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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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(8)对于时间问题的讨论  

2013-07-01 20:00:26|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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8)对于时间问题的讨论

 

sbf2000

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千百年来,关于“存在”和“生成”之争是哲学中的一个基本问题。20世纪下半叶以来,普利高津对时间的再追问,无疑是这个历史长河中可歌可泣的一页。通过自己的科学探索和哲学反思,普利高津认为,“时间先于存在”,自然界从根本上讲具有不可逆的演化性。正是这种演化的不可逆性,使得“太阳每天都是新的”,造就了丰富多彩、不断演化的自然界。

 

“时间究竟是什么?没有人问我,我倒清楚,有人问我,我想说明,便茫然不解了。” ——奥古斯丁

 

“时间只是一种幻觉”

 

20世纪是以物理学革命开创的世纪,可是对于青少年时代就为“时间的延续就意味着发明,就意味着新形式的创造,就意味着一切新鲜事物的连续不断地产生”而着魔,大学时代进一步被“热力学第二定律把我的注意力全部吸引过去了”的普利高津来说,还是远不能令人满意的。在普利高津看来,在近代科学的经典——牛顿力学中,时间作为一个描述运动的参数,是反演对称的,把t换为-t有相同的结果,这意味未来和过去看来没有实质性的区别。但是,近代的热力学如同第二定律指出,一个封闭系统只会自发地走向无规无序。这里的时间具有方向,永远向前飞奔,揭露了一个不断演化之中的世界。生物进化论更告诉人们,生命世界处于不断向上发展之中,时间之矢也不可逆地指向未来,形态越高,变化越快。

 

两类时间,前者给出静止的存在的世界图景,后者传递了动态的演化的世界图景。我们的世界被一分为二,从而文化也被一分为二,分成了无过程无历史无激情的科学文化和有经历有历史有情感的人文文化。两种箭头,前者导致了克劳修斯“热寂说”,描述了退化论自然图景;后者却是一个从低级向高级、由简单到复杂、直至产生出人这样的万物之灵的进化过程,提呈了一幅蓬勃向上、生机昂然的自然图景。进化论与退化论,孰是孰非?达尔文与克劳修斯,何者正确?生物学和物理学,是否相容?两类时间、两个世界、两种文化,是否可以协调?

 

科学,更一般地说,我们文化,竟然是带着如此深刻的矛盾和难题告别19世纪而步入20世纪的。甚至在20世纪初建立起相对论和量子论的物理学革命中,上述问题基本上没有受到触动,更谈不上得到真正的解决了。在普利高津看来,这些问题,都联系着对于时间的理解,呼唤着时间的再发现。科学史告诉我们,划时代的科学革命和进展,往往跟时空观念的革命性变化相联系。以牛顿为代表的近代科学革命,奠定了绝对时空观。在牛顿的时空框架中,时间在任何空间位置都是绝对均匀流逝的,因而整个物质世界存在统一的时间,在一切参照空间都有共同的“同时性”,时间间隔在任何惯性参考系中都是绝对的。其次,正如前面所述,作为参数的牛顿时间具有反演对称性。

 

20世纪初爱因斯坦提出的相对论时空,又革新了牛顿的时空观,成为人类时空认识史上的又一次重要进展。在相对论的“四维时空连续体”中,两个事件之间的时空间隔也是恒定的,将t换为-t也具有相同的结果,在此意义上,它仍然秉承了牛顿的可逆时间概念。在此意义上,相对论与牛顿力学,仍然属于同一范畴。因此,普利高津特别关注了爱因斯坦的如下一段话,也就是顺理成章的了。“就我们这些受人们信任的物理学家而言,过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉,然而,这种区别仍然持续着”。老朋友贝索(M.Besso1873-1955)去世后,爱因斯坦在深情寄语贝索的妹妹和儿子的信中,写下了这段话。一个月后,爱因斯坦也告别了这个生活的尘世。在普利高津看来,过去和未来的区别却是具有根本性的。因此,普利高津一再在不同的场合反复地谈这个问题,并直接以质疑《时间只是一种幻觉》为题撰文发表自己的见解。

 

“上帝不掷骰子”

 

