主动系统与被动系统

按系统与环境的关系,可以分为孤立系统和开放系统,如今科学还只是发展到研究孤立系统的阶段,而且对于三个子系统以上的孤立系统已经无法用现有的科学知识来研究了。所以科学的探索还很漫长,人类对宇宙的规则的掌握还非常少。人类要推广科学教,将每一个人都培养成科学家都尚且不够发现宇宙的奥秘。

开放系统的研究起始于热力学,人们发现了熵增原理。但是这个原理却是在孤立系统中才能成立,那么在一个开放系统中又符合什么原理呢?

于是我提出了系统三大原则,这三个原则的前提条件有两个,一是开放系统之间有能量交换,二是子系统维持自身的稳定和存在。

其实这两个假设是基于现有的宇宙模型,宇宙中不存在完全孤立的系统,即使真空都不是真的一无所有,还有量子涨落,也称为狄拉克海存在,表示宇宙中无处不在进行能量的交换。第一个假设包括系统与环境之间的能量交换,以及子系统之间的能量交换。没有能量的交换就没有系统和子系统的存在。

而子系统维持自身的稳定和存在的假设是基于反证法,假设宇宙中存在不维持自身稳定和存在的系统,那么它已经不存在了,或称毁灭了。这如同系统的生老病死,子系统不能吸收能量来维持系统的存在的时候系统就会崩溃,也就是不存在了。稳定是基于规则的简单性,只有简单的规则才容易被子系统遵守,也有利于子系统的能量交换。

其实宇宙中微观粒子能存在下来的是非常少的,大部分粒子在宇宙大爆炸时期的高温高压下才能存在,随着宇宙的膨胀大部分粒子都毁灭了。人类现在发现的粒子一共是62种,但是大部分得存活时间非常短,甚至在宇宙诞生之初就毁灭了。毁灭的粒子首先就是反物质粒子,这是由于一种非对称性破缺造成的(后面我的假设,反夸克与原子的湮灭和夸克与反原子的湮灭的能量不对称才是根源),31种微观粒子就这么消失了。这种未知的违反重子数守恒的反应过程出现,它使夸克和轻子的数量略微超过了反夸克和反轻子的数量——超出范围大约在三千万分之一的量级上,这一过程被称作重子数产生。这一机制导致了当今宇宙中物质相对于反物质的主导地位。时标-10^-35秒 ,统一场分解为强力、电弱力和万有引力。时标-10^-5秒, 10万亿开,留下的夸克和轻子组成了质子和中子,最终形成现在的宇宙。具体的过程可以去看“宇宙大爆炸”的理论描述。

如今的宇宙由三种基本粒子组成,轻子,夸克和规范传播子(规范玻色子)。其中轻子负责参与弱作用(带电的轻子也参与电磁作用),夸克负责组成质子和中子,规范传播子负责四种基本力之间的相互作用力的传播。

夸克由6味×3色×正反粒子,一共有18种夸克。

主动系统与被动系统

夸克组成的粒子结构图

基本粒子经过150亿年的发展,将基本粒子的系统三大原则进化成了三大原理,没有任何粒子能违反这三大原理。因为不符合这三大原理的基本粒子已经不存在了,或者存在的时间短到可以忽略不计了。

系统三大原则:

系统第一原则,系统和子系统必须维持自身的存在。

系统第二原则,子系统与子系统的相互作用必须有利于维持系统的存在。

系统第三原则,子系统不得破坏其他子系统的存在,或者在其他子系统受到破坏时不维持其存在。

从系统三大原则可以推导出基本粒子的三大原理。

基本粒子系统三大原理:

基本粒子系统第一原理:粒子与宇宙必须维持自身的存在。

基本粒子系统第二原理:粒子之间的相互作用必须有利用维持宇宙的存在。

基本粒子系统第三原理:粒子不得破坏其他粒子的存在,或者在其他粒子受到破坏时无动于衷。

夸克组成质子和中子的系统,质子与中子都是由三个夸克组成的,必须符合色禁闭规则。其他不能适应如今宇宙粒子或者毁灭了,或者依靠质子和中子而存在。

主动系统与被动系统

质子

主动系统与被动系统

中子

质子,中子和电子又组成了原子这个系统。拥有相同质子数的原子是同一种元素,中子数决定了一个原子的稳定程度,一些元素的同位素能够自发进行放射性衰变,电子具有波粒二象性,核外电子将尽可能地按能量最低原理排布,另外,由于电子不可能都挤在一起,它们同时还要遵守泡利不相容原理和洪特规则。如今发现的有118种元素被发现,其中94种是存在于地球上。

