自建邮件服务器 知乎:耗散结构综述

耗散结构
维基百科，自由的百科全书
耗散结构是指一个远离平衡状态的开放系统，由于不断和外环境交换能量物质和熵而能继续维持平衡的结构，对这种结构的研究，解释了自然界许多以前无法解释的现象。
耗散结构（Dissipative system）一词由比利时物理学家、化学家伊里亚·普里高津发明。普里高津创立了耗散结构理论，研究一个系统从混沌无序向有序转化的机理、条件和规律的科学，他为此曾获1977年诺贝尔化学奖。
以前的物理理论认为，只有能量最低时，系统最稳定，否则系统将消耗能量，产生熵，而使系统不稳定。耗散结构理论认为在高能量的情况下，开放系统也可以维持稳定。例如生物体，以前按照热力学定律，是一种极不稳定的结构，不断地产生熵而应自行解体，但实际是反而能不断自我完善。其实生物体是一种开放结构，不断从环境中吸收能量和物质，而向环境放出熵，因而能以破坏环境的方式保持自身系统的稳定。城市也是一种耗散结构。
http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%80%97%E6%95%A3%E7%BB%93%E6%9E%84
Dissipative system
From Wikipedia, the free encyclopedia

This article includes a list of references, related reading or external links, but its sources remain unclear because it lacks inline citations. Pleaseimprove this article by introducing more precise citations where appropriate. (April 2009)
Another meaning of "dissipative system" is one that dissipates heat, see heat dissipation.
A dissipative system is a thermodynamically open system which is operating out of, and often far from,thermodynamic equilibrium in an environment with which it exchanges energy and matter.
A dissipative structure is a dissipative system that has a dynamical régime that is in some sense in a reproducible steady state. This reproducible steady state may be reached by natural evolution of the system, or by human artifice, or by a combination of these two.
Contents
[hide]
1 Overview
2 In control theory
3 Quantum dissipative systems
4 See also
5 References
6 External links
[edit]Overview
A dissipative structure is characterized by the spontaneous appearance of symmetry breaking (anisotropy) and the formation of complex, sometimes chaotic, structures where interacting particles exhibit long range correlations. The term dissipative structure was coined by Russian-Belgian physical chemist Ilya Prigogine, who was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1977 for his pioneering work on these structures. The dissipative structures considered by Prigogine have dynamical régimes that can be regarded as thermodynamically steady states, and sometimes at least can be described by suitable extremal principles in non-equilibrium thermodynamics.
Simple examples include convection, cyclones and hurricanes. More complex examples include lasers, Bénard cells, theBelousov-Zhabotinsky reaction and at the most sophisticated level, life itself.
One way of mathematically modeling a dissipative system is given in the article on wandering sets: it involves the action of a group on a measurable set.
[edit]In control theory
In systems and control theory, dissipative systems are dynamical systems with a state x(t), inputs u(t) and outputs y(t), which satisfy the so-called "dissipation inequality". Given a function w on UxY, with finite integral of its modulus for any input function u and initial state x(0) over any finite time t, called the "supply rate", a system is said to be dissipative if there exist a continuous nonnegative function V(x), with V(0)=0, called the storage function, such that for any input u and initial state x(0) the difference V(x(t)) - V(x(0)) does not exceed the integral of the supply over (0,t) for any t (dissipation inequality). Dissipative systems with supply rate w= u.y, where . denotes the scalar product, are "passive systems"; equivalently such systems satisfy the inequality: dV(x(t))/dt less or equal u(t).y(t). The physical interpretation is that V(x) is the energy in the system, whereas u.y is the energy that is supplied to the system. This notion has a strong connection with Lyapunov stability, where the storage functions may play, under certain conditions of controllability and observability of the dynamical system, the role of Lyapunov functions. Roughly speaking, dissipativity theory is useful for the design of feedback control laws for linear and nonlinear systems. Dissipative systems theory has been discussed by V.M. Popov, J.C. Willems, D.J. Hill and P. Moylan. In the case of linear invariant systems, this is known as positive real transfer functions, and a fundamental tool is the so-called Kalman-Yakubovich-Popov lemma which relates the state space and the frequency domain properties of positive real systems. Dissipative systems are still an active field of research in systems and control, due to their important applications.
