溯源耗散結(jié)構(gòu)理論

蔣俠臣 張超 張艷春 蘆立娟

在物理學(xué)史上,繼經(jīng)典力學(xué),量子力學(xué),相對(duì)論三座豐碑之后,另一塊豐碑傲然挺立,它就是耗散結(jié)構(gòu)理論。作為該理論的建立者,比利時(shí)物理學(xué)家伊利亞·普利高津(IlyaPrigogine)存疑堅(jiān)持,不懈努力,創(chuàng)造性地構(gòu)建該理論,這對(duì)于當(dāng)代大學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)有著及其重要的作用。

1耗散結(jié)構(gòu)理論的建立

1.1 “時(shí)間悖論”產(chǎn)生的思想火花

在1940年至1955年這段時(shí)間里,密希里·貝索(Michele Besso)與愛(ài)因斯坦(Einstein)之間不斷地進(jìn)行著書(shū)信的來(lái)往。借以來(lái)討論時(shí)間及其不可逆性等問(wèn)題。而愛(ài)因斯坦給以的回答是“不可逆性是一種幻覺(jué),是一種主觀印象,它來(lái)自某種意外的初始條件。”[2]但是,貝索沒(méi)有停止他探尋真理的腳步,直到80歲,他試圖用一種方法調(diào)和廣義相對(duì)論和時(shí)間的不可逆性直至他逝世離開(kāi)。而愛(ài)因斯坦另一段文字:“過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)之間的區(qū)別只是一種幻覺(jué),然而,這種區(qū)別依然持續(xù)著?！盵2]很多看過(guò)這樣話(huà)的人,都無(wú)法從中發(fā)現(xiàn)什么,唯有他,普利高津以一個(gè)科學(xué)家的視角對(duì)這些文字認(rèn)真參悟著,通過(guò)翻閱大量愛(ài)因斯坦與貝索之間的信件的方式,并深入體味愛(ài)因斯坦的這段話(huà),產(chǎn)生了這樣的疑問(wèn):一種幻覺(jué)又怎么能說(shuō)“這種區(qū)別依然持續(xù)著”呢？

1.2 動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)之間的“時(shí)間悖論”

“時(shí)間悖論”無(wú)法得到的進(jìn)一步解釋令普利高津漸漸開(kāi)始癡迷地進(jìn)行著這一命題的研究,因?yàn)樗肋@些都是有前人可靠知識(shí)理論作為基礎(chǔ)的。首先,時(shí)間作為一種外部參量是沒(méi)有方向的,時(shí)間僅僅是描述物理過(guò)程的時(shí)空行為的第四坐標(biāo)。在動(dòng)力學(xué)中,是無(wú)法區(qū)分過(guò)去和將來(lái)的。因此,傳統(tǒng)力學(xué)上的物理圖像是可逆并且對(duì)稱(chēng)的[7]。但是熱力學(xué)第二定律指出力學(xué)能可全部轉(zhuǎn)換成熱能[9],但是熱能卻不能以有限次的實(shí)驗(yàn)操作全部轉(zhuǎn)換成功(熱機(jī)不可得)即一個(gè)孤立系統(tǒng),無(wú)論其初始條件和歷史如何,它的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)熵會(huì)隨著時(shí)間的推移單調(diào)的增加,直至達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)時(shí)趨于極大,從而指明了不可逆過(guò)程的方向性[4]。由此,是否存在一個(gè)理論可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩者的完美解釋?zhuān)烤统蔀榱似绽呓蜇┐鉀Q的問(wèn)題。

1.3 熱力學(xué)第二定律與生物進(jìn)化論之間的矛盾

生物進(jìn)化論闡明了一個(gè)低級(jí)到高級(jí),簡(jiǎn)單到復(fù)雜,無(wú)序到有序的演化方向。而熱力學(xué)第二定律則說(shuō)明了一個(gè)有序到雜亂的過(guò)程,兩者之間有著極大的矛盾。當(dāng)牛頓“把分割天體和地球之間的壁壘推倒,并且把兩者結(jié)合起來(lái),統(tǒng)一成為一個(gè)整體的宇宙”的時(shí)候,我們的世界被分成了兩部分,即一個(gè)物理的世界、量的世界;一個(gè)生物的世界、質(zhì)的世界。普利高津試圖將這兩種文化,兩個(gè)世界完美地聯(lián)系在一起,并為之不懈奮斗二十年,終于在1969年的“理論物理與生物學(xué)”國(guó)際會(huì)議上提出這一新的理論來(lái)進(jìn)行完美解釋。

縱觀耗散結(jié)構(gòu)理論的建立,回想偉大的馬克思主義先哲列寧曾說(shuō)過(guò),“自然科學(xué)的成果是概念。任何物理理論的建立,人體那是從總結(jié)現(xiàn)象入手,進(jìn)而建立物理概念,提出物理模型,尋找它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并不斷回到實(shí)踐中去,進(jìn)一步豐富和發(fā)展已經(jīng)提出的理論。其中新的物理概念的提出具有決定性的意義?！焙纳⒔Y(jié)構(gòu)理論的建立也大體經(jīng)歷了同樣的歷程。正是普利高津存疑并遷移到物理學(xué)史上,不斷地進(jìn)行審視,思考,并發(fā)現(xiàn)“時(shí)間悖論”的不可調(diào)和,最終建立了與經(jīng)典力學(xué),量子力學(xué),相對(duì)論三座豐碑相媲美的物理學(xué)第四大擎天柱。

