對立的世界觀
在19世紀，科學家有兩種互相對立的世界觀。其中一種觀點是根據(jù)熱力學第二定律進行推演的退化觀念。我們知道，熱力學第二定律的定義為，不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。因此，這種觀點認為，因為宇宙中的能量不斷耗散，所有物質(zhì)都變得越來越衰弱，宇宙將會逐漸轉向熱寂，一切物質(zhì)都趨向消亡，由于無序度隨著時間的推移不斷增加，整個世界都將趨于滅亡。還有一種觀點是根據(jù)達爾文的進化論推演出的進化觀念，這種觀點認為，自然界的進化使得這個社會不斷分化，社會結構變得越來越復雜和有序，功能也得到了強化。自然界和人類社會都在朝著更先進和有序的方向發(fā)展。顯而易見，這兩種分別源自物理學和生物學角度的觀點從根本上是對立的。但是，生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)的運動規(guī)律存在嚴格的區(qū)別嗎？在這種情況下，比利時物理學家普利戈金提出了耗散結構論。在他看來，不管是具有生命的物質(zhì)，還是非生命物質(zhì)，都要遵守同樣的規(guī)律，它們都在某種復雜的物理定律的約束下進行發(fā)展。
耗散結構論是普利戈金在1969年召開的一次理論物理學和生物學國際會議上提出的。自然界中，存在一種自發(fā)的宏觀有序現(xiàn)象，被稱為自組織現(xiàn)象。在自然界中，這種現(xiàn)象十分常見，很多典型例子被大量研究。比如貝納德流體的對流花紋以及激光器內(nèi)部的自激振蕩等。自組織理論除了包含耗散結構論，還保留了超循環(huán)理論和協(xié)同學理論。這些理論都試圖將物理學與生物學乃至社會學聯(lián)系在一起，對時間的本質(zhì)問題進行深入研究，能夠在很大程度上解釋自然和人類社會中存在的有序現(xiàn)象。
生物的機體是一種有序結構，并且不具有平衡態(tài)。它只能通過不斷進行新陳代謝的過程才能夠生存并向前發(fā)展，所以是一種耗散結構。人類是這種耗散結構中十分發(fā)達的一種，因此具有最復雜的有序結構，同時能夠實現(xiàn)嚴格的有序功能。在耗散結構論中，耗散結構的有序化過程，帶來的是周圍環(huán)境的更大的無序化。從整體來說，因為耗散結構和環(huán)境共同構成的更大的物質(zhì)系統(tǒng)是朝著無序化的大方向發(fā)展的，因此依然服從熱力學第二定律。因此，無論是根據(jù)熱力學第二定律推定整個系統(tǒng)是從有序走向無序，還是根據(jù)達爾文的進化論認為系統(tǒng)是從無序走向有序的，都只不過是宇宙在進化過程中的一個節(jié)點。
耗散結構作為自組織理論的重要組成部分，是在不具有平衡條件的開放系統(tǒng)中，在和外界進行物質(zhì)與能量交換的過程中，通過能量的耗散和非線性動力系統(tǒng)的共同作用，在突變中形成的持久且穩(wěn)定的宏觀有序結構。耗散結構論一問世，就產(chǎn)生了巨大的影響，無論是自然科學領域還是社會科學領域，都受到了這一理論的啟發(fā)。未來學家阿爾文·托夫勒對耗散結構論進行評價時表示，這一理論的誕生可以被看成是又一次科學的革命。
在耗散結構論中，宏觀系統(tǒng)可以被分為三種。第一種是與外界沒有物質(zhì)和能量交換的孤立系統(tǒng)。第二種是和外界存在能量交換，但是不存在物質(zhì)交換的封閉系統(tǒng)。第三種是與外界同時存在能量和物質(zhì)交換的開放系統(tǒng)。在這個理論中，孤立系統(tǒng)永遠無法自發(fā)轉變?yōu)橛行驙顟B(tài)，這種系統(tǒng)將會發(fā)展成平衡無序態(tài)。封閉系統(tǒng)只有在很低的溫度中才能形成一種穩(wěn)定且有序的平衡結構。而開放系統(tǒng)在遠離平衡態(tài)時，能夠發(fā)展為穩(wěn)定有序的耗散結構。在開放系統(tǒng)中，因為耗散結構具有非線性的正反饋作用，系統(tǒng)的各個要素之間能夠形成協(xié)調(diào)動作，進而讓整個系統(tǒng)從無序進化為有序結構。
對耗散結構論可以這樣進行概括：一個遠離平衡態(tài)的非線性開放系統(tǒng)在和外界進行物質(zhì)和能量交換時，當系統(tǒng)內(nèi)部的某個參數(shù)變化達到閾值，在漲落的條件下，系統(tǒng)就有可能發(fā)生突變，也就是非平衡相變。這種突變使得系統(tǒng)由混沌運動的無序狀態(tài)轉變?yōu)闀r間或空間上的有序狀態(tài)。耗散結構是一個非線性的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)包含正負熵，但是負熵占據(jù)多數(shù)。在一定時間范圍內(nèi)，系統(tǒng)可以保持近似平衡的狀態(tài)，也就是說系統(tǒng)的信息總量守恒。
處于耗散結構的系統(tǒng)因為一直從外界接收信息，同時系統(tǒng)自發(fā)的熵增作用會帶來影響。在這種作用下，系統(tǒng)會進行非線性波動，進而從一個穩(wěn)態(tài)過渡到另一個穩(wěn)態(tài)，或者分裂。在這種非線性波動的過程中，因為信息的增加會使系統(tǒng)開始自我強化，這通常是由系統(tǒng)中負熵的慣性造成的。如果這時系統(tǒng)吸收的外界信息總量無法滿足系統(tǒng)內(nèi)熵減的需求，穩(wěn)態(tài)就會被破壞。
耗散結構的這種自我強化作用通常會在社會制度和經(jīng)濟活動中體現(xiàn)出來，當系統(tǒng)的自我強化造成了不穩(wěn)定時，如果能夠減少系統(tǒng)內(nèi)的信息，或者從外界吸收足夠的信息，都可以使熵增系統(tǒng)過渡到下一個穩(wěn)態(tài)，使系統(tǒng)免于走向分裂。
我們所處的宇宙正不斷向外膨脹，這也就是說，整個宇宙的熵增作用是大于熵減作用的。在這樣的系統(tǒng)中，一定存在正熵和局部的耗散結構。但是在哪個局部出現(xiàn)耗散結構是偶然的。因為減熵是要耗費能量的，而且消失的能量無法一直得到補充。所以，盡管在一個局部能夠偶然地出現(xiàn)耗散結構，但是這種結構卻必然會消失。
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