從開水散熱說起

一杯開水置于室內，它的熱量就要向四周散發，直到溫度降到同室溫一致；而已散發在室內的熱量，卻不可能聚集到杯中，使水重新沸騰。同樣，一滴藍墨水可以均勻地散布到一杯清水中，卻不能從水中自動地恢復成一滴墨水。這就是說，無論是開水散熱，或是墨汁擴散，都表明：如果把房間或杯子看作一個系統，熱分子、顏色分子的運動，總是盡可能地從原來的集中、有序排列，趨向分散、混亂的無秩序狀態。而且在大自然中，處處能看到這種從有序向無序轉化的自發過程。嵯峨雄偉的高山，在風化作用下，逐漸變成堆堆沙礫亂石；婀娜多姿的百花，最終也要“零落成泥碾作塵”。

19世紀中葉，科學家用物理學語言描述了這一自然規律，這就是著名的熱力學第二定律。它總結了大自然從有序向無序轉化的規律，并用“熵”這個物理量來具體描述系統的無序程度。例如，隨著開水的熱量不斷向四周散發，就意味著整個房間的“熵”在不斷增大；當這種熱量交換達到平衡而停止時，房間的熵就達到最大值。因此，熱力學第二定律認為：一個系統從有序到無序轉化的自發過程，總是朝著熵不斷增大的方向發展的。

然而，大自然中并非一切系統都是由有序走向無序。生物的進化就是不斷趨向更復雜、更高級、更有序的組織形式。地球上最早的生命，是一種非細胞的多分子體系，以后才形成單細胞生物，多細胞的低等生物，高等生物，直至有極其復雜的有序組織的人。

宇宙的演化，也與熱力學第二定律所指出的趨勢相反。據天文學家推算，我們所處的宇宙誕生于大約一百五十億到二百億年前的“宇宙大爆炸”，迄今已演化成一幅無限豐富而有序圖景。

那么，無序究竟通過一種什么途徑走向有序的呢？它吸引著科學家，但一直未能得到科學的解釋。

本世紀四十年代，奧地利物理學家薛定鍔認為，生命的本質就在于它是一種活的有序結構；這種結構能克服體內自發的無序過程，從而保持住生命的有序狀態。薛定鍔的這個見解對探索生命的本質具有重要的指導意義，但生命體究竟怎樣將無序轉化為有序的，科學家們感到仍是個謎。

六十年代末，這座神秘之橋終于被比利時的物理學家普里高津發現了。他是位很重視哲學思想的科學家？由于他堅信世界總是不斷向上、變化、發展的，自然界應該存在著從無序向有序轉化的客觀規律，他就從四十年代開始尋找發現這條規律的途徑。他抓住一種叫“貝納德花樣”的現象進行分析。燒過開水的人都知道，水將沸騰前，會出現許多水泡，若仔細觀察，會發現水泡呈六角形蜂窩狀的有序狀態，其中心液體向上流動，邊緣液體向下流動，形成熱量的對流，這就是“貝納德花樣”。普里高津發現，這種有序結構必須靠外界不斷供給熱量才能維持；一旦加熱停止，結構就破壞。因此，它不同于像晶體那樣“死”的有序結構，是一種“活”的結構，要求不斷地同外界發生物質與能量的交換，即“吐故納新”。普里高津把這種要不斷從環境中吸收物質和能量，并且在物質與能量的消散中才能維持的有序結構，稱為耗散結構。耗散結構理論的創立，為解釋生命現象提供了一把很好的“鑰匙”。生命就是通過新陳代謝，吐故納新保持的，因此生命體是一種耗散結構。這為用物理、化學的方法研究生命現象和生物進化開辟了道路。耗散結構理論被認為是七十年代科學上最輝煌的成就之一，普里高津在1977年獲諾貝爾化學獎。

耗散結構理論不僅為溝通非生命界和生命界的鴻溝架設了橋梁，而且在政治、經濟等社會科學領域，也有著重要的應用意義。一座城市，就可以看作是個“耗散結構”。城市必須由外界提供糧食、燃料、蔬菜、原材料等物質，同時又輸出產品、廢物……才能保持穩定，才有生命力。否則，就會陷于混亂之中而癱瘓。一個社會，也應是耗散結構，不能搞閉關自守。我國西北工業大學胡傳機等同志，提出的耗散結構經濟理論，就是將耗散結構理論應用于社會科學研究的一個大膽而富有創造性的嘗試。目前，這方面的研究正方興未艾，十分活躍。可以預計，隨著這一研究的發展，不僅對揭示生命的本質，而且對自然科學和社會科學的眾多領域，都將做出巨大的貢獻。