（2）世界的隨機性與機遇的把握
（2）世界的隨機性與機遇的把握
文章來源：《中共中央黨校學報》2002年第4期
作者：中共福建省委黨校科技軟科學教研部 查英青
08-05-30 18:43:56 111
http://www.cntheory.com/news/Llts/2008/530/08530184356DDK1JJ92AH908JAC43D9.html
一對世界隨機性認識的深化過程
近代科學革命使認為自然界是運動、變化、發展的辯證唯物主義自然觀得以建立。然而人們還是普遍認為，儘管事物是變化發展的，但變化發展的規律是決定性的、永恆的。規律一旦找到，未來的發展變化就被確定了。拉普拉斯決定論認為，只要知道物體運動的初始狀態和邊界條件，利用定律及方程，就可單值地確定物體任何時刻的運動狀態，也就可以推算出一切過去和未來的事件。這種方法，對於個體事物，對於那些可以把複雜的因果關係忽略掉，只留下一種因果關係的簡化事物，無疑都是正確的。這種思想，使人們認定，理論一旦證明是正確的，它就是終極真理。就連領導了一場科學革命的愛因斯坦也這樣認為：「根據世界在某一時刻的狀態，應當無歧義地得出它在過去和未來的其他一切狀態。」[1]
這實際上是一種簡化的思想觀念。相信決定論的學者並非不懂得初始條件無法精確給定，但他們相信動力學系統一般都有收斂性或穩定性，儘管人們不能絕對精確的刻畫系統行為，但總可以近似地刻畫它，只要使初始誤差足夠小，總可以使未來軌道的偏離保持在允許的小範圍內。對於那些簡單的事物，決定論思想得到了證實。哈雷彗星運動周期的成功預測，尤其是海王星的發現，證明了這種方法的正確性。然而拉普拉斯決定論在新的研究領域中遇到了挑戰。
（一）統計決定論思想的形成
首先拉普拉斯決定論在處理群體的分子熱運動時遇到了困難。當自然科學進入到由大量要素組成的具有無窮多自由度的物質體系時，這種單值決定論就不再有效了。這不僅是因為它難以對付系統固有的複雜性，更重要的是這種複雜性導致了事物的變化——即使精確地確定粒子的全部軌道和它們相互之間的作用力，也不能把握它們所組成的整體的精確行為。19世紀後期，玻爾茲曼、吉布斯等人向拉普拉斯決定論的世界圖景提出挑戰，把隨機性引入物理領域，建立了統計力學。統計力學指出：對於一個群體事物來說，能夠用牛頓定律進行決定論性描述的，只有總體上的規律；而群體中的任何個體（如熱力學系統中的任何分子行為），是不能進行決定論性的描述的，它只能給出個體行為的可能性，給出這種行為的「幾率」（或「概率」）。隨著統計理論的建立，統計決定論思想逐步形成，從大量粒子的隨機運動中能表現出十分確定的整體規律。這種關於物質運動的隨機性與確定性相統一的思想對於自然科學的發展和人們頭腦中自然圖景的變革，其意義是極其深遠的。
（二）量子理論進一步發展了隨機性思想
但是，經典物理學中的統計方法仍是以單值決定論思想為基礎的，因為在原則上，統計方法可以歸結為嚴格的動力學方法。量子力學的建立，進一步發展了隨機性思想，揭示出統計決定論是自然界的根本性質。量子力學是研究原子或粒子所構成的群體的運動規律，在這種微觀世界裡，事物的本質又發生了變化——既具有波動性，又具有粒子性（即波粒二像性）。由於粒子非常小，無論我們採用什麼樣的觀測手段，總會對被觀測的對象產生實質性的干擾。當你要想同時精確測定粒子的位置和動量時，由於儀器的作用，粒子的位置或動量就會發生偏差。因此德國物理學家海森堡提出了「測不準原理」。測不準原理表明，獲得嚴格精確的初始條件在原理上是不可能的。自然規律的統計描述決不是由於我們對世界的無知或知識的不完備造成的過渡狀態，而是自然界本質特性的客觀反映，是主客體相互作用的結果，而離開主體的任何「實在」是毫無意義的。丹麥物理學家波爾從哲學上得出了一個新的概念，這就是著名的「互補原理」。互補原理指出：波粒二像性是微觀事物的本質。波動和粒子二者互相排斥，但又互相補充。測不準原理和互補原理表明，在微觀領域裡，嚴格的因果決定論是不成立的。這就為量子力學非決定論的統計解釋提供了依據。
