耗散结构理论

耗散结构理论

耗散结构理论是指用热力学和统计物理学的方法，研究耗散结构形成的条件、机理和规律的理论。

耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖。普里戈金的早期工作在化学热力学领域，1945年得出了最小熵产生原理，此原理和翁萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。普里戈金以多年的努力，试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡的非线性区去，但以失败告终，在研究了诸多远离平衡现象后，使他认识到系统在远离平衡态时，其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别。以普里戈金为首的布鲁塞尔学派又经过多年的努力，终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论──耗散结构理论。这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。

耗散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响。著名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金的思想时，认为它可能代表了一次科学革命。

耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。

协同论协同学（Synergetics）

协同学亦称协同论或协和学，是研究不同事物共同特征及其协同机理的新兴学科，是近十几年来获得发展并被广泛应用的综合性学科。它着重探讨各种系统从无序变为有序时的相似性。协同论的创始人哈肯说过，他把这个学科称为“协同学”，一方面是由于我们所研究的对象是许多子系统的联合作用，以产生宏观尺度上结构和功能；另一方面，它又是由许多不同的学科进行合作，来发现自组织系统的一般原理。

客观世界存在着各种各样的系统；社会的或自然界的，有生命或无生命的，宏观的或微观的系统等等，这些看起来完全不同的系统，却都具有深刻的相似性。协同论则是在研究事物从旧结构转变为新结构的机理的共同规律上形成和发展的，它的主要特点是通过类比对从无序到有序的现象建立了一整套数学模型和处理方案，并推广到广泛的领域。它基于“很多子系统的合作受相同原理支配而与子系统特性无关”的原理，设想在跨学科领域内，考察其类似性以探求其规律。哈肯在阐述协同论时讲道：“我们现在好像在大山脚下从不同的两边挖一条隧道，这个大山至今把不同的学科分隔开，尤其是把‘软’科学和‘硬’科学分隔开。”

协同学的创立者，是联邦德国斯图加特大学教授、著名物理学家哈肯（H旽aken）。1971年他提出协同的概念，1976年系统地论述了协同理论，发表了《协同学导论》，还著有《高等协同学》等等。

协同论认为，千差万别的系统，尽管其属性不同，但在整个环境中，各个系统间存在着相互影响而又相互合作的关系。其中也包括通常的社会现象，如不同单位间的相互配合与协作，部门间关系的协调，企业间相互竞争的作用，以及系统中的相互干扰和制约等。协同论

指出，大量子系统组成的系统，在一定条件下，由于子系统相互作用和协作，这种系统会研究内容，可以概括地认为是研究从自然界到人类社会各种系统的发展演变，探讨其转变所遵守的共同规律。应用协同论方法，可以把已经取得的研究成果，类比拓宽于其它学科，为探索未知领域提供有效的手段，还可以用于找出影响系统变化的控制因素，进而发挥系统内子系统间的协同作用。

哈肯在协同论中，描述了临界点附近的行为，阐述了慢变量支配原则和序参量概念，认为事物的演化受序参量的控制，演化的最终结构和有序程度决定于序参量。不同的系统序参量的物理意义也不同。比如，在激光系统中，光场强度就是序参量。在化学反应中，取浓度或粒子数为参序量。在社会学和管理学中，为了描述宏观量，采用“测验”、调研或投票表决等方式来反映对某项“意见”的反对或赞同。此时，反对或赞成的人数就可作为序参量。序参量的大小可以用来标志宏观有序的程度，当系统是无序时，序参量为零。当外界条件变化时，序参量也变化，当到达临界点时，序参量增长到最大，此时出现了一种宏观有序的有组织的结构。

协同论指出，一方面，对于一种模型，随着参数、边界条件的不同以及涨落的作用，所得到的图样可能很不相同；但另一方面，对于一些很不相同的系统，却可以产生相同的图样。由此可以得出一个结论：形态发生过程的不同模型可以导致相同的图样。在每一种情况下，都可能存在生成同样图样的一大类模型。

协同论揭示了物态变化的普遍程式：“旧结构不稳定性新结构”，即随机“力”和决定论性“力”之间的相互作用把系统从它们的旧状态驱动到新组态，并且确定应实现的那个新组态。由于协同论把它的研究领域扩展到许多学科，并且试图对似乎完全不同的学科之间增进“相互了解”和“相互促进”，无疑，协同论就成为软科学研究的重要工具和方法。

协同论具有广阔的应用范围，它在物理学、化学、生物学、天文学、经济学、社会学以及管理科学等许多方面都取得了重要的应用成果。比如我们常常无法描述一个个体的命运，但却能够通过协同论去探求群体的“客观”性质。又如，针对合作效应和组织现象能够解决一些系统的复杂性问题，可以应用协同论去建立一个协调的组织系统以实现工作的目标。协同论应用于生物群体关系，可将物种间的关系分成三种情况：1，竞争关系；2，捕食关系；3，共生关系。每种关系都必须使各种生物因子保持协调消长和动态平衡，才能适应环境而生存，协同论应用于生物形态学，提出形态形成的基本途径是，通过某些化学物质的扩散与反应形成一种“形态源场”，由形态源场支配基因引起细胞分化而形成生物机体。由于协同论强调不同系统之间的类似，因此它试图以远离热动平衡的物理系统或化学系统来类比和处理生物系统和社会系统，所以协同论除设计了许多物理、化学的模型外，还设计了许多生灭过程、生态群体网络和社会现象模型。象“社会舆论模型”、“生态群体模型”、“经络模型”、“人口动力模型”、“捕食者----被捕食者系统模型”、“形态形成模型”等等。协同论还探讨了人的大脑中化学图样的形成和求知过程与脑细胞之间的联系模型等。

此外，哈肯提出了“功能结构”的概念。认为功能和结构是互相依存的，当能流或物质流被切断的时候，所考虑的物理和化学系统要失去自己的结构；但是大多数生物系统的结构却能保持一个相当长的时间，这样生物系统颇象是把无耗散结构和耗散结构组合起来了。他还进一步提出，生物系统是有一定的“目的”的，所以把它看作“功能结构”更为合适。

自然，协同论的领域与许多学科有关，它的一些理论是建立在多学科联系的基础上的（如动力系统理论和统计物理学之间的联系），因此协同论的发展与许多学科的发展紧密相关，并且正在形成自己的跨学科框架。协同论还是一门很年轻的学科，尽管它已经取得许多重大应用研究成果，但是有时所应用的还只是一些定性的现象，处理方法也较粗糙。但毫无疑问，协同论的出现是现代系统思想的发展，它为我们处理复杂问题提供了新的思路。

