问题：谁知道普利高津的耗散结构理论呀
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时间：2005-11-06 16:23:38 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

据说普利高津的耗散结构理论解决了熵减少的问题，谁能给我讲一下？？

回复人：luoning610,▲ (DICP研究生) 时间：2005-11-07 11:13:33 编辑

1楼

耗散结构理论是普利高津等人在长期研究复杂系统演化的过程中，提出的一种自组织理论。普利高津指出：远离平衡态的开放系统，在一定的控制条件下，由于系统内部非线性的相互作用，通过涨落可以形成稳定的有序结构。耗散结构理论在探讨自然现象中所获得的成功，促使人们利用它对社会现象，对有人参与的过程进行研究。我们也在这一框架下进行研究，并提出我们的技术演化模型。（参见沈小峰，1987，普里戈金（普利高津），1986，吴彤，2001）普利高津是比利时理论物理学和化学家。他在1967年的关于非平衡统计物理学的“耗散结构”理论，获得了1977年诺贝尔化学奖。
　　
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，提出了从研究对象到方法都与耗散结构相似的“协同学”，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。

（一）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。天空中的云包含有由水分子组成的水蒸气、液滴，水晶和空气，因而是含有多组分多层次的系统。至于贝洛索夫——萨波金斯基反应，其中不仅含有大量分子原子和离子，并且有许多化学成分。不仅如此，在产生耗散结构的系统中，基元间以及不同的组分和层次间还通常存在着错综复杂的相互作用，其中尤为重要的是正反馈机制和非线性作用。正反馈可以看作自我复制自我放大的机制，是“序”产生的重要因素，而非线性可以使系统在热力学分支失稳的基础上重新稳定到耗散结构分支上。

（二）产生耗散结构的系统必须是开放系统，必定同外界进行着物质与能量的交换。
天街中的云一定会和周围的大气和云进行物质交并和外界进行能量交换。如欲维持贝洛索夫一萨波金斯基反应中的时间、空间，时间——空间结构，则需不断地向进行反应的容器中注入所需的化学物质，这正是系统与外界的物质交换。耗散结构之所以依赖于系统开放，是因为根据热力学第二定律，一个孤立系统的熵要随时间增大直至极大值，此时对应最无序的平衡态，也就是说孤立系统绝对不会出现耗散结构。而开放系统可以使系统从外界引入足够强的负熵流来抵消系统本身的熵产生而使系统总熵减少或不变，从而使系统进入或维持相对有序的状态。

（三）产生耗散结构的系统必须处于远离平衡的状态。
为了简单说朋问题，先举一个有关平衡状态的例子。假定暖水瓶是完全隔热的，里边放入温水，盖上瓶塞，其中的水不再受外界任何影响，最后水就进入一种各处温度均匀，没有宏观流动和翻滚且不再随时间改变的状态，叫平衡态，相应的结构称为平衡结构。根据热力学理论，在这种状态下是不可能出现任何耗散结构的。如果把瓶塞打开，用细棒搅拌瓶中的水，这时系统内发生翻滚流动，脱离平衡态。但若重新盖上瓶塞，经过足够长时间，系统又将不可避免的驰豫到新的平衡态，仍不会有耗散结构。这表明系统虽走出了平衡态，但离开平衡态不够“远”。要想使系统产生耗散结构，就必须通过外界的物质流和能量流驱动系统使它远离平衡至一定程度，至少使其越过非平衡的线性区，即进入非线性区。最明显的例子是贝纳德效应，若上下温差很小，不会出现六角形花纹，表明系统离开平衡态不够远。待温差达到一定程度，即离开平衡态足够远，才发生贝纳德对流。这里强调指出，耗散结构与平衡结构有本质的区别。平衡结构是一种“死”的结构，它的存在和维持不依赖于外界、而耗散结构是个“活”的结构，它只有在非平衡条件下依赖于外界才能形成和维持。由于它内部不断产生熵，就要不断地从外界引入负熵流，不断进行“新陈代谢”过程，一旦这种“代谢”条件被破坏，这个结构就会“窒息而死”。所有自然界的生命现象都必须用第二种结构来解释。

（四）耗散结构总是通过某种突变过程出现的，某种临界值的存在是伴随耗散结构现象的一大特征，如贝纳德对流，激光，化学振荡均是系统控制参量越过一定阈值时突然出现的。

（五）最后，耗散结构的出现是由于远离平衡的系统内部涨落被放大而诱发的。什么是涨落呢?举个例子，密闭容器内的气体，如果不受周围环境的影响或干扰，就会像前面所说的那样达到平衡态，不难想象，这时容器内各处气体的密度是均匀的。然而由于大量气体分子作无规则热运动而且相互碰撞，可能某瞬时容器内某处的密度略微偏大，另一瞬时又略微偏小，即密度在其平均值上下波动。这种现象就叫涨落。如果仅限于讨论处于平衡态气体内部的涨落，意义并不十分大。虽然无规则运动和碰撞的存在将不时产生相对于平衡的偏差。但由于同样的原因这种偏差又不断地平息下去，从而平衡得以维持。在远离平衡时，意义就完全不同了，微小的涨落就能不断被放大使系统离开热力学分支而进入新的更有序的耗散结构分支。涨落之所以能发挥这么大的作用是因为热力学分支的失稳已为这一切准备好了必要的条件，涨落对系统演变所起的是一种触发作用。

