读《从混沌到有序》第四章有感
在姜婉老师的指引下，我认真地拜读了《从混沌到有序》这本书，这本书是国际著名科学家、诺贝尔奖获得者普里戈金教授与斯唐热博士合写的一本关于当代自然科学哲学问题的重要著作。本书作者根据自然科学发展的最新成果，特别是耗散结构等非平衡系统自组织理论的新进展，讨论了自然界的可逆性和不可逆性、决定性和随机性、简单和复杂、进化和退化、有序和无序等一系列重要问题，对热力学第二定律作了新的解释，论述了“时间之矢”的意义，总结了近三百年来自然科学发展的历史，提出应把自然科学各个门类，自然科学和人文科学，中国和西方的文化传统结合起来，形成新的科学观和自然观。《从混沌到有序》
第四章为能量与工业时代，主要讲述热力学与其发展过程，包括能量守恒定律，卡诺循环，热力学第一定律，第二定律，熵及其相关的理论，达尔文进化论等。不同于大学物理课程仅仅对理论的介绍，本章更注重热力学发展过程和相互的关系，给我们展现了极其生动活泼的科学发展过程及各理论之间的联系，使我们理工科的研究生了解科学的发展过程，对自然科学树立正确的观念，积极从事科学研究，这对我们研究生的学习和以后从事科研工作是特别有帮助的。
对于我们研究生，宏观与微观是任何物质的两个方面，要求我们进行科学研究必须从宏观和微观的统一性去把握；耗散结构理论对我们进行科学选材有重要启示作用；自然科学的发展规律和过程、自然科学的哲学精神对我们进行科学研究很有帮助。我们就从这四个方面进行论述。
宏观与微观的统一
宏观和微观是相对的概念，是根据研究对象来划分的，一般视为大的系统为宏观，小的系统为微观。沿着微观尺度，科学正向粒子的深层结构及生物技术、生命科学开拓；沿着宇观尺度，科学正向人类征服宇宙的方向开拓。
1847年，焦耳迈表述了热力学第一定律，揭示了各种能量间的转化关系。威廉·汤姆孙等人表述了热力学第二定律，揭示了热过程进行的方向和规律。玻耳兹曼的研究结果意味着，不可逆的热力学变化是一个趋向于概率增加的态的变化，而且吸引中心态是相应于最大概率的一个宏观态。以后，随着对热的本质的认识，由宏观进入了微观，将概论引入热力学，建立了统计热力学。
热力学总结出来的经验定律根本不考虑物质的微观结构，所以有高度的普遍性，适用于一切物质，所研究的系统是一个连续体，用连续函数来描写，而且只讨论宏观量之间的关系，不深入讨论现象的本质。同时热力学主要研究平衡态和可逆过程；对于非平衡态和不可逆过程只给出定性的和方向性的估价，而且不能解决涨落问题。统计物理学是从物质的微观结构出发，对微观量求统计平均值。这个统计平均值就是热力学的宏观物理量。所以，统计物理方法建立了物体的微观状态和宏观状态之间的关系，讨论了宏观量的本质，解释了涨落现象和从非平衡态到平衡态的不可逆过程。当粒子数很大时，涨落很小，热力学和统计物理学的结果是一致的。但当系统的尺寸很小，粒子数较少时，涨落现象显着，或在相变临界点附近，热力学理论将不适用。所以，统计物理学是理论更严格、更抽象，适用范围更广泛的学科。既不要怀疑热力学的可靠性，它已经历了200多年的科学检验，很多热力学参量是可以直接测量的；同时也不要迷信统计物理学的万能性，因为从微观统计计算宏观特性常常遇到很大的困难。因此﹐只有把微观和宏观，动力学规律与统计学规律﹑决定性和随机性﹑必然性和偶然性结合起来﹐才能正确描述系统的量变与质变﹑无序与有序相互更迭的发展过程。 宏观与微观是辨证统一的整体，两者既有联系，又有区别，相辅相成，相互补充，不可或缺。微观研究为宏观研究奠定基础，而宏观研究又可以带动和提升微观研究。宏观与微观是任何事物都具有的两方面，对于我们研究生来说，要把宏观与微观有机地结合起来，在宏
观上，对以后的科学研究的方向要有全面的了解，能从整体上把握，在微观上，对所研究的课题有很深的理解，从细节着手。
耗散结构理论
对于一个与周围环境没有任何交换的孤立系统，熵流按照定义等于零。只剩下熵产生这一项，并且系统的熵只能增加或者保持不变。于是这里不再有把不可逆变化看作是可逆变化的近似的问题，增加着的熵相当于系统自发地进化。对一切孤立系统，未来就是熵增加的方向。
