非平衡態(tài)熱力學(xué)-四川大學(xué)課程中心培訓(xùn)資料

1、會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：非平衡態(tài)熱力學(xué)-四川大學(xué)課程中心會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：2朱志昂一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性 熱力學(xué)發(fā)展的三個(gè)階段熱力學(xué)發(fā)展的三個(gè)階段 第一階段第一階段: 平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)(即經(jīng)典熱力學(xué)即經(jīng)典熱力學(xué)) 熱力學(xué)三大定律為基礎(chǔ)熱力學(xué)三大定律為基礎(chǔ)，一百多年歷史一百多年歷史。 第二階段第二階段: 線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 20世紀(jì)世紀(jì)30年代，昂薩格年代，昂薩格 (Lars Onsager 1903一一1976，出生于挪威奧斯陸，出生于挪威奧斯陸，1928年移居美國(guó)

2、，年移居美國(guó)，1945年加入美國(guó)籍年加入美國(guó)籍, 1968年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。) 提出了線(xiàn)性唯象系數(shù)的對(duì)稱(chēng)原理提出了線(xiàn)性唯象系數(shù)的對(duì)稱(chēng)原理一一 昂薩格倒易關(guān)系昂薩格倒易關(guān)系,它是不可逆熱力學(xué)最早的理論。它是不可逆熱力學(xué)最早的理論。會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：3朱志昂一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性 2020世紀(jì)世紀(jì)4040年代年代, ,普利高津普利高津 (Ilya Prigogine,(Ilya Prigogine,比利時(shí)比利時(shí)物理化學(xué)家，物理化學(xué)家，19171917年年1 1月月2525日出生在莫斯科，日出生在莫斯科，200

3、32003年年5 5月月2828日去世。十月革命時(shí)流亡到比利時(shí)定居，在布魯塞爾自由日去世。十月革命時(shí)流亡到比利時(shí)定居，在布魯塞爾自由大學(xué)獲理學(xué)博士學(xué)位，并留校任教。大學(xué)獲理學(xué)博士學(xué)位，并留校任教。19671967年后任美國(guó)設(shè)在年后任美國(guó)設(shè)在德克薩斯州大學(xué)（奧斯?。┑慕y(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué)研究中心德克薩斯州大學(xué)（奧斯?。┑慕y(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué)研究中心的負(fù)責(zé)人。的負(fù)責(zé)人。) ) 根據(jù)局域平衡假設(shè)和昂薩格倒易關(guān)系根據(jù)局域平衡假設(shè)和昂薩格倒易關(guān)系, ,將熱將熱力學(xué)第二定律推廣到敞開(kāi)體系力學(xué)第二定律推廣到敞開(kāi)體系, ,提出了最小熵產(chǎn)生原理提出了最小熵產(chǎn)生原理, ,建建立了線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)。立了線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)

4、。會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：4朱志昂一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性 第三階段第三階段: 非線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 普利高津及其學(xué)派把不可逆過(guò)程熱力學(xué)推廣到遠(yuǎn)離平普利高津及其學(xué)派把不可逆過(guò)程熱力學(xué)推廣到遠(yuǎn)離平衡的非平衡非線(xiàn)性區(qū)，提出了著名的衡的非平衡非線(xiàn)性區(qū)，提出了著名的耗散結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)理論，這理論，這是熱力學(xué)理論發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因而榮獲是熱力學(xué)理論發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，因而榮獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 第二階段和第三階段是交叉進(jìn)行的，這兩個(gè)階段是當(dāng)?shù)诙A段和第三階段是交叉進(jìn)行的，這兩個(gè)階段是當(dāng)

5、今熱力學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。今熱力學(xué)研究的前沿領(lǐng)域。會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：5朱志昂2.平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性（1）研究的對(duì)象是處于平衡態(tài)的宏觀物體，不考慮結(jié)構(gòu)研究的對(duì)象是處于平衡態(tài)的宏觀物體，不考慮結(jié)構(gòu), 不考慮時(shí)間。不考慮時(shí)間。（2）討論的是平衡態(tài)或是可逆過(guò)程的熱力學(xué)問(wèn)題，對(duì)不可討論的是平衡態(tài)或是可逆過(guò)程的熱力學(xué)問(wèn)題，對(duì)不可逆過(guò)程只是在始態(tài)和終態(tài)都是在平衡態(tài)的情況下，根據(jù)逆過(guò)程只是在始態(tài)和終態(tài)都是在平衡態(tài)的情況下，根據(jù)熱力學(xué)第二定律建立了一些熱力學(xué)不等式，判別過(guò)程進(jìn)熱力學(xué)第二定律建立了一些熱力學(xué)不等式，判別過(guò)程進(jìn)行的方向，并不涉及不可逆

6、過(guò)程本身。自然界實(shí)際發(fā)生行的方向，并不涉及不可逆過(guò)程本身。自然界實(shí)際發(fā)生的過(guò)程都是不可逆的。熱力學(xué)判據(jù)只適用孤立體系或封的過(guò)程都是不可逆的。熱力學(xué)判據(jù)只適用孤立體系或封閉體系，而實(shí)際上大多是敞開(kāi)體系。閉體系，而實(shí)際上大多是敞開(kāi)體系。 一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人： 認(rèn)為體系總是自發(fā)地趨于平衡、趨于無(wú)序，實(shí)際上趨認(rèn)為體系總是自發(fā)地趨于平衡、趨于無(wú)序，實(shí)際上趨向平衡、趨向無(wú)序并不是自然界的普遍規(guī)律。經(jīng)典熱力學(xué)向平衡、趨向無(wú)序并不是自然界的普遍規(guī)律。經(jīng)典熱力學(xué)深刻闡明了平衡狀態(tài)下各種化學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律，確立了能量深刻闡明了

7、平衡狀態(tài)下各種化學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律，確立了能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，明確指出宏觀過(guò)程的方向和極限，為化工生產(chǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系，明確指出宏觀過(guò)程的方向和極限，為化工生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)。但經(jīng)典熱力學(xué)無(wú)法揭示實(shí)際的不可逆過(guò)提供了理論基礎(chǔ)。但經(jīng)典熱力學(xué)無(wú)法揭示實(shí)際的不可逆過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律。程的內(nèi)在規(guī)律。 6朱志昂一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性一、平衡態(tài)熱力學(xué)特點(diǎn)及局限性會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 要解決的問(wèn)題：要解決的問(wèn)題： 如何判別變化的方向和限度？如何判別變化的方向和限度？1. 局域平衡假設(shè)局域平衡假設(shè) (1) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)（equ

8、ilibrium state） 不但要求體系沒(méi)有宏觀位移，而且要求孤立體系中各部不但要求體系沒(méi)有宏觀位移，而且要求孤立體系中各部分的所有宏觀性質(zhì)都不隨時(shí)間而變。非孤立體系的平衡狀態(tài)必分的所有宏觀性質(zhì)都不隨時(shí)間而變。非孤立體系的平衡狀態(tài)必須同時(shí)滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件：須同時(shí)滿(mǎn)足下列兩個(gè)條件：(i) 體系中各部分的所有宏觀性質(zhì)體系中各部分的所有宏觀性質(zhì)都不隨時(shí)間而變；都不隨時(shí)間而變；(ii) 當(dāng)體系與環(huán)境完全隔離開(kāi)后，體系中各當(dāng)體系與環(huán)境完全隔離開(kāi)后，體系中各部分的所有宏觀性質(zhì)都不起變化。部分的所有宏觀性質(zhì)都不起變化。7朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)