（三）渾沌理論對隨機性的本質有全新認識
對決定論世界圖景的更有力挑戰，來自對渾沌現象的研究。渾沌理論使人們對隨機性的起源、本質以及確定性與隨機性的辯證關係獲得全新的認識。統計力學和量子力學的隨機性是一種外在的隨機性，在發現渾沌之前，人們認為隨機性都來源於大數現象或群體效應，由大量粒子組成的巨系統，因果關係極為複雜，存在各種無法了解的影響，造成它們的行為有驚人的複雜性。但渾沌研究出人意料地發現，隨機性在非常簡單的系統中也會出現，渾沌就是確定性系統中的內在隨機性。20世紀50年代，美國氣象學家洛倫茲用計算機模擬天氣變化，將方程做了極度的簡化。他發現就是這麼簡單的方程，若大氣狀況「初始值」有極其微小的差別，在經過較長時間運算後，竟會引起結果的巨大差異。1963年，他以蝴蝶為比喻誇張地提出：一隻蝴蝶在南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中偶爾扇動了幾次翅膀，兩周後會在美國德克薩斯州引起龍捲風嗎？「蝴蝶效應」形象地說明了確定性系統中的內在隨機性，已越來越多地被自然界和社會領域的事實所證明。因此，隨機性也是客觀世界固有的普遍的特徵。我們這個世界是確定性與隨機性相統一的世界。
從統計力學、量子力學到混沌理論，本質上都是系統思想的反映，即研究到了一個「系統」，事物間具有整體性、關聯性、協同性、突變性等等複雜特徵。事物的發展變化不是以前想像的那麼簡單，在發展過程中充滿了隨機性和不確定性。
20世紀以來，世界的隨機性給了人們越來越深刻的認識，尤其在社會經濟領域。因為社會經濟領域正是一個複雜的系統，充滿著變化不定的因素。1929年的世界經濟危機更給人們上了生動的一堂課。因為就在一個月前，人們還津津樂道於經濟的大好形勢，現在形勢卻突然急轉而下，令人措手不及。今天，隨著世界聯繫的普遍加強，經濟全球化成為時代的特徵，一個國家、一個地區、一個城市的一個偶然事件的發生，可能會引起整個世界巨大的連鎖反應。如何應對世界的隨機性，成為科學研究的一個重要內容。要把握世界發展趨勢就必須有新的思維方式和新的預測方法。在這一面，現代科學方法提供了越來越豐富的手段。
二 隨機性的特徵與產生的原因
要把握事物發展的隨機性，必須認識隨機性的特徵。筆者把隨機性歸納為三大主要特徵：
一是或然性（統計決定論）特徵。機械決定論是關於個體事物（或能夠簡化為單因果關係的事物）的客觀規律的表現形式，而統計決定論是關於群體事物（或具有無限多個因果關係的事物）的客觀規律的表現形式。過去我們說「科學性就在於真實性」，這是拉普拉斯決定論的模式。對於群體事物，對於多個因果關係的事物，只用真實性來衡量科學與非科學顯然不充分了，還要進行概率分析。控制論的創始人維納精闢地指出：「這個革命所產生的影響就是……不再要求去探討那種總是會發生的事情，而是去探討將以絕對優越的幾率而發生的事情了。」因此，當我們判斷一個事物是否科學，或者說是否有普遍意義時，我們必須從兩方面考察：（1）事物的真實性，這種事件是否會發生？（2）事物的或然性，這種事件在多大的可能性上再度發生？這種事件在全局上的代表性有多大？如果以為有了真實性就解決了問題，也會把人引向主觀主義泥沼。[2]在統計規律起作用的地方，用已經發生的事實來證明事物的必然性是片面的。我們應該再問一句：在今天的歷史條件下，這事件還會發生嗎？在已經變化了的世界上，過去發生的未必現在會發生，過去所選擇的不一定是最優的選擇。
