自然法则范文(精选6篇)
自然法则 第1篇
原生的自然生态系统一旦被破坏, 这个过程是不可逆的, 受损生态系统依靠自然力量不能恢复, 只有靠人工的绿地系统重新整合, 再造一个相对合理的自然生态环境。水与绿无疑是改善城市生态环境的主线。它们是自然生态之灵, 是构筑人与自然和谐发展之根本。
一、绿色景观与建筑
1.建筑作为稳定的不可移动的具体形象, 总是要借助于周围环境恰当而和谐的布局才能获得完美的造型表现。绿色植物的季节性变化和易修剪的特点使其在营造建筑外部空间环境中成为必不可少的要素之一。
2.四季更迭的形与影绿色景观四季变幻的姿态、颜色、气味和随风飘动的秀影使建筑外部空间呈现出生机盎然的景象, 其微妙的动态变化使原本凝固的音乐也变得灵动起来, 在各个季节呈现出不同的丰姿和魅力。绿色景观在空间和时间维度上的变化, 不仅为建筑创造了绚丽多变的空间环境, 而且架起了人与自然交流的桥梁。其或优雅、或自然、或绚丽的外观自然而然成为建筑空间的延伸、呼应和限定。建筑与周围自然环境的结合, 不仅反映了人与自然的和谐关系, 而且造就了丰富多彩的地域景观。
二、绿色植物的人文魅力
不同种类的绿色植物因其姿态、生长特性的不同常被人们赋予独特的个性和品格, 从而表达出一定的文化特色和精神内涵, 建筑与自然环境的巧妙互借和融合而显现出的整体性是中国私家园林的精髓。植物历来是文人造园表意的主角, 在传统文人逸士的私人园林中, 植物的选择极大地反映了他们的意趣。精心配置的绿化景观, 使人产生无限遐思和美妙想像, 为园林增添了非凡的自然魅力和人文魅力。自然空间应是被绿化所包裹的。“技术不应该破坏自然, 而是应该帮助我们生存;空间不应该统治一切, 而是应该令人们感到愉悦。”植物体是有生命的活体, 有其生长发育规律, 具有大自然的美, 是园林构景中的主体。
三、水
提到水, 没有人会感到陌生, 它是大地万物不可缺少的一样东西, 没有水, 就没有生命, 更没有人类今天经济的繁荣。早在人们开始探寻世界各种事物的组成或者分类的时候, 它就扮演着重要的角色。水是生命之源, 它孕育了万物, 更孕育了人类的文明。水, 无疑是城市中最为自然部分, 它酝酿着城市的灵气, 蕴藏着城市的历史, 被誉为城市之“肾”。人类从临水居住开始, 在对水的认识和利用的过程中, 形成了人与水密不可分的关系。水景对于硬质的建筑空间环境有着无可比拟的灵活的塑造力。水体的景观形式亦是丰富多彩的。明袁中郎谓:“水突然而趋, 忽然而折, 天回云昏, 顷刻不知其千里, 细则为罗谷, 旋则为虎眼, 注则为天坤, 立则为岳玉;矫而为龙, 喷而为雾, 吸而为风, 怒而为霆, 疾徐舒蹙, 奔跃万状……
(一) 水体塑造
水体形式多为四种, 水体因压力而向上喷, 形成各种各样的喷泉、涌泉、喷雾……总称喷水。喷水的水声亲切而自然, 也可对人产生积极的影响。
1. 水体因重力而流动, 形成各种各样溪流, 旋涡…
…总称流水。流水至柔至善, 可轻易流过路径上的各处障碍。而涓涓细流的水声很具抚慰性, 有助于令身心疲惫的游客忘却一路的辛劳与仕途的不顺。
2. 水面自然, 不受重力及压力影响, 称池水。
在其中饲养观赏鱼、青蛙、水生植物等, 以形成生态链, 维持良好的生态平衡并使水质清新。池水可增加自然的美感, 为公园凭添无限的诗意。
自然界不流动的水体, 并不是静止的。它因风吹而漪漣、波涛, 因降雨而得到补充, 因蒸发、渗透而减少、枯干, 因各种动植物、微生物的参与而污染、净化, 无时不在进行生态的循环。
四、构建人与自然和谐相处的生态伦理
