股票耗散结构理论

【耗散结构理论】作业帮

耗散结构理论的应用有哪些？

类似的有序结构还出现在流体力学。

典型的例子是贝纳特流。

在一扁平容器内充有一薄层液体、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，微生物细胞是典型的耗散结构。

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.baidu。

在物理学，典型的例子是贝纳特流，液层顶部温度亦均匀。

耗散结构理论的提出，从液层底部均匀加热.hiphotos.baidu.com/zhidao/wh%3D450%2C600/sign=e4a5ba1ca0efce1bea7ec0ce9a61dfe8/f31fbe096b63f6241f2ac0e98044ebf81b4ca3e1。

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、化学反应以及激光等非线性现象中，并且需要不断输入能量来维持，系统中物质，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，其状态是稳定的，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。

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，耗散结构由突变而涌现，它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统。

在平衡态和近平衡态。

这种稳定的有序结构称为耗散结构、从边缘下沉，非线性作用使涨落放大而达到有序，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下。

耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各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。

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。

在生物学：//e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.com/zhidao/pic/item/f31fbe096b63f6241f2ac0e98044ebf81b4ca3e1.jpg＂ target=＂_blank＂ title=＂点击查看大图＂ class=＂ikqb_img_alink＂>小红帽200C旍 | 推荐于2017-09-21 16:29:01 评论

耗散结构理论内容是什么？

耗散结构理论的创始人是比利时物理学家伊里亚·普里高津（Ilya·Prigogine）。

以普里高津为首的布鲁塞尔学派经过多年的努力，于1969年一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出一种新的关于非平衡系统自组织的理论——耗散结构理论。

普里高津本人也由此荣获1977年诺贝尔化学奖。

耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性开放系统（无论是物理的、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的新状态。

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和能量才能维持并保持一定的稳定性，因而称之为“耗散结构”（dissipative structure）。

“耗散”一词起源于拉丁文，原意为消散，这里强调系统与外界有物质和能量交流的特性。

耗散结构的形成和维持需要以下几个基本必备条件： （1）该系统必须是一个开放系统，即与外界进行着物质与能量的交换。

一个孤立系统，假以时日，系统的熵值必将增至极大值，达到一个无序状态，从而不可能出现耗散结构；而开放系统能由外界引入足够强的负熵来抵消系统本身的熵而使系统总熵维持一个平衡，从而使系统进入以及维持相对有序的状态。

（2）该系统必须处于远离平衡态。

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。

“非平衡态是有序的起源”。

我们由微分方程的稳定性可知，复杂的开放系统在非平衡区域不可能形成新的有序结构，只有当系统处于远离平衡态的情况下，当其不断同外界环境进行物质和能量的交换时，才有可能维持自身有序的组织结构不向无序的平衡态变化，并且还可能向着更加有序的组织结构方向进化，走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。

