和谐热力学(钱平雷)
[2013-12-12 19:43:03]

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    前段时间,媒体上有一个物理学的名词用得很多——正能量。而“正能量”的流行源于英国心理学家理查德·怀斯曼的专著《正能量》,其中将人体比作一个能量场,通过激发内在潜能,可以使人表现出一个新的自我,从而更加自信、更加充满活力。运用于社会人文科学,它是指一种健康乐观、积极向上的动力和情感。最近中国人给所有积极的、健康的、催人奋进的、充满希望的人和事,贴上“正能量”的标签。与之相反的人和事,应贴上“负能量”的标签。最终目标是希望建立一个“公平、公正、公开”的,尤其是让“负能量”转变为“正能量”和谐幸福社会。
    看来,正能量、负能量都是将自然科学的名词沿用到社会科学领域内。如果要用经典的物理学理论来诠释,恐怕需要运用热力学的相关理论。作为一名非物理专业的科普创作者,我试图运用我所知道的热力学的相关知识来尝试一下,直接用热力学理论表述一个“公平、公正、公开”的和谐幸福社会。
    热力学第一定律,即能量守恒和转换定律,其定义为热力系统内物质的能量可以传递,其形式可以转换,在转换和传递过程中各种形式能源的总量保持不变。既然能量守恒定律说,能量不会凭空产生或消失,它只能转化为其他形式或转移到另一个物体,但能量的总量不变。能量虽守恒,“正能量”越多,社会才会充满希望。但现代社会的变化正让一些人生活在焦虑中。人们为所求不如愿而愤怒、悲伤、恐惧。这些负面情绪所带来的“负能量”也遵从能量守恒定律,会随着生命的漂移而流动起来,它会来,就一定会走,甚至转变为“正能量”。
    热力学第二定律,内容为不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响;不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。热力学第二定律,又称“熵增定律”,表明了在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。相比于热力学第一定律,大多数的人对热力学第二定律要来得陌生,其中一个重要因素,就是“熵”的概念出现。因此热力学第二定律,又称“熵增定律”,表明了在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。
    熵——指的是一个孤立系统的总混乱度,是物质系统的热力学函数,按照这个定理推理:在整个宇宙当中,当一种物质转化成另外一种物质之后,不仅不可逆转物质形态,而且会有越来越多的能量变得不可利用。也就是说,宇宙本身在物质的增殖中走向“热寂”,走向一种缓慢的熵值不断增加的死亡。
    于是就有人将其用于社会现象。如多次获得诺贝尔文学奖提名的托马斯·品钦在大学毕业之后发表在杂志上的短篇小说《熵》,就阐释了熵的社会学概念。这篇小说认为“大量人类制造的化工产品、能源产品一经使用,不可能再变成有利的东西,大量的产品和能源转化成不能逆转的东西,垃圾越来越多,人类社会逐步地走向一个恶化的热寂死亡状态。”托马斯·品钦后来主要的小说多次地、不断地阐释着这个熵的世界观。
    如果按照这个逻辑,能量从集中到耗散,从有效到无效,从高值到低值的过程,我们时时感到周遭世界的熵增加。这比第一定律负能量还能向正能量转换还要可怕。事物似乎都是向混乱和崩溃的方向发展。
    但自然界也好,社会也好,其发展规律不完全像上述的那样。诞生于19世纪的达尔文进化论却给出了截然相反的结论。生物界里从单细胞生物发展成多细胞生物,从结构简单的低等动物发展成为结构复杂的高等动物,最终发展到会思维的人类。演化过程表现为个体从单一、均匀发展到多样、不均匀。进化的结果是有序度在增加。世界到底是有序变无序,还是无序变有序,就成为摆在人们面前一道无法逾越的课题。于是耗散结构理论出现了。耗散结构理论是比利时科学家普利高津提出的。他本人曾对耗散结构形成的条件,作过简单通俗的说明: “生物和社会组织包含着一种新型的结构,……社会和生物的结构的一个共同特征是它们产生于开放系统,而且这种组织只有与周围环境的介质进行物质和能量的交换才能维持生命力。然而,只是一个开放系统并没有充分的条件保证实现这种结构。只有在系统保持“远离平衡”和在系统内的不同元素之间存在着“非线性”的机制的条件下,耗散结构才能实现”。
    上述说法还是显得难以理解,必须通过实例来解释,最简单的就是给水加热,刚开始加热时,水花是杂乱无章的,但到了一定临界值时,原来不规则运动的小气泡突然变成有规律,呈六角形翻滚的花纹,花纹又组成一个图案。但当撤去加热源时,一切归于平静。这种现象就是耗散结构。
    人既有生物的属性,又有社会的属性,人的生命过程既参与生物运动,也参与社会运动,更具备形成耗散结构的条件。从人的生物的属性来看,生命的本质在于运动。人体是一个远离平衡的系统,它需要保持动态平衡才能存在。平衡就意味着生命的终止,兴奋和抑制、收缩和舒张平衡了,心跳也就停止了,动脉、静脉各部分血压平衡了,毛细血管有效过滤压等于零,物质交换也就没有了,人的生命也就终止了。人体又是一个包含有多子系统多层次的复杂开放系统。从横向看,包括骨胳、肌肉、神经、消化、呼吸、泌尿生殖系统等子系统。,都是开放系统。机体走向封闭,就会生病甚至死亡。人体内各元素之间存在非线性机制。所谓非线性,是指引起系统处于非平衡状态的复杂过程的,不是逐步演变的扩散型,而是产生突变(或质变)的化学反应型。人体生理病理转化过程中,存在大量通过爆发性涨落而摆脱连续性的情况。即使是最简单的细胞中,正常的新陈代谢也要引起无数个偶合的化学反应;新陈代谢还要有特定的酶。因此,正常人体是离不开非线性机制的。人体生命现象中,还大量存在时间节律和周期行为。所以,人体能够形成和保持耗散结构。
    从人作为耗散结构存在看出形成耗散结构所需要具备的条件:
    1.系统必须是开放系统;
    2.系统必须远离平衡态;
    3.系统内部必须存在非线性相互作用;
    4.涨落导致有序。
    一个“公平、公正、公开”的和谐幸福社会应该具备耗散结构的条件,它是一个开放系统,“公平、公正、公开”最能体现其开放的特征。所有积极的、健康的、催人奋进的、充满希望的人和事,就是远离平衡状态的人和事,需要正能量,也就是负熵。所有消极的、丑陋的、让人沮丧的、叫人失望的人和事,是负能量,就是正熵,要避免,要监督,要转化。形式主义、官僚主义、享乐主义、奢靡主义都属于是负能量,就是正熵。党的群众路线教育实践活动运用非线性机制,通过“照镜子、正衣冠、洗洗澡、治治病”和监督、新陈代谢等途径,其总体要求就是要转变负能量,远离平衡状态,来保持党的活力,领导各族人民实现“中国梦”。加强法制和法治就是要让整个社会依法办事,有序发展,涨落有序,成为和谐幸福的社会。
    让自然科学与社会科学互相交叉,是我们科普创作人员的重要探索方向之一。不知这样的表述是否符合初衷?

钱平雷 博客文章
2013-08-16—08-20
 

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