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1、耗 散 结 构 形 成普 里 戈 金 在 非 平 衡 热 力 学 系 统 的 线 性 区 的 研 究 的 基 础 上 ，又 开 始 探 索 非 平 衡 热 力 学 系 统在 非 线 性 区 的 演 化 特 征 。在 研 究 偏 离 平 衡 态 热 力 学 系 统 时 发 现 ，当 系 统 离 开 平 衡 态 的 参数 达 到 一 定 阈 值 时 ，系 统 将 会 出 现 “行 为 临 界 点 ”，在 越 过 这 种 临 界 点 后 系 统 将 离 开 原 来的 热 力 学 无 序 分 支 ，发 生 突 变 而 进 入 到 一 个 全 新 的 稳 定 有 序 状 态 ；若 将 系 统 推 向 离
2、 平 衡态 更 远 的 地 方 ，系 统 可 能 演 化 出 更 多 新 的 稳 定 有 序 结 构 。普 里 戈 金 将 这 类 稳 定 的 有 序 结构 称 作 “耗 散 结 构 ”。从 而 提 出 了 关 于 远 离 平 衡 状 态 的 非 平 衡 热 力 学 系 统 的 耗 散 结 构 理 论（1969 年 ）。耗 散 结 构 的 内 容耗 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 是 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 是 系
3、 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 是 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 。 在 平 衡 态 和 近 平 衡 态 ，涨 落 是 一 种 破 坏 稳 定 有 序 的 干 扰 ，但 在 远 离 平 衡 态条 件 下 ，非 线 性 作 用 使 涨 落 放 大 而 达 到 有 序 。偏 离 平 衡 态 的 开 放 系 统 通 过 涨落 ，在 越 过 临 界 点 后 “自 组 织 ”成 耗 散 结 构 ，耗
4、 散 结 构 由 突 变 而 涌 现 ，其 状 态 是稳 定 的 。耗 散 结 构 理 论 指 出 ，开 放 系 统 在 远 离 平 衡 状 态 的 情 况 下 可 以 涌 现 出新 的 结 构 。地 球 上 的 生 命 体 都 是 远 离 平 衡 状 态 的 不 平 衡 的 开 放 系 统 ，它 们 通过 与 外 界 不 断 地 进 行 物 质 和 能 量 交 换 ，经 自 组 织 而 形 成 一 系 列 的 有 序 结 构 。可 以 认 为 这 就 是 解 释 生 命 过 程 的 热 力 学 现 象 和 生 物 的 进 化 的 热 力 学 理 论 基 础之 一 。 耗 散 结 构在 生 物
5、 学 ，微 生 物 细 胞 是 典 型 的 耗散 结 构 。在 物 理 学 ， 典 型 的 例 子 是 贝纳 特 流 。广 义 的 耗 散 结 构 可 以 泛 指一 系 列 远 离 平 衡 状 态 的 开 放 系 统 ，它们 可 以 是 力 学 的 、物 理 的 、化 学 的 、生 物 学 的 系 统 ，也 可 以 是 社 会 的 经 济 系 统 。耗 散 结 构 理 论 的 提 出 ，对 于 自 然 科 学 以 至 社 会 科 学 ，已 经 产 生 或 将 要 产 生 积极 的 重 大 影 响 。耗 散 结 构 理 论 促 使 科 学 家 特 别 是 自 然 科 学 家 开 始 探 索 各
6、种 复杂 系 统 的 基 本 规 律 ，开 始 了 研 究 复 杂 性 系 统 的 攀 登 。 远 离 平 衡 态 的 开 放 系 统 ，通 过 与 外 界 交 换 物 质 和 能 量 ，可 能 在 一 定 的 条 件下 形 成 一 种 新 的 稳 定 的 有 序 结 构 。 典 型 的 例 子 是 贝 纳 特 流 。在 一 扁 平 容 器 内 充 有 一 薄 层 液 体 ，液 层 的 宽 度远 大 于 其 厚 度 ，从 液 层 底 部 均 匀 加 热 ，液 层 顶 部 温 度 亦 均 匀 ，底 部 与 顶 部 存 在温 度 差 。当 温 度 差 较 小 时 ，热 量 以 传 导 方 式 通
7、过 液 层 ，液 层 中 不 会 产 生 任 何 结构 。但 当 温 度 差 达 到 某 一 特 定 值 时 ，液 层 中 自 动 出 现 许 多 六 角 形 小 格 子 ，液 体从 每 个 格 子 的 中 心 涌 起 、从 边 缘 下 沉 ，形 成 规 则 的 对 流 。从 上 往 下 可 以 看 到 贝纳 特 流 形 成 的 蜂 窝 状 贝 纳 特 花 纹 图 案 。这 种 稳 定 的 有 序 结 构 称 为 耗 散 结 构 。类 似 的 有 序 结 构 还 出 现 在 流 体 力 学 、化 学 反 应 以 及 激 光 等 非 线 性 现 象 中 。耗 散 结 构 的 特 征耗 散 结 构
8、 的 特 征 是 ： 存 在 于 开 放 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 。 保 持 远 离 平 衡 态 。贝 纳 特 流 中 液 层 上 下 达 到 一 定 温 度 差 的 条 件 就 是 确保 远 离 平 衡 态 。 系 统 内 部 存 在 着 非 线 性 相 互 作 用 。在 平 衡 态 和 近 平 衡 态 ，涨 落 是 一种 破 坏 稳 定 有 序 的 干 扰 ，但 在 远 离 平 衡 态 条 件 下 ，非 线 性 作 用 使 涨 落 放 大 ，达到 有 序 。