主动系统与被动系统

元素周期表

原子又组成分子这种宏观的物质形态,其组成又分为单质和化合物,利用排列组合118种元素组成的化合物比宇宙的基本粒子数目还要多,人类就是在这种几乎无穷的组合中找到适合人类使用的化合物。目前无真正适用的分子结构理论,复杂分子的细致结构不能预言,只能从实验测得。

化合物又分成有机化合物和无机化合物,有机化合物中的氨基酸系统构成了生命体的基础,

主动系统与被动系统

氨基酸

氨基酸组成了蛋白质系统(蛋白质的折叠过程原理尚不清楚),

主动系统与被动系统

蛋白质

而以蛋白质为主组成了核糖体系统,

主动系统与被动系统

DNA的三级结构

核糖体组成了细菌系统,

主动系统与被动系统

细菌

细菌发展成细胞系统,或称单细胞生物发展成了多细胞生物。

主动系统与被动系统

细胞

细胞组成了组织系统,

主动系统与被动系统

组织

组织组成了器官系统,

主动系统与被动系统

器官

器官组成了身体系统,

主动系统与被动系统

身体

人组成了社会系统。

主动系统与被动系统

社会

宇宙的系统等级图:

0夸克(轻子,规范传播子)——1质子,中子系统——2原子系统——3分子系统——3.1无机化合物—

3.2有机化合物——3.3氨基酸系统——3.4多肽——4蛋白质系统——4.1核糖体系统——4.2细菌系统———4.3细胞系统——4.4组织系统——4.5器官系统——5生物体系统——5.1人——5.2家庭——5.3氏族(家族)——6民族(国家)——6.1农业文明——6.2工业文明——6.3资本文明——6.4信息文明——8生态系统

按现有的人类对宇宙的认识,宇宙中的系统分为8级。未来如果有改变再进行修改。其中的每一级都有分级,比如细胞就分为了植物细胞和动物细胞,氨基酸分为4级结构,具体的分类再后文进行讨论。

每一级的区别就在与系统需求的能量的不同,需求同种能量的系统称为同一级系统,互相之间就存在能量的竞争关系。

系统的最高原则就是存在下去,那么系统的存在时间是由什么决定的呢?

系统三大原则是系统内部的原则,而对于外部环境和吸收的能量则没有原则,这是由子系统适应环境来自己决定的。系统的存在时间就是与子系统吸收外界的能量种类和吸收量决定的,而能量的分配是系统三大原则规定了能量能保证所有子系统的存在,一旦能量分配不公平导致其中一个子系统不能存在,母系统将会毁灭掉,或者进入不稳定态,进行系统的重组。系统的存在时间就与吸收的能量和消耗速率有关,以及能量的分配是否能保持子系统的存在有关。

根据系统吸收能量的方式,将系统分为主动系统和被动系统。

被动系统是指系统被动吸收外界的能量通过改变子系统的相互关系来保持其存在的系统。

被动系统包括质子,原子,分子,蛋白质,核糖体。被动系统对于环境的要求高,内部能耗低,更稳定,存在时间也就更长。对于能量的需求表现为遵守力的规则来达到存在的目的,能量的传递是以传播子为中介实现的。

主动系统是指系统主动吸收外界的能量来保持其存在的系统。

主动系统主要有细菌,生物体,生态系统。生态系统包括人类社会系统和自然生态系统。主动系统的子系统稳定性更好,但是能吸收的能量种类少,消耗更大。可以主动改造自身或者环境来获取能量。

对于每一级系统在后文有一个系列专题介绍。主要探讨的是子系统,外部环境,存在时间,吸收的能量种类,能量的传播,能量的分配,子系统间的相互关系,系统内的规则。

最后再对未来的系统作出推测,人类是否能发展到更高级的文明系统,以及对于夸克是否属于系统的推测,也就是是否有比夸克更低级的系统进行探讨分析,如今比较热门的是超弦理论是否能成为宇宙结构的终极理论。有兴趣的朋友可以继续关注我的文章。


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