[edit]Quantum dissipative systems
As quantum mechanics, and any classical dynamical system, relies heavily on Hamiltonian mechanics for which time is reversible, these approximations are not intrinsically able to describe dissipative systems. It has been proposed that in principle, one can couple weakly the system – say, an oscillator – to a bath, i.e., an assembly of many oscillators in thermal equilibrium with a broad band spectrum, and trace (average) over the bath. This yields amaster equation which is a special case of a more general setting called the Lindblad equation that is the Quantum equivalent of the classical Liouville equation. The well known form of this equation and its quantum counterpart takes time as a reversible variable over which to integrate but the very foundations of dissipative structures, imposes an irreversible and constructive role for time.
[edit]See also
Non-equilibrium thermodynamics
Extremal principles in non-equilibrium thermodynamics
Self-organization
Autocatalytic reactions and order creation
Dynamical system
Autopoiesis
Relational order theories
Loschmidt's paradox
[edit]References
Davies, Paul The Cosmic Blueprint Simon & Schuster, New York 1989 (abridged— 1500 words) (abstract— 170 words) — self-organized structures.
B. Brogliato, R. Lozano, B. Maschke, O. Egeland, Dissipative Systems Analysis and Control. Theory and Applications. Springer Verlag, London, 2nd Ed., 2007.
J.C. Willems. Dissipative dynamical systems, part I: General theory; part II: Linear systems with quadratic supply rates. Archive for Rationale mechanics Analysis, vol.45, pp.321–393, 1972.
[edit]External links
The dissipative systems model The Australian National University
Categories: Thermodynamics | Systems theory | Non-equilibrium thermodynamics
Log in / create account
Article
Discussion
Read
Edit
View history



Main page
Contents
Featured content
Current events
Random article
Donate to Wikipedia
Interaction
Help
About Wikipedia
Community portal
Recent changes
Contact Wikipedia
Toolbox
Print/export
Languages
Català
Deutsch
Español
Français
Italiano
Nederlands
日本語
Polski
Русский
Укра?нська
中文
This page was last modified on 12 November 2010 at 12:36.
Text is available under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License; additional terms may apply. See Terms of Use for details.
Wikipedia® is a registered trademark of the Wikimedia Foundation, Inc., a non-profit organization.
Contact us
http://en.wikipedia.org/wiki/Dissipative_system
耗散结构理论
百科名片
  耗散结构理论
说明耗散结构理论是指用热力学和统计物理学的方法，研究耗散结构形成的条件、机理和规律的理论。耗散结构理论作为以揭示复杂系统中的自组织运动规律的一门具有强烈方法论功能的新兴学科,其理论、概念和方法不仅适用于自然现象,同时也适用于解释社会现象。本文以耗散结构理论的启发为依据,探讨了地方高校建设中应该努力的方向。
目录








理论创始人
理论分类
远离平衡态
非线性
开放系统
涨落
突变
人体能够形成和保持耗散结构











展开
编辑本段理论创始人
耗散结构  耗散结构
[1]
理论的创始人是伊里亚·普里戈金(Ilya Prigogine)教授，由于对非平衡热力学尤其是建立耗散结构理论方面的贡献，他荣获了1977年诺贝尔化学奖。普里戈金的早期工作在化学热力学领域，1945年得出了最小熵产生原理，此原理和翁萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。普里戈金以多年的努力，试图把最小熵产生原理延拓到远离平衡的非线性区去，但以失败告终，在研究了诸多远离平衡现象后，使他认识到系统在远离平衡态时，其热力学性质可能与平衡态、近平衡态有重大原则差别。以普里戈金为首的布鲁塞尔学派又经过多年的努力，终于建立起一种新的关于非平衡系统自组织的理论──耗散结构理论。这一理论于1969年由普里戈金在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。
编辑本段理论分类
耗  普利高京耗散结构
[2]
散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响。著名未来学家阿尔文·托夫勒在评价普里戈金的思想时，认为它可能代表了一次科学革命。
耗散结构理论可概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。可见，要理解耗散结构理论，关键是弄清楚如下几个概念：远离平衡态、非线性、开放系统、涨落、突变。
编辑本段远离平衡态
远  熵·耗散结构应用系列
[3]
离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的。平衡态是指系统各处可测的宏观物理性质均匀(从而系统内部没有宏观不可逆过程)的状态，它遵守热力学第一定律：dE=dQ-pdV，即系统内能的增量等于系统所吸收的热量减去系统对外所做的功；热力学第二定律：dS/dt>=0，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；和波尔兹曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即温度为T的系统中内能为Ei的子系统的比率为pi.
