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专题讨论班：远离平衡态统计力学与耗散结构（田远鸿）: GrandFT 2018-4-6 21:30; 题目：远离平衡态统计力学与耗散结构主讲：田远鸿时间：2018年4月7日（星期六）下午2：00 地点：天津大学新校区32教学楼302室提纲： 1.基本假设与昂萨格倒易关系 2.流守恒 3.热力学第二定律 4.唯象方程与耗散结构参考书：雷克《现代统计力学讲义》; 个人分类: 专题讨论班|2180 次阅读|0 个评论

[转载]经济复杂性观念挑战科斯的交易成本理论: pchen87 2018-3-17 22:38; 2007年在日本京都召开的国际会议，原来的主题是用科斯理论来讨论企业治理。不料本人用经济复杂性的观念来质疑科斯的交易成本理论引起热烈讨论。见： Chen, P. “Complexity of Transaction Costs and Evolution of Corporate Governance,” Kyoto Economic Review, 76(2), 139 － 153 (2007). In Chen, Ping. Economic Complexity and Equilibrium Illusion: Essays on Market Instability and Macro Vitality , Chapter 14, London: Routledge (2010). 主持会议的日本演化经济学会会长，立即在几天后召开的日本演化经济学会年会上加了一个专场，请我做了两小时的特邀报告，用我们的复杂经济学研究成果，系统批评新古典经济学的理论基础，尤其是经济周期理论，和计量经济学模型。演讲全文未经删节，在日本演化与制度经济学评论上发表，见： Chen, P. “Equilibrium Illusion, Economic Complexity, and Evolutionary Foundation of Economic Analysis,” Evolutionary and Institutional Economics Review , 5(1), 81-127 (2008). In Chen, Ping. Economic Complexity and Equilibrium Illusion: Essays on Market Instability and Macro Vitality , Chapter 2, London: Routledge (2010). 我们这里先附上批评科斯理论的文章。我们的思想非常简单。科斯想象理想市场是没有摩擦力的世界，所以市场竞争的效率，应当用降低摩擦力，即降低交易成本来衡量。提高市场效率的方向是政府减少监管，也就减少交易成本。即使对贿赂送红包的非正常交易，也可以默认。这是荒唐的。因为生命世界就是耗散结构。企业经营产生交易成本是摩擦力做功的必然结果。就如汽车燃烧汽油，汽车旅行要排出废热一样。汽车效率测量不能只看排放的数量，还要看速度，安全和其他功能。我们注意到科斯的交易成本定义模糊。他举的第一个例子是广告，属于营销成本。问题是企业为什么做广告？为了给消费者洗脑，可以刺激消费。所以企业竞争策略不同。有的打广告战，有的不做广告，省下钱来打价格战，也可能增加市场份额。中国企业打开市场化的营销成本，在资本运作中占很大比例。其实科斯只是“片面观察”真实世界，而非“全面观察” 真实世界。日本经济学家当即给我补充日本企业经营的不同思路。有些看来是增加交易成本的策略，例如加强企业文化，其实可以提高企业竞争能力，减少而非增加组织成本。英文文章附上：; 个人分类: 复杂科学|1883 次阅读|0 个评论

耗散结构理论用于人文社会科学: 热度 2 lvnaiji 2016-7-11 08:57; 吕乃基 20 世纪40年代后期的三论，特别是近年发展起来被称为新三论和自组织理论的耗散结构理论、协同学，以及超循环理论和突变论，大大深化了人类对自然界演化机制的认识。普里高金在研究非平衡态热力学中提出耗散结构理论，这一理论对于研究社会和社会结构转型具有同样重要的意义。可以简要列举如下： 1 ．涨落导致有序。涨落是对平衡位置的偏离。对于无机物来说，涨落是不稳定的源泉，是破坏结构的因素；而对有机物特别是生命体来说，涨落是有序的源泉，促使结构走向更加有序。这样来看，中国的传统文化几近于无机物，至多死水微澜，涨落稍大便土崩瓦解。涨落可以有范围、频率和幅度，譬如微信群的大小、网友参与的频度，以及彼此交流的深度。涨落就是日新月异及不断丰富的社会生活，必将给相对稳定的社会结构带来持续的和越来越大的压力，要求后者转型，具有更有效和完善的组织与功能。 2 ．选择通往未来。当然涨落也会导致破坏，例如基因突变带来疾病，各种犯罪行为给社会和罪犯本人造成危害，因而涨落只是有序的必要条件，而不是充分条件。系统经由某种机制对要素的涨落进行选择，以有利于系统的稳定和演化。这是有序的充分条件，涉及到社会结构转型的方向。在当前中国的一个重大问题是，由市场选择还是官员拍板，譬如不久前的一句名言：“共和国选择了你”。放眼世界，英国刚经历公投脱欧。选择权越来越成为更多事项的核心。 3 ．非线性相互作用。要素和要素通过非线性作用而彼此相干，于是各种涨落之间发生叠加。