突变论突变论是研究客观世界非连续性突然变化现象的一门新兴学科，自本世纪70年代创立以来，十数年间获得迅速发展和广泛应用，引起了科学界的重视。

“突变”一词，法文原意是“灾变”，是强调变化过程的间断或突然转换的意思。突变论的主要特点是用形象而精确的数学模型来描述和预测事物的连续性中断的质变过程。突变论是一门着重应用的科学，它既可以用在“硬”科学方面，又可以用于“软”科学方面。当突变论作为一门数学分支时，它是关于奇点的理论，它可以根据势函数而把临界点分类，并且研究各种临界点附近的非连续现象的特征。突变论与耗散结构论、协同论一起，在有序与无序的转化机制上，把系统的形成、结构和发展联系起来，成为推动系统科学发展的重要学科之一。

突变论的创始人是法国数学家雷内托姆，他于1972年发表的《结构稳定性和形态发生学》一书阐述了突变理论，荣获国际数学界的最高奖---菲尔兹奖章。突变论的出现引起各方面的重视，被称之为“是牛顿和莱布尼茨发明微积分三百年以来数学上最大的革命”。

在自然界和人类社会活动中，除了渐变的和连续光滑的变化现象外，还存在着大量的突然变化和跃迁现象，如水的沸腾、岩石的破裂、桥梁的崩塌、地震、细胞的分裂、生物的变异、人的休克、情绪的波动、战争、市场变化、经济危机等等。突变论方法正是试图用数学方程描述这种过程。突变论的研究内容简单地说，是研究从一种稳定组态跃迁到另一种稳定组态的现象和规律。

突变论认为，系统所处的状态，可用一组参数描述。当系统处于稳定态时，标志该系统状态的某个函数就取唯一的值。当参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统必然处于不稳定状态。雷内托姆指出：系统从一种稳定状态进入不稳定状态，随参数的再变化，又使不稳定状态进入另一种稳定状态，那么，系统状态就在这一刹那间发生了突变。突变论给出了系统状态的参数变化区域。

突变论提出，高度优化的设计很可能有许多不理想的性质，因为结构上最优，常常联系着对缺陷的高度敏感性，就会产生特别难于对付的破坏性，以致发生真正的“灾变”。在工程建造中，高度优化的设计常常具有不稳定性，当出现不可避免的制造缺陷时，由于结构高度敏感，其承载能力将会突然变小，而出现突然的全面的塌陷。突变论不仅能够应用于许多不同的领域，而且也能够以许多不同的方式来应用。

通过突变论能够有效地理解物质状态变化的相变过程，理解物理学中的激光效应，并建立数学模型。通过初等突变类型的形态可以找到光的焦散面的全部可能形式。应用突变论还可以恰当地描述捕食者----被捕食者系统这一自然界中群体消长的现象。过去用微积分方程式长期不能满意解释的，通过突变论能使预测和实验结果很好地吻合。突变论还对自然界生物形态的形成作出解释，用新颖的方式解释生物的发育问题，为发展生态形成学作出了积极贡献。突变论对哲学上量变和质变规律的深化，具有重要意义。很长时间以来，关于质变是通过飞跃还是通过渐变，在哲学上引起重大争论，历史上形成三大派观点：“飞跃论”、“渐进论”和“两种飞跃论”。突变论认为，在严格控制条件的情况下，如果质变中经历的中间过渡态是稳定的，那么它就是一个渐变过程。质态的转化，既可通过飞跃来实现，也可通过渐变来实现，关键在于控制条件。应用突变论还可以设计许许多多的解释模型。例如经济危机模型，它表现经济危机在爆发时是一种突变，并且具有折迭型突变的特征，而在经济危机后的复苏则是缓慢的，它是经济行为沿着“折迭曲面”缓慢滑升的渐变。此外，还有“社会舆论模型”、“战争爆发模型”、“人的习惯模型”、“对策模型”、“攻击与妥协模型”等等。

突变论能解说和预测自然界和社会上的突然现象，无疑它也是软科学研究的重要方法和得力工具之一。突变论在数学、物理学、化学、生物学、工程技术、社会科学等方面有着广

阔的应用前景。《大英百科年鉴》1977年版中写道：“突变论使人类有了战胜愚昧无知的珍奇武器，获得了一种观察宇宙万物的深奥见解”。自然，突变论的应用在某些方面还有待进一步的验证，在将社会现象全部归结为数学模型来模拟时还有许多技术细节要解决，在参量的选择和设计模型方面还有大量工作要做。此外，突变理论本身也还有待于进一步完善，在突变论的方法上也有许多争议之处。总之，突变论问世以来，引起褒贬不一的评述，正象任何一门新兴学科的发展经历一样。著名数学家斯图尔特客观地评价了突变论，他写道：“适当地理解突变理论，可以为我们生存的世界提供新颖而深入的见解。但它还需要加以发展、检验、修改，经历一般成为可靠的科学工具的全部过程。但我毫不怀疑，也不是宇宙中的唯一事物”。

目前，突变论在许多领域已经取得了重要的应用成果。随首研究的深入，它的应用范围在不断扩大，相信它在我国四化建设中将发挥重要作用。

循环理论关于非平衡态系统的自组织现象的理论。由德国科学家M.艾肯在20世纪70年代直接从生物领域的研究中提出。在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环，而基层的循环又组成了更高层次的循环，即超循环，还可组成再高层次的超循环。超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单元连接起来的系统。在此系统中，每一个复制单元既能指导自己的复制，又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。

艾肯在分子生物学水平上，把生物进化的达尔文学说通过巨系统高阶环理论，进行数学化，建立了一个通过自我复制、自然选择而进化到高度有序水平的自组织系统模型，以解释多分子体系向原始生命的进化。这个理论在科学界仍有争议，但无疑它把系统科学的研究推进了一步。超循环理论建立在生物化学、分子生物学基础上探讨细胞起源的系统理论，将贝塔朗菲的生态系统、器官系统水平的一般系统论推进到了细胞、分子水平，从而已经开创了分子系统生物学的研究领域。