近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区，它遵守昂萨格(Onsager)倒易关系和最小熵产生原理。前者可表述为：Lij=Lji，即只要和不可逆过程i相应的流Ji受到不可逆过程j的力Xj的影响，那么，流Ji也会通过相等的系数Lij受到力Xi的影响。后者意味着，当给定的边界条件阻止系统达到热力学平衡态(即零熵产生)时，系统就落入最小耗散(即最小熵产生)的态。
远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态，这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比，可能颇为不同，甚至实际上完全相反，正如耗散结构理论所指出的，系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。
编辑本段非线性
系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。
编辑本段开放系统
热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现耗散结构。那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？其实，在开放的条件下，系统的熵增量dS是由系统与外界的熵交换deS和系统内的熵产生diS两部分组成的，即：dS=deS+diS
热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负，即diS>=0，然而外界给系统注入的熵deS可为正、零或负，这要根据系统与其外界的相互作用而定，在deS<0的情况下，只要这个负熵流足够强，它就除了抵消掉系统内部的熵产生diS外，还能使系统的总熵增量dS为负，总熵S减小，从而使系统进入相对有序的状态。所以对于开放系统来说，系统可以通过自发的对称破缺从无序进入有序的耗散结构状态。
编辑本段涨落
一个由大量子系统组成的系统，其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上，而是或多或少有些偏差，这些偏差就叫涨落，涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。
在正常情况下，由于热力学系统相对于其子系统来说非常大，这时涨落相对于平均值是很小的，即使偶尔有大的涨落也会立即耗散掉，系统总要回到平均值附近，这些涨落不会对宏观的实际测量产生影响，因而可以被忽略掉。然而，在临界点(即所谓阈值)附近，情况就大不相同了，这时涨落可能不自生自灭，而是被不稳定的系统放大，最后促使系统达到新的宏观态。
当在临界点处系统内部的长程关联作用产生相干运动时，反映系统动力学机制的非线性方程具有多重解的可能性，自然地提出了在不同结果之间进行选择的问题，在这里瞬间的涨落和扰动造成的偶然性将支配这种选择方式，所以普里戈金提出涨落导致有序的论断，它明确地说明了在非平衡系统具有了形成有序结构的宏观条件后，涨落对实现某种序所起的决定作用。
编辑本段突变
阈值即临界值对系统性质的变化有着根本的意义。在控制参数越过临界值时，原来的热力学分支失去了稳定性，同时产生了新的稳定的耗散结构分支，在这一过程中系统从热力学混沌状态转变为有序的耗散结构状态，其间微小的涨落起到了关键的作用。这种在临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象，叫做突变。耗散结构的出现都是以这种临界点附近的突变方式实现的。
一座城市不断有人外出和进入，生产的产品和原料也要川流不息地运人及运出。这种与外界环境自由地进行物质、能量和信息交换的系统，称为开放系统。当开放系统内部某个参量的变化达到一定阈值时，它就可能从原来无序的混乱状态，转变为一种在时间上、空间上和功能上的有序状态，即耗散结构。如一壶水放在火炉上，水温逐渐升高，但水开后水蒸气不断蒸发，壶中的水和空气就形成了一个开放系统，带走了火炉提供的热量，水温不再升高，达到了一种新的稳定状态。
