耗散结构理论.ppt

耗散结构理论贝洛索夫一萨坡金斯基反应(BZ反应)耗散结构
熵、负熵
远离平衡态
开放系统
涨落突变1945年普里高津在平衡态热力学的基础上,首次把墒增加原理扩展到近平衡态情况下的最小嫡产生原理。他创建了远离平衡态情况下的耗散结构理论,这是热力学发展历史上重大的创新和突破,也是20世纪70年代科学上的辉煌成就之一。
普列高津在自组织现象的基础上,概括了物理的、生物的、化学的等等各种远离平衡态的系统,在一定条件下经过演化出现的有序结构及其共同规律,创立了耗散结构理论,实现了生命和无生命界的大统一。耗散结构定义：
一个远离平衡的开放系统（力学的、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，在外界条件的变化达到一定的阀值时，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，这种在远离平衡情况下所形成的新的有序结构，称之为耗散结构。熵的原意是热量被温度除的商。相同热量时温度高则熵小，温度低则是熵大。
“熵是这样一个量，它在有耗散的情况中不停地增长，当所有进一步做功的潜力都耗尽了以后，熵就达到了最大值，熵达到了最大值就意味着能量的耗尽、系统的毁坏。”
熵的本质内涵是变化，越是熵少的体系，其有序度越高，反之，其混乱度就越高。
我们用熵代表系统无序程度。信息代表系统有序的的程度，信息的增殖自然就是“负熵”。开放系统的熵变任何企业管理系统部是开放系统，内部的控制都要以与环境的输入输出为条件，必须不断与外部环境进行物质、能量、信息的交换，表现为人才、物质、资金、设备、产品等与外部环境的交流。只有当这个交流处于平衡状态时，才能保持其管理结构的不断改善和管理水平的不断提高。即负熵值的持续增加。否则，系统将不能运行，致使系统的内部人力、物力、财力调配发生困难，系统熵值增加。1.系统的平衡态

定义：是指系统的宏观状态，在一定外界条件下不随时间的变化而变化。
它只在外界条件不变的情况下，处于有序的状态，外界条件稍有变化，它就会走向无序状态。在此状态下，系统不与外界进行任何物质和能量的交换，处于熵极大的混乱无序状态，不可能产生新的有序结构。2.系统的近平衡态

定义：是指系统的宏观状态，在一定外界条件下，随时间的变化而有所变化。
它在一定程度上和外界只有少量能量的交换，但与外界不发生任何物质的联系。因此，系统内的熵虽然会减少，但由于系统仍处于近平衡态，即它是一个开放不足的系统，故不可能有足够的信息量来维持长期的生存。所以，一旦开放初期出现一些问题，就很容易被长期封闭的保守观点而熔化的封闭的平衡态。3.系统的远离平衡态

定义：是指系统的宏观状态，在一定外界条件下，随时间的变化而变化。
它的生存是由于与外界进行大量的物质、能量和信息的交流，通过交流不断的调整系统内部的机制。因为它是一种永远活着的稳定有序的“活”系统，其最大的特点是演化和发展。开放系统是指与外界环境有物质、能量和信息交换的系统。
热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现耗散结构。
然而外界给系统注入的熵deS可为正、零或负，在deS<0的情况下，只要这个负熵流足够强，它就除了抵消掉系统内部的熵产生diS外，还能使系统的总熵增量dS为负，总熵S减小，从而使系统进入相对有序的状态。所以对于开放系统来说，系统可以通过自发的对称破缺从无序进入有序的耗散结构状态。涨落：是指系统中某个变量自发的偏离某一平衡态的现象，它使系统离开原来的状态或轨迹。
涨落是耗散结构出现的触发器，但涨落出现不可预测。只有涨落出现在体系远离平衡态的区域时，才能起到耗散结构触发器的作用。
普里高津认为系统结构决定系统功能，稳定有序的活结构具有很强的新陈代谢、抗干扰、自组织、自复制、自繁殖能力。功能反作用于结构。结构和功能是导致涨落的动力。同时，涨落对两者也有巨大作用。三者相互作用，决定耗散的时空结构。耗散结构形成的条件②系统是一个远离平衡态的系统

普里高津认为，开放系统是耗散结构形成的必要条件，但不是充分条件。他指出：“一个开放系统并没有充分的条件保证出现这种结构”，耗散结构只有在系统保持“远离平衡”的条件下，才有可能出现。因为系统在平衡态和近平衡态线性区，是处于稳定状态或趋于稳定状态系统总的倾向是趋于无序或趋于平衡。③通过涨落的有序

涨落是指系统的某个变量对平均态的偏离。在远离平衡态的系统中，涨落是系统由不稳定状态形成新的稳定有序状态的杠杆，起着积极的建设性作用。当系统处于远离平衡态时，随机的小涨落可以通过非线性的相干作用和连锁效应被迅速放大，形成系统整体上的“巨涨落”，从而导致系统发生突变，形成一种新的稳定有序状态。④远离平衡态系统内各要素之间存在着非线性的相互作用
根据普里高津耗