二是偶然性特徵。或然性強調了群體的統計規律，而偶然性則強調個體的隨機規律。我們在事物發展的過程中，必須隨時關注可能出現的偶然性事件，防範於未來，這是偶然性的不利一面。但偶然性更兼有利的一面。要尋找事物的普遍規律，必須找到出現概率大的事件；而要獨樹一幟，獨領風騷，就要善於尋找在當時當地出現概率小的事件。對於個體來說，就是要把握偶然性，善於捕捉機遇。機遇就是指一種特殊的偶然性事件，一種有利的機會。它的最大特點就是意外性。
三是不可重複性特徵。當代科學理論指出，自然界在本質上是不可重複的，可重複性是一種理想的簡化過程。由於隨機過程偶然性的存在，從嚴格的意義上說，一個事件不可能完全相同地出現兩次，世界上也沒有完全相同的事物。當我們做科學實驗時可能有這種體會，無論我們如何小心翼翼，誤差總是不可避免。現代科學領域越來越精細，越來越複雜，不可重複性也就越來越明顯。不可重複性要求我們要及時抓住機遇。機不可失，時不再來。不可重複性還提示我們，要允許存在誤差，進化就在差異中產生。
隨機性是複雜世界的產物。複雜世界是指事物間的聯繫是多方面的、非線性的。隨機性一是產生於系統中多因素的非線性作用。當代世界進入了聯繫複雜而敏感的領域，往往同時存在著多種對系統的影響都很大的相互作用，無法僅僅抓住一兩個主要因素，因此採用主要矛盾方法建立的具有比較簡單形式的規律就不適用複雜的領域了。這些要素你影響我，我影響你，你的變化又反過來再影響我。這種多因素的非線性作用經過疊加就會產生複雜的後果即隨機性。二是可以產生於簡單系統的非線性變化。由於是非線性作用，即使是簡單的系統，要素也只有幾個，但由於指數式放大效應也可能使細微的初態變化帶來截然不同的後果。渾沌現象就說明複雜性不一定來自於複雜系統（複雜世界不等同於複雜系統），簡單的非線性系統經過長期的或快速的變化也可能產生複雜性，從而造成未來行為的不可預測。以上是否可以用一句話來概括：隨機性產生於系統要素間相互聯繫的非線性作用。這也就是經濟全球化帶來的社會領域發展的新特點。
複雜性科學
http://baike.baidu.com/view/1471026.htm
不確定性
不確定性是針對確定性而言的，是對確定性的否定。在近代科學發展史上，以牛頓力學為代表的經典自然科學向人們描繪了一幅確定性的世界願景，並且宣稱在這幅願景圖中的空白之處或者不清晰之處只是暫時的，是等待人類去逐漸填充的領域。
然而20世紀60年代以來，現代系統科學中關於混沌現象的研究，卻打破了傳統科學中把「確定性」與「不確定性」截然分割的思想禁錮，並用大量客觀事實和實驗表明，正是由於確定性和不確定性的相互聯繫和相互轉化，才構成了豐富多彩的現實世界。
著名科學家普里高津曾說：「我堅信，我們正處在科學史中一個重要的轉折點上。我們走到了伽利略和牛頓所開闢的道路的盡頭，他們給我們描繪了一個時間可逆的確定性宇宙的圖景。我們現在卻看到了確定性的腐朽和物理學定義新表述的誕生。」
