耗散结构理论的建立
耗散结构理论及应用课件
社会发展动力
耗散结构理论有助于理社会发 展动力机制，揭示社会变革和发 展的内在规律。
文化传播
该理论有助于解释文化如何在社 会系统中传播和演化，以及如何 影响社会的发展和变迁。
经济系统
经济波动与稳定
耗散结构理论可以用来研究经济系统的波动和稳定性，解释经济 危机和繁荣周期的内在机制。
创新与演化
该理论有助于理解经济系统中创新和技术的演化过程，以及如何促 进经济的持续发展。
资源配置
耗散结构理论为资源配置提供了新的视角和方法，强调通过优化物 质能量和信息的流动来提高经济效率。
人工智能
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机器学习与自适应
人工智能系统通过与环境 进行物质能量的交换，不 断学习和优化自身的行为 和性能。
智能涌现
耗散结构理论有助于理解 智能如何从底层简单的规 则和算法中涌现出来，揭 示智能的本质。
物种演化
该理论有助于理解物种如何通过不断与环境进行物质和能 量的交换，在演化过程中形成和演化出新的物种。
生态恢复
耗散结构理论为生态恢复提供了理论支持和实践指导，强 调通过改善系统的物质能量流动和信息交流，促进受损生 态系统的恢复。
社会学
社会秩序的形成
社会作为一个复杂的耗散结构系 统，通过个体间的相互作用和物 质能量的交换，形成各种社会秩 序和结构。
演化规律。
在非平衡态热力学中，系统 通过与外界交换物质和能量 ，不断打破原有平衡状态， 形成新的有序结构和功能。
非平衡态热力学对于理解自然 现象和社会现象的演化具有重 要意义，如生态系统的演化、
城市发展等。
涨落与有序
涨落是指系统内部各个组成部分之间的随机波 动和差异，涨落对于系统的有序演化具有重要 的影响。
耗散结构论
• 熵变 克劳修斯的热力学熵：热量从高温物体流向低温物体是不可逆的。 克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程。 一个系统的熵等于该系统在一定过程中所吸收（或耗散）的热量除以 它的绝对温度。可以证明，只要有热量从系统内的高温物体流向低温物 体，系统的熵就会增加： S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2 假设dQ1是高温物体的热增量，T1是其绝对温度； dQ2是低温物体的热增量，T2是其绝对温度， 则：dQ1 = -dQ2，T1>T2 于是上式推演为：S = |∫dQ2/T2|-|∫dQ1/T1| > 0 这种熵增是一个自发的不可逆过程，而总熵变总是大于零。 孤立系统的熵总是趋于增大，也称为熵增原理
19世纪存在着两种对立的发展观,一种是以热力学第二定 律为依据推演出的退化观念体系，它认为，由于能量的耗散， 世界万物趋于衰弱，宇宙趋于“热寂”，结构趋于消亡，无 序度趋于极大值，整个世界随着时间的进程而走向死亡；另 一种是以达尔文的进化论为基础的进化观念体系，它指出生 物进化的结果是种类不断分化、演变而增多，结构不断复杂 而有序，功能不断进化而强化，整个自然界和人类社会都是 向着更为高级、更为有序的组织结构发展。显然，物理学与 生物学、社会学中的这两种观点至少表面上在发展观上是根 本对立的。难道生命系统与非生命系统之间真的有着完全不 同的运动规律吗？为此，物理学家普利高津创立了“耗散结 构论”，他认为，无论是生命物质还是非生命物质，应该遵 循同样的自然规律，生命的过程必然遵循某种复杂的物理定 律。
热力学：孤立系统—能量退化 生物学：开放系统—物种进化
退化（克劳修斯）Βιβλιοθήκη 为什么在自 然界中好像 一切都在井 然有序的进 行着呢？
究竟谁的 观点代表 着世界大 系统的发 展方向呢？
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。
耗散结构论 百度百科
(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。
耗散结构是自组织现象中的重要部分，它是在开放的远离平衡条件下，在与外界交换物质和能量的过程中，通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用，经过突变而形成并持久稳定的宏观有序结构。
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。
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一、耗散结构论的产生
二、耗散结构论的几个基本概念