耗散结构理论的自组织方法论研究

耗散结构理论的自组织方法论研究 论文标题:耗散结构理论的自组织方法论研究 论文作者吴彤 论文关键词耗散结构/耗散结构理论特征概念/耗散结构概念方法论,论文来源科学技术 与辩证法,论文单位太原,点击次数452,论文页数19～24页1999年1999月论文免费下载https://www.wendangku.net/doc/d315035115.html,/paper_90071101/ 本文研究和区分了耗散结构创始人创立耗散结构的方法与研究耗散结构的方法：建立了耗散结构概念方法论的方法程序。 普里戈金创立了耗散结构理论，今天看来，这个理论在解决什么情况或条件下可以、可能出现耗散结构的问题具有重要的方法论意义。更宽泛地说，该理论在运用何种方法可以判断一个体系可以从无序的状态自发地、自主地演化成为有序结构方面，作出了重要贡 献。 以往，在研究自组织方法论本来不多的国内文献中，常常把两个方面的东西混同起来。即，第一，把自组织的方法与它对唯物辩证法的意义混同起来，用对唯物辩证法的意义代替对自组织的方法的分析；第二，把自组织理论创始人建立理论的方法与理论寻找和发现自组织系统建立、发展的方法混同起来。例如有的同志在文中，仅仅讨论自组织方法论的意义与作用，而没有讨论什么是自组织方法论。似乎什么是自组织方法论已经被确切了解和掌握，不用讨论。然而他们关于自组织方法论的意义讨论却很泛泛，只是在那里谈自组织方法对唯物辩证法有何意义之纭纭。（注：见艾众：“自组织理论方法论”，《天府新论》，1991年第6期。）有鉴于此，本文将对耗散结构理论创始人建立耗散结构理论的方法、耗散结构理论的“发现”（其实是研究什么条件下可以出现）、“耗散结构”方法和该方法论的意义做出明确区分，并对它们做出进一步的讨论。 一耗散结构创始人建立耗散结构理论的方法与思想 1.从可逆到不可逆：反常问题、哲学启迪和范式影响（注：见普里戈金的自传“我的科学生活”，《普利高津与耗散结构理论》，陕西科学技术出版社，1982年版。）按照库恩的科学革命的观点，普里戈金从事科学事业的时段已经是物理学的范式从牛顿转变到了爱因斯坦以后的时代。但是，在物理化学领域这个转变却远远没有完成。其中 最重要的，就是人们还习惯于把 可逆问题的研究当作“库恩范式”下的常规科学问题研究，而把不可逆问题当作“干扰”和令人厌恶的有害因素对待。克劳修斯与达尔文的矛盾，对十九世纪的以平衡态热力学和生物进化论为代表的常规科学，虽然一直就是一个演化方向的矛盾，是一个库恩意义上的反常，但是由于它们是在两个不同领域出现的，因而一直被科学家们搁置起来，不予理睬。同时也存在

应用耗散结构理论对

应用耗散结构理论对 人地关系的重新认识 蓝文亮（学号54） （福建师范大学地理科学学院01级地本，福州 350007） 摘要：人地关系历来是地理学研究的核心问题，随着社会的进步、文明的发展，人类日益重视这 个问题，本文回顾了人地关系的不同阶段的特征，并且用耗散结构理论对在人地关系第三第四阶段产生的环境问题作出了解释。然后用该理论结合一些实例提出了解决环境问题的措施。 关键词：人地关系、阶段、耗散结构理论、解释、措施 对于人地关系的研究历来是地理学研究的核心和热点问题，并且随着社会的进步、人类文明的发展，特别是工业化的前进，环境、资源问题日益突出的时代，研究人类和自然的关系变得越来越有重要和有实际意义。研究人地关系的实质是正确认识人类在自然界中地位、人类应该如何协调和自然的关系。 纵观整个人类历史，人类和自然的关系经历了四个阶段，第一阶段：农业前阶段，人类的生产力水平极其低下，使用的是石刀、石斧等来维持生计；劳动者智力水平也很低下；他们也只能靠采集、狩猎等直接从自然界获取生活的物质，因此他们的生活半径是很小的。这时人类对自然的影响很微弱，没有什么改造自然的能力，反而，他们在大自然面前总是显得无能为力，并且产生了原始的图腾崇拜。这一时期，人类只能依附自然。第二阶段：农业阶段，随着人类认识的进步，农业被人类发现，改变了人类的农业前阶段的单纯依靠自然的历史，人类有了比较稳定的生活，在大自然面前，人类不再是无能为力的角色，可以利用自然界的植物的生长规律为己所用。这一阶段是人类顺应自然阶段。总的来说，人类在这一阶段的生产力水平也是很低的，人类对自然的破坏力也是很微弱的。第三阶段：人类文明有了很大的进步，已经进入了工业化的阶段，从事工业生产必须要有一定的物质原料，工业是建立在一定数量的物质原料基础上的产业。如：炼铁业需要有铁矿石、冶炼过程中的动力源。动力源的最初是燃木头，在工业化初期，技术较低、设备较落后，他们要获得较高产量的铁产品只有依靠多炼铁矿石，随之必然要有大量的木头作为动力源来支持。这时，大量的树木被砍伐在所难免，森林资源遭到人类的破坏，从而引起水土流失，生态问题就产生了。产生这一问题的根本原因是人类对森林资源的过量开采，开采量超过了森林自身的修复能力。这是在人类改造自然阶段过程中带来的负面效应。人类遭到了自身行为的报应，这在十七世纪中业的欧洲出现了这一问题[1]。第四个阶段：后工业化时期，人类的生产力达到了一定的高度，在工业化的进程当中，人们的物质生活也获得相当程度的改善，但是这些改善人类付出了代价，这一代价并不是微乎其微的可以忽略不记的。在人类对不可更新的又不能重复利用的煤、石油、天然气等资源的使用感到有危机的时候，人类寻找了可替代的核动力资源，无可否认的这是人类使用能源历史上的一大进步，但是，事物都有二面性，核能利用带来高能的同时，丢弃的环境中的核废料有相当长的衰变期（几千年甚至上万年）在漫长的核衰变过程中的核辐射对周围环境中的生物有着致命性的伤害，还有核裂变所释放的巨大的核热能破坏了地球本身的热平衡[2]。因此，在这个阶段人类认识到了和自然和谐相处的必要性和重要性。这就是人类与自然关系发展的不同阶段。 在当今，人口、环境、资源已为全球所关注的问题。在1987年国际环境和发展委员会在其《我们共同的未来》的报告中首次对“持续发展”作出了定义。“可持性发展战略”日益得到广泛的认可！我国在1994年3月发表的《中国二十一世纪议程》（人口、环境发展的白皮书）也对“可持性发展”作出了明确的定义[3]。可见人类已认识到自觉的和自然和平相处的必要性和重要性了！ 总结人类和自然的关系的四个阶段过程，人类在工业化阶段、工业后阶段都产生了环境问题。我们从深层次并且用布鲁塞尔学派的普利高津创立的耗散结构理论来解释人类发展过程中的环境问题的实质。整个自然系统是一个开放的系统，在与外界进行物质能量信息的转换过程中，其自身的混乱程度也要随之变动，即系统的总熵值ds要发生变动，其值最终取决于熵流（des）与熵产生（dis）的对比状况，在人类的自然地理系统中，当熵产生的数量积累超过了熵流的积累的时候，整个系统就破坏了，环境问题就产生了；当熵产生的积累等于熵流的积累的时候，整个自然地理系统不退化，也不进化，处于非平衡态的稳定状态，此时环境问题不会产生；当熵产生的积累小于熵流的积累的时候，整个自然地理系统已经良性发展

