(复杂世界不等同于复杂系统),简单的非线性系统经过长期的或快速的变化也可能产生复杂性,从而造成未来行为的不可预测。以上是否可以用一句话来概括:随机性产生于系统要素间相互联系的非线性作用。这也就是经济全球化带来的社会领域发展的新特点。

 

 

复杂性科学

http://baike.baidu.com/view/1471026.htm

 

不确定性   

 

不确定性是针对确定性而言的,是对确定性的否定。在近代科学发展史上,以牛顿力学为代表的经典自然科学向人们描绘了一幅确定性的世界愿景,并且宣称在这幅愿景图中的空白之处或者不清晰之处只是暂时的,是等待人类去逐渐填充的领域。

 

然而20世纪60年代以来,现代系统科学中关于混沌现象的研究,却打破了传统科学中把“确定性”与“不确定性”截然分割的思想禁锢,并用大量客观事实和实验表明,正是由于确定性和不确定性的相互联系和相互转化,才构成了丰富多彩的现实世界。

 

著名科学家普里高津曾说:“我坚信,我们正处在科学史中一个重要的转折点上。我们走到了伽利略和牛顿所开辟的道路的尽头,他们给我们描绘了一个时间可逆的确定性宇宙的图景。我们现在却看到了确定性的腐朽和物理学定义新表述的诞生。”

 

事实上,许多学科领域关于“不确定性”的研究成果已经揭示了微观和宏观世界中不确定性的必然存在。如量子力学中的海森堡测不准原则、数理逻辑中的哥德尔定理、社会选择理论中的阿罗不可能定理以及模糊逻辑等方法的提出,都从不同的学科角度,为“不确定性”成为科学研究的对象提供了准备条件。

 

美国密歇根大学地质科学家亨利?N.波拉克(H.N.Pollack,1936一)说:“科学会因为不确定性而衰弱吗?恰恰相反,许多科学的成功正是由于科学家在追求知识的过程中学会了利用不确定性。不确定性非但不是阻碍科学前行的障碍,而且是推动科学进步的动力。科学是靠不确定性繁荣的。”

 

《复杂性科学的方法论研究》是黄欣荣在其博士论文的基础上修改完成的,由重庆大学出版社2006年出版。社会系统本身所固有的、内在的层次性、开放性、动态性、相干性、非线性、临界性、自组织性、自强化性和突变性。根据不确定性的特点,一般可以把不确定性分为五类:客观不确定性、主观不确定性、过程不确定性、博弈不确定性和突变不确定性。”   

 

 

复杂性思维的特征 

金吾伦   

http://www.china.com.cn/chinese/zhuanti/xxsb/956890.htm

 

不确定性

 

用著名的科学家普里高津的话说:“腐朽”的确定性,即确定性已腐朽了、终结了,而必须代之“不确定性”。当然这样说,可能有点绝对化,事实上,如成思危教授所指出的,“系统在远离平衡的状态下也可以稳定(自组织),确定性的系统有其内在的随机性(混沌),而随机性的系统却又有其内在的确定性(突现)。”但不确定性是基本的,确定性是它的特例,这是因为世界的万物变化充满着随机性和偶然性,由此决定了事物变化的不确定性。日本著名学者野中郁次郎曾这样说:“在当前的经济环境中,‘不确定性’是唯一可确定的因素。”所以普里高津强调:“我坚信,我们正处在科学史中一个重要的转折点上。我们走到了伽利略和牛顿所开辟的道路的尽头,他们给我们描绘了一个时间可逆的确定性宇宙的图景。我们现在却看到了确定性的腐朽和物理学定义新表述的诞生。”我们“必须重新表述把自然和创造性囊括在内的自然法则。”这种自然法则,“不再基于确定性,而是基于概然性。”

 

值得我们关注是随着确定性的终结,不确定性研究已受到了人们普遍的重视。罗伯特?马修斯在2003年英国《焦点》月刊5月号上发表了一篇题为“不可思议的世界”一文。文章开头说:“此时此刻,在你周围,比原子还小的粒子正在不断出现(生成)又消失,它们凭空产生(生成),又转瞬即逝。你可能不知道它们的存在;没有它们,无论是你还是整个宇宙都将不复存在,但你应该庆幸它们的存在。它们被称为虚粒子。是所有科学中意义最深远、也最匪夷所思的理论——不确定性原理——推理之一。”