工业文明时代人与自然的关系中, 人类已处于主动地位。当人的行为违背自然规律、资源消耗超过自然承载能力、污染排放超过环境容量时, 就将导致人与自然关系的失衡, 造成人与自然的不和谐。因此, 人类为了持续发展, 不断提高自己的生活质量, 必须充分认识自然规律。人类发展到今天, 应该而且已有能力主动调整自身行为, 实现人与自然的和谐发展。正如恩格斯所说:“我们连同我们的肉、血和头脑都是属于自然界, 存在于自然界的;我们对自然界的整个统治, 是在于我们比其他一切动物强, 能够认识和正确运用自然规律。”
总之, 城市生态绿地系统应力求构筑一个结构合理, 布置均衡, 城乡结合紧凑的, 以农业为基础, 以风景名胜区、自然保护区和森林公园等为支柱, 以各种组团隔离带、防护林网、环城林带和各类绿色廊道为骨架的大地绿化系统。当城市绿化沿发展特色的方向不懈努力时, 绿化对城市形象的普遍意义便会向理念方向转化。发掘城市形象影响要素中绿化资源的潜力, 突出城市特色、塑造绿色城市, 改善城市生活条件, 提升城市环境品质以至塑造新的城市理念等均有重要意义, 经济与财富、亮化与未来、自然与生态、文化与品位有一定对应关系, 而植物对应的是生
浅析室内设计中的无障碍设计
崔书恺 (湖北工程学院<原孝感学院>湖北孝感432000)
摘要:无障碍设计可以提升人们的生活品质, 一个具有“无障碍化环境”的室内设计可以方便所有人的生活, 提升整个家居生活的品质。“无障碍化环境”的建设是残障人士、老人、妇幼、伤病等相对弱势人群充分参与社会生活的前提和基础, 是方便他们日常生活的重要条件, 也从一个侧面反映了一个社会的文明进步水平, 是物质文明和精神文明的集中体现, 对提高人的素质, 培养全民公共道德意识, 推动和谐社会的建设具有重要的作用。本文通过对室内无障碍设计的研究, 以无障碍设计规范为参考, 从建筑无障碍设计引申, 探讨在室内环境中视觉残疾人、老年人、儿童和其他社会成员的通行安全和使用便利, 在公共环境和居住环境等建设工程中配套建设的服务设施。对公共设施进行设计;用视觉传递设计完善标识引导系统;用环境设计来完善公共空间的分布, 在整个设计过程中既有创新意识又蕴涵着人本主义的关爱。
关键词:无障碍设计;限制性设计;残疾人;老年人;儿童
无障碍设计是一个理念, 是基于人性化设计主张而提出的, 为了保障老年人、残疾人、儿童等社会相对弱势人群的通行安全和使用便利, 其主旨就是不分年龄、性别和能力在最大限度的可能范围内适合所有人使用方便的环境或产品的设计。
随着人们的生活水平不断提高, 人们的消费层次已经从解决温饱问题的层面转向了更高的精神与物质的层面。在我国室内设计行业发展的初期, 很多设计师的作品大多以美观奢华为主, 并没有考虑到残疾人、老年人等弱势群体的使用便利性。而随着室内设计愈加向着成熟的方向发展, 更多的设计师意识到设计是以人为本的, 可以满足大多数人的使用才是设计的宗旨。逐渐的, 无障碍设计开始在中国蓬勃发展起来。
本文将通过分析无障碍设计与限制性设计, 探讨如何合理地将无障碍设计引入室内设计之中。通过对室内无障碍设计与限制性设计相结合的研究, 探讨残疾人、老年人和其他社会成员的使用便利, 通过限制性设计以保护婴幼儿及儿童在内人群的使用及活动安全。用环境设计来完善公共空间的分布, 使无障碍设计普及千家万户, 在整个设计过程中既有创新意识又蕴涵着人文主义的关爱。
一、无障碍设计的发展趋势
(一) 无障碍设计的重要性与迫切性
无障碍设计是人类精神文明发展的结晶产物。发展无障碍化建设是老年人、残疾人、儿童等弱势人群生活的前提和保证, 在方便他们日常生活的同时, 也可以提升整个城市的生活水平。对整个社会而言, 不仅可以对全民的公共道德素质有着促进的作用, 还是整个社会进步水平及精神文明的集中体现。为我国大力发展和谐社会创造有利条件。