耗散结构理论中的“开放”是所有系统向有序发展的必要条件。如一个企业只有开放才能获得发展，这种开放不仅是输出产品，输入原料，而且涉及人才、技术和管理等方面。不断引进入才和技术，不断更新设备，才能使企业充满生机和活力。发现
耗散结构理论是由I·Prigogine（1917——）在1969年首次提出的一种新型的理论。并于1977年获得诺贝尔化学奖。
编辑本段人体能够形成和保持耗散结构
【耗散结构理论与医学】
耗散结构,是普利高津在研究不违背热力学第二定律情况下,如何阐明生命系统自身的进化过程时提出的新概念。什么是耗散结构?用通俗的话来讲,就是一个远离平衡的包含有多组分多层次的开放系统,在外界条件变化达到一定阈值时,经“涨落”的触发,量变可能引起质变;系统通过不断与外界进行物质和能量交换,在耗散过程中产生负熵流,就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态。这种非平衡态下形成的新的有序结构,就是耗散结构。
普利高津本人曾对耗散结构形成的条件,作过简单通俗的说明。他写道:“生物和社会组织包含着一种新型的结构,……社会和生物的结构的一个共同特征是它们产生于开放系统,而且这种组织只有与周围环境的介质进行物质和能量的交换才能维持生命力。然而,只是一个开放系统并没有充分的条件保证实现这种结构。只有在系统保持“远离平衡”和在系统内的不同元素之间存在着“非线性”的机制的条件下,耗散结构才能实现”[1]。显然,人既有生物的属性,又有社会的属性,人的生命过程既参与生物运动,也参与社会运动,更具备形成耗散结构的条件。
首先,生命的本质在于运动。人体是一个远离平衡的系统,它需要保持动态平衡才能存在。平衡就意味着生命的终止。兴奋和抑制、收缩和舒张平衡了,心跳也就停止了。动脉、静脉各部分血压平衡了,毛细血管有效过滤压等于零,物质交换也就没有了。细胞内液与外液中的Na+、K+的浓度是非平衡的,神经细胞膜内K+浓度为膜外30倍,膜外Na+浓度为膜内12倍,这种离子浓度非平衡,对细胞的兴奋及机能是必要的。如果离子浓度平衡,生物电就消失,细胞功能也就丧失。其次,人体又是一个包含有多子系统多层次的复杂开放系统。从横向看,包括骨胳、肌肉、神经、消化、呼吸、泌尿生殖系统等子系统。从纵向看,包括群体、个体、器官、组织、细胞、亚细胞、分子、量子等层次。此外,还有与上述要求有关又自成一体的免疫系统,等等。而且各子系统之间、各层次之间存在着复杂的联系和相互作用。人既要吃、喝、吸气,又要拉、撤、呼气,因而是一个开放系统。机体走向封闭,就会生病甚至死亡。中医所说“不通则痛”就是这个道理。再次,人体内各元素之间存在非线性机制。所谓非线性,是指引起系统处于非平衡状态的复杂过程的,主要不是逐步演变的扩散型,而是产生突变(或质变)的化学反应型。人体生理病理转化过程中,存在大量通过爆发性涨落而摆脱连续性的情况。即使是最简单的细胞中,正常的新陈代谢也要引起无数个偶合的化学反应;新陈代谢还要有特定的酶。因此,正常人体是离不开非线性机制的。最后,人体生命现象中,还大量存在时间节律和周期行为。所以,人体能够形成和保持耗散结构。
生命不仅仅表现为终究要死亡,要从有序走向无序,而且在于它要努力避免很快地衰退为惰性的平衡。因此,从某种意义上说,人体时刻都处在有序无序有序的转化过程中。在正常生理过程,机体内部借助新陈代谢的作用,把细胞或机体中陈旧、多余的或有害的物质分解,把衰老、垂死的或受伤的组织成分拆除,释放其中的能量,使机体内部有序结构不断遭到破坏,这可以说是人体自身产生的正熵,由于正熵存在,机体由有序趋向无序。但与此同时,机体又通过合成代谢,从外界吸收物质和能量,引进负熵,建造自身结构所需要的组织成分,以替代被拆除的组织成分,产生新的更高层次的有序状态,使无序趋向有序,从而使机体保持正常的生命活动。机体这种相对稳定有序是通过自身调控机制实现的。一旦致病因素造成调控机制混乱,机体与外界进行物质、能量、信息交换发生障碍,系统内正熵增加,有序性遭到破坏,积累到一定的阈值,经涨落触发,就会从有序变为无序,这就是病态。疾病的医治实际上是通过强化输入负熵流防止输入正熵,并促进机体远离平衡以达到系统熵增为负或正熵不大的低熵有序状态,从而消除疾病,转为健康。
编辑本段耗散结构理论对医学的启示
耗散结构理论试图认识自组织的机制和规律,即有序和无序相互转化的机制和条件问题。“医学是认识、保持和增强人类健康,预防和治疗疾病,促使机体康复的科学知识体系和实践活动”[2]。其首要任务是认识健康和疾病转化的机制和条件问题。因而,二者是一致的。前者对后者必定具有启迪和借鉴作用。
