普里高津（Prigogine，Ilya，1917—），1917年1月25日生于莫斯科，比利時(shí)化學(xué)家。
普里高津曾就讀于比利時(shí)自由大學(xué)，自1947年起擔(dān)任該校化學(xué)教授，他還擔(dān)任美國奧斯汀·德克薩斯大學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué)中心主任。
普里高津在自由大學(xué)攻讀化學(xué)過程中，有一問題常使他疑惑不解，即時(shí)間的作用。物理和化學(xué)中的過去和現(xiàn)在起著同樣的作用；而在人們的經(jīng)驗(yàn)中，昨天、今天和明天卻完全不同。在他看來，物理和化學(xué)中所描述的是一個(gè)沒有時(shí)間的世界，或者是一個(gè)時(shí)間可逆的世界。中學(xué)時(shí)代，哲學(xué)家H·本格森（Bergson）的《創(chuàng)造進(jìn)化論》中關(guān)于在科學(xué)理論中使用的時(shí)間和人們?nèi)粘ｓw驗(yàn)中的時(shí)間存在著差別的思想，給年輕的普里高津留下了很深的印象。
為了研究時(shí)間的作用，普里高津從1939年起決定學(xué)習(xí)和研究熱力學(xué)。老師T·德·唐道（De Donder）是一位理論熱力學(xué)家，對(duì)非平衡態(tài)和不可逆過程情有獨(dú)鐘；而在他之前，大多數(shù)熱力學(xué)家卻只注重平衡態(tài)而忽視非平衡態(tài)和不可逆過程，他們認(rèn)為非平衡只是一種暫時(shí)現(xiàn)象，而不可逆過程總是浪費(fèi)有用功，是有害無益的。唐道詳細(xì)研究了最早由R·克勞修斯（Clausius）提出的“非補(bǔ)償熱”和不可逆過程的關(guān)系，首次把“非補(bǔ)償熱”（即熵）概念和化學(xué)反應(yīng)過程聯(lián)系起來，提出作為反應(yīng)推動(dòng)力的化學(xué)親合勢和描述反應(yīng)體系狀態(tài)的反應(yīng)進(jìn)度的新概念，并以此為基礎(chǔ)提出熱力學(xué)第二定律在化學(xué)中新的表現(xiàn)形式。唐道對(duì)不可逆過程的獨(dú)到見解，吸引了年輕的普里高津的全部注意力，因?yàn)樗杏X到，時(shí)間的概念是和不可逆過程緊密聯(lián)系在一起的。
1944年，普里高津和R·德菲（Delay）合作出版《采用吉布斯和德·唐道方法的化學(xué)熱力學(xué)》，詳細(xì)介紹了德·唐道的熱力學(xué)方法，特別是熵產(chǎn)生原理，開創(chuàng)了從不可逆過程的角度論述化學(xué)熱力學(xué)的道路，至今仍為一部很有影響的著作。
1945年，普里高津證明了在非平衡態(tài)的線性區(qū)和外界的約束（限制條件）相適應(yīng)的非平衡定態(tài)（即不隨時(shí)間變化的非平衡態(tài)）的熵產(chǎn)生具有極小值。這一結(jié)論后來被稱為最小熵產(chǎn)生原理，它與昂薩格倒易關(guān)系被譽(yù)為線性非平衡態(tài)熱力學(xué)的兩塊基石。另外，普里高津還將居里對(duì)稱性原理應(yīng)用于非平衡態(tài)熱力學(xué)，最早提出在各向同性介質(zhì)中不同對(duì)稱特性的熱力學(xué)流和力之間不存在耦合的觀點(diǎn)，例如，他認(rèn)為在各向同性介質(zhì)中作為標(biāo)量過程的化學(xué)反應(yīng)和具有矢量特性的擴(kuò)散過程或熱傳導(dǎo)過程之間的耦合系數(shù)應(yīng)為零。這種觀點(diǎn)得到了大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的證實(shí)?？臻g對(duì)稱性原理對(duì)不可逆過程線性唯象關(guān)系中唯象系數(shù)的這種限制有時(shí)稱為居里—普里高津原理。
為了進(jìn)一步弄清生命這種高度有序的時(shí)—空有序結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)制，普里高津從40年代末開始著手研究如何把不可逆過程熱力學(xué)從不可逆過程的線性區(qū)推廣到非線性區(qū)。因?yàn)樗诖_立了最小熵產(chǎn)生原理以后很快就領(lǐng)悟到，在線性區(qū)，熵產(chǎn)生在定態(tài)具有極小值這一點(diǎn)，就像自由能在平衡態(tài)具有極小值而保證了平衡態(tài)的穩(wěn)定性一樣，最小熵產(chǎn)生原理保證了近平衡的非平衡定態(tài)的穩(wěn)定性，任何對(duì)這種穩(wěn)定定態(tài)的偏離都會(huì)隨時(shí)間消亡，不可能在穩(wěn)定的定態(tài)附近自發(fā)產(chǎn)生時(shí)—空有序結(jié)構(gòu)。