(二) 国外无障碍设计的发展情况
20世纪初, 由于人道主义的呼唤, 建筑学界产生了一种新
命。使绿化成为营造城市形象的一种重要手段。人类控制人与自然的关系在很大程度上还要依赖人类与自然的关系, 很大程度上还要依赖人的价值观、生活方式、社会关系等诸多因素的协调和谐。
的建筑设计方法——无障碍设计。它运用现代技术建设和改造环境, 为广大残疾人提供行动方便和安全空间, 创造一个“平等、参与”的环境。国际上对于物质环境无障碍的研究可以追溯到20世纪30年代初, 当时在瑞典、丹麦等国家就建有专供残疾人使用的设施。1961年, 美国制定了世界上第一个《无障碍标准》。其无障碍环境建设既有多层次的立法保障, 又已进入了科研与教育的领域;各种无障碍设施既有全方位的布局, 又与建筑艺术协调统一, 同时给残疾人、老年人带来了方便与安全, 堪称世界一流水平。1961年美国国家标准协会制定了第一个无障碍设计标准。1968年和1973年国会分别通过了建筑无障碍条例和康复法, 提出了使残疾人平等参与社会生活, 在公共建筑、交通设施及住宅中实施无障碍设计的要求, 并规定所有联邦政府投资的项目, 必须实施无障碍设计。
(三) 我国无障碍设计的现状
我国无障碍设施的建设是从无障碍设计规范的提出与制定开始的。1986年7月, 建设部、民政部、中国残疾人福利基金会共同编制了我国第一部《方便残疾人使用的城市道路和建筑物设计规范 (试行) 》, 于1989年4月1日颁布实施。
(四) 无障碍设计的发展趋势
我国无障碍设计的发展, 经过改革开放及社会主义精神文明建设, 已经得到了迅猛的发展。但与一些发达国家的无障碍化建设还有很大的差距。仍需要不断的完善和发展, 并要开发室内空间的无障碍设计, 我国在室内的无障碍设计方面还存在着很多的不足, 而人们在室内的生活时间远高于室外。因此, 对室内设计又有了新的要求, 即大幅度使用无障碍理念、最大限度的满足残疾人、老年人等弱势群体的生活自理要求、为弱势群体创造出更加温馨舒适的室内环境。这些新问题的出现, 也要求设计师不断的自我挑战, 解决新问题。
二、残疾人无障碍设计
很多公共建筑的设计并未考虑残疾人的使用方便, 尤其是对轮椅考虑不周。在有高度差的地方一般都仅仅设置了台阶, 并没有供轮椅通行的专用通道。设置轮椅通道也有相应的要求。轮椅的宽度一般为700mm左右, 加上使用者的手臂及预留的宽度, 因此过道的宽度应设计在1.2m左右最为合适。在室内, 也应参照上述要求, 在大型公共室内空间中, 最小的通道也应满足两辆轮椅通过的宽度, 即大于2.4m。室内中若有不同标高的地方, 也应该以坡道来代替台阶。并且为了轮椅的通行安全, 坡道应该做适当的防滑处理。例如一些餐厅中的公共卫生间入口一般都有高度差, 并且地面湿滑, 这时就应该以坡道代替台阶, 并在坡道上铺设防滑砖或地毯。
在某些高度差比较大的地方如室内中的夹层、会堂的舞台等, 应增加扶手及护栏, 以保护和方便残疾人使用。一般在护栏的0.6m处的地方加装扶手最为合适。
参考文献
[1]陈有民.《中国园林》《中国园林》杂志社2006年5月
[2]吴家骅.《世界建筑导报》.2005年6月.
[3]贺亮明.《谈和谐社会中人与自然的和谐》2010年.
[4]王伟.《论人与自然和谐发展与生态文明建设》.
[5]吴德强.李德华《城市规划原理第四版》.
[6]陆清水.《园林设计的系统规划原理》.
[7]孙一民袁粤《从景观设计到城市设计》.
