從開(kāi)水散熱說(shuō)起

一杯開(kāi)水置于室內(nèi)，它的熱量就要向四周散發(fā)，直到溫度降到同室溫一致；而已散發(fā)在室內(nèi)的熱量，卻不可能聚集到杯中，使水重新沸騰。同樣，一滴藍(lán)墨水可以均勻地散布到一杯清水中，卻不能從水中自動(dòng)地恢復(fù)成一滴墨水。這就是說(shuō)，無(wú)論是開(kāi)水散熱，或是墨汁擴(kuò)散，都表明：如果把房間或杯子看作一個(gè)系統(tǒng)，熱分子、顏色分子的運(yùn)動(dòng)，總是盡可能地從原來(lái)的集中、有序排列，趨向分散、混亂的無(wú)秩序狀態(tài)。而且在大自然中，處處能看到這種從有序向無(wú)序轉(zhuǎn)化的自發(fā)過(guò)程。嵯峨雄偉的高山，在風(fēng)化作用下，逐漸變成堆堆沙礫亂石；婀娜多姿的百花，最終也要“零落成泥碾作塵”。

19世紀(jì)中葉，科學(xué)家用物理學(xué)語(yǔ)言描述了這一自然規(guī)律，這就是著名的熱力學(xué)第二定律。它總結(jié)了大自然從有序向無(wú)序轉(zhuǎn)化的規(guī)律，并用“熵”這個(gè)物理量來(lái)具體描述系統(tǒng)的無(wú)序程度。例如，隨著開(kāi)水的熱量不斷向四周散發(fā)，就意味著整個(gè)房間的“熵”在不斷增大；當(dāng)這種熱量交換達(dá)到平衡而停止時(shí)，房間的熵就達(dá)到最大值。因此，熱力學(xué)第二定律認(rèn)為：一個(gè)系統(tǒng)從有序到無(wú)序轉(zhuǎn)化的自發(fā)過(guò)程，總是朝著熵不斷增大的方向發(fā)展的。

然而，大自然中并非一切系統(tǒng)都是由有序走向無(wú)序。生物的進(jìn)化就是不斷趨向更復(fù)雜、更高級(jí)、更有序的組織形式。地球上最早的生命，是一種非細(xì)胞的多分子體系，以后才形成單細(xì)胞生物，多細(xì)胞的低等生物，高等生物，直至有極其復(fù)雜的有序組織的人。

宇宙的演化，也與熱力學(xué)第二定律所指出的趨勢(shì)相反。據(jù)天文學(xué)家推算，我們所處的宇宙誕生于大約一百五十億到二百億年前的“宇宙大爆炸”，迄今已演化成一幅無(wú)限豐富而有序圖景。

那么，無(wú)序究竟通過(guò)一種什么途徑走向有序的呢？它吸引著科學(xué)家，但一直未能得到科學(xué)的解釋。

本世紀(jì)四十年代，奧地利物理學(xué)家薛定鍔認(rèn)為，生命的本質(zhì)就在于它是一種活的有序結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)能克服體內(nèi)自發(fā)的無(wú)序過(guò)程，從而保持住生命的有序狀態(tài)。薛定鍔的這個(gè)見(jiàn)解對(duì)探索生命的本質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義，但生命體究竟怎樣將無(wú)序轉(zhuǎn)化為有序的，科學(xué)家們感到仍是個(gè)謎。

六十年代末，這座神秘之橋終于被比利時(shí)的物理學(xué)家普里高津發(fā)現(xiàn)了。他是位很重視哲學(xué)思想的科學(xué)家？由于他堅(jiān)信世界總是不斷向上、變化、發(fā)展的，自然界應(yīng)該存在著從無(wú)序向有序轉(zhuǎn)化的客觀規(guī)律，他就從四十年代開(kāi)始尋找發(fā)現(xiàn)這條規(guī)律的途徑。他抓住一種叫“貝納德花樣”的現(xiàn)象進(jìn)行分析。燒過(guò)開(kāi)水的人都知道，水將沸騰前，會(huì)出現(xiàn)許多水泡，若仔細(xì)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)水泡呈六角形蜂窩狀的有序狀態(tài)，其中心液體向上流動(dòng)，邊緣液體向下流動(dòng)，形成熱量的對(duì)流，這就是“貝納德花樣”。普里高津發(fā)現(xiàn)，這種有序結(jié)構(gòu)必須靠外界不斷供給熱量才能維持；一旦加熱停止，結(jié)構(gòu)就破壞。因此，它不同于像晶體那樣“死”的有序結(jié)構(gòu)，是一種“活”的結(jié)構(gòu)，要求不斷地同外界發(fā)生物質(zhì)與能量的交換，即“吐故納新”。普里高津把這種要不斷從環(huán)境中吸收物質(zhì)和能量，并且在物質(zhì)與能量的消散中才能維持的有序結(jié)構(gòu)，稱為耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)立，為解釋生命現(xiàn)象提供了一把很好的“鑰匙”。生命就是通過(guò)新陳代謝，吐故納新保持的，因此生命體是一種耗散結(jié)構(gòu)。這為用物理、化學(xué)的方法研究生命現(xiàn)象和生物進(jìn)化開(kāi)辟了道路。耗散結(jié)構(gòu)理論被認(rèn)為是七十年代科學(xué)上最輝煌的成就之一，普里高津在1977年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

耗散結(jié)構(gòu)理論不僅為溝通非生命界和生命界的鴻溝架設(shè)了橋梁，而且在政治、經(jīng)濟(jì)等社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域，也有著重要的應(yīng)用意義。一座城市，就可以看作是個(gè)“耗散結(jié)構(gòu)”。城市必須由外界提供糧食、燃料、蔬菜、原材料等物質(zhì)，同時(shí)又輸出產(chǎn)品、廢物……才能保持穩(wěn)定，才有生命力。否則，就會(huì)陷于混亂之中而癱瘓。一個(gè)社會(huì)，也應(yīng)是耗散結(jié)構(gòu)，不能搞閉關(guān)自守。我國(guó)西北工業(yè)大學(xué)胡傳機(jī)等同志，提出的耗散結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)理論，就是將耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于社會(huì)科學(xué)研究的一個(gè)大膽而富有創(chuàng)造性的嘗試。目前，這方面的研究正方興未艾，十分活躍?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著這一研究的發(fā)展，不僅對(duì)揭示生命的本質(zhì)，而且對(duì)自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的眾多領(lǐng)域，都將做出巨大的貢獻(xiàn)。