从无序到有序

“风翻白浪花千片，雁点青天字一行”。这是我国唐代诗人白居易《江楼晚眺》中的佳句。此句的意思是，晚风吹拂着江面，白浪滚滚，溅起无数水花；在蓝天碧空之上，一群大雁一字排开，向前飞去。白居易大概不会想到，他笔下奇妙的自然景色，竟包含着更为奇妙的科学道理。一群原来为杂乱无章的大雁排成了整然有序的一行，从原来的无序转变成了有序，这就是一种自组织现象。1900年，法国著名物理学家贝纳德做了一个非常有趣的实验。用一个面积很大的扁盒，上下底面为导热性很好的金属平板，盒内注入某种液体，并使上下金属板保持为不同的温度T1和 T₂，并使上板温度 T₂小于下板温度T₁。上下板的温差△T＝T₁－T₂。由于两极温度的差异，热量就会不断地从下面传到上面。当△T 很小时，整个液体保持静止状态，水分子的运动是杂乱无章的。逐步增大T1，使△T逐渐增大，当△T超过某一临界值△Tc时，液体的静止状态会突然改变，整个液体开始运动起来，形成一个很有规则的漂亮图样。因此，随着温差△T 的增大，系统从一个完全无序状态达到一个规则的有序结构。这种无序到有序的现象广泛地存在于生命、社会和非生命现象之中。
     例如，人的大脑就是由约1000亿个神经细胞组成的极精密极有序的结构，即使是一个细胞，也是由数目惊人的原子组成的极为有序的结构；而某一区域活动的大群蚂蚁，在一定条件下会不约而同地向某一位置聚集。在非生命界，这种现象也是层出不穷。天空中毫无规则的云，有时会形成整齐的鱼鳞状或带状以及各种漂亮的规则图案；水汽在高空凝结成规则的六角形雪花；火山岩浆有时会形成非常有规则的环状或带状结构。比利时科学家普利高津认真分析了发生在生物和非生物界的自组织现象，于1968年创立了耗散结构理论。近二十年来，这一理论已广泛应用于政治、经济、社会、生物、物理和化学等几乎所有科学。目前，科学家们正在努力使这一理论进一步完善起来。