自然法则 第2篇
我不想只重复前辈、大师的著作。否则,倒不如建议读者去详细阅读由A?J?FROST和R?R?PRECHTER?JR合著的《艾略特波浪理论》(这是波浪理论的入门必读书目,当然需要仔细阅读)。我怀疑,艾略特及其继承者恐怕未必百分之一百“知道”为什么波浪理论是“自然律”的最近似表达之理论。我想,“新解”就是要向世人阐明波浪理论的真谛。
还在孩童时代,我就很想知道我们的“世界”是如何(HOW)、为何(WHY)、何时(WHEN)肇始的?它有多大?形状如何?又由何物构成?从伽利略到哥白尼,从牛顿到爱因斯坦,前辈大师所作的努力都值得我们敬佩。20世纪30、40年代,“大爆炸”理论出现。比利时的乔治?勒梅特在此事的起步阶段起了带头作用,他的“原始原子”理论乃是“大爆炸”理论的鼻祖。40年代后期,俄国人乔治?盖莫夫与他的学生拉尔夫?阿尔弗和费伯特赫尔曼又迈出了最重要的几步。1948年,阿尔弗和赫尔曼预言,从大爆炸散落的残余辐射由于宇宙膨胀而冷却,如今它所具有的温度约为5K(即-268℃)。
1957年,前苏联物理学家诗茂诺夫(SHMAONOV)建造了一具天线,探测到了某种在天空中不同方向上均匀的信号,与之相当的辐射所具有的温度在1-7K之间。这些预言与发现使人们开始认真研究大爆炸模型。人们对宇宙微波作了更多的观测。1980年,美国粒子物理学家阿伦?古斯提出“暴胀宇宙”的概念。他认为我们这个可见的宇宙在极早期阶段经历了一个短期的加速膨胀阶段。所需的时间简直是短极了。
从宇宙“诞生”后的10(-35)秒加速到10(-33)秒。这种理论的好处是完全解决了现在我们为什么观察不到磁单极的问题,磁单极问题乃是极早期宇宙中视界尺度过小造成。大统一时期(电磁力、引力、核力和放射能力统一)的视界尺度膨胀到今天也只能是100公里左右的区域,与现实相差太大,但是只要加入暴胀的概念,这些问题就可以解决。经过暴胀之后,宇宙的膨胀速度渐渐变慢。奇怪吗?这和波浪理论中关于推动浪的描述十分相似!暴胀阶段是第3浪,此后的超长期膨胀是延伸的第5浪(指在“指数图”上)。
更进一步,1983年前苏联物理学家安德列?林德提出随机暴胀宇宙的想法。极早期宇宙中不同的子宇宙经历不同程度的暴胀。只有暴胀得足以产生尺度至少达90亿光年的子宇宙,存在的时间才会长得足以产生稳定的恒星、碳和有生命的观测者。不过,既然有暴胀,就必然伴随着“坍聚”。这样才可以保证宇宙永远是运动的。这就是波浪理论的真谛!
索罗斯及其师认为科学是不可信的。他的基金取名“量子”,意印在此。他认为,爱因斯坦的相对论“证明了”牛顿力学是错误的就是一个很好的例子。后人总是不断证明前人是错误的。事实上,如果不是这样才是怪事呢。开始的时候,“科学”是“错误”,并且不断逼近“绝对正确”。
波浪理论描述了不断进步的人类社会乃至宇宙万物的发展进程。在可以预见的未来,肯定会有人对波浪理论作出重大修改。我个人也已对一些细小的地方产生不满,但暂时没有更好的解决办法。
在另一方面,神学家对于大爆炸理论的描述非常满意,特别是该理论中以前关于奇点的假设。是这样的,膨胀宇宙图意味着过去必定出过某种灾变事件。试想一下,我们的宇宙沿着时间回溯,某一个时候任何东西都会与其他所有的东西撞在一起,这是“开端”,全部质量被压在无限小的空间里。神学家认为,谢天谢地,上帝总算抽空创造了一个奇点!这个奇点突然出现大爆炸,从而形成目前的宇宙。
大自然的法则 第3篇
哥本哈根会议后,“绿色设计”成为家具设计界的新风尚,它不止是单纯的风格,流派或技术上的创新,更不止是一般的方法调整,而是一种思想的变革,是创新与开发现代家具设计的新思维。它要求无论在材料、功能还是审美角度都要力所能及地贴近自然,融入自然,并且优化自然,以达到家具设计与自然的和谐。
我们观察到,2013年的米兰国际家具展,绿色设计被贯彻得更为明确:在今年的展厅上,纸制家具大显身手,诸如Therewasnodeslgnbefore、Plug&Play、EgeCarpe薜品牌都加大了对纸质材料的关注度。特别是下脚料制作的家具备受业界青睐,更彰显出设计师们越来越注重研发材质原生态的理念;黄绿色、亮橙色、柠檬黄、桃红色等明快美好的色彩在本次展会上大放异彩,激起了人们对美好大自然的无限想象,从色彩层面引发了人们对绿色设计的延伸性思考;再者,近年来备受关注的仿生设计,亦在此次展会上有了很好的呈现,诠释出人与自然的完美互利。本期我们将围绕仿生设计、色彩与生活、生态空间等三个主题对绿色设计进行全面阐析。
