沒有任何一門學科能夠單獨應對21世紀全球挑戰的巨大復雜性，當今涉及的問題從生態到經濟，從環境到更廣泛的領域。而熱力學作為一門自然科學的語言，給越來越多社會科學領域的研究帶來曙光。在此，集智編輯部給大家帶來英國皇家學會期刊Philosophical Transactions of the Royal Society A的熱力學2.0特刊介紹，聚焦熱力學如何建立起自然科學與社會科學之間的橋梁，后續我們也會對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 （Appalachian State University） 在北卡羅來納州的布恩舉辦了“熱力學2.0 | 2022年會議”，會議邀請了來自物理、自然科學、社會科學以及人文領域的全球思想與實踐領袖，共同參與跨學科知識的生產與探索。會議有意使用了“跨學科” （transdisciplinary） 而非“多學科” （interdisciplinary） 這一術語，多學科意味著不同學科的連接與結合，而跨學科則意味著學科的真正融合與交匯，從而涌現出全新的認知方式。

沒有任何一門學科能夠單獨應對21世紀全球挑戰的巨大復雜性。當代問題從生態到經濟，從環境到更廣泛的領域。此次會議不僅是孕育跨學科合作的溫床，也是思想火花碰撞的舞臺，它象征著自然科學與社會科學領域科學革命的未來。同時，它也展現了學術界與應用領域成功應對全球挑戰及可持續性危機的未來方向。會議鼓勵勇于探討普遍性問題，尤其是以打破常規的方式去探索，這過程需要非凡的勇氣，而這也正是本刊物中讀者將全面領略到的精神。

會議上分享的信息廣度，正如本期特刊所收錄的內容，涵蓋了量子系統與基礎、穩定演化、熱力學等諸多被深入探討和研究的主題，聚焦于那些致力于通過跨學科方法應對21世紀人類面臨的關鍵問題和挑戰的工作。通過自然科學與物理科學的可靠性，及其與社會科學和行為科學的活力之間的聯系，共同解碼復雜這一話題，這一變革性的特刊對于理解世界和我們彼此之間的連接至關重要。

相信讀者會發現特刊內容既富有啟發性又引人深思，首先是思考模式的變化，從“為何是……？”到開始疑惑“為何不是……？”。一旦共同構想出一個理想狀態，并開始提問“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，在一個重視合作而非競爭的環境中，我們如何共同努力實現這一目標。毫無疑問，這一里程碑式的資源集合將激勵眾多跨學科學者，并給學術界帶來持續而深遠的影響。

文章一覽

來源：https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2023/381/2252

熱力學2.0的主題：橋接自然科學與社會科學，包括使用能量、熵和信息這三種語言及其在社會科學中的形式，例如權力、網絡的文章，旨在建立一個更加統一的人類知識體系。本特刊的一個目標是闡明熱力學的應用范圍和影響，試圖涵蓋一系列多樣化的觀點和理論。讀者可能會驚訝地看到，使用熱力學的框架可以提出并回答很多復雜的問題。

以Arto Annila的文章[2]開篇，他在其中闡明了熱力學的普遍性質。Arto推測光量子作為一切的基本構建塊，并提出哲學論點解釋“為什么熱力學在自然科學和社會科學學科中都說得通”。接下來是兩篇試圖闡明科學統一性的文章：Ram Poudel[3]提出的統一理論，將牛頓第三運動定律推廣到連接生命與非生命，涵蓋了與生命相關的規則和原理。這一理論及其基礎的運動和變化方程與物理科學直接對應。另一個工作中Rod Swenson[4]以最大熵產生定律為基礎，解決了物理、生命和心靈的不可通約性 （incommensurability） ，作為他的大統一理論的基礎。這一理論試圖將“向下流動”到無序的物理與“向上流動”到更有序狀態的生命和心靈統一起來。

