中译本序

Chinese Version

伊·普里戈金

（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做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（Joseph Needham）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、生物分子等），而中国的自然观则以“关系”为基础，因而是以关于物理世界的更为“有组织的”观点为基础。

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“非平衡态物理”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，感谢他们给予我的友谊。

（二）

我非常高兴这本专著的中文译本即将出版。自从这本专著发表以来，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（Bénard）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：我们把熵增加定律以及隐存的“时间之矢”看做自然界的基本事实。于是，我们的任务便是研究由于把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，这种观点把第二定律看做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。

在我看来十分了不起的是：这个方案现在已能在一类重要的动力学系统中严格地得以实现。这类重要的动力学系统就是所谓K流（字母K取自Kolmogoroff，科尔莫戈罗夫），第10章的绝大部分篇幅都是研究K流的。通过一种特殊形式的非局域变换（它包含破缺的时间对称）作中介，能够从动力学时间可逆的机械论的描述过渡到概率论的描述。

在这个过渡中起着根本作用的是一个新的时间概念，即内部时间，它和天文学时间根本不同。虽然仍能用钟表或其他动力学装置去测量它，但它具有完全不同的含义，因为它得自不稳定动力学系统中存在的轨道的随机性。这个变换在空间中同时也在时间中导致一种非局域性的描述。其特征标度由运动不稳定性的量度（如第10章引入的李雅普诺夫指数）所提供。正是这个非局域性允许我们避开在动力学描述中固有的不稳定性，并导致一种使脆弱的平衡（delicato balancing）成为可能的描述，而我们在自然科学的如此多的部分中都观察到这种脆弱的平衡。

特别值得注意的是，沿着这条道路，我们被引到“空间的时间作用”（timing of space），它由在时空连续统内发生的不可逆过程来决定。我们远远离开了传统的时空静止观。

当然，我们意识到在我们自己的生命中存在着时间之矢。此外，生物学还使我们通晓了进化的范例。按照这本专著的看法，现在这个进化的范例正被扩充，以便组成包括第二定律在内的一切过程的基础。简言之，时间和不可逆性一样不再把我们和自然界分开。正好相反，热力学第二定律表达出我们属于一个进化着的宇宙。

我们的计划是把第二定律合并成一个基本的动力学原理。这个计划是新近才提出的，许多地方还需要补充研究和说明。在第二定律作为一个基本原理的蕴含被更完全地披露之前，还需做大量的工作。这个问题无论是对我们理解动力学的原理，还是对我们认识概率论以及时空结构，都是如此重要，因此在这第二版中给出一个“进展报告”是有价值的。这个进展报告希望引起读者对这样一个领域的兴趣，该领域以诱人的方式把对非平衡态热力学的新见解与动力学系统理论结合起来。

我要感谢我的同行刘若庄、严士健、方福康、马本堃、沈小峰诸教授和曾庆宏工程师，感谢他们在翻译中所做的工作。我觉得从本书得出的对自然界的描述非常接近中国的关于自然界中的自组织与谐和的传统观点。因此我真诚地希望这本专著在中国的出版将使在中国和在西方世界发展起来的文化传统间的创造性的对话保持下去。

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(1) 1979年8月，普里戈金教授应中国科学院副院长钱三强的邀请来华讲学，在西安参加了中国物理学会召开的第一届全国非平衡态统计物理（耗散结构专题）学术会议并在会上作了学术报告。——译者注。

(2) 即G. Nicolis，F. Baras 编的《化学不稳定性：在化学、工程、地质和材料科学中的应用》（Chemical Instabilities：Application in the Chemistry，Engineering，Gcology and Material Science，Beidel，Dordrect，1984）；以及L. E. Reichl，W. C. Schieve 编的《化学系统中的不稳定性、分支和涨落（Instabilities，Bifurcations，and Fluctuations in Chemical Systems，University of Texas Press，Austin，1982）》