1. (1)远离平衡态
2. (2)非线性
3. (3)开放系统
4. (4)涨落
5. (5)突变
三、耗散结构论的基本思想
四、耗散结构论的重大缺陷
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五、对耗散结构论等的改造
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一、耗散结构论的产生
19世纪存在着两种对立的发展观。一种是以热力学第二定律为依据推演出的退化观念体系，它认为，由于能量的耗散，世界万物趋于衰弱，宇宙趋于“热寂”，结构趋于消亡，无序度趋于极大值，整个世界随着时间的进程而走向死亡；另一种是以达尔文的进化论为基础的进化观念体系，它指出，社会进化的结果是种类不断分化、演变而增多，结构不断复杂而有序，功能不断进化而强化，整个自然界和人类社会都是向着更为高级、更为有序的组织结构发展。显然，物理学与生物学、社会学中的这两种观点至少表面上在发展观上是根本对立的。难道生命系统与非生命系统之间真的有着完全不同的运动规律吗？为此，物理学家普利戈金创立了“耗散结构论”，他认为，无论是生命物质还是非生命物质，应该遵循同样的自然规律，生命的过程必然遵循某种复杂的物理定律。
耗散结构理论及应用课件
公共危机管理
在社会危机管理中，政府应借鉴耗散结构理论，及时 识别和解决潜在的风险和问题，促进社会系统的有序 演化。通过建立有效的预警机制和应急响应体系，降 低危机对社会的冲击。
对经济发展的策略建议
创新驱动发展
耗散结构理论强调系统的自组织性和创新性，这对于 经济发展具有重要的启示。政府应鼓励企业加大研发 投入，推动科技创新和产业升级，以实现经济的持续 健康发展。
企业管理的熵减策略
总结词
企业管理的熵减策略
详细描述
企业管理中，熵减策略是指通过减少混乱和 无序，增加组织的结构和秩序，提高组织的 效率和绩效。这种策略可以借鉴耗散结构理 论的思想，通过建立有效的信息交流和协作 机制，促进企业的自组织和有序发展。
05
耗散结构理论的未来发展与挑战
理论完善与创新
01
非平衡态原理
总结词
非平衡态原理是耗散结构理论的另一个重要概念，它指出系统只有在远离平衡态的情况 下才能展现出有序的结构和功能。
详细描述
非平衡态原理认为，平衡态或近平衡态的系统缺乏活力，无法产生新的结构和功能。只 有当系统处于非平衡态时，才能产生自组织的有序结构。这是因为非平衡态条件下，系 统内部的不稳定性会导致能量和物质的流动，从而促使系统内部相互作用和演化。非平
该理论强调系统内部各要素之间的相互作用和协同演化，以及系统与外界环境的相 互影响和制约。
耗散结构理论的核心概念包括熵、熵增原理、负熵流、自组织等，这些概念对于理 解系统的演化规律和机制具有重要意义。
理论发展历程
01
耗散结构理论的起源可以追溯到20世纪初，当时科学家们开始关注非 平衡态系统的行为和演化。
03
耗散结构理论的应用领域
生态学
浅谈‘耗散结构’理论
浅谈‘耗散结构’理论
田溯宁
【期刊名称】《环境保护》
【年(卷),期】1985()10
【摘要】耗散结构理论的创始人伊里亚·普利高津是当代世界科学界相当活跃的人物。
他生于莫斯科,现任布鲁塞尔的自由大学和奥斯汀得克萨斯大学的教授。
1969年,他在一次“理论物理与生物学”的国际会议上首次提出了“耗散结
构”(Dissipative Sturctures)这个概念,立即引起了许多学者的关注,接着他于1971年用此理论解释了“贝纳德”(Bernard)花样,并于1973年严格地从数学和物理学方面论证了耗散结构的存在。
【总页数】2页(P6-7)
【关键词】耗散结构理论;普利高津;国际会议;理论解释;得克萨斯;热力学第二定律;物理学;理论物理;开放系统;生物学
【作者】田溯宁
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】X
【相关文献】
1.耗散结构理论视角下的协同创新系统耗散结构判定研究 [J], 吴颖;车林杰
2.耗散结构还是聚散结构：对普利高津耗散结构理论的思考 [J], 谢嘉幸;郭江
3.耗散与代射：将耗散结构理论引入生物化学教学 [J], 马成仓
4.耗散与代谢——将耗散结构理论引入生物化学教学 [J], 马成仓
5.从耗散结构理论看创新人才的培养与高教改革——兼论创造性思维的耗散结构模型 [J], 陈士俊
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耗散结构理论
7 耗散结构理论在“不可逆过程热力学”一章里，我们得知：✧系统受到若干约束，有k种力X1，X2，…，X k被固定为各自的常数值时，系统熵产率趋于极小值的态叫k级定态。