2.1 耗散结构理论可以深刻揭示人体的统一性及其与外界因素的统一性,为医学模式转变提供理论依据。因为,这一理论用整体观研究生命现象,并且认为只有开放的、能与外界进行物质、能量、信息交换的系统,才能形成稳定的有序结构。人体正是这样的系统。但是,传统生物医学模式忽视了人的社会性和心理因素的影响,对生理病理过程的考察往往带有封闭或半封闭性质,而且使用的是脱离整体联系发展的孤立、静止研究方法。这就使得它不可能正确反映和解决作为开放系统的人体稳定、有序、健康问题,因而不可避免地要被新的医学模式所代替。所以,医务工作者掌握耗散结构观点,首先有助于实现从生物医学向生物、心理、社会医学模式转变。其次,有助于临床工作中,系统整体思维和全方位立体思维的形成和运用。此外,人体有序、健康的形成和保持,实际上是多组分多层次的人体系统为主体和物质基础,以与外界交换所得能量为动力,以来自内部信息为指令,以神经体液为调控手段,以时空或功能有序为目标的自组织过程。因此,耗散结构理论的提出,使系统科学方法变得更加完善,其应用于人体生理病理过程的解释,必将进一步推动现代医学的发展。
2.2 耗散结构理论提出“非平衡是有序之源”的观点,对纠正“平衡有序”观念和贯彻积极治疗,推动有关非平衡区生命稳定有序的研究,对搞好防病治病有着重要意义。
非平衡,不是不平衡,也不是平衡,而是巨涨落前的远离平衡态,是处于失稳临界点附近没有超过临界点的稳态。与此相对应,失稳包括两方面,一是因平衡变为不平衡而失稳,如细胞外液pH值过高过低将导致碱中毒或酸中毒。二是不平衡趋向平衡而失稳,如细胞外液钾浓度增高,而致高血症;各种组织中较特异酶谱由区别而趋向一致性,意味着癌症出现。所以,现代医学强调的是动态平衡。然面,我们许多医务工作者在实践中,努力纠正不平衡的同时,往往不自觉地走向另一极端追求平衡。而且忽视了心理,社会动态平衡对健康的意义,这对实践是有害的。实践告诉我们,难治性心力衰竭一类顽症之所以难治,就在于只引入负熵流(即各种改善心衰的措施,包括药物等)并不一定能刺激机体达到临界点,要使机体完成“无序→有序”的跃进,必须使机体远离平衡即机体要有相当的自身活力和抵抗力,通过涨落达到临界点才能使新的跃进完成,使机体从无序状态恢复到有序状态。所以,我们必须注意,治疗中不能单纯依靠药物等一系列外来因素的作用,还必须大力提高患者的整体机能,包括非药物的心理治疗,排除影响机体机能恢复的各种干扰[3]。
同时,耗散结构理论的提出,推动医学工作者进一步从各方面探索处于非平衡区生命系统稳定、有序、健康的维持问题。诸如什么是稳态?有什么抗干扰的特性?失稳的临界点在哪里?在什么条件下,通过什么方式,人体有序变无序,稳态变失稳?在失稳、生病后在什么条件下,通过什么方式恢复稳态、健康?等等。这对提高医疗卫生工作质量无疑是有益的。例如,布鲁塞尔学派对肿瘤免疫的研究,就属于抗干扰特性研究的一部分。该派倾向于细胞免疫起主要作用。体外实验表明,效应细胞每次可以与一个或几个肿瘤细胞结合然后分解为原来形式的效应细胞和失去复制能力的死亡肿瘤细胞。布鲁塞尔学派为此建立起肿瘤生长的数学模型。在对这一模式的求解中,它给出何种条件肿瘤会长大或抑制,即在某些条件下,小于临界大小的肿瘤将消失,大于临界大小的肿瘤则长大。在另一些条件下,埋没肿瘤中的正常组织若大于一定临界大小时会不断长大,从而摆脱癌状态,反之若该正常组织过小则会为肿瘤组织所吞没。该模型给出的肿瘤细胞数的时间振荡行为与临床观察一致”[4]。这样的探讨,对临床上因势利导防治肿瘤就很有价值。又如,临界点问题,不但研究稳态的生物(或理化)临界点,而且研究心理、社会临界点,以及对临界值随年龄、性别,特别是作用因素的量与时间两者关系所决定的个体适应与不适应之间的差异,这些对医学理论和实践都有着十分重要的意义。此外,掌握“非平衡是有序之源”的观点,还有助于动态思维的形成。
