耗散结构理论-科学观,哲学意义

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。

耗散结构理论是如何创立的――谈“时间悖论”1969年，在一次“理论物理与生物学”国际会议上，比利时布鲁塞尔学派的领导人普利高津教授针对非平衡热力学和统计物理学的发展提出了一种新理论———耗散结构理论。

从考察耗散结构理论的创立过程中，我们发现悖论在其中起了不可忽视的重要作用。

下面，我们就来阐述一下“时间悖论”的发现在耗散结构理论创立过程中的地位和作用。

普利高津在爱因斯坦与密希里·贝索之间的通信集中发现，贝索在1940 1955年期间一而再、再而三地提出时间及其不可逆性等问题。

爱因斯坦耐心地一次又一次地回答：不可逆性是一种幻觉，是一种主观印象，它来自某种意外的初始条件。

贝索对爱因斯坦的回答始终不满意。

在80岁高龄时，贝索作了一种尝试，想调和广义相对论和时间的不可逆性。

爱因斯坦不同意这一尝试。

他说：“你是站在光滑的地面上。

在物理学的基本定律中没有任何不可逆性，你必须接受这样的思想：主观的时间，连同它对‘现在’的强调，都是没有任何客观意义的。

”当贝索去世的时候，爱因斯坦写了一封动人的信给贝索的妹妹：“密希里早我一步离开了这个奇怪的世界，这是无关紧要的。

就我们这些受人信任的物理学家而言，过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉，然而，这种区别依然持续着。

”既然“过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉”，那么，为什么说“这种区别依然持续着”呢？难道这不是一个悖论？“时间悖论”的发现使普利高津深深地迷住了“时间”。

他看到“时间悖论”的形成有其深刻的思想基础。

他说，虽然“相对论和量子力学带来了思想上的伟大革命，但基本没有改变这个经典物理学的观点。

在动力学中，无论是在经典的、量子的，还是相对论的动力学中，时间只是外部的一个参量，它没有什么优惠的方向。

在动力学中，没有任何东西能够区别过去和将来。

”在动力学中，时间概念只有简单的意义。

它与我们所处的三维空间一样，仅被看做描述物理过程的时空行为的第四个坐标。

在经典力学中，不会出现“时间箭头”；时间本质上只是描述可逆运动的一个几何参量。

转载的：耗散结构、耗散结构理论耗散结构 (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。

我们首先从几个例子看一下究竟什么是耗散结构。

天空中的云通常是不规则分布的，但有时蓝天和白云会形成蓝白相间的条纹，叫做天街，这是一种云的空间结构。

容器装有液体，上下底分别同不同温度的热源接触，下底温度较上底高，当两板间温差超过一定阈值时，液体内部就会形成因对流而产生的六角形花纹，这就是著名的贝纳德效应，它是流体的一种空间结构。

在贝洛索夫—一萨波金斯基反应中，当用适当的催化剂和指示剂作丙二酸的溴酸氧化反应时，反应介质的颜色会在红色和蓝色之间作周期性变换，这类现象一般称为化学振荡或化学钟，是一种时间结构。

在某些条件下这类反应的反应介质还可以出现许多漂亮的花纹·，此即萨波金斯基花纹，它展示的是一种空间结构。

在另外一些条件下，萨波金斯基花纹会成同心圆或螺旋状向外扩散，象波一样在介质中传播，这就是所谓化学波，这是一种时间一一空间结构。

诸如此类的例子很多，它们都属于耗散结构的范畴。

为了从各不相同的耗散结构实例中找出其本质的特征和规律，普里戈津学派研究了非平衡热力学,继承和发展了前人关于物理学中相变的理论，运用了当代非线性微分方程以及随机过程的数学知识，揭示出耗散结构有如下几方面的基本特点。

首先，产生耗散结构的系统都包含有大量的系统基元甚至多层次的组分。

贝纳德效应中的液体包含大量分子。

试论耗散结构·协同学·突变论的哲学意义（转载）本文从唯物辩证法分析新三论的哲学意义耗散结构是比利时布鲁塞尔学派的领导人普利高津，在本世纪60年代末创立的一门新兴学科。

