沒有任何一門學(xué)科能夠單獨(dú)應(yīng)對(duì)21世紀(jì)全球挑戰(zhàn)的巨大復(fù)雜性，當(dāng)今涉及的問(wèn)題從生態(tài)到經(jīng)濟(jì)，從環(huán)境到更廣泛的領(lǐng)域。而熱力學(xué)作為一門自然科學(xué)的語(yǔ)言，給越來(lái)越多社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的研究帶來(lái)曙光。在此，集智編輯部給大家?guī)?lái)英國(guó)皇家學(xué)會(huì)期刊Philosophical Transactions of the Royal Society A的熱力學(xué)2.0特刊介紹，聚焦熱力學(xué)如何建立起自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)之間的橋梁，后續(xù)我們也會(huì)對(duì)特刊文章開展深入解讀。
特刊地址：https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2023/381/2252
前言：特刊起源
來(lái)源：https://royalsocietypublishing.org/doi/epdf/10.1098/rsta.2022.0274
2022年7月18日至22日，阿巴拉契亞州立大學(xué) （Appalachian State University） 在北卡羅來(lái)納州的布恩舉辦了“熱力學(xué)2.0 | 2022年會(huì)議”，會(huì)議邀請(qǐng)了來(lái)自物理、自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)以及人文領(lǐng)域的全球思想與實(shí)踐領(lǐng)袖，共同參與跨學(xué)科知識(shí)的生產(chǎn)與探索。會(huì)議有意使用了“跨學(xué)科” （transdisciplinary） 而非“多學(xué)科” （interdisciplinary） 這一術(shù)語(yǔ)，多學(xué)科意味著不同學(xué)科的連接與結(jié)合，而跨學(xué)科則意味著學(xué)科的真正融合與交匯，從而涌現(xiàn)出全新的認(rèn)知方式。
沒有任何一門學(xué)科能夠單獨(dú)應(yīng)對(duì)21世紀(jì)全球挑戰(zhàn)的巨大復(fù)雜性。當(dāng)代問(wèn)題從生態(tài)到經(jīng)濟(jì)，從環(huán)境到更廣泛的領(lǐng)域。此次會(huì)議不僅是孕育跨學(xué)科合作的溫床，也是思想火花碰撞的舞臺(tái)，它象征著自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域科學(xué)革命的未來(lái)。同時(shí)，它也展現(xiàn)了學(xué)術(shù)界與應(yīng)用領(lǐng)域成功應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)及可持續(xù)性危機(jī)的未來(lái)方向。會(huì)議鼓勵(lì)勇于探討普遍性問(wèn)題，尤其是以打破常規(guī)的方式去探索，這過(guò)程需要非凡的勇氣，而這也正是本刊物中讀者將全面領(lǐng)略到的精神。
會(huì)議上分享的信息廣度，正如本期特刊所收錄的內(nèi)容，涵蓋了量子系統(tǒng)與基礎(chǔ)、穩(wěn)定演化、熱力學(xué)等諸多被深入探討和研究的主題，聚焦于那些致力于通過(guò)跨學(xué)科方法應(yīng)對(duì)21世紀(jì)人類面臨的關(guān)鍵問(wèn)題和挑戰(zhàn)的工作。通過(guò)自然科學(xué)與物理科學(xué)的可靠性，及其與社會(huì)科學(xué)和行為科學(xué)的活力之間的聯(lián)系，共同解碼復(fù)雜這一話題，這一變革性的特刊對(duì)于理解世界和我們彼此之間的連接至關(guān)重要。
相信讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)特刊內(nèi)容既富有啟發(fā)性又引人深思，首先是思考模式的變化，從“為何是……？”到開始疑惑“為何不是……？”。一旦共同構(gòu)想出一個(gè)理想狀態(tài)，并開始提問(wèn)“為何不是……？”，我們就成功開啟了改變世界的旅程。本期特刊將展示，在一個(gè)重視合作而非競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境中，我們?nèi)绾喂餐?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。毫無(wú)疑問(wèn)，這一里程碑式的資源集合將激勵(lì)眾多跨學(xué)科學(xué)者，并給學(xué)術(shù)界帶來(lái)持續(xù)而深遠(yuǎn)的影響。
文章一覽
來(lái)源：https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2023/381/2252
熱力學(xué)2.0的主題：橋接自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)，包括使用能量、熵和信息這三種語(yǔ)言及其在社會(huì)科學(xué)中的形式，例如權(quán)力、網(wǎng)絡(luò)的文章，旨在建立一個(gè)更加統(tǒng)一的人類知識(shí)體系。本特刊的一個(gè)目標(biāo)是闡明熱力學(xué)的應(yīng)用范圍和影響，試圖涵蓋一系列多樣化的觀點(diǎn)和理論。讀者可能會(huì)驚訝地看到，使用熱力學(xué)的框架可以提出并回答很多復(fù)雜的問(wèn)題。