9、二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)8朱志昂穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) (steady state) 處于恒定的外部限制條件（如固定的邊界條件或濃處于恒定的外部限制條件（如固定的邊界條件或濃度限制條件等）時(shí)，體系內(nèi)部發(fā)生宏觀變化，則體系處度限制條件等）時(shí)，體系內(nèi)部發(fā)生宏觀變化，則體系處于非平衡態(tài)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間體系達(dá)到一種在宏觀上不隨于非平衡態(tài)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間體系達(dá)到一種在宏觀上不隨時(shí)間變化的恒穩(wěn)狀態(tài)時(shí)間變化的恒穩(wěn)狀態(tài), 此狀態(tài)稱(chēng)為非平衡穩(wěn)態(tài)或簡(jiǎn)稱(chēng)為此狀態(tài)稱(chēng)為非平衡穩(wěn)態(tài)或簡(jiǎn)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)(或稱(chēng)定態(tài)或稱(chēng)定態(tài))。 穩(wěn)態(tài)體系的內(nèi)部宏觀過(guò)程仍然在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)體系的內(nèi)部宏觀過(guò)程仍然在進(jìn)行著。著。會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主

10、講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)(2) 局域平衡假設(shè)局域平衡假設(shè) 在非平衡穩(wěn)態(tài)條件下，經(jīng)典熱力學(xué)的溫度、壓力、在非平衡穩(wěn)態(tài)條件下，經(jīng)典熱力學(xué)的溫度、壓力、熵函數(shù)、熵函數(shù)、Gibbs函數(shù)等的定義無(wú)效或消失了。因此，經(jīng)函數(shù)等的定義無(wú)效或消失了。因此，經(jīng)典熱力學(xué)不適用于生命體系，也不適用宇宙。典熱力學(xué)不適用于生命體系，也不適用宇宙。 為了能繼為了能繼續(xù)采用經(jīng)典熱力學(xué)的一些函數(shù)和關(guān)系式，并將其延伸到續(xù)采用經(jīng)典熱力學(xué)的一些函數(shù)和關(guān)系式，并將其延伸到非平衡穩(wěn)態(tài)，為此，布魯塞爾（非平衡穩(wěn)態(tài)，為此，布魯塞爾（Brussel）學(xué)派的普利）學(xué)派的普利高津等人提出了如下的局域平衡假設(shè)：高津等人提出

11、了如下的局域平衡假設(shè)：9朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) A) 將體系分成許多小體積單元（局域），每一個(gè)單將體系分成許多小體積單元（局域），每一個(gè)單 元在宏觀上足夠小，可以用其中任一點(diǎn)的性質(zhì)來(lái)元在宏觀上足夠小，可以用其中任一點(diǎn)的性質(zhì)來(lái)代表該單元的性質(zhì)，但在微觀上它仍然包含大量代表該單元的性質(zhì)，但在微觀上它仍然包含大量粒子，能表達(dá)宏觀統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)（如溫度、壓力、粒子，能表達(dá)宏觀統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)（如溫度、壓力、熵等）。熵等）。10朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力

12、學(xué) B) 當(dāng)某一局域在當(dāng)某一局域在 t+dt 時(shí)刻達(dá)到平衡（注意：時(shí)刻達(dá)到平衡（注意：整個(gè)體系尚未達(dá)到平衡），則該局域的熱力整個(gè)體系尚未達(dá)到平衡），則該局域的熱力學(xué)函數(shù)即可代表學(xué)函數(shù)即可代表 t 時(shí)刻該局域非平衡態(tài)的熱時(shí)刻該局域非平衡態(tài)的熱力學(xué)函數(shù)，整個(gè)體系的熱力學(xué)函數(shù)就是各局力學(xué)函數(shù)，整個(gè)體系的熱力學(xué)函數(shù)就是各局域熱力學(xué)函數(shù)的加和。域熱力學(xué)函數(shù)的加和。11朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)C) 以上得到的熱力學(xué)函數(shù)之間仍然滿(mǎn)足經(jīng)典熱力學(xué)以上得到的熱力學(xué)函數(shù)之間仍然滿(mǎn)足經(jīng)典熱力學(xué) 關(guān)系式。關(guān)系式。 應(yīng)特別指出，局域平衡假設(shè)

13、只適用于離平衡應(yīng)特別指出，局域平衡假設(shè)只適用于離平衡態(tài)不遠(yuǎn)的非平衡體系。例如擾動(dòng)不大、分子碰撞態(tài)不遠(yuǎn)的非平衡體系。例如擾動(dòng)不大、分子碰撞傳能速率大于某不可逆過(guò)程速率。對(duì)化學(xué)反應(yīng)則傳能速率大于某不可逆過(guò)程速率。對(duì)化學(xué)反應(yīng)則應(yīng)符合應(yīng)符合 Ea / RT5，對(duì)大多數(shù)，對(duì)大多數(shù)273K1000K間發(fā)間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是能滿(mǎn)足這一條件的。生的化學(xué)反應(yīng)是能滿(mǎn)足這一條件的。12朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)2. 昂薩格（昂薩格（Onsager）倒易關(guān)系）倒易關(guān)系 (1)熱力學(xué)力和流熱力學(xué)力和流 在研究不可逆過(guò)程時(shí)，將勢(shì)函數(shù)稱(chēng)為熱力學(xué)力

14、在研究不可逆過(guò)程時(shí)，將勢(shì)函數(shù)稱(chēng)為熱力學(xué)力(簡(jiǎn)稱(chēng)力簡(jiǎn)稱(chēng)力)（X），由此引起的不可逆過(guò)程的速率稱(chēng)為流（），由此引起的不可逆過(guò)程的速率稱(chēng)為流（J）。例如溫度）。例如溫度勢(shì)勢(shì)-(1/T)引起熱傳導(dǎo)，電池電動(dòng)勢(shì)引起熱傳導(dǎo)，電池電動(dòng)勢(shì)E引起電流引起電流I，化學(xué)勢(shì)的負(fù)，化學(xué)勢(shì)的負(fù)梯度梯度-(i/T)引起擴(kuò)散，化學(xué)反應(yīng)親和勢(shì)（引起擴(kuò)散，化學(xué)反應(yīng)親和勢(shì)（A/T）不為零引起）不為零引起化學(xué)反應(yīng)趨向于化學(xué)平衡。熱力學(xué)力是產(chǎn)生能量流和物質(zhì)流的化學(xué)反應(yīng)趨向于化學(xué)平衡。熱力學(xué)力是產(chǎn)生能量流和物質(zhì)流的推動(dòng)力，流是熱力學(xué)廣度性質(zhì)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，而力是強(qiáng)度量的推動(dòng)力，流是熱力學(xué)廣度性質(zhì)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，而力是強(qiáng)度量的差值。常見(jiàn)的熱力

15、學(xué)力與流的線(xiàn)性關(guān)系如下表所示。差值。常見(jiàn)的熱力學(xué)力與流的線(xiàn)性關(guān)系如下表所示。13朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 熱力學(xué)力與流的線(xiàn)性關(guān)系14朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)(2) 昂薩格（昂薩格（Onsager）倒易關(guān)系）倒易關(guān)系 若體系內(nèi)部同時(shí)存在兩種以上的不可逆過(guò)程，無(wú)論是若體系內(nèi)部同時(shí)存在兩種以上的不可逆過(guò)程，無(wú)論是哪一種性質(zhì)的力與流，在耦合過(guò)程中，流與力的作用具有對(duì)易哪一種性質(zhì)的力與流，在耦合過(guò)程中，流與力的作用具有對(duì)易性質(zhì)，互相交換位置而

16、不改變結(jié)果。描述各種不可逆過(guò)程的流性質(zhì)，互相交換位置而不改變結(jié)果。描述各種不可逆過(guò)程的流和力之間的線(xiàn)性唯象關(guān)系的唯象系數(shù)之間滿(mǎn)足一種對(duì)稱(chēng)關(guān)系。和力之間的線(xiàn)性唯象關(guān)系的唯象系數(shù)之間滿(mǎn)足一種對(duì)稱(chēng)關(guān)系?？梢哉J(rèn)為，在力可以認(rèn)為，在力(X)與流與流(J)之間存在著線(xiàn)性關(guān)系，即之間存在著線(xiàn)性關(guān)系，即15朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)J = LX (1)L為唯象系數(shù)。若有幾種不可逆過(guò)程能同時(shí)發(fā)生，且彼此影為唯象系數(shù)。若有幾種不可逆過(guò)程能同時(shí)發(fā)生，且彼此影響，力和流之間的線(xiàn)性關(guān)系可表示為：響，力和流之間的線(xiàn)性關(guān)系可表示為：J1 = L