他突破了传统物理学以封闭系统和平衡结构为主要研究对象的框架，而以远离平衡态的开放系统为研究对象。

这种开放系统通过不断与外界进行物质和能量交换而形成新的稳定有序结构，称耗散结构。

所谓“耗散”，是指系统维持这种新型结构，需要外界输入物质和能量。

这种系统能够自行产生的组织性，称为自组织现象。

因而，耗散结构又称为非平衡系统的自组织理论。

协同学是联邦德国著名理论物理学家哈肯于1977年提出的新概念。

他认为，相变现象不仅在热力学系统中，而且在远离平衡态系统中也同样普遍存在。

其研究导致了协同学理论的创立。

协同学汲取了耗散结构理沦的观点，对开放系统进行更深层次的研究，深刻揭示了非平衡系统从无序转化为有序的微观机制，表明序参量与子系统以及序参量之间的竞争、协同是形成自组织结构的内在根据。

哈肯在研究中发现，非平衡系统和平衡系统相变有惊人的相似的统一性，因而可以用同样的理论案和数学模型进行处理。

这—来，不仅扩大了研究范围，具有了更大的概括性，而且进一步解决了耗散结构尚未解决的问题——系统稳定性和目的性的具体机制问题。

突变论是法国数学家勒内·托姆在本世纪60年代末提出的。

突变论比耗散结构和协同学独特之处，就在于它运用拓扑学、奇点理论和结构稳定性等先进数学工具，研究自然界和社会各种非连续性的突然变化的现象，建立起形象而精确的数学模型，直观描述了系统怎样随着外部条件的连续变化而引起结构突然的飞跃式变化。

这种崭新的数学描述方法，不仅弥补了单纯描述连续变化的微积分方程的不足，而且也弥补了单纯描述突然飞跃变化的概率论和离散数学的不足之处。

它不仅在科学方法论方面有创新，而且对描述物态演化过程作出了新的贡献。

正因为如此，它和耗散结构、协同学共同对系统科学的发展起了重大的推动作用。

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.txt 耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。

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，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。

可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。

协同论协同学（Synergetics）协同学亦称协同论或协和学，是研究不同事物共同特征及其协同机理的新兴学科，是近十几年来获得发展并被广泛应用的综合性学科。

它着重探讨各种系统从无序变为有序时的相似性。

协同论的创始人哈肯说过，他把这个学科称为“协同学”，一方面是由于我们所研究的对象是许多子系统的联合作用，以产生宏观尺度上结构和功能；另一方面，它又是由许多不同的学科进行合作，来发现自组织系统的一般原理。

客观世界存在着各种各样的系统；社会的或自然界的，有生命或无生命的，宏观的或微观的系统等等，这些看起来完全不同的系统，却都具有深刻的相似性。

协同论则是在研究事物从旧结构转变为新结构的机理的共同规律上形成和发展的，它的主要特点是通过类比对从无序到有序的现象建立了一整套数学模型和处理方案，并推广到广泛的领域。

它基于“很多子系统的合作受相同原理支配而与子系统特性无关”的原理，设想在跨学科领域内，考察其类似性以探求其规律。

哈肯在阐述协同论时讲道：“我们现在好像在大山脚下从不同的两边挖一条隧道，这个大山至今把不同的学科分隔开，尤其是把‘软’科学和‘硬’科学分隔开。

”协同学的创立者，是联邦德国斯图加特大学教授、著名物理学家哈肯（H旽aken）。

1971年他提出协同的概念，1976年系统地论述了协同理论，发表了《协同学导论》，还著有《高等协同学》等等。

耗散结构理论[1971年提出的理论]耗散结构理论认同并延用了一般系统论中的开放系统思维。

一般系统论源于生物学家对生命机体运行机制的深入思考，而生命活动也是耗散结构理论颇为关注的研究对象。

普利戈金本人曾对耗散结构形成的条件，作过简单通俗的说明。

他写道:“生物和社会组织包含着一种新型的结构，……社会和生物的结构的一个共同特征是它们产生于开放系统，而且这种组织只有与周围环境的介质进行物质和能量的交换才能维持生命力。