✧当系统受到一个摄动量δX m（m=k+1，k+2，…，n），都是原来未被固定其大小的力时，它的一个特征参数的值如被改变，这个系统就会发生与该摄动相反的变化，以制止摄动，使系统恢复到最小熵产率的状态。
✧如果被n个独立的力X1，X2，…，X n所表征的系统处于有k个固定的力X1，X2，…，X k和最小熵产率σ的态，则通量J i(i= k+1，k+2，…，n)皆消失。
✧特别地，在孤立系统中两个被分析的广义力X1，X2都不固定时，经历变动后系统将终止在热力学平衡状态，即零级定态，熵产率=0。
因为所有广义力X1，X2，…，X n都可独立变化不固定，σ=0，便可得出全部通量J i消失。
一根金属棒，一端放在恒温炉内，保持一个较高的温度，另一端放置在通风良好的空旷处，维持一个较低的温度。
显然该系统的温度（力）受到了约束，棒内具有一股稳定的热流（通量），其规律服从傅立叶定律，这种稳态传热就是一种一级定态，此时熵产率等于某一最小值。
如果金属棒是刚刚由温度较低的环境被移入现在的位置，那么其内部将首先发生非稳态传热——对应于较大的温度梯度和较高的熵产率，然后逐渐转入稳态导热（熵产率逐渐降低至最小值）；炉内温度发生变化时，金属棒内热流也会发生变化并力图恢复稳态导热的状况；当金属棒被从炉中拿出来，放置于环境中，相当于去掉了温度的约束，金属棒内开始进行非稳态导热，熵产率进一步减少，一段时间后，金属棒与环境达到热平衡，热流停止（通量消失），熵产率等于0，金属棒系统与环境构成的孤立系的熵达到最大值。
上述结论是建立在局部平衡假定、昂色格倒易关系、最小熵产生原理基础之上的。
在通常实验条件下，观察到的迁移现象几乎都是线性的，但在化学反应中常常偏离线性关系。
当系统远离平衡状态时，流与力的关系不再是线性的。
学术研究中的耗散结构理论
学术研究中的耗散结构理论一、引言耗散结构理论是一种现代系统科学理论，它描述了一个远离平衡态的开放系统在内外因素作用下通过不断与外界交换能量和物质，逐渐形成有序结构的机理和过程。
这一理论在许多领域都有广泛的应用，特别是在自然科学和社会科学领域。
本文将就耗散结构理论在学术研究中的应用进行探讨。
二、耗散结构理论的基本概念耗散结构理论的主要观点是，一个远离热力学平衡态的开放系统，在一定条件下，通过不断与外界交换物质和能量，可以在系统内部产生新的有序结构。
这种有序结构的产生依赖于系统的不断变化和演进，同时也受到外部环境的影响。
耗散结构理论的四个基本要素包括：1.一个远离平衡态的开放系统；2.涨落是系统从混沌到有序的关键因素；3.系统通过与外界交换物质和能量来维持自身的稳定性；4.系统达到临界态后，出现有序结构的可能性大大增加。
三、耗散结构理论在学术研究中的应用1.学科发展研究：学科发展是一个动态的过程，涉及到诸多因素。
耗散结构理论可以用来解释学科发展的内在机制。
例如，一门学科在形成初期，由于缺乏足够的积累和规范，往往是混沌无序的。
随着时间的推移，学科不断与外界交流和吸收新的知识，逐渐形成自身的特点和规范，最终形成具有特定结构和功能的学科体系。
在这个过程中，学科内部的涨落和外部环境的影响起着重要的作用。
2.学术生态系统研究：学术生态系统是一个复杂而开放的体系，各种学术资源、学者、机构等元素之间相互作用、相互影响。
通过运用耗散结构理论，我们可以更好地理解学术生态系统的运行机制和演化过程。
在这个系统中，不断有新的元素加入，也有旧的元素退出，这些变化会引发系统内部的涨落。
当系统处于远离平衡态时，新的元素更容易被纳入到系统中来，而那些处于平衡态的元素则更容易被淘汰。
因此，一个健康的学术生态系统必须保持开放和动态变化，以适应环境的变化和自身的发展。
3.知识管理研究：知识管理是学术研究的重要领域之一。
耗散结构理论可以为知识管理提供新的视角和方法。
耗散理论
耗散理论耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。
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，通过自组织形成的一种新的有序结构。
“耗散”一词起源于拉丁文，原意为消散，在这里强调与外界有能量和物质交流这一特性。
例如，从下方加热的液体，当上下液面的温度差超过某一特定的阈值时，液体中便出现一种规则的对流格子，它对应着一种很高程度的分子组织，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，化学反应中的别洛索夫—扎博京斯基反应，某些反应物浓度随时间和空间呈周期性的变化，这种化学振荡和空间图像，就是化学反应中的一种耗散结构。
