本文作者普里高津（Ilya Prigogine）因研究非平衡热力学，特别是提出耗散结构理论而获得1977年诺贝尔化学奖。普里高津1917年出生在俄罗斯的比利时物理化学家庭，幼年移居比利时，1942年获布鲁塞尔自由大学博士学位。1947年任布鲁塞尔大学教授。1962年任比利时国际物理和化学研究所所长。1967年起他出任美国得克萨斯大学统计力学和热力学中心的指导。本文是普里高津为其所著《必然性的终结一时间、混沌和自然法则》所写的序言。

—编者

卡尔 · 玻普（Karl Popper）在他所著《开放的宇宙——关于非决定论的争论》一书中写道：“一般观念倾向于……认为每一事件总是由在先的某些事件引起，所以每个事件总是可以预言的。另一方面，一般观念又归于……人类个体……在两个可能的行为间自由选择的能力……”

这就是威廉 · 詹姆斯（William James）所称的“决定论的二难推理”。决定论的问题与时间的意义密切相关。未来是给定的还是仍在继续变化的结构？这些问题对每个人都非常重要。时间是我们存在的基本量度。这就是把时间结合到了标志现代科学起源的伽利略概念体系中。

但是，这一成功也是本书所阐述的核心问题的出发点，即时间之箭的否定。众所周知，爱因斯坦常常反复说：“时间是一种幻觉。”的确，作为结合到物理学基本定律中的时间，从经典的牛顿动力学直到相对论和量子物理，均未包含任何过去与将来间的区分。对于今日的许多物理学家，这是一种信念：就自然描述的基本层次而言，没有“时间之箭”。

然而，处处可见，无论在化学、地质学、宇宙学、生物学或者人文科学领域，未来和过去扮演着不同角色，从作为时间对称世界的物理学描述那里如何能够形成时间之箭呢？这是“时间佯谬”一本书的中心课题之一。

时间佯谬只是在19世纪下半叶维也纳物理学家玻耳兹曼研究工作之后确认的，他试图仿效达尔文在生物学中的研究，系统阐述物理学中的演化方法。但在当时牛顿物理学定律长期视为客观知识的典范为人们所接受。由于牛顿定律隐含着过去和未来之间的等价性，任何给予时间之箭基本含义的尝试均因危及到客观知识的典范而受到抵制。牛顿定律在它应用的领域认为是终极完善的，有点像今天许多物理学家把量子力学看作是终极完善的那样。那么，不消除这些人类知识的惊人成就带来的影响何以能引入单向时间（unidirectional time）？这样，时间之箭被归于“唯象学”的范畴。我们人类作为不完善的观测者，对于澄清过去与未来之间的差异负有责任，可以通过在对自然的描述中引人近似方法达此目的。这依然是最近出版的许多书籍所阐述的观点。另有些人惋惜我们处于科学家尚未提供答案的奥秘面前。我们相信不再是这样。有两个方面最近取得发展，一方面是非平衡态物理学；另一方面是与“混沌”概念联系的不稳定系统动力学，两者都有长足进步。

过去几十年间，一门新科学——非平衡过程物理学诞生了。由它得到了像自组织（Selforganization）和耗散结构这样的概念。它们广泛应用于从宇宙学，通过化学、生物学再到生态学和社会科学的广阔领域。非平衡物理学描述了单向时间效应，而且给出了不可逆性的新意义。直到那时，时间之箭只通过像扩散、粘滞性这样简单的过程出现在物理学中，在通常时间可逆动力学未作任何扩展的情况下，这些可以理解。但今天已非同以往。不可逆性导致了诸如涡旋形成、化学振荡或激光等许多新现象。所有这些现象说明了时间之箭本质的建设性作用。如果我们有完善的知识，不可逆性再也不会被认为是一种一出现就将消失的现象。不可逆性导致了相干，其影响包含大量粒子（1018以上）。我喜欢说，平衡下的物质不具有时间之箭，是盲的，有了时间之箭，它才开始看见。如果没有起因于不可逆性的相干、非平衡态过程，很难想象地球上生命的出现。因此，声称时间之箭“仅是唯象学的”，否则主观就变成了荒谬。我们是时间之箭之子、演化之子，并非是其祖先。

