弁言序(代导读)中译本序绪论物理学中的时间第1章物理学中的时间上篇存在的物理学第2章经典力学第3章量子力学中篇演化的物理学第4章热力学第5章自组织第6章非平衡涨落下篇从存在到演化的桥梁第7章动力论第8章不可逆过程的微观理论第9章变化的规律第10章不可逆性与时空结构附录A面包师变换的时间算符和熵算符附录B不可逆性与动力论方法附录C熵、测量和量子力学中的叠加原理附录D量子理论中的相干性与随机性参考文献附录Ⅰ1977年诺贝尔化学奖颁奖词和讲演词附录Ⅱ中国与科学的春天附录Ⅲ普里戈金与中国附录Ⅳ普里戈金的科学贡献译后记
(一)为我的《从存在到演化》一书的中文译本增加这个简短的序言是一件非常荣幸的事。尽管当代科学所提出的问题和方法的范围极其广泛,但是有些问题是贯穿这整个领域的,如时间的问题和观察者所起的作用问题。有人会想,我们所观察到的生物进化或社会发展应当看作是嵌在一个不变化的广袤的宇宙之中的。但情况并非如此,现代宇宙学表明,整个宇宙也是在演化的。还有,在物理学的经典概念中,对于观察者所处理的自然界没有任何理论上的限制。我们现在开始看到了这个概念的局限性,而这些局限性又和时间及不可逆性的问题有密切的关系。这个异乎寻常的发展带来了西方科学的基本概念和中国古典的自然观的更紧密的结合。正如李约瑟在他论述中国科学和文明的基本著作中经常强调的,经典的西方科学和中国的自然观长期以来是格格不入的。西方科学向来是强调实体(如原子、分子、基本粒子等),而中国的自然观则以“关系”为基础,因而是以关于物质世界的更为“有组织的”观点为基础的。这个差别在今天即使和几年前的想法相比,其重要性也显得小得多了。我相信我们已经走向一个新的综合、一个新的归纳,它将把强调实验及定量表述的西方传统和以“自发的自组织世界”这一观点为中心的中国传统结合起来。西方科学诞生在17世纪的欧洲,一个特殊的承前启后的社会和宗教环境之中。我相信在20世纪末的今天,科学将会给世界带来更为普适的信息。1979年我有幸到西安参加了一个关于“非平衡统计物理”的专题讨论会①。这个学科在中国所引起的兴趣给了我非常深刻的印象,我期望这本书的翻译将使这个兴趣保持下去,因为我确信,这个领域仅仅处于它的幼年时期,而年轻一代的中国科学家一定会作出重要的贡献。当我在中华人民共和国停留的时候,他们的才智和热情更加深了我的这个信念。最后,我愿趁此机会向钱三强教授和郝柏林教授表示感谢,感谢他们真挚的友谊。(二)我非常高兴这本专著的中文译本即将出版。自这本专著出版以来,人们对不可逆过程的兴趣正在按指数比例增加。不可逆过程在许多科学领域中起着决定性的作用,这一点现在已十分明显。有兴趣的读者可以参阅最近的会议文集②。按照这本专著中所论述的观点,应当特别强调:不可逆性正在引起空间、时间和动力学概念上的巨大变化。甚至在贝纳尔不稳定性之类最简单的情形中,我们可能已注意到不可逆性带来的空间对称性的破缺,与此类似,化学钟导致了时间对称性的破缺,因为两个不同的时刻不再起同样的作用。此外,自然界本身变为由逐次分支而形成的一个历史的对象。用这种新的眼光来看,越来越难以接受那种传统的观点:不可逆性出现在宏观水平上,而在作为基础的“单元”水平上却用时间可逆的定律来描述。这个问题已在本书的第一版中加以讨论,不过讨论得相当粗略。因此,我决定增加新的一章——不可逆性与时空结构,它可以作为一个有益的导论。它包括一些在本书第一版出版以后才研究出来的新成果。简而言之,我们的方法如下:我们把熵增加原理以及隐存的“时间之矢”看作自然界的基本事实。于是,我们的任务便是研究由于把热力学第二定律作为一个基本假定引入所带来的空间、时间和动力学概念结构的变化。认为这种观点正确,其原因是注意到:出现在我们周围的自然界是时间上不对称的。我们大家都在变老!谁也没见过哪一位明星遵从相反的顺序。正是这个经验事实引导我们去研究这样的可能性:把所允许的态映射到一个收缩半群中去,而这个收缩半群描述的是未来向平衡态的趋近。简单地说,这种观点把热力学第二定律看作从动力学定律生出的一个选择原则。总之,这个选择原则告诉我们:在不稳定的动力学系统中,对所涉及的一切自由度来说,我们不能规定一个通向共同未来的初始条件。由于这个原因,我们在量子散射中观察到出射的球面波不是通过散射和同一量子态相联系的会聚波。还和我们在本书第一版中提到的一样,仅对那些高度不稳定的经典系统或量子系统,这样的选择原则才成立。没有人想要理想化的无摩擦的谐振子去遵守热力学第二定律。
本书以广阔的视野描述了时间演化的历史。普里戈金试图把生命科学和物理科学重新装到一起,把自然科学和人文学科重新装到一起,把必然性和偶然性重新装到一起,与自然和社会开始了一场全新的对话。
普里戈金(Ilya Prigogine,1917—2003),比利时物理化学家、理论物理学家,1977年诺贝尔化学奖获得者。其著作以优雅明畅而著称,有“热力学诗人”的美誉。代表作《从存在到演化》是一部时间演化的历史,与霍金的《时间简史》堪称姊妹书。
《从存在到演化》是一部关于时间演化的历史,与霍金的《时间简史》堪称姊妹书。时间问题一直是科学的一个终极挑战,是思考宇宙本质和起源的基点。霍金在《时间简史》中认为时间有开端也会有末日,而本书作者、诺贝尔化学奖获得者普里戈金则认为,时间无始也无终。本书与《时间简史》一样,也是用浅显易懂的语言诠释最复杂的时间问题,适合普通读者阅读。该书基于作者创立的耗散结构理论,是著名的布鲁塞尔学派的奠基之作,在国际上影响广泛,被誉为讨论时间演化史的革命性著作。《从存在到演化》主体部分由绪论、上篇、中篇和下篇构成。“绪论”提出物理学中的时间问题。上篇为“存在的物理学”,讨论经典力学和量子力学问题;中篇为“演化的物理学”,讨论热力学、自组织和非平衡涨落问题;下篇主要讨论“从存在到演化的桥梁”,涉及动力学、不可逆过程的微观理论、不可逆性与时空结构等问题。书中探讨了不可逆性以及时间在描述物质世界变化过程中的作用,试图将生物学和物理学整合在一起,把必然性和偶然性统一起来,在科学与人文、西方文化和东方文化之间搭建新的桥梁,展现出宽广的视野和对物质世界统一性的坚定信念。