2耗散結(jié)構(gòu)理論的建立對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的啟示

2.1 存疑質(zhì)理勇于突破

知識(shí)就像大海般廣而深,每每遇到一個(gè)問(wèn)題,我們要用進(jìn)行思考,研究,正如前人的“寧信書(shū)不如無(wú)書(shū)”。普利高津始終堅(jiān)持留存著“時(shí)間悖論”的疑惑,這是他研究的開(kāi)始,并最終獲得意想不到的啟發(fā),我們當(dāng)代大學(xué)生在學(xué)習(xí)中也要學(xué)會(huì)提出問(wèn)題,從辯證唯物主義的角度去思考,切勿讓自己的疑惑停留在懵懂階段,要大膽質(zhì)疑,勇敢地去探究,才能深入體會(huì)各個(gè)理論的精妙之處。

2.2 永不言棄勇于探索

任何一個(gè)問(wèn)題的提出都需要反復(fù)進(jìn)行思考,研究,只有朝著自己堅(jiān)持的方向努力前進(jìn)會(huì)有成功的可能。當(dāng)我們回首普利高津建立耗散理論全過(guò)程的時(shí)候,倘若,每遇到一個(gè)矛盾就放棄,那么,他所要放棄的不是一個(gè)科學(xué)研究,而是他的青春,他那如黃金般寶貴的二十年。很多人在許多個(gè)矛盾面前的時(shí)候,也許會(huì)被嚇到,還能夠像普利高津一樣不斷地思索探求嗎？答案也許是否定的。倘若,當(dāng)代大學(xué)生以這樣的一種持之以恒的態(tài)度去學(xué)習(xí)那么我們將收獲的是無(wú)盡的知識(shí)。面對(duì)難以簡(jiǎn)單分析的數(shù)據(jù)的時(shí)候,首先要相信只要自己堅(jiān)持計(jì)算下去總會(huì)有結(jié)果的。不論結(jié)果如何,當(dāng)我們努力在復(fù)雜的數(shù)據(jù)里進(jìn)行多個(gè)運(yùn)算的時(shí)候,總會(huì)收獲一些知識(shí)。普利高津也正是抱著這樣一種探求知識(shí)的態(tài)度才得以成功構(gòu)建出耗散理論。而當(dāng)下大學(xué)生一旦擁有這樣的品質(zhì)才能攻克一個(gè)個(gè)難關(guān),收獲屬于自己的成功。

2.3 細(xì)微之處尋求真知

嚴(yán)謹(jǐn)是一種態(tài)度,一種對(duì)事一絲不茍的態(tài)度。而作為耗散理論的建立者普利高津同樣有著這樣一種可貴的科學(xué)作風(fēng)。誠(chéng)然,愛(ài)因斯坦與貝索的通信是簡(jiǎn)單的學(xué)術(shù)探討,誰(shuí)能想象這些書(shū)信給這個(gè)比利時(shí)科學(xué)家打開(kāi)了一扇怎樣的大門(mén)？去探求自然界的發(fā)展方向,普利高津在巨大的矛盾促使下,開(kāi)始了屬于他一生的工作。確立了一個(gè)自組織體系來(lái)裝載兩個(gè)分立的世界。在這個(gè)躁動(dòng)的時(shí)代,當(dāng)代大學(xué)生缺少了一份屬于科學(xué)求知特有的淡定氣度。而有了這樣一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度才能在繁雜的社會(huì)生活里尋得屬于自己的幸福。踏實(shí)地翻閱書(shū)籍,深深地汲取知識(shí),牢牢地構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)有力的知識(shí)體系。試想,普利高津曾經(jīng)也是這樣踏實(shí)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),小心地求證,在求索的道路上不斷向前成長(zhǎng)著。