事實上，許多學科領域關於「不確定性」的研究成果已經揭示了微觀和宏觀世界中不確定性的必然存在。如量子力學中的海森堡測不準原則、數理邏輯中的哥德爾定理、社會選擇理論中的阿羅不可能定理以及模糊邏輯等方法的提出，都從不同的學科角度，為「不確定性」成為科學研究的對象提供了準備條件。
美國密歇根大學地質科學家亨利·N.波拉克(H.N.Pollack，1936一)說：「科學會因為不確定性而衰弱嗎?恰恰相反，許多科學的成功正是由於科學家在追求知識的過程中學會了利用不確定性。不確定性非但不是阻礙科學前行的障礙，而且是推動科學進步的動力。科學是靠不確定性繁榮的。」
《複雜性科學的方法論研究》是黃欣榮在其博士論文的基礎上修改完成的，由重慶大學出版社2006年出版。社會系統本身所固有的、內在的層次性、開放性、動態性、相干性、非線性、臨界性、自組織性、自強化性和突變性。根據不確定性的特點，一般可以把不確定性分為五類：客觀不確定性、主觀不確定性、過程不確定性、博弈不確定性和突變不確定性。」
複雜性思維的特徵
金吾倫
http://www.china.com.cn/chinese/zhuanti/xxsb/956890.htm
不確定性
用著名的科學家普里高津的話說：「腐朽」的確定性，即確定性已腐朽了、終結了，而必須代之「不確定性」。當然這樣說，可能有點絕對化，事實上，如成思危教授所指出的，「系統在遠離平衡的狀態下也可以穩定（自組織），確定性的系統有其內在的隨機性（混沌），而隨機性的系統卻又有其內在的確定性（突現）。」但不確定性是基本的，確定性是它的特例，這是因為世界的萬物變化充滿著隨機性和偶然性，由此決定了事物變化的不確定性。日本著名學者野中郁次郎曾這樣說：「在當前的經濟環境中，『不確定性』是唯一可確定的因素。」所以普里高津強調：「我堅信，我們正處在科學史中一個重要的轉折點上。我們走到了伽利略和牛頓所開闢的道路的盡頭，他們給我們描繪了一個時間可逆的確定性宇宙的圖景。我們現在卻看到了確定性的腐朽和物理學定義新表述的誕生。」我們「必須重新表述把自然和創造性囊括在內的自然法則。」這種自然法則，「不再基於確定性，而是基於概然性。」
值得我們關注是隨著確定性的終結，不確定性研究已受到了人們普遍的重視。羅伯特·馬修斯在2003年英國《焦點》月刊5月號上發表了一篇題為「不可思議的世界」一文。文章開頭說：「此時此刻，在你周圍，比原子還小的粒子正在不斷出現（生成）又消失，它們憑空產生（生成），又轉瞬即逝。你可能不知道它們的存在；沒有它們，無論是你還是整個宇宙都將不復存在，但你應該慶幸它們的存在。它們被稱為虛粒子。是所有科學中意義最深遠、也最匪夷所思的理論——不確定性原理——推理之一。」
不確定性原理最早由海森伯提出，以後引發了愛因斯坦與玻爾關於「上帝是否擲骰子」的爭論（常稱A-B爭論）。爭論的結果以有利於玻爾一邊而告一段落，接著又有彭羅斯與霍金的爭論，霍金站在玻爾一邊，嘲笑愛因斯坦念念不忘的上帝只能是個「隨時都在玩骰子的大賭徒。」不確定性原理已經在科學探索中顯示其強大力量：它暗示著虛無空間中充滿能量，其能量的隨機爆發隨時隨地可能發生；粒子糾結效應為實現粒子加密法提供了基礎，成為一種保護秘密信息的全新方法；不確定性原理最驚人的應用是在宇宙學中，人們據此推斷出宇宙中存在著「暗物質」和「暗能量」，這都表示著海森伯不確定性原理的巨大威力。
不確定性已被廣泛應用於宏觀研究領域，如美國斯坦福大學著名創新研究專家羅森伯格寫有「不確定性與創新文化」一文。該文一開頭就說：「在考慮科學和技術文化時，有一個在討論中起支配作用的關鍵詞，即不確定性。」