2.3 “非线性”理论对医学实践有着重要的启迪和借鉴作用。系统的不同元素之间存在着非线性机制,是耗散结构形成的重要条件之一。多组分多层次的开放系统只有处于远离平衡的非线性区,才有可能经涨落的触发,从无序突变为稳定的有序的时空结构。非线性区有两个特征:一是突变、飞跃的临界点所在,二是存在可逆和不要逆的两种不同趋势。因此,掌握非线性区对医疗实践的意义是不容忽视的。例如,在每一个正常子宫颈粘膜上皮细胞中46个染色体,当细胞中染色体数量略有增加或减少,并出现畸形时,正常细胞就变成了间变细胞。间变阶段是正常细胞向癌变细胞转变的中间阶段,亦即非线性区,它存在着可逆和不可逆两种趋势。如经过积极治疗,染色体数量恢复正常,“间变”就消失,变成正常细胞;如遇到延缓治疗或治疗不当等种种不利条件,染色体数量就会剧增,若每个细胞中的染色体增至六十到九十个时,间变就发生癌变。所以认识到这一点,定期检查,早期发现间变细胞,就可以采取措施,阻止间变向癌变发展,预防宫预癌发生。医务工作者必须树立防重于治的思想,努力掌握各种疾病的非线性区,把好病理性质变这道最后防线。
耗散结构理论关于生命系统进化过程中的非线性涨落的作用,与医学实践中生理和病理相互转化中涨落的作用有所不同(前者是单向的、积极的;后者是双向的,利弊兼有的)。但可以启发医务工作者在实践中,因势利导,尽可能防止和减少涨落的破坏作用,充分利用其积极作用,更好地防病治病。耗散结构理论指出:“生命的保持和发育是跟大量的化学反应和运转现象分不开的。是由许多高度非线性的复杂因素,如激活、抑制、直接的自身催化等连锁制约的”[5]。这就告诉我们,尽管研究病因要从生物、理化、心理、社会等多方面着手;认识疾病的本质要从各个层次上进行探索,但作为生命有机体的线性机制,首先存在于微观层次中,并主要通过微观层次表现出来。因此,我们无论考察生理向病理转化,还是病理向生理复归的量变质变过程,都应把重点放在微观层次上,坚持微观深层导向性。这不是回到片面强调理化指标为依据,着重分析的还原论老路上去,而是要走向综合兼容辩证还原的新思维方式。
综上所述,耗散结构理论可以为医学提供启迪和借鉴作用。诚然,不应夸大它的作用。只有把它与系统科学方法的其他理论(系统论、信息论、控制论、协同论、超循环论、突变论等)结合起来,才能充分发挥其应有的作用。
编辑本段信息论
是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。
信息论将信息的传递作为一种统计现象来考虑，给出了估算通信信道容量的方法。信息传输和信息压缩是信息论研究中的两大领域。这两个方面又由信息传输定理、信源－信道隔离定理相互联系。
什么是信息？
信息现代定义。[2006年,医学信息(杂志)，邓宇等].
信息是物质、能量、信息及其属性的标示。逆维纳信息定义
信息是确定性的增加。逆香农信息定义
信息是事物现象及其属性标识的集合。2002年
控制论
是研究动物(包括人类)和机器内部的控制与通信的一般规律的学科,着重于研究过程中的数学关系
编辑本段协同论
主要研究远离平衡态的开放系统在与外界有物质或能量交换的情况下，如何通过自己内部协同作用，自发地出现时间、空间和功能上的有序结构。协同论以现代科学的最新成果——系统论、信息论、控制论、突变论等为基础，吸取了结构耗散理论的大量营养，采用统计学和动力学相结合的方法，通过对不同的领域的分析，提出了多维相空间理论，建立了一整套的数学模型和处理方案，在微观到宏观的过渡上，描述了各种系统和现象中从无序到有序转变的共同规律。
协同论是研究不同事物共同特征及其协同机理的新兴学科，是近十几年来获得发展并被广泛应用的综合性学科。它着重探讨各种系统从无序变为有序时的相似性。协同论的创始人哈肯说过，他把这个学科称为“协同学”，一方面是由于我们所研究的对象是许多子系统的联合作用，以产生宏观尺度上结构和功能；另一方面，它又是由许多不同的学科进行合作，来发现自组织系统的一般原理。
系统论
是研究系统的一般模式，结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。
编辑本段结构论
中国曾邦哲1986年著述、1994年修订《结构论 - 泛进化论》，又称自组织系统的结构理论，简称结构论（structurity），研究系统尤其生物系统的结构、功能与演变及其相互关系的规律与系统信息组织化的结构逻辑，探讨系统的结构本原模型、适应稳态结构、系统层次的组织建构，以及实在系统与符号系统对应转换关系，提出从医疗化学实践、实验方法与心身医学、系统心理学，形成了实验与系统的二维科学方法论体系，阐述系统生物工程、系统遗传学与系统医药学等概念与原理。
