文档介绍：耗散结构理论
耗散结构理论
地理1101
孙红
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耗散结构理论简介
耗散结构( Diissipative Structure) 理论是20世纪70年代兴起的一种新的科学方法论 , 它是基于物理中热力学耗散结构理论
耗散结构理论
地理1101
孙红
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耗散结构理论简介
耗散结构( Diissipative Structure) 理论是20世纪70年代兴起的一种新的科学方法论 , 它是基于物理中热力学第二定律发展起来的。1977 年, 比利时著名理学家普利高津( Prigogine) 因成功地提出了耗散结构理论而荣获诺贝尔奖。普利高津指出, 一个远离平衡的开放体系( 不管是力学的、物理的, 还是化学的、生物的) , 当外界条件达到某一阈值时, 量变可能引起质变, 系统通过不断地与外界交换能量和分子,会自动出现一种自组织现象, 组成系统的各子系统会产生一种互相协调的作用, 从而可能从原来的无序状态变为一种时间、空间和功能的有序结构。这种非平衡状态下的新的有序结构就是耗散结构。
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耗散结构理论
在耗散结构理论中, 普利高津为了说明系统是如何与外界相互作用进而从无序转变为有序的, 因而引入了熵的概念。
熵在热力学中是指系统有序程度大小的量度,熵越大,系统的无序程度越高。
热力学第二定律指出, 对于一个非平衡的孤立系统, 它的熵总是自发地趋于极大, 最终达到一个具有最大熵值的平衡态【一个宏观静止、分子排列最混乱的状态】。
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可以用中国传统的阴阳学说来描述热力学第二定律
下面是阴阳的标志
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以太极图作为一个孤立系统，它的熵总是自发地趋于极大, 这个熵增的过程使其最终达到一个具有最大熵值的平衡态----阴阳独旺，从而达到最无序的状态。
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阴阳失衡的惨烈
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耗散结构理论
对于一个开放体系来说, 熵的变化可分为两个部分: 一部分是体系本身由于不可逆过程引起的熵增加, 记为dis( dis> 0) ; 另一部分是系统与外界交换物质和能量引起的熵流, 记为des( des 可正可负) 。整个开放系统的熵( 即总熵)的变化ds 就可以写成两项之和, 即: ds= des+ dis。
在开放系统中, 如果熵流des 为负值且绝对值又大于熵增加( dis) 时, 则ds= des+ dis< 0, 这时总熵可以逐步减少, 使系统由无序趋向新的有序。非平衡的开放系统可以通过与外界交换物质和能量获得负熵流来减少总熵, 从而达到新的有序状态。
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以月亮阴晴圆缺为例说明耗散结果理论
这一部
分说明
了一个
开放系
统的熵
增的过
程。
而此部分
则是引入
负熵流的
过程。由
系统的恢
复可知负
熵流需依
据熵增过
程来判断
如何引入
负熵流。
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这是它的动态过程图
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耗散结构形成与维持基本条件
一是系统必须是开放系统，孤立系统和封闭系统都不可能产生耗散结构；
二是系统必须处于远离平衡的非线性区，在平衡区或***衡区都不可能从一种有序走向另一更为高级的有序；
三是系统中必须有某些非线性动力学过程，如正负反馈机制等，正是这种非线性相互作用使得系统内各要素之间产生协同动作和相干效应，从而使得系统从杂乱无章变为井然有序；
四是系统内部存在着非线性相互作用。在平衡态和***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。
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耗散结构理论
耗散结构的有序表现为宏观上的有序, 是一种处于运动变化中的活结构, 体系的状态和性能都向着优化方向转变, 因此耗散结构具有广泛应用性。
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耗散结构理论与地理系统
现代科技革命的巨浪越来越有力地冲击着任何学科的研究领域。作为基础学科之一的地理学应浪而起, 不失时机地把诸如“ 老三论” 、“ 新三论” 等新理论和新方法引入自身的研究领域。随着“ 新鲜血液” 的不断注入, 地理学内部产生了两个基本模式: 地理系统论与建设地理学。
地理系统论把地球表层及其组成部分的概念系统化为多因素、多级次、多功能、多过程的相互作用为非加法的开放系统, 系统内所有的自然、人文地理要素间均存在着错综复杂的有机联系和非线性作用。
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地理系统是一个开放系统
地理学是研究地理系统的科学。地理科学研究地理系统的模型有孤立系统、封闭系统、开放系统三类。相比之下开放的地理系统具有“ 活” 性, 更具有普遍意义。开放性是地理系统的首要特性, 耗散结构理论引入“ 地理嫡,剖析地理系统的这一特性。
如果地理系统内各要素有组合的最大任意性,则每种组合的概率相等,地理嫡取最大值,这时理系统最无序,