耗散结构论、协同论和突变论简介

系统科学领域中把耗散结构论、协同论、突变论合称为“新三论”。另外把系统论、控制论和信息论合称为“老三论”。

耗散结构论、协同论、突变论是二十世纪七十年代以来陆续确立并获得极快进展的三门系统理论的分支学科。它们虽然时间不长,却已是系统科学领域中年少有为的成员,故合称“新三论”,也称为DSC论。

系统论、控制论和信息论是二十世纪四十年代先后创立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。虽然它们仅有半个世纪,但在系统科学领域中已是资深望重的元老,合称“老三论”。人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母,把它们称之为SCI论。

耗散结构论

耗散结构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,此原理和昂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。

耗散结构论、协同论和突变论简介

耗散结构论可概括为: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。

耗散结构论、协同论和突变论简介

耗散结构论把宏观系统区分为三种:①与外界既无能量交换又无物质交换的孤立系;②与外界有能量交换但无物质交换的封闭系;③与外界既有能量交换又有物质交换的开放系。它指出,孤立系统永远不可能自发地形成有序状态,其发展的趋势是“平衡无序态”;封闭系统在温度充分低时,可以形成“稳定有序的平衡结构”;开放系统在远离平衡态并存在负熵流时,可能形成“稳定有序的耗散结构”。

协同论

耗散结构论、协同论和突变论简介

协同学亦称协同论或协和学,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。

耗散结构论、协同论和突变论简介

协同学的创立者,是联邦德国斯图加特大学教授、著名物理学家哈肯(Haken)。1971年他提出协同的概念,1976年系统地论述了协同理论,发表了《协同学导论》,还著有《高等协同学》等等。

耗散结构论、协同论和突变论简介

协同论认为,千差万别的系统,尽管其属性不同,但在整个环境中,各个系统间存在着相互影响而又相互合作的关系。其中也包括通常的社会现象,如不同单位间的相互配合与协作,部门间关系的协调,企业间相互竞争的作用,以及系统中的相互干扰和制约等。

突变论

突变论是研究自然界和人类社会中连续渐变如何引起突变或飞跃,并力求以统一的数学模型来描述,预测并控制这些突变或飞跃的一门学科。它把人们关于质变的经验总结成数学模型,表明质变既可通过飞跃的方式,也可通过渐变的方式来实现,并给出了两种质变方式的判别方法,它还表明,在一定情况下,只要改变控制条件,一个飞跃过程可以转化为渐变,而一个渐变过程又可转化为飞跃。突变论认为事物结构的稳定性是突变论的基础,事物的不同质态从根本上说就是一些具有稳定性的状态,这就是为什么有的事物不变,有的渐变,有的则突变的内在原因。在严格控制条件的情况下,如果质变经历的中间过渡状态是不稳定的,它就是一个飞跃过程; 如果中间状态是稳定的,它就是一个渐变过程。

耗散结构论、协同论和突变论简介

突变理论是比利时科学家托姆在1972年创立的。其研究重点是在拓扑学、奇点理论和稳定性数学理论基础之上,通过描述系统在临界点的状态,来研究自然多种形态、结构和社会经济活动的非连续性突然变化现象,并通过耗散结构论、协同论与系统论联系起来,并对系统论的发展产生推动作用.。突变理论通过探讨客观世界中不同层次上各类系统普遍存在着的突变式质变过程,揭示出系统突变式质变的一般方式,说明了突变在系统自组织演化过程中的普遍意义;它突破了牛顿单质点的简单性思维,揭示出物质世界客观的复杂性。突变理论中所蕴含着的科学哲学思想,主要包含以下几方面的内容:内部因素与外部相关因素的辩证统一;渐变与突变的辩证关系;确定性与随机性的内在联系;质量互变规律的深化发展。

“突变”一词,法文原意是“灾变”,是强调变化过程的间断或突然转换的意思。突变论的主要特点是用形象而精确的数学模型来描述和预测事物的连续性中断的质变过程。

突变论是一门着重应用的科学,它既可以用在“硬”科学方面,又可以用于“软”科学方面。在数学上突变论属于微分流形拓扑学的一个分支,是关于奇点的理论。它可以根据势函数而把临界点分类,并且研究各种临界点附近的非连续现象的特征。

耗散结构论、协同论和突变论简介


分享到:


相關文章: