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从混沌到有序
作者为中译本写的序 前言：科学和变化 序：人与自然的新对话 导论：对科学的挑战
第1编
宇宙的幻象 第2编
复杂性的科学 第3编
从存在到演化 结论：从地到天——自然界的再迷惑
目次 译者的话
从混沌到有序
作者为中译本写的序
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我们的书现在出版了中译本，我们非常高兴。这对我们来说有一种特殊的意义。近代科学的起点确实是在十七世纪，即伽利略、牛顿和莱布尼兹的时代，但这同时也是欧洲面对中国文明与之相争的时代，中国文明具有了不起的技术实践，中国文明对人类、社会与自然之间的关系有着深刻的理解。近代科学的奠基人之一莱布尼兹，也因其对中国的冥想而著称，他把中国想象为文化成就和知识成就的真正典范，这些成就的获得并没有借助于上帝，然而在欧洲的传统中十分流行对上帝的信任，把上帝比作造物主和立法者。
因此，中国的思想对于那些想扩大西方科学的范围和意义的哲学家和科学家来说，始终是个启迪的源泉。我们特别感兴趣的有两个例子。当作为胚胎学家的李约瑟由于在西方科学的机械论理想(以服从普适定律的惯性物质的思想为中心)中无法找到适合于认识胚胎发育的概念而感到失望时，他先是转向唯物辩证法，然后也转向了中国思想。从那以后，李约瑟便倾其毕生精力去研究中国的科学和文明。他的著作是我们了解中国的独一无二的资料，并且是反映我们自己科学传统的文化特色与不足之处的宝贵资料。第二个例子是尼尔斯。玻尔，他对他的互补性概念和中国的阴阳概念间的接近深有体会，以致他把阴阳作为他的标记。这个接近也是有其深刻根源的。和胚胎学一样，量子力学也使我们直接面对“自然规律”的含义问题。
在我们把这本书奉献给中国读者的时候，我们希望李约瑟和玻尔的传统都能永远继续下去。我们和他们一样相信，科学还处在它的初始时期，而且在历史上科学是被嵌入十七世纪的文化之中的，尽管这种嵌入富有成果，但是太受限制，以致对我们今天与自然的对话所引起的问题和疑问无法给出某种解释来。
由于这个原因，我们在本书中强调西方科学因为把自然描述成一个自动机而造成的文化危机，这个自动机甚至不能给出过去与未来之间的任何内在差别。不过，我们认为这个危机正在从内部接近其解除。科学开始容纳它先前排除过的问题了。
从本书写作的时候(1979)以来，无论在对耗散过程的现象描述上，还是在对这些过程的微观解释上，都有了一些重要的进展。
在现象的层次上，描述耗散系统的方程中“对初始条件的敏感性”的发现开创了新的前景。由此看来，除了简单的吸引中心(如我们在本书第五章描述的那些)之外，还存在着一些所谓“混沌吸引中心”，它们隐含着系统的某种“随机行为”。偶然性与必然性之间的关系是本书的论题之一。利用“混沌动力学”，这个问题甚至变得更为关键。诸如睡眠时的脑电活动或者地质时间尺度上天气的表观随机变化等过程，现在似乎成为以某个混沌吸引中心为特征的方程的表达。这就证实了我们的主要断言之一：对我们以自身为尺度的世界的发现才刚刚开始，而且看来和宇观或微观尺度上对世界的探索同样地充满着令人惊奇的事情。
本书的最后部分专门讨论对不可逆性及其与经典动力学所描述的决定论的可逆性之间的关系的微观解释。只要经典动力学模型仍然是以稳定轨道为特征的系统，这个问题就得不到解决，因为这时不可逆性仅能被定义为某种近似的产物，从而失去了任何客观意义。但是，稳定的动力学系统只是一些特例，而且最近对不稳定动力学的研究已经打开了认识不可逆性的通路。不稳定性与不可逆性之间的关系如今得到了阐明。不稳定系统的主要性质就是如第九章中所讨论的出现了种类繁多的较低级的时间对称性。这种多样性的存在，再加上假定初始状态是已知的且具有任意但有限的精度，就直接导出了包括不可逆性的方程。因此，当不稳定性和观测条件都被正确地考虑时，在描述的基本层次上不可逆性仍然是有意义的。这样，在现象层次上的时间之矢的现实性与物理学基本方程对它的否定这两者之间的古老矛盾正在消除，同时也消除了它的二元论的含义，即有时间性的主体与一个从内部看是无时间的客体世界之间的对立。
亚历山大·柯伊莱(Alexandre Koyré)论述近代科学诞生的名著的书名叫《从封闭的世界到无限的宇宙》。他正确地把这个过渡和西方科学的发源联系在一起，实际上，这个过渡仍在继续着。经典科学主要关心稳定的周期性的行为，因此以基本上是封闭的空时为参照。只是到了现在，我们才开始能够描述一个向进化和发明开放的宇宙。近代科学诞生在十七世纪欧洲的文化和宗教的环境中。现在它正在达到一个行星的尺度。一个非常有希望的迹象是，科学现在能够把与其他文化传统相联系的观察能力集合起来，因此能够促使这世界的经历了不同进化路径的各部分相互尊重和理解。
伊·普里戈金
伊·斯唐热
从混沌到有序
前言：科学和变化
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阿尔文·托夫勒
在当代西方文明中得到最高发展的技巧之一就是拆零，即把问题分解成尽可能小的一些部分。我们非常擅长此技，以致我们竟时常忘记把这些细部重新装到一起。
这种技巧也许是在科学中最受过精心磨练的技巧。在科学中，我们不仅习惯于把问题划分成许多细部，我们还常常用一种有用的技法把这些细部的每一个从其周围环境中孤立出来。这种技法就是我们常说的ceteris paribus，即“设其他情况都相同”。这样一来，我们的问题与宇宙其余部分之间的复杂的相互作用，就可以不去过问了。
但是，伊·普里戈金(由于对非平衡系统热力学方面所做的工作，他获得了1977年诺贝尔奖金)却不满足于仅仅把事情拆开。他花费了他一生的大部分精力，试图去“把这些细部重新装到一起”，这里具体地说，就是把生物学和物理学重新装到一起，把必然性和偶然性重新装到一起，把自然科学和人文科学重新装到一起。
普里戈金1917年生于俄国，从十岁时起到比利时，在比利时长大成人，他身体结实，一头灰发，具有线条清晰的面容和像激光一样的力量。由于对考古、艺术和历史有很深的爱好，他把一种十分博学的思想带给了自然科学。他同他的工程师夫人玛利娜和儿子帕斯卡住在布鲁塞尔，那里有一个跨学科的小组在忙碌着，他们正在一些互不相干的领域内(如蚁群的社会行为，化学系统中的扩散反应，量子场论中的耗散过程)探讨他的思想所包含的内容。
他每年花费一定的时间在奥斯汀得克萨斯大学的普里戈金统计力学和热力学中心工作。由于他对来自非平衡系统中非线性过程的“耗散结构”所做的工作，他十分兴奋和喜出望外地获得了1977年诺贝尔奖金。本书的另一位作者伊萨贝尔·斯唐热是一位哲学家、化学家和科学史家，她曾用一定的时间参加了普里戈金的布鲁塞尔小组的工作。她现在住在巴黎，在小城博物馆工作。
在《从混沌到有序》这本书中，作者向我们提供了一个里程碑——提供了一种能引起争论和激励思维的工作。这是一本充满远见卓识的书，书中闪闪发光的见解把我们许多最基本的假定推翻了，并提出了一些新的方法，使我们去重新考虑这些假定。
本书曾以《新的联盟》为题，于1979年在法国出版，它的出现在知识界的许多权威人士当中激起了一场了不起的任人畅所欲言的科学大论战，其涉及面之广，包括了昆虫学和文艺评论这些截然不同的领域。
这本书已经出版或将要出版十二种语言的版本，它费了这么长的时间才越过大西洋，这正说明了美洲在思想上褊狭和文化上傲慢的程度。不过，这段时间的耽搁，却又给这本书增添了光明的前景，即这次的英文版本中包括了一些普里戈金的最新发现，特别是有关热力学第二定律的新见解。他把热力学第二定律纳入了一个全新的观点之中。
由于这种种原因，《从混沌到有序》不仅仅是该书的又一个版本，它还是改变科学本身的一个杠杆，是迫使我们重新考察科学的目标、方法、认识论、世界观的一个杠杆。事实上，这本书可以作为当今科学的历史性转折的一个标志，一个任何有识之士都不能忽略的标志。
一些学者把科学描绘成是由其自身的内部逻辑所推动的，是出色地从其周围世界中孤立出来，按照其自身的规律发展的。但是许多科学的假说、理论、隐喻和模型(不论科学家作出怎样的选择：是研究还是忽视各种各样的问题)，其形式都是由来自实验室外的经济、文化和政治力量所决定的。
我并非要求在社会的本性与占统治地位的科学世界观或所谓“范式”之间有过分纯的并列性。我也不像马克思主义者惯常所作的那样，把科学归结为建立在社会经济“基础”之上的某种“上层建筑” ［*］ 。但是，科学不是一个“独立变量”。它是嵌在社会之中的一个开放系统，由非常稠密的反馈环与社会连接起来。它受到其外部环境的有力影响，而且一般说来，它的发展是因为文化接受了它的统治思想。
以十七和十八世纪时总称为“经典科学”或“牛顿体系”的那些概念为例。它们描绘出这样的一个世界，其中每个事件都山初始条件决定，这些初始条件至少在原则上是可以精确给出的。在这样的世界中偶然性不起任何作用，在这样的世界中所有的细部聚到一起，就像在宇宙机器中的一些齿轮那样。
这种机械论的观点恰是伴随着工厂文明的出现而被人们接受的。神明掷骰子看来很难说明这样的事实：机器时代热烈地拥抱了把整个宇宙描绘成一个机器的那些科学理论。
这种世界观把拉普拉斯引向了他那著名的主张：只要给出充分的事实，我们不仅能够预言未来，甚至可以追溯过去。而且这个简单、均匀、机械式的宇宙不仅塑造了科学的发展，它还旁及其他许多领域。它影响了美国宪法的创造者，使他们建造了一个统治用的机器，它的控制器和平衡轮像一个钟表的零件那样滴答摆动。当梅特涅为创造欧洲势力均衡而驰聘的时候，在他的行李袋中带着一部拉普拉斯的著作。而且工广文明的戏剧般的展开，伴随着巨大的轰鸣着的机器，其英雄般的工程的突破，铁路的兴起，以及诸如钢铁、纺织、汽车等新兴工业，似乎仅仅证实了宇宙宛如一个工程师手中的玩意儿。
但是今天，假如时代能尖叫的话(我们的时代当然像是能尖叫的)，那末机器时代正尖叫着要停下来。工业时代的衰老迫使我们面对着现实世界机器模型的讨厌的局限性。
当然，这些局限性的绝大部分都不是新发现的。认为世界是一个钟表机器，行星在其轨道上永不休止地运转，所有系统在平衡中按决定论而运行，所有这一切都服从于外部观察者能够发现的普适定律。——这个模型甚至从其诞生时起就已处于毁灭的炮火之下了。
在十九世纪初，热力学向机械论的宇宙画像中暗含的没有时间的性质进行了挑战。热力学家说明了，如果世界是一个大机器，那末它正在逐渐慢下来，它的有用的能量漏掉了。它不可能永远运行下去，因此，时间有了一个新的含义。达尔文的追随者们很快引入了一种对立的思想：世界机器可能正在慢下来，不断损失着能量和组织性，但至少生物系统却正在加快起来，变得具有更多的、而不是更少的组织性。
到了二十世纪初，爱因斯坦出来把观察者放回到系统中去，于是，这个机器看上去是不同的了——事实上，对于所有实践上的目的来说，它本来是不同的——取决于你站在它当中的什么位置上去观察。然而，它依然是一个决定论的机器，而且上帝不曾掷过骰子。再后来，主张量子论和不确定性的人们又给这个模型附加上尖锄、锻锤以及炸弹。
虽然如此，不管所有的“假如”、“而且”和“但是”，仍然可以公正地像普里戈金和斯唐热那样地说，机器范式依然是物理学的“参考点”，而且一般说来依然是科学的核心模型。事实上，它的不间断的影响是如此之巨大，以致许多社会科学，特别是经济学依然在它的迷惑之下。
本书的重要意义并不只在于它利用原始的论据向牛顿模型挑战，而且在于它表明了虽然有许多局限性、但依然有效的牛顿体系的主张有可能被相容地放入一个现实世界的更大的画像中去。它断定，古老的“普适定律”并不普适，而仅适用于现实世界的局部区域。而且这些正好是科学最致力研究的区域。
这样一来，用广泛一点的语言来说，普里戈金和斯唐热主张，机器时代的传统科学倾向于强调稳定、有序、均匀和平衡。它最关心的是封闭系统和线性关系，其中小的输入总是产生小的结果。
从基于能量，资本和劳力的巨大输入的工业社会，过渡到以信息和发明作为关键资源的技术高度发达的社会，毫不奇怪，应当出现新的科学的世界模型。
普里戈金的范式之所以令人感兴趣，就在于它把注意力转向了现实世界的那些方面：无序、不稳定、多样性、不平衡、非线性关系(其中小的输入可以引起大的结果)以及暂时性——对时间流的高度敏感性。这些方面标志出今天加速了的社会变化。
伊·普里戈金和他在所谓“布鲁塞尔学派”中的同事们的工作可能很好地代表下一次的科学革命，因为他们的工作不仅与自然，而且甚至与社会本身开始了新的对话。
布鲁塞尔学派的概念主要基于普里戈金的工作，这些概念合成一个新奇的、综合的关于变化的理论。
总括起来简而言之，他们主张当宇宙的某些部分可以像机器那样运转时，这些部分就是封闭的系统，而封闭系统至多只能组成物质宇宙的一个很小的部分。事实上，我们所感兴趣的绝大多数现象是开放的系统，它们和它们周围的环境交换着能量和物质(人们还会加上信息)。生物系统和社会系统肯定是开放系统，就是说，企图用机械论的方法去认识它们，是注定要失败的。
这一点还说明，现实世界的绝大部分不是有序的、稳定的和平衡的，而是充满变化、无序和过程的沸腾世界。
用普里戈金的术语来说，一切系统都含有不断“起伏”着的子系统。有时候，一个起伏或一组起伏可能由于正反馈而变得相当大，使它破坏了原有的组织。在这个革命的瞬间——作者把它称作“奇异时刻”或“分叉点”，根本不可能事先确定变化将在哪个方向上发生：系统究竟是分解到“混沌”状态呢，还是跃进到一个新的更加细分的“有序”或组织的高级阶段上去呢？这个高级阶段他们称作“耗散结构”，因为比起简单结构来，这些物理结构或化学结构要求有更多的能量来维持它们。
围绕这一概念的关键性论战之一和普里戈金的如下思想有关：普里戈金坚持，有序和组织可以通过一个“自组织”的过程真的从无序和混沌中“自发地”产生出来。
为了掌握这个极有力的概念，我们首先要区分“平衡”的系统、“接近平衡”的系统和“远离平衡”的系统。
让我们想象一个原始部落。如果它的出生率和死亡率相等，则人口的多少保持稳定。假定食物和别的资源都足够，这个部落就成为处于生态平衡中的局部系统的一部分。
现在增加其中生率，少数新增加的出生者(与死亡人数相抵之外的出生人数)可能只有很小的影响。该系统可能转到一个接近平衡的状态。此外再无别的事情发生。在处于平衡或近平衡状态下的系统中，要产生大的结果，就要有一个大的变动。
但是，假如出生率突然猛增，该系统就被推入了一个远离平衡的状态，而且这时占统治地位的是一些非线性的关系。在这个状态下，系统就完全两样了，它们变得对外部影响特别敏感，小的输入能产生巨大而惊人的效果。整个系统可能以我们觉得异乎寻常的方式重新组织它自己。
在《从混沌到有序》中有许多这种自组织的例子。平滑地通过液体而运动的热，在某个阈值上，突然地转化为一种对流，从根本上重新组织了该液体，千百万个分子像是受到了暗示似的突然把它们自己组织在六角形的元胞中。
普里戈金和斯唐热所描述的“化学钟”更为壮观。让我们想象一百万个白色乒乓球与一百万个黑色乒乓球随意地混合在一起，在一只箱子里杂乱地弹跳，这只箱子上有一个玻璃窗口。多数情况下，通过该窗口看上去是呈灰色的，但有时候，在无一定之规的某些瞬间，通过窗口所见到的样本可能差不多是黑的或是白的，这取决于这些球那时在窗口附近的分布。
现在让我们想象一下，窗口突然呈全白，过一会儿呈全黑，再过一会儿又呈全白，依此下去，以一定的间隔完全改变其颜色，就像钟表的滴答一样。
为什么所有的白球和所有的黑球能随着时间而突然地组织自己，从而交替地改变颜色呢？
按照所有的传统规则，这无论如何是不可能的事。但是，如果我们抛开乒乓球不说，而去看一看某些化学反应中的分子，我们就会发现，正是这种自组织或有序能够发生而且果然发生了，而不管经典物理学或玻耳兹曼的概率论是怎么说的。
在远离平衡的情形下，还会发生别的一些似乎是自发的，常常富于戏剧性的，在时间和空间上的物质的再组织过程。如果我们开始考虑二维或三维的情形，这种可能出现的结构的数目和多样性就会变得非常之大。
现在我们再加上一个更新的发现，想象这样一种情形，其中一个化学反应或别的反应产生一种酶，而这种酶的存在本身又能进一步产生同样的酶。这是一个例子，计算机科学家常常称之为正反馈环，在化学中，叫作“自催化”。这样的情形在无机化学中很罕见，但在最近几十年中，分子生物学家已经发现这样的环(以及抑制型的反馈或称“负”反馈和更为复杂的“交叉催化”过程)正是构成生命本身的材料。这样的过程有助于解释我们怎样从一些DNA小块构成复杂的生命机体。
因此，更一般地说，在远离平衡的状态下我们发现，非常小的扰动或涨落，可以被放大成巨大的破坏结构的波澜。而这就带来了一切种类的“本质”的变化过程或“革命”的变化过程。当人们把这种得自对远离平衡态的研究的新见解与非线性过程结合起来，并考虑到这些复杂的反馈系统时，便开创了一种全新的方法，使得我们能把所谓硬科学和较软的生命科学关联起来，甚至还会和社会过程关联起来。
(这些发现至少对社会的、经济的或政治的现实观有类比的意义。诸如“革命”、“经济崩溃”、“技术高涨”和“范式更迭”等术语，当我们开始用涨落、反馈放大、耗散结构、分叉，以及普里戈金概念词汇中的其他词语去思考它们的时候，便有了新的含义。)《从混沌到有序》为我们打开的就是这些全景画面。
除此之外，还有那更加普遍而令人困惑的有关时间的争论。
当今在科学方面和文化方面所进行的这场范围广远的革命，其组成部分之一就是重新考虑时间，这个问题有足够的重要性，值得我们在此稍稍扯远一点，然后再回到普里戈金对此问题的作用上来。
以历史学为例。在史料编纂方面的伟大贡献之一是布劳得把时间分为三种尺度的方法。这三种尺度是“地质时间”(其中事件发生在几千万年的过程中)，“社会时间”(这个尺度比地质时间短得多，经济、国家和文明即以此尺度来测量)，以及“个人时间”(它是更短的尺度，用以量度人的事件历史)。
在社会科学中，时间在很大程度上依然是一个空白领域。人类学告诉我们，各种文化在对时间的想象上是极为不同的。在某些文化看来；时间是循环的——历史永无止境地重演。在另一些文化(包括我们自己的文化)看来，时间是一条伸向过去和未来的大道，人民或整个社会沿着它前进。还有其他一些文化，在那里人的生命被看作对时间是静止的，未来迎向我们，而不是我们走向未来。
我在别处已经写过，每个社会都表现出它自己特有的“时间倾向”——即它对过去、现在或未来所强调的程度。有的社会生活在过去，有的社会迷恋着未来。
此外，每一种文化和每个人都倾向于用一种“时间的视野”去进行思考。我们当中的一些人只想到目前的，即现在的事情。例如政治家常常因只寻求当前的短期结果而遭到批评，他们的时间视野被说成是受到下次选举日期的影响。我们当中的另一些人则计划着较长的时期。这些不同的时间视野是社会和政治冲突的一个被忽略了的根源——也许是最重要的一个根源。
尽管人们越来越认识到时间的文化概念很不相同，然而社会科学在形成一个连贯的时间理论方面却只有很小的进展。这样的一种理论可能涉及许多学科，从政治到群体动力学和人际心理学。例如，它可能考虑到我在《未来的震荡》(Future Shock)中称之为“持久的期望”的东西，即我们从文化上得出的有关某些过程会持续多久的假定。
例如，很早我们就认识到一个人刷牙只需几分钟而不会刷整整一上午。当父亲去上班时，他可能要出去大约八个小时。“一顿饭的工夫”可能会持续几分钟或几小时，但是绝不会是一年。电视节目把一天划分成一些固定的三十分钟或六十分钟的间隔，巧妙地塑造出我们关于“持续多久”的一些概念。因此我们通常能指望一出情节剧中的英雄在最后五分钟内得到姑娘或是找到财宝或是赢得战争。在美国，我们知道相隔一定时间会插进一些商业广告。。我们的头脑中充满了这样一些持续时间方面的假定。儿童们的假定与充分社会化了的成年人的假定非常不同，这里又一次说明差别是冲突的源泉。
此外，工业社会中的儿童们受到“时间的训练”，他们学会认读钟表，区分很短的时间间隔，因为他们的父母告诉他们，“再有三分钟你就该上床睡觉了”。这些磨得很锋利的时间的技巧在动作缓慢的农业社会中是没有的，那里每天安排日程的准确度不如我们这个被时间缠绕的社会所要求的高。
这些与布劳得的社会的和个人的时间尺度相适应的概念从未在社会科学中被系统地研讨过。也从未被我们关于时间的科学理论作过任何有意义的阐明，尽管这些概念同我们关于物理现实的假定一定有某种联系。而这就把我们带回到普里戈金那里，他从孩童时代起就被时间的概念迷住了。有一次他对我说，当他还是个青年学生的时候，他被科学在看待时间的方法上的巨大矛盾惊呆了，正是这个矛盾使他从此开始了他一生的工作。
在牛顿及其追随者所构造的世界模型中，时间是一个后来添上去的概念。某一时刻，无论是现在的、过去的还是未来的时刻，都被假定与另一时刻完全相同。行星的无休止的圆周运动——的确像一个钟表或一个简单机械那样——从原则上讲既可以走向过去也可以走向未来，而不会改变该系统的基础。由于这个原因，科学家把牛顿系统中的时间说成是“可逆的”。
但是在十九世纪，当物理学的主要焦点从动力学转向热力学的时候，随着热力学第二定律的发现，时间一下子变成一个众所注目的问题，因为按照第二定律，宇宙中的能量不可避免地要有所损失。而且如果这个世界机器真的慢下来而越来越接近“热寂”，那末必然能得出，某一时刻绝不会和过去的某一时刻完全相同。你不可能使宇宙倒着运行以便对熵进行补偿。经历长时间的事件不可能自行重演。而这意味着时间有方向性，或如爱丁顿后来所说的，有一个时间之“矢”。事实上整个宇宙都是有年龄的。反过来说，如果确是如此，那末时间就是一条单行路，它不再是可逆的，而是不可逆的。
简单地说，由于热力学的兴起，科学按其对时间的看法分裂成两大派别。更有甚者，即使是认为时间不可逆的人也很快又分为两个阵营。无论如何，因为系统要漏掉能量，其支持有组织的结构的能力就要减弱，也就是说，这些结构将变得缺少组织性，因此具有更多的随机因素。但正是组织性才使得一个系统具有内部多样性。于是，随着系统能量被熵吸干，系统间的差别也就减少。因此第二定律指向一个逐渐均匀的未来，从人的观点来看，这是一个悲观的未来。
让我们想象一下由达尔文及其追随者所引入的一些问题吧!就进化而言，它远不是指向组织性和多样性的减少，而是指向相反的方向!进化的过程是从简单到复杂，从生命的“低级”形式到生命的“高级”形式，从无区别的结构到互不相同的结构。从人的观点来说，所有这一切都是十分乐观的。宇宙随着其年龄的增长而组织得越来越“好”，随着时间的逝去，不断地向着更高水平发展。
从这个意义上说，时间的科学观点可以概括为矛盾之中的矛盾。
普里戈金和斯唐热要说明的正是这些佯谬，他们提出的问题是：“容许在过去与未来间作出区别的动力学系统的特殊结构是什么？所包含的最低复杂性是什么？”
在他们看来，答案是：时间是随机地出现的：“仅当一个系统的行为具有足够的随机性时，该系统的描述中才可能有过去和未来间的区别，因此才可能有不可逆性。”
在经典科学或机械论科学中，事件以某些“初始条件”作为起点，它们的原子或粒子遵循“世界线”或轨道。这些世界线既可以追寻到过去，也可以跟踪到未来。这和某些化学反应正好相反——例如在某些反应中两种液体倾注在同一容器中会扩散到均匀混合为止。这些液体不会进行反扩散。混合物在每一时刻都是不同的，整个过程是“时间定向”的。
在经典科学看来(至少在其早期阶段是如此)，这种过程被看作是异常现象，是从极不相同的初始条件得出的特殊情况。
普里戈金和斯唐热的论点是，这种与时间有关的单向过程不仅仅是来自不可逆时间世界的越轨行为。假如某事物果真会有逆过程的话，那末与“封闭系统”(如果这样的系统在现实中存在)相联系着的可逆时间大概也是极罕见的或异常的现象。
不仅如此，不可逆过程还是有序的源泉，因此本书的题目叫做“从混沌到有序”。与随机性和开放性相连的过程导致更高级的组织，比如耗散结构。
事实上，本书的关键论题之一就是它对热力学第二定律的惊人的重新解释。因为在作者看来，熵不仅向着无组织性滑去，在某些条件下熵本身会成为有序的根源。
因此，作者提出的是一个广泛的综合，这个综合既包括可逆的时间，也包括不可逆的时间，并且指出它们彼此间的关系，不仅是在宏观现象水平上的，而且也是在最微观的水平上的。
这是对“把细部重新装到一起”的一个十分惊人的尝试。这个问题是复杂的，而且有时候对于外行的读者来说是很难理解的。但是它闪出了崭新的洞察的光芒，提出了一种连贯的方法，使得那些看上去没有关系的甚至矛盾的哲学概念彼此关联起来。
这里我们开始全面地看一下本书中所提出的这个有历史意义的综合。书中坚持不可逆的时间不仅是个异常现象，而且是宇宙很多部分的一个特点，以此去打倒经典动力学。在普里戈金和斯唐热看来，这不是两者择一谁是谁非的问题。当然，可逆性依然适用(至少对足够长的时间来说是适用的)，但只是在封闭的系统中适用。不可逆性则适用于宇宙的其余部分。
普里戈金和斯唐热还削弱了热力学的传统观点，指出至少在非平衡条件下，熵不会削弱而是会产生有序和组织——进而会产生生命。
倘若如此，那末熵也失去了其两者择一的特点。当一些系统衰落时，另一些系统自发地进化，变得更加连贯。互助论的非排他观点允许生物学和物理学共处，而不单单是互相矛盾。
最后，还蕴含着另一个深刻的综合——偶然性与必然性之间的新关系。
无疑，偶然性在宇宙事物中的作用问题自第一位旧石器时代的战士偶然地被石块绊倒时起就已经为人所辩论了。在《旧约全书》中，上帝的意志是至高无上的，他不仅随意控制行星在轨道上运行，而且随意操纵每个人的意愿。他是第一推动者，一切因果都顺从着他，而且宇宙中的一切事件都是事先安排好的。是命里注定，还是自由意志，围绕它们的确切含义展开了血淋淋的冲突，从奥古斯丁时代直到加洛林王朝的口角。威克里夫、胡斯、路德、加尔文，都为这场争论作过贡献。
无数的解释家企图重新调和宿命论和意志自由，有一种天才的看法主张上帝确实决定着宇宙的事物，但对于人的自由意志，他从未要求某种特殊的行为。他不过事先为人类决策者可能作出的选择设置了一个范围。自由意志在楼下的所作所为仅仅在楼上所选定的菜单的限制之内。
在机器时代的世俗文化中，毫不妥协的决定论甚至在海森堡及“测不准关系”的挑战下也多少起着支配作用。然而就是在今天，像雷内·托姆(René Thom)这样的思想家也仍把偶然的概念作为虚幻的和本质上不科学的概念而加以拒绝。
面对着这样的哲学壁垒，一些自由意志、自发性和最终不确定性的捍卫者，特别是存在主义者，采取了同样不妥协的立场。(在萨特(Sartre)看来，人类是“完全和永远自由的”，尽管他在他的一些著作中承认了这个自由的实际局限性。)
当代关于偶然性和决定论的概念看来遇到了两件事。首先，它们正变得越来越复杂。例如杰出的法国的转向社会学的认识论学者埃得加·莫林(Edgar Morin)写道：
我们不要忘记，决定论的问题已经经历一个世纪的变化……至高无上的、不知名的、指导自然万物的永恒法则的概念，已经被相互作用法则的概念所代替……还有，决定论的问题已经变成了宇宙秩序的问题。秩序意味着除了“法则”之外还有别的东西，在我们的宇宙中有约束、不变性、恒定性、规律性……旧决定论的均匀化和不知名的观点已经被多样化和进化的决定观点所代替。
由于决定论的概念不断丰富起来，人们也作了一些新的努力去承认偶然性与必然性两者共存，不是一个附属于另一个，而是在一个宇宙中作为完全平等的伙伴，这个宇宙同时组织自身而又破坏自身的组织。
普里戈金和斯唐热正是在这里进入了这场竞争，他们已经把这个论证向前推进了一步。他们不仅表明(这对我是很有说服力的，虽然对如数学家雷内·托姆那样的评论家没有说服力)决定论和偶然性两者都在起作用，他们还打算说明这两者怎样相互适应。
因此，按照含在耗散结构概念中的变化理论，当涨落迫使一个现存系统进入远离平衡的状态并威胁其结构时，该系统便达到一个临界时刻或称分叉点。在这个分叉点上，按照作者的理论，从本质上说不可能事先决定该系统的下一步状态。偶然性决定了该系统的哪些部分在新的发展道路上保留下来。而且这条道路(从许多种可能的道路中)一经选定，决定论便又开始起作用，直到达到下一个分叉点。
简言之，这里我们看到偶然性和必然性并非是不可协调的对立物，而是在未来命运中作为伙伴各自起着自己的作用。
还有另一个综合也得出了。
当我们把可逆时间和不可逆时间，无序和有序，物理学和生物学，偶然性和必然性等所有这些都带到同一个新框架之内，并规定它们的相互关系的时候，我们已经作出了一个宏伟的论断——这论断无疑是有争论的，但在此情形下却不但是有力的而且是有威严的。
但这仅仅是部分地说明《从混沌到有序》所激起的结果，因为如我已指出的，这个扫荡一切的综合有着强大的社会以至政治的色彩。正如牛顿模型带来了在政治、外交以及似乎与科学相距万里的其他领域中的类似模型，普里戈金的模型也同样适合作类似的扩展。
例如，他们为构造质变的模型提供了一些严格的方法，从而弄清了革命的概念。他们解释了逐级的不稳定性怎样产生形态变化，从而阐明了组织理论。此外，他们还弄清楚了一些心理学过程——例如作者把发明看作是与在非平衡条件下产生的一种“非平均”行为有关的。
更重要的也许是对于研究集体行为的意义。普里戈金和斯唐热告诫大家不要急急于从遗传学或社会生物学上去解释困人的社会行为。许多被认为在生物学上事先安排好的事情，并不是由自私的决定论的基因产生的，而是由不平衡条件下的社会相互作用产生的。
(例如，在一项最近的研究中表明，蚂蚁分为两类：一类由勤劳的工蚁组成，另一类由“懒惰”的蚂蚁组成。人们可能过急地把这个特点归结成是基因的倾向。但是这项研究发现，如果把该系统打破，分成彼此隔离的两群，那末每一群本身又会分出自己的工蚁和惰蚁两个子群来，相当多的“惰”蚁会一下子转变成勤奋的“斯达汉诺夫”工作者。)
因此，这本著名的书中所隐含的思想正开始在经济学、城市研究、人类地理学、生态学以及其他许多学科中被研讨，这并不令人奇怪。
任何人——甚至包括作者在内——都不可能对《从混沌到有序》这样一本思想丰富的著作的全面含义作出正确的评价。每个读者肯定会被某些章节所困惑(少数章节对没受过科学训练的读者来说简直太专门化了)；而被另一些章节震惊和激励(当其含义正中要害时)；偶尔也会产生怀疑，但从知识的角度会得到全面的长进。如果对某书的评价标准是该书所能引出一些好问题的程度，那末本书肯定是一本成功的书。
这里恰有两个问题纠缠着我。
一个问题是：在实验室外，人们怎能确定“涨落”？用普里戈金的术语来说，人们谈到所谓“原因”和“结果”时，究竟指的是什么？当作者说到分子互相通信从而达到相干的同步变化时，人们可以假定它们不是在被人格化。但是对我来说发生了大量引起兴趣的问题：是环境的所有部分每时每刻都在发出信号，还是仅仅间歇性地发出信号？还有关于所发生的间接的、第二或第n级的通信问题，这种通信使得一个分子或一个有机体能对某些信号作出反应，但由于缺少必需的感觉器官，它本来并不能感知这些信号。(环境发出的某个A察觉不到的信号可能被B收到，B把它转变成另一种刚好A可以接收的信号，这样B起了中转站的作用，A就通过第二级通信感知了环境所发出的信号，从而对环境的变化作出反应。)
至于时间，哈佛的天文学家戴维·雷泽(David Layzer)提出了一种思想，认为我们可以想象三种不同的“时间之矢”——一种基于自“大爆炸”时起的宇宙的不断膨胀，一种基于熵，还有一种基于生物进化和历史演变。本书作者利用这种思想做出了什么呢？
另一个问题是：牛顿的革命究竟革命到什么程度？普里戈金和斯唐热在与几位历史学家争论时指出，牛顿的思想对于炼金术以及甚至更早的宗教概念有延续性。一些读者也许会由此得出结论说，牛顿学说的诞生并不是突然的或者是革命的。但在我看来，牛顿的突破不应被看作是这些早期思想的线性发展的产物。我觉得，事实上在《从混沌到有序》中所发展的变化理论正是反对这种“延续论”观点的。
即使牛顿学说是个衍生物，这也不意味着牛顿世界模型的内部结构实际上是同样的，或者它与其外部环境具有同样的关系。
牛顿的体系诞生在西欧封建主义正在崩溃的时代，即所谓社会系统处于远离平衡态的时候。经典科学家所提出的宇宙模型(即使部分地是衍生物)同样适用于一些新领域而且成功地得到传播，这不仅由于它的科学威力或者由于它的“正确”，而且也由于出现了工业社会，这个基于革命原则的工业社会为牛顿学说提供了一个特别能容纳它的环境。