耗散结构简介

耗散结构简介 1自组织现象 热力学第二定律说明了孤立系统中进行的自然过程有方向性： 有序→ 无序（退化，克劳修斯提出） 自然界实际上也存在许多相反的过程： 无序→ 有序（进化，达尔文提出） 一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。 例1：生命过程中的自组织现象 （1）蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。大脑是150 亿个神经细胞有规律排列组成的极精密极有序的系统，是一切计算机所替代不了的。——如看一张相片，分辨男？女？大约年龄？对带有输入“器官——眼睛”的大脑是很简单的事情，对计算机来说就非常复杂了。 假定蛋白质是随机形成的，而且每一种排列有相等的概率，那么即使每秒进行100 次排列，也要经过10109亿年才能出现一次特殊的排列。 这种有组织的排列决不是随机形成的 （2）树叶有规则的形状；动物毛皮有花纹，蜜蜂窝；龟背（空间有序）（3）候鸟的迁移；中华鲟的徊游（时间有序） 例2、无生命世界的自组织现象 （1）六角形的雪花； （2）鱼鳞状的云； （3）激光 （4）贝纳特现象（Benard） 当ΔT = T2 - T1 = 0 时平衡态 当ΔT > 0 但不太大时，稳定的非平衡态——单纯热传导 当ΔT> T c时，出现有序的宏观对流。千千万万的分子被组织起来，参加一定方式的宏观定向运动，能量得以更有效的传递。

自组织现象是与热力学第二定律的 有序 → 无序 时间箭头相矛盾的！要将它们用物理学规律统一起来，必须抓住孤立系统与开放系统的区别。 2、开放系统的熵变 热力学第二定律：孤立系统中发生的过程 ΔS > 0；但对一个开放系统，熵有可能减少！ 开放系统：与外界有能量交换（通过作功、传热）或物质交换的系统。 2、1 理论上的可逆过程 状态 1 到状态 2 熵的增量 ()()21dQ S T ?=? (可逆) 对孤立系统：因绝热 ΔS = 0，熵不变 对开放系统：若单调吸热 d Q > 0，ΔS > 0 熵增加；若单调放热 d Q < 0， ΔS < 0 熵减少。 2、2 对实际的不可逆过程（上式不能用！） 利用卡诺定理可以证明 ()()()()2211dQ dQ T T >?? 或 ()()21dQ S T ?>? (可逆) （不可逆) （不可逆） 证明：

37第三代生命科学论之——人是典型的耗散结构

《第三代生命科学论》之 ——人是典型的耗散结构 作者：颜丙强张涛 人是典型的耗散结构，从耗散结构理论来理解人的开放、非平衡、负熵、物质与能量的耗散，会看到人的健康与疾病的许多纵深层面，大大地加深对于健康与疾病的深层本质的认知。 一、人具备耗散结构的严格条件 18世纪的“机器医学模式”，强调人是机器。而进入20世纪以来，科学家越来注意到人不是机器。为什么？ 人不同于机器的最为深刻的本质是，人是耗散结构，而机器不是耗散结构。 机器远离耗散结构的三个基本条件： 1、它是封闭系统，不是开放系统，机器不能与环境有物质、能量交换，否则就会瓦解； 2、它是平衡系统，必须保持热力学的平衡条件，不然，机器内部和机器外部就不平衡，就发生物质与能量的交换，交换的结果就是机器的瓦解； 3、不存在非线性相互作用，不能从环境输入物质和能量转化组织为机体自身，没有负熵产生，不能自己升高有序度。 人是耗散结构的基本条件: 1、人体是开放系统，与环境有物质、能量、信息交换，一旦这些交换失常或终止，人体就失常或瓦解； 2、人体是远离热平衡的，无论在机体内部之间，还是机体与环境之间，都是非平衡的，因此才有强烈的物质、能量交换。 3、人体存在极其大量、复杂的非线性相互作用，把从环境输入的物质、能量进行多方面、多层次的转化，形成负熵产生过程，一方面建设自身、升高和保持机体的有序度，另一方面储存自由能，为生命活动提供有效能量。 二、人的生命的非平衡有序稳定 人作为典型的耗散结构，需要特别注意人的耗散结构的以下特点。 1、人的机体的稳定是高有序度的稳定。 虽然孤立地从稳定性上看，人与机器有些相似之处，但是，在稳定的有序度上，却有着天壤之别。人在分子水平、细胞水平、组织水平、器官水平、整体水平，其有序化、组织化程度之高，是迄今世界上能看到的唯一的，人的稳定性是建立在高度有序的水平上的。 2、人的机体的有序稳定是靠耗散物质、能量建立和维持的。

耗散结构理论

耗散结构 耗散结构 dissipative structures 比利时的普里戈金（I. Prigogine）从研究偏离平衡态热力学系统的输送过程入手，深入讨论离开平衡态不远的非平衡状态的热力学系统的物质、能量输送过程，即流动的过程，以及驱动此过程的热力学力，并对这些流和力的线性关系做出了定量描述，指出非平衡系统（线性区）演化的基本特征是趋向平衡状态，即熵增最小的定态。这就是关于线性非平衡系统的“最小熵产生定理”，它否定了线性区存在突变的可能性。 普里戈金在非平衡热力学系统的线性区的研究的基础上，又开始探索非平衡热力学系统在非线性区的演化特征。在研究偏离平衡态热力学系统时发现，当系统离开平衡态的参数达到一定阈值时，系统将会出现“行为临界点”，在越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支，发生突变而进入到一个全新的稳定有序状态；若将系统推向离平衡态更远的地方，系统可能演化出更多新的稳定有序结构。普里戈金将这类稳定的有序结构称作“耗散结构”。从而提出了关于远离平衡状态的非平衡热力学系统的耗散结构理论（1969年）。 耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。 在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大而达到有序。偏离平衡态的开放系统通过涨落，在越过临界点后“自组织”成耗散结构，耗散结构由突变而涌现，其状态是稳定的。耗散结构理论指出，开放系统在远离平衡状态的情况下可以涌现出新的结构。地球上的生命体都是远离平衡状态的不平衡的开放系统，它们通过与外界不断地进行物质和能量交换，经自组织而形成一系列的有序结构。可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论基础之一。 在生物学，微生物细胞是典型的耗散结构。在物理学，典型的例子是贝纳特流。广义的耗散结构可以泛指一系列远离平衡状态的开放系统，它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统，也可以是社会的经济系统。耗散结构理论的提出，对于自然科学以至社会科学，已经产生或将要产生积极的重大影响。耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各种复杂系统的基本规律，开始了研究复杂性系统的攀登。 远离平衡态的开放系统，通过与外界交换物质和能量，可能在一定的条件下形成一种新的稳定的有序结构。 典型的例子是贝纳特流。在一扁平容器内充有一薄层液体，液层的宽度远大于其厚度，从液层底部均匀加热，液层顶部温度亦均匀，底部与顶部存在温度差。当温度差较小时，热量以传导方式通过液层，液层中不会产生任何结构。但当温度差达到某