17、11X1 + L12X2+ L1nXnJ2 = L21X1 + L22X2+ L2nXn (2) Jn = Ln1X1 + Ln2X2+ LnnXn昂薩格通過(guò)論證提出，在唯象系數(shù)之間存在如下關(guān)系：昂薩格通過(guò)論證提出，在唯象系數(shù)之間存在如下關(guān)系：Lik = Lki (i，k=1，2，3，n) (3)16朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 這一關(guān)系式稱(chēng)為昂薩格倒易關(guān)系式。其物理意義是第這一關(guān)系式稱(chēng)為昂薩格倒易關(guān)系式。其物理意義是第 i 個(gè)個(gè)流的流的 Ji 與第與第 k 個(gè)力個(gè)力 Xk 之間的唯象系數(shù)之間的唯象系數(shù) Lik 和第

18、和第 k 個(gè)流的個(gè)流的 Jk與與第第 i個(gè)力個(gè)力 Xi 之間的唯象系數(shù)之間的唯象系數(shù) Lki 相等。在相等。在 (2)式中有多個(gè)唯象系式中有多個(gè)唯象系數(shù)，有了昂薩格倒易關(guān)系式后，可以將唯象系數(shù)的個(gè)數(shù)減少一數(shù)，有了昂薩格倒易關(guān)系式后，可以將唯象系數(shù)的個(gè)數(shù)減少一半，簡(jiǎn)化了求解不可逆過(guò)程中物理量的計(jì)算。昂薩格倒易關(guān)系半，簡(jiǎn)化了求解不可逆過(guò)程中物理量的計(jì)算。昂薩格倒易關(guān)系是不可逆過(guò)程熱力學(xué)中的一個(gè)基本關(guān)系，昂薩格因此而獲得是不可逆過(guò)程熱力學(xué)中的一個(gè)基本關(guān)系，昂薩格因此而獲得1968年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。17朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二

19、、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)3. 熵產(chǎn)生原理熵產(chǎn)生原理 (1)孤立體系熵增加原理孤立體系熵增加原理 對(duì)任一封閉體系中發(fā)生的任一給定過(guò)程，判斷它能否發(fā)對(duì)任一封閉體系中發(fā)生的任一給定過(guò)程，判斷它能否發(fā)生，必須同時(shí)求出環(huán)境的熵變，然后求總體（相當(dāng)于孤立體生，必須同時(shí)求出環(huán)境的熵變，然后求總體（相當(dāng)于孤立體系）的熵變。孤立體系是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橛钪婢€(xiàn)或高能系）的熵變。孤立體系是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橛钪婢€(xiàn)或高能粒子總是不斷地射到地球上。另外，敞開(kāi)體系也不能忽視，粒子總是不斷地射到地球上。另外，敞開(kāi)體系也不能忽視，例如，對(duì)生物體來(lái)說(shuō)，與環(huán)境不斷地交換物質(zhì)是它們生存的例如，對(duì)生物體來(lái)說(shuō)，與環(huán)境不斷地交換物質(zhì)是它們生

20、存的必要條件。必要條件。18朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)(2)任意體系熵產(chǎn)生原理任意體系熵產(chǎn)生原理 1945年，比利時(shí)人年，比利時(shí)人 Prigogine 將熵增加原理推廣到將熵增加原理推廣到任意體系（封閉的、敞開(kāi)的和孤立的），給出了一個(gè)普遍任意體系（封閉的、敞開(kāi)的和孤立的），給出了一個(gè)普遍的熵表述式。任一體系在平衡態(tài)有一個(gè)狀態(tài)函數(shù)的熵表述式。任一體系在平衡態(tài)有一個(gè)狀態(tài)函數(shù)S 的確定的確定值，它是廣度性質(zhì)。當(dāng)體系的狀態(tài)發(fā)生變化后，體系的熵值，它是廣度性質(zhì)。當(dāng)體系的狀態(tài)發(fā)生變化后，體系的熵變可分為兩部分之和，稱(chēng)為外熵變和

21、內(nèi)熵變之和。變可分為兩部分之和，稱(chēng)為外熵變和內(nèi)熵變之和。19朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)熵流熵流（entropy flux） 外熵變是由體系與環(huán)境通過(guò)界面進(jìn)行熱交換和物質(zhì)交換外熵變是由體系與環(huán)境通過(guò)界面進(jìn)行熱交換和物質(zhì)交換時(shí)進(jìn)入或流出體系的熵流所引起的。熵流的概念是把熵當(dāng)作時(shí)進(jìn)入或流出體系的熵流所引起的。熵流的概念是把熵當(dāng)作一種流體，正如曾經(jīng)把熱當(dāng)作流體（稱(chēng)為一種流體，正如曾經(jīng)把熱當(dāng)作流體（稱(chēng)為“熱質(zhì)熱質(zhì)”）一樣。）一樣。把熵和能量建立在同樣基礎(chǔ)上，它們兩者都有真實(shí)性，或兩把熵和能量建立在同樣基礎(chǔ)上，它們兩者都有真實(shí)

22、性，或兩者都沒(méi)有。但熵和能量又不同，熵可以產(chǎn)生，卻不能被消滅者都沒(méi)有。但熵和能量又不同，熵可以產(chǎn)生，卻不能被消滅；而能量則不生不滅。；而能量則不生不滅。20朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生（entropy production） 內(nèi)熵變是由于體系內(nèi)部發(fā)生的不可逆過(guò)程（例如，熱內(nèi)熵變是由于體系內(nèi)部發(fā)生的不可逆過(guò)程（例如，熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)等）所引起的熵產(chǎn)生。做功（內(nèi)功傳導(dǎo)、擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)等）所引起的熵產(chǎn)生。做功（內(nèi)功和外功）只能引起熵產(chǎn)生，不引起熵流。和外功）只能引起熵產(chǎn)生，不引起熵流。21朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)

23、議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)孤立體系孤立體系 S孤立孤立。任意體系中發(fā)生一個(gè)微小過(guò)程任意體系中發(fā)生一個(gè)微小過(guò)程 dS體系體系deSdiS （4）式中式中deS 代表外熵變，代表外熵變，diS 代表內(nèi)熵變。這樣從形式上看，代表內(nèi)熵變。這樣從形式上看，diS不再與不再與dS環(huán)境環(huán)境有關(guān)有關(guān)熵產(chǎn)生原理熵產(chǎn)生原理 diS “” 不可逆過(guò)程不可逆過(guò)程 (5) “=” 可逆過(guò)程可逆過(guò)程22朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) “體系的熵產(chǎn)生永不為負(fù)值，在可逆過(guò)程中為零，在不體

24、系的熵產(chǎn)生永不為負(fù)值，在可逆過(guò)程中為零，在不可逆過(guò)程中大于零可逆過(guò)程中大于零”，這就是熵產(chǎn)生原理，它是熵增加原理，這就是熵產(chǎn)生原理，它是熵增加原理的推廣，適用于任意體系中的任何過(guò)程。的推廣，適用于任意體系中的任何過(guò)程。熵的平衡方程式: dS / dt = deS / dt diS / dt (6) 由于由于deS / dt 可以是正、負(fù)和零，而可以是正、負(fù)和零，而diS / dt 總是大于零總是大于零或等于零，因此可得下列一些結(jié)論：或等于零，因此可得下列一些結(jié)論：23朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)() 絕熱封閉體系或孤

