生命违背热力学第二定律？北师大狄增如抖音讲解耗散结构理论

2023-12-12 15:07:47

　　时间先于存在?生命违背热力学第二定律?确定可能导致不确定?10月7日，北京师范大学狄增如教授做客高山科学经典抖音直播间，为网友导读普里高津的名著《确定性的终结》，探讨了时间、混沌、确定性等话题。

　　狄增如是北京师范大学系统科学学院教授，珠海校区复杂系统国际科学中心主任，国际系统与控制科学院院士。主要研究领域为系统理论与应用、大数据分析、复杂网络及其在复杂系统中的应用等。

　　在此次《高山科学经典》抖音直播间导读中，狄增如首先对《确定性的终结》一书作者伊利亚·普里高津作了重点介绍。普里高津是世界著名的科学家，1977年，因为在非平衡热力学特别是耗散结构理论方面的工作，获诺贝尔化学奖。普里高津还和中国有着千丝万缕的联系，1986年受聘为北京师范大学名誉教授。狄增如的老师方福康就是普里高津的学生。

　　《确定性的终结》一书最初出版于1996年，全名为《确定性的终结：时间、混沌与新自然法则》，共包含九个章节。狄增如首先抛出了书中所提出的三大矛盾“理论上的确定性图景VS自由意志与不确定性”“微观上的时间反演不变vs宏观上的时间箭头”“热力学第二定律走向无序和死寂vs生命的产生与秩序的涌现”，并进行了讲解。

　　以热力学第二定律为例，对于一个孤立系统，它的演化方向一定是熵增的方向，也就是走向混乱和无序。如一个箱子左边充满气体，右边没有气体，隔板打开后，一定是左边的气体会逐渐遍布整个箱子，不会存在遍布整个箱子的气体再回到左边箱子。然而热力学第二定律却无法解释生命现象，如果时间箭头都是逐渐走向无序就不可能有生命。

　　如何理解这一从无序到有序的演化方向?普里高津的耗散结构理论给出了合理解释。何谓“耗散”?狄增如向抖音直播间的网友介绍，热力学第二定律研究对象是孤立系统，和外界没有物质和能量的交换。而如果想产生有序结构，这个系统就必须是开放的，必须和外界有很强的物质能量交换。也就是说要“耗散”外界的物质和能量来维持自己的有序结构，所以耗散结构理论研究的是开放系统。

　　依据普里高津的理论，当我们真正关心系统的问题，关心一个开放系统，远离平衡态的时候，会发现不可逆过程不仅仅存在着走向无序的过程，而且它有渐序的能力，它能够创造秩序，能够造就我们的生命。

　　耗散理论之外，混沌科学也是该书的一大主要内容。狄增如向《高山科学经典》抖音直播间的网友介绍，该理论认为即使有确定性的规律，但随着运动和演化，也可能产生不确定的结果。狄增如以“三体”问题举例，三个质量、初始位置和初始速度都是任意的可视为质点的天体，在相互之间确定的万有引力的作用下运动，并不能预测出其运动规律。

　　狄增如还介绍了普里高津对于时间的一些观点。普里高津试图从微观更深刻的层次来解释时间箭头的问题，他认为时间具有天然不可逆性;时间先于大爆炸。这些理论“获得了不少阶段性的成果，但目前为止还没有被学术界广泛的认可”狄增如补充说。

　　此次抖音直播间导读还设有讨论环节，由央视财经记者张然担任嘉宾主持。《确定性的终结》中文版的责任编辑、科学文化学者潘涛共同参与了讨论。潘涛回顾了《确定性的终结》中文版的出版经历，并介绍了普里高津的另外两部著作《从存在到演化》以及《从混沌到有序》，“三部曲”一起读，更有利于完整理解普里高津的理论体系。

　　据了解，高山科学经典致力于邀请100位知名学者来做导读者、200位知名人士做嘉宾，共同解析科学名著，引领大众科学地阅读，增长对科学的兴趣，提升科学文化素养，让科学融入现代人的生活方式。节目于每周六晚20：00播出，网友可关注抖音账号@高山科学经典观看回放及预约。

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