新的结构就是在非线性相互作用中产生出来，同时也就“涌现”出新的功能。涨落间相互作用的复杂性、随机性，相关性越大，产生的分岔越多，也越可能发生巨涨落。非线性相互作用既存在于社会结构稳定之时，也发生于潜在的社会结构生成的过程中。例如在罗马帝国后期从城市返回乡间的庄园主，以及逃离城市和大道去庄园寻求庇护的平民，二者之间形成新的耦合。 4 ．远离平衡态，形成巨涨落。小涨落的叠加在一定条件下会形成巨涨落而远离平衡态。系统产生巨涨落就是在分岔图上走向分岔点。这首先表明，系统已经不可能退回到原来的平衡状态。系统只有远离平衡态才能克服“惯性回归力”。由上世纪末的“治理整顿”可见“惯性回归力”之巨大，时至今日，中国的惯性回归力依然强韧。其次，分岔点极其敏感，系统内外微小的变化都会导致系统巨大的变化。金融危机、英国脱欧，都是分岔，前者至今尚未平息，后者刚刚开始，又增添了前一个分岔的不确定性。远离平衡态就是社会结构转型的第三阶段，新结构（不论以渐变或是突变的方式）取代原有结构。 5 ．环境的影响。任何系统都处于特定的环境之中，因而受到环境的影响，有可能吸收环境的负熵以克服自身的熵增，系统才可望从无序走向有序。与此同时，输出负熵的一方，有可能熵增而走向无序。西欧的崛起吸收了殖民地的负熵，中国东部的发展，城市的发展，以西部和农村的落后为代价。分岔图是耗散结构理论的主要内容之一，在人文社会科学具有强大的解释功能。 1．偶然与必然事物的发展并非必然和线性，而是充满偶然与分岔。系统在两个分岔点之间的过程基本上是必然的，而在分岔点上由于上述敏感性则受种种偶然因素的影响，究竟进入那一个分岔有很大的不确定性。朝鲜战争之所以对中国发展道路影响如此巨大，在相当程度上在于其发生在第二次社会结构转型刚尘埃落定，发生于中国在耗散结构理论的分岔图上刚走出分岔之际，内部的各种因素尚未得到耦合，与世界的关系尚未确定，还有诸多选项之时就剥夺了中国的选择权。现在英国脱欧，此时此刻对于英国与欧盟来说，就是处于分岔点上，受到轻微作用就可能产生全局和长远的影响。 2．历史与未来在分岔点两侧，时间不可逆、不对称。在分岔点上，一旦克服惯性回归力而远离平衡态，系统就会进入某一个分岔，形成新的平衡而稳定下来，就不可能退回到原来的平衡状态，也不可能退回到分岔点再进入另一条分岔。站在任一时刻t回顾历史，走过的路历历在目，而展望未来，前途有无限的可能性。这就是那句广告语：一切皆有可能。历史与未来不对称，历史向未来敞开大门。传统文化的一大特征是，在分岔图上几乎是一条直线，前后对称，没有变化，如同心脏停止跳动的心电图。分岔点具有记忆。走过的路越多，改变的可能性越小，这就是路径锁定，甚至就是牛顿的惯性定律。中国以历史悠久引以为豪，与此同时也不得不承受历史的重负。 3．分岔与选择社会的进步主要不在于高铁里程，不在于GDP，而是在于是否具有并容纳更多的分岔，提供更大的选择余地。经济上的垄断和观念上的一律，剥夺、压缩了个人的选择空间。反过来，个人面对越来越多的分岔，是否具有选择能力，则成为个人高下的尺度。 4．窗口期时不待我。古代世界，各国各民族彼此很少交往，有些地方例如西欧可以几个世纪处于不确定状态；然而现在全球化再加上互联网，一个国家不可能长期悬而未决，留给地方、企业、个人的窗口期更短。耗散结构理论（和其他自组织理论）能开启考察社会和社会结构转型的新视角。博主曾试图以此分析中国的改革开放、全球化、金融危机，以及当前的世界与中国。; 个人分类: 简介及学术方向|8659 次阅读|6 个评论

基于默会知识的循证医学耗散结构观: liji19760501 2013-9-29 20:17; （全文刊发于《医学与哲学（人文社会医学版）》2008年第1期）基于默会知识的循证医学耗散结构观中国地质大学（北京），北京 100083 李际上海交通大学人文学院，上海 200030 刘立萍上海交通大学公共卫生学院，上海 200025 蔡雨阳摘要：本文阐述了循证医学的理论核心 -- 最佳证据实质是一种默会知识，并指出当把最佳证据视为一种默会知识，偱证医学就形成一种耗散结构。本文提出利用耗散结构理论显化默会知识寻找最佳证据的动力学规律和方法论。关键词：最佳证据，默会知识，循证医学，耗散结构中图分类号： B-56,N-94,R-02 文献标识码： A 文章编号： TheDissipative Structure View in Tacit Knowledge Based Evidence Based Medicine Li Ji, ChinaUniversity of Geosciences,Beijin,100083,China Liu Liping, School of Humanities and Social Science, ShanghaiJiao TongUniversity, Shanghai,200030, China Cai Yuyang, School of Public Health, ShanghaiJiao TongUniversity, Shanghai,200025, China Abstract: The essay argued best evidence in evidencebased medicine is the tacit knowledge in itself and farther evidence