我早些时候曾指出，机器文明在事物的宇宙秩序中寻找其自身的解释时抓住了牛顿的模型，并酬谢了那些进一步发展它的人们。正如本书作者首先力辩的，我们并非只在化学烧杯中找到了自催化现象。就是由于这些原因，我仍旧认为应该把牛顿的认识体系本身看作是一个生自社会涨落的“文化耗散结构”。
有些出乎意料，我已说过，我相信他们自己的思想是最近一次科学革命的中心，而且我无法不看到这些思想与机器时代的灭亡和我所说的“第三次浪潮”文明的诞生之间的联系。应用他们自己的术语，我们可以把今天的工业社会或“第二次浪潮”社会的崩溃描述成一个文明“分叉”，把一个更加不同的“第三次浪潮”社会的兴起描述成向世界范围的一个新的“耗散结构”的飞跃。如果我们接受这个类比的话，难道我们不可以同样地看待从牛顿学说到普里戈金学说的飞跃吗？当然这仅仅是类比而已，但却是精采的类比。
最后，我们又一次遇到永远在向人们挑战的偶然性与必然性的问题。因为假如普里戈金和斯唐热是对的，偶然性在分叉点或接近分叉点处起作用，此后决定论过程再次接替，直到下一个分叉，那末他们不是正在把偶然性本身镶嵌到一个决定论的框架之中吗？对偶然性赋予一种特殊的作用，他们不就解除了其偶然性吗？
但是这个问题我曾有幸同普里戈金讨论过，他在餐桌上微笑着回答说：“是的，这也许是对的，但是我们当然决不可能确定下一次分叉将会在何时发生。”偶然性像凤凰似的再次飞起。
《从混沌到有序》是一本闪光的、向人们提出要求的、令人眼花缭乱的书——它向一切提出挑战而且慷慨地回报细心的读者。它是这样的一本书，让人们去研究，去品尝，去重读——以及去提出问题。它把自然科学和人文科学放回到这样一个世界中去，在那里“设其他情况都相同”只是个神话；在那里，其他事情很少是稳定的、均等的或不变的。简单地说，它把科学投到今天的不稳定、非平衡和动荡的革命世界之中。因此，它提供了最高的创造功能——它帮助我们创造崭新的秩序。
注释：
第 7 页［*］马克思主义认为，自然科学是没有阶级性的，科学是生产力的一部分，并不是上层建筑。——译者
从混沌到有序
序：人与自然的新对话
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我们对自然的看法正经历着一个根本性的转变，即转向多重性、暂时性和复杂性。长期以来，西方科学被一种机械论的世界观统治着，按照这种观点，世界就像是一个庞大的自动机。而今天，我们认识到我们是生活在一个多元论的世界之中。确实有不少现象在我们看来是决定论的和可逆的，比如无摩擦的摆的运动，或地球围绕太阳的运动，在这种可逆过程中，无所谓时间的优势方向。但是，也有许多不可逆的过程，它们涉及时间的方向性。假如你把两种液体(例如水和酒精)掺在一起，从我们的经验可知，这两种液体会随着时间的推移而混和起来。我们却从未见过这个过程的逆过程，即这种混合物能自发地分离成纯水和纯酒精。因而，这个过程是一个不可逆过程。全部化学所研究的就是这样的一些不可逆过程。
显然，除了决定论的过程之外，肯定还存在一个概率的因素，包含在某些基本过程中，例如在生物的进化或人类文化的演变中。即使是对决定论描述的效力坚信不疑的科学家大概也不敢说，在宇宙大爆炸之日，即我们所知的宇宙创始之时，本书出版的日期就已镌刻在自然的定律之中了。按照经典看法，自然的基本过程被认为是决定论的和可逆的。包含随机性或不可逆性的过程被看作仅是一些例外情形。今天我们在所有的地方都看到了不可逆过程的作用，看到了涨落所起的作用。
虽然西方科学曾激起了人与自然之间的一场极富成果的对话，但它的某些文化上的后果却是灾难性的。“两种文化”的对立在很大程度上就是起源于经典科学的没有时间的观点与在大多数社会科学和人文科学中普遍存在的时间定向的观点之间的冲突。但在过去的几十年里，科学中发生了一些非常富有戏剧性的事情，这些事情之出乎意料，就像牛顿的工作中所表达的宇宙之大观(或称宇宙几何学)的诞生一样。我们正越来越多地觉察到这样的事实，即在所有的层次上，从基本粒子到宇宙学，随机性和不可逆性起着越来越大的作用。科学正在重新发现时间。本书所要叙述的正是这个概念上的革命。
这个革命正在一切层次上进行着，在基本粒子的层次上，在宇宙学的层次上，以及在所谓宏观物理学的层次上进行着。宏观物理学包括研究原子和分子的物理学和化学，这些原子和分子或者被单个地研究，或者被整体地考虑，例如在研究液体或气体时所作的那样。也许就是在这个宏观的层次上最容易找到对原有的科学概念的重新概念化。经典动力学和现代化学正在经历一个剧烈变革的时期。几年前如果有人问一位物理学家，物理学能使我们解释些什么，哪些问题还悬而未决，那末他会回答说，我们显然还不能确切地认识基本粒子或宇宙进化，但我们对介于这两者之间的事物的认识却是相当令人满意的。今天，正在成长起来的少数派(我们就属于这一派)是不能分享这种乐观主义的：我们只是刚刚开始认识自然的这个层次，即我们所生活的层次。本书集中讨论的就是这个层次。
为了对今天发生的物理学的重新概念化作出评价，我们必须把它放入适当的历史背景中去。这个科学的历史远不是直线式地展开的，它并不相当于向某个固有真理的一系列的逐渐接近。它充满着矛盾，充满着难以预料的转折点。我们用本书的大部分篇幅讨论了西方科学所遵循的历史模式，这个西方科学史是从三个世纪之前的牛顿开始的。我们努力把这个科学史放到观念史的框架中去，以便把它同过去三个世纪中的西方文化的演变合成一个整体。只有这样，我们才能对我们现在生活的这个独特的时期作出评价。
我们的科学遗产包括两个至今尚未得到答案的基本问题。一个问题是无序与有序的关系。著名的熵增加定律把世界描绘成从有序到无序的演变。然而生物或社会的进化向我们表明的却是从简单中出现的复杂性。这怎么可能呢？结构怎能从无序中得出呢？在这个问题的解决上已经取得了巨大的进展：现在我们知道，非平衡(即物质和能量的流)可能成为有序的源泉。
但还有第二个问题，甚至是更为基本的问题：经典物理学或量子物理学把世界描绘成是可逆的，静态的。在这种描述中，没有什么进化可言，既没有向有序的进化，也没有向无序的进化，动力学所能给出的“信息”不随时间而改变。因此在动力学的静态观点与热力学的进化范式之间有着明显的矛盾。什么是不可逆性？什么是熵？没有什么问题在科学史的进程中曾被更为频繁地讨论过。现在我们开始能够作出一些回答了。有序和无序是些复杂的概念：包含在动力学静态描述中的那部分概念，并不同于为了得到以熵增加来表示的进化范式而不得不引入的那部分概念。这个转变引出了物质的一个新概念，即“活性”物质的概念。因为物质导出不可逆过程，因为不可逆过程组成了物质。
进化范式，包括熵的概念，曾经有过很大的吸引力，远远超出了科学常有的魅力。我们希望对动力学和热力学的统一工作将清楚地给出对机械论世界观而言是崭新的熵概念。时间与现实是紧密关联的，对于人类来说，现实是嵌在时间流之中的。如我们将要看到的那样，时间的不可逆性本身紧密地连接着熵。为使时间倒流，我们必须克服一个无限大的熵垒。
从传统的意义来讲，自然科学讨论的是普适性的问题，人文科学讨论的是特殊性的问题。自然科学和人文科学的接近趋势已在本书的法文版中强调过了。法文版是由巴黎的Gal limard出版社于1979年出版的，书名叫作《新的联盟》。不过，我们尚未找到合适的与之相当的英文书名，而且本书中的正文也与法文版有别，尤其是第七章至第九章。虽然由非平衡过程得出的那些结构的根源已在法文版(及其后来的译本)中得到了适当的处理，但我们还是需要把该书的第三部分彻底改写，使它反映出我们关于时间根源问题的新成果，以及在物理科学框架里对进化范式所作出的表述。
这全是在晚近才作出的。物理学的重新概念化还远未完成，但我们还是决定按照我们今天所认为的那样把这一情形写出来。我们有一种巨大的求知上的激动之感，即我们已开始看到了从存在通向演化的路。因为我们当中的一个人已把他大部分的科学生命都贡献给了这一问题，他也许有理由表达他的满意的心情，那是一种美的感受，是他希望能使读者分享的。看来像是永恒的，像是在时间之外的东西，以及在时间之内的东西，这两者之间的对立已经相当久远，我们今天却看到了现实性的一种更为精巧的形式，它同时包含时间与永恒这两者。
本书是许多同事和朋友们集体努力的结果，我们无法向他们一一致谢。不过我们想特别提一下对已经不幸离开了我们的Erich Jantsch，Aharon Katchalsky，Pierre Résibois 和Léon ROsenfeld的谢意。我们谨以本书作为对他们的纪念。
我们还要感谢E.Solvay开创的国际物理和化学学会和RobertA.Welch基金会对我们的不断支持。
人类的历程正处在一个转折点上。在这人口统计的爆炸时刻，科学看来要扮演一个重要的角色。因此，保持自然与社会之间通信渠道的畅通比以往任何时候都更加重要。西方科学诞生在十七世纪的文化环境中，而当前西方科学的发展已经在这个文化环境的外面打开了自然与社会通信的渠道。我们相信，科学今天携带着更能为不同的文化传统所接受的普适的信息。
在过去的几十年里，阿尔文·托夫勒的书影响很大，它把公众的注意力引向作为我们时代的标志的所谓“第三次浪潮”的某些特点。因此，我们非常感谢托夫勒为我们这本书的英文版撰写了前言。英语不是我们的本国语言，我们相信，在某种程度上，每一种语言都有其不同的方式去描述我们所处的这个共同的现实。即使经过最细心的翻译，也仍免不了残存着这些特点。尽管如此，我们还是非常感谢Joseph Early，Ian MacGilvray，Carol Thurston，特别是Carl Rubino，感谢他们帮我们准备了这个英文版本。我们还要深深感谢Pamela Pape，前后几次手稿都是她帮我们认真打字的。
从混沌到有序
导论：对科学的挑战
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1
1686年4月28日是人类历史上最伟大的日子之一，这样说并不夸张。牛顿在这一天向伦敦皇家学会提出了他的《自然哲学之数学原理》。这部著作总结了运动的基本定律，清晰地表述了质量、加速度、惯性等这样一些我们至今仍在使用的基本概念。影响最大的恐怕要算这部《原理》的第三编，即《论宇宙系统》(The System of the World)，因为其中包含了对万有引力定律的叙述。与牛顿同时代的人立刻抓住了该书的这个突出的重要之点，无论在伦敦还是在巴黎，“引力”成了人们谈论的主要话题。
从牛顿的《原理》到现在，已经过了三个世纪。科学以难以置信的速度得到了发展，越来越深入我们的生活。我们的科学视野已大到简直是异想天开的地步。在微观范围内，基本粒子物理学所研究的过程已涉及到10 －15 厘米和10 －22 秒数量级的物理尺度。而在宇观范围内，宇宙学却把我们带到10 10 年的数量级，即所谓“宇宙的年龄”。科学与技术的联系比以往任何时候都更加紧密。生物工艺学和信息技术的新进展以及其他一些因素，将使我们的社会生活发生根本的变化。
与这些量的增长相提并论的是质的深刻变化，其反响不仅远远超出科学的本来意义，而且还影响到自然界的形象。西方科学的伟大奠基者们强调自然定律的普适性和永恒性，他们要表述的是符合真正理性理想的普遍图式。正如罗杰·豪歇尔(Roger Hausheer)在艾赛亚·伯林(Isaiah Berlin)的《反潮流》(Against the Current)一书的导言中极好地表述的那样：“他们寻求包罗万象的图式，普适的统一框架，在这些框架中，所有存在的事物都可以被表明是系统地，即逻辑地或因果地相互连接着的。他们寻求广泛的结构，这结构中不应为‘自然发生’或‘自动发展’留下空隙，在那里所发生的一切，都应至少在原则上完全可以用不变的普遍定律来解释。”
围绕这一问题所发生的故事相当富有戏剧性：有过好几次这样的时刻，似乎寻找普遍图式的雄伟计划已接近完成了，一种基础级的东西似乎已经露出了地面，物质的一切性质都可以从这个基础上推演出来。提到这种时刻，人们会想起玻尔对原子模型的著名的表述，他的原子模型把物质归纳成由电子和质子组成的简单的行星系统。另一次大振人心的时刻是当爱因斯坦想把物理学的一切定律都浓缩到一个“统一场论”中去的时候发生的。当时，在统一那些在自然界中已被发现的几种基本力方面，确实取得了很大进展。然而，这个基本层次的东西毕竟只是一个幻象。无论向哪里看去，我们发现的都是演进、多样化和不稳定性。令人惊奇的是，在所有层次上，无论在基本粒子领域中，还是在生物学中，抑或在天体物理学中(它研究膨胀着的宇宙以及黑洞的形成)，情形都是如此。
正如我们在序言中所说的，人们对自然的看法正在经历着一个向着多重性、暂时性和复杂性发展的根本变化。奇怪的是，在自然界中发现的意想不到的复杂性并没有减缓科学的前进，恰恰相反，它促成了一些新的概念结构的产生，这些新的概念结构正是我们今天认识物质世界(包括我们自己在内的世界)所必需的。我们要在这本书中加以分析的，正是这种在科学史上不曾有过的新形势。
我们在有关科学和自然的概念上的转变，很难和另一个情节分开，这就是科学所带来的感情。伴随着每个新的智能计划，总会出现新的希望、恐惧和期待。经典科学中所强调的是一些与时间无关的定律。我们将看到，一旦测量出某个系统的特殊状态，就会提出一些可逆的经典科学定律来，以决定该系统的未来，恰如这些定律已经确定出该系统的过去一样。对于在变化着的现象背后所隐藏的某个永恒真理的探求，自然唤起了我们的热忱。但是用这样的方法描述的自然，事实上是被贬低了，这又使我们受到了打击，因为正是由于科学的成功，自然被证明只是一部自动机，一个机器人。
从古希腊原子论者的时代起，在西方思想中便出现了一种冲动，想把自然界的多样性归结为一个由幻象结成的蛛网。卢克莱修跟随在他的老师德谟克利特和伊壁鸠鲁之后写道，世界“不过”是原子和虚空，并且要我们去寻找那些隐藏在表面现象背后的东西。他说：“然而，请承认那些你必须允许它们在这世界中存在却又看不见的粒子，免得你会不相信我的话，因为人眼是无法感知这些基本物体的。”
但是，众所周知，驱使希腊原子论者工作的动力并不是贬低自然，而是要使人们从恐惧中，从对任何超自然物的恐惧、对任何凌驾于人和自然之上的秩序的恐惧中解放出来。卢克莱修一遍又一遍地重复说，我们没有什么可怕的，世界的本质就是原子在虚空中的不断变化着的结合。
现代科学把这一基本上是伦理学的态度转变成看上去像是一种已有真理的东西，而这个真理，即把自然归结为原子和虚空的说法，又进一步引出了莱诺伯(Lenoble)称之为“现代人的忧虑”的情形。我们怎能在这随机的原子世界中认出我们自己呢？科学一定是根据人与自然决裂这种思想定义的吗？“一切物体，苍穹、星辰、地球及其王国，都不等同于最低级的思维，因为思维在自身中知道所有这些物体，而这些物体却什么也不知道。”这个帕斯卡的“箴言”表达的是同样的疏远感情，这种疏远感情我们在当代科学家如雅克·莫诺(Jacques Monod)那里也找到了：
人类一定会从千年的梦幻中苏醒过来；这样，人类就会发现他自身是完全孤独的，与外界根本隔绝的。他最后会认识到，他就像一个吉普赛人那样生活在异国他乡的边境上。在那个世界里，对他所弹奏的音乐是充耳不闻的，对他的希望、苦痛和罪恶也是漠不关心的。
这是一个佯谬。分子生物学中的一个辉煌成就，即莫诺积极参与的对基因密码的破译，却以悲剧的调子告终。我们懂得了，正是这个进步才使我们成为宇宙的吉普赛人。我们怎样解释这个局面呢？难道科学不是一种交流的手段，不是一种人与自然间的对话吗？
在过去，人们常常指出在人的世界和被想象得完全不同的自然的世界之间有着巨大的差异。维科(Vico)在其《新科学》(The New Science)里有一段著名的话，十分生动地描写了这一点：
……在那包藏着最古老的古董的漆黑之夜，在离开我们如此遥远的地方，闪耀着永恒的、永不衰竭的真理之光。毫无疑问，文明社会的世界肯定是人创造的，因此它的原理是在我们人的思维的改变之中发现的。无论是谁，只要想到这点，就禁不住感到惊奇：哲学家们竟会倾其全部精力去研究那由上帝创造的因而也只有上帝自己才能认识的自然世界，他们竟会忽略对各个国家所组成的世界(或民众世界)的研究，而这是人创造的世界，因而人能够去认识它。
