伊利亞·普里高津 - 生平簡介

伊利亞·普里高津是比利時物理化學(xué)家和理論物理學(xué)家。1917年1月25日生于莫斯科。1921年隨家旅居德國。1929年定居比利時，1949年加入比利時國籍。他于1934年進(jìn)入布魯塞爾自由大學(xué)，攻讀化學(xué)和物理，1939年獲理科碩士學(xué)位，1941年獲博士學(xué)位。1947年任該校理學(xué)院教授。1959年任索爾維國際理化研究所所長。1967年兼任美國奧斯汀得克薩斯大學(xué)的統(tǒng)計力學(xué)和熱力學(xué)研究中心主任。1953年當(dāng)選為比利時皇家科學(xué)院院士。1967年當(dāng)選為美國科學(xué)院院士。

普里戈金長期從事關(guān)于不可逆過程熱力學(xué)（也稱非平衡態(tài)熱力學(xué)）的研究。1945年他提出了最小熵產(chǎn)生定理，該定理是線性不可逆過程熱力學(xué)理論的主要基石之一。他和同事們于60年代提出了適用于不可逆過程整個范圍內(nèi)的一般發(fā)展判據(jù)，并發(fā)展了非線性不可逆過程熱力學(xué)的穩(wěn)定性理論，提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，為認(rèn)識自然界中（特別是生命體系中）發(fā)生的各種自組織現(xiàn)象開辟了一條新路。耗散結(jié)構(gòu)理論在自然科學(xué)及社會科學(xué)的許多領(lǐng)域有重要的用途。因創(chuàng)立熱力學(xué)中的耗散結(jié)構(gòu)理論，普里戈金獲1977年諾貝爾化學(xué)獎。普里戈金在物理化學(xué)和理論物理學(xué)的其他方面，如化學(xué)熱力學(xué)、溶液理論、非平衡統(tǒng)計力學(xué)等，都有重大的貢獻(xiàn)。他的主要著作有《化學(xué)熱力學(xué)》 、《不可逆過程熱力學(xué)導(dǎo)論》 、 《非平衡統(tǒng)計力學(xué)》和《非平衡系統(tǒng)中的自組織》等。

伊利亞·普里高津 - 耗散結(jié)構(gòu)理論

普里高津于1969年在國際“理論物理與生物學(xué)會議”上發(fā)表了《結(jié)構(gòu)、耗散和生命》一文，提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，把理論熱力學(xué)的研究推向了當(dāng)代的最高峰。普里高津由于這一重大貢獻(xiàn)，榮獲1977年諾貝爾化學(xué)獎。這是普里高津?qū)W派20多年從事非平衡熱力學(xué)和非平衡統(tǒng)計物理學(xué)研究的成果。

普里高津和他的同事在建立“耗散結(jié)構(gòu)”理論時準(zhǔn)確地抓住了如貝納爾流、B-Z化學(xué)波和化學(xué)振蕩反應(yīng)以及生物學(xué)演化周期等自發(fā)出現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，使用了“自組織”的概念，并且用該概念描述了那些自發(fā)出現(xiàn)或形成有序結(jié)構(gòu)的過程，從而在“存在”和“演化”的兩種科學(xué)之間，在兩種文化之間構(gòu)架了一座科學(xué)的橋梁。

普里高津在研究了大量系統(tǒng)的自組織過程以后，總結(jié)、歸納得出，系統(tǒng)形成有序結(jié)構(gòu)需要下列條件：

（1）系統(tǒng)必須開放。熱力學(xué)第二定律指出：孤立系統(tǒng)的熵不可能減少。對于一個孤立系統(tǒng)，無論其微觀機(jī)制如何，如果從宏觀上看，它可以被當(dāng)成是孤立系統(tǒng)，則必然要達(dá)到平衡態(tài)。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，對于孤立系統(tǒng)來說熵是增加的，總過程是從有序到無序；而對于開放系統(tǒng)來說，由于通過與外界交換物質(zhì)和能量，可以從外界獲取負(fù)熵用來抵消自身熵的增加，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)從無序到有序、從簡單到復(fù)雜的演化。

（2）遠(yuǎn)離平衡態(tài)。遠(yuǎn)離平衡態(tài)是系統(tǒng)出現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)的必要條件，也是對系統(tǒng)開放的進(jìn)一步說明。開放系統(tǒng)在外界作用下離開平衡態(tài)，開放逐漸加大，外界對系統(tǒng)的影響逐漸變強(qiáng)，將系統(tǒng)逐漸從近平衡區(qū)推向遠(yuǎn)離平衡的非線性區(qū)，只有這時，才有可能形成有序結(jié)構(gòu)，否則即使開放，也無濟(jì)于事。