 

不确定性原理最早由海森伯提出,以后引发了爱因斯坦与玻尔关于“上帝是否掷骰子”的争论(常称A-B争论)。争论的结果以有利于玻尔一边而告一段落,接着又有彭罗斯与霍金的争论,霍金站在玻尔一边,嘲笑爱因斯坦念念不忘的上帝只能是个“随时都在玩骰子的大赌徒。”不确定性原理已经在科学探索中显示其强大力量:它暗示着虚无空间中充满能量,其能量的随机爆发随时随地可能发生;粒子纠结效应为实现粒子加密法提供了基础,成为一种保护秘密信息的全新方法;不确定性原理最惊人的应用是在宇宙学中,人们据此推断出宇宙中存在着“暗物质”和“暗能量”,这都表示着海森伯不确定性原理的巨大威力。

 

不确定性已被广泛应用于宏观研究领域,如美国斯坦福大学著名创新研究专家罗森伯格写有“不确定性与创新文化”一文。该文一开头就说:“在考虑科学和技术文化时,有一个在讨论中起支配作用的关键词,即不确定性。”

 

不确定性原理应用于管理,形成了一门“不确定性管理”的课程,以适应瞬息万变的市场变化,因为市场变化是不确定的,环境的不确定性要求运用新的思想方式来考虑战略。

 

不可预测性

 

不可预测性的一个形象的比喻是蝴蝶效应:墨西哥湾上空一只蝴蝶的翅膀一煽动,就可能引起加利福尼亚的一场大风暴。现实中如曾经发生过的亚洲金融危机,开始是一个、几个国家或地区,以后波及面很广,乃至全球。

 

前述不确定性已导致历史决定论的破产。这是因为自然界和人类的社会生活世界中有大量的偶然性和随机性。正如莫兰在《复杂思想:自觉的科学》一书中所说:“如果这个历史阶段消除可随机性、偶然性、战役、机缘、古埃及女王克娄巴特拉的美丽的鼻子、拿破仑的奥斯特利茨战役中的迷雾、斯大林的死亡,它的合理化就达到比一部荒谬的历史更坏的荒谬性。”“如果我们认为历史是理智的,它知道它需要什么、它牵引着我们的鼻子走向进步,那么这种观点比莎士比亚的白痴的观点更加白痴!”

 

未来不是完全可以预测的,未来不在过去的延长线上。“未来并非过去的继续,而是一系列的不连续事件。只有承认这种不连续性并设法适应它,我们才有机会在21世纪生存下来并获得成功。”

 

针对未来的不确定性和不可预测性,人们想出了一系列的办法以适应这个动荡不定、极难预料的环境变化,其中一种受人重视的重要战略,就是“情景规划”,在此我不作详细介绍,有兴趣的读者可参阅林德格伦等著的书。当然“四不”和“四有”的关系是相对的,“四不”并不截然反对“四有”,尤其在现实的实用的层面上必须考虑到“四有”,例如,我们批判分割,批判还原,但在许多情况下,还原方法仍然有效。对前景的预测虽有巨大的不确定性,但情景规划本身还含有预测的意义,否则人们就无法行动了。

 

 

后现代科学:伪科学还是科学革命?(肖显静)

2006-11-26 13:00:24

肖显静 (中科院研究生院人文社会学院 山西大学科技哲学研究中心博士后)

http://www.douban.com/group/topic/1302125/

 

4、从永恒不变的秩序走向演化、暂时。

 

我们对自然的看法正经历一个深刻的变化,即走向多元、暂时和复杂性。这与后现代科学不可分离。1984年出版的由普里高津等所写的《混沌中的秩序》(order out of chaos)一书可看作后现代科学的界标。这一工作表明了从机械力学到热力学、从生命的统计的决定论的观点向耗散结构理论的转变。这一理论是以复杂性原理、自组织以及从非平衡态的混沌中产生的有序为基础的。

 

