第十七章耗散结构理论方法精品PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
·对体系有序演化的概括和描述有共同 概念
③ 自催化（或自组织）的非线性作用
·对有序结构，物质与能量是必需的， 但不是针对体系的特定部分。
·外部物质和能量是平均供给到体系的， 而体系确出现了各向异性的对称性破 缺。
·体系内存在的非线性相互作用是体系 演化出现有序结构的根本原因的特性
④ 分岔
·存在着发展演化的多种可能性，其表 现是体系存在着分岔或分支点现象
5、体系是一个非线性体系
·只有非线性体系才可能演化成为有 序的耗散结构系统
·判断体系是否非线性：组成部分不 仅在数量上而且在性质上要相互独 立且有相当的差异。
·组成体系的独立要素数量大于等于 三。
6、涨落
·涨落是耗散结构出现的触发器，但涨 落出现不可预测
·只有涨落出现在体系远离平衡态的区 域时，才能起到耗散结构触发器的作 用。
·体系内部存在着确定性的内在涨落。 这种内在涨落是永恒的。
7、非稳定性
·涨落表现了体系非稳定性的一个因素。 ·逐渐远离平衡态表现体系非稳定性。 ·非线性反映了体系非稳定性。 ·外界输入的渐增激励了非稳定性。 ·如果体系存在着广义的“流”和 “力”，
那么体系必定存在着一定程度的非稳 定性。
四、耗散结构理论在社会系统中应用分析
3、体系外界输入的平权化 ·体系的外部输入不能针对体系的特定 部分，这是判断体系是否自组织地达 到耗散结构的条件。 ·判断条件是否被满足要对输入做必要 的分析。（各部分是否平均地得到输 入的能量和物质）
4、体系应该远离平衡态
·研究体系的各个组成部分是否均匀一 致。
·体系的各个部分之间的差异越大，体 系离平衡态越远。
1、体系开放
·体系建立一个活的有序结构，必须 不断地与外界进行物质、能量和信 息的交换。
·体系有输入和输出是判断体系开放 的条件。
2、体系开放的外界输入达到一定阈值
·当输入达到一定阈值，体系才可能向 耗散结构转化
·阈值具有可操作性，通过试探性尝试 以找到。
·不同体系阈值的量和性要具体问题具 体分析。
· 在孤立系统，如果在随着时间的推移， 左右两边的分子密度及各种物理性质 趋于均匀，最终达到“无序”和对称
的 “平衡态”。
·非平衡态引起对称性的破缺或各种有 序运动：开放条件维持这种对称性破 缺。
·出现耗散结构的重要条件：与系统 “稳定点”或稳定性区域有失稳可能
性 的条件。
三、耗散结构的条件判据
·在某点存在着两个或两个以上的演化 分支
·分支把历史引入到科学的各个学科中
Hale Waihona Puke Baidu 二、耗散结构分析方法
耗散结构分析方法：
通过稳定性分析找出体系可能失稳 的点或区域以此判断体系从无序进入有 序的情况。这个方法是一个非常适用的 方法。
1、耗散结构分析的基本概念
序与对称性密切相关，系统对称性越高， 有序度越低。
第十七章 耗散结构理论方法
普利高津的耗散结构理论：
·1969年创立耗散结构理论 ·在解决什么情况或条件可以、可能出
现耗散结构的问题具有重要的方法论 意义。 ·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 化成为有序结构做出重要贡献。
一、耗散结构理论的基本思想
1、建立关于系统演化的过程观
·气体初始位于匣的左半部，而系统处 于非平衡态。
这时分子除了无规则的热运动外，还 存在自左向右宏观自由扩散运动。
·在扩散运动中，众多的分子参加了统 一行动，集体产生了向右的平均宏观 位移。（比前一种运动“有序”）
· 这时匣子左边和右边的气体分布性质 十分不同，左右对称不复存在。所以 有序意味着在某些方面的对称性减少。
应用耗散结构理论来分析社会，为 人类寻求社会发展提供重要的途径
1、远离平衡态的社会系统才能发展
·社会生活中讲的平衡如生态平衡、经济综 合平衡与耗散结构理论中的平衡不同。
·对称性：对称性即指事物某种属性经过 一定的变换仍保持不变的性质。自然界的 各种事物都具有某种对称性，不同事物对称 的属性即对称性的强弱不同。 ·序：不同事物之间或事物内部各个要素 之间的关系具有一定的次序，称为序。
