材料熱力學(xué)耗散結(jié)構(gòu)

1、Dissipative structure and time 報(bào)告人：XXX耗散結(jié)構(gòu)與時間觀1Part1.什么是耗散結(jié)構(gòu) ？2 自組織現(xiàn)象自組織現(xiàn)象：在一定外界條件下，系統(tǒng)內(nèi)部自發(fā)地由無序變?yōu)橛行虻默F(xiàn)象。這種演化過程叫自組織過程。 無生命界 生物界 大腦是150億個神經(jīng)細(xì)胞有規(guī)律排列組成的極精密極有序的系統(tǒng)。假定這種排列是隨機(jī)形成的，而且每一種排列有相等的概率，那么即使每秒進(jìn)行100次排列，也要經(jīng)過10109億年才能出現(xiàn)一次特定的排列。而地球年齡才幾十億年！六角形的雪花鱗片狀的云蛋白質(zhì)大分子鏈由幾十種類型的成千萬個氨基酸分子按一定的規(guī)律排列而成3 開放系統(tǒng)的熱力學(xué)第二定律對開放系統(tǒng)，一個系統(tǒng)熵

2、的變化： 由系統(tǒng)內(nèi)部引起的diS0 與外界能量或物質(zhì)交換引起的熵變，稱為熵流，用deS 表示。對于開放系統(tǒng)，若對于孤立系統(tǒng)，由克勞修斯等式和不等式有TQSdd 0d Q，有 dS 0SSedd熱力學(xué)第二定律的普遍形式4SSSeiddd 整個系統(tǒng)的熵變?yōu)?耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)( Diissipative Structure) 理論是20世紀(jì)70年代興起的一種新的科學(xué)方法論 , 它是基于物理中熱力學(xué)第二定律發(fā)展起來的。1977 年, 比利時著名理學(xué)家普利高津( Prigogine) 因成功地提出了耗散結(jié)構(gòu)理論而榮獲諾貝爾獎。普利高津指出, 一個遠(yuǎn)離平衡的開放體系( 不管是力學(xué)的、物理的, 還是化學(xué)

3、的、生物的) , 當(dāng)外界條件達(dá)到某一閾值時, 量變可能引起質(zhì)變, 系統(tǒng)通過不斷地與外界交換能量和分子,會自動出現(xiàn)一種自組織現(xiàn)象, 組成系統(tǒng)的各子系統(tǒng)會產(chǎn)生一種互相協(xié)調(diào)的作用, 從而可能從原來的無序狀態(tài)變?yōu)橐环N時間、空間和功能的有序結(jié)構(gòu)。這種非平衡狀態(tài)下的新的有序結(jié)構(gòu)就是耗散結(jié)構(gòu)。5 生命與熵生物學(xué)：開放系 物種進(jìn)化熱力學(xué)第二定律說明了孤立系統(tǒng)中的自然過程有方向性： 自然界實(shí)際上也存在許多過程:有序無序無序有序熱力學(xué)：孤立系 能量退化6 生命與熵生命過程-耗散過程熱平衡-死亡高熵-混亂(碳水化合物 凈水) 物質(zhì)(化學(xué)能)能量負(fù)熵(CO2 污水 排泄物等) 物質(zhì)能量(功 熱)正熵有 機(jī) 體開放系統(tǒng)

4、7 生命與熵 必須是開放系統(tǒng) 維持低熵狀態(tài)低熵高能食物-如碳水化合物低熵低能食物-凈水動物 要吃低熵食物有機(jī)物 和周圍環(huán)境有物質(zhì)和能量交換 攝入低熵物質(zhì) 排出高熵物質(zhì)8Part2.熱力學(xué)時間觀9 時間的起源遠(yuǎn)古人類把日、月、江、海等自然物加以人格化，就成為各種各樣的神。之后，他們從眾多神中選出一個神作為產(chǎn)生其它神的眾神之神。這種最根本的神，其中就有時間之神Chronus（克羅諾斯）。10 哲學(xué)家的時間觀康德純粹理性批判中認(rèn)為：時間和空間是人的感性的先驗(yàn)直觀形式。馬克思時間是人的積極存在，它不僅是人的生命的尺度，而且是人的發(fā)展的空間。奧古斯丁從靜止的存在的角度：時間并不是客觀存在，而是心靈的延展

5、。亞里士多德從物質(zhì)存在的角度：時間是衡量物體運(yùn)動的數(shù)目。11 科學(xué)領(lǐng)域的時間觀絕對時間：空間是絕對的，時間是絕對的，不受任何外界因素的影響，它持續(xù)不斷地從過去進(jìn)入未來。 只是肯定了時間的存在及特征，但是卻沒有回答時間究竟是什么，也未說明時間不是什么、或者什么也不是.這與時間就是空間及運(yùn)動的天文學(xué)本質(zhì)在大部分上基本接近。 量子論的時間觀：量子力學(xué)建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)之上，時間似乎可以向前也可以向后，時間是可逆的。 量子論的核心不區(qū)分時間的兩個方向。 四維空間：我們的宇宙是由時間和空間構(gòu)成的，時空的關(guān)系是在空間的架構(gòu)上比普通三維空間的長、寬、高外又加了一條時間軸。該理論認(rèn)為時間是構(gòu)成我們生活空間的一條

6、維度。沒有時間：出自李易文的無時論。時間就像法線、磁感應(yīng)線一樣，是一種為了方便我們更好的計(jì)算與認(rèn)識自然界規(guī)律的一種工具，它既不是一種絕對恒定的物理參數(shù)，也不是大爆炸后產(chǎn)生出的有頭沒尾的一種能量形式，更不是構(gòu)成我們世界的一條虛數(shù)維度。該理論認(rèn)為時間是一種度量單位，并不以物質(zhì)或能量的形式客觀存在。12 熱力學(xué)的時間觀牛頓力學(xué)、電磁理論、相對論都不區(qū)分過去和未來，無法解釋自然界自發(fā)過程的方向性原則。打碎杯子不會自動復(fù)原；木乃伊不會重新復(fù)活；一杯水不能自動沸騰13 熱力學(xué)的時間觀自然界自發(fā)過程的方向性原則與熱力學(xué)第二定律相聯(lián)系。熱力學(xué)系統(tǒng)：大數(shù)目粒子行為WkSlog熵系統(tǒng)無序程度自發(fā)過程總是向熵增加的方向發(fā)展；即向系統(tǒng)混亂程度增加的方向發(fā)展熱力學(xué)時間箭頭玻爾茲曼墓（Ludwig Boltzmann 1844-1906）14 熱力學(xué)的時間觀 數(shù)學(xué)家 史蒂芬指出： 至少存在三個時間箭頭 將過去和將來分開三個箭頭所指方向一致熱力學(xué)箭頭無序度增加的時間方向只能記住過去 心理學(xué)箭頭宇宙膨脹宇宙學(xué)箭頭15 時間的層次普里高津?qū)⑽覀儗r間的描述分為三個層次:與運(yùn)動有關(guān)的時間，這是動力學(xué)意義上的時間，它是可逆