仿生设计
家具形态的绿化设计并不是一个简单的象形问题,它不仅需要将人的功能需求、技术的可持续性以及艺术观赏性结合成有机整体,更要与色彩结合,从感官上迎合人们对生态自然的要求。某种意义上,它与中国古代的师法自然有异曲同工的妙处:可以效仿自然界诸如植物、动物、人类等生物体的形态;也可以蕴含山川、日月、雷电等自然物质的象征寓意;还可以写意地运用自然界某一物质的线条将抽象的美感具形化。它可以以模拟整体的形式出现,给人直观的美感;也可以运用于家具的某一特定部件中,以满足日常生活需求;还可以只是将自然界的原理运用在某一家具的设计中以提升家具的功能及美感。无论这种形态设计的思想以何种形式呈现,都无一例外地给人们的生活带来自然界的创意、舒适与美感。
色彩与生活
完美的绿色家具,不仅仅是对自然与客观法则的简单遵守,更应是对需求、环境与艺术的有序整合。换言之,家具的功能与生态附加值只是其必备的基本素质,作为一个完整的设计,艺术观感是其形而上的追求,色彩则是促成这一飞跃的重要元素,其意象与协调直接关系到是否与“自然”息息相关的直观感受:由意象而言,不同的色彩会带给人不同的关于美与生活的联想。就色彩协调而言,不同色相之间的协调能够在视觉审美上形成差异性,丰富人们的视野。本届家具展上“拼色”成为一大亮点:黑白组合、互补色组合、同类色组合、邻近色组合等各有千秋、相映成趣,将家具的“色彩之美”推向了一个新高度。
生态空间
梁钦东:城市建设要遵从自然法则 第4篇
过去20多年,中国城市快速发展。我们看到,一线城市、二线城市的规模都在不断地扩大,现在三四线城市也都提出了建成“国际化城市”这样的口号。同时,我们也看到,城市基础设施发生了很多问题。如一旦下暴雨,很多城市就会发生内涝;很多传统文化、传统社区不断地消失,被高楼大厦和宽阔的街道所代替;水质、环境在不断地恶化。
所以,我们就要问一个问题,在未来的城市发展过程中,我们应该做哪些事情去应对这些挑战?在这个过程中,我们很多专业人员都在努力解决这一问题。
第一,在基础设施建设上,如何采用多种形式的集约的公共交通,强化改善城市建设绿色道路,进行绿色、可持续的基础设施。如何降低消耗能源的建造模式,而用新的模式来进行城市建造。
第二,强化人文和文化资源在城市中的多功能性。如何加强绿色基础设施的建设,加强公园绿地、开放空间的建设,修复都市农地,增加城市的生物多样性。各种各样的水体如何在城市的发展过程中,从生态上,从人的开放空间活动上,起到更强的作用。
第三,发挥自然资本的功效。重视空气、水、土地、能源等自然资源的重要性。
最后,健全城市的生态系统。希望通过这些努力,在我们的城市规划、设计建设的过程中,在城市管理和未来城市的发展过程中,实现一个更好的、可持续的城市发展以及城乡平衡。
在城市发展过程中,要遵从自然法则,要从自然的形态出发,从自然资源出发,来建设我们的城市。在城市规划过程中,如何尊重地形,尊重自然山水,在这个基础上进行规划。
在城市规划过程中,以下三点是必须要做的:
第一是建构蓝绿色的网络。蓝色网络是跟水体有关的,跟城市的、周边的、自然的水体的排放空间有关的。绿色网络是跟绿地有关的;要加大绿地对资源管理的贡献,让绿色成为一个休闲的走廊,打造开放空间的绿色环境。
第二是创造土地的负荷功效。我们未来的开发,主要是在负荷发展、负荷功效上有更多的研讨和实施。通过这种措施,提高人们的生活质量、生活效率,包括交通的高效率,实现生态的价值。在开发区域建立绿色框架,并在开发过程中融合历史和文化,将其作为传承建立起来。在十八届三中全会上,也提到了“乡愁”的问题,就是说如何将文化延续下去,在绿色山水里面,让人们能够感受到这种“乡愁”。
第三,我想强调的就是发展地方特色。在开发过程中,要深入地了解当地的特色,包括自然资源、山水特色和人文资源等,在这个特色的基础上来进行规划开发。同时也希望吸引更多的、享受本土资源的人群进驻到这些城市。
世界法则《大自然的启示语文》教案 第5篇
1.走进第三单元,我们走进了神奇的大自然。同学们回忆一下,通过前面课文的学习:《自然之道》、《黄河是怎样变化的》、《蝙蝠和雷达》,大自然带给了我们什么启示呢?