普里高津把一切在远离平衡条件下通过不断地同外界环境进行物质和能量交换而形成和维持的有序结构称之为耗散结构。

（3）该系统内部各个要素（子系统）之间存在着非线性的相互作用，并由此而产生协同作用和相干效应。

所谓非线性作用，是指复杂系统中要素间存在的作用方式。

由于描述这种相互作用的方程是非线性微分方程，故称这种作用为非线性作用。

只有非线性相互作用才能使系统内各要素之间产生协调动作和相干效应，为最终系统状态的转变提供可能。

（4）通过涨落作用使系统达到突变。

涨落即所谓飞跃、波动。

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。

涨落具有偶然性和随机性。

当系统处于远离平衡态时，在阈值附近，涨落可能不自生自灭，而是被不稳定的系统通过非线性的相关作用及其连锁效应被放大，形成宏观的巨涨落。

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。

系统发生突变后会达到一种新的有序的宏观态，即“涨落导致有序”原理。

耗散结构理论的基本条件有哪些

耗散结构是自组织现象中的重要部分，它是在开放的远离平衡条件下，在与外界交换物质和能量的过程中，通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用，经过突变而形成并持久稳定的宏观有序结构. 耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里戈金（Ilya Prigogine）教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖.普里戈金的早期工作在化学热力学领域，1945年得出了最小熵产生原理，此原理和翁萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础.普里戈金以多年的努力，试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡的非线性区去，但以失败告终，在研究了诸多远离平衡现象后，使他认识到系统在远离平衡态时，其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别.以普里戈金为首的布鲁塞尔学派又经过多年的努力，终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论——耗散结构理论.这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出. 耗散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响.著名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金的思想时，认为它可能代表了一次科学革命. 耗散结构理论可概括为：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”（dissipative structure）.[5]可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变. （1）远离平衡态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，它遵守热力学第一定律：dE=dQ-pdV，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；热力学第二定律：dS/dt>=0，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；和波尔兹曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即温度为T的系统中内能为Ei的子系统的比率为pi. 近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区，它遵守昂萨格（Onsager）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. 远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态，这时其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，系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态. （2）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. （3）开放系统热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，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.那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？其实，在开放的条件下，系统的熵增量dS是由系统与外界的熵交换deS和系统内的熵产生diS两部分组成的，即：dS=deS+diS 热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负，即diS>=0，然而外界给系统注入的熵deS可为正、零或负，这要根据系统与其外界的相互作用而定，在deS 展开

什么是耗散结构理论？

耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出来的，它提出一个远离平衡态的开放系统，在外界条件发生变化达到一定阀值时，量变可能引起质变，系统通过不断地与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态.耗散结构理论成功地引用到某些系统.

什么是普利高津的耗散结构理论？

按照热力学第二定律，一个封闭系统最终要走向无序，走向解体。

然而，很 多现象表明，开放系统是不断从无序走向有序，从低有序的状态走向高有序的状 态，生物的进化从低级向高级进化就是一个例子。

普利高津的耗散结构理论解决 了与这种现象有关的理论问题。

所谓耗散结构，是指开放系统在远离平衡态的非平衡状态下，系统可能出现 的一种稳定的有序结构。

普利高津耗散结构理论表明：一个远离平衡态的开放系 统，通过与外界环境进行物质、能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定 状态并且还有可能不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。

生态系统作为一个 能量和物质转换的开放系统，为了维持其自身的稳定和发展，也必须不断地输人 能量，排除无序，建立有序，形成有效的耗散结构。

什么是耗散结构？什么是介稳系统？

耗散结构 （dissipative structure） 关于“耗散结构”的理论是物理学中非平衡统计的一 个重要新分支，是由比利时科学家伊里亚·普里戈津（I.Prigogine）于20世纪70年代提出的，由 于这一成就，普里戈津获1977年诺贝尔化学奖。

差不多是同一时间，西德物理学家赫尔曼·哈肯 （H.Haken）提出了从研究对象到方法都与耗散结构相似的“协同学”（Syneraetics），哈肯于 1981年获美国富兰克林研究院迈克尔逊奖。

现在耗散结构理论和协同学通常被并称为自组织 理论。

我们首先从几个例子看一下究竟什么是耗散结构。

天空中的云通常是不规则分布的，但有 时蓝天和白云会形成蓝白相间的条纹，叫做天街，这是一种云的空间结构。

容器装有液体，上下 底分别同不同温度的热源接触，下底温度较上底高，当两板间温差超过一定阈值时，液体内部就 会形成因对流而产生的六角形花纹，这就是著名的贝纳德效应，它是流体的一种空间结构。

在贝 洛索夫—一萨波金斯基反应中，当用适当的催化剂和指示剂作丙二酸的溴酸氧化反应时，反应介 质的颜色会在红色和蓝色之间作周期性变换，这类现象一般称为化学振荡或化学钟，是一种时间 结构。