编辑本段影响
耗散结构理论是被实证科学主流所认可和欢迎的，耗散结构理论提出后，在自然科学和社会科学的很多领域如物理学、天文学、生物学、经济学、哲学等都产生了巨大影响。然而，耗散结构理论是被许多人用来欢呼和欢迎的，而并不是作为严谨的学术理论来研究和使用的。这些欢呼的人群似乎被热力学第二定律压抑了百年，终于看到了救星与“生的希望”，所以没有人象责难克劳修斯那样对待普利高津，因为普利高津带来的是好消息（good news）。这让我忍不住的感叹，那些不是真正意义上科学家的人们似乎也很势利，特别是那些没有真正科学精神的人们，或者是那些打着科学幌子的科痞们。当克劳修斯带来坏消息的时候——带来“灭的宿命”的时候，人们悲痛欲绝，恨不能将其打倒踢翻；当普利高津带来好消息的时候——带来“生的希望”的时候，人们变得欢欣鼓舞、热血沸腾。
编辑本段应用领域
耗散结构理论提出之初就被应用到人体和生命领域的研究，随后广泛应用到其它领域，包括社会经济领域等的人类社会系统。但是以照猫画虎、不伦不类的为多。很多都是从现象层面去套用这一理论，而并非理解这一理论的实质和真正机制，特别是那些缺乏自己理论体系的领域，例如中国国内的社会科学界、经济领域、企业管理等领域尤甚。
编辑本段过程意义
客观的讲，耗散结构理论是人类认知的一大飞跃，但是我们这里绝不是把它当作救命稻草，或者是好消息（good news）而欢呼的。它在很大程度上突破了牛顿宇宙论的认知，真正触及到了过程的意义、时间的意义和生命的意义，触及到了“生”的机制。特别是耗散结构理论对有机系统、生命系统、对研究人类各种组织结构的形成和机制有着重要的理论意义和认知意义。如果说牛顿的宇宙论是一个没有“生”也没有“灭”的机械过程的话，那么热力学第二定律所揭示的就是一个“灭”的过程，在那里时间有了真正的意义，它只指向一个方向，它是不可逆的过程，机械系统在“时间之矢”的作用下将不断的丧失它的有效能量，直到最后一滴有效能量耗尽的时候而变成一种“热寂”。而耗散结构理论所揭示的不仅是“生”的过程，它使我们可以开始洞见一个真正过程机制的全部过程，从“生”到“成”到“灭”的全过程；而且耗散结构理论是进入到一个机体或结构体的内部机制去研究，是关于“生”的机制，也包括“成”的机制，即一个“结构体”的生成或形成的条件和机制的内部动力的研究。如果说热力学第二定律所揭示的还是一个机械系统的规律的话，那么耗散结构理论所揭示的这个复杂“结构体”的“生成条件”，就是将人类的认知引导到了具有“生命属性”的“结构体”的机制上来。在这个意义上，普利高津从新打开了人类认知生命系统、认知社会系统、认知经济系统、认知人文系统等等人类自身系统的大门，而不再局限在纯机械系统、纯物质世界系统的认知之中。
编辑本段其它
耗散结构理论不仅在人类认知的内容上有重要的突破，并且在认识的方法论上也具有突破意义。我们知道，牛顿所开创的分析问题的方法是一种不断的“分解”的方法，这种方法300年来一直主导着科学研究。记得《大趋势》的作者奈斯比特对现代科学曾经有过这样一个描述：“对越来越少的东西知道得越来越多”。这就是西方实证科学所走的“专业知识”的道路，在专业越分越细的同时，某一种专业的知识面也变的越来越窄，也就是越来越只见树木而不见森林，越来越不识庐山真面目了。正如托夫勒为《从混沌到有序》一书的前言中精辟的写到：“在当代西方文明中得到最高发展的技巧之一就是拆零，即把问题分解成尽可能细小的部分。我们非常擅长此技，以至我们竟时常忘记把这些细部重新装到一起。”
我们知道，进入20世纪中期以后，西方文明从新开始了对“系统的认知”，出现了象系统论、系统动力学等许多尝试。而耗散结构理论也是这种“系统的认知”中的一部分。普利高津的耗散结构理论在认知方法论上的重要贡献就象托夫勒所说的那样：“他花费了他一生的大部分时间，试图去“把这些细部重新装到一起”，这里具体地说，就是把生物学和物理学重新装到一起，把必然性和偶然性重新装到一起，把自然科学和人文科学重新装到一起。”
编辑本段突破
这方面，耗散结构理论虽然是人类认知和认知方法论的突破，但是普利高津在认识上仍然有很大的局限性，象所有实证科学家一样，他也同样遭遇到了实证科学的瓶颈与人类认知的极限，他还没有能够认识到事物与结构体形成机制的真正本质。因为如果再往前走一步，耗散结构理论就必须彻底突破实证科学的框框和假设，因为当你开始触摸到生命体和生命现象的时候，你就必须彻底改变那种“唯物”的思维，因为生命的根本属性不是物质，而是精神，或者说是物质与精神的一致性。那么，再突破下去，就不仅仅是“把生物学和物理学重新装到一起，把必然性和偶然性重新装到一起，把自然科学和人文科学重新装到一起”，而是需要我们把物质与精神的割裂、人与神的割裂从新联系到一起。