基于耗散结构的草原生态经济系统的动态分析

第25卷第1期干旱区资源与环境Vol．25No．1 2011年1月Journal of Arid Land Resources and Environment Jin．2011 文章编号：1003－7578（2011）01－011－04 基于耗散结构的草原生态经济系统的动态分析* 巩芳1，2，常青2，郝晓燕2，文宗川2 （1．内蒙古农业大学经管学院呼和浩特010018；2．内蒙古工业大学管理学院呼和浩特010051） 提要：以耗散结构理论为基础，草原生态经济系统为研究对象，用熵作为度量标准，从草原生态系统的冲击力、复合承载力和反馈力三个角度分析了草原生态经济系统可持续发展面临的危机与挑战，并提出了通过 构建完善的草原生态补偿机制增加草原生态经济系统的负熵流，通过转变牧区经济的发展方式，完善保护草 原生态经济系统的政策减少正熵的流入，从而实现草原生态经济系统的良性循环发展。 关键词：耗散结构；草原生态经济系统；熵理论 中图分类号：F062．2文献标识码：A 草原生态经济系统是一个开放的、非线性复杂系统，草原生态经济系统作为一个复杂系统既是自组织的，也是他组织的，是自组织与他组织的统一。文中着重研究它的自组织方面，通过分析草原生态经济系统的耗散结构特性来探索实现草原生态经济可持续发展的途径。 1耗散结构理论概述 耗散结构（Dissipative Structure）理论由普里高津（I．Prigogine）于1969年提出，是指"一个远离平衡的开放系统当外界条件达到某阈值时，量变引起质变，系统通过不断地与外界交换物质和能量，会自动出现一种自组织现象，系统的各子系统会形成一种互相协同的作用，从而可能从原来的无序状态变为一种时间、空间和功能的有序结构"。一个系统要处于耗散结构，即动态有序，必须满足以下几个条件：1）系统必须开放；2）远离平衡态；3）非线性相互作用；4）涨落现象［1］。上述条件是相互紧密联系的，根据这些条件可以把耗散结构概括为：在非平衡条件下产生的，依靠物质、能量、信息的不断输入和输出条件来维持其内部非线性相互作用的有序系统。一个系统达到生态产出最大、功能稳定和生态平衡状况时，就是该系统最高级的生态环境耗散结构。 2草原生态经济系统耗散结构特性分析 根据耗散结构理论，草原生态经济系统作为一个复杂系统符合耗散结构的特性。首先，草原生态系统是一个开放的大系统。草原生态系统与牧区经济系统、社会系统不断进行物质、能量和信息的交换，经济和社会系统不断向草原生态系统输入正或负熵流，正熵流输入导致草原生态恶化，如，过度放牧和无序开垦等；负熵流输入时草原生态得以恢复，如退耕还林（还草）等。第二，草原生态经济系统是远离平衡态的。草原生态系统中，生物气候形成的春生夏长，秋收冬眠，花开花落，四季循环，正是非平衡系统中的时、空有序态。草原生态系统是一个具有自我调节功能的系统，同时，草原生态系统受当地人口、经济、政策等诸多因素的影响和制约，这些因素导致草原生态经济系统处于远离平衡的非线性区，在与外界发生物质、能量和信息交换时，随机的突变可能导致草原生态系统结构的变化。第三，草原生态经济系统具有非线性的特征。草原生态系统包含多个自然、经济和社会子系统，这些子系统之间相互影响、相互制约的关系不 *收稿日期：2009－11－09。 基金项目：内蒙古自治区社科项目《制度创新视角下的内蒙古草原生态环境补偿机制研究》（项目批准号：08B025）；内蒙古自治区高等学校科研项目《基于生态资本化理论的内蒙古草原生态补偿机制创新研究》（项目批准号：NJsy08062）资助。 作者简介：巩芳（1972－），女，汉族，内蒙古巴彦淖尔市人，副教授，博士，主要研究方向：产业经济，生态经济，牧区经济。 Email：gongfang110@sina．com

耗散结构理论在企业管理中的应用

耗散结构理论在企业管理中的应用 随着我国市场化进程的不断推进，企业想要在激烈的市场竞争中保持长久的发展动力，就需要不断对企业的管理进行创新，这就是要不断提高企业有序化的管理制度。而耗散理论研究的就是系统从无序到有序、低序到高序的发展过程，因此加强对耗散理论的研究，对增强企业管理具有深远的现实意义。 1 耗散结构理论 根据热力学第二定律，在热力学系统中，热能总是从高温物体自发地向低温物体传递，这就是说物体总是向着熵增的方向转变，运动状态也会变得越来越混乱，这是一种不可逆的状态。热力学的熵增原理根本观点就是宇宙是自发地向有序的方向转变，最后达到平衡的状态。从系统学角度上来考虑，企业的发展和热力学系统是一致的，比如公司发展的不确定性、成员数量较大以及具有不可逆性。但是从达尔文的进化理论来看，人类进化的方向是从无序到有序的过程，这正好和熵增理论相反，因此普利高津在1969 年提出了耗散理论，就是为了解决热力学和进化论之间的矛盾。 普利高津在分析耗散理论的时候，将宏观的系统分为三类：孤立系统、封闭系统以及开放系统，在针对开放系统分析的时候，又根据热力学的定义将其分为热力学平衡态、近平衡态以及远离平衡态，而远离平衡态的开放系统通过和物质之间进行不断的能量和物质的

交换，就会产生自组织的现象，这样系统就会逐渐由无序向有序的方向转化，这样一种自发形成的有序结构就是耗散结构。要形成耗散结构需要具备四个条件： 1.1 系统是开放系统要存在系统和外界环境之间的物质和能量的交换，这就必须是一个开放性的系统。而热力学第二定律中所讲述的熵增原理是存在于封闭系统的，只有在封闭系统的时候，系统的紊乱程度才会逐渐增大，也就会逐渐趋于稳衡状态。耗散结构是开放系统的时候，通过和外界不断进行物质、信息以及能量的转化和传递，从而保持源源不断的生命力。当开放系统从外界获得能量大于能够克服熵增的能量的时候，就能够逐渐趋于有序状态。 1.2 系统远离平衡状态系统想要转化成有序的状态，就需要处于不平衡的状态，这样系统内部的能量和物质才会进行转化，这样才能够逐渐形成有序的状态，这样才能够具有动态特征。当系统处于平衡态或者近平衡态的时候，系统内部各个要素的关系是可以通过线性关系来表示，其涨落过程是衰减的，因此系统再不会形成新的有序结构。但是当系统处于非平衡状态的时候，系统的涨落会被放大，就会存在系统和外界环境中信息、能量以及物质之间的势能差，这样就会逐渐引发质变，从而逐渐向有序结构进行转变，因此能够形成有序结构的根本原因就是非平衡态。 1.3 系统内部各个要素之间非线性的所谓的线性关系就是指系统内部各个要素之间存在着定量的线性关系，可以通过简单的数学关系如一元一次方程、二元一次方程以及多元线性方程来进行表示，

