1确定性的终结 ——时间、混沌与新自然法则伊利亚.普利高津 著湛敏 译引言 一种新的理性？第一章 伊壁鸠鲁的二难推理第二章 仅仅是一种错觉第三章 从概率到不可逆性第四章 混沌定律第五章 超越牛顿定律第六章 量子理论的统一表述第七章 我们与自然的对话第八章 时间先于存在？第九章 一条窄道2中文版序我非常高兴本书被译成中文，将为中国读者所接受这也给我一个机会来强调本书的一个重要观点——科学与文化的联系日本科学家汤川秀树指出：“听起来 也许奇怪，身为一名物理学家，我却越来越强烈地感受到现代物理学与我自身的疏远西方科学强调“自然法则”思想，这与中国的传统形成鲜明对照，因为，自 然之中文字面意义是“天然”西方科学和西方哲学一贯强调主体与客体之间的二元性，这与注重天人合一的中国哲学相悖本书所阐述的结果把现代科学拉近中国哲学自组织的宇宙也是“自发”的世界，它表达一种与西方科学的经典还原论不同的整体自然观我们愈益接近两种文 化传统的交汇点我们必须保留已证明相当成功的西方科学的分析观点，同时必须重新表述把自然的自发性和创造性囊括在内的自然法则本书的雄心正是以一种广 大读者易于接受的方式阐述这一综合自本书于 1996 年问世以来，沿着这条思路又取得了更多的进展。
在本世纪末，我们并非面对科学的终结，而是目睹新科学的萌生我衷心希望，中国青年一代科学家能为创建这一新科学作出贡献最后，我要感谢湛敏女士对本书的翻译，感谢上海科技教育出版社出版本书的中文版I．普利高津1998 年 8 月 5 日于布鲁塞尔 致谢我坚信，我们正处在科学史中的一个重要转折点上我们走到了伽利略和牛顿所开辟的道路的尽头，他们给我们描绘了一个时间可逆的确定性宇宙的图景我们现在却看到确定性的腐朽和物理学定律新表述的诞生3引言 一种新的理性？本世纪初，波普尔（Karl Popper）在他所著的《开放的宇宙——关于非决 定论的论争》一书中写道：“常识倾向于认为每一事件总是由在先的某些事件 所引起，所以每个事件是可以解 释或预言的……另一方面，……常识又赋予 成熟而心智健全的人……在两种可能的行为之间自由选择的能力这一詹姆 斯（Wlliam James）所称的“决定论的二难推理”与时间的含义密切相关未 来是给定的还是不断变化的结构？这个二难推理对每个人都非常重要，因为时 间是我们存在的 基本维度正是把时间结合到伽利略物理学概念体系之中，标 志着近代科学的起源人类思想这一成就也是本书所述核心问题的根源，即对时间之失的否定。
众所周知，爱因斯坦（Albert Einstein）常常说：“时间是一种错觉的确， 物理学基本定律所描述的时间，从经典的牛顿动力学到相对论和量子力学，均 未包含过去与未来之间的任 何区别甚至对于今日的许多物理学家而言，这已 是一种信念：就自然的基本描述而言，不存在什么时间之矢然而，无论在化学、地质学、宇宙学、生物学或者人文学科领域，处处都 可以见到未来和过去扮演着不同的角色从物理学描述的时间对称的世界如何 产生时间之矢？这就是时间详谬——本书的中心议题之一时间佯谬是在 19 世纪下半叶维也纳物理学家玻尔兹曼（Ludwig Boltzfmann）的研究工作之后被确认的，他试图仿效达尔文（Charles Darwinn）在生物学中的研究，系统阐述物理学中的演化方法但在当时，牛顿 物理学定律长期被公认为客观知识的典范由于牛顿定律隐含着过去与未来之 间的等价性，因而，任何赋予时间之矢以基本意义的尝试均因危及到这一典范 而受到抵制牛顿定律在它适用的领域被认为是终极完善的，这有点像今天许 多物理学 家把量子力学看作是终极完善的一样那么，在不破坏人类思想的这 些惊人成就的情况下，我们如何引入单向时间呢？自从玻尔兹曼以来，时间之矢被贬低到现象学范畴。