Dilip Kondepudi等人[5]和Terrence Deacon等人[6]研究了生物和生命的熱力學。兩個人的論點都建立在Ilya Prigogine首次引入的耗散結構上。生物是耗散系統，但機器不是；生物會表現出意向性或目標導向行為，探索生物這一重要特征的物理基礎是熱力學。Terry用共依賴結構 （codependent structure） 解釋了生物中的目的論因果關系 （teleological causality） ，兩個或多個通過共享基質連接的自組織過程可以向自我維持的目標狀態發展。然而，這種目的論因果關系的自然模型適用于遠離平衡的自組織耗散動力學。

Peter Van[7]認為熱力學是一種穩定性理論，觀點是熱力學是廣義動力學理論的一部分和結果。這也解釋了為什么熱力學的物理概念很普遍，可以在社會科學和自然科學中任何系統建立動力學理論。

然后，我們進入連接自然科學與社會科學的量子物理學領域。Vikram Athalye和Emmanuel Haven[8]使用因果關系的概念和系綜的想法，構建社會現實的類似量子物理學模型，例如他們用兩個馬爾可夫過程建模了社會情境，以支持其想法的可行性。Cal R. Abel[9]提供了關于使用量子形式主義的效用和價值的新視角，馮·諾依曼熵和馮·諾依曼-摩根斯坦效用 （von Neumann–Morgenstern utility） 被認為是等價的，其中哈密頓算子表示價值。Andrei Khrennikov[10]用infon的概念擴展了社會激光理論 （social laser theory） ——攜帶粗粒度信息內容的社會能量量子。這一理論將人類視為原子的類似物，即吸收和發射infons的社會原子，還可與決策模型相關聯。

Umit Gunes[11]使用Scopus數據庫中的出版物，研究了社會科學與能源研究之間的相互作用。他們發現，關于可持續性、氣候變化、創新、城市發展和替代能源的刊物在可持續性這點上，比其他更技術性主題的期刊更突出。Adrian Bejan[12]嘗試使用他的建構定律 （Constructal Law） ，解決熱力學2.0的開放問題[13]。Adrian的文章支持建構定律作為所有生物、地球物理、社會和技術進化的普遍原則。

物理學和熱力學之間存在關系，如一些統計方法[1,14]所揭示的。這種關系不是互惠的，因為學者們對這種關系的評價不對稱。工程師比物理學家更看中熱力學，工程師的這種價值判斷有其傳承和邏輯。熱力學是在我們發現蒸汽機之后誕生的，因為人們覺得有必要解釋他們的新機器是如何工作的。

我們希望這兩部分的熱力學2.0主題特刊能夠為科學、能源、經濟學和進化的統一做出貢獻。很顯然，21世紀的工程師越來越多地研究發動機之外的東西，我們也應該花更多時間理解和解釋人類和人類社會是如何運作的。熱力學2.0致力于更好地理解生命、人類和人類社會，以及它們與物質世界的相互聯系。

參考文獻

1. 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.

2. Annila A. 2023 Philosophy of thermodynamics. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220281.

3. Poudel RC. 2023 A unified science of matter, life and evolution. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220291.

4. Swenson R. 2023 A grand unified theory for the unification of physics, life, information and cognition (mind). Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220277.

5. De Bari B, Dixon J, Kondepudi D, Vaidya A. 2023 Thermodynamics, organisms and behaviour. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220278.

6. Deacon TW, García-Valdecasas M. 2023 A thermodynamic basis for teleological causality. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220282.

7. Ván P. 2023 Toward a universal theory of stable evolution. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220276.

8. Athalye V, Haven E. 2023 Causal viewpoint and ensemble interpretation: from physics to the social sciences. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220279.

9. Abel CR. 2023 The quantum foundations of utility and value. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220286.

10. Khrennikov A. 2023 Coherent decision making stimulated within the social laser: open quantum systems framework. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220294.

11. Gunes U. 2023 Social sciences and energy research interactions. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220283.

12. Bejan A. 2023 The principle underlying all evolution, biological, geophysical, social and technological. Phil. Trans. R. Soc. A381, 20220288.

13. International Association for the Integration of Science and Engineering (IAISAE). 2019 Open Questions: Thermodynamics 2.0, Broomfield, CO: IAISAE.

14. Tien CL, Lienhard JH. 1979 Statistical thermodynamics. London, UK: Taylor & Francis.

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