耗散结构理论-科学观,哲学意义

耗散结构理论 耗散结构理论是比利时布鲁塞尔学派领导人普利高津 （I.Prigogine）教授1969年在一次“理论物理与生物学”的国际会议上，针对非平衡态统计物理学的发展提出的。理论指出，一个远离平衡态的开放系统，通过不断地和外界交换物质和能量，当外界条件达到一定的阈值时，系统可能从原来的无序的混乱状态，转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。普利高津把在远离平衡态情况下所形成的有序结构命名为“耗散结构”。耗散结构理论就是研究耗散结构的性质，以及它的形成、稳定和演变规律的理论。 耗散结构理论研究的对象是开放系统。宇宙中的系统无一不是和周围环境有着相互依存和相互作用的开放系统，不论是有生命的，还是无生命的，都是如此。因此，这一理论涉及的面之广，在科学发展史上是罕见的。这一理论从诞生到现在，短短的二十几年中，在各方面的应用都已取得了可喜的成果。 我们应该清楚地看到，在自然界、科学实验、乃至社会现象中，从宏观上看，都有必要、也必须区分平衡结构（平衡状态下的稳定化有序结构）和耗散结构（耗散状态下的稳定化有序结构）。这里所讲的平衡结构，是指热力学意义上的平衡，即在与外界没有物质、能量交换的条件下，宏观系统的各部分在长时间内不发生任何变化。而耗散结构是指宏观系统在非平衡条件下，通过和外界不断地进行能量和物质交换而形成并维持的一种稳定化了的有序结构，即在非平衡态下

宏观体系的自组织现象。通俗一点讲，平衡结构是一种“死”的有序化结构，而耗散结构则是一种“活”的有序结构。我们熟知的晶体和液体是比较典型的平衡态下的稳定化有序结构。连续介质力学中的“贝纳特不稳流”则是布鲁塞尔学派最早用来说明耗散结构物理图象的一个例子。这个实例说，加热一个液体系统，液体内会产生一个温度梯度。温度梯度较小时，热量通过传导在液体中传递，不存在一种有序的自组织现象。但如果继续加热，当温度梯度达到一定的特征值时，一种有序的对流元胞会自动呈现，整个体系则由无数个这种对流元胞组成，它对应于一种高度有序化的分子组织，此时热量是通过宏观对流来传递的。这种图象就称为“贝纳特花样”，如右图所示。这种产生在不稳定之上，当体系达到某一特征值时稳定化的宏观有序的新组织、新结构，就是所谓的耗散结构。 热力学第二定律指出，熵是无序度的一种量度。熵增加原理又指出，孤立系统的熵永不减少。它终究要达到一个极大值，此时对应于一个热力学的平衡态。因此高熵对应于平衡态，低熵对应于非平衡态。而对于布鲁塞尔学派来说，耗散结构是“非平衡态是有序之源”这一基本出发点的必然结果。对于一个和外界可以交换能量或物质的开放系统，在时间dt内，体系熵的增加量ds，应该由两部分组成。一部分是由于体系和外界交换能量及物质而引起的熵增，称为熵流，用 d e s表示。另一部分称为“熵源”，顾名思义，它是由于体系内部的不可逆过程所引起的，用d i s表示。ds可表示为ds＝d e s+d i s。熵增加原理告诉我们d i s≥O。而对于一个开放系统来说，只要满足d e s＜-d i s，

耗散结构理论

耗散结构理论 伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine) 比利时

一.什么是耗散结构理论 一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。

二.耗散结构理论的分析方法举例 一座城市可看作一个耗散结构，每天输入食品、燃料、日用品等，同时输出产品和垃圾，它才能生存下去，它要保持稳定有序状态，否则将处于混乱。 现代经济系统也是一个非平衡的开放系统，系统内部各部门的联系是非线形的，存在着有规律的经济波动和无规律的随机扰动，因此也是一个耗散结构。

三.耗散结构理论的特点 一个典型的耗散结构的形成与维持至少需要具备三个基本条件： 一是系统必须是开放系统，孤立系统和封闭系统都不可能产生耗散结构； 二是系统必须处于远离平衡的非线性区，在平衡区或近平衡区都不可能从一种有序走向另一更为高级的有序； 三是系统中必须有某些非线性动力学过程，如正负反馈机制等，正是这种非线性相互作用使得系统内各要素之间产生协同动作和相干效应，从而使得系统从杂乱无章变为井然有序。

四.耗散结构理论的用途 耗散结构理论主要讨论了系统在与外界环境交换物质和能量的过程中从混沌向有序转化的机理、条件和规律。它深入浅出地揭示出世界上一切事物的本质。 主要应用：企业管理 对于现代企业组织来讲，最基本的过程就是"投入——产出"，一方面是原材料的购进，能源的持续输入，另一方面通过加工后形成产品，在市场尽快地销售以使资金很快地回收。无论是输入还是输出，一旦停下来，企业内部所有秩序或结构都将会瓦解。显然，企业的一切基础都是依赖于这个开放的输入输出过程。这就是一个典型的耗散系统。

耗散结构理论

耗散结构理论 耗散结构理论是指用热力学和统计物理学的方法，研究耗散结构形成的条件、机理和规律的理论。 耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖。普里戈金的早期工作在化学热力学领域，1945年得出了最小熵产生原理，此原理和翁萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。普里戈金以多年的努力，试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡的非线性区去，但以失败告终，在研究了诸多远离平衡现象后，使他认识到系统在远离平衡态时，其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别。以普里戈金为首的布鲁塞尔学派又经过多年的努力，终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论──耗散结构理论。这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。 耗散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响。著名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金的思想时，认为它可能代表了一次科学革命。 耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。 (1)远离平衡态 远离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的。平衡态是指系统各处可测的宏观物理性质均匀(从而系统内部没有宏观不可逆过程)的状态，它遵守热力学第一定律：dE=dQ-pdV，即系统内能的增量等于系统所吸收的热量减去系统对外所做的功；热力学第二定律：dS/dt>=0，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；和波尔兹曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即温度为T的系统中内能为Ei的子系统的比率为pi. 近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区，它遵守昂萨格(Onsager)倒易关系和最小熵产生原理。前者可表述为：Lij=Lji，即只要和不可逆过程i相应的流Ji受到不可逆过程j的力Xj的影响，那么，流Ji也会通过相等的系数Lij受到力Xi的影响。后者意味着，当给定的边界条件阻止系统达到热力学平衡态(即零熵产生)时，系统就落入最小耗散(即最小熵产生)的态。 远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态，这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比，可能颇为不同，甚至实际上完全相反，正如耗散结构理论所指出的，系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。 (2)非线性 系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。 (3)开放系统