2、平衡态热力学系统分析
·在平衡态热力学中，体系内部各 个组成部分及其运动分布越均匀，几率 越大，因而越无序，熵越大。分布达到 完全均匀，几率最大体系最无序。熵是 体系走向混乱的程度的度量
（2）耗散结构特征：
①“活”的有序性结构 ·有序结构与晶体过程中形成的平衡结 构有极大不同。 ·由微观粒子的不停运动构成的宏观稳 定结构，是活的结构。需要外界不断 供给物质和（或）能量来维持和发展。 ·宏观不变的平衡结构是由微观粒子的 规则排列而成，所以结构是死结构。
② 对称性破缺
·所有从无序到有序的演化都出现对称 性破缺
③ 热力学系统表现出很强的对称性。
3、非平衡态热力学系统分析 ·非平衡系统发展的方向是进化趋势、
有序的趋势（如图）
正方匣内密度分布不均匀，左右对 称消失，产生了有序的扩散作用。
·非平衡态热力学的理论基础
是从平衡态热力学发展而来
线性非平衡态
非线性非平衡态热力学
（又称为不可逆热力学） （简称非线性热力学）
·克劳修斯与达尔文的矛盾：演化方向 的矛盾（进化与退化）问题
·在更大领域里，非线性问题和观念受 到重视
·对不可逆现象的关注的人增多，并意 识到它是新科学革命的重要突破口。
·建立了系统演化的过程观。演化过程 观的建立对于提出耗散结构理论具有 重要的哲学意义。
2、建立耗散结构的概念特征
（1）“耗散结构”概念： ·远离平衡和非线性可能是推进系统产 生有序结构的有序之源； ·有序、稳定性和耗散之间存在着高度 非平凡关系； ·浮现在热力学分支不稳定性之上的有 序结构。 ·一般来说系统的对称性越高，有序度 越低。
·微观的无序和宏观的对称性质紧密联系。 （如图）
Y
O
X
Z
O为坐标原心，正方匣对称中心
·平衡态热力学理论基础
热力学第零定律 热力学第二定律 热力学第一定律 热力学第三定律
① 假设一正方形匣子内孤立气体系统处于 平衡态，分子处于无规则运动状态。这 种杂乱的运动称为“无序”的微观运动。
② 当分子作无序运动时，匣内各部分温度、 压强、分子密度均匀分布，在上下、左 右、前后各个方向气体的物理性质相同， 任何一方面都没有区别于其它方向的特 殊性质。
③ 自催化（或自组织）的非线性作用
·对有序结构，物质与能量是必需的， 但不是针对体系的特定部分。
·外部物质和能量是平均供给到体系的， 而体系确出现了各向异性的对称性破 缺。
·体系内存在的非线性相互作用是体系 演化出现有序结构的根本原因的特性
④ 分岔
·存在着发展演化的多种可能性，其表 现是体系存在着分岔或分支点现象
5、体系是一个非线性体系
·只有非线性体系才可能演化成为有 序的耗散结构系统
·判断体系是否非线性：组成部分不 仅在数量上而且在性质上要相互独 立且有相当的差异。
·组成体系的独立要素数量大于等于 三。
6、涨落
·涨落是耗散结构出现的触发器，但涨 落出现不可预测
·只有涨落出现在体系远离平衡态的区 域时，才能起到耗散结构触发器的作 用。
·体系内部存在着确定性的内在涨落。 这种内在涨落是永恒的。
7、非稳定性
·涨落表现了体系非稳定性的一个因素。 ·逐渐远离平衡态表现体系非稳定性。 ·非线性反映了体系非稳定性。 ·外界输入的渐增激励了非稳定性。 ·如果体系存在着广义的“流”和 “力”，
那么体系必定存在着一定程度的非稳 定性。
四、耗散结构理论在社会系统中应用分析
3、体系外界输入的平权化 ·体系的外部输入不能针对体系的特定 部分，这是判断体系是否自组织地达 到耗散结构的条件。 ·判断条件是否被满足要对输入做必要 的分析。（各部分是否平均地得到输 入的能量和物质）
4、体系应该远离平衡态
·研究体系的各个组成部分是否均匀一 致。
·体系的各个部分之间的差异越大，体 系离平衡态越远。
1、体系开放
·体系建立一个活的有序结构，必须 不断地与外界进行物质、能量和信 息的交换。
·体系有输入和输出是判断体系开放 的条件。
2、体系开放的外界输入达到一定阈值
·当输入达到一定阈值，体系才可能向 耗散结构转化
·阈值具有可操作性，通过试探性尝试 以找到。
·不同体系阈值的量和性要具体问题具 体分析。
