从定常到非定常的哲学思考，本文主要内容关键词为：哲学论文,定常到非定常论文，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。
非定常是作为描述物理现象及数学模型的特性而出现的，它是指变量随时间不断变化、瞬时脉动，而不是象定常那样在一定范围内恒定不变。这种非定常数学模型能够说明或解决自然科学的工程技术中的许多实际问题，如采用了非定常模型后，可以说明为什么同一个前提会导致几种不同的结果，这些结果有时给人以新的启迪，引起工程技术上的重大革新和理论上的突破，完善等等。近年来，人们又将非定常数学模型和非定常理论推广到更宽阔的领域，如生物和社会领域。这样，非定常就逐步成为各门科学使用的概念，同时，现代科学技术的发展也极大丰富了非定常概念的内容，使人们认识到非定常是工程系统、生物系统、社会系统等一切实际系统所固有的动态属性，也是一切物质运动的普遍规律。因此，非定常成为各门科学特别是工程问题的一个重要研究课题。下面通过研究非定常作用的特点，来初步探讨从定常到非定常的转变所涉及的哲学问题。
一、定常作用与非定常作用及其研究
人类很早就认识到事物之间存在着相互作用。黑格尔曾明确地把相互作用作为一个哲学范畴并加以系统论述，他把相互作用看作是因果关系更高、更具体的范畴。恩格斯则进一步指出：相互作用是事物的真正的终极原因。但是，人类对相互作用的内容、传递方式、表现形式等具体问题的认识研究，却是一个逐步深化、发展的过程。
在相当长一个时期内，人们的认识局限于一种简单的相互作用中，这种相互作用在数学上可以用定常方程或时均化方程的形式来表达，所以叫做定常作用。例如，定常理想流体运动满足Laplace方程Φ＝0； 流体湍流在自然界与工程技术中极为普遍地存在，但迄今为止仍属于世界上其根本机理问题尚未获得基本解决的少数难题之一，一百多年来，人们普遍接受一个基本观点：即充分发展的湍流运动都可分解为平均运动和脉动运动之和，而后者是完全随机的非定常运动，研究其运动规律常采用统计的方法，只对平均运动与少数几个脉动量的统计平均的性质感兴趣，因此湍流的计算都是以平均运动方程出发来解决，而方程组的不封闭性则依靠引入各种湍流模型。这一方法已被用了将近一个世纪，对人类社会的进步已经并继续作出重要贡献。用这种定常方式或时均化方程来刻划的相互作用运动具有明显的特点：恒定均匀性。这种相互作用及其效果无论何时何地，总以同一形式表现出来，经典力学方程之所以具有时间反演的不变性，正是与这种恒定均匀性有关。
显然，对于定常体系的物理描述和数学求解是比较容易办到的事情，尽管还有许多问题需要进一步研究，目前已经形成了一套比较完善的定常系统理论和分析研究方法。
但是，人们对于由非定常方程描述的系统却研究得很不充分。这是因为大多数非定常微分方程不可能或很难直接求解，这就使得直接从特定的动力学方程组作分析研究十分困难，因此，过去人们往往采用准定常方法，通过解准定常问题得出非定常问题的近似解。这样，一个真实系统的非定常因素常常被人们所忽略了。用平均运动方程来计算湍流作用存在一些根本的缺陷：平均过程将脉动运动的全部行为细节一概抹平，丧失了包含在脉动运动中的大量流动信息，特别是丢掉了在湍流输运中起重要作用的湍流拟序结构的信息；平均后的方程组不再封闭，为使其封闭，不得不引入各种湍流模型，其中包含了一些人为假设和经验常数。各种模型都有一定的局限性和经验性，可靠性和通用性很差，其根本症结就是时均化缺乏健全的理论基础。这就使得非定常问题的研究变得日益突出和重要。
相对于定常作用运动，非定常相互作用运动也具有明显的特点：非均匀随机性，随着时间的变化，非定常作用的方式和效果也迥然不同，如除湍流作用外，在贝纳德实验中，随不同时刻供给不同的热量，水分子间的相互作用就不同，从而在宏观上出现显然不同的反应和过程。
由此可见，非定常作用在原则上是区别于定常作用的，当然，正象静与动、直与曲的关系一样，定常作用可以看作是非定常作用的特例，因此，定常作用在今后仍然有着它在认识上和实践上的重要价值，而现代科学对非定常的认识成果，也丰富、深化了相互作用这一哲学范畴。