從流體力學(xué)的穩(wěn)定性理論中得到啟發(fā)，普里高津和他的同事們（俗稱布魯塞爾學(xué)派）認(rèn)識(shí)到，有序結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是與不穩(wěn)定性緊密聯(lián)系在一起的，任何一種時(shí)—空有序結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，總是可以看作是某種參考態(tài)失去穩(wěn)定性的結(jié)果。為此，他和他的同事們花了相當(dāng)多的精力從事包括非線性區(qū)的熱力學(xué)穩(wěn)定性理論的研究。1954年，他和P·格蘭斯多夫（Glansdorff）提出了所謂普適發(fā)展準(zhǔn)則，即由熱力學(xué)力隨時(shí)間的變化對(duì)熵產(chǎn)生的貢獻(xiàn)總是非正的。在線性區(qū)，這一準(zhǔn)則等價(jià)于最小熵產(chǎn)生原理，但這一準(zhǔn)則超出了最小熵產(chǎn)生原理的有效范圍，同時(shí)適用于非平衡態(tài)的非線性區(qū)。從這一準(zhǔn)則出發(fā)，他們又于60年代得到了同時(shí)適用于線性區(qū)和非線性區(qū)的穩(wěn)定性判據(jù)。按照這個(gè)判據(jù)，一個(gè)系統(tǒng)的熵對(duì)定態(tài)的熵的二級(jí)偏差（δ2S）和對(duì)平衡態(tài)的熵的二級(jí)偏差一樣是負(fù)的：
δ2S＜0
如果系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)過程能保證：
則定態(tài)是穩(wěn)定的；
相反，如果有：
則定態(tài)是不穩(wěn)定的，體系有自發(fā)發(fā)展到其它狀態(tài)的傾向。這一穩(wěn)定性判據(jù)有時(shí)稱為超熵產(chǎn)生判據(jù)。
1971年，他和格蘭斯多夫出版了《結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和漲落的熱力學(xué)理論》一書，詳細(xì)分析了有序結(jié)構(gòu)之產(chǎn)生，參考狀態(tài)的穩(wěn)定性與漲落行為之間的關(guān)系，對(duì)超熵產(chǎn)生判據(jù)在各方面（特別是流體力學(xué)和化學(xué)）的具體應(yīng)用作了進(jìn)一步的闡述。從超熵產(chǎn)生判據(jù)出發(fā)，他們發(fā)現(xiàn)，在不可逆過程的線性區(qū)，如果不可逆過程滿足適當(dāng)?shù)膭?dòng)力學(xué)條件（非線性反饋），同時(shí)體系偏離平衡的程度足夠強(qiáng)，無序的非平衡態(tài)有可能失去穩(wěn)定性，某些特定的漲落得以放大，從而導(dǎo)致某種宏觀的時(shí)—空有序結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。在這過程中非平衡和不可逆性起了十分關(guān)鍵的作用。他們越來越感覺到，耗散能量的不可逆過程并不總是像人們習(xí)慣認(rèn)為的那樣，只是起一種浪費(fèi)有用功的消極作用，它們在建立有序方面也可以起到某種積極作用。正是為了強(qiáng)調(diào)能量耗散過程在建立有序方面的積極作用，同時(shí)為了和人們早已熟知的像晶體那樣能在平衡條件下產(chǎn)生和形成的結(jié)構(gòu)（平衡結(jié)構(gòu)）相區(qū)別，普里高津把那些在非平衡和開放條件下通過體系內(nèi)部耗散能量的不可逆過程產(chǎn)生和維持的時(shí)—空有序結(jié)構(gòu)稱為耗散結(jié)構(gòu)。