2.4 推陳出新引領(lǐng)創(chuàng)新

當(dāng)一個(gè)個(gè)矛盾出現(xiàn)的時(shí)候,普利高津以其獨(dú)特的視角,站在物理學(xué)、生物學(xué)上進(jìn)行審視,思考,研究同時(shí)不懈求索,勇于創(chuàng)新,從平衡態(tài)轉(zhuǎn)移到近平衡態(tài),當(dāng)最小熵產(chǎn)生原理在近平衡線性區(qū)的成功又進(jìn)一步促使普利高津試圖將它用到遠(yuǎn)離平衡的非線性區(qū)去,經(jīng)過(guò)多年的努力,始終沒(méi)能成功。但是正是挫折,讓他認(rèn)識(shí)到在遠(yuǎn)離平衡的系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)可能與平衡態(tài)、近平衡態(tài)的熱力學(xué)性質(zhì)有重大原則差別。他們?cè)谶@種新的思想指導(dǎo)下重新進(jìn)行探索,終于建立起了—種新的學(xué)說(shuō)—— 耗散結(jié)構(gòu)理論,最終他成功了。不是所有人的探索都是成功的,但是他們的精神是值得我們學(xué)習(xí)繼承的。當(dāng)代大學(xué)生需要?jiǎng)?chuàng)新地學(xué)習(xí),我們學(xué)會(huì)用新的方式去認(rèn)識(shí)世界。就像我們不再用手中的筆去演算數(shù)據(jù)而是利用excel來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,既節(jié)省了時(shí)間也避免了人工計(jì)算的誤差,符合當(dāng)代社會(huì)對(duì)大學(xué)生的要求,不是簡(jiǎn)單的一處便利,而是優(yōu)秀的創(chuàng)新遷移品質(zhì)的體現(xiàn)。當(dāng)代大學(xué)生引領(lǐng)了潮流,而創(chuàng)新則可為這股潮流注入活力,卷起滔天巨浪,為我們走向社會(huì)奠定基石。

3創(chuàng)新有利于當(dāng)代大學(xué)生走向社會(huì)

3.1 創(chuàng)新使社會(huì)服務(wù)更顯優(yōu)質(zhì)高效

當(dāng)代大學(xué)生進(jìn)入社會(huì)之后,需要提供各種各樣優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù),而原有固定的方式去提供服務(wù)當(dāng)然可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益,但是就目前激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境而言,需要我們要有更加全新的模式來(lái)提供服務(wù),以求獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。便捷快餐的應(yīng)運(yùn)而生是一種創(chuàng)新,正是這樣的創(chuàng)新帶來(lái)了全球性的可觀收益。當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)當(dāng)敢于創(chuàng)新,用創(chuàng)新的思維方式去需求更加優(yōu)質(zhì)高效的服務(wù)。

3.2 創(chuàng)新使社會(huì)發(fā)展愈發(fā)迅猛有力

社會(huì)的發(fā)展需要?jiǎng)?chuàng)新來(lái)提供動(dòng)力?？茖W(xué)創(chuàng)新能夠在技術(shù)上為社會(huì)發(fā)展提供保障,若沒(méi)有在水稻品種上的創(chuàng)新,怎么能有充足的糧倉(cāng)以確保人民溫飽？創(chuàng)新并不僅僅是科學(xué)技術(shù)上的創(chuàng)新,生活中細(xì)微之處的改變,嘗試用全新的觀念去看人待物也是一種創(chuàng)新,由此當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)當(dāng)懂得創(chuàng)新有利于我們更快融入社會(huì),并且為社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的就業(yè)環(huán)境下,當(dāng)下大學(xué)生需要有一個(gè)全新的理念去應(yīng)對(duì),因而需要?jiǎng)?chuàng)造性的思維方式,通過(guò)各種不同的方式實(shí)現(xiàn)就業(yè)從而走向社會(huì)。不但如此,企事業(yè)單位也需要一批勇于突破,善于思考,敢于創(chuàng)新的大學(xué)畢業(yè)生帶來(lái)新的思想。誠(chéng)如是,科學(xué)的發(fā)展需要我們開(kāi)動(dòng)思維的馬達(dá),用創(chuàng)新的泉流去澆灌一個(gè)個(gè)前人無(wú)法解釋的干癟之花,才能綻放新的艷麗。在探求真理的道路上,需要有新的理論來(lái)支持無(wú)法解釋參透的現(xiàn)象,新理論構(gòu)建起的是一個(gè)百家爭(zhēng)鳴,百花齊放的科學(xué)世界。因?yàn)閯?chuàng)新,普利高津構(gòu)建了耗散結(jié)構(gòu)理論;因?yàn)閯?chuàng)新,喬布斯讓“蘋(píng)果”起死回生;還是因?yàn)閯?chuàng)新,才有了知識(shí)的一次次爆炸。

4結(jié)語(yǔ)

普利高津帶給我們的不僅僅是一個(gè)讓世界震驚的理論,同時(shí)展現(xiàn)了一個(gè)科學(xué)家之于世界的社會(huì)價(jià)值。對(duì)于當(dāng)代大學(xué)生,需要有科學(xué)求知的素養(yǎng),離開(kāi)學(xué)校,走上社會(huì)的時(shí)候依然要堅(jiān)定自己的方向,試圖通過(guò)自己的努力,以及敢于質(zhì)疑,思考,探究的決心為社會(huì)留下屬于的光輝燦爛的一筆。對(duì)于社會(huì)和國(guó)家,這樣的科學(xué)精神會(huì)不斷地促進(jìn)知識(shí)文化的發(fā)展。當(dāng)代的中國(guó)社會(huì)需要一批普利高津式的科學(xué)家,不斷地創(chuàng)新,不管社會(huì)的大氣候如何,不管面對(duì)怎樣的人生,敢于執(zhí)著地向著自己認(rèn)定的方向努力,從而成就夢(mèng)想。創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂,一個(gè)國(guó)家發(fā)展的不竭動(dòng)力。

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