中医脱盲系列之系统科学之耗散结构论_百度当代中医网

山人

耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统年夜无序到有序的演化纪律的一种理论。 耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下，经由过程自组织形成的一种新的有序结构。“耗散”一词发阅暌冠拉丁文，原意为消逝，在这里强调与外界有能量和物质交流这一特征。 例如，年夜下方加热的液体，当上下液面的温度差跨越某一特定的阈制瘫，液体中便呈现一种轨则的对流格子，它对应着一种很高水平的分子组织，这种被称为贝纳尔流图像，就是液体中的一种耗散结构。又如，化学纺暌钩中的别洛索夫—扎博京斯基纺暌钩，某些纺暌钩物浓度随时刻和空间呈周期性的转变，这种化学振荡和空间图像，就是化学纺暌钩中的一种耗散结构。 耗散结构是比利时布鲁塞尔学派闻名的统计物理学家普里戈金，于1969年在理论物理和生物学国际会议上提出的一个概念。这是普里戈金学派20多年年夜事非平衡热力学和非平衡统计物理学研究的成不美观。 1971年普里戈金等人写成著作《结构、不变和涨落的热力学理论》，斗劲具体地阐了然耗散结构的热力学理论，并将它应用到流体力学。化学和生物学等方面，引起了人们的正视。 1971～1977年耗散结构理论的研究有了进一步的成长。这搜罗用非线性数学对分岔的谈判，年夜随悔悟程的角度声名涨落和耗散结构的联系，以及耗散结构在化学和生物学等方面的应用。1977年普里戈金等人所著《非平衡系统中的自组织》一书就是这些成不美观的总结。 之后，耗散结构理论的研究又有了新的成长，主若是用非平衡统计体例，考绩耗散结构形成的过程和机制，谈判非线性系统的特征和纪律，以及耗散结构理论在社会经济系统等方面的应用等。 耗散结构理论把复杂系统的自组织问题算作一个新标的目的来研究。在复杂系统的自组织问题上，人们发现有序水平的增添跟着所研究对象的进化过程而变得复杂起来，会发生各类变异。针对进化过程时刻标的目的不成逆问题，借助于热力学和统计物理学用耗散结构理论研究一般复杂系统，提出非平衡是有序的发源，并以此作为根基起点，在抉择性和随机性两方面成立了响应的理论。 在抉择性理论方面，以化学纺暌钩系统为例，耗散结构理论是在等温、等压、不变的鸿沟前提和局域平衡四个假定下，考绩复杂的开放系统，按照系统年夜命的统计力学纪律成立响应的方程。 用微分方程的不变性理论已经证实：复杂的开放系统在平衡态四周的非平衡区域不成能形成新的有序结构，在这个区域内系统的根基特征是趋向平衡态。在远离平衡态的非平衡区域，系统可以形成新的有序结构，即耗散结构。这种耗散结构只能经由过程持续的能量流或物质流来维持，它是在热力学不不变性上的一种新型组织，具有时刻和空间的相关特征。这是一种与平衡前提下呈现的平衡结构完全分歧的结构。 在随机性理论方面，耗散结构理论运用数学中的概率论和随悔悟程论剖析复杂系统，考绩系统内的涨落，认为耗散结构形成的机制是因为系统内涨落的放年夜。系统在某个特定的阈值以下，涨落引起的效应因为平均而削弱和消逝踪，因而不能形成新的有序结构。只是在达到阈值往后，涨落被放年夜才发生宏不美观效应，因而呈现新的有序结构。这本色上对应于一个宏不美观量级的涨落，而且因为和外界交流能量或物质而获得不变。 耗散结构理论斗劲成功地诠释了复杂系统在远离平衡态时呈现耗散结构这一自然现象，并获得普遍的应用。它已在诠释和剖析流体、激光器、电子回路、化学纺暌钩、生命体等复杂系统中呈现的耗散结构方面获得了良多有意义的结不美观，而且正在用耗散结构理论研究一些新的现象。诸如核纺暌钩过程，生态系统中的进口分布，情形呵护，交通运输和城市成长等，都可算作远离平衡态的复杂系统来研究。这方面的工作也取得了必然的进展。 耗散结构的研究揭示了一种主要的自然现象，并对复杂系统的研究提出了新的标的目的。在数学膳缦汨述复杂系统的方程凡是长短线性的，一般搜罗分岔现象。耗散结构本色上对应于系统方程在远离平衡区的一个分岔解。是以，耗散结构的研究必然促进分岔理论的成长。 耗散结构的发生是一种突变现象，研究这类现象有助于丰硕突变论的内容。在随机理论方面，耗散结构的研究会促进随悔悟程论、随机微分方程理论和随机偏微分方程理论的研究和成长。 在物理学方面，耗散结构的概念扩年夜和加深了物理学中的有序概念。对分歧物理系统中各类耗散结构的研究，丰硕了热力学和统计物理学中关于相变的研究内容，斥地了新的研究规模，为物理学研究这些非平衡非线性问题供给了新概念和新体例。 在化学和生物学方面，化学纺暌钩系统和生物学系统中耗散结构的研究，为生命体的发展发育和生物进化过程供给了新的诠释，供给了新的概念和体例。在系统科学方面，耗散结构理论操作数学和物理学的概念和体例研究复杂系统的自组织问题，成为系统学的一个主要组成部门。