按照耗散結(jié)構(gòu)理論，一個(gè)宏觀有序狀態(tài)的自發(fā)產(chǎn)生和維持，至少需要三個(gè)基本條件：(1)系統(tǒng)必須是開放的。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，孤立系統(tǒng)的熵總是增加，因而總是趨于無序。而對(duì)于開放系統(tǒng)，隨著體系和環(huán)境間物質(zhì)和能量的交換，同時(shí)有熵的交換，通過維持一個(gè)足夠強(qiáng)的負(fù)熵流，系統(tǒng)可以維持一個(gè)足夠強(qiáng)的負(fù)熵流，系統(tǒng)可以維持在相對(duì)低熵和有序的狀態(tài)。(2)系統(tǒng)必須處于遠(yuǎn)離平衡的條件下，這是因?yàn)榻胶獾姆瞧胶舛☉B(tài)和平衡態(tài)一樣總是穩(wěn)定的，從這樣的狀態(tài)不能自發(fā)發(fā)展到有序狀態(tài)。只有在遠(yuǎn)離平衡的條件下，非平衡的定態(tài)有可能失去穩(wěn)定性，從而自發(fā)發(fā)展到某種有序狀態(tài)。普里高津把這稱之為“非平衡可以是有序之源”。(3)系統(tǒng)內(nèi)部必須存在適當(dāng)?shù)?#8220;非線性反饋”步驟。在化學(xué)中有一種理想化的非線性反饋是如下形式的自動(dòng)催化反應(yīng)：
A+nX→（n+1）X
在自動(dòng)催化反應(yīng)中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，有更多的X生成，由于X參與反應(yīng)本身，它的增加會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)加快，從而產(chǎn)生更多的X，如此循環(huán)，在一定的條件下可導(dǎo)致失穩(wěn)現(xiàn)象。在失穩(wěn)和導(dǎo)致有序狀態(tài)產(chǎn)生的過程中，漲落起著十分重要的作用。對(duì)于任何一個(gè)宏觀系統(tǒng)，漲落總是存在的。在通常條件下，漲落隨生隨滅，對(duì)系統(tǒng)的宏觀行為的影響不大，但在系統(tǒng)失穩(wěn)的情況下，漲落可以放大，最終可達(dá)到宏觀的量級(jí)，驅(qū)使系統(tǒng)從一種狀態(tài)達(dá)到另一種可能有序的狀態(tài)，普里高津把這稱之為“通過漲落達(dá)到有序”。
“耗散結(jié)構(gòu)”這一名詞最早是由普里高津于1967年在法國凡爾賽舉行的第一屆“理論物理和生物學(xué)”國際會(huì)議上提出來的。耗散概念的確立，使得人們對(duì)熱力學(xué)第二定律和自然界的發(fā)展規(guī)律有了更完整的認(rèn)識(shí)，極大地推動(dòng)了人們對(duì)自然界中各種有序現(xiàn)象包括生命這種高度有序現(xiàn)象的研究，并展示了廣闊的應(yīng)用前景。例如，人們在很早以前就發(fā)現(xiàn)，有些化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中某些組份的濃度會(huì)隨時(shí)間周期地變化，即所謂化學(xué)振蕩現(xiàn)象。但長期以來，這種現(xiàn)象并沒有引起人們的重視，甚至不被承認(rèn)，其中一個(gè)重要原因是許多人習(xí)慣于認(rèn)為這種現(xiàn)象是違背熱力學(xué)第二定律的，因而是不可能發(fā)生的。耗散結(jié)構(gòu)的確立完全改變了這種觀念。按照耗散結(jié)構(gòu)理論，化學(xué)振蕩現(xiàn)象根本不違反熱力學(xué)第二定律。自此以后，化學(xué)振蕩現(xiàn)象以及其他非平衡非線性化學(xué)現(xiàn)象的研究取得了飛速的發(fā)展。和化學(xué)振蕩現(xiàn)象相類似，生命現(xiàn)象曾長期被認(rèn)為是不能用熱力學(xué)第二定律解釋的為生命體所特有的現(xiàn)象。從19世紀(jì)中葉開始，科學(xué)上就有所謂的達(dá)爾文和克勞修斯的矛盾——進(jìn)化和退化的矛盾。耗散結(jié)構(gòu)至少從原則上解決了這一矛盾。由于他在“非平衡熱力學(xué)，尤其是在他的耗散結(jié)構(gòu)理論”方面的成就，普里高津被授予1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
耗散結(jié)構(gòu)理論除了在化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)以及其他自然科學(xué)中都有重要的應(yīng)用外，甚至對(duì)社會(huì)科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。美國著名未來學(xué)家A·托夫勒（Toffler）在他的《第三次浪潮》一書中指出，耗散結(jié)構(gòu)理論“直接打擊了第二次浪潮的假設(shè)，是第三次浪潮引起的‘思想領(lǐng)域的大變動(dòng)’的重要標(biāo)志之一”。他甚至認(rèn)為，耗散結(jié)構(gòu)理論可能代表了下一次科學(xué)革命。
聯(lián)系客服