今天，研究工作使我们距离人与自然的对立越来越远，本书的主要目的之一就是要说明，代替这两者的决裂和对立的，是我们关于人的认识与自然的不断增长着的一致性。
2
在过去，人们对自然的发问是采用极为多种多样的形式的。修谟人发明了写字，修谟的牧师们曾经推测：“未来”可能是以某种隐匿的方式写在现在发生在我们周围的事件之中的。他们甚至把魔术的因素与推理的因素混合起来，使他们的这种信念系统化。在这种意义上，我们可以说，十七世纪建立起来的西方科学仅仅是打开了人与自然间的永不完结的对话的新篇章。
亚历山大·柯伊莱是用所谓“实验”的术语来定义近代科学所带来的发明创造的。近代科学的基础在于发现与自然进行通信的新的特殊形式，也就是说，在于相信自然界能够对实验所提出的问题作出响应。我们怎样才能更精确地定义这个实验的对话呢？实验并不只是对所发生的事实进行忠实的观察，也不只是寻找诸现象之间的经验联系，而且还事先提出一种假设，假设在理论概念与实际观测之间有着某种系统的相互作用。
当科学家们提出那个需要自然作出答覆的问题，而发现他们能够看到这个谜底是多么吻合的时候，他们以数百种不同的方式表达了他们的惊奇。在这种意义上，科学像是两个对手之间的赌博，在这场赌博中我们不得不猜测某个现实的行为，而这些行为与我们的信念、我们的抱负、我们的欲望无关。自然界不可能听任摆布地说那些我们要它说的话，科学研究不是独白。正因为卷入了冒险，才使这场赌博变得无比紧张和惊心动魄。
但是，西方科学的独到之处远远不是这种方法论的考虑所能描述无遗的。卡尔·波普尔(Karl Popper)在讨论科学理性的正统描述时不得不承认，在最后的分析中，合理的科学把它的存在归功于它的成功。科学方法之可用仅仅是由于我们事先想象的模型与实验的结果惊人地一致。科学是冒险的游戏，但它好像已经发现了一些问题，对于这些问题，自然所给出的答案是始终如一的。
西方科学的成功是个历史事实，是不可先验地预言的，但又是不可被抹煞的。现代科学的惊人成功已经导致我们与自然的关系上发生了不可逆的转化。在这个意义上，可以合法地使用“科学革命”这个词儿。人类的历史是由一个又一个转折点所标记的，是由一些导致了不可逆变化的场景的奇特衔接所标记的。这种关键事件之一就是“新石器时代的革命”。不过在那里，也像“选择”标志着生物进化的情形一样，我们在今天只能通过推测的方法去进行。而在科学进化中，却有着关于各个决定性事件的丰富的资料。所谓“新石器时代的革命”经历了几千年。概略地说，科学革命是三百年前才开始的。我们有一个像是唯一的机会来理解促成这场革命的“偶然性”与“必然性”的特殊而明了的混合。
科学开创了与自然的一次成功对话。另一方面，这次对话的首要成果就是发现了一个沉默的世界。这就是经典科学的佯谬。它为人们揭露了一个僵死的、被动的自然，其行为就像是一个自动机，一旦给它编好程序，它就按照程序中描述的规则不停地运行下去。在这种意义上，与自然的对话把人从自然界中孤立出来，而不是使人和自然更加密切。人类推理的胜利转变成一个令人悲伤的真理，似乎科学把它所接触到的一切都贬低了。
近代科学使它的反对者以及部分支持者都感到恐惧。反对者把它看作是致命的危险，支持者从科学所“发现”的人的孤独中看到了必须为这个新理性付出的代价。
与经典科学相连的文化上的动荡不安至少可以部分地说明科学在社会中所处位置不稳定的原因。它引起了对于理性的那些很难捉摸的含义的一种大胆的臆测，但它也招致了严厉的拒绝。稍后，我们再回过头来论述当代的反科学运动。现在让我们举一个较早一点的例子，即1920年德国的非理性运动，它构成了量子力学的文化背景。在与因果性、决定论、约化论以及理性等这样一些概念相等同的科学的对立面，有一个思想的狂潮，这些思想被科学所否定，但却被看作是自然界基本非理性的体现。于是，生命、命运、自由、自发性便成了一个不通情理的阴暗地狱的种种表现。用不着深入到使这种对科学的排除运动得以十分激烈的特殊的社会政治背景中去，我们就可以肯定，它说明了与经典科学相伴的危险。对于人们认为有意义的一组经验，只允许有一种主观的含义，这样一来，科学就冒着赋予生命、命运、自由、自发性等以一种讨厌的动力而把它们推向非理性王国中去的危险。
如李约瑟所强调过的那样，西方思想总是在两个世界之间摆动，一个是被看作自动机的世界，另一个是上帝统治着宇宙的神学世界。李约瑟把这称为“典型的欧洲痴呆病”。事实上，这两种观点是联在一起的，自动机需要一个外部的上帝。
我们当真必须作出这种悲剧的选择吗？我们一定要在导致疏远的科学与反科学的形而上学自然观这两者之间进行选择吗？我们认为，这样的选择不再是必要的了，因为科学今天所经历的变化产生了一种从根本上说是新的形势。最近的科学进化给我们一个独有的机会去重新考虑它在总的文化中的地位。近代科学起源于欧洲十七世纪这样一个特殊的历史环境。现在我们正接近二十世纪末，看来，科学为我们带来某种更加普适的信息，这信息关系到人与自然以及人与人之间的相互作用。
3
什么是经典科学的假定，使我们由这些假定而相信科学今天已经解放了它自己呢？一般说来，这些假定是以这样的基本信念为中心的，即相信在某个层次上世界是简单的，且为一些时间可逆的基本定律所支配。今天看来，这是一种过分的简单化。我们可以把它比作是把一些建筑物归结为几堆砖。然而用同一些砖，我们可以建成一座工厂，一座宫殿，或一座教堂。从建筑物整体的层次上，我们把它理解为一个时间的创造物，理解为某种文化、某种社会、某种风格的产物。但是，这里还有一个明显的问题：由于没有谁要去建造大自然，我们必须对它的所谓“砖”(就是说对它的微观活动性)给出一种描述，以便说明这个建造的过程。
经典科学的问题所在，就是它在其自身之中说明了在西方思想史中贯彻始终的两分性。用柏拉图的表达方法，只有那不变的思想世界才被传统地认为是“智慧的阳光所照亮的”。在同样的意义上，只有永恒的定律才被看作是科学理性的表示。暂时性则如同幻影一般受到歧视。今天这已不再是真的了。我们已经发现，不可逆性远不是什么幻影，而是在自然界中起着重要作用，并且处在大多数自组织过程的始端。我们发现我们自己处在一个可逆性和决定论只适用于有限的简单情况，而不可逆性和随机性却占统治地位的世界之中。
对时间和复杂性的排除是经典定义上的科学事业所引出的文化争端的中心。这些概念的挑战对于我们要描述的科学形变而言也是有决定意义的。阿瑟·爱丁顿在他的巨著《物质世界的本性》(The Nature of the Physical World)一书中，引入了第一级定律与第二级定律的区分。“第一级定律”控制着单个粒子的行为；“第二级定律”可适用于原子或分子的集合。坚持第二级定律，就是强调对基本行为的描述还不足以把系统作为一个整体去认识。按照爱丁顿的看法，第二级定律的一个杰出范例，就是在物理学上引入“时间之矢”这个概念的热力学第二定律。爱丁顿写道：“从科学的哲学观点来看，我认为，与熵相连的概念一定会被当作十九世纪对科学思想的伟大贡献。因为它标志了对科学需要加以注意的任何事物都是用对客体的微观解剖来发现的这样一种观点的反动。”今天，这个趋势已被戏剧般地加以扩大。
近代科学的一些最伟大的成功确实是在微观的(即分子、原子、基本粒子的)层次上发现的。例如，分子生物学由于分离出在生命机制中起根本作用的特殊分子而获得了巨大的成功。实际上，这个成功是如此地压倒一切，以致对许多科学家来说，研究的目的，按爱丁顿的说法，已经变成“对客体的微观解剖”了。然而，热力学第二定律向这样的一种自然概念(它消除复杂性并把复杂性约化为某个隐藏着的世界的简单性)第一次提出了挑战。今天，我们的兴趣正从“实体”转移到“关系”，转移到“信息”，转移到“时间”上。
这个观点上的改变并不是出自某种武断。在物理学里，它是由那些谁也不可能先知的新发现强加给我们的。谁曾预料过大多数的(而且也许是所有的)基本粒子被证明是不稳定的呢？谁曾期望过，对膨胀着的宇宙的实验验证，使我们能去想象整个世界的历史呢？
在二十世纪末，我们学会了更好地理解曾为当代物理学定形的两次伟大革命(量子力学和相对论)的意义。这两次伟大革命的起始点是试图对经典力学进行校正并把新发现的两个普适常数纳入其中。今天，局面已经改观。量子力学为我们给出了描述基本粒子不断相互转化的理论框架。同样，广义相对论已经成为使我们能够描述我们宇宙早期热史的基本理论。
我们的宇宙具有一个多元论的复杂特点。结构可能消失，也可能出现。就我们所知，有些过程能够用决定论的方程很好地描述，但另一些却涉及概率过程。
那末，我们怎么能克服这些概念间的明显的矛盾呢？我们生活在一个单一的宇宙之中。我们将看到，我们正在开始对这些问题的意义进行估价。而且，我们现在对我们观察和描述的各种现象所赋予的重要性，和经典物理学对它们所赋予的重要性相比，有相当大的差别，甚至是正好相反。我们已经提过，在经典物理学中，基本的过程被认为是决定论的和可逆的。涉及随机性和不可逆性的过程则被认为是例外。今天，我们在各处都看到不可逆过程所起的作用，看到涨落所起的作用。在我们看来，经典物理学所考虑的模型只是在一些有限的场合发生的，有些场合我们能够人为地造出来，比如把物质放入一个盒子里，然后等待其达到平衡态。
人为的过程可以是决定论的和可逆的。自然的过程包含着随机性和不可逆性的基本要素。这就导致了一种新的物质观，在其中，物质不再是机械论世界观中所描述的那种被动的实体，而是与自发的活性相联的。这个转变是如此深远，所以我们在序言中指出，我们真的能够说到人与自然的新的对话。
4
本书讨论从经典科学的黄金时代到今天的科学上的这个概念的变迁。为描述这一变迁，我们可以选择多种方法。我们可以研究基本粒子问题，我们可以追溯近来在天体物理学中的引人瞩目的进展。这些都是可能为科学划出前沿的题目。但是我们在序言中说过，在过去的几年中，就在我们这个层次上发现了自然界如此繁多的新特点，以致我们决定就集中到这个中间层次上，集中到基本上属于我们宏观世界(包括原子、分子，特别是生物分子)的一些问题上。还应强调，在各个层次上，无论是基本粒子、化学、生物学或宇宙学的层次上，科学的进化是在一些差不多平行的线上进行的。在每个领域，自组织、复杂性和时间都起着一种新的意想不到的作用。
因此，我们的目的是从一个确定的观点出发，考察三个世纪来科学进步的意义。在我们选择我们的材料的方法上，无疑含有主观的因素。时间的问题确实是我们研究的中心所在，我们当中的一个人已经从事这个研究一辈子了。当他还是个青年学生，在布鲁塞尔大学初次接触到物理学和化学的时候，使他感到惊奇的是，科学对于“时间”竟谈得如此之少，特别是因为他的早年教育主要是以历史和考古为中心的。这种惊奇可能把他引导到两种态度上去，关于这两种态度我们都找到了过去的例证。一种是抛弃这个问题，因为在经典科学里看来是没有“时间”的位置的；另一种态度就是去寻找理解自然的其他途径，在其中时间将起着不同的但更为根本的作用。我们只要举出我们时代的两位哲学家为例，柏格森和怀特海就选择了这样的道路。前者的见解被称作“实证主义”的，后者的见解叫作“形而上学”的。
但是，这里还有第三条道路，就是要问一问，在物理学和化学中惯常考虑的时间演化的简单性，是不是由于这样的事实，即把注意力主要放到了某些非常简单化的场合，放到了我们提过的砖堆上而不是教堂上。
本书分为三部分。第一部分讨论经典科学的胜利以及这个胜利所带来的文化上的后果。最初，科学受到了热情的恭维。随后，我们将叙述文化上的两极分化，它是经典科学的存在及其惊人的成功所带来的结果。这一成功是被当作成功(也许要限制其含义)来接受呢，还是一定要把科学方法本身当作偏见或错觉而加以拒绝呢？两种选择都导致同一结果——通常所说的“两种文化”即自然科学与人文科学之间的抵触。
自从经典科学形成以来，这些问题在西方思想中起着基本的作用。我们一而再、再而三地遇到这个问题：“怎样选择？”在这个问题中，艾赛亚·伯林已经正确地看出了自然科学与人文科学之间分裂的起点：
特殊和唯一对重复和普适，具体对抽象，永恒的运动对静止，内部对外部，质对量，受文明制约的对无时间限制的原则，作为人的一种永恒状态的精神奋斗与自我改造对和平、有序、最终谐和以及人类一切合理希望得到满足的可能性(及合意性)——这些就是形成对比的一些方面。
我们花了很大篇幅讨论经典力学。的确，从我们的观点来看，这是最有利的要点，从这个要点我们可以细看当今科学的变化。经典力学以特别清楚和显著的方式表达了静止的自然观。这里，时间显然被约化为一个参数，未来和过去是等价的。诚然，量子论已经提出了许多经典动力学未能解决的新问题。但它仍然保留了不少经典动力学的概念立场，尤其是对时间和过程而言。
早在十九世纪初，正当经典科学获得胜利，牛顿的纲领统治了法兰西科学而法兰西科学又统治了欧洲的时候，对牛顿结构的首次威胁就已经隐约可见了。在我们研究的第二部分里，我们将从傅里叶表述热传播定律时的第一次挑战开始，跟踪牛顿引力学说的对手——热学的发展。实际上，傅里叶的热传播定律就是对经典力学中某个不可想象的事物即不可逆过程的第一次定量的描述。
热学的两个后代，即能量转换的学说和热机的学说，产生了第一个“非经典”的科学——热力学。热力学的最初始的贡献就是著名的第二定律，它在物理学中引入了时间之矢。这个引入是更全面的知识进步的一部分。十九世纪真是进化的世纪，生物学、地质学和社会学都强调了演化的过程，即不断增加着复杂性的过程。至于热力学，它的产生正是基于对两种过程的区分：与时间的方向无关的可逆过程和与时间的方向有关的不可逆过程。我们将在后面看到它们的一些例子。正是为了区分这两种过程才引入了熵的概念，因为熵的增加仅仅是由于不可逆过程。
在十九世纪，热力学变化的终态是科学研究的重点，这是平衡态热力学。不可逆过程被当作是讨厌的东西，是干扰，是不值得研究的题目而遭到蔑视。但今天这种情况完全改变了。我们现在知道，在远离平衡态的地方，一些新型的结构可能自发地出现。在远离平衡的条件下，我们可能得到从无序、从热混沌到有序的转变。可能产生一些物质的新力学态，反映了给定系统与其周围环境相互作用的态。我们把这些新的结构叫作耗散结构，以强调耗散过程在这些结构的形成中所起的建设性的作用。
本书叙述了一些新的方法，这些方法是近年来为处理耗散结构的产生和变化而发展起来的。在这里我们能找到一些像主旋律一样在本书始终反覆出现的关键词：非线性，不稳定性，涨落。它们已经开始把我们的自然观渗透到甚至超出物理学和化学的固有领域之外。
我们在讨论自然科学与人文科学的对立时，曾引述过艾赛亚·伯林的话，他把特殊和唯一列在与重复和普适相对的地位。但是值得指出的是，当我们从平衡态走到远离平衡态时，我们便离开了重复和普适而达到了特殊和唯一。诚然，平衡态的定律是普适的，近于平衡态的物质是以“重复”的方式动作的。但另一方面，远离平衡态时却出现了各种各样的机制，对应着发生各种各样耗散结构的可能性。例如，在远离平衡态的地方，我们可以看到化学钟的出现。化学钟就是以连贯的、有节奏的方式进行的化学反应。我们还能得到一些自组织过程，导致非平衡态晶体的不均匀结构。
我们要着重指出这一行为的出人意料的特点。对于化学反应是怎样发生的，我们每个人都有一种直觉的看法。我们想象在空间中浮动的分子彼此碰撞着，并以新的形式再现。我们看到的是混沌的行为，有点像原子论者在说到空气中飞扬的灰尘时所描述的那样。但在化学钟里，这个行为是十分不同的。虽然有点过于简化，但我们还是可以这样说，在化学钟里，所有分子以一定的时间间隔，同时改变它们的化学性质。如果可以把这些分子想象成是蓝色的或红色的，我们就会看到它们的颜色随着化学钟反应的节奏而变化。
显然，这种情形不能再用“混沌行为”的术语去描述了，一种新型的有序已经出现了。我们可以说它是一种新的相干性，一种分子之间的“通信”机制。但这种形式的通信只能在远离平衡态的条件下出现。令人十分感兴趣的是，这种形式的通信似乎是生物世界的惯例。这在实际上可被用来当作定义某个生物系统的恰当基础。
此外，耗散结构的类型严格地依赖于它们得以形成的那些条件。诸如地球引力场以及磁场等那样的外部场可能在自组织的选择机制上起着主要作用。