不確定性原理應用於管理，形成了一門「不確定性管理」的課程，以適應瞬息萬變的市場變化，因為市場變化是不確定的，環境的不確定性要求運用新的思想方式來考慮戰略。
不可預測性
不可預測性的一個形象的比喻是蝴蝶效應：墨西哥灣上空一隻蝴蝶的翅膀一煽動，就可能引起加利福尼亞的一場大風暴。現實中如曾經發生過的亞洲金融危機，開始是一個、幾個國家或地區，以後波及面很廣，乃至全球。
前述不確定性已導致歷史決定論的破產。這是因為自然界和人類的社會生活世界中有大量的偶然性和隨機性。正如莫蘭在《複雜思想：自覺的科學》一書中所說：「如果這個歷史階段消除可隨機性、偶然性、戰役、機緣、古埃及女王克婁巴特拉的美麗的鼻子、拿破崙的奧斯特利茨戰役中的迷霧、斯大林的死亡，它的合理化就達到比一部荒謬的歷史更壞的荒謬性。」「如果我們認為歷史是理智的，它知道它需要什麼、它牽引著我們的鼻子走向進步，那麼這種觀點比莎士比亞的白痴的觀點更加白痴！」
未來不是完全可以預測的，未來不在過去的延長線上。「未來並非過去的繼續，而是一系列的不連續事件。只有承認這種不連續性並設法適應它，我們才有機會在21世紀生存下來並獲得成功。」
針對未來的不確定性和不可預測性，人們想出了一系列的辦法以適應這個動蕩不定、極難預料的環境變化，其中一種受人重視的重要戰略，就是「情景規劃」，在此我不作詳細介紹，有興趣的讀者可參閱林德格倫等著的書。當然「四不」和「四有」的關係是相對的，「四不」並不截然反對「四有」，尤其在現實的實用的層面上必須考慮到「四有」，例如，我們批判分割，批判還原，但在許多情況下，還原方法仍然有效。對前景的預測雖有巨大的不確定性，但情景規劃本身還含有預測的意義，否則人們就無法行動了。
後現代科學：偽科學還是科學革命？(肖顯靜)
2006-11-26 13:00:24
肖顯靜 （中科院研究生院人文社會學院山西大學科技哲學研究中心博士後）
http://www.douban.com/group/topic/1302125/
4、從永恆不變的秩序走向演化、暫時。
我們對自然的看法正經歷一個深刻的變化，即走向多元、暫時和複雜性。這與後現代科學不可分離。1984年出版的由普里高津等所寫的《混沌中的秩序》（orderout ofchaos）一書可看作後現代科學的界標。這一工作表明了從機械力學到熱力學、從生命的統計的決定論的觀點向耗散結構理論的轉變。這一理論是以複雜性原理、自組織以及從非平衡態的混沌中產生的有序為基礎的。
新的科學推翻了統計的決定論的觀點，認為宇宙是由多樣性的力、進化、不穩定性構成，世界由有序和無序的複雜辯證法來解釋。變化和時間將不穩定性和無序引入世界之中，這些反過來又產生新的更複雜的有序形式。這樣就將進化和暫時性引入到科學的概念框架中。物質自身的概念是可變的，物質不再是由機械論世界觀所描述的被動的東西，而是與自發的能動性或自組織有關的存在。
不像穩定系統，帶著很小的漲落，開放系統是動力學的、自發的、變化的和進化的。對於後現代科學，生命和進化的原則支配代替了機械論，因此，描述非有機系統的同樣的方法模型和概念並不適用於有機系統。對許多人來說，自組織原則、耗散結構、非平衡、以及通過漲落的複雜的有序提供了一個生命的突然出現的統一範式，表現了物質的主動性（activity）思想。
5、從決定論走向非決定論，從確定走向可能，從必然走向偶然。