（3）非線性相互作用。組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)之間存在著相互作用，一般來講，這些相互作用是非線性的，不滿足疊加原理。正因為這樣，由子系統(tǒng)形成系統(tǒng)時，會涌現(xiàn)出新的性質(zhì)。

（4）漲落。漲落是指對系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的偏離，它是實際存在的一切系統(tǒng)的固有特征。系統(tǒng)內(nèi)部原因造成的漲落，稱為內(nèi)漲落；系統(tǒng)外部原因造成的漲落，稱為外漲落。處于平衡態(tài)系統(tǒng)的隨機(jī)漲落，稱為微漲落；處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非平衡態(tài)系統(tǒng)的隨機(jī)漲落，稱為巨漲落。對于遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非平衡態(tài)系統(tǒng)，隨機(jī)的小漲落有可能迅速放大，使系統(tǒng)由不穩(wěn)定狀態(tài)躍遷到一個新的有序狀態(tài)，從而形成耗散結(jié)構(gòu)。

伊利亞·普里高津 - 耗散結(jié)構(gòu)論的不足

普里高津已經(jīng)揭示了遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡態(tài)的系統(tǒng)的不可逆進(jìn)化動力學(xué)，處在這種“第三種狀態(tài)”（遠(yuǎn)離而不是處于或接近平衡）的系統(tǒng)以這種明顯的方式運(yùn)作：當(dāng)漲落導(dǎo)致失穩(wěn)時，它們并不到達(dá)平衡，而是可能重新組合它們的內(nèi)部力以吸收、轉(zhuǎn)變和貯存更多的它們環(huán)境中所具有的自由能。結(jié)果，它們沒有衰亡，而可能又振作起來到達(dá)演化的更高區(qū)域和復(fù)雜狀態(tài)。

然而進(jìn)一步考察后發(fā)現(xiàn)，熱力學(xué)事業(yè)盡管有顯赫的成就，但仍證明有重大缺陷。它的問題是，當(dāng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)的進(jìn)化軌線分叉時，該系統(tǒng)將會發(fā)生什么事要仰仗隨機(jī)性的選擇。普里高津不能解釋緊隨分叉后系統(tǒng)對新動態(tài)形式的“選擇”，就如同斯塔普不能解釋當(dāng)粒子與宇宙的其余部分相互作用時粒子對決定論的狀態(tài)的“選擇”一樣。在普里高津的非平衡宇宙中，與海森堡量子宇宙一樣，進(jìn)化仍被純粹的隨機(jī)性所打斷。

普里高津的不可逆進(jìn)化把觀察到的所有領(lǐng)域，物理的、化學(xué)的、生物的、生態(tài)的、甚至人類的系統(tǒng)都聯(lián)系了起來，它為從物理學(xué)和化學(xué)向生物學(xué)和生態(tài)學(xué)，最終向人文科學(xué)的過渡提供了一張有吸引力的通行證，但是，這種理論能為理解作為自然界中漸進(jìn)自我組織的結(jié)果的有序提供一把鑰匙嗎？換句話說，“通過漲落達(dá)到有序”是新物理學(xué)統(tǒng)一理論中所缺少的組織原理嗎？

在這一點(diǎn)上一直存在著嚴(yán)重的問題，由普里高津的進(jìn)化動力所驅(qū)動的系統(tǒng)趨向于分散和多樣化，而不是趨向于凝聚和統(tǒng)一。普里高津自己也談到了“分叉屬性”是進(jìn)化過程的基礎(chǔ)：即使兩個系統(tǒng)從相同的狀態(tài)出發(fā)，而且在它們的環(huán)境中具有相同的初始條件，它們也會在時間的過程中傾向于分叉，因為每個系統(tǒng)受到不同的外部影響和產(chǎn)生不同類型的內(nèi)部漲落。事實是，在普里高津所開創(chuàng)的非平衡熱力學(xué)中，進(jìn)化系統(tǒng)的特定發(fā)展路線受機(jī)遇的支配，無論是系統(tǒng)過去的歷史，還是其環(huán)境的性質(zhì)，都不能決定在諸多的漲落中哪一種將最終變成核心。成核過程只能用各種隨機(jī)方程來描述，這些方程可以有許多可能的結(jié)果。不過這里還存在困難，如果系統(tǒng)的過去和環(huán)境都不決定成核過程的結(jié)果，那么在復(fù)雜系統(tǒng)中所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)化了的結(jié)構(gòu)就完全取決于對系統(tǒng)不穩(wěn)定的眾多漲落所進(jìn)行的隨機(jī)選擇。在某一特定系統(tǒng)中，進(jìn)化展開的方式變得完全不可預(yù)見；而在許多系統(tǒng)中，進(jìn)化展開的方式很可能是多種多樣的，我們的周圍因此就應(yīng)當(dāng)是由千差萬別的系統(tǒng)所構(gòu)成的雜亂無章的一堆混亂，而不是宇宙學(xué)的宏觀結(jié)構(gòu)和物理學(xué)、化學(xué)和生命科學(xué)的微觀結(jié)構(gòu)所顯示的始終如一的有序。這與事實顯然是不符的。