不同的时间观念,导致了不同的自然观和科学追求。爱因斯坦把“机械观”概括为“所有的现象都可以用引力或斥力来解释,而这些力只与距离有关,并且作用于不变的粒子之间”。机械观即是把物体归结为粒子,并以粒子之间的力的作用来解释一切,把一切事件都解释为惯性物质的运动。对爱因斯坦来说,批判机械观就意味着形成统一的场的实在图景。普利高津也批判了“宇宙是单一的、无限的、不动的……它不产生自身……它是不可毁灭的……它是不可改变的……”的“机械观”。在他看来,批判机械观,就需要在爱因斯坦统一性方向上,“再迈出一步,因为我们的宇宙不仅仅是一个完整的系统,在此我们发展了某种统一性,弱力、强力等等各种力之间的联系;而且,我们的宇宙是一个进化着的系统,在地质水平上,在宇宙作为一个整体的水平上、在人类的水平上、在文化的水平上,我们的宇宙是一个进化着的系统,它是一个进化的结果。”

 

正是通过自己的科学研究和哲学思考,普利高津走上了肯定并接受马克思恩格斯奠定的“自然界的历史发展的思想”,他还进一步呼唤“我们需要一个更加辩证的自然观”。不同的时间观,联系着不同的自然观和科学追求,也就联系着不同的规律观。上帝不掷骰子。这句名言体现的是爱因斯坦的一个基本信念,也是他与玻尔持续论战30年的一个重要方面。普利高津注意到,尽管相对论引起的物理学的时空观的变革是如此的重要和新颖,由于它并没有把经典物理学的时空框架彻底推翻,而是承袭了经典物理学时空框架中的决定论思想,是经典物理学的继续。他指出,虽然神通广大无所不知的拉普拉斯精灵由于量子物理的发展已没有立足之地,可是仍然能够想象一个占有宇宙学公式的数学家,他不需要掷骰子,就可以完备地描述自然,人们在四维时空连续体中为所有的“事件”严格定位,这些事件的全体就唯一地构成了物理世界及其演化历史,所有的过去、现在和将来都囊括于其中,每一观测者遵从由微分方程表示的严格规律,以其独有的时间相继地看到事件的全体。

 

在普利高津看来,我们进入到认识到“确定性终结”的时代。耗散结构理论开始向我们表明,复杂系统的从存在到生成、从混沌之中涌现有序,是不可逆的充满着不确定性的发展过程。决定论和非决定论在系统的发展中难分难解地联系在一起。这既非是确定性定律所支配的世界,它没有给新奇性留有位置;它也不是由掷骰子的上帝所支配的世界,在这个世界里,一切都是荒诞的、非因果、无法理喻的。由此,“物理学产生了一种新型可理解性,它由不可约的概率表述来表达。当与不稳定性相联系的时候,新的自然法则无论是在微观层次还是在宏观层次都处理事件的概率,但不能把这些事件约化到可推断、可预言的结局。这种对何者可预言、可控制与何者不可预言、不可控制的划界,将有可能满足爱因斯坦对可理解性的探索。” (注:爱因斯坦有一句名言:自然界最大的秘密就在于它的可理解性。)

 

普利高津的孜孜不倦的对时间的再追问,在哲学的视野中,也就是对于这个世界的“存在”和“生成”关系的追问。确定性的“存在”世界,是古希腊哲学家巴门尼德的世界:“存在是不生不灭的;存在是完整的、单一的、不动的、没有终结的。”生生不息的“生成”世界,是另一位古希腊哲学家赫拉克利特的世界:“这个有秩序的宇宙,对万物是相同的,它既不是神也不是人所创造的,它过去、现在和将来永远是一团永恒的活火,按一定的尺度燃烧,一定尺度熄灭。”千百年来,关于“存在”和“生成”之争是哲学中的一个基本问题。而近代科学以来,围绕着时空观,围绕对其涵义和特征的深究,从莱布尼茨与克拉克的著名论战,康德对于时空的深刻反思,黑格尔对于时空关系的辩证思辨,马赫对于绝对时空的有力批判,爱因斯坦对于牛顿时空观的革命性变革,哲学家柏格森、怀特海、海德格尔对于时间、存在的深入追问,历史舞台上演出了一幕又一幕的扣人心弦的戏剧。

 