基于耗散结构理论的产学研合作技术创新动力分析

基于耗散结构理论的产学研合作 技术创新动力分析 □金高云 [摘要]在产学研合作技术创新过程中，不同主体具有各自的优势，发挥不同的作用。产学研合作通过创新主体的相互作用以及创新要素的有序流动，使合作创新组织能够不断与外界进行物质、能量的交换，从而使合作组织具有创新动力。本文基于耗散结构理论对产学研合作的动力机制进行分析，说明产学研合作技术创新系统是一个复杂适应性的系统，具有自组织的某些特征，产学研之间进行各种要素的流动是促使合作进行的动力之一。 [关键词]产学研；耗散结构；技术创新 [中图分类号]F273．1[文献标识码]A[文章编号]1006－5024(2013)01－0032－05 [作者简介]金高云，天津科技大学经济管理学院博士生，研究方向为技术创新、创业管理。（天津300222） Abstract：In the process of technological innovations of industry-university-institute unifications，different subject has respective ad-vantages and plays different roles．Through the interaction of the innovative bodies and the orderly flow of innovation factors，the cooperation of enterprise，university and institute ensures the material and energy exchanges between the cooperative in-novative organization and the outside world．In this way，the cooperative organization becomes more and more innovative．Based on the theory of dissipative structures，this thesis analyzes the dynamic mechanism of the cooperation of enterprise，university and institute，and tries to prove that the system of cooperative technological innovations of enterprise，university and institute is a complex adaptive system，which has some characteristics of self-organization．The flow of various elements in the enterprise，university and institute unification is one of the driving forces promoting the cooperation． Key words:industry-university-institute unification;dissipative structure;technological innovation 一、技术创新的要素构成 技术创新要素主要包括知识、技术、人才、资金以及信息等因素，实验设备、土地等物质要素由技术、资金等要素表示，这些要素在产学研合作过程中具有不同的特性和功能。 知识是技术创新的智力保证。Webster词典（1997年）关于知识的定义为：知识是通过实践研究、联系和调查，对事物的实施和状态认识的集合，是对科学、技术和艺术的理解，是人类获得的关于真理认识的总和。[1]伴随着技术特别是高新技术的快速发展，知识在经济发展方面的作用越来越重要，成为时代的主要特征。知识经济是“以知识资源的拥有、配置、产生和使用为最重要生产要素的经济型态”。“知识已是一种生产的要素，而且是全球化经济环境中最重要的关键资源。”[2]在知识经济时代，知识取代了土地、资金、设备等原本企业赖以竞争的要素，成为经济增长的源泉。一个组织的优劣依赖知识的储存、扩散、创新能力。[3]创新本质上是知识再创造的动态过程。知识既是创新不可缺少的投入要素，又是创新的结果和产出。“知识”具有系统性和动态性，它是多种元素按照一定的组成规则形成的有序集合，同时知识通过与人或组织交互作用形成了一个动态的系统。因此，各种知识必须协同发展并在使用、传播和交流的过程中实现其价值。各创新主体应充分发挥各自的作用，相互合作，协同发展，促进创新网络的形成，使产学研合作内部各主体所具有的知识特别是隐性知识在流动和扩散的过程中不断增值，从而产生新的知识。[4]新技术的构想不是凭空想象出来的， 而是建立在大量占有已有企业战略|Enterprise Strategy 32E nterprise E conomy 2013年第1期(总第389期)

耗散结构理论、时间和认识论(一)

耗散结构理论、时间和认识论(一) 摘要：本文讨论了普里戈金创立耗散结构理论、对不可逆时间探讨引起的几个认识论问题：认识与生命特征相联系；人既是参与者又是观测者；动力学描述和热力学描述，不可逆与可观测；科学认识发展中的共鸣与涨落放大；以及自然观和科学认识论的关系。 关键词：耗散结构时间认识论自然观 耗散结构理论的创建者普里戈金对时间的新探索，不仅具有自然观上的重要意义，而且具有科学认识论上的重要意义。 一、时间对称破缺：认识与生命特征相联系 时间，是一个基本的哲学范畴，也是一个基本的科学范畴。它与科学思想的演进密切相联系，也与认识论的发展密切相联系。 在经典科学的可逆的钟表时间观支配下，自然界被描述成一个量的世界、几何的世界，自然界是钟表，动物是机器，人只不过是更精妙的高级的会学习的机器。那时代的一部分思想家提出，学习是从感觉经验中来的，除了感觉经验之外，一切都不可知。另一部分时代思想家则认为，这台机器中已先天地装有某种概念程序，从而可以接纳跟这种内存程序相容的东西。康德则明确提出了“先验时间”是认识得以发生、发展的一个基本前提。 进入19世纪，终于出现一系列关于自然演化的理论。热力学第二定律，把不可逆的演化、时间之矢问题提到了醒目地位。在普里戈金看来，20世纪以来的一系列科学进展，特别是基本粒子的不稳定性的发现，现代宇宙学演化观念的发展，以及非平衡成为有序性的基本因素的发现，都标志着时间的再发现。所谓的时间的再发现即时间对称破缺、不可逆性作为自然界的一种建设性因素的发现，这标志着一种新的科学认识论观点的产生。 在对时间的新探索中，普里戈金导出了一个内部时间。一个系统的内部时间本质上不同于从钟表上读出的外部时间，但其与某个态相联系的平均“年龄”与钟表上读出的时间的数量相同。一旦得到了内部时间，就有一个时间对称破缺变换，从而把热力学第二定律表述为一个选择原则。 当普里戈金以“更带有认识论色彩的说明”来阐述上述科学发现的意义时，他认为：“测量过程相应于人与其周围世界相互作用的一种特殊形式。要对这种相互作用进行更为详细的分析，必须考虑到，活的系统，包括人，有一个破缺的时间对称性。”“时间不仅仅是我们内部经验的一个基本的成分和理解人类历史（无论是在个别人，还是在社会的水平上）的关键，而且也是我们认识自然的关键。”（〔1〕，pp.209—214）当然，“这并不是说，我们必须恢复主观主义的科学观；而是说，在某种意义上，我们必须把认识与生命联系起来。”（〔1〕，p.5） 从相对论、控制论到宇宙学，都接触到了时间的对称破缺，不可逆性对于科学认识和认识论的意义。相对论中，时间与认识有关；爱因斯坦还注意到：如同拍电报那样，“这里重要的是，发送信号在热力学意义上是一个不可逆的过程，是一个同熵的增大有关的过程（然而，按照我们现在的知识，一切基元过程都是可逆的）。”2]维纳写道：“能够和我们通信的任何世界，其时间方向和我们相同。”（〔3〕，p.35）霍金试图论证热力学时间箭头、心理学时间箭头和宇宙学时间箭头的一致性，他写道：“我们必须按熵增加的次序记住事物。”4] 普里戈金通过耗散结构理论的新成就，比较深入地探讨这一问题。他认为，热力学第一定律表述为一个选择原则表明，时间对称破缺意味着存在着一个熵垒，即存在不允许时间反演不变的态。如同相对论中光垒限制了信号的传播速度一样，熵垒的存在则是通信有意义所必需的。无限大的熵垒保证了时间方向的唯一性，即保证了生命与自然的一致性，使认识成为可能。换言之，人之所以能认识世界，是因为天人相通、人跟世界的时间之矢一致。 生命系统是耗散自组织系统，是有内在生命节律的过程系统。生命即使是最简单的单细胞生物，也正是借助这种内在的生命节律机制，从而内在的对时间有方向性感觉。对时间方向性的理解，随着生物组织水平的提高而提高，很可能是在人的意识中达到最高点。而且，耗散