basedmedicine can be explained as a dissipative structure. It suggested the dynamicsrule and methodology of searching best evidence with the utilization of thedissipative structure theory. Keywords: best evidence, tacitknowledge, evidence based medicine (EBM), the dissipative structure 1 循证医学与“最佳证据” 循证医学 (Evidence-Based Medicine ， EBM) 是 20 世纪 90 年代初发展起来的一门新兴交叉临床医学基础学科，被誉为“ 21 世纪的临床医学”。著名的临床流行病学家达维德•萨克特 (David Sackett) 这样定义循证医学： “慎重、准确和明智地应用当前所能获得的最好的研究证据，同时结合临床医师个人专业技能和多年的临床经验，考虑病人的价值和愿望，将三者完美地结合起来，制定每个病人最佳的诊治措施。” 从这个定义可以看到，询证医学是高质量的临床研究证据，临床医师的专业技能与经验，患者的期望或选择这三者的结合。传统医学是以经验医学为主，即根据医师的经验、直觉或病理生理原理等来处理病人。循证医学则强调根据科学研究的依据来处理病人，在仔细采集病史和体格检查基础上，要求临床医师进行有效的文献检索，运用评价临床文献的正规方法，发现最有关和正确的信息，最有效地应用文献即证据，根据证据解决临床问题，制定疾病的预防措施和治疗措施。为病人提供的医疗服务建立在目前所能获得的最佳证据基础上。因此高质量的临床研究证据是循证医学的核心。 2 “最佳证据”是一种默会知识知识分为默会和明晰两种不同类型，偱证医学的核心 ------ 最佳证据正是一种默会知识（ tacit knowledge ）。默会知识也称为缄默知识、隐性知识或意会知识，是由英国化学家、哲学家波兰尼（ Michael Polanyi, 1891-1976 ）于 1958 年在《个人知识》一书中首先提出的。波兰尼把知识分为 2 类，“通常所说的知识是用书面文字或地图、数学公式来表述的 … 还有一种知识是不能系统表述的 … 可以将后一种知识称为默会知识。” 他进一步的定义默会知识是“我们在做某事的行动中所拥有的知识，即 “行动中的知识”（ knowledge in action ），或者“内在于行动中的知识”（ action-inherentknowledge ）”，并且就本质而言，“一切知识都是默会知识” 。默会知识是一种只可意会不可言传的知识，是一种经常使用却又不能通过语言文字符号予以清晰表达或直接传递的知识。与明晰知识相比，默会知识具有以下特点： 2.1 经验性与个体的个性、经验及所处的情景交织在一起。虽然循证医学有别于传统的经验医学，但这并不否定临床经验在其中的重要性。循证医学非常强调大量临床随机对照试验的作用。这种试验可以通过自己实施的直接经验方式获得，也可以通过文献检索的间接经验途径取得。而二者均必须根据在仔细采集病史、体格检查和实验室检查基础上作出的临床判断，慎重地决定此项研究结果能否用于自己的病人。在实施前要考虑回答以下 3 个问题：（ 1 ）资料提供的研究结果是否正确可靠；（ 2 ）结果是什么；（ 3 ）这些结果对处理自己的病人有无帮助。 2.2 不可言传性镶嵌于实践活动之中，非命题和语言所能尽，只能在行动中展现、被觉察、被意会。循证医学最佳证据的获得是建立在严格评价文献质量的基础上，最终形成的最佳证据并不一定直接等同于临床随机对照试验中的某一组，而是在所有符合质量要求的临床随机对照试验组中归纳或演绎出最佳证据。也就是说，最佳证据往往并不直接蕴含在临床随机对照试验中，而是需要一系列严谨的步骤才能发现，是一种“内在于行动中的知识”。基于以上理由可见，循证医学的最佳证据的本质就是基于大量临床随机对照试验基础上产生的默会知识。 3 作为耗散结构的偱证医学耗散结构理论（ The Dissipative StructureTheory ）是由比利时化学家普利高津为解决热力学第二定律与达尔文进化论的矛盾而提出的，是指在一个由大量子系统构成的开放系统，在外界能量持续注入下，由于系统内部正反馈机制及非线性的互相作用，使系统远离平衡，当变化达到阈值后，形成的一种新的稳定有序结构。比照以下耗散结构理论的基本理论观点，我们发现，当把最佳证据视为一种默会知识，偱证医学就形成一种耗散结构： 3.1 开放系统系统可分为孤立系统、封闭系统与开放系统。耗散结构必须是一种开放系统。循证医学为最佳证据既不是孤立的，也不是一成不变的，而是与医生的临床经验互相修正、互为补充，构成了一个开放系统。 3.2 演变规律系统演变通过对系统稳定形成干扰的涨落实现，其中存在一个阈值。处于阈值后的涨落，会放大成巨涨落，在能量允许的前提下，系统便跃迁到一个新的稳定有序态。在取得完整的默会知识前的每一次实验或经验都可以看作是一次涨落，默会知识的形成需要大量经验积累，而形成前的最后一次实验值或经验值就是阈值。循证医学强调的大量临床随机试验其实就是一种涨落，而最佳证据形成前的最后一组具有明显修正作用的临床随机试验就是阈值。 