20世纪下半叶以来,普利高津对时间的再追问,无疑是这个历史长河中可歌可泣的一页。通过自己的科学探索和哲学反思,普利高津认为,“时间先于存在”,自然界从根本上讲具有不可逆的演化性。正是这种演化的不可逆性,使得“太阳每天都是新的”,造就了丰富多彩、不断演化的自然界。

 

背景链接:

 

普利高津(Ikya Prigogine1917-2003.5.28)是我国人民熟悉的比利时科学家和哲学家。1977年,他因为“在非平衡热力学特别是他的耗散结构理论方面的工作”获得了诺贝尔化学奖;1981年,他又由于《新的联盟:人和自然的新对话》(即英文版《从混沌到有序》的法文版前身)而戴上法兰西言语高级理事会的奖章,1984年再被授予法兰西文学艺术骑士荣誉称号。

 

普利高津的耗散结构理论及其科学思想和哲学思想,以及他本人,是迎着我国“科学的春天”而来到华夏大地的。1977年底,普利高津荣获当年诺贝尔化学奖。19786月,钱三强率领的中国科学院代表团访问比利时等西欧各国,我国科学界开始与普利高津及其学派有了直接的接触。1979年,普利高津应邀来华来华讲学,并在西安、北京等地作了学术演讲。1986年,他再度来到我国,并接受南京大学和北京师范大学授予他的名誉学衔、成为中国生物物理化学学会的名誉会员。

 

出处: http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2003/07/03/6569.htm

 

 

老包

 

谢谢sbf2000theone的资料。

 

非线性理论有其独特的魅力,在生物医学系统的探索中有其独特的位置,在很多情况下生物医学信息学例如知识发现等离不开其基本原理。

 

我最近阅读了作者A.斯洛曼的文章“动机、机制和情感”。该文探索情感对智能或心理过程的影响,提出一套关于目标-选择-过滤-情感相互关系模式,作为心理或智能的工作模式。仔细琢磨,他的这套心理工作模式与由其生成的结果模式即我们的思维或逻辑模式十分相似。这分明是一种分形(fractal)机制。所以,我想非线性理论在生物医学系统中的开发,还仅仅是开始。

 

我最近因为忙于准备为由我提出和初步设计的中医术语“结构语义码”的工作作汇报。以后我们有机会再深入地探讨。论坛拥有IT和生物医学两方面优秀人才,也许可以在非线性理论与生物医学交缘方面作些实质性的工作。对双方人员渗透到对方前沿领域也好处多多。

 

耗散结构理论是如何创立的?

――谈“时间悖论”

沈跃春

 

1969年,在一次“理论物理与生物学”国际会议上,比利时布鲁塞尔学派的领导人普利高津教授针对非平衡热力学和统计物理学的发展提出了一种新理论———耗散结构理论。从考察耗散结构理论的创立过程中,我们发现悖论在其中起了不可忽视的重要作用。下面,我们就来阐述一下“时间悖论”的发现在耗散结构理论创立过程中的地位和作用。

 

普利高津在爱因斯坦与密希里?贝索之间的通信集中发现,贝索在1940 1955年期间一而再、再而三地提出时间及其不可逆性等问题。爱因斯坦耐心地一次又一次地回答:不可逆性是一种幻觉,是一种主观印象,它来自某种意外的初始条件。贝索对爱因斯坦的回答始终不满意。在80岁高龄时,贝索作了一种尝试,想调和广义相对论和时间的不可逆性。爱因斯坦不同意这一尝试。他说:“你是站在光滑的地面上。在物理学的基本定律中没有任何不可逆性,你必须接受这样的思想:主观的时间,连同它对‘现在’的强调,都是没有任何客观意义的。”当贝索去世的时候,爱因斯坦写了一封动人的信给贝索的妹妹:“密希里早我一步离开了这个奇怪的世界,这是无关紧要的。就我们这些受人信任的物理学家而言,过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉,然而,这种区别依然持续着。”

 