以Arto Annila的文章[2]開篇，他在其中闡明了熱力學(xué)的普遍性質(zhì)。Arto推測(cè)光量子作為一切的基本構(gòu)建塊，并提出哲學(xué)論點(diǎn)解釋“為什么熱力學(xué)在自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)學(xué)科中都說(shuō)得通”。接下來(lái)是兩篇試圖闡明科學(xué)統(tǒng)一性的文章：Ram Poudel[3]提出的統(tǒng)一理論，將牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律推廣到連接生命與非生命，涵蓋了與生命相關(guān)的規(guī)則和原理。這一理論及其基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)和變化方程與物理科學(xué)直接對(duì)應(yīng)。另一個(gè)工作中Rod Swenson[4]以最大熵產(chǎn)生定律為基礎(chǔ)，解決了物理、生命和心靈的不可通約性 （incommensurability） ，作為他的大統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)。這一理論試圖將“向下流動(dòng)”到無(wú)序的物理與“向上流動(dòng)”到更有序狀態(tài)的生命和心靈統(tǒng)一起來(lái)。
Dilip Kondepudi等人[5]和Terrence Deacon等人[6]研究了生物和生命的熱力學(xué)。兩個(gè)人的論點(diǎn)都建立在Ilya Prigogine首次引入的耗散結(jié)構(gòu)上。生物是耗散系統(tǒng)，但機(jī)器不是；生物會(huì)表現(xiàn)出意向性或目標(biāo)導(dǎo)向行為，探索生物這一重要特征的物理基礎(chǔ)是熱力學(xué)。Terry用共依賴結(jié)構(gòu) （codependent structure） 解釋了生物中的目的論因果關(guān)系 （teleological causality） ，兩個(gè)或多個(gè)通過(guò)共享基質(zhì)連接的自組織過(guò)程可以向自我維持的目標(biāo)狀態(tài)發(fā)展。然而，這種目的論因果關(guān)系的自然模型適用于遠(yuǎn)離平衡的自組織耗散動(dòng)力學(xué)。
Peter Van[7]認(rèn)為熱力學(xué)是一種穩(wěn)定性理論，觀點(diǎn)是熱力學(xué)是廣義動(dòng)力學(xué)理論的一部分和結(jié)果。這也解釋了為什么熱力學(xué)的物理概念很普遍，可以在社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)中任何系統(tǒng)建立動(dòng)力學(xué)理論。
然后，我們進(jìn)入連接自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的量子物理學(xué)領(lǐng)域。Vikram Athalye和Emmanuel Haven[8]使用因果關(guān)系的概念和系綜的想法，構(gòu)建社會(huì)現(xiàn)實(shí)的類似量子物理學(xué)模型，例如他們用兩個(gè)馬爾可夫過(guò)程建模了社會(huì)情境，以支持其想法的可行性。Cal R. Abel[9]提供了關(guān)于使用量子形式主義的效用和價(jià)值的新視角，馮·諾依曼熵和馮·諾依曼-摩根斯坦效用 （von Neumann–Morgenstern utility） 被認(rèn)為是等價(jià)的，其中哈密頓算子表示價(jià)值。Andrei Khrennikov[10]用infon的概念擴(kuò)展了社會(huì)激光理論 （social laser theory） ——攜帶粗粒度信息內(nèi)容的社會(huì)能量量子。這一理論將人類視為原子的類似物，即吸收和發(fā)射infons的社會(huì)原子，還可與決策模型相關(guān)聯(lián)。
Umit Gunes[11]使用Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)中的出版物，研究了社會(huì)科學(xué)與能源研究之間的相互作用。他們發(fā)現(xiàn)，關(guān)于可持續(xù)性、氣候變化、創(chuàng)新、城市發(fā)展和替代能源的刊物在可持續(xù)性這點(diǎn)上，比其他更技術(shù)性主題的期刊更突出。Adrian Bejan[12]嘗試使用他的建構(gòu)定律 （Constructal Law） ，解決熱力學(xué)2.0的開放問(wèn)題[13]。Adrian的文章支持建構(gòu)定律作為所有生物、地球物理、社會(huì)和技術(shù)進(jìn)化的普遍原則。
物理學(xué)和熱力學(xué)之間存在關(guān)系，如一些統(tǒng)計(jì)方法[1,14]所揭示的。這種關(guān)系不是互惠的，因?yàn)閷W(xué)者們對(duì)這種關(guān)系的評(píng)價(jià)不對(duì)稱。工程師比物理學(xué)家更看中熱力學(xué)，工程師的這種價(jià)值判斷有其傳承和邏輯。熱力學(xué)是在我們發(fā)現(xiàn)蒸汽機(jī)之后誕生的，因?yàn)槿藗冇X得有必要解釋他們的新機(jī)器是如何工作的。
我們希望這兩部分的熱力學(xué)2.0主題特刊能夠?yàn)榭茖W(xué)、能源、經(jīng)濟(jì)學(xué)和進(jìn)化的統(tǒng)一做出貢獻(xiàn)。很顯然，21世紀(jì)的工程師越來(lái)越多地研究發(fā)動(dòng)機(jī)之外的東西，我們也應(yīng)該花更多時(shí)間理解和解釋人類和人類社會(huì)是如何運(yùn)作的。熱力學(xué)2.0致力于更好地理解生命、人類和人類社會(huì)，以及它們與物質(zhì)世界的相互聯(lián)系。
參考文獻(xiàn)
XiuSan X. 2010 On the fundamental equation of nonequilibrium statistical physics—nonequilibrium entropy evolution equation and the formula for entropy production rate. Sci. China Phys. Mech. Astron.53, 2194-2215.