3.3 状态分布系统存在两种状态，平衡态与非平衡态。在非平衡态，也存在线性区与非线性区。显而易见，默会知识的不可言传性特征意味着经验系统处于非平衡态，而阈值的不可预测性也体现了非线性特征。循证医学要求大量的临床随机实验，其中的 1 级标准要求至少 500 组临床随机实验，就是因为大量的差异性随机实验组中容易找到最佳证据，这同时体现了非平衡态与非线性特征。 3.4 跃迁区域系统演变是发生在非平衡态的非线性区内。非线性其实就是非均匀性、非对称性。简单讲，在非平衡态的线性区发生的是量变，而在非平衡态的非线性区发生的才是质变。具有不可言传性的默会知识自然具有一定程度的无序性，也就是处于非平衡态，且最终形成的默会知识就是经验系统在非平衡态、非线性区内跃迁产生的新平衡态知识。相对于传统依靠有限个人经验和学术信息开展临床治疗的经验医学方法论，循证医学的最佳证据是打破了传统临床医学方法论的平衡态，更是对于传统临床医学方法论的非线性的思维突破。 4 循证医学实践中默会知识的显化：寻找最佳证据的动力学规律与方法耗散结构理论认为系统在远离平衡态下的非线性区域将会形成耗散结构，并发生跃迁，进入到一个新的平衡态，新系统仍旧会逐渐形成新的耗散结构。根据耗散理论，虽然在原有经验系统中的默会知识因为是不具有叠加效应的非线性知识而的确难以言表，但发生跃迁后的默会知识其实处于平衡态，此时的默会知识其实转化成高层次的显性知识。随着新经验系统的非线性经验的增加，即熵增，默会知识又会逐渐显示非线性特征，开始新一轮的、更高级的默会知识周期性循环。图 1 最佳证据（默会知识）的动力学演化以图 1 为例，当经验系统处于平衡态的线性区时，知识呈现叠加性。当进入近平衡态时，由于系统仍旧处于线性区，与平衡态阶段的区别仅仅是斜率不同，即（ k1-k0 ）： (k2-k1) 大于 1 。此时的知识虽然比以前增加了很多且出现趋向复杂和综合，但仍属于简单、可以明确言说的显性知识。而当进入非线性区时，系统发生了显著变化，开始表现出明显扰动，即涨落，其函数式为φ（ k3, k2 ），此时已经开始具有默会的局部特征。在远平衡态时，这种非线性涨落愈发显著，形成巨涨落。无论哪个巨涨落都不可能再回到线性区域，且即默会知识一旦形成就不太可能在同一个系统内退回到线性阶段。此时的知识已经可以看作是复杂、不能完全言说的默会知识当巨涨落触发到阈值时，即λ（ k4 ），就引起整个系统跃迁进入更高级的系统。在新系统中的默会知识又处于更高级的平衡态下，也就是被显化了的最佳证据。但某些情况下的能量不足例外，比如某位高年资临床医生离岗导致默会知识形成的中断，这种情况就是图 1 中的λ’（ k4 ’），此时的λ’ 就是由于能量不足导致的衰退。循证医学在五步骤方法论和强调证据分级的自身理论指导下正在取得效果不错的推广，但根据循证医学的默会知识本质，借助耗散结构理论应用于寻找最佳证据的实践，必然会取得新的实践思路和成效。结合耗散结构理论，寻找（显化）最佳证据的原理性方法有如下几种： 4.1 增加系统开放性不断扩大系统的开放性，在对于物质、能量、信息三种形式的环境输入都开放的情况下，还需要进一步扩大开放度。比如：不断提升随机试验的级别，放弃缺乏可靠证据的专家个人意见、从描述性或回顾性的临床报告的第 5 级证据转向来自多中心临床研究且设计良好无对照的研究结果的第 4 级证据。 4.2 寻找阈值阈值很难预测，要大量增加经验系统的试验次数。比如：进一步发展来自多中心临床研究、设计良好、非随机、以治疗前后和以时间为次序的对比研究结果的第 3 级证据。 4.3 保证平权化保证经验系统的自组织特征。可以在一个经验系统内设置多个子系统（多个病例），保证环境输入在各个子系统中一致，观察不同子系统的演变结果寻找最佳证据。比如：发展来自单个多中心临床研究、样本数量适当 (120 一一 200 例 ) 、随机、双盲、对照的研究报告的第 2 级证据。 4.4 促进涨落可以对经验系统多次输入差异较大的初始值，引起系统的内涨落，诱发巨涨落的产生，从而让最佳证据显化。比如：在临床随机试验中，有意识的针对临床表征与不同的病例设计多个治疗方案，观察其结果，总结出最佳证据的经验要点。 4.5 远离平衡态在系统仍旧处于平衡态或近平衡态时就采取积极、主动的措施，通过改变系统内部的结构，让系统进入远平衡态，并进一步进入非线性区，激发系统从平衡有序进入远平衡与无序，激发默会知识的形成，最终跃迁入高级的平衡态，显化为最佳证据。比如：发展多个多中心临床研究、数量大 (500 例，每个单位 40 例 ) 、随机、双盲、对照的系统性总结报告的第 1 级证据。参考文献：张小澍 , 丁福康 , 潘书文 , 刘登凯 , 刘宇 , 赵秀丽 . 医学模式的转变与循证医学 . 医学与哲学 ,2005,26(2) ： 64-64,66 （英）波兰尼著 , 许泽民译 . 个人知识 . 贵州：贵州人民出版社， 2000 郁振华 . 波兰尼的默会认识论 . 自然辩证法通讯 .2001,17(8) ： 5-10 ( 比）普利高津 . 确定性的终结－时间、混沌与新自然法则 . 上海：上海科技教育出版社 ,1998 温二生，薛进华，王凤珍 . 耗散结构理论在生理学中的应用 . 医学与哲学 .2006 ， 27 （ 6 ）： 56-57 陈巍 , 郑莉君 . 耗散结构视野下神经质症发生机理与心理治疗—从森田疗法到新森田疗法的嬗变 . 医学与哲学 .2006,27(2) ： 61-63 作者简介：李际 (1976 年 ), 男，上海人，助理研究员，研究方向为系统科学和科学哲学。刘立萍（ 1973 年），女，湖南临湘人，讲师，研究方向为西方哲学。蔡雨阳 (1972 年 ) ，男，浙江人，讲师，研究方向为卫生政策与管理。蔡雨阳为本文的通讯作者。; 735 次阅读|0 个评论