量子理論在表明牛頓理論在宏觀領域有效性的同時，也暴露了在新的亞原子的領域普遍存在非決定論。在認識和分析亞原子粒子的過程中，測不準原理起著基本的作用。實在的最基本構成不可能真正地分離、準確地鑒定、預言或者理解。如此由經典物理學所倡導的準確的預言以及觀測對象的中立性、客觀世界的穩定性就不可能獲得了。量子理論的這種特性使得史密斯（Smith1982）和玻姆（Bohm，1988）將它說成「後現代物理學」，使得他們破除了決定論、機械論和絕對主義，進入到後現代。他們認為，後現代科學的範式要比近現代科學的範式更加有機、更加非決定性、概率性和多視角。
力學的發展與複雜系統理論
顧自安
（廈門大學經濟研究所361005）
http://www.chinavalue.net/Article/Archive/2005/11/28/15049.html
在《自然哲學的數學原理》一書中，牛頓提出了力學的三大定律和萬有引力定律，對宏觀物體的運動給出了精確的描述，總結了他自己的物理學發現和哲學觀點。《原理》是自然科學界當之無愧的奠基性巨著。該著作把地面上物體的運動和太陽系內行星的運動統一在相同的物理定律之中，從而完成了人類文明史上第一次自然科學的大綜合。它不僅標誌了十六、十七世紀科學革命的頂點，也是人類文明、進步的劃時代標誌。它不僅總結和發展了牛頓之前物理學的幾乎全部重要成果，而且也是後來所有科學著作和科學方法的楷模。
牛頓力學為十八世紀的工業革命及其之後的機器生產準備了科學理論。馬克思曾經認為，「在十八世紀臻於完善的力學是大工業的真正科學的基礎」。毫無疑問，當時這個「科學基礎」的最重要的部分是指牛頓的力學。牛頓的經典力學決不只是影響了自然科學界、工業和技術界，更重要的是它喚醒了人們對科學真理的認知，從而推動了社會變革和人們的思想革命。
根據牛頓的力學原理，人們利用描寫物體運動的坐標及速度的初始值，就可以確定地知道該物體的未來和過去。牛頓建立了經典物理學的具有因果關係的完整體系並得到廣泛的實際應用。他所建立的力學體系不僅能說明已有的理論已經說明的現象，如充分地解釋伽利略發現的慣性定律和自由落體定律，而且能說明並解釋已有的理論不能說明的現象，如完滿地說明開普勒的行星運動三定律。更重要的是，牛頓的力學理論能預見到新的物理現象和物理事實，並能以天文觀測或實驗證實它們的正確性。經典力學理論體系的完美和實用威力的強大使物理學家深信，天地四方、古往今來發生的一切現象都能夠用力學來描述。只要給出系統的初始條件，就能夠毫無遺漏地把握它的因果性鏈條。
經典力學不可思議的成功使人們無條件地接受了這一理論，把它看作是科學解釋的最高權威和最後標準。而且直到十九世紀末，它一直充當著物理學家在各個領域中的研究綱領。同時人們也普遍認為，經典力學是整個物理學的基礎，只要把經典力學的基本概念和基本原理稍加擴充，就能夠處理面臨的一切物理現象。當時對牛頓力學的推崇正如赫爾姆霍茲1847年在《論力的守恆》中所說的：「我們最終發現，所有涉及到的物理學問題都能歸結為不變的引力和斥力」，「只要把自然現象簡化為力，科學的使命就終結了」。他還宣稱：「整個自然科學的最終目的溶化在力學之中。」當時，在物理學家中間，出現了「把一切都歸結為機械運動的狂熱」(恩格斯：《自然辯證法》)。牛頓力學的超強解釋力，甚至一度使人們認為物理學已經終結了，而人類關於物理學的一切探索在牛頓那裡已經完成了。
馬克思曾經指出：「科學從認識的較低階段上升到較高階段，愈升愈高，但是永遠不能通過所謂絕對真理的發現而達到這樣的一點，在這一點上它再也不能前進一步，除了袖手一旁驚愕地望著這個已經獲得的絕對真理出神，就再也無事可做了」。