25、立體系的熵永不減少，可逆過(guò)程中熵不絕熱封閉體系或孤立體系的熵永不減少，可逆過(guò)程中熵不變，不可逆過(guò)程中熵增加，這就是熵增加原理。因此，熵變，不可逆過(guò)程中熵增加，這就是熵增加原理。因此，熵增加原理僅是熵產(chǎn)生原理中的一個(gè)特例。增加原理僅是熵產(chǎn)生原理中的一個(gè)特例。() 體系向外流出熵（或說(shuō)體系得負(fù)熵），若正好抵消體系內(nèi)體系向外流出熵（或說(shuō)體系得負(fù)熵），若正好抵消體系內(nèi)的熵產(chǎn)生，即的熵產(chǎn)生，即 deS / dt = diS / dt，dS / dt = 此時(shí)體系處于穩(wěn)態(tài)。此時(shí)體系處于穩(wěn)態(tài)。() 若負(fù)熵流大于熵產(chǎn)生，即若負(fù)熵流大于熵產(chǎn)生，即deS / dt diS / dt，此時(shí)體系，此時(shí)體系的熵減少，體

26、系將變得有序化，即：體系出現(xiàn)有序化結(jié)構(gòu)的熵減少，體系將變得有序化，即：體系出現(xiàn)有序化結(jié)構(gòu)24朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)對(duì)生命過(guò)程的解釋對(duì)生命過(guò)程的解釋 一個(gè)有生命的生物體是熱力學(xué)敞開(kāi)體系。根據(jù)熵產(chǎn)生原一個(gè)有生命的生物體是熱力學(xué)敞開(kāi)體系。根據(jù)熵產(chǎn)生原理，在生物體內(nèi)發(fā)生的過(guò)程均為不可逆過(guò)程，過(guò)程的后果是體理，在生物體內(nèi)發(fā)生的過(guò)程均為不可逆過(guò)程，過(guò)程的后果是體內(nèi)熵增加。體內(nèi)熵增加意味著有序度下降或無(wú)序度（混亂度，內(nèi)熵增加。體內(nèi)熵增加意味著有序度下降或無(wú)序度（混亂度，disorder）增加。熵達(dá)到最大值，意味機(jī)體死亡。那么

27、如何保）增加。熵達(dá)到最大值，意味機(jī)體死亡。那么如何保持機(jī)體處于高度有序性以維持生命呢？由于在生物體內(nèi)發(fā)生了持機(jī)體處于高度有序性以維持生命呢？由于在生物體內(nèi)發(fā)生了諸如生化反應(yīng)，物質(zhì)的擴(kuò)散和血液流動(dòng)等不可逆過(guò)程，故諸如生化反應(yīng)，物質(zhì)的擴(kuò)散和血液流動(dòng)等不可逆過(guò)程，故iS。為了保持機(jī)體內(nèi)的熵不變，使機(jī)體接近于或處于穩(wěn)態(tài)，。為了保持機(jī)體內(nèi)的熵不變，使機(jī)體接近于或處于穩(wěn)態(tài)，即即dS / dt0，eS 必須小于零，以抵消必須小于零，以抵消iS0。25朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)eS 包括如下述的兩項(xiàng)包括如下述的兩項(xiàng) 一項(xiàng)由與環(huán)境的

28、熱交換引起，另一項(xiàng)由與環(huán)境的物質(zhì)交一項(xiàng)由與環(huán)境的熱交換引起，另一項(xiàng)由與環(huán)境的物質(zhì)交換引起。與環(huán)境的熱交換換引起。與環(huán)境的熱交換 的符號(hào)可以是正或負(fù)，決定于機(jī)的符號(hào)可以是正或負(fù)，決定于機(jī)體與環(huán)境的溫差是正或負(fù)。若環(huán)境比機(jī)體冷，體與環(huán)境的溫差是正或負(fù)。若環(huán)境比機(jī)體冷，eS為負(fù)值，為負(fù)值，環(huán)境溫度越低環(huán)境溫度越低eS越負(fù)，所以寒帶人壽命比熱帶人長(zhǎng)。越負(fù)，所以寒帶人壽命比熱帶人長(zhǎng)。26朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 另一項(xiàng)是與環(huán)境的物質(zhì)交換另一項(xiàng)是與環(huán)境的物質(zhì)交換,對(duì)動(dòng)物或人來(lái)說(shuō)就是吃進(jìn)食對(duì)動(dòng)物或人來(lái)說(shuō)就是吃進(jìn)食物和排出廢物。

29、食物包含著高度有序化的和低熵值的大分子物物和排出廢物。食物包含著高度有序化的和低熵值的大分子物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)和淀粉，而廢物是無(wú)序的和高熵值的小分子物質(zhì)，例如蛋白質(zhì)和淀粉，而廢物是無(wú)序的和高熵值的小分子物質(zhì)。因此，機(jī)體得以維持生命，保持一定熵值，就靠從環(huán)境吸質(zhì)。因此，機(jī)體得以維持生命，保持一定熵值，就靠從環(huán)境吸入低熵物質(zhì)，放出高熵物質(zhì)這樣一種物質(zhì)交換，入低熵物質(zhì)，放出高熵物質(zhì)這樣一種物質(zhì)交換，eS 才能保持才能保持負(fù)值，以抵消由于機(jī)體內(nèi)發(fā)生不可逆過(guò)程所引起的熵產(chǎn)生負(fù)值，以抵消由于機(jī)體內(nèi)發(fā)生不可逆過(guò)程所引起的熵產(chǎn)生iS。不可逆熱力學(xué)原理對(duì)生物體系的應(yīng)用有著廣闊的前景。不可逆熱力學(xué)原理對(duì)生物體系的應(yīng)

30、用有著廣闊的前景。27朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)4. 最小熵產(chǎn)生原理最小熵產(chǎn)生原理 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在孤立體系中，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在孤立體系中，體系內(nèi)不可逆過(guò)程是沿著熵增加的方向進(jìn)行體系內(nèi)不可逆過(guò)程是沿著熵增加的方向進(jìn)行的，當(dāng)體系的熵達(dá)到極大值時(shí)，體系處于熱的，當(dāng)體系的熵達(dá)到極大值時(shí)，體系處于熱力學(xué)平衡態(tài)，熱力學(xué)判據(jù)為：力學(xué)平衡態(tài)，熱力學(xué)判據(jù)為：dS/dt 0。28朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)(1) 最小熵產(chǎn)生原理最小熵產(chǎn)生原理

31、對(duì)于敞開(kāi)的非平衡體系，當(dāng)處于近平衡區(qū)（離平衡態(tài)不對(duì)于敞開(kāi)的非平衡體系，當(dāng)處于近平衡區(qū)（離平衡態(tài)不 遠(yuǎn)），其變化遵守線(xiàn)性關(guān)系時(shí)，則它的熵如何變化遠(yuǎn)），其變化遵守線(xiàn)性關(guān)系時(shí)，則它的熵如何變化? 普里高津于普里高津于1945年提出最小熵產(chǎn)生原理，其數(shù)學(xué)表達(dá)式年提出最小熵產(chǎn)生原理，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：為： dP / dt 0。 (7) 式中：式中：P= diS / dt，稱(chēng)為熵產(chǎn)生率。，稱(chēng)為熵產(chǎn)生率。 “=” 號(hào)對(duì)應(yīng)定態(tài)情況，號(hào)對(duì)應(yīng)定態(tài)情況，“” 號(hào)對(duì)應(yīng)偏離定態(tài)情況。號(hào)對(duì)應(yīng)偏離定態(tài)情況。29朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 其物理意