在某些条件下这类反应的反应介质还可以出现许多漂亮的花纹·，此即萨波金斯基花纹，它 展示的是一种空间结构。

在另外一些条件下，萨波金斯基花纹会成同心圆或螺旋状向外扩散，象 波一样在介质中传播，这就是所谓化学波，这是一种时间一一空间结构。

诸如此类的例子很多， 它们都属于耗散结构的范畴。

为了从各不相同的耗散结构实例中找出其本质的特征和规律，普里戈津学派研究了非平衡 热力学，继承和发展了前人关于物理学中相变的理论，运用了当代非线性微分方程以及随机过程 的数学知识，揭示出耗散结构有如下几方面的基本特点。

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。

贝纳德效应中的液 体包含大量分子。

天空中的云包含有由水分子组成的水蒸气、液滴，水晶和空气，因而是含有多组 分多层次的系统。

至于贝洛索夫——萨波金斯基反应，其中不仅含有大量分子原子和离子，并且 有许多化学成分。

不仅如此，在产生耗散结构的系统中，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，其中尤为重要的是正反馈机制和非线性作用。

正反馈可以看作自我 复制自我放大的机制，是“序”产生的重要因素，而非线性可以使系统在热力学分支失稳的基础 上重新稳定到耗散结构分支上。

第二，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。

天街 中的云一定会和周围的大气和云进行物质交并和外界进行能量交换。

如欲维持贝洛索夫一萨 波金斯基反应中的时间、空间，时间——空间结构，则需不断地向进行反应的容器中注入所需的 化学物质，这正是系统与外界的物质交换。

耗散结构之所以依赖于系统开放，是因为根据热力学 第二定律，一个孤立系统的熵要随时间增大直至极大值，此时对应最无序的平衡态，也就是说孤 立系统绝对不会出现耗散结构。

而开放系统可以使系统从外界引入足够强的负熵流来抵消系统 本身的熵产生而使系统总熵减少或不变，从而使系统进入或维持相对有序的状态。

第三，产生耗散结构的系统必须处于远离平衡的状态。

为了简单说朋问题，先举一个有关平 衡状态的例子。

假定暖水瓶是完全隔热的，里边放入温水，盖上瓶塞，其中的水不再受外界任何 影响，最后水就进入一种各处温度均匀，没有宏观流动和翻滚且不再随时间改变的状态，叫平衡 态，相应的结构称为平衡结构。

根据热力学理论，在这种状态下是不可能出现任何耗散结构的。

如 果把瓶塞打开，用细棒搅拌瓶中的水，这时系统内发生翻滚流动，脱离平衡态。

但若重新盖上瓶 塞，经过足够长时间，系统又将不可避免的驰豫到新的平衡态，仍不会有耗散结构。

这表明系统 虽走出了平衡态，但离开平衡态不够“远”。

要想使系统产生耗散结构，就必须通过外界的物质流 和能量流驱动系统使它远离平衡至一定程度，至少使其越过非平衡的线性区，即进入非线性区。

最明显的例子是贝纳德效应，若上下温差很小，不会出现六角形花纹，表明系统离开平衡态不够 远。

待温差达到一定程度，即离开平衡态足够远，才发生贝纳德对流。

这里强调指出，耗散结构与 平衡结构有本质的区别。

平衡结构是一种“死”的结构，它的存在和维持不依赖于外界、而耗散结 构是个“活”的结构，它只有在非平衡条件下依赖于外界才能形成和维持。

由于它内部不断产生 熵，就要不断地从外界引入负熵流，不断进行“新陈代谢”过程，一旦这种“代谢”条件被破坏，这个 结构就会“窒息而死”。

所有自然界的生命现象都必须用第二种结构来解释。

第四，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，如贝纳德对流，激光，化学振荡均是系统控制参量越过一定阈值时突然出现的。

最后，耗散结构的出现是由于远离平衡的系统内部涨落被放大而诱发的。

什么是涨落呢？举 个例子，密闭容器内的气体，如果不受周围环境的影响或干扰，就会像前面所...