编辑本段关键概念
要真正理解和正确评价耗散结构理论，我们需要了解和理解几个关键的概念，例如，远离平衡、非线性、开放系统、涨落、阈值、突变、相变、自组织、分叉等等。国人许多对耗散结构理论的肤浅理解或错误认识往往就是根本还没有搞明白这些基础概念，就开始运用或者借用这一理论去谈论在逻辑上风马牛不相及的事情。接下来，我想从几个重要概念来谈一谈耗散结构理论在理论上、在方法论上存在的一些关键问题和局限，因为这会对认知“生”的机制非常重要。
首先，耗散结构理论发现了在远离平衡的区域可以“产生”新的结构体的机制，但却没有能够真正回答为什么会在远离平衡的区域“产生”新的结构体的问题。为什么在边缘区域可以“产生”耗散结构？另外，是不是只有耗散结构这样一种产生结构和秩序的机制？如果不是，那么这多种产生结构的机制之间会有什么关系呢？
第二，耗散结构理论所说的“耗散”指的是系统与外部环境有某种能量的交换，但是对这种能量有什么样的属性却没有回答。另外，一个“自组织”结构除了能量交换以外就真的与外界再没有什么别的关系了吗？或者是有，只是我们还没有发现这个能量交换背后的那个东西或“目地”是什么而已。
第三，回到熵的概念，耗散结构是通过不断的向系统内注入“负熵流”来维持的，那么“负熵”到底是什么耗散结构理论并没有给出答案。有人说“负熵”就是有效能量，这等于还是没有回答本质问题，只不过是用一个没有答案的问题去回答另一个没有答案的问题，实际上等于回到了前一个问题，这个能量的本质到底是什么？比如物理学只有“有效能量”和“无效能量”的区分，却不会有“好能量”或“坏能量”的区分。
第四，耗散结构的所谓的微观解释真的微观吗？其实它并没有突破物质空间的局限，没有突破物质的表层空间属性，并没有能够进入真正的高层空间，所以耗散结构的微观解释仍然是一种表象的解释，所以它不能看到能量背后的东西，也就只好把新的组织结构当作是无源的“自组织”了。另外，耗散结构理论没有好坏能量之分的认识，所以也就认识不到能量背后的目地或意识。因为这个局限，所以我们在耗散结构理论中还是可以隐约感到达尔文主义的痕迹，把结构的产生或演化归于自然的结果而不是某种意志的创造。
第五，是关于对开放系统的认识。这种开放是在同一个物质空间、物质层次上的开放，即同层内的系统开放，还是跨越不同物质层次或者空间层次之间的跨层系统开放？由于耗散结构理论的认识仍然是停留在物质的表层空间，所以它看不到这些跨层次之间的物质与能量交换，看不见来源于高能量层次的真正的微观物质，更看不到非物质的能量形式的交换，也就看不见那些带有意识与精神的东西的本质。因此在这方面耗散结构理论所揭示的仍然是一种必要条件，而不是充分条件，它还是没有能够触及到真正的本质。
第六，由于前面所列举的这些原因，耗散结构理论对非线性的认识也还停留在物质表层，停留在表象规律上，而缺乏对非线性机制的本质认识，因为它缺乏对非物质性力量和要素的认知。
编辑本段总结
耗散结构理论实际上只看到了“生”的物质层面的机制，包括其“微观”解释，但是物质层面的机制并不是“生”的机制的全部，甚至不是“生”的机制的本质，或者仅仅是“生”的机制在物质层面的一种表象而已。其实，以上所有这些关于耗散结构理论的问题全部都是相关联的，一旦我们突破物质表层空间的认识局限，一旦能够触摸到精神存在的能量属性，那么我们的认知就会全部突破，达到一种全新的认知。这就是我们要在“水结晶实验”的分析中要给大家所揭示的。
参考资料
1耗散结构  
http://www.520cal.cn/baike/index.php?doc-view-4515.html
2普利高京耗散结构  
http://www.stimes.cn/m/Print.aspx?id=281499
3熵·耗散结构应用系列  
http://hi.baidu.com/gaoz/blog/item/6caa1508ec3c4436e92488f5.html
来源：http://baike.baidu.com/view/62783.htm