· 在孤立系统，如果在随着时间的推移， 左右两边的分子密度及各种物理性质 趋于均匀，最终达到“无序”和对称
的 “平衡态”。
·非平衡态引起对称性的破缺或各种有 序运动：开放条件维持这种对称性破 缺。
·出现耗散结构的重要条件：与系统 “稳定点”或稳定性区域有失稳可能
性 的条件。
三、耗散结构的条件判据
·在某点存在着两个或两个以上的演化 分支
·分支把历史引入到科学的各个学科中
Hale Waihona Puke Baidu 二、耗散结构分析方法
耗散结构分析方法：
通过稳定性分析找出体系可能失稳 的点或区域以此判断体系从无序进入有 序的情况。这个方法是一个非常适用的 方法。
1、耗散结构分析的基本概念
序与对称性密切相关，系统对称性越高， 有序度越低。
第十七章 耗散结构理论方法
普利高津的耗散结构理论：
·1969年创立耗散结构理论 ·在解决什么情况或条件可以、可能出
现耗散结构的问题具有重要的方法论 意义。 ·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 化成为有序结构做出重要贡献。
一、耗散结构理论的基本思想
1、建立关于系统演化的过程观
·气体初始位于匣的左半部，而系统处 于非平衡态。
这时分子除了无规则的热运动外，还 存在自左向右宏观自由扩散运动。
·在扩散运动中，众多的分子参加了统 一行动，集体产生了向右的平均宏观 位移。（比前一种运动“有序”）
· 这时匣子左边和右边的气体分布性质 十分不同，左右对称不复存在。所以 有序意味着在某些方面的对称性减少。
应用耗散结构理论来分析社会，为 人类寻求社会发展提供重要的途径
1、远离平衡态的社会系统才能发展
·社会生活中讲的平衡如生态平衡、经济综 合平衡与耗散结构理论中的平衡不同。
·对称性：对称性即指事物某种属性经过 一定的变换仍保持不变的性质。自然界的 各种事物都具有某种对称性，不同事物对称 的属性即对称性的强弱不同。 ·序：不同事物之间或事物内部各个要素 之间的关系具有一定的次序，称为序。
2、平衡态热力学系统分析
·在平衡态热力学中，体系内部各 个组成部分及其运动分布越均匀，几率 越大，因而越无序，熵越大。分布达到 完全均匀，几率最大体系最无序。熵是 体系走向混乱的程度的度量
（2）耗散结构特征：
①“活”的有序性结构 ·有序结构与晶体过程中形成的平衡结 构有极大不同。 ·由微观粒子的不停运动构成的宏观稳 定结构，是活的结构。需要外界不断 供给物质和（或）能量来维持和发展。 ·宏观不变的平衡结构是由微观粒子的 规则排列而成，所以结构是死结构。
② 对称性破缺
·所有从无序到有序的演化都出现对称 性破缺
③ 热力学系统表现出很强的对称性。
3、非平衡态热力学系统分析 ·非平衡系统发展的方向是进化趋势、
有序的趋势（如图）
正方匣内密度分布不均匀，左右对 称消失，产生了有序的扩散作用。
·非平衡态热力学的理论基础
是从平衡态热力学发展而来
线性非平衡态
非线性非平衡态热力学
（又称为不可逆热力学） （简称非线性热力学）
·克劳修斯与达尔文的矛盾：演化方向 的矛盾（进化与退化）问题
·在更大领域里，非线性问题和观念受 到重视
·对不可逆现象的关注的人增多，并意 识到它是新科学革命的重要突破口。
·建立了系统演化的过程观。演化过程 观的建立对于提出耗散结构理论具有 重要的哲学意义。
2、建立耗散结构的概念特征
（1）“耗散结构”概念： ·远离平衡和非线性可能是推进系统产 生有序结构的有序之源； ·有序、稳定性和耗散之间存在着高度 非平凡关系； ·浮现在热力学分支不稳定性之上的有 序结构。 ·一般来说系统的对称性越高，有序度 越低。
·微观的无序和宏观的对称性质紧密联系。 （如图）
Y
O
X
Z
O为坐标原心，正方匣对称中心
·平衡态热力学理论基础
热力学第零定律 热力学第二定律 热力学第一定律 热力学第三定律
① 假设一正方形匣子内孤立气体系统处于 平衡态，分子处于无规则运动状态。这 种杂乱的运动称为“无序”的微观运动。
② 当分子作无序运动时，匣内各部分温度、 压强、分子密度均匀分布，在上下、左 右、前后各个方向气体的物理性质相同， 任何一方面都没有区别于其它方向的特 殊性质。