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,比利時物理學(xué)家伊利亞·普利高津(IlyaPrigogine)存疑堅持,不懈努力,創(chuàng)造性地構(gòu)建該理論,這對于當(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 “時間悖論”產(chǎn)生的思想火花

在1940年至1955年這段時間里,密希里·貝索(Michele Besso)與愛因斯坦(Einstein)之間不斷地進行著書信的來往。借以來討論時間及其不可逆性等問題。而愛因斯坦給以的回答是“不可逆性是一種幻覺,是一種主觀印象,它來自某種意外的初始條件。”[2]但是,貝索沒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)和廣義相對論和時間的不可逆性直至他逝世離開。而愛因斯坦另一段文字:“過去、現(xiàn)在和將來之間的區(qū)別只是一種幻覺,然而,這種區(qū)別依然持續(xù)著。”[2]很多看過這樣話的人,都無法從中發(fā)現(xiàn)什么,唯有他,普利高津以一個科學(xué)家的視角對這些文字認(rèn)真參悟著,通過翻閱大量愛因斯坦與貝索之間的信件的方式,并深入體味愛因斯坦的這段話,產(chǎn)生了這樣的疑問:一種幻覺又怎么能說“這種區(qū)別依然持續(xù)著”呢？

1.2 動力學(xué)與熱力學(xué)之間的“時間悖論”

“時間悖論”無法得到的進一步解釋令普利高津漸漸開始癡迷地進行著這一命題的研究,因為他知道這些都是有前人可靠知識理論作為基礎(chǔ)的。首先,時間作為一種外部參量是沒有方向的,時間僅僅是描述物理過程的時空行為的第四坐標(biāo)。在動力學(xué)中,是無法區(qū)分過去和將來的。因此,傳統(tǒng)力學(xué)上的物理圖像是可逆并且對稱的[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驗操作全部轉(zhuǎn)換成功(熱機不可得)即一個孤立系統(tǒng),無論其初始條件和歷史如何,它的一個狀態(tài)函數(shù)熵會隨著時間的推移單調(diào)的增加,直至達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)時趨于極大,從而指明了不可逆過程的方向性[4]。由此,是否存在一個理論可以同時實現(xiàn)兩者的完美解釋？就成為了普利高津丞待解決的問題。

1.3 熱力學(xué)第二定律與生物進化論之間的矛盾

生物進化論闡明了一個低級到高級,簡單到復(fù)雜,無序到有序的演化方向。而熱力學(xué)第二定律則說明了一個有序到雜亂的過程,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,統(tǒng)一成為一個整體的宇宙”的時候,我們的世界被分成了兩部分,即一個物理的世界、量的世界;一個生物的世界、質(zhì)的世界。普利高津試圖將這兩種文化,兩個世界完美地聯(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)”國際會議上提出這一新的理論來進行完美解釋。

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過,“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,進而建立物理概念,提出物理模型,尋找它們的運動規(guī)律,并不斷回到實踐中去,進一步豐富和發(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。”耗散結(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,不斷地進行審視,思考,并發(fā)現(xiàn)“時間悖論”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)理論的建立對當(dāng)代大學(xué)生的啟示

2.1 存疑質(zhì)理勇于突破

知識就像大海般廣而深,每每遇到一個問題,我們要用進行思考,研究,正如前人的“寧信書不如無書”。普利高津始終堅持留存著“時間悖論”的疑惑,這是他研究的開始,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)會提出問題,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,才能深入體會各個理論的精妙之處。

2.2 永不言棄勇于探索

任何一個問題的提出都需要反復(fù)進行思考,研究,只有朝著自己堅持的方向努力前進會有成功的可能。當(dāng)我們回首普利高津建立耗散理論全過程的時候,倘若,每遇到一個矛盾就放棄,那么,他所要放棄的不是一個科學(xué)研究,而是他的青春,他那如黃金般寶貴的二十年。很多人在許多個矛盾面前的時候,也許會被嚇到,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盡的知識。面對難以簡單分析的數(shù)據(jù)的時候,首先要相信只要自己堅持計算下去總會有結(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)里進行多個運算的時候,總會收獲一些知識。普利高津也正是抱著這樣一種探求知識的態(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)才能攻克一個個難關(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)。誠然,愛因斯坦與貝索的通信是簡單的學(xué)術(shù)探討,誰能想象這些書信給這個比利時科學(xué)家打開了一扇怎樣的大門？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,開始了屬于他一生的工作。確立了一個自組織體系來裝載兩個分立的世界。在這個躁動的時代,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。而有了這樣一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度才能在繁雜的社會生活里尋得屬于自己的幸福。踏實地翻閱書籍,深深地汲取知識,牢牢地構(gòu)建一個強有力的知識體系。試想,普利高津曾經(jīng)也是這樣踏實地進行實驗,小心地求證,在求索的道路上不斷向前成長著。