时间问题的第二次重要进展是不稳定系统的物理学表述。经典科学强调有序、稳定性，现在，反了过来，我们在观测的所有层次看到涨落不稳定性、多重选择和有限可预测性。像混沌这样的思想已变得相当普遍。从宇宙学到经济学，实际上所有科学领域，它们都渗透着我们现在的思想。正像我们将要表明，我们现在能够扩展经典和量子物理学使其包括不稳定性和混沌。一经这样做后，我们会得到适合于描述我们演化宇宙的自然定律表述，描述中包含时间之箭，而过去和未来也不再扮演对称角色。以经典观点来看——这里包括量子力学和相对论——自然定律表示“必然性”。一旦适当的初始条件给定，我们就能够“必然”预测未来，或“恢复”过去。一旦包括不稳定性，情况不再会是这样，自然定律的意义发生根本变化，自然定律现在表达为“可能性”。本书的目的是广泛介绍这些最新发展。

另外还有一些与时间密切相关的问题。一是量子论中观测者的奇特作用。假设观测者通过其仪器在时间对称的宇宙中引入不可逆性。第二个问题，像在时间佯谬中，某种意义上，我们对宇宙的演化模式负有责任！正是观测者的这种作用，给量子力学以主观性的色彩。这也是障碍爱因斯坦认可量子力学的主要原因。这一问题引起了无休止的争论。

把不可逆性、时间流引入到量子论，“观测者”看来是必要的。然而，一旦证明不稳定性破坏了时间对称性，观测者就不再是必要的了！解决了“时间佯谬”，我们也就解决了“量子佯谬”，从而得到一个新的、实在的量子论表述。我们应注意到，这并不意味着回到经典决定论的传统观念。恰恰相反，我们超出了与传统量子论定律联系的必然性，强调统计描述的基本作用。无论经典物理学或者量子物理学中的基本定律现在都表达成可能性。我们不仅需要“定律”，而且需要把完全新颖的要素引人到自然描述中的“事件”。我们不能避免这样的问题：时间的本质是什么？时间起源于大爆炸吗？或者，时间先于我们的宇宙存在吗？

这里讨论的问题已到了我们知识的前沿。宇宙学需要写一本专著，我们将简要阐述我们的观点。“大爆炸”是与不稳定性、产生我们宇宙的媒质联系的一个事件。大爆炸标志着我们宇宙的起源，但不是时间的起源。当产生我们宇宙的媒质还没有的时候，宇宙已经有了一定的年龄。时间没有开始，也许没有终止！

现在涉足我们思考的领域。本书主要推进的是“低能”区自然定律的表述。这是宏观物理学、化学和生物学领域。这是人类存在发生的领域。

时间问题，决定论问题，自理性的萌芽到现代，是苏格拉底学说前西方思想的核心。在确定性世界，如何构想人的创造力和伦理观呢？

在西方人文主义传统中有一种深刻的矛盾。这个传统包括两方面，这就是实现自然可理解性概念的具体化和强调责任、民主的理想所蕴含的选择的自由。玻普像许多其他哲学家一样指出，只要自然与确定性科学相联系，这就会导致矛盾。难道我们在自然界之外吗？接受这一现代精神将意味着双重困难的存在。我们的目标是证明我们能够克服这一困难，且接近于实现里查德 · 塔纳斯（Richard Tamas）称之为西方精神的激情，他曾写道：“西方精神的激情与其存在的基础重新结合。”

因此，我们正处于一个转折点上，正处于认为科学不再由必然性和由于无知而用概率的新理性的开端。

在本世纪末，常常有人提出科学的未来可能是什么样子这样的问题。有些人，比如霍金在所著的《时间简史》中指出，我们接近终端，到了接近读“上帝意志”的时刻。我们相信，我们只是处于新科学的开端。我们看到了不再被限制于理想化、简单化状态科学的诞生，但我们却面临现实世界的复杂性，使我们及其创造性表达成为基本趋势的科学在自然界所有层次提出。

本书旨在给那些对于我们自然思想的演变有兴趣的读者提供一本可读性强又有独立性、叙述上易于接受的书，因此，也是在阐述我们的观点。

有些章节（特别是第五章和第六章），由于我们给出的结果相当多的是从传统观点导出，因而不得不涉及一些技术细节。尽管本书是数10年研究的成果，但仍有许多问题有待寻求解答。但考虑到每个人的生命是有限的，我决定呈献出把它们作为当今成果。我不邀请读者访问考古博物馆，而是进入迅速发展的科学殿堂去旅游。

[The End of Certitudes-Time，Chaos and the laws of Nature by Ilya Prigogine]