耗散结构是比利时布鲁塞尔学派著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多年从事非平衡热力学和非平衡统计物理学研究的成果。
1971年普里戈金等人写成著作《结构、稳定和涨落的热力学理论》，比较详细地阐明了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，引起了人们的重视。
1971～1977年耗散结构理论的研究有了进一步的发展。
这包括用非线性数学对分岔的讨论，从随机过程的角度说明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》一书就是这些成果的总结。
之后，耗散结构理论的研究又有了新的发展，主要是用非平衡统计方法，考察耗散结构形成的过程和机制，讨论非线性系统的特性和规律，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当作一个新方向来研究。
在复杂系统的自组织问题上，人们发现有序程度的增加随着所研究对象的进化过程而变得复杂起来，会产生各种变异。
针对进化过程时间方向不可逆问题，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起源，并以此作为基本出发点，在决定性和随机性两方面建立了相应的理论。
耗散结构理论简介
耗散结构理论简介耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种科学方法论。
系统科学领域中把耗散结构论、协同论、突变论合称为“新三论”。
而将系统论、控制论和信息论合称为“老三论”。
系统论、控制论和信息论是二十世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。
虽然它们仅有半个世纪，但在系统科学领域中已是资深望重的元老，合称“老三论”。
人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母，把它们称之为SCI论。
耗散结构论、协同论、突变论是二十世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展的三门系统理论的分支学科。
它们虽然建立晚于“老三论”，却已是系统科学领域中年少有为的成员，故合称“新三论”，也称为DSC论。
耗散结构论还与协同论一起构成了协同管理科学应用的理论基础。
耗散结构林理论由比利时布鲁塞尔学派著名统计物理学家普里高津(I.Prigogine)提出并创建。
1969年“理论物理学和生物学”国际会议上，普利高津发表了论文《结构、耗散和生命》首次正式提出耗散结构的概念。
因为创建耗散结构理论普利高津荣获1977年诺贝尔化学奖。
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，通过自组织形成的一种新的有序结构。
“耗散”一词起源于拉丁文，原意为消散，在这里强调与外界有能量和物质交流这一特性。
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，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”。
这种学说有力地回答了开放系统如何从无序走向有序的问题。
耗散结构理论被成功地应用到物理、化学、生物、社会系统。
耗散结构理论的建立
耗散结构理论的建立--------------------------------------------------------------------------------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。
系统工程耗散结构理论
放系统在远离平衡态并存 在负熵流时，可能形成 “稳定有序的耗散结构”。
复杂而精密的有序化结构和严谨协 调的有序化功能。
▪
是反以化第无大散化化耗
耗
宇映及论二序范结为过散
散
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结
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构
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观
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点