既然“过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉”,那么,为什么说“这种区别依然持续着”呢?难道这不是一个悖论?“时间悖论”的发现使普利高津深深地迷住了“时间”。他看到“时间悖论”的形成有其深刻的思想基础。他说,虽然“相对论和量子力学带来了思想上的伟大革命,但基本没有改变这个经典物理学的观点。在动力学中,无论是在经典的、量子的,还是相对论的动力学中,时间只是外部的一个参量,它没有什么优惠的方向。在动力学中,没有任何东西能够区别过去和将来。”在动力学中,时间概念只有简单的意义。它与我们所处的三维空间一样,仅被看做描述物理过程的时空行为的第四个坐标。在经典力学中,不会出现“时间箭头”;时间本质上只是描述可逆运动的一个几何参量。在量子力学和相对论力学中,它们的基本方程都是时间反演对称的;传统力学给出了一个可逆的、对称的物理图像。然而,热力学则提供了一个与之不同的物理图像。20世纪以来,热力学的发展给物理学带来革命性的变化。热力学第二定律表明:一切与热现象有关的实际宏观过程都不是可逆的。于是,时间的不可逆性和不对称性就进入了物理学研究范围。例如,一根与外界绝热的金属棒,如果初始时棒上各点温度不均匀,随着时间的推移,高温部分将把热传给低温部分,最后达到棒上温度均匀分布;没有外界的传热作用,棒上的温度分布永远不会回到初始状态。其实,热力学给我们提供了一幅带有“时间箭头”的物理图像。

 

“时间悖论”的发现,促使普利高津选择一种新的理论框架。当普利高津根据自己的科学实践把热力学第二定律放在科学史上予以重新考察时,他又发现由克劳修斯从热力学第二定律引出的结论与达尔文创立的生物进化论存在着尖锐的矛盾。因为,热力学第二定律揭示了自然界普遍存在着可逆和不可逆两种过程。它告诉人们:物质的演化总是朝熵增加、向混乱的方向进行。可是,进化论则告诉我们:生物的进化总是由低级到高级,朝熵减少、向有序的方向进行。前者给出了“宇宙热寂说”的结论,即退化的时间箭头,而后者则与之相反,给出了进化的时间箭头。

 

那么,自然界到底是往无序还是向有序的方向发展变化呢?这个带有根本性的问题严峻地摆在物理学家面前。普利高津“被科学在看待时间的方法上的巨大矛盾惊呆了,正是这个矛盾促使他从此开始了他一生的工作”。他认为,要把热力学和动力学,热力学与生物学统一起来,就必须研究自然界中存在的远离平衡态的有序结构、生物和生命现象,必须朝着更为普遍的热力学理论方向发展。他坚信,在一定条件下,不可逆过程会产生令人讨厌的消极作用,但在另一类条件下,对不可逆过程的研究可能会带来理论和实践上具有重大意义的结果。这个信念坚定以后,普利高津在认识上产生了重大飞跃,而这个飞跃则为他后来建立耗散结构理论奠定了思想基础。

 

1945年,普利高津在原有理论基础上得出最小熵产生原理。这一原理和翁萨格“倒易关系”一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。这项成功促使他试图将这一原理延拓到远离平衡的非线性区。但是,经过多年努力,这种尝试以失败告终。 在挫折面前普利高津并未后退,他把系统在远离平衡与平衡态和近平衡态做了原则区分,重新考察系统在远离平衡态的情况。经过20多年的努力,他终于与布鲁塞尔学派的同事们创立了一种新的关于非平衡系统自组织理论———耗散结构理论。 按照耗散结构理论,一个远离平衡的开放系统,无论是力学的、物理的、化学的、生物学的,还是社会的、经济的系统,如果某系统不断地与外界交换物质和能量,在外界条件变化过渡到一定程度,系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时,经过涨落系统可能发生突变,即非平衡相变。那么,该系统将会由原来的混乱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。由于他对非平衡势力学特别是耗散结构理论所作的重大贡献,所以普利高津于1997年荣获了诺贝尔化学奖

 

http://www.people.com.cn/GB/guandia...208/883434.html

耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。

 

耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下,通过自组织形成的一种新的有序结构。“耗散”一词起源于拉丁文,原意为消散,在这里强调与外界有能量和物质交流这一特性。例如,从下方加热的液体,当上下液面的温度差超过某一特定的阈值时,液体中便出现一种规则的对流格子,它对应着一种很高程度的分子组织,这种被称为贝纳尔流图像,就是液体中的一种耗散结构。又如,化学反应中的别洛索夫—扎博京斯基反应,某些反应物浓度随时间和空间呈周期性的变化,这种化学振荡和空间图像,就是化学反应中的一种耗散结构。

 