物理學也是如此，物理學從來不具有一種對一切時代都是完美無缺的形式，因為它的內容的有限性總是和可能觀察到的事物的無限豐富多樣性相對立的。這兩者的對立統一，永遠是物理學發展的持續動力。創造歷史的人們總是不可避免地要受到歷史的制約，牛頓當然也不例外。
概括而言，牛頓經典力學的基本概念和基本原理，具有以下幾個方面的局限性：
第一，儘管牛頓一再聲明「我不做假設」，但他還是引入了超越經驗的絕對時間、絕對空間等基本概念。按照牛頓的說法，絕對的、真正的和數學的時間自身在流逝著，而且由於其本性而均勻地、與任何其他外界事物無關地流逝著。絕對空間就其本性而言，是與任何外界事物無關而永遠是相同的和不動的。絕對運動是一個物體從某一絕對的處所向另一絕對的處所的移動，牛頓以著名的旋轉水桶實驗證明絕對運動的存在。
第二，牛頓雖然對引力的本質持審慎態度，但最終還是對它作了抽象的、純粹數學形式的概括，把它實際看作是一種直接的、即時傳遞的超距作用力。經典力學的定律和公式都是機械決定論的。
第三，在經典力學中物體的質量是恆定不變的，它與物體的速度或能量無關。
第四，經典力學定律只適用於宏觀低速世界，對於可與光速相比的高速情況和微觀世界的適用問題，當時沒有涉及也不可能涉及。這些固有的局限性，就是後來引起物理學危機與革命的內在根據。而此後相對論、熱力學、量子力學、以及複雜系統理論等，就是在克服上述局限性的過程中逐步發展起來的。
我在本章第2.1.3節曾經介紹過熱力學原理的基本內容。正如我們以及指出的，熱力學定律的發現是對牛頓經典力學的一個局部革命。
熱力學第一定律只是能量守恆和轉換定律的熱力學表現。
而熱力學第二定律則反映了自然界中過程進行的方向和條件的一個規律，指出自然界中出現的過程是有方向性的，某些方向的過程可以實現，而另一方向的過程則不能實現。證明了一切與熱現象有關的實際過程都是不可逆的。也就是說，任意過程產生的效果，無論用任何曲折複雜的方法，都不能使系統恢復原狀而不引起其他變化。
克勞修斯通過引入「熵」的概念，將熱力學第二定律表述為：在孤立系統中，實際發生的過程總是使整個系統的熵增加，即熵增原理。能量轉換必然伴隨著能量損失，剩下可利用的能量將不足以回到初態。熱力學第二定律可以簡潔而通俗的表述為：萬物皆走向衰退。這是自然界普遍使用的規律。
生命系統中的高級秩序可以維持嗎？或者換句話說，如何解釋生命系統的多種多樣的秩序？本質上來講，有機體系統的存續不是一個力學問題，而主要是一個能量問題，生命系統如何能夠在能量方面保持自身的穩定？生命如何保存和傳遞為它們的秩序所必要的信息（這最終將同樣以能量的觀點來考慮）。從以上熱力學的討論中似乎暗示了所有生命系統終將崩潰，而所有高度有序的結構也終將土崩瓦解，腐爛分化。
如果任何系統都具有這種特徵的話，那麼結果似乎太令人悲觀了。幸好在自然界中還存在一類物理和化學現象：如廣為人知的例子被稱為貝納爾不穩定性（Benardinstability）的物理現象，和稱之為別洛索夫-扎鮑京斯基反應(Belousov-Zhabotinskiireaction)的化學反應。前者產生於液體的熱對流，後者指許多生物化學反應在特定條件下也能形成與貝納爾波非常相似的圖樣。它可以起到一種化學鐘的作用，其振蕩頻率取決於各組分的濃度。普利高津把這種需要依靠外界供應自由能來維持其有序性的結構稱為「複雜系統內部的耗散結構（dissipativestructure）」。
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