自然界到底是在进化还是退化?它的变化方向到底是有序还是无序?这个根本性的问题摆在科学家面前。比利时科学家普利高津“被科学在看待时间的方法上的巨大矛盾惊呆了,正是这个矛盾促使他从此开始了他一生的工作”。
普利高津试图把热力学和动力学、热力学与生物学统一起来。他坚信,在一定条件下,不可逆过程会产生令人讨厌的消极作用,但在另一类条件下,对不可逆过程的研究可能会带来理论和实践上具有重大意义的结果。普利高津以及他领导的布鲁塞尔学派潜心研究了自然界中存在的远离平衡态的有序结构、生物和生命现象。经过二十多年的工作,终于创立了一种新的关于非平衡系统的自组织理论——耗散结构理论。
按照耗散结构理论,一个远离平衡态的非线性的开放系统(无论是物理的、化学的、生物学的,还是社会的、经济的系统),都会不断与外界交换物质和能量,在外界条件变化过渡到一定程度,系统内部某个参量变化过渡到一个临界值时,经过涨落,系统可能发生突变,即非平衡相变。那么,该系统将会由原来的混乱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,因为需要不断与外界交换物质或能量才能维持,所以称为“耗散结构”。
普利高津对非平衡势力学,特别是耗散结构理论作出了重大贡献, 1977年被授予诺贝尔化学奖。即使上述已经对耗散结构理论有一个初步的介绍,也有必要弄清楚以下几个概念。
平衡态,也就是系统各处可测的宏观物理性质均匀(系统内部没有宏观不可逆过程)的一种状态。平衡态系统既遵循热力学第一定律,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,也遵循热力学第二定律,即系统的自发运动总是向着熵增加的方向。
近平衡态,指的是系统处于离平衡态不远的一个线性区。近平衡态遵循昂萨格倒易关系和最小熵产生原理。前者可表述为:Lij=Lji,即只要和不可逆过程i相应的流Ji受到不可逆过程j的力Xj的影响,那么,流Ji也会通过相等的系数Lij受到力Xi的影响。后者意味着,当给定的边界条件阻止系统达到热力学平衡态(即零熵产生)时,系统就落入最小耗散(即最小熵产生)的态。
远离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的,指系统内可测的物理性质极不均匀,此时,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,系统正走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。(www.xing528.com)
开放系统。热力学第二定律说,一个孤立系统的熵一定会随时间增大而达到极大值,系统达到最无序的平衡态,所以孤立系统绝不会出现耗散结构。相反,在一个开放系统中,不但系统内部在产生熵(即熵增),而且系统还与外界进行着熵交换。交换的结果是系统的熵可能增加,也可能减少。如果其结果是熵增为负数,即熵减少,那么系统就会进入相对有序的稳定状态。
简单地说,耗散结构理论给我们的答案是,只有开放的、能与外界进行物质、能量和信息交换的系统,才能形成稳定的有序结构。这个系统并非只限于自然系统,人类社会这个大系统以及它的各个子系统同样适合这个规则。
人体是一个远离平衡态的系统,只有保持动态平衡才能存在。一种绝对的平衡,如人体的动脉、静脉各部分的血压都平衡了,毛细血管有效过滤压也等于零,这就意味着这个人体已经死亡。
人体还包含多个多层次的子系统。从横向看,包括骨骼、肌肉以及神经、消化、呼吸、泌尿生殖系统等子系统。从纵向看,包括群体、个体、器官、组织、细胞、亚细胞、分子、量子等层次。此外,还有与上述要求有关而又自成一体的免疫系统,等等。而且各子系统之间、各层次之间存在复杂的联系和相互作用。人要想活着,不仅要吃喝、吸气,也要排泄、呼气,即要不断与外界保持能量的交换。
所以,一个健康的人体一定是一个耗散结构——远离平衡态的开放系统。要想人体系统保持有序和健康,必须保持自己的开放性。每一个人的头上都有一个脑子,这个脑子是用来思考的。只有吸取人类一切先进的思想和文化,对所见所闻进行思考,加以充分的比较和鉴别,才能真正形成自己的判断和意见,而不是人云亦云,把一些自己都觉得似是而非的东西当成所谓的“真理”。
一个健康的人体一定是一个耗散结构,要想保持身体有序健康,必须保持自己的开放性
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