耗散结构

（dissipativestruc-ture）体系在充分远离平衡态的非平衡条件下，通过与外界进行能量交换和物质交换而形成的一种新型的有序组织状态叫耗散结构。关于耗散结构的理论是比利时的布鲁塞尔学派领导人普利高津在1969年的一次理论物理和生物学国际会议上发表的《结构、耗散和生命》的论文中提出来的。他们经过多年研究，发现一个开放系统在到达远离平衡态的非线性区域时，一旦系统的某个参量的变化达到一定的阈值，通过涨落，系统可能发生非平衡相变，由原来的无序状态突变为耗散结构的状态。例如系统的状态出现随时间周期性的变化或空间的花纹图案。这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量维持一定的稳定性，不因外界的微小扰动而消失。这种自行产生的组织性和相干性被称为自组织现象，所以耗散结构理论又叫非平衡系统的自组织理论。普利高津从研究热力学第二定律入手，着重探讨了远离平衡态的状态的不可逆过程。他认为耗散结构也可看成有对称破缺的结构。一个非平衡系统的演化过程，可以用数学中的分支点理论来描绘。一个系统能否形成耗散结构，必须考查它的历史。一个非平衡系统由线性近平衡区（这时只有一个热力学解）经过分支点以后进入非线性区（这时可能有几个分支解），然后通过涨落发生突变，形成一个新的稳定的有序结构，这种结构才有可能是耗散结构。耗散结构都存在于开放系统之中，保持远离平衡态的条件，系统内的各个要素之间存在着非线性的相互作用。一个开放系统的熵变化dS可以分为两部分，一部分是系统本身的“熵产生”diS，另一部分是系统与外界交换物质和能量引起的熵流deS。这样dS=deS+diS。其中diS永远大于零，deS可以大于零或小于零。如果当负熵流的绝对值大于diS时，系统的总熵变化dS可以小于零。这样随着时间的推移，系统的熵便可逐渐减少，从而系统可以由无序状态逐步转化为有序状态。普利高津就这样在不违反热力学第二定律的情况下解决了热力学和进化论之间的矛盾。耗散结构理论本身涉及到一系列哲学问题，近年来引起我国自然辩证法研究者探讨的兴趣。特别是平衡和不平衡、有序和无序的矛盾一直是自然科学家和哲学家共同关心的问题。普利高津声称非平衡可成为有序之源，不可逆过程可导致称为耗散结构的一种新型物态，由此回答了开放系统如何从无序走向有序的问题。普利高津的耗散结构理论近些年来不断发展，在研究化学、生态学、生物进化和社会经济现象中取得一定成果。他由此荣获了1977年诺贝尔化学奖金。