本世纪以来，随着人类对事物本质、复杂现象的深入探讨，日益暴露出定常作用作为考察世界的单一思维方式的局限性。而非定常作用作为世界本质的、普遍的现象，随着科学技术的发展，非定常问题必然成为人们普遍关心和重视的问题，且非定常还是系统与外界环境相互协调促进系统演化的主要根据。正是这种系统内部与外界的非定常化作用的开发性，才供给自组织有序系统的所必须的由物质、能量和信息所体现的负熵流；有了负熵流，才能维持有序系统的存在和演化。仍以流体力学中湍流直接数值模拟的进展来简述这一领域非定常问题的研究成果。
大型数字电子计算机的出现引起人们的思考：普遍都承认湍流的瞬时作用运动是服从Navier-Stokes方程的，而N-S方程本身是封闭的，不需任何湍流模型，即可对湍流进行直接数值模拟（简称DNS）。DNS的出发方程可认为完全精确，不包含任何人为假设或经验常数，它能提供每一瞬时三维流场的完整详尽的流动信息，包括许多迄今还无法用实验测量的量，同时它还可以研究湍流的流动结构：由于有极高的时空分辨率，可描写湍流中各种尺度的涡结构的时间演变，辅以计算机图形显示，可获得湍流结构的清晰与生动的流动显示。但DNS 要求用非常大的计算机内存容量与机时耗费及非常高精度的数值方法。在现有的计算机能力的限制下，即使在少数拥有世界最大的超巨型机的科学大国，目前也只能计算中等以下雷诺数且有简单几何边界的湍流流动。例如kim 等模拟雷诺数为3300的槽流，所用网格点数为2×10（6），在Cray X-Mp机上运行了250小时，如此规模的直接数值模拟计算， 目前只限于少数研究中心才能进行， 其中世界最大的中心是美国NASA
Ames 研究中心与Stan-ford大学合办的湍流研究中心。尽管如此，近20年来，由于DNS能提供前所未有的大量详尽的流动信息，使DNS 成为研究湍流结构的主要手段：首先对湍流结构进行了探索，使人们改变了许多长期以来所持的观念；其次，对理论概念进行了评估，如Keefe用DNS方法说明了湍流被约束在相对低维的吸引子上的概念是对的；DNS 还为检验湍流模式提供了可能性，并可为改进和发展湍流模型提供启示。如强旋转对湍流的影响，Bardina发现均匀湍流中能量级串输运动受旋转的强烈抑制； 此外在许多边界层、直或弯曲的槽流中所做的DNS 数据全部被各实验研究者用来作为检验新的实验数据的标准，从而标准测量仪器；最后还探索了湍流控制的新途径，指导工程实际应用，如提供一些设计准则等。总之，非定常的DNS已取得了惊人的成就，用它能发现新结构、新机理， 启迪新概念。
如果立足于现代科学对系统中非定常相互作用运动的一些认识，重温恩格斯的原则性论断：物体是相互联系的，这就是说，它们是相互作用着的，并且正是这种相互作用构成了运动，则不难想到它也是一个辩证的命题。
二、非定常的哲学
现代科学对系统非定常本质属性及其运动规律的逐步认识研究所形成的一些新的科学概念和范畴，必然要发生方法论的作用，促进科学和人类思维方式、认识图景和世界图景的变革，充分发挥人的主观能动性。同时，非定常理论也丰富了马克思主义哲学的科学基础。
1.认识从简单到复杂
普利高津指出，相信现实世界的简单性，是从德谟克利特以来西方科学中形成的基本信念，而近代定常科学所取得的辉煌成就及其所提供的单调刻板的世界图景，却进一步说明了简单性的许多合理性，从而强化了人们心灵深处的简单性观念。在这一时期的自然观里，世界几乎没有什么真正的复杂性可言。这种简单性在近代科学研究中曾起过巨大的作用，甚至对今天的科研仍有重要意义。