2.4 推陳出新引領(lǐng)創(chuàng)新

當(dāng)一個個矛盾出現(xiàn)的時候,普利高津以其獨特的視角,站在物理學(xué)、生物學(xué)上進行審視,思考,研究同時不懈求索,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)過多年的努力,始終沒能成功。但是正是挫折,讓他認(rèn)識到在遠(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。他們在這種新的思想指導(dǎo)下重新進行探索,終于建立起了—種新的學(xué)說—— 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)生需要創(chuàng)新地學(xué)習(xí),我們學(xué)會用新的方式去認(rèn)識世界。就像我們不再用手中的筆去演算數(shù)據(jù)而是利用excel來進行數(shù)據(jù)處理,既節(jié)省了時間也避免了人工計算的誤差,符合當(dāng)代社會對大學(xué)生的要求,不是簡單的一處便利,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,為我們走向社會奠定基石。

3創(chuàng)新有利于當(dāng)代大學(xué)生走向社會

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

當(dāng)代大學(xué)生進入社會之后,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)濟效益,但是就目前激烈的競爭環(huán)境而言,需要我們要有更加全新的模式來提供服務(wù),以求獲得更高的經(jīng)濟效益。便捷快餐的應(yīng)運而生是一種創(chuàng)新,正是這樣的創(chuàng)新帶來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)新使社會發(fā)展愈發(fā)迅猛有力

社會的發(fā)展需要創(chuàng)新來提供動力。科學(xué)創(chuàng)新能夠在技術(shù)上為社會發(fā)展提供保障,若沒有在水稻品種上的創(chuàng)新,怎么能有充足的糧倉以確保人民溫飽？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,并且為社會發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

市場經(jīng)濟的就業(yè)環(huán)境下,當(dāng)下大學(xué)生需要有一個全新的理念去應(yīng)對,因而需要創(chuàng)造性的思維方式,通過各種不同的方式實現(xiàn)就業(yè)從而走向社會。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)生帶來新的思想。誠如是,科學(xué)的發(fā)展需要我們開動思維的馬達(dá),用創(chuàng)新的泉流去澆灌一個個前人無法解釋的干癟之花,才能綻放新的艷麗。在探求真理的道路上,需要有新的理論來支持無法解釋參透的現(xiàn)象,新理論構(gòu)建起的是一個百家爭鳴,百花齊放的科學(xué)世界。因為創(chuàng)新,普利高津構(gòu)建了耗散結(jié)構(gòu)理論;因為創(chuàng)新,喬布斯讓“蘋果”起死回生;還是因為創(chuàng)新,才有了知識的一次次爆炸。

4結(jié)語

普利高津帶給我們的不僅僅是一個讓世界震驚的理論,同時展現(xiàn)了一個科學(xué)家之于世界的社會價值。對于當(dāng)代大學(xué)生,需要有科學(xué)求知的素養(yǎng),離開學(xué)校,走上社會的時候依然要堅定自己的方向,試圖通過自己的努力,以及敢于質(zhì)疑,思考,探究的決心為社會留下屬于的光輝燦爛的一筆。對于社會和國家,這樣的科學(xué)精神會不斷地促進知識文化的發(fā)展。當(dāng)代的中國社會需要一批普利高津式的科學(xué)家,不斷地創(chuàng)新,不管社會的大氣候如何,不管面對怎樣的人生,敢于執(zhí)著地向著自己認(rèn)定的方向努力,從而成就夢想。創(chuàng)新是一個民族的靈魂,一個國家發(fā)展的不竭動力。

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