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之
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一
只所序进力朝更耗序序
，
耗散结构理论的客观作用
▪ 客观的讲，耗散结构理论是人类认知的一大飞跃，但是我们这里绝不 是把它当作救命稻草，或者是好消息（good news）而欢呼的。它在很 大程度上突破了牛顿宇宙论的认知，真正触及到了过程的意义、时间 的意义和生命的意义，触及到了“生”的机制。特别是耗散结构理论 对有机系统、生命系统、对研究人类各种组织结构的形成和机制有着 重要的理论意义和认知意义。如果说牛顿的宇宙论是一个没有“生” 也没有“灭”的机械过程的话，那么热力学第二定律所揭示的就是一 个“灭”的过程，在那里时间有了真正的意义，它只指向一个方向， 它是不可逆的过程，机械系统在“时间之矢”的作用下将不断的丧失 它的有效能量，直到最后一滴有效能量耗尽的时候而变成一种“热 寂”。而耗散结构理论所揭示的不仅是“生”的过程，它使我们可以 开始洞见一个真正过程机制的全部过程，从“生”到“成”到“灭” 的全过程；而且耗散结构理论是进入到一个机体或结构体的内部机制 去研究，是关于“生”的机制，也包括“成”的机制，即一个“结构 体”的生成或形成的条件和机制的内部动力的研究。如果说热力学第 二定律所揭示的还是一个机械系统的规律的话，那么耗散结构理论所 揭示的这个复杂“结构体”的“生成条件”，就是将人类的认知引导 到了具有“生命属性”的“结构体”的机制上来。在这个意义上，普 利高津从新打开了人类认知生命系统、认知社会系统、认知经济系统、 认知人文系统等等人类自身系统的大门，而不再局限在纯机械系统、 纯物质世界系统的认知之中。
热力学第二定律-耗散结构_图文
质交换引起。
自组织现象的解释
开放系统从外界接收负熵流 de S<0 且 |de S|>di S 系统的熵 d S = di S + de S<0 使系统由无序变到有序
负熵流
贝纳特实验中，流体系统是一个开放系统，随着热 量的流进流出，系统的熵在变化。若流进流出的热 量相等,为dQ 。
有序
无序 （退化；克劳修斯） 孤立系统 有序 到 无序
但是，自然界实际上也存在许多过程:
无序
有序 （进化；达尔文） 生命过程 无序 到 有序
自组织现象
自组织现象：开放系统内部由无序变为有序，
使其中大量分子或单元按一定规律运动的现象 （1）无生命开放系统的自组织现象
如六角形的雪花； 鱼鳞状的云; 激光
有序对流效率更高
T2
T1 > T2
T1
h 有序对流
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，能量得到更 有效的传递。
•水管中的沙团
激光－时间自组织
能量 < 某一阈值时 原子发出光子的频率和位相无序 能量 > 某一阈值时
原子“集体一致行动”，发出频率和位相 都相同的光子－产生激光。体系有序。
生物 生命
生物是远离平衡态的开放系统 生命过程是一种耗散结构 物种的产生 偶然性 物种的保护
麦克斯韦分布
麦克斯韦分布
例如,贝纳特实验中，T0（但较小）的情形。还不可能 发生自组织的现象。
3. 非线性非平衡态热力学(远离平衡态热力学)
外界的影响强烈,它引起系统状态的变化已不能看成简单 的线性关系，有它自己特有的规律.
耗散结构理论
产生耗散结构，除了要求一个远离平衡态的系统从外界吸收负熵流以外，还需要系统内部各个要素之间存在着非线性的相互作用。这种相互作用会使系统产生协同作用和相干效应，通过随机的涨落，系统就会从无序转为有序。反之，如果系统处于平衡或近平衡态，则涨落是破坏系统有序的因素，它会使系统向无序方向发展。
这样，耗散结构论把物理学推进到非平衡态热力学的发展阶段，实现了知识从动力学向热力学、从热力学到生物学的过渡。
从近代科学以存在的、被组织的眼光看待自然，到以演化的、自组织的眼光看待自然，是一次重要的科学革命，它标志着科学研究重心的转移。其中，耗散结构论是这一转移的典型代表。这包括以下两个方面：
一方面，从整个科学的发展历程看，普利高津冲破了关于孤立系统、封闭系统的习惯思维的束缚，从有关开放系统的研究入手，并根据热力学第二定律，讨论了自然界的发展方向问题。在19世纪，关于自然界的发展方向有两种对立的观点。克劳修斯认为，自然界的发展是从有序到无序，从复杂到简单，最后达到宇宙“热寂”的退化过程。达尔文则认为，生命从单细胞到人类的发展是从无序到有序、从简单到复杂的进化过程。从现象上看，生命世界和物理世界似乎有着完全不同的规律和发展方向，这就产生了热力学和进化论的矛盾。耗散结构理论指出，一个开放系统通过与外界交换物质和能量，可以从外界吸收负熵流抵消自身的熵产生，使系统的总熵保持不变或逐步减少，实现从无序向有序的转化，从而形成并维持一个低熵的非平衡态的有序结构。这就表明，自然界中两种相反的发展方向可以在不同条件下存在于同一个总过程之中，并在这个意义上解决了进化与退化的矛盾。