有什么系统能比整个宇宙更“孤立”呢？这个概念构成了1865年克劳修斯对热力学两个定律所作宇宙学表述的基础：
宇宙的能量是常量。
宇宙的熵趋于最大。
由克劳修斯，玻耳兹曼从热力学第二定律引出的结论与达尔文创立的生物进化论存在着尖锐的矛盾。因为，热力学第二定律揭示了自然界普遍存在着可逆和不可逆两种过程。它告诉人们：物质的演化总是朝熵增加、向混乱的方向进行。可是，进化论则告诉我们：生物的进化总是由低级到高级，朝熵减少、向有序的方向进行。前者给出了“宇宙热寂说”的结论，即退化的时间箭头，而后者则与之相反，给出了进化的时间箭头。
那么，自然界到底是往无序还是向有序的方向发展变化呢？这个带有根本性的问题严峻地摆在物理学家面前。 普里戈金等科学家创立了一种新的关于非平衡系统自组织理论———耗散结构理论。
按照耗散结构理论，一个远离平衡的开放系统，无论是力学的、物理的、化学的、生物学的，还是社会的、经济的系统，如果某系统不断地与外界交换物质和能量，在外界条件变化过渡到一定程度，系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时，经过涨落系统可能发生突变，即非平衡相变。那么，该系统将会由原来的混乱无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
耗散结构可以泛指一系列远离平衡状态的开放系统，它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统，也可以是社会的经济系统。耗散结构理论的提出，对于自然科学以至社会科学，已经产生或将要产生积极的重大影响。耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各种复杂系统的基本规律，开始了研究复杂性系统的攀登。其实，我们研究生做科学研究时经常碰到类似耗散结构的系统，了解耗散结构理论，对我们研究生以后的科研工作有很大的指导作用，。
自然科学的发展规律和过程
热力学的发展是自然科学发展的一个缩影，从热力学发展可以看出自然科学的发展规律和过程，自然科学的发展规律和过程如下：
1． 科学的发展过程总是由表及里，从低级到高级，从简单到复杂。
马克思的认识论告诉我们，就人类的一般认识而言，认识的发展过程总是由表及里，由此及彼，由浅及深，由简到繁逐步地深化和提高人的认识层次的，科学作为一种高级的认识形式和认识形态也必然服从这一基本的认识规律。热力学的发展也遵循同样的认识规律， 1811年傅里叶只是作出了温度与热量的简单的关系，还未触及本质的关系，所以才有1847年焦耳的能量守恒定律，但这远远不够，能量守恒定律并不能解释所有热力学的问题，这样热力学第二定律和熵诞生，但熵无法解释“宇宙热寂说”，于是普里戈金等科学家提出耗散结构理论。邓小平同志说过：“实践发展永无止境，理论创新也永无止境。我们要突破前人，后人也必然会突破我们”，说明的是科学发展是不断前进的。 2，科学的发展过程不是凭空进行，而是必须以已有的科学成果为发展的起点。
人的认识过程表现为逐渐积累的认识模式。认识对象的越来越复杂和高级，认识
者本身的认识能力和认识者精力的有限性，都迫使认识者不得不以已有的科学成果为发展的起点。当人们没有能力解释科学时，就借助于虚构来解释科学，这种解释也是建立在人类已有的认识基础之上的。随着认识的不断深入，开始在细节上发展对科学的认识，并作出高度的概括和总结。任何人不可能凭空进行科学研究，总是建立在这样那样的基础之上。克劳修斯的熵概念是建立在已有的许多热力学和其他学科的基础上，包括焦耳的能量守恒定律和卡诺的热力学第二定律。我们没有必要对已有的科研成果进行研究，而是以其为起点，来进行突破和创新。牛顿最为人熟知的一句名言是这样说的：“如果我看得更远的话，那是因为我站在巨人的肩膀上”。这句话通常被用来赞叹牛顿的谦逊，更重要的是说明牛顿的认识是在前辈科学家如伽俐略等的基础之上。
