普里戈金的方法论思想，本文主要内容关键词为：方法论论文,普里论文,思想论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
比利时物理学家普里戈金是位诺贝尔奖获得者，他所创立的耗散结构论已为我国广大读者所熟悉。耗散结构论是建立在时间不可逆性基础上的。实际上，时间不可逆性早已为热力学第二定律所揭示，然而，这同动力学（包括牛顿力学、相对论和量子力学）关于时间是对称的、可逆的观点相悖。普里戈金通过对不可逆过程微观理论和熵的研究，力图把动力学和热力学统一起来，并在这种统一过程中重新发现时间。众所周知，时间问题和物理学统一问题一直是哲学和物理学的基本问题。因此，普里戈金的这一工作对未来的影响将是深远的。普里戈金的这一重大成就的取得是同他的方法论思想紧密相关的，这一点从他的《从存在到演化》和《从混沌到有序》这两本名著中可以明显地看出。对此，本文力图加以揭示，并相信不同领域的研究者能从中得到某些启发和裨益。
一、对不同学说交锋的喜悦心情
自然科学研究要不断地揭示自然界未知的性质和规律。既然如此，即使是杰出的科学家也不可能不犯错误，他的理论也不可能没有不完善的和局限的地方；不同领域的理论不可能没有矛盾和冲突的地方。
普里戈金十分喜爱著名哲学家怀特海的一句名言：“几种学说的交锋并不是一场灾难，而是一个好机会。”〔1 〕他对这句名言的理解是，这种交锋“指出了一个新的转折点已经来临，指出了一种新的综合是必要的。”〔2〕换句话说， 其意义在于表明科学统一事业的新任务已经提出。一位科学工作者在其从事科研的黄金时代能碰到学说间的交锋，真是三生有幸，应感到由衷的喜悦，这是施展自己的才华、建立新学说的大好机会。
十九世纪下半叶，迎来了物理学不同学说的三次大交锋。一次是动力学与热力学的交锋。在牛顿力学中，作为动力学方程的第二定律，它对时间具有反演不变性，牛顿力学既可描述过去，也可描述未来，牛顿力学描述的是可逆过程。十九世纪下半叶建立起来的热力学在这一点上同牛顿力学发生了尖锐的冲突。对此，玻耳兹曼曾雄心勃勃，力图从动力学推导出热力学，试图为热力学第二定律寻找微观解释。尽管没有成功，但玻耳兹曼仍然作出了不朽的贡献。另一次是牛顿力学和电动力学的交锋。这导致了困惑人们多年的“以太飘移”之谜。爱因斯坦从追求物理学的统一基础入手，大胆地进行了时间观上的革命，建立了狭义相对论，统一了牛顿力学和电动力学。再次是黑体辐射问题。它是牛顿力学、电动力学和热力学三种学说交锋、碰撞的焦点。它最终导致了普朗克的能量子假说的提出，以及后来的量子力学的建立。狭义相对论和量子力学的建立都标志着物理学的一个新的转折点，一种新的综合。
基础物理学不同学说的交锋在本世纪依然存在。普里戈金在长期从事热力学研究的基础上，以敏锐的眼光发现整个物理学可以分为存在的物理学和演化的物理学，即动力学和热力学两大部分。动力学包括牛顿力学、相对论和量子力学，因而是物理学的主要部分。动力学的观点在物理学中占据着主要地位。这不仅表现在相对论和量子力学都加强了牛顿力学关于时间是可逆的、可以把自然界描述为静止的和没有历史的这种观点。而且现时代的不少杰出的物理学家都持有动力学的观点。然而，热力学的演化观和时间之矢的观点都同活生生的现实，如生物界和社会的事实相一致。因此，热力学同动力学的交锋，即演化的物理学同存在的物理学的交锋，不仅是尖锐的，而且是大规模的。普里戈金以喜悦的心情看待这种交锋和冲突，并且认识到，“该是把玻耳兹曼的任务重新担当起来的时候了。”〔3〕换句话说， 这促使普里戈金认识到把动力学和热力学统一起来的可能。
然而，对于不同学说的尖锐碰撞，并非所有杰出的学者都能以喜悦的心情去对待。例如，本世纪初，面对经典物理学出现的矛盾，一代宗师洛伦兹甚至发出叹息，后悔没在这些矛盾出现的五年前去世。当前，无论是自然科学还是社会科学，不同学说的碰撞比比皆是。例如，物理学中的黑洞问题是广义相对论、量子力学和热力学的冲突焦点；EPR （爱因斯坦、Podolsky和Rosen三人的缩写）佯谬和EPR实验是狭义相对论和量子力学这两大基础理论的尖锐碰撞。我们不应当采取回避和悲观的态度，应当像普里戈金那样，以一种喜悦的心情去迎接不同学说的碰撞，才能在科学的发展过程中有所发现、有所作为。