耗散理论
耗散[hào sàn]耗散结构 (dissipative structure) 关于“耗散结构”的理论是物理学中非平衡统计的一个重要新分支，是由比利时科学家伊里亚·普里戈津(I．Prigogine)于20世纪70年代提出的，由于这一成就，普里戈津获1977年诺贝尔化学奖。
差不多是同一时间，西德物理学家赫尔曼·哈肯 (H．Haken)提出了从说明研究对象到方法都与耗散结构相似的“协同学”(Syneraetics)，哈肯于 1981年获美国富兰克林研究院迈克尔逊奖。
现在耗散结构理论和协同学通常被并称为自组织理论。
目录1简介2首先3第二4第三5贝纳德效应6第四7综述8天街、贝纳德效应以及贝洛索夫9广义1简介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。
但当温度差达到某一特定值时，液层中自动出现许多六角形小格子，液体从每个格子的中心涌起、从边缘下沉，形成规则的对流。
从上往下可以看到贝纳特流形成的蜂窝状贝纳特花纹图案。
这种稳定的有序结构称为耗散结构。
类似的有序结构还出现在流体力学、化学反应以及激光等非线性现象中。
耗散结构的特征是：①存在于开放系统中，靠与外界的能量和物质交换产生负熵流，使系统熵减少形成有序结构。
耗散即强调这种交换。
对于孤立系统，由热力学第二定律可知，其熵不减少，不可能从无序产生有序结构。
②保持远离平衡态。
贝纳特流中液层上下达到一定温度差的条件就是确保远离平衡态。
③系统内部存在着非线性相互作用。
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，达到有序。
比利时的普里高津、德国的哈肯、日本的久保-铃木等学派对远离平衡态的耗散结构理论的建立与发展作出重要贡献。
耗散结构理论是谁创立的
耗散结构理论是谁创立的
耗散结构理论是研究耗散结构的性质及其形成、稳定和演变规律的科学。
耗散结构理论的创始人是比利时俄裔科学家伊里亚·普里戈金。
1945年他得出了最小熵产生原理，此原理和昂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。
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，最终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。
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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”，实现自然科学大的统一。
这些问题引起了当代科学家们极大的兴趣，不少人在从事这方面的研究。
2 普利高津的工作：从近平衡线性区到远离平衡的非线性区的开拓普利高津正是在深入探讨这些问题的过程中逐步建立起耗散结构理论来的。
普利高津把他的注意力首先从平衡态转移到近平衡态，这是二十世纪上半叶热学和统计物理学发展的情况决定的。
二十世纪初，以研究平衡态为主的经典热力学和统计物理学已基本建立，在各方面得到广泛的应用，不仅为热机等应用科学奠定了理论基础，而且直接促进了量子论等现代科学的创立。
统计力学和量子力学结合，产生了量子统计，使统计方法深入到了微观运动的领域。
经典热力学相统计物理学取得的巨大成功，自然鼓励人们将它的极为普遍的形式从平衡态推广到非平衡态去。
第一步的延伸就是进入离平衡态较近的非平衡区，即所谓线性区。
在二十世纪前半叶，主要研究的是近平衡态线性区的不可逆过程。
人们发现，在一个稳定的平衡态附近，主要的趋势是趋于平衡。
驰豫、输运、涨落等现象，是平衡附近的主要不可逆过程，它们都受趋于平衡这一总的倾向所支配。
1931年，挪威的昂萨格(Onsager)在研究交叉的输运过程中，提出了输运系数对称原理即昂萨格倒易关系。
昂萨格倒易关系的发现使他荣获了l968年化学奖，理由是：“由于他发现了倒易关系，而这一关系是不可逆热力学的基础。
”普利高津在昂萨格倒易关系的基础上继续工作，得到了最小熵产生原理，既dp/dt≤o，此式表明，线性非平衡区的系统随着时间的发展，总是朝着熵产生减少的方向进行，直至达到一个稳定态，此时熵产生不再随时间变化，(dp／dt＝0)。
