化学中的自组织_宇宙时间奥秘
要把能起化学反应的混合物保持远离平衡，是很简单的。只要把它放入一个不断搅动的流水式反应器就行了，而这种反应器是每个化学工厂的典型设备。化学物品进入反应器上方，由于搅动而起化学反应，成品再从低处拿走。如果某个成品（叫它 X）催化自身的生产——一种所谓“自催化”的反馈，各种非线性的种子便种下了。X 在某个时刻形成的数量要看 X 当时有多少，这种非线性的特征类似麦克风和扩音机之间的正反馈。这样，并不太麻烦，我们就具有了自组织和像化学钟那类现象所需要的各种因素。
第一个考虑到这种可能性的是数学家杜灵（ Alan Turing），他是二十世纪英国科学界最伟大的人物之一。他这一套想法写在 1952 年《皇家学会哲学丛刊 B 部》发表的一篇出色论文里面，当时他四十岁，在曼彻斯特大学工作。智力成就点缀着杜灵的一生：他本人就像座人体化学钟，每五年鸣响一次，这是最后一次。1935 年，他创造了“通用机器”的概念，把一个描述精神的简单机械图像和纯数学结合起来，说明机器可以模拟思想；1940 年，他在白金汉郡布莱其列镇当密码专家，他的计算才能被用于破译德国海军情报，情报先用一台“厄尼格摩（谜）机”编码；1945 年，他从事制造“自动计算引擎（Automatic Computing En-gine）”，这是他的通用机器也就是电脑的实际体现；最后，在 1950 年，一生许多时间花在破译敌人密码的杜灵，将他的注意力转向大自然用以产生各种图案的密码。
杜灵当时的兴趣是想为形状、结构、功能在生物体中的出现，即生物学中所谓的“形态来源论”，找出一个化学基础。杜灵问他自己一个简单的问题：一个有机体是如何把一个化学浑汤整理成为一个生物结构，如何使一团一模一样的细胞变成一个有机体？这是生命最大的难题
之一。然而他在论文的提要中写道：“本理论并不提出任何新的假设；它只是说某些熟知的物理定律就足够解释许多事实。要全部了解本论文需要相当程度的数学，需要少许生物学和初等化学。”
让我们来考虑一下胚囊的发展过程：一个哺乳动物的胚胎，本来是一个许多细胞组成的球体，这球体逐渐失去它的对称性，有些细胞发展成头，有些发展成尾巴。从一个完美的球体开始，我们也许会以为，支配它发展的生物化学反应的均匀、不可逆的扩散，会保持这球对称性，那么我们每个人都应该是一团一团的球体了。然而在这篇论文里，杜灵证明，受精卵变成生物复杂形态所必需的这种对称性的破坏，的确可以出现。他这里的思想定性地说，是和我们上面已经讲过的一样：在平衡态附近，最对称的均匀状态是稳定的；远离平衡态，均匀状态就会因为到处存在的涨落而变成不稳定了。杜灵打了个机械式比喻：“一根棍子如果从它引力中心稍上的一点吊着，棍子将是处于稳定平衡。但如果一个老鼠沿着棍子向上跑，平衡便迟早会变为不稳定，棍子便会开始摆动。”
卵很少是球对称的，而且诸如引力的因素会破坏这对称性。尽管如此，从杜灵的想法可以很生动地描述出自然界各种图案的产生，蜗牛壳也好，蛇皮也好，这些都将在下章详述。这里的过程当然都是不可逆的，都含有时间之箭。可悲的是，杜灵没有能更多地发展这套思想，他讨论形态形成的论文发表两年后，就自杀了。
英国社会五十年代的道德风气使杜灵活不下去。1952 年，杜灵的末日开始来到，他以“违反 1885 年刑法修正法第二节，犯粗鄙行动罪”的罪名，被提入法庭受审。先是由于警察调查他家发生的盗窃案，使他自招是个同性恋者。他被处缓刑，送入医院受医药治疗，注射了降低性欲的荷尔蒙。可是在 1954 年圣灵降临节的星期一，五十年来最冷最湿的一天，杜灵吞食了泡过氰化物的苹果。郝基斯（Andrew Hodges）在他写的杜灵传里讲道，1939 年杜灵在剑桥看了《白雪公主》的电影：“他非常欣赏恶巫用绳子吊着苹果，晃来晃去放进沸腾的毒药锅里，一面口中念念有词：‘苹果泡呀，泡呀，睡觉一般的死亡，泡进去吧。’这几句话，他本人就喜欢念来念去，日后居然应验了。”
杜灵的死一如玻尔兹曼的自杀，是科学界的一大创伤。幸好他已经取得一项重要的发现，他发现如果多种颜色的物体具有不同的扩散率，在液体里相互起反应，它们便会变化其浓度而形成空间的图案。这个现象是违背直觉的，因为我们总觉得任何不可逆的混合过程，结果总是把原有的图案、结构洗刷一尽，就像咖啡加牛奶而产生的花样迟早总要消失一样。杜灵远远超过他的时代，他写出了数学配方，既可以制造不随时间变化的稳态图案，也可以取得像化学钟里的彩色波浪的振荡式图案。现在我们把离开平衡态足够远的、图案首次出现的那一点，叫做“杜
灵不稳定性”点，这是我们上面提过的“临界点”的一个例子。可是，在该点认为应该出现的图案，虽然理论上可能，当时还没有在任何一个实际化学系统里切实地看到，并且他的模型里的有些细节由于其它原因，也受到过批评。尽管如此，生物界里自组织是很普遍的，其中有些例子是可以用“反应-扩散”理论来解释。但目前我们先把注意力集中在一些比较简单的化学现象上。
此后十五到二十年间，杜灵的工作可说没有受到化学家和生物学家的注意。其原因很多。为了处理所涉及的非线性方程，杜灵采取了线性化的办法，即假设在有一定限制的情况之下，数学行为是线性的，是可预知的。这样一来，他的分析就难免太“近视”了，离开平衡态以后，不能超越过第一个临界点。换言之，杜灵可以说什么时候将有图案出现，但他不知道，当系统继续远离平衡态时，那幅图案将会起什么变化。杜灵意识到要继续发展这项工作必须要用高速计算机，而这样的计算机当时是没有的。再说，当时还没有任何人知道有什么化学反应，是杜灵的理论可以应用的。
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