主動系統與被動系統

按系統與環境的關係,可以分為孤立系統和開放系統,如今科學還只是發展到研究孤立系統的階段,而且對於三個子系統以上的孤立系統已經無法用現有的科學知識來研究了。所以科學的探索還很漫長,人類對宇宙的規則的掌握還非常少。人類要推廣科學教,將每一個人都培養成科學家都尚且不夠發現宇宙的奧秘。

開放系統的研究起始於熱力學,人們發現了熵增原理。但是這個原理卻是在孤立系統中才能成立,那麼在一個開放系統中又符合什麼原理呢?

於是我提出了系統三大原則,這三個原則的前提條件有兩個,一是開放系統之間有能量交換,二是子系統維持自身的穩定和存在。

其實這兩個假設是基於現有的宇宙模型,宇宙中不存在完全孤立的系統,即使真空都不是真的一無所有,還有量子漲落,也稱為狄拉克海存在,表示宇宙中無處不在進行能量的交換。第一個假設包括系統與環境之間的能量交換,以及子系統之間的能量交換。沒有能量的交換就沒有系統和子系統的存在。

而子系統維持自身的穩定和存在的假設是基於反證法,假設宇宙中存在不維持自身穩定和存在的系統,那麼它已經不存在了,或稱毀滅了。這如同系統的生老病死,子系統不能吸收能量來維持系統的存在的時候系統就會崩潰,也就是不存在了。穩定是基於規則的簡單性,只有簡單的規則才容易被子系統遵守,也有利於子系統的能量交換。

其實宇宙中微觀粒子能存在下來的是非常少的,大部分粒子在宇宙大爆炸時期的高溫高壓下才能存在,隨著宇宙的膨脹大部分粒子都毀滅了。人類現在發現的粒子一共是62種,但是大部分得存活時間非常短,甚至在宇宙誕生之初就毀滅了。毀滅的粒子首先就是反物質粒子,這是由於一種非對稱性破缺造成的(後面我的假設,反夸克與原子的湮滅和夸克與反原子的湮滅的能量不對稱才是根源),31種微觀粒子就這麼消失了。這種未知的違反重子數守恆的反應過程出現,它使夸克和輕子的數量略微超過了反夸克和反輕子的數量——超出範圍大約在三千萬分之一的量級上,這一過程被稱作重子數產生。這一機制導致了當今宇宙中物質相對於反物質的主導地位。時標-10^-35秒 ,統一場分解為強力、電弱力和萬有引力。時標-10^-5秒, 10萬億開,留下的夸克和輕子組成了質子和中子,最終形成現在的宇宙。具體的過程可以去看“宇宙大爆炸”的理論描述。

如今的宇宙由三種基本粒子組成,輕子,夸克和規範傳播子(規範玻色子)。其中輕子負責參與弱作用(帶電的輕子也參與電磁作用),夸克負責組成質子和中子,規範傳播子負責四種基本力之間的相互作用力的傳播。

夸克由6味×3色×正反粒子,一共有18種夸克。

主動系統與被動系統

夸克組成的粒子結構圖

基本粒子經過150億年的發展,將基本粒子的系統三大原則進化成了三大原理,沒有任何粒子能違反這三大原理。因為不符合這三大原理的基本粒子已經不存在了,或者存在的時間短到可以忽略不計了。

系統三大原則:

系統第一原則,系統和子系統必須維持自身的存在。

系統第二原則,子系統與子系統的相互作用必須有利於維持系統的存在。

系統第三原則,子系統不得破壞其他子系統的存在,或者在其他子系統受到破壞時不維持其存在。

從系統三大原則可以推導出基本粒子的三大原理。

基本粒子系統三大原理:

基本粒子系統第一原理:粒子與宇宙必須維持自身的存在。

基本粒子系統第二原理:粒子之間的相互作用必須有利用維持宇宙的存在。

基本粒子系統第三原理:粒子不得破壞其他粒子的存在,或者在其他粒子受到破壞時無動於衷。

夸克組成質子和中子的系統,質子與中子都是由三個夸克組成的,必須符合色禁閉規則。其他不能適應如今宇宙粒子或者毀滅了,或者依靠質子和中子而存在。

主動系統與被動系統

質子

主動系統與被動系統

中子

質子,中子和電子又組成了原子這個系統。擁有相同質子數的原子是同一種元素,中子數決定了一個原子的穩定程度,一些元素的同位素能夠自發進行放射性衰變,電子具有波粒二象性,核外電子將盡可能地按能量最低原理排布,另外,由於電子不可能都擠在一起,它們同時還要遵守泡利不相容原理和洪特規則。如今發現的有118種元素被發現,其中94種是存在於地球上。

