从开水散热说起

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一杯开水置于室内，它的热量就要向四周散发，直到温度降到同室温一致；而已散发在室内的热量，却不可能聚集到杯中，使水重新沸腾。同样，一滴蓝墨水可以均匀地散布到一杯清水中，却不能从水中自动地恢复成一滴墨水。这就是说，无论是开水散热，或是墨汁扩散，都表明：如果把房间或杯子看作一个系统，热分子、颜色分子的运动，总是尽可能地从原来的集中、有序排列，趋向分散、混乱的无秩序状态。而且在大自然中，处处能看到这种从有序向无序转化的自发过程。嵯峨雄伟的高山，在风化作用下，逐渐变成堆堆沙砾乱石；婀娜多姿的百花，最终也要“零落成泥碾作尘”。

19世纪中叶，科学家用物理学语言描述了这一自然规律，这就是著名的热力学第二定律。它总结了大自然从有序向无序转化的规律，并用“熵”这个物理量来具体描述系统的无序程度。例如，随着开水的热量不断向四周散发，就意味着整个房间的“熵”在不断增大；当这种热量交换达到平衡而停止时，房间的熵就达到最大值。因此，热力学第二定律认为：一个系统从有序到无序转化的自发过程，总是朝着熵不断增大的方向发展的。

然而，大自然中并非一切系统都是由有序走向无序。生物的进化就是不断趋向更复杂、更高级、更有序的组织形式。地球上最早的生命，是一种非细胞的多分子体系，以后才形成单细胞生物，多细胞的低等生物，高等生物，直至有极其复杂的有序组织的人。

宇宙的演化，也与热力学第二定律所指出的趋势相反。据天文学家推算，我们所处的宇宙诞生于大约一百五十亿到二百亿年前的“宇宙大爆炸”，迄今已演化成一幅无限丰富而有序图景。

那么，无序究竟通过一种什么途径走向有序的呢？它吸引着科学家，但一直未能得到科学的解释。

本世纪四十年代，奥地利物理学家薛定锷认为，生命的本质就在于它是一种活的有序结构；这种结构能克服体内自发的无序过程，从而保持住生命的有序状态。薛定锷的这个见解对探索生命的本质具有重要的指导意义，但生命体究竟怎样将无序转化为有序的，科学家们感到仍是个谜。

六十年代末，这座神秘之桥终于被比利时的物理学家普里高津发现了。他是位很重视哲学思想的科学家？由于他坚信世界总是不断向上、变化、发展的，自然界应该存在着从无序向有序转化的客观规律，他就从四十年代开始寻找发现这条规律的途径。他抓住一种叫“贝纳德花样”的现象进行分析。烧过开水的人都知道，水将沸腾前，会出现许多水泡，若仔细观察，会发现水泡呈六角形蜂窝状的有序状态，其中心液体向上流动，边缘液体向下流动，形成热量的对流，这就是“贝纳德花样”。普里高津发现，这种有序结构必须靠外界不断供给热量才能维持；一旦加热停止，结构就破坏。因此，它不同于像晶体那样“死”的有序结构，是一种“活”的结构，要求不断地同外界发生物质与能量的交换，即“吐故纳新”。普里高津把这种要不断从环境中吸收物质和能量，并且在物质与能量的消散中才能维持的有序结构，称为耗散结构。耗散结构理论的创立，为解释生命现象提供了一把很好的“钥匙”。生命就是通过新陈代谢，吐故纳新保持的，因此生命体是一种耗散结构。这为用物理、化学的方法研究生命现象和生物进化开辟了道路。耗散结构理论被认为是七十年代科学上最辉煌的成就之一，普里高津在1977年获诺贝尔化学奖。

耗散结构理论不仅为沟通非生命界和生命界的鸿沟架设了桥梁，而且在政治、经济等社会科学领域，也有着重要的应用意义。一座城市，就可以看作是个“耗散结构”。城市必须由外界提供粮食、燃料、蔬菜、原材料等物质，同时又输出产品、废物……才能保持稳定，才有生命力。否则，就会陷于混乱之中而瘫痪。一个社会，也应是耗散结构，不能搞闭关自守。我国西北工业大学胡传机等同志，提出的耗散结构经济理论，就是将耗散结构理论应用于社会科学研究的一个大胆而富有创造性的尝试。目前，这方面的研究正方兴未艾，十分活跃。可以预计，随着这一研究的发展，不仅对揭示生命的本质，而且对自然科学和社会科学的众多领域，都将做出巨大的贡献。