关于克劳修斯熵变的一些错误表达: wliming 2010-6-12 20:23; 不少教材，如清华大学出版社出版的张三慧的《热学》，都用克劳修斯熵这个词汇，还把这个熵跟玻尓兹曼熵进行比较。我觉得这种用法和比较完全是错误的。首先，克劳修斯熵应该准确地称呼为克劳修斯熵变。因为克劳修斯熵变指的是系统的两个宏观状态之间熵的改变。而玻尓兹曼熵是系统的一个宏观状态的熵。前者是过程量，后者是状态量。两者根本不能相互比较。这些教材说，克劳修斯熵（变）是玻尓兹曼熵的最大值。其理由是，玻尓兹曼熵可以是非平衡态的熵，而克劳修斯熵变是关于平衡态的。这个结论和理由是完全错误的。事实上，克劳修斯熵变也可以是非平衡态之间的熵变。我们计算熵变时常有这样的情况，如冰和水蒸气混合直到冰完全融化，这就是两个非平衡态之间的熵变。可见，克劳修斯熵变也可以是非平衡态之间的。我希望这些教材再版的时候，更正这些错误的表达。; 个人分类: 娱乐|1649 次阅读|3 个评论

熵产生原理的确是耗散结构理论的基本内容: wliming 2010-5-29 19:22; 王季陶老师不服气，认为我这标题的说法错了，还给我扣上了不尊重科学和事实的帽子。请问，我这话哪里有错？难道王老师是神有生杀予夺之权？说我错我就错？错不错是需要依据的。耗散结构理论就是从这个熵产生原理出发的，就是利用熵产生原理对开放系统进行数学模拟从而得到耗散结构的。所以，熵产生原理的确是耗散结构理论的基本内容！顺便说一下，耗散结构的形成至少需要三个条件：1。开放系统； 2。非线性作用； 3。远离平衡态。; 个人分类: 娱乐|1568 次阅读|0 个评论

王季陶老师我再问你，谁在反对你的熵产生原理啊？: wliming 2010-5-25 13:02; 王老师所陈述的熵产生原理，是得了诺奖的耗散结构的基本内容，是被物理学完全肯定了的科学原理，这里大家都很清楚，也没有人反对。王老师一次次重复这个东西，好像别人都不明白似的，王老师不是太小看物理学界了？没人理睬王老师，是王老师态度不正引起的。这里几个网友反对的是，仅仅是，他的扩展卡诺定理，是他对可逆耗散的错误解释。; 个人分类: 娱乐|1730 次阅读|1 个评论

耗散结构引起的联想（让你拍案叫绝的牵强附会）: wliming 2010-3-14 22:00; 耗散结构是普利高金创立的热力学理论，把热力学从平衡态推广到了非平衡态。他因此获得了诺贝尔化学奖（好像是），但这个理论其实是个物理学理论。热力学因耗散结构理论的创立而前进了一大步。简单地讲，耗散结构是热力学系统的一种自组织现象。熵增原理表明，一个孤立系统必定越来越平衡、均匀、混乱、无序。自组织现象则是一种更有序的结构。为了形成耗散结构，热力学系统需要至少满足三个条件： 1. 开放系统；2. 远离平衡； 3. 非线性作用。其中，开放条件是不言而喻的，否则违背熵增原理，本人曾为此创立过一句名言：孤立意味着死亡；远离平衡也是必须的，大量数学模拟表明，近平衡态在微扰的作用下，还是走向平衡。自然界有很多耗散结构的例子。人体是个典型的耗散结构。人体当然也满足上述三个条件，人体从外界吸收营养和能量，向外界排放热量和废物，所以是开放系统；同时人体各种器官组织高度分化远离平衡；人体内部各种功能的相互协作不是x+y的线性关系，而是x*y之类的非线性关系。地球生态系统也是个耗散系统。破坏耗散结构的三个条件，就会破坏耗散结构本身。所以，这三个条件对地球生态系统至关重要。可惜，生态学这个行当的人不懂耗散结构。耗散结构还可以走得更远。人类社会其实也在一定程度上是个耗散结构。人类社会高度有序，有组织。人类社会从太阳吸取能量，从地球获得资源，并想地球输出垃圾，人类社会各个局部之间相互开放，文化交流，商品进出，组成开放系统；人类社会的各个部门如政府机关，学校，医院，企事业等高度非平衡；社会各个部门之间分工协作有很显著的非线性作用。有人说，人类社会这样的意识形态不是热力学系统，也就不可能形成耗散结构。但是，你别忘了，人类社会完全受制于物质系统。我最得意的牵强附会是，邓小平推行的改革开放政策就是要建立中国社会的耗散结构。没有开放，就不可能有耗散结构，多么英明的决策啊！小平同志不懂物理，但他的儿子邓朴方是学物理的（还算我的师兄呢），估计小平同志多少也耳闻目染过一点热力学，所以才想出改革开放的妙计来。我每次讲到这里，总能让几个学生拍案叫绝！可是，我这个学说还是给一个老教师臭骂了一顿。不过没关系，我至今还是照讲不误，讲课么，要那么严格干么！可见，耗散结构无论是对科学还是对社会学科都有重大的价值。; 个人分类: 物理学|2604 次阅读|31 个评论