新的科学推翻了统计的决定论的观点,认为宇宙是由多样性的力、进化、不稳定性构成,世界由有序和无序的复杂辩证法来解释。变化和时间将不稳定性和无序引入世界之中,这些反过来又产生新的更复杂的有序形式。这样就将进化和暂时性引入到科学的概念框架中。物质自身的概念是可变的,物质不再是由机械论世界观所描述的被动的东西,而是与自发的能动性或自组织有关的存在。

 

不像稳定系统,带着很小的涨落,开放系统是动力学的、自发的、变化的和进化的。对于后现代科学,生命和进化的原则支配代替了机械论,因此,描述非有机系统的同样的方法模型和概念并不适用于有机系统。对许多人来说,自组织原则、耗散结构、非平衡、以及通过涨落的复杂的有序提供了一个生命的突然出现的统一范式,表现了物质的主动性(activity)思想。

 

5、从决定论走向非决定论,从确定走向可能,从必然走向偶然。

 

量子理论在表明牛顿理论在宏观领域有效性的同时,也暴露了在新的亚原子的领域普遍存在非决定论。在认识和分析亚原子粒子的过程中,测不准原理起着基本的作用。实在的最基本构成不可能真正地分离、准确地鉴定、预言或者理解。如此由经典物理学所倡导的准确的预言以及观测对象的中立性、客观世界的稳定性就不可能获得了。量子理论的这种特性使得史密斯(Smith1982)和玻姆(Bohm,1988)将它说成“后现代物理学”,使得他们破除了决定论、机械论和绝对主义,进入到后现代。他们认为,后现代科学的范式要比近现代科学的范式更加有机、更加非决定性、概率性和多视角。

 

 

力学的发展与复杂系统理论

顾自安

(厦门大学经济研究所      361005)

http://www.chinavalue.net/Article/Archive/2005/11/28/15049.html

 

在《自然哲学的数学原理》一书中,牛顿提出了力学的三大定律和万有引力定律,对宏观物体的运动给出了精确的描述,总结了他自己的物理学发现和哲学观点。《原理》是自然科学界当之无愧的奠基性巨著。该著作把地面上物体的运动和太阳系内行星的运动统一在相同的物理定律之中,从而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。它不仅标志了十六、十七世纪科学革命的顶点,也是人类文明、进步的划时代标志。它不仅总结和发展了牛顿之前物理学的几乎全部重要成果,而且也是后来所有科学著作和科学方法的楷模。

 

牛顿力学为十八世纪的工业革命及其之后的机器生产准备了科学理论。马克思曾经认为,“在十八世纪臻于完善的力学是大工业的真正科学的基础”。毫无疑问,当时这个“科学基础”的最重要的部分是指牛顿的力学。牛顿的经典力学决不只是影响了自然科学界、工业和技术界,更重要的是它唤醒了人们对科学真理的认知,从而推动了社会变革和人们的思想革命。

 

根据牛顿的力学原理,人们利用描写物体运动的坐标及速度的初始值,就可以确定地知道该物体的未来和过去。牛顿建立了经典物理学的具有因果关系的完整体系并得到广泛的实际应用。他所建立的力学体系不仅能说明已有的理论已经说明的现象,如充分地解释伽利略发现的惯性定律和自由落体定律,而且能说明并解释已有的理论不能说明的现象,如完满地说明开普勒的行星运动三定律。更重要的是,牛顿的力学理论能预见到新的物理现象和物理事实,并能以天文观测或实验证实它们的正确性。经典力学理论体系的完美和实用威力的强大使物理学家深信,天地四方、古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述。只要给出系统的初始条件,就能够毫无遗漏地把握它的因果性链条。

 

经典力学不可思议的成功使人们无条件地接受了这一理论,把它看作是科学解释的最高权威和最后标准。而且直到十九世纪末,它一直充当着物理学家在各个领域中的研究纲领。同时人们也普遍认为,经典力学是整个物理学的基础,只要把经典力学的基本概念和基本原理稍加扩充,就能够处理面临的一切物理现象。当时对牛顿力学的推崇正如赫尔姆霍兹1847年在《论力的守恒》中所说的:“我们最终发现,所有涉及到的物理学问题都能归结为不变的引力和斥力”,“只要把自然现象简化为力,科学的使命就终结了”。他还宣称:“整个自然科学的最终目的溶化在力学之中。”当时,在物理学家中间,出现了“把一切都归结为机械运动的狂热”(恩格斯:《自然辩证法》)。牛顿力学的超强解释力,甚至一度使人们认为物理学已经终结了,而人类关于物理学的一切探索在牛顿那里已经完成了。

