普里高津(Ilya Prigogine,1917-2003)是比利时籍俄裔物理化学家,因其在非平衡态热力学,特别是耗散结构理论方面的开创性工作而获得1977年诺贝尔化学奖。他的思想深刻挑战了经典科学(特别是牛顿力学和平衡态热力学)的某些基本假设,并将“时间之箭”和“演化”的概念重新引入物理学核心,其影响远远超出了化学和物理学,延伸至生物学、生态学、系统科学、社会科学、哲学甚至艺术领域。

普里高津的核心思想

  1. 耗散结构理论:

    • 开放系统: 系统必须与外界有物质/能量交换。

    • 远离平衡态: 系统被驱动到远离热力学平衡的状态(存在强大的“流”和“力”,如浓度梯度、温度梯度)。

    • 非线性相互作用: 系统内部的动力学过程必须是非线性的(反馈机制,如自催化)。

    • 涨落: 微观的随机扰动在远离平衡的条件下可能被放大,成为系统跃迁到新的有序状态的触发点(分叉点)。

    • 核心概念: 开放系统在远离热力学平衡态的条件下,通过与外界环境持续交换能量和/或物质,可以自发地形成并维持一种时空上有序的结构或行为模式。

    • 关键要素:

    • 经典例子: 贝纳德对流花纹(加热的流体)、BZ化学振荡反应(化学钟)、激光、生物细胞、甚至城市和生态系统。

  2. 时间之箭与不可逆性:

    • 普里高津认为,不可逆性(时间单向流动)不是一种幻象或近似,而是自然界的基本事实,是复杂性和结构涌现的源泉。

    • 他反对经典物理学(尤其是牛顿力学)将时间视为可逆的、本质上对称的观点,也反对平衡态热力学将不可逆性仅仅视为趋向无序(熵增)的退化过程。

    • 在耗散结构中,不可逆过程是建设性的。它们驱动系统远离平衡,使系统能够“自组织”形成新的、更高级的有序状态。熵产生(不可逆性的度量)成为了有序之源。

  3. 从存在到演化:

    • 这是普里高津一本重要著作的书名,也概括了他的哲学立场。经典科学(物理学)主要关注“存在”(Being)—— 静态的、永恒的、可逆的规律(如行星轨道、原子结构)。普里高津则强调科学必须拥抱“演化”(Becoming)—— 历史的、不可逆的、创新的过程。

    • 世界不是一部预先设定好的机器,而是一个不断演化的复杂系统,其中充满了不确定性(分叉点)、历史路径依赖和真正的创新(新结构的涌现)。

  4. 复杂性科学先驱:

    • 耗散结构理论是复杂性科学的重要基石之一。它揭示了简单组分通过非线性相互作用和远离平衡的条件,可以自发产生整体性自组织涌现等复杂系统特征。

    • 它关注系统整体行为如何超越其组成部分的简单加和。

  5. 确定性与概率的融合:

    • 在分叉点附近,系统的未来演化路径不再是完全确定的。微小的涨落可以决定系统走向不同的宏观状态。

    • 普里高津认为,需要一种新的描述方式,将确定性法则(描述分叉点之间的演化)与概率性因素(描述在分叉点的选择)结合起来。他致力于发展包含不可逆性的统计力学基础。

普里高津思想的广泛影响

  1. 自然科学:

    • 物理学与化学: 为非平衡统计物理、非线性动力学、复杂流体、反应扩散系统、图案形成等领域提供了核心框架和理论基础。促进了非平衡相变的研究。

    • 生物学: 为理解生命现象提供了强有力的物理化学基础。生命体是典型的耗散结构:高度有序、远离平衡、依赖持续的代谢(能量/物质流)维持自身。解释了生物节律、形态发生、进化中的复杂性增长等。

    • 地球科学与宇宙学: 应用于理解气候系统、地质过程(如构造)、星云和星系结构的形成等远离平衡的复杂系统。

    • 系统科学与复杂性科学: 是自组织理论、复杂适应系统理论、协同学、超循环理论等的重要思想源头和组成部分。奠定了研究复杂系统行为的基础范式。

  2. 社会科学与经济学:

    • 城市与区域研究: 城市被视为典型的耗散结构(人流、物流、信息流维持其结构和功能)。用于理解城市增长、空间结构演化、交通流等。

    • 经济学: 应用于研究经济系统的动态演化、创新扩散、市场波动、路径依赖(历史事件对长期发展的影响)、经济结构的形成与转型。挑战了传统均衡经济学模型。

    • 社会学与管理学: 用于理解组织演化、社会网络动态、文化变迁、社会运动等。强调非平衡、非线性反馈和“涨落”(如关键事件或人物)在社会变革中的作用。

  3. 生态学与环境科学:

    • 生态系统: 生态系统是高度复杂的耗散结构(依赖太阳能流和物质循环)。该理论有助于理解生态稳定性、恢复力、群落演替、生物多样性的维持以及系统对外部扰动的响应(如接近分叉点可能导致生态灾变)。

    • 可持续发展: 强调人类社会经济系统是嵌入在更大的自然生态系统(也是耗散结构)中的开放子系统。维持可持续性需要理解系统间的能量/物质交换、非平衡动态和潜在的临界点。

  4. 哲学与认识论:

    • 重新定义科学: 挑战了还原论和机械决定论的经典科学观。强调复杂性、历史性、不可逆性和整体性在理解世界中的核心地位。

    • 人与自然关系: 强调人类是自然演化过程的一部分,而非置身事外的观察者或主宰者。这影响了环境哲学和生态伦理。

    • 时间哲学: 赋予不可逆时间以本体论地位,将其视为创造和创新的根源,与柏格森、怀特海等人的过程哲学产生共鸣。

    • 偶然性与必然性: 在分叉点,偶然性(涨落)扮演关键角色;在分叉点之间,确定性规律主导。这调和了决定论与非决定论的争论,指向一种新的辩证关系。

  5. 跨学科研究的催化剂:

    • 普里高津的思想本质上是跨学科的,它打破了物理学、化学、生物学、社会科学之间的传统壁垒,促进了不同领域学者围绕“复杂性”、“自组织”、“演化”等共同主题进行对话与合作。他在布鲁塞尔领导的索尔维国际物理化学研究所成为世界著名的跨学科研究中心。

总结评价

普里高津是一位具有革命性思想的科学家和哲学家。他的耗散结构理论不仅是一项杰出的科学成就(解释了自然界广泛存在的自发有序现象),更是一次深刻的范式转换

  • 它将时间、历史、演化置于自然科学的中心。

  • 它揭示了不可逆过程的建设性作用,打破了“熵增即退化”的片面认识。

  • 它强调了开放性和远离平衡作为有序之源的关键条件。

  • 它突出了非线性、涨落和分叉在系统演化中的核心地位,引入了内在的不确定性

  • 它倡导了一种整体的、系统的世界观,关注复杂系统的涌现属性。

普里高津的影响是巨大而深远的。他为我们理解从化学反应到生命起源,从生态系统演化到社会经济发展,乃至宇宙本身的复杂性和演化过程,提供了一个强大而统一的概念框架。他的思想重塑了现代科学的图景,并持续启发着各个领域的研究者去探索这个充满创造力和不确定性的演化世界。他真正实现了从“存在”的科学向“演化”的科学的转变。在中国学术界,其思想也受到广泛关注,尤其在系统科学、复杂性研究和哲学领域产生了深刻影响(如钱学森的开放复杂巨系统理论就与之有密切联系),并对理解中国快速的社会经济转型和可持续发展挑战提供了有价值的视角。