2.揭题:今天我们又将学习一篇新的课文《大自然的启示》。
3.这是一篇略读课文,需要同学们运用前面课文中学到的方法来自读自悟。
4.同学们,我们今天学的这篇课文其实是由两篇小文章组成的。一篇是《“打扫”森林》,另一篇是《人类的老师》,(板书。)
二、初读感知,认记字词
1.那么这两篇文章带给了我们大自然的什么启示呢?自由地读一读课文,注意读准字音,联系上下文仍理解不了的词语查查字典或向同伴请教。
2.认读生字新词,找出词语中的多音字。(扫:扫帚、打扫。)
3.共同解决难理解的词语。(如:生态平衡。)
三、了解内容,质疑交流
1.默读《“打扫”森林》,想想它主要讲了什么?
2.再仔细地读读课文,遇到不明白的地方做上标记,可以是一个小小的问号,也可以简单地将问题写在旁边;遇到感受深的语句画下来,可以用一个词或简短的句子记下自己的感受。
3.师生共同交流,主要解决两个问题:(1)为什么说林务官的命令给森林带来了灾难呢?(2)“打扫”上面为什么要加引号?
4.学了这篇文章,你获得了大自然的什么启示?
四、迁移学法,运用巩固
小结:刚才咱们通过读课文,了解了《“打扫”森林》这篇文章主要讲了什么,并通过提出问题,互相交流,得到了关于大自然的启示。下面,我们就按刚才的方法继续学习《人类的老师》这篇文章。
(1)想想文章主要写了什么?
(2)在不明白的地方做上记号,在感受深的语句旁写写感受。(结合课件理解“流线型”。)
(3)重点感受“生物真是人类的好老师”:人类从大自然中得到启示,有所发明创造的事例还有很多,比如前面的课文──《蝙蝠和雷达》等,大家还了解哪些事例?
(4)这篇文章又带给你什么启示?
五、总结全文,拓展延伸
1.林务官打扫森林,结果给森林带来了灾难;人们从蜻蜓、鲸等动物身上得到启示,有所发明,有所创造。可见如果我们任意破坏大自然的生态平衡,就会遭到大自然的惩罚;如果我们拜大自然为师,虚心地向它学习,就能从中得到启发,造福人类。
2.其实大自然带给我们的启示,远不止今天课文中所说的这些,希望同学们在综合性学习活动中继续探究,下节的口语交际课上,我们还要就这个话题作进一步的交流和探讨。世界法则《大自然的启示语文》
怀旧竟是一种自然法则 第6篇
当罗斯金于19世纪末杜撰了这个词语之后不久,故事就从路德维希·波尔兹曼那里开始了。当时科学的首要目标不是获得知识,而是建立一种理论,即解释自然规律——比如说预测并解释蒸汽机或化学反应的原理——的同时,我们如何忽略那些散乱的细节。
波尔兹曼提出了一种轻而易举就能实现的统一架构,可是在1906年,他却提前结束了自己的生命。他或许隐隐约约地看到了,热力学关注的不是物理世界,而是我们无法理解的物理世界产生的结果。很直白地说,面对无知,现在学习热力学的学生可以在什么都不懂的情况下,就蒸汽机的物理结构或化学反应做出推断性结论;而且一旦解决了这个问题(通常情况下很简单),又可以转而就温度计和压力表做出诊断性说明。
波尔兹曼依赖的无知是极大的:凡是可能发生的事,就一定会发生,不会保留隐秩序。然而,即使在活塞和汽油这么简单的世界里,那种假设也会出错。如果极其缓慢地推动活塞,那么波尔兹曼的方法会很奏效;可是,如果猛推活塞规则就会发生变化,就会出现涡流、逆流、活塞进出的中断,甚至完全停止。活塞一旦受阻,功夫就全部白费了,你的工作会因为这种多余无谓的创造和毁灭模式而耗散。
至于这个法则是怎么回事,也即现实世界如何超越理想而发生耗散,波尔兹曼无从知道。19世纪的热力学需要等待平衡的回归,因为只有那样,所有这些容易耗散的不可能的结构才会消失。我们对平衡这个案例是绝对无知的,因为我们知道没有更多可以知道的东西;但是在一个失去平衡的世界里,我们知道的确有更多的东西,但我们不知道那是什么。
