"耗散结构理论和自然辩证法"
摘要:耗散结构理论是指远离平衡状态的开放系统,在外界条件变化达到一定阈值时,量变可能引起质变,系统通过不断与外界交换能量和物质,可能从原来的无序状态转变为一种时空或功能的有序状态。这一理论是比利时布鲁塞尔学派的领袖普里高津教授于1969年提出的,是对非平衡热力学和非平衡统计物理学的发展而提出的。
本文将对耗散结构理论进行初步分析,并探讨其中的一些富有辩证法思想的理论观点和研究方法,以期引起科学工作者和自然辩证法工作者对这一理论的兴趣和关注。
一、什么是耗散结构?
耗散结构概念是对应于平衡结构的概念提出的。长期以来,人们研究的主要对象,是平衡系统的有序稳定结构。例如晶体、液体等平衡结构。这些系统,在温度比较低的条件下,组成它们的分子呈长程有序或短程有序排列,保持着一种稳定的结构;体系统内部的热运动,只能使分子在平衡位址附近振动,而不能破坏系统整体的有序状态;只有在温度不断增加达到一定阈值之后,原来有序稳定状态才会破坏,产生相变。
二、耗散结构的特点
耗散结构是一种非平衡态下的新有序结构,它不同于平衡结构。稳定有序的平衡结构是一种“死”的结构,它不需要靠外界供给物质和能量来维持。稳定有序的耗散结构,则是一种“活”的结构,它需要不断地吐故纳新,即不断地与外界发生物质和能量的交换,以维持它的有序状态。它正是通过这种有序的状态去耗散物质和能量,因此叫作耗散结构。
三、耗散结构的实例
在客观现象中,有许多耗散结构的生动实例。例如,连续介质力学中的贝纳德对流,就是一种耗散结构。在液体加热时,液体会产生一个温度梯度,液体不断从下面吸取热量,又不断从表面放出热量,形成一个非孤立系统。贝纳德对流是这种耗散结构的一个典型事例。
四、耗散结构在物理学中的应用
激光是开放系统在远离平衡时形成耗散结构的一个典型事例。一个气体激光器,当外界泵浦输送给原子系统的能量没有达到一定临界阈值时,每一个活性原子都独立地无规则地发射光子。光子的频率、相位都是无序的,整 个光场系统处于无序状态。当泵浦能量加强到某一临界阈值时,激光器会发射出单色性、方向性、相千性极好的受激发射光,频率和相位都变成有序,光场系统处于非平衡的有序状态。这也是一种耗散结构。
耗散结构理论是对非平衡热力学和非平衡统计物理学的发展而提出的,是一个重要的科学思想。通过对耗散结构理论的研究,我们可以更好地理解自然界的规律,探索自然世界的奥秘。