回复人：khem,▲ (I like organometallics!) 时间：2005-11-20 16:23:49 编辑

2楼

耗散结构理论 dissipative structure theory

非平衡态热力学和统计物理学中的一种学说。它由比利时科学家 I.普里高津(1917～ )于 1969年提出。按照这种学说﹐一个远离平衡态的开放系统﹐当某个参量的变化达到一定的阈值时﹐通过涨落﹐有可能发生突变﹐即由原来的无序状态转变为一种在空间﹑时间或功能上有序的状态。这种稳定有序状态的宏观结构﹐就叫做耗散结构。系统的这种自行产生组织性的行为叫做自组织现象。因此﹐耗散结构理论又称为非平衡系统的自组织理论。

耗散结构理论以时间的不对称性﹑不可逆性和系统的复杂性作为出发点﹐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。R.格劳修乌斯(1822～1888)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﹐C.R.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小﹐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。

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﹐形成新的稳定的结构。从这个意义上说﹐非平衡是有序之源﹐涨落导致有序。反之﹐如果系统处于平衡或近平衡态﹐则涨落是破坏有序的因素﹐它会使系统向无序方向发展。

耗散结构理论表明﹐系统存在着复杂性和整体性。因此﹐必须把动力学规律与统计学规律﹑决定性和随机性﹑必然性和偶然性结合起来﹐才能正确描述系统的量变与质变﹑无序与有序相互更迭的发展过程。

耗散结构理论

　　在近代自然科学史上，矗立着三块举世瞩目的丰碑：与科学巨人牛顿的名字联系在一起的经典力学；与现代物理学的奠基人爱因斯坦的名宇联系在一起的相对论；与玻尔、海森堡等人的名字联系在一起的量子力学。几十年来，全世界的科学家们在仰望科学的顶峰的同时．都在企盼着另一块超越巨人的丰碑矗起……

　　公元１９７７年，当被科学界誉为现代热力学的奠基人、当代著名理论物理和物理化学家伊利亚·普里戈金以其创立的耗散结构理论把当年的诺贝尔化学奖的桂冠举过头顶的时候，这一伟大的时刻终于到来了。人们清楚地知道：普里戈金所创立的耗散结构理论对于整个自然以至社会科学产生的划时代的重大影响，远远超出了一次诺贝尔奖的价值。

　　伊利亚·普里戈金，１９１７年出生于十月革命前夕的莫斯科。在俄罗斯社会制度发生重大变革的历史时期，普里戈金一家在莫斯科生活了４年。１９２１年。他们一家离开苏联，经过几年的迁徙和旅居生活之后，于１９２９年定居比利时。

　　１９５７年，年仅４０岁的普里戈金担任布鲁塞尔自由大学教授，并于１９５９年起担任索尔维国际物理及化学研究所所长。从５０年代起，他以其非凡的科学组织能力、深刻的抽象和直觉能力领导布鲁塞尔学派的科学家们经过十多年的研究，终于在１９６９年提出了“耗散结构理论”，把理论热力学的研究推向了当代的最高峰。

　　那么“耗散结构理论”到底为我们解决了什么问题呢？我们知道：自然科学研究的对象有三个领域：一个是至小无内的基本粒子领域；一个是至大无外的天体宇宙；另一个就是我们人类生活的、介乎二者之间的物质世界。在这个世界里，随时随地都在发生着十分复杂的变化：人和动物在出生、成长、衰老、死亡；植物在出苗、开花、结果、枯萎……随着时间的流逝，自然界在发生着丰富多彩却一去不复返的变化。长期以来，人类搞清了许多复杂的自然现象，但对人体本身的变化却一直迷惑不解；人体从细胞到胚胎，通过不断提取营养（大都是无序的小分子）变成了大分子有序的蛋白质，这是一个从无序到有序的过程。应用以往的定律应该如何解释？食物中杂乱无序的小分子物质是怎样构成了耳朵、鼻子、眼睛、四肢等高度对称的、结构上有序、思维有序、功能有序的人体呢？这一科学之谜终于被普里戈金揭开了。他的“耗散结构理论”指出：一种远高平衡态的非平衡系统在其外参数变化到某一值时，通过系统与外界连续不断地交换能量和物质，系统可以从原来无序性状态转变到空间、时间和功能上都有序的结构。不仅一个活的人体、动物体、植物体是耗散结构，就是一个社会系统，如一个城市、一个工厂也都是一种远离平衡态的耗散结构。也就是说，远离平衡态的非平衡系统可以是生物的、物理的、化学的，也可以是社会的。耗散结构理论已经在化学、生物、激光等方面得到了广泛的应用，就其在自然科学和社会科学系统论方面的意义讲，是无可估量的。

　　１９７８年，普里戈金曾应中国科学院理论物理研究所的邀请，来我国进行访问和讲学，并热情地答应为我国培养热力学方面的研究人才，表现了一位大科学家的胸襟和气度。

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