我们开始看到我们怎样能从化学出发，去建造复杂的结构，复杂的形式，其中的一些可能已是生命的先驱。看来可以肯定，这些远离平衡态的现象说明了物质具有一种根本的且出人意料的性质：从此物理学便可描述适应外部条件的结构。在相当简单的化学系统中我们遇到一种“前生物”的适应机制。用带有拟人化的语言来说，处于平衡态的物质是“瞎”的，但在远离平衡态条件下，它开始能以它的机能去感知，去“考虑”外部世界(例如弱引力场或电场)的差别。
当然，生命起源的问题仍然是个困难的问题，我们不能设想这个问题的一个简单的解就在我们的眼前。但是从这个前景来看，生命不再和物理学的“常规”定律相对立(生命在和这些定律作斗争，以避免其衰亡的正常命运)，相反，生命好像在用一种特殊的方式表达着我们的生物圈得以寄身的那些条件，其中包括化学反应的非线性以及太阳辐射给予生物圈的远离平衡态的条件。
我们已经讨论了使我们能描述耗散结构形成的一些概念，例如分叉理论。值得指出的是，靠近分叉点的系统呈现出很大的涨落。这样的系统好像是在各种可能的进化方向之间“犹豫不决”，通常意义下的著名的大数定律被打破了。一个小的涨落可以引起一个全新的变化，这新的变化将剧烈地改变该宏观系统的整个行为。人们无疑会把这些和社会现象进行类比，甚至和历史进行类比。我们远远不是将“偶然性”与“必然性”对立起来，我们现在看到这两者在描述远离平衡态的非线性系统时同样都是主要的。
就是这样，本书的前两部分讨论了两种互相矛盾的物理宇宙观：经典动力学的静止观点和与熵联在一起的进化观点。这两种观点之间的交锋已成为不可避免的了。但由于把不可逆性看作是一种幻影，一种近似，这场交锋被拖延了相当长的一段时间，正是人，在一个没有时间的宇宙中引入了时间。不过，把不可逆性约化成一个幻影或约化成一些近似，这种解决问题的办法不再能被接受。因为我们知道，不可逆性可能是有序的源泉，相干的源泉，组织的源泉。
我们再也不能避免这场交锋了。这就是本书第三部分的主题。我们叙述最初在经典力学中后来在量子力学中惯常使用的解决不可逆性问题的几种尝试。这里，玻耳兹曼和吉布斯等人作出了开创性的工作。但是我们可以说，问题基本上仍未得到解决。如卡尔·波普尔所述，这是一个戏剧般的故事：起初，玻耳兹曼想，他已经对隐含在第二定律中的新的时间概念给出了一个客观的表述。但他和泽梅洛(Zermelo)等人辩论的结果却使他不得不退却下来。
在历史的光明中(或在历史的黑暗中)玻耳兹曼被打败了。虽然大家都承认玻耳兹曼是一位卓越的物理学家，然而按照所有被接受的标准，他被打败了。因为他从来不曾成功地阐明他的 定理的状态，他也没有解释清楚熵的增加……就是这个压力使他丧失了对他自己的信任……
不可逆性的问题依然是一个引起激烈争论的题目。在热力学第二定律被发现的一百五十年之后，这怎么会可能呢？这个问题有许多方面的原因，有些是文化上的，有些是技术上的。在对时间的怀疑中，有一个文化上的成分。我们将在几种场合引述爱因斯坦的观点。他的判断是不再改变的：时间(和不可逆性一样)是一种幻影。事实上，爱因斯坦是在重复乔尔丹诺·布鲁诺在十六世纪写过的并且已经在几个世纪内成为科学信条的话：“因此，宇宙是单一的、无限的、不动的……它不移动自身的位置……它不产生自身……它是不可毁灭的……它是不可改变的……”在一段很长的时期内，布鲁诺的看法统治着西方世界的科学观。因此，主要来自工程科学和物理化学的不可逆性的闯入是被带着怀疑接受的，这一点并不奇怪。可是，除了文化上的原因之外，还有一些技术上的原因。所有想从动力学中“导出”不可逆性的尝试都必然要失败，因为不可逆性并不是一种普适的现象。我们可以想象一些严格可逆的情况，比如无摩擦的摆，或行星的运动。这个失败使人感到气馁，感到不可逆性的整个概念终于具有一个主观的来源。我们将相当详细地讨论这些问题。让我们在这里说，我们今天可以从一种不同的观点来看这一问题，因为我们现在知道有着不同类别的动力学系统。世界远不是均匀的。因此这个问题可以用不同的术语提出：能够“区分”过去和未来的那些动力学系统的特殊结构是什么？所涉及的最低复杂性是什么？
沿着这些路线已经取得了进步。现在我们能对时间在自然界中的根源知道得更加确切。这具有深远的后果。热力学第二定律，即熵定律，在宏观世界中引入了不可逆性。我们现在在微观层次上也能理解它的意义。我们将看到，第二定律相当于一种选择规则，相当于对初始条件的一个限制，这个限制后来被热力学定律所传播。因此，第二定律为我们对自然的描述引入了一个新的不可缺少的要素。它是和动力学相一致的，但是它不可能从动力学导出。
玻耳兹曼已经认识到概率一定和不可逆性有密切的关系。仅当一个系统以某种足够随机的方式动作时，过去和未来的差别(因此还有不可逆性)才能进入它的描述中去。我们的分析证实了这种观点。的确，在对自然的决定论的描述中，时间之矢的意义是什么呢？假如未来已经以某种方式被包含在现在之中，现在也包含着过去，那末时间之矢还有什么意义呢？时间之矢是这样一种事实的表现，即未来并没有被给出，或者像法国诗人保尔·瓦莱利(Paul )所强调的那样，“时间是构造”。
我们日常生活的经验表明在时间与空间之间有着根本区别。我们可以从空间中的一点移到另一点。但是，我们不能把时间倒过来。我们不能交换过去和未来。我们将看到，这个不可能性的感觉现在正在得到精确的科学含义。用某个无限的熵垒，可以把被允许的那些态和被热力学第二定律禁止的那些态区分开。在物理学中还有另外一些垒。其一就是光速，按照我们今天的观点，它是信号传播速度的极限。这个垒的存在是很重要的，假如不存在的话，因果性就会摔成碎片。同样，熵垒是为通信赋予某种意义的前提。想象一下，假如我们的未来对另一些人来说成了过去，那末将会发生什么事情!后面我们还要回到这个问题上来。
物理学的最近进展已经强调了时间的真实性。在这个过程中，时间的新的方面已经被揭示出来。对时间的关注贯穿在我们的整个世纪之中。让我们想一下爱因斯坦、普鲁斯特、弗洛伊德、泰尔哈德(Teilhard)、皮尔斯或怀特海。
爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论的最令人吃惊的结果之一，就是引入了一个与每个观察者相联的地方时。但是，这个地方时依然是可逆的时间。无论是在狭义相对论中，还是在广义相对论中，爱因斯坦的问题主要是观察者之间的“通信”问题，是这些观察者能够比较时间间隔的方法。然而现在我们能够在另一些概念的来龙去脉中去研究时间了。
在经典力学中，时间是一个数，标志着一个点在其轨道上的位置。但是在某个全局性的层次上，时间可能还有另一种不同的意义。当我们看一个小孩并猜测他或她的年龄时，这个年龄并不存在于这小孩身体的任何一个特殊部位上。这是一种全局性的判断。人们常常说科学把时间空间化了。但我们现在发现，另一种观点也是可能的。考虑一处风景及其变化：村庄在发展，桥和路联接了不同的区域，并使它们得到改造。这样，空间得到了一个时间维，按照地理学家贝里(B.Berry)的说法，我们已被引导去研究“空间的计时”了。
不过，最重要的进步也许就是，我们现在可以从另一种不同的角度来看结构的问题，有序的问题。我们将在第八章中说明，按照动力学的观点(无论是经典动力学的还是量子力学的观点)，不可能有任何一种由时间指向的进化。由于“信息”可以用动力学的术语来定义，信息在时间中仍是不变的。这听起来是悖理的。当我们混合两种液体的时候，并没有发生任何“演变”，尽管事实上我们不可能不用某种外来的手段而取消这混合的结果。相反，熵定律把这个混合描述成是向“无序”的演变，向最大概率状态的演变。现在我们可以证明，这两种描述并不矛盾，但是说到信息或有序，我们必须重新定义我们所考虑的单元。重要的新事实是，我们现在可以建立从一种形式的单元到另一种形式的单元的精确规则。换句话说，我们已经得出第二定律所表达的进化范式的一种微观表述。由于这种进化范式包括了化学的全部和生物学及社会科学的主要部分，在我们看来，这是一个重要的结论。这种深刻的认识是在晚近得到的。在物理学中发生的重新概念化的过程还远远没有完成。但是我们的意图并不是要把科学的确定收获，它的稳定的和完全确立的成果弄个明白。我们想做的是强调科学活动的概念创造能力，以及它所带来的新前景和新问题。无论如何，我们现在懂得，我们不过刚刚开始这种探索。我们不应该认为疑问或危险即将结束。因此，我们决定使事物像我们现在所看到的样子呈现出来，并且完全知道我们的答案是多么不完善。
5
欧文·薛定谔有一次写了下面这段话，惹起了许多科学哲学家的愤怒：
……有一种倾向，忘记了整个科学是与总的人类文化紧密相联的，忘记了科学发现，哪怕那些在当时是最先进的、深奥的和难于掌握的发现，离开了它们在文化中的前因后果也都是毫无意义的。如果有一种理论科学，它不懂得它的结构中那些被认为是要害的部分，最终不免要被纳入一些概念和词语(它们抓住了有教养的团体)的框架之中并成为一般世界图式的一部分——我认为，如果有一种理论科学，在那里，这一点已被忘记，在那里，已经对它入了们的人用那些最多只被少数游客所懂得的术语互相继续着冥想，那末，这种理论科学必将被其他有教养的人所抛弃。尽管深奥难懂的闲谈可能会在那些乐于孤立的专家群内部继续着，但随着时间的流逝，它注定要萎缩和僵化。
本书的基本论题之一就是下述两者之间的强相互作用：整个文化所固有的问题和个别科学内部的概念问题。正在科学的心脏之处，我们发现了关于时间的问题。演化和不可逆性，这是几代哲学家也为之付出了毕生精力的问题。今天，当历史(无论是经济的、人口学的或是政治的历史)正以前所未有的速度前进时，新问题和新兴趣要求我们进行新的对话，寻找新的一致性。
但是我们知道，科学的进步经常被人们用分裂的术语描述成一种从具体经验到越来越难掌握的抽象阶段的变换。我们相信，在认识论上，这种解释只是历史情况的反映(经典科学在这种历史情况中找到了自己)，是经典科学无能把人与环境相互关系的广泛领域包括到它的理论框架中去的结果。
毫无疑问，存在着科学理论的抽象发展。但是对于科学发展来说有决定意义的概念革新并不一定属于这种类型。时间的再发现既有科学内部历史的根源，又有社会关系中的根源，今天，科学正是在这个社会关系中找到了自己。诸如不稳定基本粒子的发现或膨胀宇宙的发现，都清楚地属于科学的内部历史。但在非平衡的情形，在进化着的系统中，一般的兴趣可能反映出我们感觉到整个人文学科今天正处于一个变迁的时期。我们将要在第五章和第六章中报告的许多结果，例如有关振荡化学反应的结果，有可能在许多年前就被发现，但是对这些非平衡态问题的研究工作在当时的文化和意识形态的环境中被压抑了。
我们知道，肯定这种对文化内容的敏感，就违背了科学的传统概念。按照这种观点，科学是通过把自己从认识自然的过时形式中解放出来而得到发展的。它在一种可以比作是理性“苦修”的过程中纯洁了它自己。但这一点又引出了如下的结论：科学应当只由那些独立生活、不问世事的团体去实践。按照这个观点，理想的科学团体应当得到免于社会的压力和需求的保护。科学进步应当主要是自治的过程，任何“外面”的影响，比如科学家参与其他的文化、社会或经济活动，将仅仅起干扰或延迟的作用。
这种抽象的理想，科学家退隐的理想，在另一个理想中找到了同盟者，这个理想关心的是一个“真正”研究者的天职，就是说他要从世俗变迁中逃脱出去的愿望。爱因斯坦描写过这样一类科学家，假如“上帝的天使”被赋予把一切“无价值”的人——没有说是在哪一方面——从“科学庙堂”中逐出的任务，那末这类科学家将会得到天使的青睐。一般说来，他们是
……相当怪癖、沉默寡言和孤独的人，尽管有这些共同特点，实际上他们彼此之间很不一样，不像被赶走的那许多人那样彼此相似。
究竟是什么把他们引到这座庙堂里来的呢？……把人们引向艺术和科学的最强烈的动机之一，是要逃避日常生活中令人厌恶的粗俗的和使人绝望的沉闷，是要摆脱人们自己反覆无常的欲望的桎梏。一个修养有素的人总是渴望逃避个人生活而进入客观知觉和思维的世界；这种愿望好比城市里的人渴望逃避喧嚣拥挤的环境，而到高山上去享受幽静的生活，在那里，透过清寂而纯洁的空气，可以自由地眺望，陶醉于那似乎是为永恒而设计的宁静景色。
除了这种消极的动机以外，还有一种积极的动机。人们总想以最适当的方式来画出一幅简化的和易领悟的世界图像，于是他就试图用他的这种世界体系来代替经验的世界，并来征服它。
一方面是科学所寻求的禁欲主义的美，另一方面是被爱因斯坦如此敏锐地感觉到的市俗经验的小旋涡，这两者之间的不相容性，容易被另一种不相容性增强。这另一种不相容性是公然的摩尼教式的不相容性，是科学与社会之间，更确切地说，是自由的人类创造力与政治权力之间的不相容性。在这种情况下，研究工作不必在孤立的团体中或在庙堂中进行，而是在一个堡垒中，或者还可以像德林迈特(Dǖerrenmatt)在他的剧作《物理学家》(The Physicists)里所想象的，在疯人院里进行。在这个剧中，三位物理学家讨论要用怎样的方法和手段推进物理学的发展，同时又能保护人类避免政治权力盗用物理学进步成果所造成的可怕的后果。他们得出结论：唯一可能的方法就是他们当中的一个人已经选择的方法。他们全都决定装疯，躲到疯人院里去。该剧结尾时，如命中注定的那样，他们的最后避难所被发现只是一个幻想。疯人院的女院长暗中侦查了她的病人，偷窃了他的研究成果，夺得了世界政权。
德林迈特的剧作把我们引到科学活动的第三概念：科学通过把现实的复杂性约化为一种隐藏的简单性而得到进步。物理学家摩比尤斯(Moebius，剧中的人物)试图在疯人院中隐藏的是这样的事实，即他已经成功地解决了引力的问题，解决了基本粒子的统一场论，以及最后得出了“万能发明原理”——绝对权力的源泉。当然，德林迈特为建立他的观点进行了简化，但得到公认的是：在“科学庙堂”中被寻找的东西正是宇宙的“公式”。已经被描绘成禁欲主义者的科学家，现在变成了一种魔术师，一个与世隔绝的人，揭露一切物理现象的万能钥匙的潜在掌握者，因此，他具有潜在地万能的知识。这把我们带回到我们已经提出过的问题：只有在简单的世界中(特别是经典科学的世界中，在那里，复杂性仅仅是基本的简单性的面纱而已)，某种能提供万能钥匙的知识才会存在。
我们时代的问题之一就是克服那种认为科学团体的孤立状态是正常的并要加强这种状态的倾向。我们必须为科学与社会间的沟通打开新渠道。本书正是在这样的思想指导下写成的。我们都知道，人类正在以前所未有的规模改造着他的自然环境。如塞奇·莫斯科维奇(Serge Moscovici)指出的，人类在创造一个“新的自然”。但是，为了理解这个人造的世界，我们需要一种科学，它不仅是顺从外部兴趣的工具，也不是任其在底层社会滋长的癌瘤。
早在两千年前，庄子就写道：
天其运乎!地其处乎!日月其争于所乎？孰主张是？孰维纲是？孰居无事推而行是？意者其有机缄而不得已邪？意者其运转而不能自止邪？
我们相信，我们正朝着一种新的综合前进，朝着一种新的自然主义前进。也许我们最终能够把西方的传统(带着它对实验和定量表述的强调)与中国的传统(带着它那自发的、自组织的世界观)结合起来。在本导论的开始，我们引述了雅克·莫诺的话，他的结论是，“古老的盟约撕成了碎片，人类至少知道他在宇宙的冷冰冰的无限空间中是孤独的，他的出现是偶然的。”也许莫诺是对的。古代的同盟已被打碎。我们的任务不是去悲叹过去，而是要试图在这科学的极不平凡的多样性中发现某种统一的线索。科学的每个伟大时期，都引出某个自然界的模型。对经典科学来说，这个模型是钟表。对十九世纪的科学，即工业革命时代来说，这个模型是一个逐渐慢下来的发动机。对于我们来说，标志可能是什么呢？我们头脑里的东西也许可以用那些从古印度或前哥伦布的艺术直到我们时代为止的雕刻最好地表达出来。在一些最美的雕像中(无论是在舞蹈的湿婆(Shiva)中或是盖来罗(Guerrero)的小型庙堂中)，十分清晰地表现出一种寻求，寻求静止与运动之间、捕捉到的时间与流逝的时间之间的接合。我们相信，这个对照将把它的独一无二的特点赋予我们的时代。
从混沌到有序
第1编 宇宙的幻象
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1理性的胜利 1.1新的摩西
自然和自然的法则在黑夜中隐藏；
上帝说，让牛顿去吧!