最小熵产生原理的提出使人们在线性非平衡区找到了一个类似于平衡态的熵和自由能之类的物理量，在给定外部边界条件下，这个量普遍地决定了系统所处的定态。
最小熵产生原理与昂萨格倒易关系一起使线性非平衡热力学大厦在与平衡热力学类似的普遍程度下建立起来。
这是普利高津早期对热力学作出的一个重大贡献。
这样，在平衡和近平衡的整个区域，系统的“进化”图像清楚了。
在孤立或与大的热源接触的条件下，系统的熵产生(p)总为正，直至系统达到平衡态时熵产生为零。
而当边界条件阻止系统达到平衡态时(例如在杆两边维持一固定的温差)，熵产生率 (dp/dt)总是随时间减少，直至达到一个定态 (非平衡)，在这定态上熵产生最小(可为零)，近平衡区的这一普遍规律给出了第一类进化的直观图像。
最小熵产生原理在近平衡线性区的成功促使普利高津试图将它用到远离平衡的非线性区去。
然而，经过多年的努力，这种尝试没能成功。
在这一领域，人们发观问题变得更为复杂，这时线性关系不再适用，昂萨格倒易关系不再成立。
熵产生率不再总是随时间单调减少，而根据不同系统和所处条件不同，可正、可负，也可随时间振荡。
在非线性区找不到类似于平衡态的“熵”或近平衡态的“熵产生”那样能普遍决定系统性质的李雅普诺夫(Lyapunov)函数，最小熵产生原理失效。
总之，在平衡态和非平衡线性区的十分普适的规律在这里依赖具体系统状态出现了多种多样的可能性。
看来，研究远离平衡态非线性区热力学应当另辟蹊径。
山重水复疑无路，柳暗花明又一村。
以普利高津为首的布鲁赛尔学派在挫折中吸取了有益的启示，认识到在远离平衡的系统的热力学性质可能与平衡态、近平衡态的热力学性质有重大原则差别。
他们在这种新的思想指导下重新进行探索，终于建立起了—种新的学说一一耗散结构理论，普利高津在回顾他在自己的科学生涯中走过的这段曲折道路时说，当我了解到昂萨格倒易关系和最小熵产生原理一般说来只是在不可逆现象的线性范围内有价值时，就提出了这样一个问题：在“昂萨格倒易原理之外，但仍在宏观描述的范围之内，远离平衡的稳定状态会是什么样子呢？”“这些问题整整使我们耗费了近二十年的心血，即从1947年到1967年，最后终于得到了耗散结构的概念。
”（《普利高津与耗散结构理论》，第6页）3 耗散结构理论的提出列宁说过，“自然科学的成果是概念（列宁：《哲学笔记》，人民出版社1974年版，第290页）。
任何物理理论的建立，人体那是从总结现象入手，进而建立物理概念，提出物理模型，寻找它们的运动规律，并不断回到实践中去，进一步丰富和发展已经提出的理论。
其中新的物理概念的提出具有决定性的意义。
耗散结构理论的建立也大体经历了同样的历程。
普利高津首先考察了不同系统在远离平衡态时的不可逆过程，例如流体力学中的贝纳德对流，物理学中的激光，化学中的贝洛索夫一扎布金斯基振荡反应，以及生物进化、生命形成和社会现象，发观这些过程与平衡或近平衡过程具有十分不同的图像。
从上面一些现象中，普利高津发现在力学、物理学、化学、生物学以及社会学的不可逆现象中，存在着与生物进化类似的第二类的演化方式，存在着从简单到复杂，从无序到有序，从对称到对称破缺的进化。
他概括了这些性质迥然不同的系统在进化过程中的共同特点，指出一个开放系统(不管是力学、物理学、化学，还是生物学、社会学的系统)，在从平衡态到近平衡态再到远离平衡态推进的过程中，当到达远离平衡态的非线性区时，一旦系统的某个参量变化达到一定的阈值，通过涨落，系统就可能发生突变，即非平衡相交，由原来的无序的混乱状态转变为一种时间、空间或功能有序的新的状态。
这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持，并保持一定的稳定性，且不因外界微小的扰动而消失。
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，普利高津称之为耗散结构。
系统这种能够自行产生的组织性和相干性，称为自组织现象。
因此普利高津又把耗散结构理论称之为非平衡系统的自组织理论。
耗散结构的概念是对比平衡结构建立起来的。
普利高津在他第一篇论述耗散结构的论文中就指出了二者的区别。
他说：“平衡结构不进行任何能量或物质的交换就能维持。
晶体是平衡结构的典型”，“反之，‘耗散结构’只有通过与外界交换能量(在某些情况也交换物质)才能维持。
一个非常简单的例子是热扩散电池，其浓度梯度由能量维持着。
”（《普利高津与耗散结构理论》，第22页）可以看出，平衡结构是一种“死”的结构，它最好不与外界发生任何联系和作用，这样才能长久地保持下去。
耗散结构则是一种“活”的结构，它需要与外界不断进行物质和能量的交换，依靠能量的耗散才能维持其有序状态。