二、学术批判的艺术
不同学说的交锋和冲突表明，尽管它们原来都是正确的，但从当前看来，它们可能都有错误之处，或者主要地是其中一种学说有错误。因此，要完成一个新的综合，首先面临的一个棘手问题是，要对这些学说以及包括它们的创始人在内的少数杰出学者的错误进行批判。毫无疑问，这需要巨大的勇气。然而，单有批判的勇气是远远不够的。更重要的是，应当在学术批判的过程中找到新理论的起点和前进的方向。这无疑是学术批判的真正目的。如何很好地达到这个目的，就有一个艺术地进行批判的问题。
普里戈金长期从事热力学的研究并取得重大成果，他充分地认识到，不可逆过程既不是幻觉也不是强加的，它如同可逆过程一样实在，不可逆过程在物质世界中起着基本的建设作用。因此，普里戈金对否定热力学的做法提出批评：“热力学理论近来的发展已经加剧了动力学与热力学之间的冲突。当熵的建设性作用已被理解，涨落放大的可能性已被发现的时候，还试图把热力学的成果缩小成只不过是由于我们认识不完备而引起的近似，看起来就是执迷不悟了。”〔4〕
如所周知，相对论和量子力学是本世纪理论物理学的两大基础理论，属于动力学。它们的一些创始人对热力学中表现出的不可逆性抱有偏见，例如，爱因斯坦认为，不可逆是一种幻觉，一种主观印象，来自某些意外的初始条件。他断言：“在物理学的基本定律中没有任何不可逆性。”〔5 〕玻恩断言：“不可逆性是把无知明显地引入到基础（动力学）定律中去的结果”。〔6〕可见，普里戈金面对的批判对象， 无论是相对论和量子力学，还是爱因斯坦和玻恩，都是十分强大的。普里戈金不是简单地肯定热力学和简单地否定动力学。他认识到，不可逆性虽然是客观的但不是普遍的，例如，一个理想摆的运动就没有不可逆性。然而，更重要的是，普里戈金把对动力学的批判放在从动力学领域寻找支持不可逆性的事实，这些事实无疑是最有力的批判。
第一，在量子力学中，虽然其基本方程即薛定谔方程表现了时间的可逆性，但作为量子力学的一个基本概念的测量具有不可逆性。所以，量子力学表明，“我们既需要可逆性，也需要不可逆性。”〔7〕
第二，大爆炸宇宙学是建立在广义相对论基础上，是种相对论性宇宙学，是当代宇宙学理论的主流，值得注意的是，它是一种演化的宇宙理论。
第三，粒子物理学所发现的所有“基本”粒子绝大多数都是不稳定的，处于不断的湮灭和转化之中。这是不可逆过程。1964年，菲奇和克罗宁发现，在弱相互作用中，宇称（P）和电荷共轭（C）的联合变换并不守恒。据相对论和量子力学，CPT联合反演必须守恒。由此可见， 时间反演T也不守恒了。这表明，基元物理过程是不可逆的。
从上述事实，特别是广义相对论所导致的演化宇宙学，使普里戈金获得了批评爱因斯坦的勇气、信心和动力。因为，广义相对论是爱因斯坦自己最为看重的科学成就。普里戈金对爱因斯坦的偏见批判道：“整个故事好象是对历史的又一次嘲弄。在某种意义上，爱因斯坦违背他自己的意愿，变成了物理学的达尔文。达尔文教导我们，人类是镶嵌在生物进化中的；爱因斯坦教导我们，我们被镶嵌在一个进化着的宇宙之中。爱因斯坦的思想把他引向一个新大陆，这个新大陆对他来说就像美洲对哥伦布那样出乎意料。”〔8〕当然， 学术上的批判不是彻底的抛弃，而是扬弃。通过对存在的物理学和爱因斯坦的批判，以及对存在的物理学所表现出来的不可逆性，普里戈金认识到，不可逆过程如同可逆过程一样实在，而且，存在的物理学和演化的物理学之间的交锋和碰撞表明，“全部研究都对指出科学理论的牛顿概念中所固有的困难作出贡献……我们已经接触到问题的核心。‘什么是时间？’”〔9 〕而正确对待时间问题则是普里戈金试图把存在的物理学和演化的物理学统一起来这一重大研究工作的真正起点。
三、“两面神思维”与物理学统一性的追求