在过去很多年里,非平衡态热力学一直是无人探索的领域,只有在波尔兹曼去世45年之后的1951年,我们才能描述让一个体系稍稍失去平衡的微小调整如何通过所谓的涨落耗散定理在时间上消失。波尔兹曼去世之前,量子力学和相对论都没能成为话题,可是在他死后的几十年却惊奇迭出。与其相比,热力学缓慢如蜗牛。
然而,历史一转入21世纪,基于推断和预测的一种科学获得了新生,这在一定程度上是受机器学习和人工智能迅速进展的驱使。我的新热力学速成课得益于2011年夏威夷大学苏珊·史蒂尔的一次讲座,当时史蒂尔及其同事宣布,在体系耗散(我们所做的工作被浪费和丢失)与我们对该体系的了解之间存在一种新的关系。
史蒂尔及其同事说明了体系耗散是如何受到体系保留的有关世界多余信息的约束,这些信息与该体系的未来无关。他们带着一种诗情画意般的心境将其称为怀旧,可是这份怀旧对未来是无济于事的。他们所展示的是,对一个体系的怀旧会给你的工作带来那么一丁点儿损失。
从字面上讲,功就是:活塞受到阻塞时形成的涡流并未失去,如果细心追踪,就可以让活塞退回以便恢复这些涡流的能量;只有随着时间推移,涡流散开变得未知,越来越无法预测,这时功就会失去。
毫不夸张地说,这就是物理法则里出现的一种悲哀,是被遗忘的记忆,是童年住的屋子被打包装入箱子,是午后毛毛细雨那无法复原的细节。追踪这些记忆得到的过去现在已经无关紧要;如果我们去关注,这些记忆就会向我们讲述一个遗失的故事,如果我们一不小心,就会消耗我们的现在。物理学上的怀旧也会受到惩罚。
我们可以把这个结果颠倒过来:体系耗散与恢复体系原貌的努力程度有关。要回转就得倒推,如果怀旧意味着许多不同的过去与相同的未来能够相容,那么就不可能实现完全倒推。怀旧、不可逆性和体系耗散之间精确的数学关系复杂而具体,如果放弃这些公式,总是有点令人吃惊。
近年来,对新热力学做出更为引人注目的贡献之一的人是麻省理工学院的杰里米·英格兰,是在史蒂尔小组之后的第二年公布。英格兰聚焦体系的不可逆性而不是其怀旧,组合出生物界的景观。他描述进化如何驱使生物体不但利用其周围的自由能,而且以一种极大的体系耗散方式进行。
英格兰的研究似乎解释了过去30亿年我们的生态系统为什么转化为一个巨大的绿色太阳能板,通过自然过程把太阳的能量拿来供养大批大批的食草动物和食肉动物。按照这样的解释,我们之所以存在,是因为我们在尽力可靠地耗散太阳系中心巨大的能源。
史蒂尔的研究把怀旧与体系耗散和遗失联系到一起,而英格兰似乎在说生命的产生是体系耗散的需要。像我们这样的存在之所以存在,恰恰是因为我们创造自己的世界——物理世界、化学世界、生物世界、金属世界、社会世界,而且更快地将其破坏。怀旧也许苦乐参半,但也可能保证我们的存在。
延伸阅读
耗散理论,即耗散结构理论,是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。耗散结构是指远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下,通过自组织形成的一种新的有序结构。
耗散结构理论把复杂系统的自组织问题当作一个新方向来研究。在复杂系统的自组织问题上,人们发现有序程度的增加随着研究对象的进化过程变得复杂起来,会产生各种变异。针对进化过程的时间方向不可逆问题,借助热力学和统计物理学用耗散结构理论研究一般复杂系统,提出非平衡是有序的起源,并以此作为基本出发点,在决定性和随机性两方面建立了相应的理论。