Annila A. 2023 Philosophy of thermodynamics. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220281.
Poudel RC. 2023 A unified science of matter, life and evolution. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220291.
Swenson R. 2023 A grand unified theory for the unification of physics, life, information and cognition (mind). Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220277.
De Bari B, Dixon J, Kondepudi D, Vaidya A. 2023 Thermodynamics, organisms and behaviour. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220278.
Deacon TW, García-Valdecasas M. 2023 A thermodynamic basis for teleological causality. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220282.
Ván P. 2023 Toward a universal theory of stable evolution. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220276.
Athalye V, Haven E. 2023 Causal viewpoint and ensemble interpretation: from physics to the social sciences. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220279.
Abel CR. 2023 The quantum foundations of utility and value. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220286.
Khrennikov A. 2023 Coherent decision making stimulated within the social laser: open quantum systems framework. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220294.
Gunes U. 2023 Social sciences and energy research interactions. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220283.
Bejan A. 2023 The principle underlying all evolution, biological, geophysical, social and technological. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220288.
International Association for the Integration of Science and Engineering (IAISAE). 2019 Open Questions: Thermodynamics 2.0, Broomfield, CO: IAISAE.
Tien CL, Lienhard JH. 1979 Statistical thermodynamics. London, UK: Taylor & Francis.
非平衡統(tǒng)計(jì)物理讀書會(huì)啟動(dòng)！
2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是一場(chǎng)統(tǒng)計(jì)物理引發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)革命。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)不僅能解釋熱學(xué)現(xiàn)象，還能幫助我們理解從微觀粒子到宏觀宇宙的各個(gè)層級(jí)如何聯(lián)系起來(lái)，復(fù)雜現(xiàn)象如何涌現(xiàn)。它通過(guò)研究大量粒子的集體行為，成功地將微觀世界的隨機(jī)性與宏觀世界的確定性聯(lián)系起來(lái)，為我們理解自然界提供了強(qiáng)大的工具，也為機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要推動(dòng)力。
為了深入探索統(tǒng)計(jì)物理前沿進(jìn)展，集智俱樂(lè)部聯(lián)合西湖大學(xué)理學(xué)院及交叉科學(xué)中心講席教授湯雷翰、紐約州立大學(xué)石溪分?；瘜W(xué)和物理學(xué)系教授汪勁、德累斯頓系統(tǒng)生物學(xué)中心博士后研究員梁師翎、香港浸會(huì)大學(xué)物理系助理教授唐乾元，以及多位國(guó)內(nèi)外知名學(xué)者共同發(fā)起。讀書會(huì)旨在探討統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的最新理論突破，統(tǒng)計(jì)物理在復(fù)雜系統(tǒng)和生命科學(xué)中的應(yīng)用，以及與機(jī)器學(xué)習(xí)等前沿領(lǐng)域的交叉研究。讀書會(huì)從12月12日開始，每周四晚20:00-22:00進(jìn)行，持續(xù)時(shí)間預(yù)計(jì)12周。我們誠(chéng)摯邀請(qǐng)各位朋友參與討論交流，一起探索愛因斯坦眼中的普適理論！
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