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第九章非平衡系统的自组织理论：耗散结构第九章非平衡系统的自组织理论:耗散结构一、耗散结构理论的产生及发展(一) 耗散结构的概念在开放和远离平衡的条件下，在与外界环境交换物质和能量的过程中，通过能量的耗散和内部的非线性动力学机制及涨落的触发和推动下形成并保持下来的宏观时空有序结构称为耗散结构。
耗散结构理论指出，一个远离平衡的开放系统(力学的、物理的、化学的、生物的、社会的、经济的系统)，通过不断地与外界交换物质和能量，在外界条件的变化达到一定的阈值时，可能从原有的混沌无序的混乱状态，转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
耗散结构理论就是研究耗散结构的性质以及它的形成、稳定和演变规律的科学。
它的研究领域是物质系统的复杂性，即物质系统各层次或层次之间的非线性复杂关系。
其研究对象是开放的非平衡自组织系统。
着重考查在一定外界条件影响下的非平衡开放系统是如何通过自身的非线性相干反馈和协同作用，自发地形成宏观有序的自组织结构的。
它的建立和发展，使人们对自然界的发展有了一个比较完整的认识:在平衡态附近系统的发展行为倾向主要是趋向平衡态，并伴随着无序的增加和结构的破坏。
在远离平衡态的条件下，系统的发展过程则可能出现突变，导致新结构的形成和有序度的增加。
(二) 耗散结构理论的产生耗散结构:,,,,,,,,,,, ,,,,;,,,,:是比利时物理学家普瑞高津(，(,,,,,,,,,)于1969年在一次“理论物理与生物学” 的国际会议上首先提出的一个概念。
1971年普瑞高津与格兰道夫(,(,,,,,,,,,,)合著的《结构、稳定与涨落的热力学理论》较为详细地阐述了耗散结构的概念及其热力学理论，并将之应用到流体力学、化学和生物学等方面，引起了人们的广泛重视。
1977年普瑞高津和尼科里斯(,(,,;,,,,)在《非平衡系统的自组织》一书中对其研究成果进行了系统的总结，推动了耗散结构理论与非线性热力学的进一步发展。
耗散结构的理论形式是以普瑞高津为首的布鲁塞尔学派二十多年来从事非平衡热力学统计物理研究结出的成果。
“老三论”、“新三论”理论概述系统论、控制论和信息论是本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、突变论是本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。
它们虽然时间不长，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。
“老三论”、“新三论”理论概述1、系统论、控制论和信息论系统论的创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲。
系统论要求把事物当作一个整体或系统来研究，并用数学模型去描述和确定系统的结构和行为。
所谓系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体;而系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、动态观点和等级观点。
指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和，认为一切生命都处于积极运动状态，有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分开放，获得物质、信息、能量交换的结果。
系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系，具有目的性、动态性、有序性三大基本特征。
控制论是著名美国数学家维纳（WienerN）同他的合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗透与相互融合的发展趋势而创始的。
它摆脱了牛顿经典力学和拉普拉斯机械决定论的束缚，使用新的统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势的各种可能性。
控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势，控制系统的稳定，揭示不同系统的共同的控制规律，使系统按预定目标运行的技术科学。
信息论是由美国数学家香农创立的，它是用概率论和数理统计方法，从量的方面来研究系统的信息如何获取、加工、处理、传输和控制的一门科学。
信息就是指消息中所包含的新内容与新知识，是用来减少和消除人们对于事物认识的不确定性。
耗散结构论、协同论、突变论
耗散结构论、协同论、突变论
耗散结构论是由美国著名的系统理论家科森和他的同事发展起
来的一种新的系统观点。
它强调在环境、社会、经济和技术发展改变的现实面前，任何系统都是一个动态系统，必须处于一种持续的变化之中，以便能够维持其正常状态。
耗散结构论把这些变化描述为复杂系统的不断耗散，意味着它们无法永久保持同样的状态，但却可以维持在一种稳定的状态中。
协同论的基本思想是，系统是由多个元素或多个网络组成的，多个元素之间存在着相互协调、相互调整的关系，彼此之间能够通过共同的行动实现有效的结果。
它建议，通过确定各个元素的顺序，以及实现系统的目标的方法，其中最重要的是要确保各个元素之间的沟通和合作。
突变论认为，系统是复杂的，它们的发展是由个体个体之间的动态互动引起的，突变是其发展过程中系统优化的有效手段。