爱因斯坦一生的物理学研究，无论是从狭义相对论、广义相对论到统一场论，还是从光量子理论到同玻尔关于量子力学的长期争论，都表现为对物理学统一基础的追寻。狭义相对论和广义相对论无疑是爱因斯坦的代表作。爱因斯坦于1919年写作了“相对论的基础概念和方法的发展”一文，然而它长期没有全文发表过。1979年爱因斯坦诞辰一百周年前夕，美国精神病学家卢森堡在《精神病学》杂志发表了一篇研究文章〔10〕，并在该文中公开了爱因斯坦的这篇论文。卢森堡认为，爱因斯坦建立相对论的思维是他长期研究的“两面神思维”的一个典型例子。
两面神是罗马的门神，它有几个面孔（两个、四个或六个）能同时转向几个相反的方向。卢森堡所提出的“两面神思维”指的是，“不顾逻辑或者自然法则的束缚，具有创造力的人物构想了两个或者更多并存和同时起作用的相反物或对立面，而这样的构想产生了完整的概念、印象和创造。”
面对牛顿力学和麦克斯韦电磁学理论的冲突，爱因斯坦不像其前辈试图从一个推出另一个，而是把相对性原理从力学领域扩大到电磁学领域也适用，从而为两大理论寻找共同的立足点。这就是说，尽管麦克斯韦方程中的光速不变是导致前辈物理学家认为相对性原理在电磁学领域中不适合，但爱因斯坦却把光速不变作为一个基本事实加以接受，以便寻求一种适当的机制来统一理解物理学（力学和电磁学）中统一的相对性原则，并研究由于接受了这个基本事实（光速不变）所暗示的空间、时间和动力学的基本修正。因此，狭义相对论的建立的确是“两面神思维”的一个典型的例子。
作为一位大物理学家、普里戈金无疑是熟悉爱因斯坦的思维方式的。当然，他不能容忍动力学和热力学长期处于分裂和对立的状态，同时，他也清醒地认识到，无论是试图从动力学否定或推出热力学，还是试图从热力学否定或推出动力学，都是不可取的。为了把热力学和动力学加以统一，普里戈金发问：“有没有一种办法去‘救助’动力学，去重新获得第二定律而不放弃由牛顿及其继承者所建设起来的可怕的结构？在一个由动力学所描述的世界里，熵能起什么作用呢？”〔11〕这一发问预示着普里戈金在统一动力学和热力学的研究工作中必然采取一种类似于爱因斯坦建立狭义相对论的思想方法，即“两面神思维”的方法。当然，从哲学上讲，这种“两面神思维”实质上是一种从对立之中去把握统一的方法。
动力学是可逆和对称的，热力学则是不可逆和不对称的，即两大理论是有差别的。当普里戈金获得这样的认识，即，热力学是一种由于时间对称破缺了的动力学，由于时间对称破缺了，才区分出动力学和热力学，便向统一动力学和热力学迈出了可喜的一步。而为了能把热力学第二定律当作动力学的一个基本假定，人们显然要求存在一种适当的“机制”，以便打破一般动力学描述的时间反演不变性（即时间对称）。研究表明，只有特殊形式的对时间反演不变性的破坏才能用来表达第二定律的内容。普里戈金通过深入的研究，把第二定律表述为两句话：“第一，它断言存在着对称破缺变换∧和∧′，它们导出两个不同的熵增加半群W[,t]和W′[,t]，对应于两个时间方向。第二，它断言存在着一个选择原则，它是由动力学繁衍出来的。按照这个原则，这两个对称破缺变换中只有一个给出物理上可以实现的态以及物理上观察到的变化。”〔12〕
在对待本世纪初爱因斯坦和里茨关于热力学第二定律的争论时，普里戈金也深刻地体现出“两面神思维”，即在爱因斯坦和里茨的对立观点之中去把握统一。他认为，爱因斯坦和里茨的观点都只是第二定律的不完全的和部分的陈述，是可以调和的，它们之间缺少的联系就是一种内在形式的对称破缺思想，它一方面表述了对可在物理上实现的态的限制，另一方面把决定论导向概率过程。
从上可见，普里戈金研究工作的实质在于，“把第二定律假定为是一个基本的物理事实，并探讨这个假定所暗示的我们关于空间、时间和动力学概念的改变。”〔13〕这种做法，同本节开头所述爱因斯坦建立狭义相对论的方法是相类似的。
四、“不可能”的方法论意义
“不可能”的表述在理论物理学的研究中起过重要的作用。普里戈金指出：“热力学、相对论和量子力学，都起源于发现了不可能性”。〔14〕