32、義是：線(xiàn)性非平衡體系內(nèi)不可逆過(guò)程的熵產(chǎn)生其物理意義是：線(xiàn)性非平衡體系內(nèi)不可逆過(guò)程的熵產(chǎn)生率率P隨時(shí)間的進(jìn)行總是朝著熵產(chǎn)生率減小的方向進(jìn)行，直到隨時(shí)間的進(jìn)行總是朝著熵產(chǎn)生率減小的方向進(jìn)行，直到熵產(chǎn)生率達(dá)到極小值，體系達(dá)到非平衡的定態(tài)，這時(shí)熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生率達(dá)到極小值，體系達(dá)到非平衡的定態(tài)，這時(shí)熵產(chǎn)生率不再隨時(shí)間變化，這就是最小熵產(chǎn)生原理。最小熵產(chǎn)生原率不再隨時(shí)間變化，這就是最小熵產(chǎn)生原理。最小熵產(chǎn)生原理保證了非平衡態(tài)體系線(xiàn)性區(qū)內(nèi)各點(diǎn)性質(zhì)不隨時(shí)間變化的定理保證了非平衡態(tài)體系線(xiàn)性區(qū)內(nèi)各點(diǎn)性質(zhì)不隨時(shí)間變化的定態(tài)是穩(wěn)定的。態(tài)是穩(wěn)定的。30朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性

33、非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué) 根據(jù)最小熵產(chǎn)生原理，定態(tài)具有最小的熵產(chǎn)生率，任根據(jù)最小熵產(chǎn)生原理，定態(tài)具有最小的熵產(chǎn)生率，任何在外界有限擾動(dòng)下，體系偏離定態(tài)的擾動(dòng)狀態(tài)都具有比何在外界有限擾動(dòng)下，體系偏離定態(tài)的擾動(dòng)狀態(tài)都具有比定態(tài)更大的熵產(chǎn)生率，即：定態(tài)更大的熵產(chǎn)生率，即：P定態(tài)定態(tài) P擾動(dòng)態(tài)擾動(dòng)態(tài)。同時(shí)擾動(dòng)態(tài)的。同時(shí)擾動(dòng)態(tài)的熵產(chǎn)生率熵產(chǎn)生率 dP / dt0 保證了擾動(dòng)態(tài)的熵產(chǎn)生率會(huì)隨時(shí)間的保證了擾動(dòng)態(tài)的熵產(chǎn)生率會(huì)隨時(shí)間的延續(xù)不斷減小，直到恢復(fù)為該條件下的極小值：延續(xù)不斷減小，直到恢復(fù)為該條件下的極小值：P定態(tài)定態(tài) ，體，體系恢復(fù)到定態(tài)。因此，非平衡線(xiàn)性區(qū)的定態(tài)是穩(wěn)定的。系恢復(fù)到定態(tài)。因

34、此，非平衡線(xiàn)性區(qū)的定態(tài)是穩(wěn)定的。31朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)二、線(xiàn)性非平衡態(tài)熱力學(xué)(2) 最小熵產(chǎn)生原理適用的條件最小熵產(chǎn)生原理適用的條件 最小熵產(chǎn)生原理只有在同時(shí)滿(mǎn)足下述三個(gè)條件下才能適用最小熵產(chǎn)生原理只有在同時(shí)滿(mǎn)足下述三個(gè)條件下才能適用: (A) 體系的流體系的流-力關(guān)系處于線(xiàn)性范圍；力關(guān)系處于線(xiàn)性范圍； (B)昂薩格倒易關(guān)系成立；昂薩格倒易關(guān)系成立； (C) 唯象系數(shù)是不隨時(shí)間變化的常數(shù)。唯象系數(shù)是不隨時(shí)間變化的常數(shù)。 只有在體系處于平衡只有在體系處于平衡 態(tài)附近（離平衡態(tài)不遠(yuǎn)）時(shí)這些態(tài)附近（離平衡態(tài)不遠(yuǎn)）時(shí)這些條件才能滿(mǎn)足。因

35、此最小熵產(chǎn)生原理不是普遍適用的。條件才能滿(mǎn)足。因此最小熵產(chǎn)生原理不是普遍適用的。32朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)1. 非線(xiàn)性非平衡定態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)非線(xiàn)性非平衡定態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù) 在平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)中 孤立體系中熵是判斷體系變化方向及穩(wěn)定性孤立體系中熵是判斷體系變化方向及穩(wěn)定性的狀態(tài)函數(shù)。熵增加原理告訴我們孤立體系的自的狀態(tài)函數(shù)。熵增加原理告訴我們孤立體系的自發(fā)方向是熵增大的方向，即發(fā)方向是熵增大的方向，即 dS / dt 0，變化的，變化的終點(diǎn)是穩(wěn)定的平衡態(tài)。終點(diǎn)是穩(wěn)定的平衡態(tài)。33朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nanka

36、i Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 當(dāng)非孤立體系處于非平衡線(xiàn)性區(qū)時(shí)當(dāng)非孤立體系處于非平衡線(xiàn)性區(qū)時(shí) 最小熵產(chǎn)生原理告訴我們體系的變化方向是熵最小熵產(chǎn)生原理告訴我們體系的變化方向是熵產(chǎn)生率產(chǎn)生率dP / dt 0 ，這就保證了與外界約束條件相適應(yīng)的定，這就保證了與外界約束條件相適應(yīng)的定態(tài)也是穩(wěn)定的。態(tài)也是穩(wěn)定的。34朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 當(dāng)非孤立體系處于非平衡非線(xiàn)性區(qū)時(shí)，超熵產(chǎn)生判據(jù)當(dāng)非孤立體系處于非平衡非線(xiàn)性區(qū)時(shí)，超熵產(chǎn)生判據(jù) 熱力學(xué)力與流之間的關(guān)系更普遍地是非線(xiàn)性的，線(xiàn)性只熱力

37、學(xué)力與流之間的關(guān)系更普遍地是非線(xiàn)性的，線(xiàn)性只是近似的。在遠(yuǎn)離平衡的情況下是近似的。在遠(yuǎn)離平衡的情況下(非線(xiàn)性區(qū)非線(xiàn)性區(qū))是否也存在與是否也存在與S和和P一樣的狀態(tài)函數(shù)作為穩(wěn)定性判據(jù)呢一樣的狀態(tài)函數(shù)作為穩(wěn)定性判據(jù)呢? 很長(zhǎng)一段時(shí)間，人們一直很長(zhǎng)一段時(shí)間，人們一直力求把最小熵產(chǎn)生原理推廣應(yīng)用于非平衡熱力學(xué)的非線(xiàn)性區(qū)，力求把最小熵產(chǎn)生原理推廣應(yīng)用于非平衡熱力學(xué)的非線(xiàn)性區(qū)，但是最后發(fā)現(xiàn)，這種推廣是不可能的。當(dāng)體系遠(yuǎn)離平衡時(shí)，雖但是最后發(fā)現(xiàn)，這種推廣是不可能的。當(dāng)體系遠(yuǎn)離平衡時(shí)，雖然體系仍可發(fā)展到某個(gè)不隨時(shí)間變化的定態(tài)，但是這個(gè)遠(yuǎn)離平然體系仍可發(fā)展到某個(gè)不隨時(shí)間變化的定態(tài)，但是這個(gè)遠(yuǎn)離平衡的定態(tài)的熵產(chǎn)生

38、不一定取最小值。衡的定態(tài)的熵產(chǎn)生不一定取最小值。35朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) Prigogin布魯塞爾學(xué)派將相對(duì)于參考定態(tài)的熵的二級(jí)偏離布魯塞爾學(xué)派將相對(duì)于參考定態(tài)的熵的二級(jí)偏離 稱(chēng)為超熵，并用來(lái)判斷參考定態(tài)的穩(wěn)定性。將熵稱(chēng)為超熵，并用來(lái)判斷參考定態(tài)的穩(wěn)定性。將熵S和熵和熵產(chǎn)生率產(chǎn)生率P在定態(tài)附近展開(kāi)為泰勒在定態(tài)附近展開(kāi)為泰勒(Taylor)級(jí)數(shù)，在滿(mǎn)足局域平級(jí)數(shù)，在滿(mǎn)足局域平衡的情況下，可得到：衡的情況下，可得到： (8)式中式中S0是參考定態(tài)的熵，是參考定態(tài)的熵，S是擾動(dòng)態(tài)的熵。超熵的時(shí)間導(dǎo)數(shù)稱(chēng)是擾動(dòng)態(tài)的熵。超熵

