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发信人: qpcwth (独翅鸟), 信区: Science
标题: 3.3 本质上新颖的性质
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年12月26日19:50:15 星期三), 站内信件

普里高津在认识远离平衡的耗散结构方面花费了很长时间，才取得突破。他说，“在某
种意义上，我是〖HTH〗线性非平衡理论的囚徒，”因为他和德·当德研究的近平衡系
统，数学上可用线性近似来建模。耗散结构是非线性世界的产物，他研究耗散结构的时
候，人们对非线性还没有多大的科学兴趣。
“今天看来，这是一件非常非常简单的事，一件近乎平凡无奇的事。如今，在非线性领
域，远离平衡产生结构，从浑沌产生秩序，已是一条规律。在远离平衡情况下，物质具
有本质上新颖的性质。”
使自组织成为可能的这些本质上新颖的性质是什么?耗散结构如何从浑沌背景构建自身—
— 使空间有组织、给时间一个无情的方向?
在普通化学反应里，两种化学物质分子以随机运动方式交战。在某些碰撞中，诸分子碰
巧具有适当的能量和方向，故直接结合成一个新的分子，即反应的“产物”。碰撞继续
进行，直到所有初始分子都结合成产物，系统以均一的、无结构的化学混合物告终。
但在某些反应中，一类分子不能形成，除非有另一种同一类型的分子存在。此种化学物
质成为它自己的催化剂。它在迭代。化学家们把这些反应称为“自催化”、“交叉催化
”和“自抑制”，因为它们包含某步产物向其自身产生或抑制反馈的过程。此种化学迭
代产生的化学系统，呈现出从平衡、极限环到周期倍化、浑沌、间歇和自组织等行为，
应有尽有。系统通过把反应分子集合成一定尺度的有序模式来构建空间，通过不断演化
和变化来标定时间。甚至当它们保持同样的基本组织结构的时候，也不是一成不变。
这些反应中最为精彩的一个是名为别洛索夫扎鲍京斯基的纯粹化学活物(图3.3，3.4)
。
图3.3 别洛索夫扎鲍京斯基反应。X和Y(原图误标为Y和Z。——译者注)是起始反应物
，P 和Q是反应最终产物。中间是维持反应的自催化反馈迭代。
科学家们最近已经在计算机上用非线性迭代方程复制出别洛索夫扎鲍京斯基反应中的
结构生长。在现实生活里，当丙二酸、溴酸盐和铈离子在装有硫酸的浅碟中混合时，便
出现此反应。要呈现涡线，必须有合适的浓度和合适的温度。反应起先经历一个浑沌期
。所出现的形态具有复合的精细层次，可以自我复制其结构，就象某种活着的东西一样
。
如果此过程纯粹靠碰运气的话，要获得自我复制的氨基酸序列(如DNA)，自然界就将耗费
比宇宙年龄长得多的时间。然而，早期地球上存在过的诸如别洛索夫扎鲍京斯基之类
的能够自组织的化学反应暗示，与其说纯属偶然，毋宁说我们称之为生命的秩序是一个
古老主题的变奏。
图3.4 俯视碟中所出现的别洛索夫扎鲍京斯基反应。这一反应的非线性迭代意味着，
溶液中的分子的初始无规运动或浑沌运动自发产生空间和时间上的结构。溶液中一部分
最轻微的涨落会被放大。用比喻来说就是，若在一块区域里存在偶然浓度的“红色”分
子，这些“红色”分子起催化或帮助产生更多“红色”分子的作用。从而在一块区域建
立红色化合物，而在毗邻区域里则蓝色化合物占优势。如此这般，出现不同化合物的大
尺度结构。在此化学反应中，秩序从浑沌中涌现出来，这有赖于能量受到持续供应。
天文学家们对盘状星系形成方式的研究表明了这个主题有多么古老。他们推断，用于说
明别洛索夫扎鲍京斯基反应涡线产生的同一个自催化(迭代)模型，亦适用于这些以百
万光年计的古老结构的旋涡形成。
图3.5 别洛索夫扎鲍京斯基反应的天文学形式?
但秩序之涡式孕生，有其另一面目——浑沌生长。心脏的正常收缩从起搏点出发，以环
形波前扩布整个心脏表面。如果这个波在某处受到破坏，则产生复杂的螺旋扰动，这些
扰动能自我复制，很有回复能力。心脏对这些电螺旋的反应，导致心力衰竭的分形形态
和周期倍化。类似的效应被认为是几种癫痫发作的肇因。
于是，同一个分岔、放大和耦合过程能够导向镜子的一边或镜子的另一边。
在(4 000)至(6 000)年前，古代欧洲人用石头建造马戏场，并用联锁的涡旋环加以装饰
。类似的花纹世界各地都有出现。心理学家卡尔·荣格(Carl Jung)指出，此种图案是
人类集体无意识中的原型或普适结构。此种集体智慧或许能表达其隐藏在事物联锁和展
开之中的自然界内部的整体性直觉、秩序性和简单性、偶然性和可预言性吗?
图3.6 石器时代爱尔兰坟墓上装饰的螺旋。

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心事浩茫连广宇,于无声处听惊雷

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