热力学第二定律，世界熵增

开放系统：一个可以跟外界进行物质和能量交换的组织

耗散结构以开放系统为研究对象，

总体来看，开放系统也在热力学第二定律范围内，但开放系统有逆熵。

开放系统可以从无序走向有序。

一个远离平衡态的开放系统通过不断地与外界交换物质和能量。

外界条件变化达到一定阈值，内部的作用产生了自组织现象

系统原来的无序状态自发地转变为时空上和功能上的宏观有序状态，形成新的、稳定的有序结构。

这种非平衡态下的新的有序结构就是耗散结构。[1]

系统在远离平衡态时，其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别。

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”(dissipativestructure)。

重要概念

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、耗散结构。

远离平衡态与平衡态

远离平衡态

远离平衡态指系统内可测的物理性质极不均匀的状态。

远离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的，这一状态下系统的热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比，可能颇为不同，甚至实际上完全相反

正如耗散结构理论所指出的，系统将走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。

?近平衡态

近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区

?平衡态

平衡态是指系统各处可测的宏观物理性质均匀(从而系统内部没有宏观不可逆过程)的状态，它分别遵守

①热力学第一定律：即系统内能的增量等于系统所吸收的热量减去系统对外所做的功；

②热力学第二定律：即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；

开放系统

开放系统是指与外界环境存在物质、能量、信息交换的系统。

例如，一座城市就是一个开放系统：不断有人外出和进入，生产的产品和原料也要川流不息地运人及运出。

根据热力学第二定律可知，孤立系统绝不会出现耗散结构。

因为随着时间累积，孤立系统的熵将不断增加并达到极大值，

使系统达到最无序的平衡态。

而在开放的条件下，系统的熵增量是由系统与外界的熵交换和系统内的熵产生两部分组成的，

热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负，然而外界给系统注入的熵可为正、零或负，

这要根据系统与其外界的相互作用而定。

只要这个负熵流足够强，除了可以抵消掉系统内部的熵增量

还能使系统的总熵增量为负，总熵S减小

从而使系统进入相对有序的状态。

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。

耗散结构理论认为，“开放”是所有系统向有序发展的必要条件。

如一个企业只有开放才能获得发展，

这种开放不仅是输出产品，输入原料，而且涉及人才、技术和管理等方面。

不断引进入才和技术，不断更新设备，才能使企业充满生机和活力。

涨落

系统的实际运行状态与理论的统计反映状态是有差异的，它们之间的偏差现象称涨落。

一个由大量子系统组成的系统，其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。

但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上，而是或多或少有些偏差，

这些偏差就叫涨落，涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。

在正常情况下，由于热力学系统相对于其子系统来说非常大，

这时涨落相对于平均值是很小的，

即使偶尔有大的涨落也会立即耗散掉，系统总要回到平均值附近，

这些涨落不会对宏观的实际测量产生影响，因而可以被忽略掉。

然而，在临界点(即所谓阈值)附近，情况就大不相同了

这时涨落可能不自生自灭，而是被不稳定的系统放大，最后促使系统达到新的宏观态。

当在临界点处系统内部的长程关联作用产生相干运动时

反映系统动力学机制的非线性方程具有多重解的可能性，

自然地提出了在不同结果之间进行选择的问题，

在这里瞬间的涨落和扰动造成的偶然性将支配这种选择方式，

所以普里戈金提出涨落导致有序的论断，

它明确地说明了在非平衡系统具有了形成有序结构的宏观条件后，

涨落对实现某种序所起的决定作用。

突变

在系统临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象，叫做突变。

阈值即临界值对系统性质的变化有着根本的意义。

在控制参数越过临界值时，原来的热力学分支失去了稳定性，

同时产生了新的稳定的耗散结构分支，在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序的耗散结构状态，其间微小的涨落起到了关键的作用。

这种耗散结构的出现都是以这种临界点附近的突变方式实现的。

从开放系统的角度看，突变是使系统从无序混乱走向有序井然的关键。

当开放系统内部某个参量的变化达到一定阈值时，它就可能从原来无序的混乱状态，转变为一种在时间上、空间上和功能上的有序状态，即耗散结构。

耗散结构

耗散结构是指远离平衡态的开放系统通过不断地与外界交换物质和能量，

在外界条件变化达到一定阈值(形成足够的负熵流)时，

通过内部的作用（涨落、突变）产生自组织现象，

使系统从原来的无序状态自发地转变为时空上和功能上的宏观有序状态，从而形成的新的、稳定的有序结构。

如一壶水放在火炉上，水温逐渐升高，

但水开后水蒸气不断蒸发，壶中的水和空气就形成了一个开放系统，

带走了火炉提供的热量，水温不再升高，达到了一种新的稳定状态。

影响

耗散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域都产生了巨大影响，为医学提供了启迪和借鉴作用。

如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等

它可能代表了一次科学革命。

但也不应夸大它的作用。只有把它与系统科学方法的其他理论

(系统论、信息论、控制论、协同论、超循环论、突变论等)结合起来,

才能充分发挥其应有的作用。

对生命活动的研究及对医学的推动

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