39、的時(shí)間導(dǎo)數(shù)稱(chēng)為超熵產(chǎn)生（或稱(chēng)超熵產(chǎn)生率）為超熵產(chǎn)生（或稱(chēng)超熵產(chǎn)生率） 。 (9)36朱志昂212S2012SSSxP212()/xdSdtP會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)這樣可以選擇超熵產(chǎn)生作為體系定態(tài)的穩(wěn)定性判據(jù)。則有： 時(shí)，體系穩(wěn)定。 時(shí)，體系不穩(wěn)定。 時(shí)，臨界狀態(tài)。37朱志昂212212212()/0()/0()/0 xxxPdSdtPdSdtPdSdt會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)當(dāng) ， 則超熵 的值將重新趨于零，這時(shí)擾動(dòng)態(tài)將回到參考定態(tài)，因此可以說(shuō)，該參

40、考定態(tài)是穩(wěn)定的。當(dāng) 時(shí)，則處于臨界穩(wěn)定態(tài)。 38朱志昂212()/0 xPdSdt212()/0 xPdSdt212S會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，超熵時(shí)，超熵 將越來(lái)將越來(lái)越負(fù)，體系狀態(tài)將越來(lái)越偏離定態(tài)，參考定態(tài)是不越負(fù)，體系狀態(tài)將越來(lái)越偏離定態(tài)，參考定態(tài)是不穩(wěn)定的，即非平衡參考定態(tài)失穩(wěn)。對(duì)該參考定態(tài)的穩(wěn)定的，即非平衡參考定態(tài)失穩(wěn)。對(duì)該參考定態(tài)的一個(gè)很小的擾動(dòng)就可使體系越來(lái)越偏離這個(gè)定態(tài)而一個(gè)很小的擾動(dòng)就可使體系越來(lái)越偏離這個(gè)定態(tài)而發(fā)展到一個(gè)新的狀態(tài)，這個(gè)新的狀態(tài)可能保持那個(gè)發(fā)展到一個(gè)新的狀態(tài)，這個(gè)新的狀態(tài)可能保持

41、那個(gè)擾動(dòng)放大了的時(shí)空行為，即時(shí)空有序結(jié)構(gòu)擾動(dòng)放大了的時(shí)空行為，即時(shí)空有序結(jié)構(gòu)耗散結(jié)耗散結(jié)構(gòu)。構(gòu)。39朱志昂212()/0 xPdSdt212S會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 由此可見(jiàn)，在處于遠(yuǎn)離平衡的敞開(kāi)體系中，通由此可見(jiàn)，在處于遠(yuǎn)離平衡的敞開(kāi)體系中，通過(guò)控制邊界條件或其他參量，可使體系失穩(wěn)并過(guò)渡到過(guò)控制邊界條件或其他參量，可使體系失穩(wěn)并過(guò)渡到與原來(lái)定態(tài)結(jié)構(gòu)上完全不同的新的穩(wěn)定態(tài)。這種建立與原來(lái)定態(tài)結(jié)構(gòu)上完全不同的新的穩(wěn)定態(tài)。這種建立在不穩(wěn)定之上的新的有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是依靠與外界在不穩(wěn)定之上的新的有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，是依靠與外界交換

42、物質(zhì)與能量來(lái)維持的。普里高津的布魯塞爾學(xué)派交換物質(zhì)與能量來(lái)維持的。普里高津的布魯塞爾學(xué)派把它叫做耗散結(jié)構(gòu)把它叫做耗散結(jié)構(gòu), 耗散結(jié)構(gòu)的存在表明了耗散結(jié)構(gòu)的存在表明了非平衡是非平衡是有序之源有序之源。40朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) “超熵產(chǎn)生超熵產(chǎn)生”不是熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)不是熱力學(xué)勢(shì)函數(shù) 應(yīng)該指出：熵和熵產(chǎn)生都可以稱(chēng)為熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)。有了應(yīng)該指出：熵和熵產(chǎn)生都可以稱(chēng)為熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)。有了這兩個(gè)勢(shì)函數(shù)，不需要考慮動(dòng)力學(xué)過(guò)程的詳細(xì)行為，體系向什這兩個(gè)勢(shì)函數(shù)，不需要考慮動(dòng)力學(xué)過(guò)程的詳細(xì)行為，體系向什么方向演化就明確了。超熵產(chǎn)生判據(jù)取決

43、于動(dòng)力學(xué)過(guò)程的詳細(xì)么方向演化就明確了。超熵產(chǎn)生判據(jù)取決于動(dòng)力學(xué)過(guò)程的詳細(xì)行為，行為，“超熵產(chǎn)生超熵產(chǎn)生”不能成為熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)不能成為熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)，在非線(xiàn)性區(qū)缺乏，在非線(xiàn)性區(qū)缺乏任何熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的體系將發(fā)展到哪個(gè)極限狀任何熱力學(xué)勢(shì)函數(shù)，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的體系將發(fā)展到哪個(gè)極限狀態(tài)取決于動(dòng)力學(xué)過(guò)程的詳細(xì)行為，體系向什么方向演化就比較態(tài)取決于動(dòng)力學(xué)過(guò)程的詳細(xì)行為，體系向什么方向演化就比較難以確定了。難以確定了。41朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 在使用超熵產(chǎn)生在使用超熵產(chǎn)生 作為非線(xiàn)性非平衡作為非線(xiàn)性非平衡定態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)

44、時(shí)，它的計(jì)算必須沿著擾動(dòng)的具體路定態(tài)穩(wěn)定性判據(jù)時(shí)，它的計(jì)算必須沿著擾動(dòng)的具體路徑進(jìn)行，必須利用表示變化過(guò)程的特定動(dòng)力學(xué)方程。徑進(jìn)行，必須利用表示變化過(guò)程的特定動(dòng)力學(xué)方程。因此，對(duì)非線(xiàn)性非平衡態(tài)的研究必須把熱力學(xué)和動(dòng)力因此，對(duì)非線(xiàn)性非平衡態(tài)的研究必須把熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析結(jié)合起來(lái)。此外，目前對(duì)布魯塞爾學(xué)派的理論學(xué)分析結(jié)合起來(lái)。此外，目前對(duì)布魯塞爾學(xué)派的理論還存在一些爭(zhēng)論。還存在一些爭(zhēng)論。42朱志昂212()/dSdt會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)2. 自組織現(xiàn)象自組織現(xiàn)象 自然界普遍存在著自組織現(xiàn)象，例如自然界普遍存在著自組織現(xiàn)象，

45、例如: (1) 很多只在初始位置上雜亂無(wú)章（無(wú)序）的大很多只在初始位置上雜亂無(wú)章（無(wú)序）的大雁按一定規(guī)則聚集而成一行（有序），這是一種自組雁按一定規(guī)則聚集而成一行（有序），這是一種自組織現(xiàn)象織現(xiàn)象;43朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) (2)生物（如人）的生長(zhǎng)發(fā)育，是從少數(shù)細(xì)胞開(kāi)始的，發(fā)生物（如人）的生長(zhǎng)發(fā)育，是從少數(shù)細(xì)胞開(kāi)始的，發(fā)展成各種復(fù)雜有序的器官，如人的大腦就是由多約一千億個(gè)神展成各種復(fù)雜有序的器官，如人的大腦就是由多約一千億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成的極精密極有序的裝置；即使細(xì)胞，也是一個(gè)由數(shù)經(jīng)細(xì)胞組成的極精密極有序的裝置；即