我们人作为不完善的 观测者，通过我们对自然的描述中引入近似，造成了过去与未来之间的差异 这依然是 盛行的科学说法，有些专家悲叹我们立于科学无能为力和无法解决的 奥秘面前我们相信不再会是这样了，原因在于最近的两个进展：一方面是非 平衡物理学，另一 方面是肇始于混沌概念的不稳定系统动力学，二者都取得了 长足的进展在过去几十年间，一门新学科——非平衡过程物理学——诞生了这门新 学科产生了像自组织和耗散结构这样一些概念，如今它们广泛应用于许多学科， 包括宇 宙学，化学，生物学以及生态学和社会科学非平衡过程物理学描述了 单向时间效应，为不可逆性这一术语给出了新的含义过去，时间之矢只是通 过像扩散或粘性 这样的简单过程出现在物理学中，在通常的时间可逆动力学未 作任何扩展的情况下，这是可以理解的但今天已非同以往我们现在知道， 不可逆性导致了诸如涡旋 形成、化学振荡和激光等许多新现象，所有这些现象 都说明了时间之矢至关重要的建设性作用不可逆性再也不会被认为是一种如 果我们具备了完善的知识就会消失 的表象不可逆性导致了相干，其影响包含 亿万个粒子形象地说：不具备时间之矢的平衡态物质，是“盲目的”；具备 了时间之矢，它才开始“看见”。
没有这种 起因于不可逆非平衡过程的相干， 很难想象地球上会出现生命因此，断言时间之矢“仅仅是现象学的”，或者4是主观的，皆属荒谬我们确实是时间之矢之子、演 化之子，而不是其祖先修正时间概念的第二个重要进展是不稳定系统的物理学表述经典科学强 调有序和稳定性现在，反过来，我们在观测的所有层次上都看到了涨落、不 稳定性、 多种选择和有限可预测性，像混沌这样的思想已变得相当流行，影响 着从宇宙学到经济学，实际上所有科学领域的思想我们将要表明，我们现在 可以扩展经典物理 学和量子物理学以包括不稳定性和混沌这样，我们会得到 适合于描述我们的演化宇宙的自然法则的一种表述，其中包含时间之矢，而过 去和未来也不再扮演对称的 角色从经典观点——包括量子力学和相对论—— 来看，自然法则表达确定性只要给定了适当的初始条件，我们就能够用确定 性来预言未来，或“溯言”过去一 旦包括了不稳定性，情况就不再是这样了， 自然法则的意义发生了根本变化，因为自然法则现在表达可能性或概率我们 在此与西方思想的基本传统之一（对确定性 的信念）相抵触如同吉热泽 （gerd Gigerenzer）等人在《机遇帝国》一书中所述，“尽管 2000 年来的科 学剧变把亚里士多德（Aristotle）与巴黎的贝尔纳（Claude Bernard）分开， 他们至少共享一种信念：科学与原因有关，与机遇无涉。
康德（Kant）甚至鼓 吹构成所有科学知识必要条件的普适的因果决定论然而，也存在反对的呼声大物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell） 就谈到“一种新型的知识”会克服决定论的偏见但总的来说，盛行的观点是， 概率是心智的状态，不是世界的状态尽管量子力学已把统计概念 囊括于物理 学核心之中，如今仍然如此，但量子力学的基本对象波函数却满足确定性的时 间可逆方程要引人概率和不可逆性，量子力学的正统表述需要一个观测 者观测者可以通过观测在时间对称的宇宙中引入不可逆性再者，像在时间 样谬中一样，从某种意义上说，我们对宇宙的演化模式负有责任观测者的这 种作用，给量子力学涂上了主观色彩这也是妨碍爱因斯坦认可量子力学的主 要原因它引起了无休止的争论把不可逆性或者时间流引入到量子理论中，观测者的作用是一个必要的概 念然而，一旦证明不稳定性破坏了时间对称性，观测者就不再重要了解决 了时间样 谬，我们也就解决了量子佯谬，从而得到一个新的、量子论的实在论 表述这并不意味着回到经典决定论的正统观念，恰恰相反，我们超出了与传 统量子论定律相联 系的确定性，强调概率的基本作用无论在经典物理学还是 在量子物理学中，基本定律现在表达概率。