在建立狭义相对论的过程中，爱因斯坦断言：绝对运动是不可能的。这样一来，绝对空间或绝对静止的以太参考系立即成为多余的假定，而且更重要的还在于立即恢复了惯性系对于力学规律和电磁规律描述的对称性，使得相对性原理成为力学和电磁学的共同基础。爱因斯坦指出：“相对论假设不存在特许的物理运动状态，然后研究从这个假设出发在自然规律方面可得出什么结论来。因此，相对论所用的方法同热力学的方法很相似。整个热力学实际上仅仅是系统地回答了这样一个问题：如果永动机是不可能的，那末自然规律是什么样子的？”〔15〕这表明，爱因斯坦的这种不可能和否定的陈述的重要意义在于得到可能和肯定的陈述。可见，“不可能”是一种积极的态度，而不是无所作为。
普里戈金在架设从存在到演化的桥梁时，把热力学第二定律概括为一个选择原则；只是引进了这个新的选择原则，才把动力学和热力学统一了起来。在把第二定律概括为一个选择原则时，他认为，对于每个初始条件，都有一个“信息”与之相应，含有有限信息的所有初始条件都是可能存在的。可是要想把时间方向倒转过来，我们就必须有无限的信息；我们不能创造出一种能向我们的过去演化的情形。这就是所谓的熵垒。正是无限大的熵垒保证了时间方向的唯一性，保证了不可能把时间从一个方向切换到相反方向。因此，选择原则本质上是一种“不可能”的表述。我们知道，热力学第二定律在宏观层次不可能的表述早已为克劳修斯和开耳文独立作出，现在，热力学第二定律甚至在微观层次也被表述为一种“不可能”。而这种不可能的表述，使得热力学第二定律被描述为一个动力学原理，并且由于把它作为一个基本原理包括在内已引起了动力学概念结构的基本变化。这同狭义相对论的建立是相类似的。爱因斯坦曾用“不可能”表述狭义相对论的两条基本原理，即不可能有绝对运动和不可能有超光速运动。爱因斯坦由此出发获得了洛伦兹变换，并要求普遍的自然规律应对洛伦兹变换具有协变性和改造了牛顿力学，最后使牛顿力学和麦克斯韦电磁学在狭义相对论中得到了统一。这也许就是普里戈金所说的，“正如在相对论中那样，一个否定式的陈述并不是问题的终结；它反过来导致新的理论结构。”〔16〕
对于“不可能”表述的意义，普里戈金尚有自己独特的理解。热力学、相对论和量子力学的“不可能”的表述，都在于发现经典物理学的雄心的局限性。例如，量子力学揭示，在普朗克常数大小范围，人们不可能同时准确地测定坐标和动量；而狭义相对论断言不可能有超光速运动。在划定经典物理学的适用范围之后，它变成了对自然界的研究不可能把观察者排除在外。普里戈金指出：“在相对论、量子力学或热力学中，各种不可能性的证明都向我们表明了自然界不能‘从外面’来加以描述，不能好像是被一个旁观者来描述。描述是一种对话，是一种通信，而这种通信所受到的约束表明我们是被嵌入在物理世界中的宏观存在物。”〔17〕我们知道，科学研究是人与自然的对话和通信，这是普里戈金自然观的重要思想，而这一思想的获得又恰恰是同“不可能”的表述有密切关系。
注释：
〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕〔8〕〔9〕〔11〕〔14〕〔17〕普里戈金和斯唐热：《从混沌到有序》，上海译文出版社1987年版，第261、261、308、304、264、261—262、284、265、357页。
〔5〕〔6〕〔7〕〔12〕〔13〕〔16 〕普里戈金：《从存在到演化》，上海科学技术出版社1986年版，第174、186、51、193、187、 184页。
〔10〕卢森堡：《爱因斯坦的创造性思维与广义相对论：一份用文件证明的报告》，中译文见《科学探索的奥秘》，江苏人民出版社1988年版，第352—365页。
〔15〕《爱因斯坦文集》第1卷，商务印书馆1976年版，第117 —118页。
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