46、使細(xì)胞，也是一個(gè)由數(shù)目驚人的原子組成的極有序結(jié)構(gòu)，它至少含有一個(gè)脫氧核糖核目驚人的原子組成的極有序結(jié)構(gòu)，它至少含有一個(gè)脫氧核糖核酸（酸（DNA）或其近親核糖核酸（）或其近親核糖核酸（RNA）分子，每個(gè)這樣的分）分子，每個(gè)這樣的分子由約子由約 108 到到 1010 原子組成；原子組成； (3)某一區(qū)域活動(dòng)的很多螞蟻，在一定條件下會(huì)不約而同某一區(qū)域活動(dòng)的很多螞蟻，在一定條件下會(huì)不約而同地向某一位置聚集。地向某一位置聚集。44朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) (4) 達(dá)爾文認(rèn)為，地球上的生物都是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的年代達(dá)爾文認(rèn)為，地球上的

47、生物都是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的年代，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)或者說(shuō)由較為有序向更加，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)或者說(shuō)由較為有序向更加有序發(fā)展而成的，如人是由靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物進(jìn)化而來(lái)的。馬克有序發(fā)展而成的，如人是由靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物進(jìn)化而來(lái)的。馬克思認(rèn)為，人類(lèi)社會(huì)也是逐漸由低級(jí)向高級(jí)，向更加完善更思認(rèn)為，人類(lèi)社會(huì)也是逐漸由低級(jí)向高級(jí)，向更加完善更加有序的階段發(fā)展的。生物學(xué)家和社會(huì)學(xué)家關(guān)于發(fā)展的這加有序的階段發(fā)展的。生物學(xué)家和社會(huì)學(xué)家關(guān)于發(fā)展的這種觀點(diǎn)與二十世紀(jì)前物理學(xué)家的觀點(diǎn)截然不同。種觀點(diǎn)與二十世紀(jì)前物理學(xué)家的觀點(diǎn)截然不同。45朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性

48、非平衡熱力學(xué)物理學(xué)家認(rèn)為，體系要么不會(huì)發(fā)生什么變化，要么物理學(xué)家認(rèn)為，體系要么不會(huì)發(fā)生什么變化，要么是從有序向無(wú)序演化（熱力學(xué)第二定律）。長(zhǎng)期以是從有序向無(wú)序演化（熱力學(xué)第二定律）。長(zhǎng)期以來(lái)，這兩種觀點(diǎn)和平共處，互不侵犯。物理學(xué)家和來(lái)，這兩種觀點(diǎn)和平共處，互不侵犯。物理學(xué)家和生物學(xué)家及社會(huì)學(xué)家都認(rèn)為，生命以及社會(huì)現(xiàn)象和生物學(xué)家及社會(huì)學(xué)家都認(rèn)為，生命以及社會(huì)現(xiàn)象和非生命現(xiàn)象是由不同的規(guī)律支配的，它們之間隔著非生命現(xiàn)象是由不同的規(guī)律支配的，它們之間隔著一條不可逾越的鴻溝。一條不可逾越的鴻溝。46朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)

49、但現(xiàn)代科學(xué)研究表明，在非生物界，也存在大量從無(wú)但現(xiàn)代科學(xué)研究表明，在非生物界，也存在大量從無(wú)序演變?yōu)橛行虻淖越M織現(xiàn)象。天空中毫無(wú)規(guī)則的云，有時(shí)序演變?yōu)橛行虻淖越M織現(xiàn)象。天空中毫無(wú)規(guī)則的云，有時(shí)會(huì)形成整齊的魚(yú)鱗狀或帶狀；水汽在高空凝結(jié)成規(guī)則的六會(huì)形成整齊的魚(yú)鱗狀或帶狀；水汽在高空凝結(jié)成規(guī)則的六角形雪花；火山巖漿有時(shí)會(huì)形成非常有規(guī)則的環(huán)狀或帶狀角形雪花；火山巖漿有時(shí)會(huì)形成非常有規(guī)則的環(huán)狀或帶狀結(jié)構(gòu)；太陽(yáng)系的九顆行星構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)的非常有序的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)；太陽(yáng)系的九顆行星構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)的非常有序的結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)室中有分子自組裝、超分子體系、一維、二維、。在實(shí)驗(yàn)室中有分子自組裝、超分子體系、一維、二維、三維納米

50、材料等。三維納米材料等。47朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)3 . 耗散結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)(dissip ative structures) (1) 耗散結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu) 普里高津在非平衡熱力學(xué)體系的線(xiàn)性區(qū)的研究普里高津在非平衡熱力學(xué)體系的線(xiàn)性區(qū)的研究的基礎(chǔ)上又探索了非平衡熱力學(xué)體系在非線(xiàn)性區(qū)的演的基礎(chǔ)上又探索了非平衡熱力學(xué)體系在非線(xiàn)性區(qū)的演化特征?；卣鳌?8朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 在研究偏離平衡態(tài)熱力學(xué)體系時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體系離開(kāi)平衡態(tài)在研究偏離平衡態(tài)熱力學(xué)

51、體系時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體系離開(kāi)平衡態(tài)的參數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)，體系將會(huì)出現(xiàn)的參數(shù)達(dá)到一定閾值時(shí)，體系將會(huì)出現(xiàn)“行為臨界點(diǎn)行為臨界點(diǎn)”，在越，在越過(guò)這種臨界點(diǎn)后體系將離開(kāi)原來(lái)的熱力學(xué)無(wú)序分支，發(fā)生突變過(guò)這種臨界點(diǎn)后體系將離開(kāi)原來(lái)的熱力學(xué)無(wú)序分支，發(fā)生突變而進(jìn)入到一個(gè)全新的穩(wěn)定有序狀態(tài)。若將體系推向離平衡態(tài)更而進(jìn)入到一個(gè)全新的穩(wěn)定有序狀態(tài)。若將體系推向離平衡態(tài)更遠(yuǎn)的地方，體系可能演化出新的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)。普里高津?qū)⑦@遠(yuǎn)的地方，體系可能演化出新的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)。普里高津?qū)⑦@類(lèi)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱(chēng)作類(lèi)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱(chēng)作“耗散結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)”。并在。并在1969年提出了關(guān)年提出了關(guān)于遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的非平衡熱力學(xué)體系的耗散結(jié)構(gòu)理

52、論。于遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的非平衡熱力學(xué)體系的耗散結(jié)構(gòu)理論。49朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)A. 貝納特對(duì)流實(shí)驗(yàn)貝納特對(duì)流實(shí)驗(yàn) 耗散結(jié)構(gòu)典型的例子是貝納特于耗散結(jié)構(gòu)典型的例子是貝納特于1900年發(fā)現(xiàn)的對(duì)流年發(fā)現(xiàn)的對(duì)流有序現(xiàn)象一貝納特流。在一扁平容器內(nèi)充有一薄層液體有序現(xiàn)象一貝納特流。在一扁平容器內(nèi)充有一薄層液體，液層的寬度遠(yuǎn)大于其厚度，從液層底部均勻加熱，液，液層的寬度遠(yuǎn)大于其厚度，從液層底部均勻加熱，液層頂部溫度亦均勻，底部與頂部存在溫度差。當(dāng)溫度差層頂部溫度亦均勻，底部與頂部存在溫度差。當(dāng)溫度差較小時(shí)，熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)液層

53、，液層中不會(huì)產(chǎn)生任較小時(shí)，熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)液層，液層中不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)。何結(jié)構(gòu)。50朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)51朱志昂蜂窩狀貝納特花紋圖案蜂窩狀貝納特花紋圖案但當(dāng)溫度差達(dá)到某一特定值但當(dāng)溫度差達(dá)到某一特定值時(shí)，液層中自動(dòng)出現(xiàn)許多六時(shí)，液層中自動(dòng)出現(xiàn)許多六角形小格子，液體從每個(gè)格角形小格子，液體從每個(gè)格子的中心涌起、從邊緣下沉子的中心涌起、從邊緣下沉，形成規(guī)則的對(duì)流。從上往，形成規(guī)則的對(duì)流。從上往下可以看到貝納特流形成的下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)稱(chēng)為種穩(wěn)定