耗散结构理论

耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。 耗散结构,是普利高津在研究不违背热力学第二定律情况下,如何阐明生命系统自身的进化过程时提出的新概念。什么是耗散结构?用通俗的话来讲,就是一个远离平衡的包含有多组分多层次的开放系统,在外界条件变化达到一定阈值时,经“涨落”的触发,量变可能引起质变;系统通过不断与外界进行物质和能量交换,在耗散过程中产生负熵流,就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。这种非平衡态下形成的新的有序结构,就是耗散结构。 耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出来的，它提出一个远离平衡态的开放系统，在外界条件发生变化达到一定阀值时，量变可能引起质变，系统通过不断地与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。耗散结构理论成功地引用到某些系统。 一座城市可看作一个耗散结构，每天输入食品、燃料、日用品等，同时输出产品和垃圾，它才能生存下去，它要保持稳定有序状态，否则将处于混乱。现代经济系统也是一个非平衡的开放系统，系统内部各部门的联系是非线形的，存在着有规律的经济波动和无规律的随机扰动，因此也是一个耗散结构。 20世纪70年代，比利时物理学家普利高津提出了耗散结构学说，这也是一种系统理论。耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出来的。长期以来，人们只研究平衡系统的有序稳定结构，并认为倘若系统原先是处于一种混乱无序的非平衡状态时，是不能在非平衡状态下呈现出一种稳定有序结构的。普利高津等人提出：一个远离平衡的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变，系统通过不断与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构称之为“耗散结构”。这种学说回答了开放系统如何从无序走向有序的问题。 [编辑] 耗散结构是在远离平衡区的非线性系统中所产生的一种稳定化的自组织结构。在一个非平衡系统内有许多变化着的因素，它们相互联系、相互制约，并决定着系统的可能状态和可能的演变方向。这些因素可以归纳为两类：其一是广义流，其二是广义力；而且广义流依赖

耗散结构理论的建立

耗散结构理论的建立 作者：沈小峰胡岗等课程相关：自然篇文献类型：选读 耗散结构理论建立至今已有二十年的历史，它对当代科学和哲学发展的影响日益显著，有人甚至认为它代表了下一次的科学革命。普利高津（Prigogine）为此荣获了1997年诺贝尔化学奖。 本文试图通过对耗散结构理论建立过程的分析，探讨科学发现的一般特征及其规律性。 1、问题的提出：两种物理图像、两个演化方向和两类运动规律的矛盾 十九世纪，由于生产的发展，特别是由于蒸汽机的广泛使用，为了提高热机的效率，热力学开始建立和发展起来。1842年到1848年，由迈尔、焦耳、赫尔姆霍茨等人建立了热力学第一定律。1850年一1851年汤姆生和克劳修斯建立了热力学第二定律，从而奠定了热力学的理论基础。为了从微观的角度说明宏观的热力学现象，克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯等人建立了统计物理学。这个时期的热力学和统计物理学主要研究一个系统处于平衡态，以及从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。即可逆过程的运动规律。对于非平衡系统与不可逆过程，除了根据热力学第二定律指出，一个不与外界发生物质和能量交换的孤立系统，自发地趋于平衡态这—过程是不可逆的之外，没有给出更多的知识。因而我们称之为平衡态热力学和统计物理学。 然而，在描述时间的问题上，热力学理论和动力学理论发生了根本性的分歧。 我们知道，在当时的牛顿力学(后来的量子力学和相对论力学亦不例外)中，时间和空间坐标一样，本质上只是一个描述运动的几何参量。力学问题可以放在四维时空中来进行研究，它们的基本方程，如牛顿运动方程，薛定谔方程，对于时间来说都是可逆的、对称的。也就是说，这些方程既可以说明过去，又可以决定未来，在方程中不出现任何“时间箭头”的问题。总之，动力学给我们描述的是一个可逆的、对称的世界图景。 但是，热力学第二定律却给我们提供了一个本质上完全不同的物理图像。它指出，一个孤立系统，无论其初始条件和历史如何，它的一个状态函数熵会随着时间的推移单调的增加，直至达到热力学平衡态时趋于极大，从而指明了不可逆过程的方向性。既“时间箭头”只能指向熵增加的方向。熵增加原理第一次把演化的观念、历史的观念引入物理学。“熵”概念的提出，是十九世纪科学思想的一个巨大贡献，它的意义完全可以和生物学中提出的“进化”概念相媲美，热力学和动力学给我们提供了两幅不同的物理图像，产生了可逆的微观方程和不可逆的宏观现象的矛盾。 十九世纪的热力学和生物学都涉及到世界运动变化的方向，即“时间箭头”的问题。热力学第二定律说明的是一个孤立系统朝着均匀、无序简单、趋向平衡态的方向演化，这实际上是一种．退化的方向。克劳修斯把这一理论推广到全宇宙，就得出了“宇宙热寂说”的悲观结论。生物学的进化论描述的却是系统从无序到有序，由简单到复杂，由低级到高级，出大功能到有功能、多功能的有组织的方向演化。这是一个进化的方向。在生物界和人类社会小这种进化的现象最为明显。于是又产生了一个克劳修斯和达尔文的矛盾，退化和进化的矛盾，似乎生物界包括人类社会遵循留与物理世界完全不同的规律，有着迥然不同的演化方向。 此外，还存在一个动力学规律相统计规律的关系问题。动力学的规律是必然的、决定论的，而统计规律却是概率性的、随机的、非决定论的。 两种物理图像，产生了动力学与热力学的关系问题：两个演化方向，涉及到物理学和生物学的关系问题；两类运动规律涉及必然性和偶然性的关系问题。这些问题引起了许多科学家们热烈的争论，正如普利高津所说：“十九世纪是带着—种矛盾的情景一一作为自然的世界和作为历史的世界——离开我们的。”（《普利高津与耗散结构理论》，第V页，陕西科学技术出版社，1982）近百年来，讨论这些矛盾的论文有上千篇，但问题至今尚未完全解决。当代著名物理学家威格纳(Wigner)曾经说：“近代科学中最重要的间隙是什么?显然是物理科学和精神科学的分离”（参见《普利高津与耗散结构理论》，第101—102页）。柯伊莱(A．Koyre)则指出，牛顿用他的经典力学“把分割天体和地球之间的壁垒推倒，并且把两者结合起来，统一成为一个整体的宇宙。”但是他却把“我们的世界一分为二”，即分成一个物理的世界、量的世界；一个生物的世界、质的世界，于是形成了两个世界、两种科学、两类文化，二者之间存在着巨大的鸿沟（参见《普利高津与耗散结构理论》，第101—102页）。怎样把二者统一起来呢?能否用物理学的观点来全面地解释生命的特点及其进化的过程，使生物学成为研究生命系统的“物理科学”，实现自然科学