历史百科 科学哲学的里程碑——耗散结构理论
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历史百科 科学哲学的里程碑——耗散结构理论
科学哲学的里程碑——耗散结构理论
1969年以普利高津为首的布鲁塞尔学派提出了耗散结构理论。普利高津也因创立和发展这一理论和在化学上的成就而获得1977年度化学诺贝尔奖。
为了说明耗散结构理论，首先让我们看一看以下4个例子。
1.伯纳对流花样。一杯液体在下面加热，温度梯度小时没有对流，热仅靠传导方式传递。当温度梯度增加到某一阈值时，对流突然产生，并形成很有规则的对流花样。从上往下看，是许多正六角形，中心液体往上流，边缘液体往下流，或是相反。这是一种很有秩序的动态结构。对流开始前是一种稳定态。梯度达到阈值时，原稳定态丧失稳定性，出现新条件下的稳定态。失稳点叫临界点。从分子角度看，临界点之前的定态相对于临界点后的新定态是混乱的，在临界点发生有序程度的突变。突变是自发进行的，称为自组织。有序对流花样靠供给的热流维持。
2.化学振荡。在许多化学反应中出现时空花样，这可以贝洛索夫—扎包金斯基反应为例。将Ce2(So4)、L=Byo3、CH2(COOH)i、H2SO4和几滴氧化还原指示剂混合搅拌后倒入试管中，便出现振荡。溶液颜色周期地由红(Ce3+过多)变蓝(Ce4+过多)。花样在反应物浓度达到阈值时出现。若继续供应反应物，花样可以维持，否则随反应物变稀，周期变长，最后花样消失。这里又出现失稳、临界点，形成动态稳定结构;结构靠供给反应物维持。
3.在生理学的发展中，我们知道，一组相同的细胞会自发组成为有确定边界的结构。例如，由细胞组成盘基网柄菌。这是在细胞胚胎起源中细胞相互作用的有代表性的模型。又例如灰原菌，是由单细胞聚集而成的一个多细胞组织。
4.地球层次有类似的动态有序结构。城市就是一种动态有序结构。“一个恰当的例子是城市，只有当它是食品、燃料和其他日用品的输入中心，并且输出产品和废物的时候，它才能存在下去”，普利高津这样说。这里没有说到城市的形成过程。可以想象，原始人群在游荡过程中遇到一个食物丰富的地方，便定居下来，为了维持生存，便自发分工，……逐渐形成有组织的较大集体。这是一种自发的组织。今天的城市已经过了很多次自组织环节。每一环节类似对流花样中的临界点，临界点前的组织形式失稳，自发形成新的组织形式。
从以上的例子中可以看出以下的共同点：(1)系统都是非孤立的，并且处于远离平衡的非平衡状态。(2)当某一参量增长到达一定阈值时，原定态失稳，出现临界状态，出现新的定态。过程是自发进行的，称为自组织。自组织在很多方面与平衡相变有类似之处，又叫非平衡相变。(3)新的定态相对于旧的定态更为有序，是无序到有序的突变，称为非平衡状态下的有序化转变。(4)通过临界点形成有序结构后，对称性降低，称为对称破裂。(5)系统近临界点时，因涨落而偏离定态后，恢复至定态所需时间(驰豫时间)无限增长，称为“临界减慢”现象。(6)新的有序结构靠能量流和物质流维持。
普利高津把具有以上6个特点的结构叫耗散结构。普利高津耗散结构理论的提出，是科学哲学发展史上的一个里程碑。这一理论在一定程度上解决了自然界的可逆性和不可逆性、对称性和非对称性、决定性和随机性、简单性和复杂性、进化和退化、稳定和不稳定、有序和无序等一系列范畴中的矛盾。目前这一理论已被广泛用于力学、物理学、化学，甚至社会和经济领域。美国著名未来学家托夫勒预言这一理论所包含的思想，可能代表了下一次科学革命。
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