耗散结构是如何在开放系统中形成并维持稳定的?
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发布时间:2024-09-11 02:33
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时间:2024-09-28 21:45
耗散结构理论揭示了开放系统如何从无序到有序的转变过程。要形成耗散结构,系统必须具备三个关键条件:
开放性:系统必须与外界进行物质和能量的交换,保持与环境的互动。
远离平衡:系统内部的物质、能量流动和热力学力之间的关系是非线性的,这意味着系统不在传统的平衡状态。
非线性相互作用:系统内部元素间的相互作用是动态的,需要不断输入能量来维持结构的稳定性。
在非平衡状态下,涨落通常被视为干扰,但在这种条件下,非线性作用能够放大涨落,促使系统在越过临界点后自我组织,形成耗散结构。这种结构并非静态的,而是通过突变涌现的,其稳定状态是开放系统远离平衡状态的结果。
耗散结构理论在生物和物理领域都有广泛应用。在生物学中,生命体如细胞,作为开放的、非平衡系统,通过与外界物质和能量交换,自组织形成有序结构,这为理解生命过程和生物进化提供了热力学视角。在物理学上,如贝纳特流现象,一薄层液体在特定温度差下会形成规则的对流模式,这便是耗散结构的一个实例。
广义上,耗散结构涵盖各种远离平衡状态的开放系统,包括力学、物理、化学、生物学和社会经济系统。耗散结构理论的提出,对自然科学乃至社会科学都产生了深远的影响,推动了对复杂系统基本规律的探索和复杂性系统研究的深化。
总的来说,开放系统在特定条件下通过物质和能量交换,能够形成稳定的、非平衡的有序结构,这就是耗散结构理论的核心概念。这种现象不仅在自然界中广泛存在,也对科学理解复杂系统提供了新的理论基础。
扩展资料
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。
耗散结构是如何在开放系统中形成并维持稳定的?
非线性相互作用:系统内部元素间的相互作用是动态的,需要不断输入能量来维持结构的稳定性。在非平衡状态下,涨落通常被视为干扰,但在这种条件下,非线性作用能够放大涨落,促使系统在越过临界点后自我组织,形成耗散结构。这种结构并非静态的,而是通过突变涌现的,其稳定状态是开放系统远离平衡状态的结果。...
非结构化数据如何可视化呈现?
通常情况下,我们会按照结构模型把系统产生的数据分为三种类型:结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。结构化数据,即行数据,是存储在数据库里,可以用二维表结构来逻辑表达实现的数据。最常见的就是数字数据和文本数据,它们可以某种标准...
耗散简介
在非平衡状态下,开放系统通过与外界进行物质和能量交换,有时会形成一种稳定的有序结构,这就是耗散结构。例如,贝纳特流现象,当一薄层液体在底部加热,底部与顶部存在温度差时,达到特定条件,液层会形成规则的六角形对流模式,呈现出著名的贝纳特花纹。这种结构的产生依赖于开放系统与外部环境的交互,产生...
耗散结构是什么意思?
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)。[5]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。(1)远离平衡态 远离平衡态是相对于平衡态和近...
耗散结构形成的条件、 特点和混沌状态
耗散结构形成的条件:①系统必须是开放的,通过与外界交换物质和能量,引入负熵流,才可能从无序走向有序;②系统必须足够地远离平衡态,才能保持对涨落的敏感性,在临界点上产生突变,从而不断组织起来,形成新的稳定有序结构,非平衡是有序之源;③系统内要有非线性的相互作用因素(描述贝纳德对流的动力...
什么是耗散结构理论
耗散结构是在远离平衡区的非线性系统中所产生的一种稳定化的自组织结构。在一个非平衡系统内有许多变化着的因素,它们相互联系、相互制约,并决定着系统的可能状态和可能的演变方向。这些因素可以归纳为两类:其一是广义流,其二是广义力;而且广义流依赖于广义力。一般地说,这两类因素之间的相互依赖关系是一个复杂的非...
耗散结构理论的耗散
普利高津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...
耗散综述
耗散结构,简单来说,是指在开放系统中,多元素、多成分和多层次的系统在非平衡状态下,通过涨落的作用,从无序状态突然转变为有序状态,形成的时间、空间或时空结构。这一理论的提出,对当代哲学思维产生了深远的影响,引起了哲学界的广泛关注。在耗散结构理论出现之前,人们习惯于将世界划分为两个截然不...
谁知道耗散结构理论?
空间或功能上有序的新的状态。这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持,并保持一定的稳定性,不因外界的微小扰动而消失,这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的有序结构就是普利高津称为的耗散结构。一座城市、一个生命体、一个企业、家庭等都是耗散结构。
产生耗散结构有几个条件,最关键的条件是什么?
最关键的条件是开放系统.耗散结构是在远离平衡区的非线性系统中所产生的一种稳定化的自组织结构。在一个非平衡系统内有许多变化着的因素,它们相互联系、相互制约,并决定着系统的可能状态和可能的演变方向。一个典型的耗散结构的形成与维持至少需要具备三个基本条件:一是系统必须是开放系统,孤立系统和...
企业怎么用耗散结构理论
一个典型的耗散结构的形成与维持至少需要具备三个基本条件: 一是系统必须是开放系统,孤立系统和封闭系统都不可能产生耗散结构; 二是系统必须处于远离平衡的非线性区,在平衡区或近平衡区都不可能从一种有序走向另一更为高级的有序; 三是系统中必须有某些非线性动力学过程,如正负反馈机制等,正是这种非线性相互作用...