普里高津和他的學(xué)派指望偏離平衡是有序的最終源泉，并希望非平衡熱力學(xué)方程能解釋觀察到的進(jìn)化過程，然而這些期望至今還未得到滿足。盡管熱力學(xué)理論描述了復(fù)雜開放系統(tǒng)在其環(huán)境中維持自身的方式和它們變化的方式的本質(zhì)方面，但沒有解釋在變化的可能結(jié)果中從統(tǒng)計學(xué)上看為什么系統(tǒng)趨向于有序和復(fù)雜性。

在系統(tǒng)所產(chǎn)生的熵及其復(fù)雜性的增加之間至今未發(fā)現(xiàn)任何關(guān)聯(lián)棗系統(tǒng)所產(chǎn)生的熵的量不能作為衡量其進(jìn)化發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。雖然混沌系統(tǒng)比有序系統(tǒng)產(chǎn)生更多的熵，但熵的產(chǎn)生、增加或減少并不取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性的變化，看來，熱力學(xué)的熵不能充分說明系統(tǒng)進(jìn)化的軌跡�！靶畔㈧亍边@一補(bǔ)充術(shù)語不是來自非平衡熱力學(xué)，而是來自申農(nóng)的信息論，它已被用來解釋結(jié)構(gòu)的變化。但信息熵和物理熵之間的關(guān)系還是不清楚，把這兩者都包含在內(nèi)的理論不再是一種熱力學(xué)理論，而是關(guān)于能量和信息加工系統(tǒng)的一種統(tǒng)一理論。

伊利亞·普里高津 - 科研分枝

楊振寧與普里高津的分歧

在“2004文化高峰論壇”上，楊振寧將近代科學(xué)沒有在中國萌生規(guī)咎于《易經(jīng)》 。概括起來，楊振寧對《易經(jīng)》的否定可以歸納為兩點(diǎn)：一是說它認(rèn)識事物的方法只有歸納法，沒有推演法。二是不同意天人合一的觀念，說是人世間有人世間的規(guī)律，自然界有自然界的規(guī)律，是兩回事，不能合在一起。

普里高津是研究熱力學(xué)的，然而他得的是諾貝爾化學(xué)獎，因為他的“耗散結(jié)構(gòu)”理論并不為主流物理學(xué)家所認(rèn)同。簡單地說，耗散結(jié)構(gòu)理論就是認(rèn)為：事物的演化是由于事物結(jié)構(gòu)的突然變化，而事物結(jié)構(gòu)變化的原因，則是由于事物內(nèi)部存在一種“自組織”的功能。耗散結(jié)構(gòu)理論是一個既適用于自然界又適用于人世間的理論，這就與天人合一的觀念不謀而合了。對于這個觀念，主流物理學(xué)家——例如楊振寧——則是反對的。于是普利高津?qū)⒛抗馔断蛑袊�，他在《確定性的終結(jié)》中文版序中寫道：“西方科學(xué)和西方哲學(xué)一貫強(qiáng)調(diào)主體與客體之間的二元性，這與注重天人合一的中國哲學(xué)相悖。本書所闡述的結(jié)果把現(xiàn)代科學(xué)拉近中國哲學(xué)。自組織的宇宙也是‘自發(fā)’的世界，它表達(dá)一種與西方科學(xué)的經(jīng)典還原論不同的整體自然觀。我們愈益接近兩種文化傳統(tǒng)的交匯點(diǎn)。我們必須保留已證明相當(dāng)成功的西方科學(xué)的分析觀點(diǎn)，同時必須重新表述把自然的自發(fā)性和創(chuàng)造性囊括在內(nèi)的自然法則。本書的雄心正是以一種廣大讀者易于接受的方式闡述這一綜合。自本書于1996年問世以來，沿著這條思路又取得了更多的進(jìn)展。在本世紀(jì)末，我們并非面對科學(xué)的終結(jié)，而是目睹新科學(xué)的萌生。我衷心希望，中國青年一代科學(xué)家能為創(chuàng)建這一新科學(xué)作出貢獻(xiàn)。”

事物不僅具有物質(zhì)性，還具有結(jié)構(gòu)性。事物的物質(zhì)性表現(xiàn)為質(zhì)量，牛頓把物體抽象為質(zhì)量，不管物體的材料是木頭還是鐵塊，都符合牛頓力學(xué)。也就是說，牛頓力學(xué)不考慮事物的結(jié)構(gòu)性，所以它只能說明物體的機(jī)械運(yùn)動。今天，當(dāng)人們更深入地認(rèn)識事物更復(fù)雜的運(yùn)動時，事物的結(jié)構(gòu)性就顯得比物質(zhì)性更為重要。