于是一切都已照亮。
——亚历山大·蒲柏
为牛顿写的墓志铭
(牛顿故于1727年)
蒲柏使用这种富有戏剧色彩的笔调是毫无奇怪之处的。在十八世纪英格兰人的眼里，牛顿就是受过所谓“律条”指点的“新的摩西”。诗人、建筑师、雕刻家们协力塑造纪念碑，整个民族在一起集会，庆祝这个无与伦比的大事：一个人发现了自然所说的和所遵守的语言。
自然不得不屈从于他的聪敏才学，
愉快地向他交出她的全部秘诀；
她对数学不曾设防，
因而只得向实验结果投降。
伦理学和政治学把牛顿事件作为它们论据的基础。于是德萨古利耶(Desaguliers)把新自然秩序的含义移进了政治教本：君主立宪制乃是最好的政体，因为国王，像太阳一样，其权力受到它的限制：
像大臣们注视着他的眼色，
六部围着他的王位神秘起舞，
他从他弯曲的路线上使他们运动，
借助于吸引力使他们的轨道屈从，
他那受法律约束但仍使他们自由的权力
指导着而不是破坏着他们的自由。
牛顿自己虽然没有侵入精神科学的范畴，但他对于他在《原理》中所建立的法则的普适性却没有任何犹豫。他在他的《光学》一书中著名的第三十一个问题里断言，自然是“非常和谐自适的”——而且这个有力而简洁的语言包藏着很广泛的主张：燃烧、发酵、热、粘结、磁等等，没有哪一个自然过程不是由这些能动的力——吸引力和排斥力——所产生的，这些力不仅控制着星体的运动，而且控制着自由落体的运动。
牛顿在他还活着时就已是一位民族英雄，而在将近一个世纪之后，主要是通过拉普拉斯的强大影响，他成了欧洲科学革命的象征。天文学家巡视数学所统治的太空。牛顿系统成功地克服了一切障碍。更有甚者，它打开了通向数学方法的道路，由于这种数学方法，表面的偏差能够得到解释，甚至能用来推测出存在着当时尚未知道的行星。在这种意义上说，对海王星的预言乃是牛顿的远见卓识中内在的预言力的贡献。
十九世纪初，牛顿的名字几乎成为一切作为范例的事物的象征，但是对他的方法却有着几种互相矛盾的解释。一些人认为它为可用数学表述的定量实验提供了一个蓝图，对于这些人，化学找到了它自己的牛顿——拉瓦锡。他开创了对天平的系统使用，这对于在验证质量守恒的基础上建立定量化学来说真是决定性的一步。而在其他人看来，牛顿的战略在于隔离某个主要的特殊事实并利用它作为对给定的一组现象作进一步推演的基础。从这个看法上说，牛顿的天才在于他的实用主义方法。他并不企图解释引力，而是把它作为一个事实。同样，每个学科也应把某些主要的未经解释的事实作为出发点。这样，医生们感到他们受到牛顿的许可去修补活力论的概念，谈论独特的“生命力”，利用这个生命力可以使生命现象的描述得到一种被期待的系统的一致性。这与被当作一种特殊的化学相互作用力的亲和力扮演的是同一个角色。
一些“真正的牛顿派”对这个力的扩散提出抗议并且重新断定了引力的解释能力的普适性。但是已为时过晚。现在牛顿的这一术语被用于研究定律体系、研究平衡现象的每一事物，甚至被用于一方面自然秩序另一方面道德、社会和政治秩序都可以用包罗一切的谐和性去表达的所有场合。浪漫的哲学家甚至在牛顿的宇宙中发现了被自然力所激励的迷惘的世界。更多的“正统”物理学家从中看到被数学所统治的力学世界。对于实证主义者，这意味着一个步骤的成功，一个被视为与科学的真正定义等同的秘诀的成功。
余下来的是文学——经常叫做牛顿的文学；在星球社会中统治着的谐和性，给出化合物的“社会生活”的有选择的亲和性和敌对性，这些作为可以向人类社会过渡的过程而出现。毫不奇怪，这个时期是经典科学的黄金时代。
今天，牛顿科学仍然占有独一无二的地位。它所引进的一些基本概念代表了从所有科学变革中幸存下来的最后成果。但是今天我们知道，经典科学的黄金时代已经过去了，而且这样一种思想也随之一去不复返了：这种思想认为虽然对牛顿的推理有着各种互相矛盾的解释，但这个推理方法组成了我们和自然对话的一个合适的基础。
本书的一个中心主题就是牛顿的胜利，就是直到今天不断扩充着牛顿思想的新研究领域的继续开创。本书也要讨论从这个胜利中产生的怀疑和斗争。今天我们开始更清楚地看到牛顿推理的局限性。科学和自然的更一致的概念看来正在出现。这个新概念正在为知识和文化的新的统一铺平道路。
1.2一个失去人性的世界
……愿上帝保佑我们
离开单一的梦幻和牛顿的长眠!
——威廉·布莱克
1802年11月22日写给托马斯·巴茨的信
要解释牛顿科学在文化中的地位的不稳定性，最好是引述联合国教科文组织关于科学与文化的关系的报告。该报告写道：
一个多世纪以来，科学活动的部分在其周围的文化空间内已增长到如此的程度，以致它好像正在代替整个文化本身。某些人相信，这只是由于其高速发展而形成的幻影，这个文化的力线将很快重新申明自己并把科学带回到为人类服务中去。另一些人考虑，最近科学的胜利最终要给它统治整个文化的资格，而且文化之所以能继续被大家知道，仅仅因为它是通过科学装置来传播的。还有一些人，被只要人和社会在科学的支配之下就会受到操纵的危险所吓倒，他们觉察到在远处隐隐出现的文化灾难的幽灵。
这样说来，科学像是文化体内的癌瘤，它的增殖威胁着要破坏整个文化的生命。问题在于我们能否统治科学和控制其发展，或者说，我们是否将被奴役。在仅仅一百五十年间，科学已经从鼓舞西方文化的源泉降为一种威胁。它不仅威胁人的物质存在，而且更狡猾地，它还威胁着要破坏最深地扎根于我们的文化生活中的传统和经验。受到控告的不是某种科学突破在技术上的附带成果，而是“科学精神”自身。
无论这个控告所指的是科学的文化所渗出的全盘怀疑论，还是通过科学理论所得到的特殊结论，今天人们常常断言：科学正在使我们的世界降格。几代以来愉快和惊奇的源泉在它的一触之下而干涸，它所触及的一切都失去了人性。
十分奇怪，科学进步所带来的决定命运的解除迷惘的思想不仅是科学的批评家所具有的思想，而且是经常保护或推崇科学的人所具有的思想。因此，历史学家吉利斯皮(C.C.Gillispie)在其《客观性的锋芒》(The Edge of Objectivity)一书中表达了对许多批评科学和不懈地致力于把“客观性的锋芒”弄钝的人的同情：
的确，研究自然的主观方法的复活构成了一个悲惨的主题，它的废墟像良好的意图一样在科学所走过的土地上遍布着，仅仅在如李森科学说和人性学 ［*］ 的陌生角落中幸存，在那里自然是被社会化和道德化了的。这些幸存者是不断企图摆脱西方人类最有特色和最成功的运动的影响的一些遗物，而这个运动注定要挫败幸存者的企图。因此，正像对着必然之物的任何攻击一样，浪漫的自然哲学已经导致从自暴自弃到英雄主义的情绪上的每一个细微差别。从最丑恶的方面说，它是对于智能的感情上的或粗俗的敌对。从最高尚的方面说，它鼓舞了狄德罗的自然主义的和道德化的科学，歌德的自然人格化，华兹华斯的诗篇，以及艾尔弗雷德·诺思·怀特海的哲学，或者任何其他人的哲学，他们要在科学中为我们对于自然的定性的和审美的鉴赏寻找一个位置。它是这些人的科学，他们要构成开花的植物学和日落的气象学。因此，科学导致悲剧的形而上学的选择。“人”不得不在两件事中作出选择：一件是使人放心的但是非理性的诱惑，以便在自然中寻找人类价值的保证，寻找表明基本相互关系的某些迹象。另一件是对理性的保真，即把人类从寂静的世界中孤立出来。
另一个主题(统治)的回声混合着解除迷惘的回声。同时，解除迷惘的世界是一个倾向于控制和操纵的世界。任何科学都把世界想象为按照一个把其各种财富归结为一般定律的简单应用的普适的理论计划被统治着，借此把它自己当作是统治的工具。而人类，这个世界的陌生者，把自己当作它的主人。
最近几十年中，这个迷惘的解除采取了各种形式。系统地研究各种反科学的形式超出了本书的目的。在第三章中我们将更详细一点地讨论西方思想对牛顿理性惊人胜利的反动。这里让我们仅注意，现在有了一个关于自然的流行态度上的深刻变化以及对于存在着科学和“自然主义”之间的深刻对立的普遍信念，虽然我们认为这种信念是错误的。为了说明最近几年中至少出现了几种反科学批判主义的形式，我们选择了三个有意义的例子。我们从海德格尔开始，他的哲学对当代思想有很深的影响。我们也将提及阿瑟·凯斯特勒(Arthur Koestler)和伟大的科学史家亚历山大·柯伊莱提出的批评。
马丁·海德格尔所批判的正是科学所致力的核心，他把这个核心看做基本上和永恒的目标即统治自然有关。因此海德格尔主张，科学理性乃是自从古希腊开始就已隐隐呈现的某种东西的最终成就，这就是，在一切理性讨论或艰辛工作中起作用的统治意志，潜伏在一切实证的和可传授的知识中的狂热。海德格尔强调了他的所谓技术框架与科学框架，这个框架导致世界以及人类的总的安排。
这样，海德格尔没有详细分析任何特殊的技术或科学的成果或过程。他对之挑战的是技术的本质，是考虑每一件事的方法。每个理论都是组成西方历史的主计划的实施的一部分。根据海德格尔的思想，我们称之为某科学“理论”的东西乃是一种研究问题的方法，按照这种方法，事物被归结为受控制。和技术家一样，科学家是装扮成渴求知识的统治意志手中的玩物。科学家研究事物的方法使这些事物遭受系统的伤害。
近代物理学不是实验的物理学，因为它使用实验设备去研究自然。宁可倒过来说才是对的。因为物理学已经作为纯理论，要求自然用可以预言的力去表现自己，物理学建立实验的唯一目的正是为了问一问自然是否遵从以及怎样遵从科学事先想象的模式。
同样，海德格尔不关心这样的事实，例如工业污染毁灭了莱茵河中的一切动物的生命。他所关心的是该河为人作出的服务。
水电厂建造在莱茵河中。水电厂使莱茵河提供水压，而这水压又能推动涡轮……。水电厂并不像
几百年来连接两岸的古老木桥那样建立在莱茵河之中，相反，该河被拦河坝拦进电厂。现在的河流，即水的提供者，是从电站的本质中来的。
跨在莱茵河上的古桥之所以有价值并不是作为久经考验的能力和周密精确的观察的一个证据，而是因为它不曾“使用”该河。
海德格尔的批评把实证的可传授的知识的理想当作威胁，反映了我们已在导论中提到的反科学运动的某些主题。但是在科学与统治意志间有某种不可分隔的联系的思想也渗透进了对我们现今的状态的一些表面上看来很不相同的评价之中。例如，在相当有启发性的题目“黄金时代的到来”之下，冈瑟·斯坦特(Gunther Stent)说道，科学现在正接近它的极限。我们正越来越接近那递减的终点，在那里，我们为了掌握事物而针对这些事物所提出的问题变得越来越复杂和缺少趣味。这标志着进步的完结，但对人类来说，这是个机会去停止其疯狂的努力，结束那对自然的古老斗争，接受静止和舒适的和平。我们想证明，对于某个客体的科学知识与掌握它的可能性之间的相对分离远远没有使科学终结，而是为大量新的前景和新的问题发出信号。对于我们周围世界的科学的认识才刚刚开始。但是，还有另一种科学的概念，潜在地说，我们觉得这种概念恰是有害的。这就是伴有神秘科学的迷人色彩，它通过难于接近普通凡人的推理，引出了这样的结果：可能一下子向诸如时间、空间、因果性、精神或物质等等基本概念的意义进行挑战。这种“神秘科学”(其结果被想象为能打碎任何传统概念的框架)，实际上受到了相对论和量子力学连续“揭露”的鼓舞。无疑，过去已迈出了最有想象力的几步。例如，爱因斯坦把引力解释为空间的曲率，或狄拉克的反粒子，它们已经动摇了某些看来已经很好地建立起来的概念。因此，在容易想象科学能够产生出什么来以及一种彻底的现实主义之间，有一个非常微妙的平衡。今天，不管是在出版物中还是在科学本身之中，尤其是在宇宙学家中间，这种平衡正有力地移向神秘主义的复兴。有些物理学家和科学普及工作者甚至猜测，在超心理学与量子物理学之间存在着神秘的关系。让我们引述凯斯特勒的话：
我们已经听到诺贝尔物理学奖金获得者的全部合唱，告诉我们物质死去了，因果性死去了，决定论死去了。如果真是如此，就让我们伴着电子音乐的挽歌体面地埋葬它们。是我们从二十世纪的后机械论科学中吸取教训和摆脱十九世纪唯物论加在我们哲学观点上的束缚的时候了。佯谬地说，假如那种观点保持与近代科学本身并列的话，我们就不会落后一个世纪而是早就从那个束缚下解放出来了。……但是，一旦承认了这一点，我们就可能变得更加善于感受我们周围的现象(过去由于片面地强调物理学，使我们对这些现象毫无所知)；我们就可能感到通过理性大厦的裂缝而吹出来的风；我们就会更加注意会合的事件；就会把那些超正规的现象纳入我们的正规观念之中；而且会认识到，我们一直生活在“盲人国”之中。我们不想先验地进行判决或谴责。在我们今天听说的某些表面上看来是异想天开的论题中，可能有着某些新知识的种子。尽管如此，我们相信跳入那不可想象的客体里就是极其简单地从我们世界的复杂性中逃脱出去。我们不相信我们会在一天之内离开“盲人国”，因为概念上的盲目并非我们的社会所无法解决的问题和矛盾的主要原因。
但是，我们不同意某些对科学的批评或歪曲，并不意味着我们想拒绝所有的批评。让我们站在例如亚历山大·柯伊莱的地位上，他曾在对近代科学发展的认识方面作出了杰出的贡献。柯伊莱在其对牛顿综合的意义和蕴含的研究中写道：
但是这里还有一些东西，对于它们，牛顿——或者说得更好一些，不是牛顿一个人，而是一般的近代科学——仍能承担责任：即把我们的世界一分为二。我一直认为，近代科学打破了隔绝天与地的屏障，并且联合和统一了宇宙。而且这是对的。但正如我也说过的，它这样做的方法，是把我们的质的和感知的世界，我们在里面生活着、爱着和死着的世界，代之以另一个量的世界，具体化了的几何世界，虽然有每一事物的位置但却没有人的位置的世界。于是科学的世界——现实世界——变得陌生了，并且与生命的世界完全分离，而这生命的世界是科学所无法解释的，甚至把它叫做“主观的”世界也不能解释。
的确，这些世界每天都在(甚至越来越)被实践所连接。对于理论，它们还被一个深渊所分划。
两个世界：这意味着两个真理，或者根本没有真理。
这就是现代思想的悲剧，它“解决了宇宙之谜”，但仅是用另一个谜，它自身的谜来代替。
但是，我们在柯伊莱的结论中听到了帕斯卡和莫诺所表达的同样的主题——这个使人陌生的悲剧感觉。柯伊莱的批评并没有向科学思想挑战，而是向基于牛顿观点上的经典科学挑战。我们不再苦于先前的困境，在把人类归结为清醒世界的陌生之客的科学与反科学的不合理的抗议之间进行选择。柯伊莱的批评不需要乞灵于某种束缚性的理性的限制，而仅仅求助于经典科学在处理我们所生活的这个世界的某些基本方面时的无能为力。
我们在本书中所取的态度是，柯伊莱所描述的科学不再是我们的科学，而且不是因为我们今天关心着新的不可想象的客体，比起普通逻辑来更加接近魔术的客体，而是因为作为科学家的我们，现在开始找到了通向复杂过程的路，这些复杂过程组成了我们十分熟悉的世界，生物及其社会在那里相伴发展的自然世界。今天，我们真的开始越出柯伊莱所说的“量”的世界而进入“质”的世界，因而也就是“演化”的世界。这将是本书前两编的主要论题。我们相信，正是这个转向新描述的过渡使得科学史上的这一时刻如此令人兴奋。也许这样说不算是夸大：这乃是同诞生新自然观的希腊原子论者的时代或文艺复兴时代一样的时期。
但是让我们首先回到牛顿科学上来，它当然是人类史上伟大的时刻之一。
1.3牛顿的综合
