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相干层次结构理论与热力学定律的统一 杨 金 福 （中国科学院 北京全三维动力工程有限公司 北京 100080） 摘要：在宇宙的诸多现象或事件的时域状态变化过程及条件，都存在相互关联，相互影响，相互作用的客观规律。用相干层次结构衍化过程来分析机理；同等尺度确定边界、观测结构参数与把握相互排斥、相互耦合、相互融含的衍化结果来解决实际问题的法则；用时域条件来分析与描述客观事物的发展过程及因果关系，并创建了相干层次结构理论以及完成了热力学定律的统一。同时采用结构状态熵函数的变化，既合理的解决了物理学的过程演化与生物学的进化，各自存在时间之矢矛盾不可逾越的鸿沟问题；也提出了相应的热力学第六定律。 关键词：相干层次结构；热力学定律；观测尺度；结构状态熵；时域分析 1．前言 宇宙的基本问题也就是怎样正确认识其客观事物时域发展变化的规律问题。在不同的观测尺度，就有不同认识层次以及相适应相干结构状态的变化，并且研究对象的结构、功能和熵的行为就给我们展现了客观事物时域发展变化或演化的一个完整图像。自然属性的非线性问题归结为线性或时域分离的问题进行简化处理是很有局限性的，其中一个最关键的问题是时域状态变化过程及条件分析的不完整，并且线性叠加原理已经不再适用。过去人们经常把一个复杂的非线性问题纳入到线性理论框架中，这样做的结果就不能得出非线性系统的变化规律。例如热力学作为研究自然界的一个相对完整的理论体系，从大量实验事实出发，具有高度的普遍性和可靠性，但它也有很强的局限性，不能反映出不同层次结构物质的变化特性，同时还忽略了客观系统存在物性参数的测量尺度和不同层次结构的相干行为，而这些物性参数相干的测量行为，在分析耦合、突变、相变、临界、守恒及生物等诸多现象中则显示重要的作用。因此，时域过程及条件的僵化处理和线性叠加的简化都不能得出非线性系统的规律及真实特征，于是很多物理、工程等问题本质和特征长期得不到正确的揭示与解决，从而阻碍了科学的发展。 2．相干层次结构理论的基础 宇的内涵是空间性，宙的内涵是时间（向量）性。宇宙的结构状态在于宇和宙度量相互依存、连续变化、同时存在的物质特征信息的时域耦合性。用宇宙物质特征信息的连续性、可观测性和各向同性，论证宇宙相干层次结构所具有的非线性时域耦合变化的守恒性。 3．相干层次结构理论的论述 3．1时域耦合的基本概念 3．1．1物质特征信息 物质是宇宙所有现象或事件的普遍本质，是独立于意识之外又为意识所反映的客观实在。特征是物质存在形式变化的可测度，是在物质存在形式变化过程中，不发生改变的那些性质。信息则是物质特征性质的总称。显然，物质特征信息就是描述某一现象或时间（简称事物）演化过程的标度性质。 3．1．2系统、边界及过程 系统是指在同时观测区域，内涵有着可观测尺度下各种物质特征信息时域耦合的集合体。并且各种特征信息相互融含的作用状态集合就也是系统的结构状态。如果该区域与外界有相互作用导致物质特征信息传递就为开放系统，否则就是封闭系统。边界是能够包络选定区域尺度与信息的界限。如果能全部包络选定区域尺度与信息的界限就是封闭边界，相应所封闭的区域就是封闭系统，否则就是开放边界与系统。在选定的时域完整区间，系统结构状态变化规律则称之为过程。 3．1．3相干与层次 相同观测尺度所具有各种物质特征信息载体的相互排斥、耦合及融含作用称为相干，相应的结构状态也称为相干结构状态。系统在相同观测尺度下形成的相干结构状态也称之为层次，不同观测尺度下形成的相干结构状态就形成不同的层次。显然，相干是层次的要素，层次是相干的集合。 3．1．4层次与尺度的级 层次与尺度各自属性的相互对比就是级，初始观测的尺度或层次为0级，对比相邻放大的尺度为1级，相反的就是–1级。 3．1．5穿级与窜级 开放系统之间，层次之间相同观测尺度下，存在物质特征信息为载体相干传递的结构称之为穿级相干结构，层次之间不同观测尺度下，存在物质特征信息为载体相干传递的结构称之为窜级相干结构。显然，穿级结构是层次结构之间内涵同尺度信载体相互依赖及融合作用的相干形式，窜级结构则是层次结构之间内涵不同尺度信载体相互渗透及传递作用的相干形式。这里开放系统也含封闭系统的特征，但不具备封闭系统的边界条件。穿级相干结构的信息在于融合作用，窜级相干结构的信息在于传递的方向性。 3．1．6相干层次结构与信息的转换、转化及转变过程 系统同时既存在相同和不同观测尺度下，层次之间发生物质特征信息的相干作用，又满足时域区间与外界其它系统衔接进行物质特征信息传递功能的系统就称之为相干层次结构。显然，相干层次结构是物质信息与外界相互传递的开放系统。这里相同层次、相同尺度的信息相互传递过程称之为转换过程，相邻层次相同尺度的信息传递过程称之为转化过程，相隔层次相同尺度的信息传递过