2． 科学的发展过程是不断否定的过程。
马克思主义的认识论中否定之否定规律告诉我们，事物的发展是通过他自身的辩证否定实现的，事物都是肯定方面和否定方面的统一。经过否定之否定，事物运动就表现为一个周期，在更高的阶段上重复旧的阶段的某些特征，由此构成事物从低级到高级、从简单到复杂的周期性螺旋式上升和波浪式前进的发展过程，体现出事物发展的曲折性。否定之否定规律的表现形态是多种多样的。由否定之否定的发展过程，它是事物自己完善自己、自己发展自己的一个有规律的过程，是一个前进和上升的发展过程。正于爱因斯坦的相对论对牛顿的经典力学的否认，而发展了力学。傅里叶定律通过对拉普拉斯、拉格朗日理论的否定，来达到热力学的发展，当然并不否认拉普拉斯、拉格朗日对科学的贡献。由科学发展的否定的过程可知，科学的发展过程是非常曲折的，有时还必须与所谓的科学权威做斗争，傅里叶定律通过对拉普拉斯、拉格朗日理论的否定的时候，正是拉普拉斯学派统治欧洲科学的时候，拉普拉斯、拉格朗日和他们的门生联合起来，竭力批评傅里叶的理论。在科学的发展过程中，很重要的一点就是尊重权威，同时有不能迷信权威，要有怀疑精神和批判精神。
进行科学研究，必须了解科学发展过程，对于我们研究生来说，有重要指导意义，可以使我们对自然科学树立正确的观念，积极从事科学研究。
自然科学的哲学精神
本书是一本关于当代自然科学哲学问题的重要著作，着重讨论了自然科学中的哲学精神。科学技术哲学是对科学技术进程及其相关问题的哲学反思。自然科学在破和立的过程中所体现的哲学精神，主要有以下的表现。
首先是探索自然奥秘的求知精神。拉普拉斯、拉格朗日的体系被傅里叶打破后，自然留给人们以无穷的奥秘，人们不再承认任何禁区和权威，大胆探索，探索的目的不是解释和论证，而是发现新的未知的原因，近代科学家没有传统的包袱和现存的答案，只相信通过自己的探索而建立的知识，科学家求知不仅满足个人的好奇心，也有着为全人类的功利目的。科学认识自然的目的是为了控制自然、改造自然。科学家关注于能够直接改变事物的原因，以及能够控制事物生成和运动的力量。
其次是重视观察和实验的求实精神。科学家注重把经验当作发现和检验的方法。科学的经验是实验，不是常识，科学的方法是归纳，不是类比。实验的方法按照科学理论设定并限制感觉经验，具有目的性、选择性、可操作性、可重复性的特点，从而使经验观察结果起到发现和证实的作用。近代科学家对经验进行科学设计的方法是认识的一大进步，它填补了感性和理性的差距，用实践结果回答了感觉经验何以能够产生抽象概念的问题。
再次是通过精确的量化而达到的确定性。玻耳兹曼从分子无规则运动的概率得出熵，牛顿得出力学方程都是通过精确的量化而达到的确定性。近代科学之所以能够成功地用数学语言精确的描述客观规律，原因有二，一是人们观念的转变，人们相信，用数学建立的模型不
是主观创造，对经验加以理想化的处理和客观规律的发现是一致的。二是数学和物理学发展的一致性。最后是理解世界的机械论图式。早期自然科学的范式是牛顿力学，它只承认推动和被推动的因果链，不承认上下的等级区分，世界是一架大机器，自然物按照相同的规律运动，没有上下之分。上帝被设想为这架机器的设计师和第一推动者。按照机械论的图式，宇宙间的引力被想象为机械力，人的感觉运动被想象为外物刺激感官，推动神经和心灵的机械运动。
自然科学的哲学精神对我们研究生科学研究有重要指导作用，使我们在科学研究中能够进行反思，使我们沿着正确的方向前进。
参考文献：
1．耗散结构http://geoteach.jyjy.net.cn/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=917
2．现代科学技术导论。宗占国。高等教育出版社。2000年
3．科学哲学导论。张之沧。人民出版社。2004年
4．自然辩证法参考读物。刘兵，李正风，清华大学出版社。2003
5．西方哲学简史。赵敦华 。北京大学出版社。2001年