复杂性科学的一个突破口？— 螺旋反应: jitaowang 2009-12-29 16:29; 能否成为复杂性科学的一个突破口？螺旋反应现代热力学 16- 螺旋反应我虽然经历了好几个系科，但是对我目前的热力学研究从来都没有和复杂性科学挂上钩。在我的印象中复杂性科学一定很复杂，和传统的学科可能没有多大的关系。最近看了郝柏林老师的圣菲研究所与复杂性研究博文，似乎复杂性科学和昂萨格倒易关系和普利高京耗散结构都是有关联的，特别是和后者的关联更紧密。文中列举的很多复杂性体系就是现代热力学所研究的体系，这样我相信现代热力学很可能也是复杂性科学所要研究的内容。此外我还有一个信念，就是相信：近代科学的发展是基于实验事实的。人们相信自然界是服从相对简单而又具有普遍性的法则或定律的，而且这些法则或定律又是可以被人们通过实验对物理量的定量研究而用数学公式的形式来表达的。。 New York : John Wiley Sons ， 1998 ， p 。 7] 那么复杂性科学中的规律一旦被掌握是否也就相对地简单。在此，我就把现代热力学的一项具体成果试图和复杂性科学挂起钩来，看看是否可行。 1958 年前后发现并被一再证实的化学振荡现象曾经使经典热力学家感到非常困惑。拜劳硕夫 - 查波庭斯基 (Belousov-Zhabotinsky) 反应，简称为 B-Z 反应就是其中的代表（见图 1 ）。这类反应的动力学机理现在已经很清楚了，著名的并得到公认的 FKN 机理就是由三位学者 (Field ， Krs 和 Noyes) 共同提出的动力学机理。他们指出 : 每经过一个振荡周期完成了一个总反应式，即一定量的有机酸分子被氧化成二氧化碳和水。具体的反应是很复杂的，往往可以分成 20 多个反应步骤，当然也可以加以合并，例如分成反应 A ，反应 B ，反应 C 三个循环反应的步骤合并是碳学学应的。由于生成的二氧化碳形成气泡离开了反应溶液，而水原来就是在溶液中大量存在的，因此经历了一个循环反应周期，反应似乎是又重新开始新的 A ， B ， C 反应循环。图 1 化学振荡现象 . B-Z 反应的一个实例 . 在当前 21 世纪现代热力学的处理中发现 : B-Z 反应的本质是螺旋反应（见图 2 ）。也就是在这样的反应过程中，体系的熵产生表现出螺旋转梯样地积累，简称螺旋反应。这一结果具体是因为以下列举的原因引起的。图 2 化学振荡和单向循环反应都是螺旋反应的不同投影结果 1. 反应 A ，反应 B ，和反应 C 都是能够在不同时段中单独进行的体系总反应，一定符合热力学第二定律，它们的熵产生都是正的，即 D i S A 0 ， D i S B 0 和 D i S C 0 。 2 ．有机酸的氧化是一个很强的提供能量的反应，一个振荡周期的总反应 (W = A + B + C) 的熵产生也一定是正的，即 D i S W 0 。 3 ．反应 A ，反应 B ，和反应 C 都是热力学耦合（又称克劳修斯补偿）反应，即 0 ， D i S W 0 D i S A 0] ， 0 ， D i S W 0 D i S B 0] 和 0 ， D i S W 0 D i S C 0] 。其中依次 A = W + ， B = W + 和 C = W + 。因此，在每一步反应进行的同时，就好像同时实现了氧化反应和其他的逆向反应，循环反应得以不断地进行。这样化学振荡和循环反应都完全可以在现代热力学的范畴中得到很好的理解。螺旋反应的侧视图就是普利高京所讨论的耗散结构典型 -- 化学振荡，而螺旋反应的俯视图就是昂萨格所讨论的一个单向循环反应。任何实际发生的循环反应一定是有耗散的，即有自由能的减少或正的熵产生。非耗散的单向循环反应是热力学第二定律的极限，不会实际发生，但是并不违反热力学第二定律。经典热力学曾经认为 : 正向反应的熵产生是正的，逆向的反应熵产生一定是负的，因此化学振荡是经典热力学无法理解的。在当前 21 世纪的现代热力学中知道 : 化学振荡的本质就是螺旋反应。因此对化学振荡，以及单向循环反应都非常容易理解。重要的是在现代热力学中得到螺旋反应的结论和普利高京耗散结构或昂萨格倒易关系都没有关联，完全不需要任何非热力学的假定或模型。更重要的是：现代热力学是一门具有普适性的宏观科学，它的结论和规律往往具有普适性。就拿；事物发展的螺旋型规律来说，早在社会科学中被认识到（见吕乃基老师螺旋式推进的演化过程的博文），但是长期来一直缺少自然科学方面的印证和支持而已。现在反过来又可以说，社会科学中的某些规律也是自然科学发展规律的一部分。前面已经强调过经典热力学的研究对象就是简单体系，现代热力学的研究对象就是复杂体系。因此衷心希望现代热力学的发展也可以成为复杂性科学发展的突破口之一。; 个人分类: 现代热力学|2708 次阅读|2 个评论

能不能评判诺奖—普利高京耗散结构: jitaowang 2009-12-26 09:39; 能不能评判诺奖普利高京耗散结构 ? 现代热力学 15- 普利高京耗散结构如前面所说，在国内有两个极端：一种是对诺贝尔奖项目碰不得。另一种就是风闻国外已有流言，跟着乱批。普利高京 1977 年荣获诺贝尔奖。此后正值我国改革开放因此应邀访问中国，多次讲学报告等，在我国形成一股普利高京热。可是不久就从国外传来各种对普利高京耗散结构非议。很快这股普利高京热就迅速降温。 1994 年在中国科学居然发表的以所谓呆子活子灵子来对 Prigogine 耗散结构提出异议的文章 ( 中国科学， A 辑 1994 ，第 1 期 89 页 ) ，这就属于后一种情况。关键一点还是就是没有自己的正确学术主见。当然还有不少风言流语就不加以列举了。有些人纠缠在诺奖是否应该得奖来说事，以此来否定诺奖的成果，对此我不赞成。我们对诺奖的评判更应该关心，随着科学的发展，诺奖项目中还有哪些不足之处需要进一步加以发展。