1、耗散结构,Yuguo Yu,什么是耗散结构？,耗散结构是比利时布鲁塞尔学派著名的统计物理学家普里戈金，于1969年在理论物理和生物学国际会议上提出的一个概念。耗散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。耗散结构是指处在远离平衡态的复杂系统在外界能量流或物质流的维持下，通过自组织形成的一种新的有序结构,什么是耗散？,我们称系统热量散失从而失去能量的过程称为耗散。著名的热力学第二定律称：孤立系统最终将耗散掉其所含有的所有的自由能，使系统达到熵最大的平衡态。,什么叫平衡态 ?,一个孤立系统经过足够长的时间，系统的各种宏观性质长时间内不发生任何变化（微观粒子仍然在运动，只是
2、平均效果不变化了），这样的状态叫平衡态。,平衡态热动力学,热力学第一定律，能量守恒与转化。热力学第二定律，有三种等价的说法：1 热不可能自发地、不以消耗功为代价地从低温物 体传到高温物体 。2 任何热力循环发动机不可能将所接受的热量全部转变为机械功。3 或者说在热量传递的过程，总是存在着能量的耗散，使得系统达到状态最多的结构（这时，熵最大）。就是几率最大的状态。,嫡 的概念首先是为描述宏观过程的不可逆性而引入的。 不可逆性究竟是怎么一回事呢? 试把一滴兰墨水滴到一杯静水中，兰色的墨水“分子”总是自动地向周围扩散，最后全变成一杯均匀的浅兰色溶液，即达到墨水“分子”和水分子的均匀混合。相反的过程，
3、即墨水“分子”从初姑与水分子均匀混合的溶液中自动聚集起来又凝成一滴浓的墨水的情况却从来汉有人看见过，这就是在上节中提到的扩散过程的不可逆性。从分子的观点看，即使墨水“分子”和水分子达到最大程度的均匀混合以后宏观状态不再变化但男水“分子”和水分子仍在不停地运动，并且单个分子的运动并不受宏观条件曲限制。因此并不能绝对否认有墨水分子聚集起来的可能性，不过完全聚集起来的可能性非常小。按照统计的语言，我们说墨水分子完全聚集起来的几率非常小。,内能，自由能和熵,UF+TS。U 是内能，F是自由能，它是可以转化为对外界所作的功。TS是束缚能在一般温度和体积不变的情况下，系统达到自由能最小的状态就是平衡态。这
4、时候，熵最大。,非平衡态,在流体力学中，人们早就注意到有一种对流有序现象。当从下面加热某一流体薄层时，起初在流体中只有热传导存在，当流体上下温度差超过某一临界值时，原来静止的流体中会突然出现许多规则的六角形对流格子。,水加热过程中出现的耗散结构,上下温度的不平衡造成热流浓度分布上的有序化。非平衡是有序之源。,激光,在六十年代出现的激光是一种时间有序现象“o，当外界向激光器中输入能量的功率低于某个临界值时，激光保中的每个原予独立地无规则地发射光子，激光器就象一个普通灯泡一样，整个光场系统处于无序状况。但当输入功率超过某个临界值，不同原子发出的光的频率和位相近似相同，从而形成能量极其强大的单色激光
5、。这时激光器才会发出单色的相干受激发射光。,耗散结构的必要条件：,1。 首先，产生耗散结构的系统都包含有大量的系统基元甚至多层次的组分。基元间以及不同的组分和层次间还通常 存在着错综复杂的相互作用2。产生耗散结构的系统必须是开放系统，必定同外界进行着物质与能量的交换。3。 产生耗散结构的系统必须处于远离平衡的状态。4。耗散结构总是通过某种突变过程出现的，某种临界值的存在是伴随耗散结构现象的一 大特征。,气功与耗散结构 (一),脑电波的有序化： （开发智慧？）人脑波涨落中有一种超慢几率波，遍布各个脑区,频率不一。中国人体科学3卷1期指出: 与常人组相比，气功组的S谱具有严密自组织的强谐振结构（图1）。最佳状态时可达到全脑在一个或一组频率上同步谐振“全脑相干”。,脑电波态,年青气功师,身体的有序化：气在经络中流动， 普通人气流比较缓慢和微弱， 长期气功修炼后，气流增强在经络中流动，且气流通道 逐渐拓宽，从肌肤表层深入骨髓，通大小周天，引起人 体脱胎换骨的变化。,气功与耗散结构 (二),