主動系統與被動系統

元素週期表

原子又組成分子這種宏觀的物質形態,其組成又分為單質和化合物,利用排列組合118種元素組成的化合物比宇宙的基本粒子數目還要多,人類就是在這種幾乎無窮的組合中找到適合人類使用的化合物。目前無真正適用的分子結構理論,複雜分子的細緻結構不能預言,只能從實驗測得。

化合物又分成有機化合物和無機化合物,有機化合物中的氨基酸系統構成了生命體的基礎,

主動系統與被動系統

氨基酸

氨基酸組成了蛋白質系統(蛋白質的摺疊過程原理尚不清楚),

主動系統與被動系統

蛋白質

而以蛋白質為主組成了核糖體系統,

主動系統與被動系統

DNA的三級結構

核糖體組成了細菌系統,

主動系統與被動系統

細菌

細菌發展成細胞系統,或稱單細胞生物發展成了多細胞生物。

主動系統與被動系統

細胞

細胞組成了組織系統,

主動系統與被動系統

組織

組織組成了器官系統,

主動系統與被動系統

器官

器官組成了身體系統,

主動系統與被動系統

身體

人組成了社會系統。

主動系統與被動系統

社會

宇宙的系統等級圖:

0夸克(輕子,規範傳播子)——1質子,中子系統——2原子系統——3分子系統——3.1無機化合物—

3.2有機化合物——3.3氨基酸系統——3.4多肽——4蛋白質系統——4.1核糖體系統——4.2細菌系統———4.3細胞系統——4.4組織系統——4.5器官系統——5生物體系統——5.1人——5.2家庭——5.3氏族(家族)——6民族(國家)——6.1農業文明——6.2工業文明——6.3資本文明——6.4信息文明——8生態系統

按現有的人類對宇宙的認識,宇宙中的系統分為8級。未來如果有改變再進行修改。其中的每一級都有分級,比如細胞就分為了植物細胞和動物細胞,氨基酸分為4級結構,具體的分類再後文進行討論。

每一級的區別就在與系統需求的能量的不同,需求同種能量的系統稱為同一級系統,互相之間就存在能量的競爭關係。

系統的最高原則就是存在下去,那麼系統的存在時間是由什麼決定的呢?

系統三大原則是系統內部的原則,而對於外部環境和吸收的能量則沒有原則,這是由子系統適應環境來自己決定的。系統的存在時間就是與子系統吸收外界的能量種類和吸收量決定的,而能量的分配是系統三大原則規定了能量能保證所有子系統的存在,一旦能量分配不公平導致其中一個子系統不能存在,母系統將會毀滅掉,或者進入不穩定態,進行系統的重組。系統的存在時間就與吸收的能量和消耗速率有關,以及能量的分配是否能保持子系統的存在有關。

根據系統吸收能量的方式,將系統分為主動系統和被動系統。

被動系統是指系統被動吸收外界的能量通過改變子系統的相互關係來保持其存在的系統。

被動系統包括質子,原子,分子,蛋白質,核糖體。被動系統對於環境的要求高,內部能耗低,更穩定,存在時間也就更長。對於能量的需求表現為遵守力的規則來達到存在的目的,能量的傳遞是以傳播子為中介實現的。

主動系統是指系統主動吸收外界的能量來保持其存在的系統。

主動系統主要有細菌,生物體,生態系統。生態系統包括人類社會系統和自然生態系統。主動系統的子系統穩定性更好,但是能吸收的能量種類少,消耗更大。可以主動改造自身或者環境來獲取能量。

對於每一級系統在後文有一個系列專題介紹。主要探討的是子系統,外部環境,存在時間,吸收的能量種類,能量的傳播,能量的分配,子系統間的相互關係,系統內的規則。

最後再對未來的系統作出推測,人類是否能發展到更高級的文明系統,以及對於夸克是否屬於系統的推測,也就是是否有比夸克更低級的系統進行探討分析,如今比較熱門的是超弦理論是否能成為宇宙結構的終極理論。有興趣的朋友可以繼續關注我的文章。


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