以昂萨格和普利高京的奖项来说：这两个奖项的共同之处都反映出受到经典热力学的影响， 1.他们把非平衡热力学或不可逆过程热力学定位于热力学第二定律的不等式部分。他们在写出热力学第二定律不等式时就出现只有不等式没有等式的情况。 2. 他们都把线性和非线性等价于近平衡和远离平衡的概念，这是不恰当的。近平衡和远离平衡是对应于态函数的极值来说的。实际上在态函数不存在极值的区域，根本谈不上平衡两字，只能采用线性和非线性的概念。这两个奖项的不同之处，在于昂萨格本人说明引入了非热力学的假定，应该是准热力学的理论；而普利高京说明了他的理论模型是三分子正反馈（自催化）非线性动力学模型，又称布鲁塞尔振子（ Brusselator）模型，应该不是真正的热力学理论而根本就是一个动力学的理论。目前国内外不少热力学教科书对昂萨格倒易关系作一定的介绍，而对普利高京耗散结构则往往不作介绍。我认为这可能是和普利高京耗散结构所属的学科性质有关，而不一定是对这一工作的否定。目前现实的问题是：普利高京耗散结构经常以热力学的理论面目出现。就以著名的化学振荡现象为例来说，普利高京就把它作为一个时空有序的耗散结构典型。对这样的复杂体系，经典热力学确实无能为力。但是普利高京从三分子动力学模型得到的振荡曲线（见图 1）只能说明动力学的解释成功，并不是热力学的成功。图 1 布鲁塞尔振子模型（又称三分子模型）所推算的化学振荡示意图这样的直接后果就是对热力学的理解和发展带来不利影响。例如，所谓的热力学发展三阶段（平衡热力学线性非平衡热力学热力学非线性非平衡热力学热力学）；或现代热力学的三分类（ 1.平衡热力学，2.线性非平衡热力学热力学，3.非线性非平衡热力学热力学）都是不正确的。; 个人分类: 现代热力学|2723 次阅读|0 个评论

微生物活细胞是什么东东？: biozhang 2009-4-13 09:04; 张星元：微生物活细胞是什么东东？世界上一切物体总是相互作用、相互关联，形成一个整体。世界作为一个整体是无法进行实验和研究的，为了实验和研究的方便，只好从这个整体分隔出一部分（我们感兴趣的部分）来，这样分隔出来的被界面包围的部分（准备进行研究的部分），被称为热力学的体系（或系统），与体系相互作用着的其余部分称为该体系的环境或外界。根据界面的性能可将热力学的体系分成3类：①孤立体系（隔离体系），指与环境既没有物质交换也没有能量交换的体系；②封闭体系，指与环境没有物质交换，但可以有能量交换的体系；③开放体系，指与环境既可有能量交换又可有物质交换的体系。微生物活细胞属于哪一类系统呢？这还得从热力学第二定律说起。德国克劳修斯（R.E.Clausius）发现的热力学第二定律（1850年）指出：热量不能自发地由低温物体向高温物体传递。也就是说，热力学系统的自发过程总是向有序性程度减少、无序程度增加（即熵增加）的方向发展。这个定律的经典热力学表述是：在孤立系统中，任何自发过程总是朝着越来越混乱的方向演化。微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，只有在与环境的交换中才能维持细胞结构和生命活动，因此微生物细胞绝不是孤立系统。如果微生物细胞是封闭系统，那么根据熵增加原理，它们（假定的封闭系统）及它们所处的环境组成的孤立系统必将自发地走向混乱，其结果必将是微生物细胞的解体；因为微生物活细胞是客观存在的，所以微生物细胞也不是封闭系统。综上所述，微生物活细胞只能是开放体系。微生物活细胞的生命活动是朝着有序的方向进行的，有序状态的形成和维持都需要与环境之间有交流的、开放的条件；而交换则要靠细胞内外的不平衡来推动。微生物活细胞总是不断地从环境取得营养物质（一般是作为化学能源的低熵物质），在细胞内进行生物氧化，获得代谢能和代谢中间物，同时把细胞内部这样的不可逆过程产生的热量和一部分代谢中间物排放到环境中去。因此，微生物细胞是不平衡的开放体系。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，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、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，并且需要不断输入能量来维持。根据耗散结构理论判定，微生物细胞是典型的耗散结构。; 个人分类: 生命系统|4418 次阅读|0 个评论

辨辨味道：“细胞经济”与“经济细胞”: biozhang 2008-11-9 06:55; 张星元：细胞经济与经济细胞当我在网上搜索细胞经济的时候，出现了许多经济细胞的内容，其实两者既有联系，又有区别，这里说几句，与网友交换意见。 1.关于细胞经济微生物生命活动的三个基本假说，首次提出了细胞经济体系的问题和细胞经济的新概念。细胞经济是指微生物活细胞自主地进行新陈代谢的一种特殊的经济运行，最初我把它翻译成celleconomy，或许译成metaboliceconomy更接近我给它的中文含意代谢经济。代谢这个词用在生物学的上下文中，其内涵就只是生命活体的内部过程。活体，譬如微生物细胞，是远离平衡状态的部平衡的开放系统，它们从其环境摄取能量丰富的低熵原料（食品），用于其自身的维持、运作，生长和繁殖，这个过程还必须包括对废弃产物（已被降解的高熵物料）的排放和热量的散发。