确定性的终结——时间溷沌与新自然法则

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1、确定性的终结——时间、混沌与新自然法则伊利亚.普利高津　著湛敏　译　　　　　　　　　　　引言　一种新的理性？　　　　　　　　　　第一章　伊壁鸠鲁的二难推理　　　　　　　　　　第二章　仅仅是一种错觉　　　　　　　　　　第三章　从概率到不可逆性　　　　　　　　　　第四章　混沌定律　　　　　　　　　　第五章　超越牛顿定律　　　　　　　　　　第六章　量子理论的统一表述　　　　　　　　　　第七章　我们与自然的对话　　　　　　　　　　第八章　时间先于存在？　　　　　　　　　　第九章　一条窄道　　　　　　　　　　64中文版序　　我非常高兴本书被译成中文，将为中

2、国读者所接受。这也给我一个机会来强调本书的一个重要观点——科学与文化的联系。日本科学家汤川秀树指出：“听起来也许奇怪，身为一名物理学家，我却越来越强烈地感受到现代物理学与我自身的疏远。”西方科学强调“自然法则”思想，这与中国的传统形成鲜明对照，因为，自然之中文字面意义是“天然”。　　西方科学和西方哲学一贯强调主体与客体之间的二元性，这与注重天人合一的中国哲学相悖。　　本书所阐述的结果把现代科学拉近中国哲学。自组织的宇宙也是“自发”的世界，它表达一种与西方科学的经典还原论不同的整体自然观。我们愈益接近两种文化传统的交汇点。我们必须保留已证明相当成功

3、的西方科学的分析观点，同时必须重新表述把自然的自发性和创造性囊括在内的自然法则。本书的雄心正是以一种广大读者易于接受的方式阐述这一综合。自本书于1996年问世以来，沿着这条思路又取得了更多的进展。　　在本世纪末，我们并非面对科学的终结，而是目睹新科学的萌生。我衷心希望，中国青年一代科学家能为创建这一新科学作出贡献。　　最后，我要感谢湛敏女士对本书的翻译，感谢上海科技教育出版社出版本书的中文版。I．普利高津1998年8月5日于布鲁塞尔　　　　　　　　　　　　　　致谢　　我坚信，我们正处在科学史中的一个重要转折点上。我们走到了伽利略和牛顿所开辟的道路

4、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。我们现在却看到确定性的腐朽和物理学定律新表述的诞生。　　　　　　　　　　　　　　　64引言　　一种新的理性？本世纪初，波普尔（KarlPopper）在他所著的《开放的宇宙——关于非决定论的论争》一书中写道：“常识倾向于认为每一事件总是由在先的某些事件所引起，所以每个事件是可以解释或预言的。……另一方面，……常识又赋予成熟而心智健全的人……在两种可能的行为之间自由选择的能力。”这一詹姆斯（WlliamJames）所称的“决定论的二难推理”与时间的含义密切相关。未来是给定的还是不断变化的结构？这

5、个二难推理对每个人都非常重要，因为时间是我们存在的基本维度。正是把时间结合到伽利略物理学概念体系之中，标志着近代科学的起源。人类思想这一成就也是本书所述核心问题的根源，即对时间之失的否定。众所周知，爱因斯坦（AlbertEinstein）常常说：“时间是一种错觉。”的确，物理学基本定律所描述的时间，从经典的牛顿动力学到相对论和量子力学，均未包含过去与未来之间的任何区别。甚至对于今日的许多物理学家而言，这已是一种信念：就自然的基本描述而言，不存在什么时间之矢。　　然而，无论在化学、地质学、宇宙学、生物学或者人文学科领域，处处都可以见到未来和过去扮演

6、着不同的角色。从物理学描述的时间对称的世界如何产生时间之矢？这就是时间详谬——本书的中心议题之一。　　时间佯谬是在19世纪下半叶维也纳物理学家玻尔兹曼（LudwigBoltzfmann）的研究工作之后被确认的，他试图仿效达尔文（CharlesDarwinn）在生物学中的研究，系统阐述物理学中的演化方法。但在当时，牛顿物理学定律长期被公认为客观知识的典范。由于牛顿定律隐含着过去与未来之间的等价性，因而，任何赋予时间之矢以基本意义的尝试均因危及到这一典范而受到抵制。牛顿定律在它适用的领域被认为是终极完善的，这有点像今天许多物理学家把量子力学看作是终极

7、完善的一样。那么，在不破坏人类思想的这些惊人成就的情况下，我们如何引入单向时间呢？　　自从玻尔兹曼以来，时间之矢被贬低到现象学范畴。我们人作为不完善的观测者，通过我们对自然的描述中引入近似，造成了过去与未来之间的差异。这依然是盛行的科学说法，有些专家悲叹我们立于科学无能为力和无法解决的奥秘面前。我们相信不再会是这样了，原因在于最近的两个进展：一方面是非平衡物理学，另一方面是肇始于混沌概念的不稳定系统动力学，二者都取得了长足的进展。　　在过去几十年间，一门新学科——非平衡过程物理学——诞生了。这门新学科产生了像自组织和耗散结构这样一些概念，如今它们

8、广泛应用于许多学科，包括宇宙学，化学，生物学以及生态学和社会科学。非平衡过程物理学描述了单向时间效应，为不可逆性这一术语给出了新的含义。