我们不仅需要定律，而且需要把完 全新颖的要素引入自然描述 的事件这种新要素使我们得到麦克斯韦所期望的 “新型的知识”对于经典概率论的奠基人之一棣莫弗（Abraham De Moivre） 来说，机遇既无法定义也难以理解我们将表明，我们现在能够把概率包括到 物理学基本定律的表述之中只要做到这一点，牛顿确定论就破产了； 未来不 再由过去所确定，过去与未来之间的对称性被打破了这使我们面对最困难的 问题：什么是时间之源？时间起源于大爆炸，还是先于我们的宇宙而存在？这些问题把我们置于空间和时间的边缘详细解释我们主张的宇宙学含义， 需要写一本专著扼要地说，我们认为，“大爆炸”是与产生我们宇宙的介质 内的不 稳定性相联系的一个事件，它标志着我们宇宙的起源，但不代表时间的 起源尽管我们的宇宙有年龄，但产生我们宇宙的介质却没有年龄时间没有 开端，也许亦无 终点但是在这里，我们开始涉足臆测的世界本书的主要目的是提出低能区内 自然法则的表述这是宏观物理学、化学和生物学的领域，亦是人类存在实实5在在发生的领域时间和决定论难题，自从前苏格拉底学者以来一直是西方思想的核心在 一个确定性世界里，我们如何构想人的创造力或行动准则呢？这一问题反映了西方人文主义传统中存在的深刻的矛盾，这个传统强调两 个方面，即知识和客观性的重要性，以及个体责任和民主理想所蕴含的自由选 择。
波普 尔和其他许多哲学家都指出，只要自然单纯由确定性科学所描述，我 们就面临无法解决的难题把我们与自然界分离开来，是现代精神难以接受的 一种二元论我们 在本书中的目标是显示我们现在能够克服这一障碍倘若如 塔纳斯（Richard Tarnas）所述，“西方世界的激情在于与其存在的基础重新 统一”，那么说我们正在接近我们激情的目标也许并不为过人类正处于一个转折点上，正处于一种新理性的开端在这种新理性中， 科学不再等同于确定性，概率不再等同于无知我们完全赞同勒克莱尔（YVor Leclerc）的看法，他说：“在本世纪，我们遇到继牛顿物理学在 18 世纪取得 胜利以来科学与哲学的分离布罗诺夫斯基（Jacob Bronowski）如是很好表 达了同样的思想：“认识人性和认识自然界内的人类境况，是科学的一个中心 课题在本世纪末，常常有人问科学的未来可能是什么样子对于某些人，比如 霍金（Stephen W．Hawking），他在所著的《时间简史》中指出，我们接近终 结，即到了接近了解“上帝意志”的时刻相反，我们认为，我们确实处于一 个新科学时代的 开端我们正在目睹一种科学的诞生，这种科学不再局限于理 想化和简单化情形，而是反映现实世界的复杂性，它把我们和我们的创造性都 视为在自然的所有层次上 呈现出来的一个基本趋势。
第一章 伊壁鸠鲁的二难推理I宇宙是否由确定性定律所支配？时间的本质是什么？这些问题在西方理性 的萌发时期即已被前苏格拉底学者阐述过了2500 年之后，它们依然与我们同 在 然而，与混沌和不稳定性相联系的物理学和数学最新进展，却开辟了不同 的研究道路我们正开始用一种新的观点审视这些涉及到人类在自然界中的地 位的难题我 们现在可以避开过去的那些矛盾了希腊哲学家伊壁鸠鲁（Epicurus）第一个表述了一个根本性的二难推理 作为德谟克利特（Democritus）的追随者，他认为世界由原子和虚 空组成而 且，他断言原子以相同的速度平行地通过虚空下落那么，它们怎么发生碰撞？ 与原子的组合密切相关的新奇性又如何出现呢？对伊壁鸠鲁来说，科学的 问题、 自然的可理解性问题以及人的命运问题是不可分离的在确定性的原子世界里， 人类自由的含义是什么呢？伊壁鸠鲁在给梅内苏斯（Meneceus）的信 中写道： “我们的意志是自主的和独立的，我们可以赞扬它或指责它因此，为了保持 我们的自由，保持对神的信仰比成为物理学家命运的奴隶更好前者给予我们 通过预言和牺牲以赢得神的仁慈的希望；后者相反，它带来一种不可抗拒的必 然性。
这一引语听上去是多么现代呀！西方传统中最伟大的思想家们，像康 德怀特 海（Alfred North Whi。