细胞属于复杂性系统，细胞的生命过程是不可逆的。 2.关于经济细胞经济细胞按汉字字面可译作economiccells，经济细胞强调的是市场经济条件下运行的生产企业，这种用法借用了生物学中细胞一词的某些含义。进入二十世纪以来，随着公司的发展趋于规模化、社会化和国际化，公司逐渐成为了现代社会基本的经济细胞。现代企业是国民经济的细胞,也是小康社会的经济细胞，作为国民经济细胞的企业同样是开放的系统，它的运作与社会的其他系统、与它所处环境的各个方面有着千丝万缕的联系。企业作为一个经济细胞是开放系统，企业经济的发展是不可逆过程。不论是宏观的经济社会发展，还是经济细胞（企业）的运作，都是复杂的运作系统。 3.细胞与现今的生产企业的相似性与本质差异在生物体（biologicalorganisms）细胞与工业实体（Industrialentities）企业之间存在着引人注目的相似，不但因为两者都是由能量流驱动的原料处理系统，而且因为两者都是远离平衡的稳定状态下的自组织耗散系统（dissipativesystems）。自然系统是以封闭循环为表征的，至少对主要营养成分（碳，氧，氮，硫）来说是这样。在这样的封闭循环中，生物学的过程发挥了主要作用。相比之下，工业系统虽然也是开放的，但其中营养（这里指企业的生产原料）转化成废物（这里指企业的产品和排放的废物），没有明显的回收利用。因此，正因为这一点，现今存在的工业系统是不可持续的。; 个人分类: 细胞经济假说|5076 次阅读|0 个评论

爬楼梯，吃东西，有问题，不拘泥: biozhang 2008-11-3 12:55; 张星元：爬楼梯，吃东西，有问题，不拘泥热力学第一定律指出：能量既不能创生又不能消灭只能从一种形式转变成另一种形式。这是一个难懂的概念。从宏观的角度来看，当我们爬楼梯或者蹬自行车的时候，能量似乎被我们创生了；当我们吃东西的时候，能量似乎被我们消灭了。热力学第一定律能解释中学生提出的这个问题吗？这是我当年做中学生时提出的问题，老师没有为我作答，我学习并思考了几十年，现在试着来回答。 1.我们的身体通过代谢产生的能量是相当可观的爬楼梯和吃东西这两件几乎天天要做的平常事，与代谢有不解之缘。人在生物学上属于温血动物，换句话说，人之所以能够保持恒定的体温，是因为人体在代谢中能把食品中的能量的一部分转换成热能散发。处于静止状态的人体能够散发如同点一个100瓦灯泡那样多的热能。打个比方，一个集会场所容纳了十万观众，即使他们都不走动，他们的身体散发出的热量就达一万千瓦，如果可以回收利用的话，这么大的功率足以驱动行车速度每小时300公里以上的一列高速列车！请注意，仅仅是其中一部分（以发热的形式耗散的不能被人体细胞回收利用的能量）就能有这么大的威力！我们的身体通过代谢产生的总能量是相当可观的。 2.细胞确实能通过代谢回收（或转换）分子中的潜在能量小心不要只见芝麻忘了西瓜。尽管总能量中的这一部分能量以发热的形式耗散掉，然而，细胞确实能通过代谢回收（或转换）食物分子中的大部分潜在能量。代谢一词来自希腊语，意思是改变，这里是指食物分子在体内的转换。代谢涉及分子从一个形式到另一个形式的转换，并伴随着能量形式的转变、能量的转移，以及能量的利用、储备和耗散。活细胞中，降解分子的过程称为分解代谢，即所谓向下改变，建立分子的过程称为合成代谢，即所谓向上改变。在分解代谢的过程中，部分能量以发热（不能被人体细胞回收利用的热能）的方式耗散，然而，大部分的能量是以有用的形式回收的。 3.代谢能和能量货币细胞通过代谢而产生的、可以回收而用来支持生命活动的这类能量，叫做代谢能（metabolicenergy）。代谢能通常以ATP（磷酸腺嘌呤三核苷酸）为代表，有人把它叫做能量货币，这种特殊的货币只能在生物活体中流通和使用，直接支持生命活动。生命体（如动物、植物、微生物）的生命活动，只能由代谢能直接支撑。其他形式的能量，如机械能（势能和动能）、电能、热能、风能，水能，原子能等等不能支撑生命活动；化学能或光能有可能借助于生命体的代谢先被转化为代谢能而间接地支撑生命活动，代谢过程中能量从一种形色转化到另一种形色时，就会有能量耗散，散热会使能量利用率下降。 4.吃东西故然不能消灭能量，爬楼梯也不会使能量创生当我们爬楼梯或者蹬自行车的时候，我们吃下去的食物被氧化降解，此过程中释放的分子潜能（化学能）被转化成代谢能（能量货币ATP），后者为人腿肌肉收缩提供了可以直接利用的能量，我们才能够爬楼梯或者蹬自行车。在此过程中，食物分子中的一部分潜能以热的形式耗散了。本文一开始说，从宏观的角度来看，当我们爬楼梯或者蹬自行车的时候，能量似乎被我们创生了，实际上，爬楼梯或者蹬自行车的能量（机械能）是从食物中潜藏的化学能转换（化学能代谢能机械能）过来的。从宏观的角度来看，爬楼梯或者蹬自行车的过程中，人体比平时散发更多的热量，这就是实现这些能量形式的转换的代价。由此得到结论：能量既不能创生又不能消灭只能从一种形式转变成另一种形式。还应该作一点补充：能量在转化中有耗散。这个回答能够及格吗？; 个人分类: 科普|5534 次阅读|5 个评论

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标签: 耗散结构

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