耗散结构理论及应用

耗散结构理论及应用基本信息中文名称：耗散结构理论外文名称：Dissipativestructuretheory创始人：伊里亚·普利高津基本介绍：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)。形成与发展耗散结构理论的创始人是伊里亚·普利高津（IlyaPrigogine）教授。由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结论理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔奖。耗散结构理论于1969年由普里高金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。1971年普利高津等人写成著作《结构、稳定和涨落的热力学理论》，比较详细的阐明了耗散结构的热力学理论。1971年—1977年耗散结构的研究有了进一步发展，这包括用非线性数学对分叉的讨论，从随机过程的角度说明涨落和耗散结构的联系。1977年普利高津等人所著《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。耗散理论关键概念：（1）远离平衡态（2）非线性（3）开放系统（4）涨落（5）突变远离平衡态：是相对于平衡态和近平衡态而言的。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。近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态正如耗散结构理论所指出的，系统走向一个宏观上有序的状态(非平衡态是有序之源）非线性：系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。开放性：在开放的系统中，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。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（涨落导致有序，它强调系统中某个微小变化会带来大的结果性偏差——蝴蝶效应）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，原来的状态失去了稳定性，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。这种在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。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。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、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、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、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。耗散结构理论的应用耗散结构理论成功的解释了复杂系统在远离平衡态时出现耗散结构这一自然现象，已在解释和分析流体、激光器、电子回路、化学反应等复杂系统中出现的耗散结构方面获得了很多有意义的结果，在生物生态、地质科学、地球物理和社会科学等领域也有广泛的应用。开放系统是产生耗散结构的前提；整个企业的发展过程都在与外界发生着质、信息的交换，从采购到生产再到营销，无不显露出作为系统看待的一个企业对外界开放是至关重要的。因此可以看出耗散结构理论中的“开放性”思想对一个企业的管理起到宗旨性指引作用。另外，为了正常赢利和发展，企业需要时刻关注同类产品市场中的竞争对手，从而采取相应的竞争策略，企业需要以各种途径了解消费群体，与之发生有效沟通，从而采取相应的营销策略；企业需要搞自身形象设计（CI），通过广耗散结构理论对企业管理的启示告宣传让更多的人了解自己，从而增加自身品牌的受众等等。耗散结构理论强调非平衡态是有序之源；这一点也明显的体现在企业发展的过程中了，比如，我国近年来各地推行“裁员增效”，提出“竞争上岗机制”，那么这种“竞争”就是一种非平衡态，具体体现在企业内部，它也是存在的，工作人员为了获得更高的工资或使自己级别职称得到提升，会更加积极地努力，扩充自己的知识，提高自己的业绩。最终会使企业的整体生产效率得到提高。总结:近几年来，我国一些科学工作者对耗散结构理论的研究和应用已初见成效，如根据该理论建立治疗动脉粥样硬化的方案，解释蜜蜂、白蚁的活动特征等等。耗散结构理论的崛起，使人们看到多学科互相渗透的边缘学科与横跨各学科的横断科学正如雨后春笋般出现，并取得越来越显著的地位。从人和自然的关系看，从经济文化军事，到城市规划，市场管理，人口控制，生产服务等等，耗散结构理论都有十分诱人的应用前景。随着对耗散结构理论的研究和应用的不断深入，耗散结构理论也将为科学发展和社会进步发挥更大的作用。