54、的有序結(jié)構(gòu)稱(chēng)為耗散耗散結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)B.化學(xué)振蕩反應(yīng)化學(xué)振蕩反應(yīng) 類(lèi)似的有序結(jié)構(gòu)還出現(xiàn)在流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)類(lèi)似的有序結(jié)構(gòu)還出現(xiàn)在流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)(例如例如化學(xué)振蕩反應(yīng)化學(xué)振蕩反應(yīng))以及激光等非線(xiàn)性現(xiàn)象中。例如以及激光等非線(xiàn)性現(xiàn)象中。例如BZ化學(xué)化學(xué)振蕩反應(yīng)。下圖是此反應(yīng)在一充分?jǐn)嚢璧拈g歇釜式反應(yīng)振蕩反應(yīng)。下圖是此反應(yīng)在一充分?jǐn)嚢璧拈g歇釜式反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀察到的器中進(jìn)行時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀察到的 和和 隨隨時(shí)間的振蕩曲線(xiàn)。時(shí)間的振蕩曲線(xiàn)。52朱志昂lgBrc43lg(/)CeCecc會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nank

55、ai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)53朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)當(dāng)在反應(yīng)體系中加入氧化還原指示劑鄰菲咯啉時(shí)，這種振當(dāng)在反應(yīng)體系中加入氧化還原指示劑鄰菲咯啉時(shí)，這種振蕩能夠顯示紅色蕩能夠顯示紅色(Ce3+)和藍(lán)色和藍(lán)色(Ce4+)的周期性變化。如果的周期性變化。如果該反應(yīng)只是在試管中進(jìn)行，那么顏色的變化在持續(xù)一段時(shí)該反應(yīng)只是在試管中進(jìn)行，那么顏色的變化在持續(xù)一段時(shí)間（大約幾分鐘）后就會(huì)停止。如果將反應(yīng)安排在特制的間（大約幾分鐘）后就會(huì)停止。如果將反應(yīng)安排在特制的反應(yīng)器中進(jìn)行，不斷注入

56、反應(yīng)物、移出產(chǎn)物，可使顏色的反應(yīng)器中進(jìn)行，不斷注入反應(yīng)物、移出產(chǎn)物，可使顏色的變化維持下去形成變化維持下去形成“化學(xué)鐘化學(xué)鐘”。54朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)(2) 建立耗散結(jié)構(gòu)的條件建立耗散結(jié)構(gòu)的條件 耗散結(jié)構(gòu)理論指出，體系從無(wú)序狀態(tài)過(guò)渡到這種耗散耗散結(jié)構(gòu)理論指出，體系從無(wú)序狀態(tài)過(guò)渡到這種耗散結(jié)構(gòu)有幾個(gè)必要條件結(jié)構(gòu)有幾個(gè)必要條件:A. 產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的體體系包含有大量的體系基元甚至多層次產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的體體系包含有大量的體系基元甚至多層次的組分。貝納特效應(yīng)中的液體包含大量分子。貝洛索夫的組分。貝納特效應(yīng)中的液體包含大量分

57、子。貝洛索夫恰鮑廷斯基化學(xué)振蕩反應(yīng)，其中不僅含有大量分子原子恰鮑廷斯基化學(xué)振蕩反應(yīng)，其中不僅含有大量分子原子和離子，并且有許多化學(xué)成分。和離子，并且有許多化學(xué)成分。B. 體系必須是開(kāi)放的，即體系必須與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量的體系必須是開(kāi)放的，即體系必須與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量的交換。交換。55朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)C. 體系須是遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的，體系中物質(zhì)、能量流和熱力學(xué)體系須是遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的，體系中物質(zhì)、能量流和熱力學(xué)力的關(guān)系是非線(xiàn)性的；力的關(guān)系是非線(xiàn)性的；D. 在產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的體系中，基元間以及不同的組分和層次在產(chǎn)生耗散

58、結(jié)構(gòu)的體系中，基元間以及不同的組分和層次間通常存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，其中尤為重要的是正間通常存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，其中尤為重要的是正反饋機(jī)制和非線(xiàn)性作用。正反饋可以看作自我復(fù)制自我放反饋機(jī)制和非線(xiàn)性作用。正反饋可以看作自我復(fù)制自我放大的機(jī)制，是大的機(jī)制，是“序序”產(chǎn)生的重要因素，而非線(xiàn)性可以使體產(chǎn)生的重要因素，而非線(xiàn)性可以使體系在熱力學(xué)分支失穩(wěn)的基礎(chǔ)上重新穩(wěn)定到耗散結(jié)構(gòu)分支上系在熱力學(xué)分支失穩(wěn)的基礎(chǔ)上重新穩(wěn)定到耗散結(jié)構(gòu)分支上，并且需要不斷輸入能量來(lái)維持。，并且需要不斷輸入能量來(lái)維持。56朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力

59、學(xué)(3) 耗散結(jié)構(gòu)理論的應(yīng)用耗散結(jié)構(gòu)理論的應(yīng)用 在平衡態(tài)和近平衡態(tài)，漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾，在平衡態(tài)和近平衡態(tài)，漲落是一種破壞穩(wěn)定有序的干擾，但在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下，非線(xiàn)性作用使?jié)q落放大而達(dá)到有序。但在遠(yuǎn)離平衡態(tài)條件下，非線(xiàn)性作用使?jié)q落放大而達(dá)到有序。遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放體系通過(guò)漲落，在越過(guò)臨界點(diǎn)后遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放體系通過(guò)漲落，在越過(guò)臨界點(diǎn)后“自組織自組織”成耗散結(jié)構(gòu)，耗散結(jié)構(gòu)由突變而涌現(xiàn)，其狀態(tài)是穩(wěn)定的。耗散成耗散結(jié)構(gòu)，耗散結(jié)構(gòu)由突變而涌現(xiàn)，其狀態(tài)是穩(wěn)定的。耗散結(jié)構(gòu)理論指出，開(kāi)放體系在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的情況下可以涌現(xiàn)出結(jié)構(gòu)理論指出，開(kāi)放體系在遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的情況下可以涌現(xiàn)出新的結(jié)構(gòu)。新的結(jié)構(gòu)。57

60、朱志昂會(huì)議報(bào)告會(huì)議報(bào)告Nankai Unversity主講人：三、非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué)非線(xiàn)性非平衡熱力學(xué) 按照耗散結(jié)構(gòu)理論，化學(xué)振蕩現(xiàn)象根本不違反熱力學(xué)第二按照耗散結(jié)構(gòu)理論，化學(xué)振蕩現(xiàn)象根本不違反熱力學(xué)第二定律。自此以后，化學(xué)振蕩現(xiàn)象以及其他非平衡非線(xiàn)性化學(xué)現(xiàn)定律。自此以后，化學(xué)振蕩現(xiàn)象以及其他非平衡非線(xiàn)性化學(xué)現(xiàn)象的研究取得了飛速的發(fā)展。和化學(xué)振蕩現(xiàn)象相類(lèi)似，生命現(xiàn)象的研究取得了飛速的發(fā)展。和化學(xué)振蕩現(xiàn)象相類(lèi)似，生命現(xiàn)象曾長(zhǎng)期被認(rèn)為是不能用熱力學(xué)第二定律解釋的為生命體所特象曾長(zhǎng)期被認(rèn)為是不能用熱力學(xué)第二定律解釋的為生命體所特有的現(xiàn)象。從有的現(xiàn)象。從 19 世紀(jì)中葉開(kāi)始，科學(xué)上就有所謂的達(dá)爾文和世