然而，片面强调事物的简单性，忽视、否认事物的复杂性，就会导致简单化倾向。现代科学正处于结束“现实世界简单性”信念的阶段。非定常理论开始扭转这种简单化倾向，它认为复杂性是客观事物的一种基本属性，非定常是这种复杂性的原因之一。非定常系统中诸要素的相干效应常常使系统的运动发展总是汇合或交叉多种过程，表现出其复杂性和难以求解。正如冯·诺伊曼在分析流体力学中Navier-Stokes 方程这样的非定常脉动方程的行为时所说：“在一切方面方程的质都同时变化着，方程的阶和次都在变化着。因此，出现令人头痛的数学困难就在意料之中。”在今天，不管是宏观天体的形成和演化，还是微观领域内几百种粒子不断相互转化、衰变和湮灭；不管是生物的繁衍进行，还是人类社会绵延发展，我们到处见到的是不断增加的由非定常相互作用运动导致的复杂效应：令人激动的多样性、不稳定和不规则的普遍性、难以预测的随机性等现象，由此孕育出大自然的万千气象、人类社会的风云变幻和人们思想的错综复杂等。既然客观世界本身是极其复杂的，那么对它的认识也应该是复杂的，那种在历史上曾经推动过西方科学发展的简单性现在很难再维持下去。非定常科学已不再是“古典”科学，它所描述的是一个在本质上千差万别和具有潜在的千奇百怪的宇宙，因而企图把一切事物纳入几个“永恒”定律中的观点必须抛弃。人们的思维方式必须变革，这就要探索事物的复杂性。
2.从机械决定论到辩证决定论
决定论和非决定论是哲学中极其有争议的问题之一， 也是当代科学最关心的问题之一。机械决定论在历史上有过显赫一时的历史地位，它作为物理学认识的基础，统治了物理学200多年。 它认为只要人们找到一个无所不包的宇宙方程，而且也知道宇宙的一切初始条件和边界条件，那么，宇宙“无论过去或未来，一切都会昭然若揭”。然而，随着物理学研究层次的深入，人们很快发现，对于大量粒子组成的群体，由于粒子间的复杂非定常作用，运动粒子的方向和速度经常变更，不再是按确定的轨道运动。对于这种系统，定常方法是难以对付其固有复杂性的。现代非定常理论丰富了决定论的内容，它认为随机概率决定论才是更深刻、更辩证地反映了事物的本质。机械决定论只是概率决定论在一定条件下的近似，它反映的只是少数系统，是一种极限行为，而不适合宇宙中的其它系统，因为自然界的大多数系统具有明显的开放动态属性，它们不仅具有外在随机性而且具有内在随机性。这种内外随机性的客观存在意味着事物的发展方向是不可能精确预言的，但也不是完全不可知或非决定论的。每一事物的发展均有自己的可能性空间，而且事物的发展前途必定在这种可能性空间范围内，这是必然的，具有决定论的意义。但在这种可能性空间范围内，事物的发展实现于哪一种可能又带有偶然性，具有某种概率趋势。
总之，在事物的演化和发展问题上，机械决定论的观点和非决定论的观点都是不可取的，应该采取上述辩证决定论的观点。
3.从封闭、被动到开放、能动
定常科学不能把人与环境相互关系的广泛领域包括到它的理论框架中。它关心的是定常的封闭系统，人作为“旁观者”只能从其外描述系统的行为。它所描述的是一个孤独、沉默、被动的世界。从人的观点看，这是一个宿命的未来，因为这里的一切是恒定的，未来包含在过去当中，对任何事物虽从理论上都可作出预言，但很难出现新东西。而非定常理论则是一种更高级、更复杂的科学，能够描述一个开放的宇宙，其中每个系统都在不断与环境进行物质、能量和信息的交换，随外界条件变化而变化，使系统较能适应外界环境的变化，以维持自身的结构和功能的相对稳定性，以阻止系统向无序退化，或促进系统内部新的质的形成，与外界环境形成高一层次的组织。这种开放性虽增加了系统对外界环境的依赖性，但并不意味着系统是被动地适应环境，而是能动的。它指明了系统的运动、发展根源于系统自身的能动性—非定常的相互作用。这就不仅可以认定运动和发展是自己运动、自身发展的辩证唯物主义运动观提供一种新的科学依据，而且还可使这一原理得到更进一步的阐述。
从前面的湍流DNS计算成果还可以看到， 非定常理论除包含上述几点辩证关系外，它还明显体现出事物是普遍联系的；实践是检验科学理论正确与否的标准，正确的科学理论可以指导实践等辩证原理。
总之，非定常描述的是一个充满发明创造的开放性的动态世界，其中的物质不再是被动实体，而是与自发的活性有关。因此，我们应该充分发挥人的主观能动性，根据系统演化、发展的可能性而采取对策，去大体把握世界的未来，并根据人的目的和需要选善而从、择优而用，从而趋利避害，达到人类的目的。