862-耗散结构论（Dissipativity Structure Theory）.pptVIP

* 耗散结构论（Dissipativity Structure Theory） 非线性科学　　即对我们周围复杂性的事物进行研究的科学现实中的事物都是错综复杂的，例如，湍动的大气、奔腾的河流、起伏的山脉、大量原子结合起来的固体、生命和大脑的本质等等，我们能不能真正认识这些复杂的现象和事物呢？对复杂现象应该如何进行科学的刻划？所谓非线性科学就是一门以探索复杂性为目标的新科学。它将对人的自然观产生巨大的影响，使人类的思维方式发生根本的转变。在数学上描述复杂系统的方程通常是非线性的，一般包括分岔现象。耗散结构实质上对应于系统方程在远离平衡区的一个分岔解。 熵理论对于整个科学来说是第一法则。 ?????????????????????????????????????????????????????? 爱因斯坦 热力学第二定律就是著名的熵定律，它指在一个封闭的系统里，能量总是从高的地方流向低的地方，系统从有序渐渐变成无序，系统的熵最终将达到最大值。这是一个不可逆的过程。第一定律也称为能量守恒定律，指出宇宙的能量总和是一个常数，既不可能增加，也不可能减少。 热力学第二定律是描述热量的传递方向的：分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能；热能却不能完全转化为机械能。此定律的一种常用的表达方式是，每一个自发的物理或化学过程总是向着熵（entropy）增高的方向发展。熵是一种不能转化为功的热能。 耗散一词，原意是指开放系统与外界进行的物质、能量、信息的交换运动。耗散结构则是指远离平衡态的开放系统，通过耗散运动形成的一种动态稳定的有序化结构，即由原来混浊无序的状态转变成一种在空间上、时间上或功能上的有序状态。 1969年他在国际“理论物理与生物学会议”上，发表《结构、耗散和生命》一文，提出了这一理论，受到各国学者的重视。普利高律由于这一重大贡献，荣获1977年诺贝尔化学奖。 克劳修斯从热力学第二定律自然增熵原理出发认为，既然物理过程总是自发地从有序走向无序，系统的熵是增加的，因而宇宙的演化是熵增的，最后将达到“热寂”，即运动停止而毁灭。然而达尔文进化论则认为，生物的发展是由低级到高级，由简单到复杂，是朝着由无序向有序方向发展的。 这就产生了物理理论与生物理论的予盾，并引起哲学上的重大争论。耗散结构认认为，对于孤立系统来说熵是增加的，总过程是从有序到无序。而对于开放系统来说则由于通过与外界交换物质和能量，可以从外界吸取负熵来抵消自身熵的增加，使系统实现从无序到有序、从简单到复杂的演化，从而解决了“热寂说”与进化论的予盾，使物理学与生物学的这两个规律得以统一。 为了研究的需要，我们把统分为孤立系、封闭系和开放系。所谓孤立系就是指那些与外界既无物质交换，又无能量交换的“孤立”系统。当然，孤立系实际上是不存在的。但是，有绝热材料包围的密封气缸中的气体可以近似地认为是孤立系。而封闭系则是与外界有能量交换，但没有物质交换的系统（显然，这也是一种近似）。如果忽略了落下的流星陨石和宇宙尘埃，地球可以算是一个封闭系统的例子；地球接受太阳和其它恒星的辐射能量，而自已又向外界宇宙进行辐射。第三类是与外界能进行物质和能量交换的系统——开放系统。热力学中所研究的内燃机就是一个系统，因为它既要吸进燃料和新鲜空气，又要排出废热和废气。而吞食食物的阿米巴也是开放系统的例子。此外，细胞、生物体及人类社会中如一个工程项目，一个城市等等都是规模不同、复杂程度不等的开放系，开放系统具有普遍适用的意义。 换句话说，孤立系不可能自发地形成稳定的有序结构，故不可能产生耗散结构。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。 可见任何自发的理化过程，都是从复杂向简单、从有规律向混乱，从不平衡向平衡发展r 。然而自然界还存在一条规律，生物都是从简单向复杂，从低级向高级进化的。似乎生物界和无机界遵循的是不同的规律。这就是使科学家困惑不解的所谓克劳修斯热力学第二定律和达尔文生物进化论的矛盾。　 比利时当代物理学家和化学家普里高津（I .Prigoging） 从能量的观点看，自发过程导致能量品质的下降。磨擦生热过程中用率较高的机械能转变为利用率较低的热能了，这又称为能量的耗散。　他们注意到，就是在无生命界也存在一些自发的宏观有序现象。例如在晴朗的傍晚，我们有时会看到空中有一条横贯东西通衢大道，两旁鱼鳞状的白云整齐排列，这叫云街；打开松花蛋外壳，琥珀色半透明的蛋白表面有雪花似的松花等等。 所谓有序，包括空间上的有序--按一定规律的排列的时间上的有序--以一定周期反复出现。普里高津认为，当体系远离平衡态，处于与外界既有能量交换，又有物质交换的开放系统时，可以通过能量的耗散和内部的非线性动力学机制形成和维持系统在宏观上的