耗散结构是比利时布鲁塞尔学派著名的统计物理学家普里戈金,于1969年在理论物理和生物学国际会议上提出的一个概念。这是普里戈金学派20多年从事非平衡热力学和非平衡统计物理学研究的成果。1971年普里戈金等人写成著作《结构、稳定和涨落的热力学理论》,比较详细地阐明了耗散结构的热力学理论,并将它应用到流体力学。化学和生物学等方面,引起了人们的重视。19711977年耗散结构理论的研究有了进一步的发展。这包括用非线性数学对分岔的讨论,从随机过程的角度说明涨落和耗散结构的联系,以及耗散结构在化学和生物学等方面的应用。1977年普里戈金等人所著《非平衡系统中的自组织》一书就是这些成果的总结。

 

之后,耗散结构理论的研究又有了新的发展,主要是用非平衡统计方法,考察耗散结构形成的过程和机制,讨论非线性系统的特性和规律,以及耗散结构理论在社会经济系统等方面的应用等。耗散结构理论把复杂系统的自组织问题当作一个新方向来研究。在复杂系统的自组织问题上,人们发现有序程度的增加随着所研究对象的进化过程而变得复杂起来,会产生各种变异。针对进化过程时间方向不可逆问题,借助于热力学和统计物理学用耗散结构理论研究一般复杂系统,提出非平衡是有序的起源,并以此作为基本出发点,在决定性和随机性两方面建立了相应的理论。

 

在决定性理论方面,以化学反应系统为例,耗散结构理论是在等温、等压、稳定的边界条件和局域平衡四个假定下,考察复杂的开放系统,根据系统服从的统计力学规律建立相应的方程。用微分方程的稳定性理论已经证明:复杂的开放系统在平衡态附近的非平衡区域不可能形成新的有序结构,在这个区域内系统的基本特征是趋向平衡态。在远离平衡态的非平衡区域,系统可以形成新的有序结构,即耗散结构。这种耗散结构只能通过连续的能量流或物质流来维持,它是在热力学不稳定性上的一种新型组织,具有时间和空间的相干特性。这是一种与平衡条件下出现的平衡结构完全不同的结构。

 

在随机性理论方面,耗散结构理论运用数学中的概率论和随机过程论分析复杂系统,考察系统内的涨落,认为耗散结构形成的机制是由于系统内涨落的放大。系统在某个特定的阈值以下,涨落引起的效应由于平均而减弱和消失,因而不能形成新的有序结构。只是在达到阈值以后,涨落被放大才产生宏观效应,因而出现新的有序结构。这实质上对应于一个宏观量级的涨落,并且由于和外界交换能量或物质而得到稳定。耗散结构理论比较成功地解释了复杂系统在远离平衡态时出现耗散结构这一自然现象,并得到广泛的应用。它已在解释和分析流体、激光器、电子回路、化学反应、生命体等复杂系统中出现的耗散结构方面获得了很多有意义的结果,并且正在用耗散结构理论研究一些新的现象。诸如核反应过程,生态系统中的人口分布,环境保护,交通运输和城市发展等,都可当作远离平衡态的复杂系统来研究。这方面的工作也取得了一定的进展。

 

耗散结构的研究揭示了一种重要的自然现象,并对复杂系统的研究提出了新的方向。在数学上描述复杂系统的方程通常是非线性的,一般包括分岔现象。耗散结构实质上对应于系统方程在远离平衡区的一个分岔解。因此,耗散结构的研究必然促进分岔理论的发展。耗散结构的产生是一种突变现象,研究这类现象有助于丰富突变论的内容。在随机理论方面,耗散结构的研究会促进随机过程论、随机微分方程理论和随机偏微分方程理论的研究和发展。在物理学方面,耗散结构的概念扩大和加深了物理学中的有序概念。对不同物理体系中各种耗散结构的研究,丰富了热力学和统计物理学中关于相变的研究内容,开辟了新的研究领域,为物理学研究这些非平衡非线性问题提供了新概念和新方法。在化学和生物学方面,化学反应系统和生物学系统中耗散结构的研究,为生命体的生长发育和生物进化过程提供了新的解释,提供了新的概念和方法。在系统科学方面,耗散结构理论利用数学和物理学的概念和方法研究复杂系统的自组织问题,成为系统学的一个重要组成部分。

 

 

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