在牛顿同代人的热情后面，在他们关于宇宙的秘密、自然的真理终于已被揭露出来的信念后面，隐藏着什么东西呢？大约从人文科学的开创时起就呈现出来的几条思想线索汇合到牛顿的综合之中：首先，科学是作用于我们周围环境的一种方法。牛顿科学确实是能动的科学；它的源泉之一是中世纪工匠的知识，是机器制造者的知识。因此，这个科学提供了一些手段去系统地作用于世界，预言和修改自然的进程，想象各种装置去驾驭和利用自然的力和物质资源。
在这种意义上，近代科学乃是人类组织并开发其所生活的世界的长期努力的继续。我们还缺乏关于这一努力的早期阶段的知识，但是通过追溯，可能估计出新石器时代的革命的发生所需知识和技巧。那时人类逐渐开始组织其自然的和社会的环境，用新技术去开发自然和组织其社会。我们现在仍然，或者说直到最近一直在使用着新石器时代的技术，例如饲养出的或经过选择的动植物物种，纺织，陶器，金属加工等。我们的社会组织长期以来就是建立在与组织新石器时代的城市国家中不同阶层和结构的社会团体所需要的同一技术基础之上：书写、几何和算术。因此我们不得不承认，在新石器时代的技术与科学革命和工业革命之间存在着连续性。
因此，近代科学扩展了这一古老的努力，把它放大并不断加快其韵律。然而，这并没有减损牛顿综合所赋予科学的意义。
除了在给定社会中所使用的各种技术之外，我们还发现每个社会都有一定数目的信仰和神话，这些信仰和神话要去解释人类在自然中的地位。与神话和宇宙学一样，科学所致力的是理解世界的本性，世界的组织方法和人类在其中的位置。
前苏格拉底派的早期推测好像是从赫西俄德的创世神话中改编成的：这就是，天地的初始分极，爱神厄洛斯唤起的欲望，第一代神明的诞生形成不同的宇宙权力、战争和敌对，交替着残暴和血仇，直到终于在正义的统治下达到安定。从我们的观点出发，这本是风马牛不相及的。问题在于：前苏格拉底派所收集、讨论和批评的某些概念，我们在几代的时间里仍然试图加以组织，以便理解存在与演化(或者说在假定没有差别的初始环境中出现有序)之间的关系。
均匀的不稳定来自何处呢？为什么均匀会自发地产生差别呢？为什么事物总会存在呢？它们是在彼此冲突的自然权力间的力的静态平衡中出现的不公正即不平衡的某个脆弱和注定要死亡的结果吗？或者说，创造和驱动事物的力是自发地存在着—爱和恨的竞争导致出生、成长、衰老和消散吗？变化是幻影呢，还是正好相反，是在组成事物的对立面之间不停息的斗争呢？能够把质的变化归结为仅在形式上互相区别的原子在真空中的运动呢，还是原子本身是由许多性质上各各不同的细菌组成的呢？最后，世界的谐和是数学上的吗？数字是自然的钥匙吗？
毕达哥拉斯派所发现的声音间的数字规律仍然是我们现今理论的一部分。希腊人得出的数学模式组成了欧洲史上第一个严密的抽象思想体，其结果对于一切能思考的人类来说是可以传授的和可以再生的。古希腊人最早得出了一种形式的演绎知识，包含了一定程度的确定性，这个确定性不受人们信仰、期望或感情的影响。
与宗教形式和神化形式的询问相反，古希腊思想与近代科学所共有的最重要的方面就是强调批判的讨论和证实。
关于在爱奥尼亚的一些城市和马格纳·格雷沙(Magna Graecia)殖民地中生长起来的这个前苏格拉底的哲学，人们所知甚少。于是谈到在理论的和宇宙学的假说的发展与这些城市的茂盛的工艺技术活动之间可能存在的关系时，我们只能进行推测。传统指出，由于敌对的宗教和社会的反动，哲学家被控告为无神论者而且被驱逐或处死。这个早期的“恢复秩序”可当作是在对概念更新的起源尤其是其生长的解释中社会因素有多么重要的一个标志。为了理解近代科学的成功，我们还必须解释为什么科学的奠基者们一般说来没有过分地受到迫害，他们的理论方法没有过分地受到抑制而让位给与公众的期望和信念更加协调一致的知识形式。
尽管如此，从柏拉图和亚里士多德以来，限制被建立起来，思想沿着可为社会接受的方向发展。特别是，建立了理论思维和技术活动之间的区分。一些我们今天还在使用的词——机器、机械、工程师——都具有相类似的含义。它们指的不是理性知识，而是诡计和权术；这里提出的思想不在于为了更有效地利用自然过程而去学会它们，而在于欺骗自然，“策划”反对自然——即创造奇迹，创造与事物的“自然秩序”无关的效应。于是对自然的实际应用领域和对自然的理性认识领域被截然分开。阿基米得的地位仅只是一个工程师的地位；他对机器平衡的数学分析至少在传统物理学的框架中并没有被认为可以应用于自然界。相反，牛顿的综合是表达应用与理论认识之间的系统同盟的。
还有在牛顿革命中找到其表达的第三个重要因素。在恒星和行星的静止世界与我们周围朝生暮死混乱缤纷的世界之间有着十分惊人的对比，这大概我们每个人都经历过。正如米尔撒·伊利亚德(Mircea Eliade)所强调的，在许多古代文明中存在着渎神空间和神明空间的分野。这个分野对应着把世界划分为一个通常的空间即服从于机遇和堕落的空间，以及另一个有意义的与偶然性和历史无关的神明空间。这就是亚里士多德所建立的恒星世界与我们月下世界之间的对比。这个对比对于亚里士多德用来估价对自然进行定量描述的可能性的方式来说是决定性的。因为天体的运动不是变化而是一个永远同一的“神明”状态，所以它可以用数学的理想化来描述。但是，数学的精确和严格与月下的世界无关。不精确的自然过程只能服从于某种近似的描述。
无论如何，对于亚里士多德派来说，知道一个过程为什么会发生比描述它如何发生更加令人感兴趣，或者宁可说，这两个方面是不可分割的。亚里士多德的思想的主要源泉之一在于观察胚胎的发育，一个高度有组织的过程，其中互锁的事件虽然在表面上是无关的，但却都参加到像是组成全局性计划的一部分的过程中去。像发育中的胚胎那样，整个亚里士多德的自然是按照最终原因组织的。一切变化的目的，只要与事物的本性一致，就是要在每一存在中实现其可理解的本质的完善。这个本质在生物的情况下同时是它们最终的、形式上的和有效的原因，因而这个本质乃是理解自然的关键。在这个意义上，“近代科学的诞生”，亚里士多德派与伽利略之间的冲突，乃是两种理性之间的冲突。
在伽利略看来，对于亚里士多德派来说是如此宝贵的“为什么”的问题是向自然讲话的一种非常危险的方式，至少对科学家来说是这样。而另一方面，亚里士多德派却把伽利略的态度看作是一种无理的盲信。
因此，伴随着牛顿体系的到来，一个新的普适性胜利了，它的出现能统一那些直到当时还分划着的东西。
1.4实验的对话
我们已经强调了描述近代科学的一个基本因素：实践和理论之间的结缘，改造世界的欲望和认识世界的欲望之间的联合。为了使这成为可能，不管经验主义者的信条怎样，仅仅注重观察到的事实是不够的。在某些方面，甚至包括对机械运动的描述，亚里士多德的物理学实际上被更为便利地带进了与经验事实的接触之中。近代科学所发现的人与自然的实验对话涉及到活动而不是被动的观察。必须要作的是，操纵物理的现实，让这个现实这样地“登台”，以便使它尽可能严密地与理论描述相一致。所研究的现象必须被准备好并且被孤立出来，直到它接近某种在物理上达不到的但与所采用的概念模式相一致的理想状况。
作为一个例子，让我们看一下对滑轮系统的描述。这个系统是一个自阿基米得时代起就被研究过的经典系统，阿基米得的推理已被近代科学家加以推广，以适用于一切简单机械。令人惊异的是，近代的解释已经以毫不相干为理由消除了亚里士多德物理学所解释的那个东西，这就是这样的事实：按照典型的想象，一块石头“抵抗”一匹马要拉动它的力，而这种抵抗可以用通过某个滑轮系统施加牵引力的方法来“克服”。而按照伽利略的看法，自然从来不肯放弃任何东西，从不无缘无故地作任何事情，而且从来不会上当中计；设想凭借计巧或谋略能使自然作出任何额外的功来是荒唐的。因为，无论有滑轮还是没有滑轮，马所能够作的功是相同的，所以一定会产生同样的效果。于是，这就变成了机械解释的出发点，这种解释因而是针对一个理想的世界而言的。在这个理想世界中，“新”的效果，即石头终于被拉动，只具有第二等的重要性，而且石头的阻力只由摩擦和生热来定性地描述。另一方面，被精确描述的是这种理想情况，其中等效关系把原因(即马所作的功)和效果(即石头的运动)联系起来。在这个理想世界中，无论如何，马能够移动石头，而滑轮系统的效果只是改变拉力传递的方式；马并不是把石头移动一段等于它拉着绳索所通过的距离L，而仅仅是把石头拉动L/n的距离，其中n与滑轮的数目有关。像一切简单机械一样，这些滑轮组成了一个被动的装置，它只能传递运动而不会产生运动。
因此，实验对话相当于一种高度特殊的过程。自然在某些先验原理的名义下，像在法庭上那样受到实验的盘查。自然所作的回答被最精确地记录下来，但这些回答之间的关联正是用指导该实验的理想化来评价。所有其他的东西都不是信息，而是瞎扯，是可以忽略的次级效应。自然很有可能拒绝问题中的理论假设。不过，后者仍被用作一个标准，借以去量度响应的蕴含和意义，而不管这种响应可能是什么。海德格尔在其反对科学理性的论据中所提到的正是这种向自然提问的命令般的方式。
在我们看来，实验方法真正是一种艺术，就是说，它建立在特殊技能而不是一般规则的基础之上。历来不曾有过任何人能担保实验的成功，人们总是受到浅薄或判断力拙劣的摆布。没有任何方法论的原则能消除比方说钻进研究问题的死胡同的危险。实验方法是选择一种有趣问题的艺术，是考察由此而成立的理论框架的一切后果的艺术，是考察自然能以所选理论语言来作出一切可能答案的艺术。在自然现象的具体复杂性中，必须选择一种现象，认为它最能以明确方式体现这种理论的含义。然后把这个现象从周围环境中抽象出来并“搬上舞台”，使理论能以可传授的和可再生的形式受到检验。
尽管这个实验的过程从一开始就受到批判，受到经验主义者的冷遇，并且受到另一些人的攻击(因为它是一种痛苦的折磨，一种把自然放到刑具台上去的方法)，但它仍经过科学描述的理论内容的一切修正而得以生存下来，并终于确定出被近代科学引入的新研究方法。
实验过程甚至可以成为纯理论分析的一种工具。于是，所谓“假想实验”(即对完全服从于某些理论原则的实验情况作出想象)使得这些理论原则在某个给定场合的结果得到研究。这样的假想实验在伽利略的工作中起过关键性的作用：而且在今天，它们处在有关现代物理学中的概念变动也就是相对论和量子力学的后果的研究的中心。最有名的这种假想实验之一就是爱因斯坦的著名火车，从这个火车上，观察者可以测量沿着路堤发射的一束光线的传播速度，这光线在某参照系中以速度c运动，而火车相对于该参照系以速度v运动。按照经典的推理，火车上的观察者应当认为沿着和他同方向传播的光的速度为c－v，但是这个经典的结论恰好代表了荒谬，而这个假想实验就是被设计出来说明这一点的。在相对论中，光速是自然的一个普适常数。无论使用什么样的惯性参照系，光速总是同一个。从那时起爱因斯坦的火车便继续开拓了这个根本变革的物理结果。
实验方法是由近代科学建立起来的人与自然对话的主要方法。被如此提问的自然，当然是简化了的，而且偶尔还是肢残体缺的。但这并不能剥夺它驳倒我们所能想象的大多数假设的能力。爱因斯坦常说，自然对于向它提出的绝大多数问题都回答“不”，偶尔说“也许是”。科学家不能只做他高兴的事，不能强迫自然只说他爱听的话。至少从长远的观点看来，他不能在自然上面寄托他所抱的要求和希望。他包围自然、把自然逼入困境的战术越是成功，他实际上就是在进行更大的冒险和作更加危险的游戏。而且，无论答案是“是”还是“否”，事实上这答案将总是和问题用同一种理论语言表达。不过，随着某个复杂的历史过程(该过程涉及自然在过去所作的回答)，随着它与别的理论语言的关系，这种语言本身也在不断发展。此外，相应于各个时期的兴趣变化，人们还提出了一些新的问题。这便在科学游戏的特殊规则——特别是实验方法(实验方法是和自然讲理的，而自然为该游戏带来最大的约束)和某个文化网络(科学家们便属于这个文化网络，尽管有时是不知不觉地)之间建立了复杂的关系。
我们相信，实验对话是人类文化的一个不可逆的成就。实际上它提供了一个保证：当人类开发自然的时候，自然是被当作一个独立的存在对待的。它组成了科学成果的可传授性和可再生性的基础。尽管自然是部分地被容许讲话的，然而它一旦表达了它自己，就不再另有异议：自然从不说谎。
1.5科学发祥的神话
人与自然之间所进行的对话，曾经作为向着自然的智能迈出的基本一步而被近代科学的奠基者们准确地察觉到。但是他们的雄心还要更大些。伽利略及其追随者们把科学想象为是能够发现关于自然的全局性真理的。自然不仅是用一种可被实验解释的数学语言写出的，而且实际上也只有一种这样的语言。根据这一基本信念，世界被看作是均匀的，而且局部实验可以揭露出全局的真理。这样，科学所研究的最简单现象就能被解释成理解整个自然的关键，后者的复杂性仅是表面上的，其多种多样性在伽利略那里可以用数学的运动定律中体现出的普适真理来解释。
这种信念存在了几百年。在几年前英国广播公司提供的一套精美的讲义里，理查德·范曼(Richard Feynman)把自然比作是一盘巨大的棋赛。复杂性只是表面的，每一着棋都遵从一些简单的规则。在最初的日子里，近代科学十分可能需要这个能够达到全局真理的信念。这种信念为实验的方法增加了极大的价值，并在某种程度上鼓励了实验方法。一个革命的世界概念，一个像亚里士多德世界的“生物”概念那样包罗万象的概念，也许是抛却传统之轭，给实验战士们以坚强信念和有力论据使他们能坚持反对先前形式的唯理主义所必需的。形而上学的信念也许是把手工工匠和机器制造者的知识变成对自然进行理性探讨的新方法所必需的。我们可能还要问：这种“神话”般的信念的存在，究竟有些什么含义，去解释近代科学的首次发展被社会环境所接受的方式。关于这个争议颇甚的问题，我们将把我们自己限制在几种最一般性的意见之中。我们的唯一目的是强调这里的问题，即有关某种科学的问题，这种科学的前进曾被一些人看作是理性的胜利，而被另一些人看作是一种觉醒，看作是痛苦地发现了自然像机器人一样愚笨。
看来很难否认，社会和经济的因素——特别是工匠技术在寺院中的发展(在寺院中，一个遭到破坏的世界的残余知识被保存下来)以及后来在喧闹的商业城市中的发展——在实验科学(实际上就是一部分工匠知识的系统化了的形式)的产生中所具有的基本的重要性。
此外，比如说李约瑟所作的对比分析，说明了在中世纪末期社会结构所具有的决定性的重要意义。不仅工匠阶级和潜在的技术发明者不像在古希腊时那样受到蔑视，而且知识界也像工匠一样几乎独立于当权者。他们是自由创业者，是寻找主顾的工匠发明家，无论他们可能对社会秩序来说有多么危险，他们总是注意寻找新鲜事物并利用它所提供的一切机会。另一方面，如李约瑟指出的，中国科学家是有官职的，而且必须服从官僚的统治。他们组成了国家的一个不可分割的部分，其基本目的是维持法律和秩序。指南针、印刷术和火药，所有这些都为破坏中世纪社会的基础并把欧洲投入到现代的纪元作出了贡献，它们都是中国在早得多的时候发明的，但对中国社会所起的不稳定的作用却要小得多。相比之下，企业化的欧洲商业社会特别适合于刺激和维持近代科学在其早期阶段的动态的和创新的生长。