然而，只是一个开放系统并没有充分的条件保证实现这种结构。

只有在系统保持“远离平衡”和在系统内的不同元素之间存在着“非线性”的机制的条件下，耗散结构才能实现”[1]。

显然，人既有生物的属性，又有社会的属性，人的生命过程既参与生物运动，也参与社会运动，更具备形成耗散结构的条件。

耗散结构理论耗散与生命活动首先，生命的本质在于运动。

人体是一个远离平衡的系统，它需要保持动态平衡才能存在。

平衡就意味着生命的终止。

兴奋和抑制、收缩和舒张平衡了，心跳也就停止了。

动脉、静脉各部分血压平衡了，毛细血管有效过滤压等于零，物质交换也就没有了。

细胞内液与外液中的Na+、K+的浓度是非平衡的，神经细胞膜内K+浓度为膜外30倍，膜外Na+浓度为膜内12倍，这种离子浓度非平衡，对细胞的兴奋及机能是必要的。

如果离子浓度平衡，生物电就消失，细胞功能也就丧失。

其次，人体又是一个包含有多子系统多层次的复杂开放系统。

从横向看，包括骨胳、肌肉、神经、消化、呼吸、泌尿生殖系统等子系统。

从纵向看，包括群体、个体、器官、组织、细胞、亚细胞、分子、量子等层次。

此外，还有与上述要求有关又自成一体的免疫系统，等等。

而且各子系统之间、各层次之间存在着复杂的联系和相互作用。

人既要吃、喝、吸气，又要拉、撒、呼气，因而是一个开放系统。

机体走向封闭，就会生病甚至死亡。

中医所说“不通则痛”就是这个道理。

再次，人体内各元素之间存在非线性机制。

所谓非线性，是指引起系统处于非平衡状态的复杂过程的，主要不是逐步演变的扩散型，而是产生突变(或质变)的化学反应型。

学术研究中的耗散结构理论分析一、引言耗散结构理论是现代系统科学的重要组成部分，它研究一个开放系统在远离平衡状态下，如何通过不断与外界交换能量而产生有序结构的机理和规律。

这一理论在许多领域都有广泛的应用，特别是在自然科学、工程技术、经济管理和人类社会等学科中。

本文将对耗散结构理论进行深入分析，探讨其在学术研究中的应用和意义。

二、耗散结构理论的基本概念耗散结构理论的主要观点是，一个远离平衡的开放系统，在某个条件下，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，需要满足一定的条件，即系统必须处于远离平衡的状态，具有一定的非线性作用机制，以及系统内部各要素之间具有协同效应。

这些条件保证了系统在内外因素的共同作用下，能够不断演化出新的结构和功能。

三、学术研究中的耗散结构理论应用1.学术交流网络分析学术研究中的耗散结构理论可以应用于分析学术交流网络。

这种网络是由学者、学科领域、研究机构、期刊杂志等节点组成，通过相互之间的学术交流形成的一种复杂网络结构。

通过对这种网络的分析，可以发现其内部具有类似于耗散结构的特点，即某些节点和子网络在一定的条件下，可以通过与外界的交流和合作，形成新的有序结构，如学科交叉、学术合作团队等。

这些新的结构又反过来推动学术交流网络的进一步演化和发展。

2.科技创新体系分析科技创新体系是一个开放的系统，需要通过与外界的持续交流和互动，不断引入新的资源和要素，以实现创新能力的提升。

在这个系统中，各个创新主体之间存在着复杂的非线性作用机制，各要素之间相互影响、相互促进，形成一种动态的有序结构。

通过耗散结构理论的分析，可以揭示科技创新体系中各要素之间的协同效应和演化规律，为政策制定和优化提供理论依据。

3.组织学习过程分析组织学习是学术研究中的一个重要领域。

一个组织在不断的学习过程中，其内部结构和功能也会不断演化，形成新的有序结构。

这个过程类似于耗散结构理论的机理，即组织通过与外界的交流和互动，不断调整内部结构和资源配置，形成一种新的、更有效的学习模式和组织文化。

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。