王  彬序        

序 言 3   

每一个学科及其各个分科的内部都存在自己特有的“组成”(又称构成、组分、成分)问题。而关于“组成问题”是否存在更为普遍、更为一般的通用的概念、模型和规律?我们可能没有想过,或者说是熟视无睹。但张先生的《组成论》独辟思路,它居然以组成问题为核心形成了一个与各学科相衔接又有创新的知识体系。

确实,组成问题存在于各个学科领域,如果确立了关于组成问题的一般性概念、模型和规律,岂不是为各个科学领域送来了新的理论武器?《组成论》激励我们想看个究竟。

现代科学领域已经非常繁多,如何概括不同领域中关于组成问题的一般认识?这个看似非常复杂的问题,《组成论》似乎把它变得很简单:靠着新引入的三个概念(第一篇)和一个原理(第二篇),张先生搭起了一个理论框架(第三篇是其应用)。而更重要的是作者探索了一个新领域,并且初步形成了一个新体系。俗语说万事开头难,张学文先生勇敢地迈出这艰难的第一步,这是令人敬重并值得称赞的。

通俗、朴实、流畅和严谨也是本书的特点。书的前五章几乎没有一个公式,这有利于不同学科的读者可以步步深入而又不失严谨。全书以平等和朴实的心态与读者交换看法,没有说教填鸭之感。这拉近了读者与作者的距离、读者与科学的距离。全书文风清新,不艰涩、不玄虚,使人在轻松的阅读中长知识,在活跃的思维里添智慧。

组成论似乎不属于科学的经典分科中的某一类。在图书分类中它可能仅属于“科学”这个范畴。据作者说它与时髦的复杂性研究、统计学、系统论、信息论、物理学的熵有关。

时代呼唤创新,社会企盼创新。今天《组成论》在理论领域真的提出了创新性的见解,我们如何应付?如何评价?

 

20世纪80年代我作为一名物理老师由于教学的需要对熵的知识很感兴趣。张先生当时提出了与物理学的熵既有联系又有区别的另外一种“熵”,并且说它自发可以减少。这个与物理学传统认识有区别的观点发人深思。1987年我参加了张先生倡导的“熵与交叉科学研讨会”,认识了这位从事气象科学工作又有深刻物理思想的新疆气象科学研究所的所长。我和许多与会的物理同行发现,他把统计物理学中的分布函数分布的思路用于解决气象学中的降水分布,并且得到了资料证实。他充满信心地认为这是熵原理在非物理学领域的有效应用,他对统计物理的思想方法推广到非物理学领域的积极性比物理学工作者还要高。这令人感动,我也深受鼓舞。

张先生的专著《气象预告问题的信息分析》一书曾经对“信息熵”做了有很好地说明和应用。借助信息论和物理学关于熵知识的融会,他提出了“熵是复杂程度的度量”的论点。这个提法与过去的“熵是无序程度的度量”的提法有区别又有联系。新提法比较容易理解,在很多场合也说得通。更好的是它把过去抽象难懂的概念和公式变得通俗易懂。

在张学文先生的另一本专著《熵气象学》中,他的思想有了进一步发展。即沿着:分布函数—熵—熵原理(张学文先生称之为最复杂原理)这样一条线索,用“最复杂原理”把很多分布函数统一起来。这体现了组成论这个思路的理论力量。

在《组成论》中张学文先生的思想更为系统深化了。为了说明分布函数存在的广泛性(不仅限于统计物理),他补充了一个称为广义集合的新概念。所谓广义集合是从特定角度对客观事物的一种认识模型。这样逻辑链条就延长为“广义集合(客观事物)—分布函数—熵(复杂程度)—熵原理(最复杂原理)—用原理说明对应事实。这种被延长了的逻辑链条就是《组成论》一书的主线。这种延长带来的好处是它的应用领域从此跨出物理学而进入一切符合广义集合模型的客观事物中。这样,《组成论》也就是跨出物理学的一个立体知识体系了。

 

作为物理学工作者,看到有人把物理学的某些思路经过延长,又得以扩展到物理学以外,派生出新的理论体系,我感到高兴。

初读组成论,我感到作者在第一篇引用的广义集合、分布函数、复杂程度概念简单、重要又通俗。而第二篇作者借助所谓的“概率公理”,逻辑地引入了所谓“最复杂原理”(新语境下的熵原理)。这不仅为全书提供了简单、清楚的理论链条,也为物理学的对应知识提供了一个近乎平行的理论链条。我认为把《组成论》中的一些思考引入物理教学是很有意义的工作。

第三篇介绍这个知识体系的应用,那里有了不少物理学以外的事例。一部分物理知识穿上了组成论的外衣可以在非物理学领域畅通无阻?在提倡知识交叉的今天,这确实是使得注意的新思路。作者期待各个领域的专家,把植根于物理学的定量规律应用于自己的专业中。也许这些工作取得了很大的进展以后我们更容易理解爱因斯坦的话:熵原理是宇宙的第一法则。

《组成论》中提出了一些与时下认识不同的论点,如作者认为物理学的时间方向与生物学的方向没有鸿沟。他还提出了一些非常大胆的新认识,如认为爱因斯坦的质量、能量关系公式应当扩大为物质的质量、能量、复杂程度(信息熵)三者的关系公式。这是一个新鲜大胆的猜想或假设,当然也有待于进一步论证、检验。

对于中国,“现代科学知识”几乎都是外来品,这些知识首先是在欧洲或者美洲的学术界经过洗礼,然后传入中国。它们从进口的那一天就贴上了“合格的科学知识”的标签。如果一个新的认识首先用中文以著作的形式发表在中国社会,它的命运是什么?因为没有译成洋文,由于无法接受洋人的洗礼而冷酷地被淘汰?中国自己有没有认定科学新认识的习惯、环境、程序?有没有一种权威(机构、团体、个人)允许它报户口?《组成论》把这些问题交给了我们生活的社会。

“创新”是时代的强音,热情又谨慎地审定《组成论》是应当的。各个领域的专家尝试把组成论用于本领域,甚至再扩展。这可能是最有实在意义的审定。“实践是检验真理的标准”,这对《组成论》也适用。

王彬于西北工业大学2003115

(作者系物理系教授)