它认为，突变是环境变化和发展步伐的有效适应机制，是一种包含系统自身变化的表现形式，它将不断地影响系统的发展，以及整个系统的未来变化趋势。
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耗散结构论、协同论、突变论
耗散结构论、协同论、突变论是三种重要的理论，它们都是从不同的角度来解释事物的演变和发展。
耗散结构论是从热力学的角度出发，研究系统的自组织和演化；协同论是从生物学的角度出发，研究生物体内各个部分之间的协同作用；突变论是从进化论的角度出发，研究物种的进化和变异。
耗散结构论认为，系统在不断地吸收和释放能量的过程中，会出现自组织现象，形成耗散结构。
这种结构具有稳定性和复杂性，能够适应环境的变化。
例如，人类社会就是一个耗散结构，它由各种不同的组织和个体组成，能够适应不同的社会环境。
协同论认为，生物体内各个部分之间存在着协同作用，这种协同作用是生命活动的基础。
例如，人体的各个器官之间相互协调，才能保持身体的正常运转。
协同作用还可以促进生物体的进化，使其适应环境的变化。
突变论认为，物种的进化和变异是由基因突变引起的。
这种突变可以使物种适应环境的变化，从而生存下来。
例如，恐龙灭绝后，哺乳动物就开始大量繁殖，逐渐成为地球上的主宰物种。
这三种理论虽然从不同的角度出发，但都强调了系统的自组织和适应能力。
在现代社会中，我们也可以从这些理论中得到启示，例如，企业要不断地吸收新的知识和技术，才能适应市场的变化；团队要
协同合作，才能完成任务；个人要不断地学习和成长，才能适应社会的变化。
耗散结构理论耗散结构理论是比利时布鲁塞尔学派领导人普利高津（I.Prigogine）教授1969年在一次“理论物理与生物学”的国际会议上，针对非平衡态统计物理学的发展提出的。
理论指出，一个远离平衡态的开放系统，通过不断地和外界交换物质和能量，当外界条件达到一定的阈值时，系统可能从原来的无序的混乱状态，转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
普利高津把在远离平衡态情况下所形成的有序结构命名为“耗散结构”。
耗散结构理论就是研究耗散结构的性质，以及它的形成、稳定和演变规律的理论。
耗散结构理论研究的对象是开放系统。
宇宙中的系统无一不是和周围环境有着相互依存和相互作用的开放系统，不论是有生命的，还是无生命的，都是如此。
因此，这一理论涉及的面之广，在科学发展史上是罕见的。
这一理论从诞生到现在，短短的二十几年中，在各方面的应用都已取得了可喜的成果。
我们应该清楚地看到，在自然界、科学实验、乃至社会现象中，从宏观上看，都有必要、也必须区分平衡结构（平衡状态下的稳定化有序结构）和耗散结构（耗散状态下的稳定化有序结构）。
这里所讲的平衡结构，是指热力学意义上的平衡，即在与外界没有物质、能量交换的条件下，宏观系统的各部分在长时间内不发生任何变化。
而耗散结构是指宏观系统在非平衡条件下，通过和外界不断地进行能量和物质交换而形成并维持的一种稳定化了的有序结构，即在非平衡态下宏观体系的自组织现象。
通俗一点讲，平衡结构是一种“死”的有序化结构，而耗散结构则是一种“活”的有序结构。
我们熟知的晶体和液体是比较典型的平衡态下的稳定化有序结构。
连续介质力学中的“贝纳特不稳流”则是布鲁塞尔学派最早用来说明耗散结构物理图象的一个例子。
这个实例说，加热一个液体系统，液体内会产生一个温度梯度。
温度梯度较小时，热量通过传导在液体中传递，不存在一种有序的自组织现象。
但如果继续加热，当温度梯度达到一定的特征值时，一种有序的对流元胞会自动呈现，整个体系则由无数个这种对流元胞组成，它对应于一种高度有序化的分子组织，此时热量是通过宏观对流来传递的。
耗散结构与中医学关系浅识耗散结构理论指出，一个远离平衡态的开放系统，通过与外界不断交换物资、能量和信息，从外界获得负熵流来抵消自身的熵产生，在外界条件的变化达到一定阈值时，能从原来无序的混沌状态转变为稳定有序的结构，即耗散结构。
本文拟从耗散结构形成的条件和机制来探讨其与中医学的关系。
一系统从无序走向有序，必须处于远离平衡的状态。
这里的平衡是热力学的平衡，指系统中各物理量都达到一致，如系统中温度处处相等称为热平衡，压力一样称为力平衡，浓度和组分不变称为化学平衡等。
在热力学的平衡态或近平衡态，都不会产生有序结构，只有远离平衡态的系统才能从无序的初态，跃迁到新的有序状态。
对人体来说，平衡就意味着死亡，只有远离平衡，才能保持有序化的生命。
所以普里高津强调“非平衡是有序之源”。
中医也有类似非平衡的描述，并给它冠以东方特色的名字——“阴阳”。
阴阳将复杂的万事万物以及事物内部的各要素概括为互相对立而又互相统一的两个方面．而且把他们的对立统一看成宇宙间万物产生、发展和变化的普遍规律。
以人体而论，头为阳、足为阴，背为阳、腹为阴，气为阳、血为阴，卫外为阳、内守为阴，阴阳两者具有不同的特性和数量。
这本身就是耗散结构的非平衡。
阴阳是人体赖以生长的基础，二者缺一不可，正所谓“孤阴不生，孤阳不长”。
例如，单纯的卵子不可能发育成胚胎，只有男女交媾，形成受精卵以后，有了阴阳的非平衡，才能通过与外界的交流而不断发育成为有鼻子有眼、有胳膊有腿、有寤有寐的有序的人体。
《索问·生气通天论篇》中“夫自古通天者，生之本，本于阴阳”与普里高津的“非平衡是有序之源”有异曲同工之妙。
二产生有序结构的系统，必须是一个开放的系统．即系统内外环境之间要有物质、能量、信息的交换与流通，并且必须使系统从外部输入的负熵流绝对值大于系统内部的熵产生，从而逐步减少系统的熵。
熵增加的过程是一个质和能量从不均匀状态到均匀状态的过程，也就是一个从有序到混乱的过程。