但是，问题依然存在。我们知道，机器的制造者使用数学的概念——齿轮转速比，各工作零件的位移，以及它们相对运动的几何学。但为什么数学化没有被限制在机器上呢？为什么在理性机器的图像中设想出自然的运动呢？这个问题也可以就钟表提出，钟表是中世纪手工艺的胜利之一，它很快就定出了较大的中世纪城市的生活节奏。为什么它几乎立即就成为世界秩序的精确标志？在这个最后的问题中可能孕育着某种答案的一些要素。钟表是受到处于其自身之外的理性支配，受到由其内部机件所盲目执行的计划支配的一种装置。钟表世界是一个隐喻，它暗示着有一个钟表匠上帝，即像机器人一样的自然的理性主人。在近代科学的发祥处，在神学说教与理论和实验的活动之间好像已经建立起“共鸣”，这个共鸣似乎无疑要扩大和巩固认为科学家处在发现“宇宙大机器”的秘密的过程之中的主张。
共鸣这个术语当然包含了极复杂的问题。我们没有意图要说明，我们也不能肯定，宗教说教无论如何决定了理论科学的诞生，或决定了偶然在和实验活动的联系中发展起来的“世界观”的诞生。通过共鸣这个术语，也就是通过两种论述的彼此相互放大，我们故意选择了这样一种表达，这种表达不假定究竟是神学说教还是“科学神话”首先出现并触发了另一个的出现。
让我们提一下，对某些哲学家来说，西方科学的“基督发端”的问题并不仅是使把自然比做一个自动机的概念稳定化的问题，而且还是这样的实验科学与希伯来和古希腊的西方文明之间某种“基本”联系的问题。对于怀特海来说，这种联系是处于本能信念的水平上的。这种信念对于鼓舞近代科学奠基者们的“科学忠诚”来说是“必要的”。
我的意思是指那不可动摇的信仰，即所发生的每一事件的细节都可以按照给一般原理作出例证的完全确定的方式同它的先导联系起来。没有这个信仰，科学家的难以置信的劳动就没有希望。正是这个本能信念，活生生地悬在想象之前，成为研究的动力：相信这里有一个秘密，可以被揭露的秘密。这个信念是怎样被活生生地植入欧洲思想之中的呢？
当我们把这个欧洲人的思想状态和其他文明(当听任它们自行其是时)的态度作一对比的时候，好像它只有一个源泉。它一定是来源于中世纪对于上帝理性的坚持，这个上帝被想象为具有耶和华的个人能力以及某位古希腊哲学家的理性。每个细节都被监督着和命令着：对自然进行探索的结果只能证明忠于理性的正确性。请记住，我并非在谈论几个人的明确信仰。我的意思是指从几个世纪的坚信不疑中产生的欧洲思想上的印记。我这里指的是本能的思想状态而不仅是字面上的教义。
我们不再深入考虑这件事情。要“证明”近代科学只能在基督的欧洲诞生，是不可能的。甚至没有必要去问，近代科学的奠基者们是否在实际上曾从神学论据中得到鼓舞。不论他们是否真诚，重要的是，在经历了不同国家中各不相同的一段时期之后，这些论据使得近代科学的推测在社会上是可信的和可接受的。在十九世纪英国的科学著作中还经常引用宗教文献。奇怪的是，在当今对神秘主义重感兴趣的人那里，这个论据好像倒过来了。现在，像是科学把可信性借给了神秘的断言。
这个科学起源的问题显然引向许多问题，其中神学和科学的论点无法摆脱地联系着科学的“外部”历史(即一方面是关于科学知识的形式与内容之间的关系的描述，另一方面是科学知识在社会、经济和风俗方面的应用)。如我们已经说过的，我们现在唯一感兴趣的正是科学论述的特殊性质和含义，这科学论述通过和神学说教的共鸣而被放大。
李约瑟讲了十八世纪的中国文人在祝贺耶稣会宣告近代科学的胜利时所用的讽刺话。在十八世纪的中国文人看来，自然界被一些简单的可知的法则所统治的思想成了以人类为宇宙中心的愚昧的最好例证。李约瑟相信这个“愚昧”有其深刻的文化根源。为了说明西方概念与中国概念的巨大差别，他引述了中世纪的动物审判案。在某些场合，像被推测为下了蛋的公鸡那样的怪物被严肃地处死或烧掉，因为它们违反了自然的法则，而后者是与上帝的法则等同的。李约瑟解释了，在中国同样的公鸡将怎样很可能只会谨慎地消失。它没有犯任何罪，但它的怪事是与自然和社会的谐和相抵触的。如果这只公鸡的怪事被人知道了，那末地方官吏甚至皇帝就会发觉他们自己处于难以对付的境地。李约瑟评论说，依照在中国占统治地位的哲学概念，宇宙是在自发的谐和之中，现象的规则性并不是来自外部的当权者。相反，自然、社会和天国中的这个谐和发源于这些过程中存在的平衡，这些过程是稳定的，互相依存的，并在非一致的谐和中彼此共鸣。假如涉及到什么法则的话，那末它将是任何人(不管是上帝还是凡人)所未曾想象过的法则。这样的法则也一定要用人所不可解释的语言表达，而不是在我们自己想象中的一个造物者所建立的法则。
李约瑟以提出下面的问题来作为结束：
在近代科学的观点上，自然“法则”中当然没有命令和职责等提法的任何残余。这些提法现在被想象为统计的规则，即只对给定的时间和空间有效。如卡尔·皮尔逊(Karl Pearson)在著名章节中指出的，那样，这些提法是描述而不是处方。在从马赫到爱丁顿的整个时期中，在表述科学定律时主观性的确切程度经过了激烈的辩论，这样的问题不能在此作进一步讨论。问题是，要达到对这样的统计规则及其数学表达的认识，除了西方科学所实际走过的路以外，还有没有其他的路可走。认为可对下蛋的公鸡依法起诉的想法，在后来具有产生开普勒的性能的文化中可能会是必要的吗？
现在必须强调指出，科学论述绝不仅是传统宗教观点的变换。经典物理学所描述的世界显然不是《创世记》的世界，在《创世记》的世界里上帝创造了光、天、地，以及活着的万物，并且在这个世界里，上帝从未停止活动，即促使人向着某种历史疾驰，在那里，他得救的命运濒于危险之中。经典物理学的世界是一个非永恒的世界，如果它是创造出来的话，那末它一定是一下子创造出来的，就像工程师创造机器人然后让它自由行动一样。在这种意义上，物理学的发展确实既与宗教又与传统哲学对立。然而，我们知道，基督上帝实际上是被召唤来为世界的可理解性提供基础的。事实上，人们在此可以说到一种在主张世界不得不由于它对上帝的完全屈从而承认上帝万能的神学家的兴趣和寻找一个可数学化过程的世界的物理学家的兴趣之间的“汇合”。
无论如何，被近代科学破坏了的亚里士多德世界对于这些神学家和物理学家来说都是不可接受的。这个有序的、和谐的、分层次的和合理的世界太独立了，在其中居住的人类太有力和太能动了，而且他们对绝对权威的奴性太可疑且对许多神学家的需要来说太有限了。另一方面，它又太复杂并具有太大的质的差别，以致无法被数学化。
近代科学的这个“机械化”的本性是依据一个使其受到完全统治的计划建立和管理的，但它并不知道这个计划。这个本性为其创造者增光，并因此而令人羡慕地适合于神学家和物理学家的需要。尽管莱布尼兹努力论证数学化是与一个可以显示能动的和性质上不同的行为的世界相容的，但是科学家和神学家还是联合起来，努力把自然描述成一个没有思想的、被动的机构，而这基本上是和自由以及人类思想的目标不相容的。“一个呆笨的事情，无声、无臭、无色，仅仅是事物的混乱，无尽头，无意义”，如怀特海所观察的那样。这个基督的自然被剥夺了使人能与自然“演化”的古老和谐打成一片的任何特性，让人去和上帝面对面，因而它和只需用一种语言而不必用莱布尼兹所听到的上千种数学声音就足以描述的那种自然汇合起来了。
神学也许还能帮助我们评论人在吃力地解释统治世界的法则时所处的奇特地位。人类断然不是他客观描述的自然的一部分；他从外部去统治自然。的确，对于伽利略来说，按照上帝的形象创造出的人类的灵魂能够掌握作为创造计划的基础的可理解的真理。因此人类的灵魂能逐渐接近上帝自己直觉地、全面地并且在一瞬间占有的世界知识。
近代科学家不同于古代原子论者(他们在无神论的罪名下遭到迫害)，也不同于莱布尼兹(他被怀疑犯了否认仁慈和人类自由存在的过错)。近代科学家设法提出了他们事业的一个在文化上可被接受的定义。纳入服从于自然法则的躯体的人类思想可以用实验装置来逐渐达到这样的优势地位(上帝自己正是从这个地位俯瞰世界的)，达到这样的神明方法(我们的世界就是该神明方法的明确表达)。不过，人类思想本身却留在它所完成的成果的外面。科学家可以把组成自然结构的每一件东西，如它的气味、颜色等，描写为次级性质，这些性质不是自然的一部分，而是思想加在其上的。自然的减色是与一切躲避它的东西的增光，上帝和人的增光并驾齐驱的。
1.6经典科学的局限性
我们已经尝试着描述了科学实践与形而上学信念紧密耦合的那种独特的历史情形。伽利略以及他的追随者们提出了中世纪建设者们所提出的同样问题，但是放弃了他们的经验知识，以便借助于上帝去断定世界的简单性和实验方法所要求和解释的语言的普适性。这样，作为近代科学的基础的这个基本神话可以看作是这个特殊复杂性的产物，该复杂性在中世纪末建立起经济、政治、社会、宗教、哲学和技术各因素之间共鸣和相互放大的条件。但是，这个复杂性的迅速分解使经典科学在一种变了形的文化中处于困境并受到孤立。
经典科学是在人和上帝的同盟所统治的文化中诞生的，人居于神明的秩序和自然的秩序之间，而上帝是理性的和可理解的立法者，是我们按照自己的形象想象出来的最高建筑师。经典科学经历了这个文化和谐的瞬间而存在下来。这个和谐曾使哲学家和神学家有资格去从事科学活动，使科学家有资格去解释和表达有关神明在创世工作中的智慧和能力的观点。得到宗教和哲学的支持，科学家们相信他们的事业是自给自足的，就是说它用尽了合理研究自然现象的一切可能性。科学描述与自然哲学之间的关系在这个意义上并非必须被证明是正当的。不言而喻，科学和哲学是汇合在一起的，科学发现了权威性的自然哲学的原理。但奇怪的是，科学家所经验的自足性，其寿命比中世纪上帝的离去和神学提供的认识论保证的撤退还要长久。最初大胆的赌注已变成了十八世纪胜利的科学，即发现了天体和地球运动定律的科学，被达兰贝尔和欧拉纳入了一个完整一致的系统中的科学，这一科学的历史被拉格朗日确认为向着完善发展的逻辑成果。这是由路易十四、弗里德里希二世和凯瑟琳大帝等人的绝对君权所建立的科学院给予了荣誉的科学，是使牛顿成为民族英雄的科学。换句话说，这是成功的科学，它确信：自然已被证明是透明的。拿破仑曾经问拉普拉斯在他的世界体系中上帝的地位如何，拉普拉斯的回答是：“我不需要这个假设!”
近代科学的二重性含意，要和它的主张一样存在下去。对于拉普拉斯的科学(在许多方面它仍是今天科学的经典概念)来说，描述的客观性已到了这样的程度，即观察者是排除在其外的，描述本身来自当然是处于世界之外的某一点，就是说来自神明的观点，凭上帝的想象所创造出的人的灵魂从一开始就接近这个观点了。因此，经典科学的目标仍是发现关于世界的唯一真理，发现解释整个自然的那一种语言——今天我们应说是基本水平的描述，从这描述出发，每个存在的事物都能被推演出来。
关于这个基本观点，让我们引述爱因斯坦的话，他把我们所谓作为近代科学的基础的基本神话准确地用现代术语翻译出来：
理论物理学家的世界图像在所有这些可能的图像中占有什么地位呢？它在描述各种关系时要求尽可能达到最高标准的严格精确性，这样的标准只有用数学语言才能达到。另一方面，物理学家对于他的主题必须极其严格地加以限制：他必须满足于描述我们的经验领域里的最简单事件；企图以理论物理学家所要求的精密性和逻辑完备性来重现一切比较复杂的事件，这不是人类智力所能及的。高度的纯粹性、明晰性和确定性要以完整性为代价。但是当人们畏缩而胆怯地不去管一切不可捉摸和比较复杂的东西时，那末能吸引我们去认识自然界的这一渺小部分的究竟又是什么呢？难道这种谨小慎微的努力结果也够得上宇宙理论的美名吗？
我认为，是够得上的；因为，作为理论物理学结构基础的普遍定律，应当对任何自然现象都有效。有了它们，就有可能借助于单纯的演绎得出一切自然
过程(包括生命)的描述，也就是说得出关于这些过程的理论，只要这种演绎过程并不太多地超出人类理智能力。因此，物理学家放弃他的世界体系的完整性，倒不是一个有什么基本原则性的问题。
有一段时间，一些人曾坚持过这样的幻想，即引力(在引力定律中表达出的那种形式的引力)将证明应当把一种固有的生气归因于自然，如果这个引力被推广的话，那末，它应能解释越来越特殊的活动形式的起源，甚至包括组成人类社会的相互作用。但是这个幻想很快就破灭了，至少部分地是作为使科学得到发展的政治、经济和风俗环境所提出的要求的后果而破灭的。我们不打算讨论问题的这个方面，虽然它是重要的。我们这里的观点是要强调：正是这一失败看来要导致建立经典观点的一致性，并证明曾经是个鼓舞人心的信念的那种东西只是一个可悲的真理。实际上，在这以后，显然能和这种对科学的解释相匹敌的唯一解释就是对那个认识世界的方案作出实证主义的拒绝。例如，恩斯特·马赫这个有影响的哲学－科学家(他的思想曾对年轻的爱因斯坦产生过巨大影响)，把科学知识的任务定义为按照尽可能经济的一种次序去安排经验。科学除了对事实的最简单最经济的抽象表达以外，并没有其他有意义的目标：
这里我们得到一个线索，它剥掉科学的一切神秘性，并向我们表明它的真正能力是什么。至于具体的结果，则它并没有给我们任何东西是我们在足够长的时间内不以任何方法所不能得到的。……恰如一个人，如果被完全限制在他自己的劳动果实上，他就永远不可能积累财产。但是相反，许多人的劳动累积在一个人的手里就是财富和权力的基础。因此也可以说，除非通过最巧妙的思想节省，以及通过几千个合作者按经济方式安排的经验的精心积累，任何值得一提的知识都不可能被集中到一个人的头脑之中。因为一个人的寿命和天赋能力都是有限的。
这样一来，科学之所以有用，便是因为它导致思想的节省。在这种说法里可能有某些真理的成分，但它说出始末原委了吗？这里我们离牛顿、莱布尼兹以及西方科学的其他奠基者有多远啊!他们的志向是给出物理世界的一个有智能的框架。这里，科学引出了一些有益的行动规则，此外再没有别的。
这一点把我们带回到我们的出发点，带回到这样的思想上：在一段时期中被当作是文化统一的象征的乃是经典科学，而不是导致我们已描述过的文化危机的那种科学。科学家们发现他们被迫在“科学神话”的雷鸣和“科学严肃性”的寂静之间盲目摇摆，在肯定科学真理的绝对性、普适性和退入作为有效地介入自然过程的实用主义诀窍的科学理论概念之间摇摆。
如我们已经说过的那样，我们赞同这样的观点：经典科学现在已经达到了它的极限。这个转变的一个方面是发现了经典概念的局限性，经典概念暗示了可能存在某种“照本来样子”的世界知识。无所不知的存在物，拉普拉斯或麦克斯韦的小妖，或爱因斯坦的上帝，这些在科学推理中扮演如此重要角色的存在物体现着物理学家认为容许他们作的某些外推。由于随机性、复杂性和不可逆性作为实在知识的对象而进入物理学，我们正在离开这个认为在我们对世界的描述和世界本身之间有着直接联系的十分天真的假定。理论物理中的客观性具有一种更为微妙的意义。
这个演变被一些意外的附带的发现强加到我们头上。这些发现证明，普适常数(例如光速)的存在限制了我们控制自然的能力。(我们将在第七章中讨论这个意想不到的情况。)于是，物理学家不得不引入一些新的数学工具，使得在感知和解释之间的关系更为复杂。无论现实的意义可能是什么，它总是对应于一种积极的智能结构。科学所给出的描述不再能和我们提问的活动分开，因此不再能被归因于某个无所不知的存在物。
在牛顿综合的前夕，约翰·堂恩(John Donne)曾悲叹过被哥白尼所破坏了的亚里士多德宇宙的逝去，他写道：
新哲学召来一切疑虑，