就拿DNA來說吧。DNA是四種堿基對排列成的雙螺旋結(jié)構(gòu)，它載著生命的信息，僅僅因為這些排列些小的變化，就改變了生命的形式。人與人之間的基因差異，只要有0.2％的改變，就變成不同的人種。人類的基因有98％與黑猩猩一樣，有51％與酵母菌相同。僅僅因為結(jié)構(gòu)的改變，就演繹出億萬生命的大千世界。如果我們想到：熱帶雨林中的一支猩猩與北極冰川上的一支企鵝；海洋里游弋的一條藍(lán)鯨與沙漠里跋涉的一匹駱駝；長空里遷徙的一支大雁與地下掘洞的一只螞蟻；沉睡在古荒原上的一粒細(xì)菌與生活在現(xiàn)代都市中的一個人，這一切竟然都是由于這個雙螺旋結(jié)構(gòu)的不同造成的，我們就會相信“結(jié)構(gòu)決定事物的本質(zhì)”。

其實在2300年前，亞里士多德提出的“質(zhì)料因”與“形式因”就已經(jīng)涉及到這個問題。亞里士多德在說明質(zhì)料與形式的關(guān)系時說，雕像的質(zhì)料是青銅，雕像是形式，“雕像之為雕像，不在青銅，而在雕像的本質(zhì)”。也就是說某事物之所以成為某事物，不在于質(zhì)料的規(guī)定，而在于形式的規(guī)定�？梢钥闯�，亞里士多德已經(jīng)感覺到了“結(jié)構(gòu)決定事物的本質(zhì)”，不過受到時代科學(xué)水平的限制，他不可能說得更清楚。

如果以電子、質(zhì)子、中子為質(zhì)料，不同的結(jié)構(gòu)可得到不同的原子，直到填充滿化學(xué)元素周期表。這些化學(xué)元素的外觀和性質(zhì)，差別竟有如此之大。

“同素異構(gòu)”現(xiàn)象和“同分異構(gòu)”現(xiàn)象告訴我們，即使是品種數(shù)量完全相同的質(zhì)料，不同的結(jié)構(gòu)，也會成為另外的東西。同素異構(gòu)最著名的例子就是碳原子既可組成金剛石，又可組成石墨。金剛石是自然界中最晶瑩最堅硬的物品；石墨則是極黑極軟的東西。如此之大的反差僅僅由于碳原子的結(jié)構(gòu)不同，金剛石中的碳原子呈等四面體排列，而石墨中的碳原子呈一種六棱柱排列。同分異構(gòu)最早發(fā)現(xiàn)的是異氰酸銀（AgNCO）與雷酸銀（AgONC）。從它們的分子式可以知道，它們的全部零件都是一樣的，不過結(jié)構(gòu)不同，它們的性質(zhì)就大不一樣：前者很穩(wěn)定，后者卻具有爆炸性。再如乙醇（CH3CH2OH）和甲醚（CH3OCH3），它們的分子式都是C2H6O，但是結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)也就全然不同了。

伊利亞·普里高津 - 工作風(fēng)格

其一：普里高津是一位利用演化論而非原子論的觀點(diǎn)來看待世界的物理學(xué)家。

其二：普里高津的學(xué)術(shù)生涯是由簡入繁，早年研究化學(xué)反應(yīng)，中年研究熱力學(xué)和統(tǒng)計物理，晚年深入到量子混沌的理論基礎(chǔ)。

其三：普里高津憑借自己的學(xué)識、熱情與組織才能，以戰(zhàn)略家的眼光，一手締造了布魯塞爾學(xué)派，使得非主流的前沿研究得以長期堅持。

伊利亞·普里高津 - 七步研究法

普里高津的七步研究法

1：剖析舊理論，打開突破口；

2：提問不斷提問，尋找要害；

3：博采廣收博采，為我所用；

4：思考分析綜合，抽象概括；

5：立案提出方案，嚴(yán)格論證；

6：求解切實求解，升華理論；

7：應(yīng)用應(yīng)用實際，以求驗證。

伊利亞·普里高津 - 矚目豐碑

在近代自然科學(xué)史上，矗立著三塊舉世矚目的豐碑：與科學(xué)巨人牛頓的名字聯(lián)系在一起的經(jīng)典力學(xué)；與現(xiàn)代物理學(xué)的奠基人愛因斯坦的名宇聯(lián)系在一起的相對論；與玻爾、海森堡等人的名字聯(lián)系在一起的量子力學(xué)。幾十年來，全世界的科學(xué)家們在仰望科學(xué)的頂峰的同時．都在企盼著另一塊超越巨人的豐碑矗起，他就是伊利亞·普里高津。