 

马克思曾经指出:“科学从认识的较低阶段上升到较高阶段,愈升愈高,但是永远不能通过所谓绝对真理的发现而达到这样的一点,在这一点上它再也不能前进一步,除了袖手一旁惊愕地望着这个已经获得的绝对真理出神,就再也无事可做了”。

 

物理学也是如此,物理学从来不具有一种对一切时代都是完美无缺的形式,因为它的内容的有限性总是和可能观察到的事物的无限丰富多样性相对立的。这两者的对立统一,永远是物理学发展的持续动力。创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约,牛顿当然也不例外。

 

概括而言,牛顿经典力学的基本概念和基本原理,具有以下几个方面的局限性:

 

第一,尽管牛顿一再声明“我不做假设”,但他还是引入了超越经验的绝对时间、绝对空间等基本概念。按照牛顿的说法,绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。绝对空间就其本性而言,是与任何外界事物无关而永远是相同的和不动的。绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所的移动,牛顿以著名的旋转水桶实验证明绝对运动的存在。

 

第二,牛顿虽然对引力的本质持审慎态度,但最终还是对它作了抽象的、纯粹数学形式的概括,把它实际看作是一种直接的、即时传递的超距作用力。经典力学的定律和公式都是机械决定论的。

 

第三,在经典力学中物体的质量是恒定不变的,它与物体的速度或能量无关。

 

第四,经典力学定律只适用于宏观低速世界,对于可与光速相比的高速情况和微观世界的适用问题,当时没有涉及也不可能涉及。这些固有的局限性,就是后来引起物理学危机与革命的内在根据。而此后相对论、热力学、量子力学、以及复杂系统理论等,就是在克服上述局限性的过程中逐步发展起来的。

 

我在本章第2.1.3节曾经介绍过热力学原理的基本内容。正如我们以及指出的,热力学定律的发现是对牛顿经典力学的一个局部革命。

 

热力学第一定律只是能量守恒和转换定律的热力学表现。

 

而热力学第二定律则反映了自然界中过程进行的方向和条件的一个规律,指出自然界中出现的过程是有方向性的,某些方向的过程可以实现,而另一方向的过程则不能实现。证明了一切与热现象有关的实际过程都是不可逆的。也就是说,任意过程产生的效果,无论用任何曲折复杂的方法,都不能使系统恢复原状而不引起其他变化。

 

克劳修斯通过引入“熵”的概念,将热力学第二定律表述为:在孤立系统中,实际发生的过程总是使整个系统的熵增加,即熵增原理。能量转换必然伴随着能量损失,剩下可利用的能量将不足以回到初态。热力学第二定律可以简洁而通俗的表述为:万物皆走向衰退。这是自然界普遍使用的规律。

 

生命系统中的高级秩序可以维持吗?或者换句话说,如何解释生命系统的多种多样的秩序?本质上来讲,有机体系统的存续不是一个力学问题,而主要是一个能量问题,生命系统如何能够在能量方面保持自身的稳定?生命如何保存和传递为它们的秩序所必要的信息(这最终将同样以能量的观点来考虑)。从以上热力学的讨论中似乎暗示了所有生命系统终将崩溃,而所有高度有序的结构也终将土崩瓦解,腐烂分化。

 

如果任何系统都具有这种特征的话,那么结果似乎太令人悲观了。幸好在自然界中还存在一类物理和化学现象:如广为人知的例子被称为贝纳尔不稳定性(Benard instability)的物理现象,和称之为别洛索夫-扎鲍京斯基反应(Belousov-Zhabotinskii reaction)的化学反应。前者产生于液体的热对流,后者指许多生物化学反应在特定条件下也能形成与贝纳尔波非常相似的图样。它可以起到一种化学钟的作用,其振荡频率取决于各组分的浓度。普利高津把这种需要依靠外界供应自由能来维持其有序性的结构称为“复杂系统内部的耗散结构(dissipative structure)”。

 

 

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