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非线性相互作用使系统演化产生多个可能的分支,面临多向选择,那么,怎样才能完成对不同演化途径的选择,究竟哪一种演化途径才能成为现实?这关键的一步是通过随机的涨落来完成的。所谓涨落,是指系统中某个变量或行为对统计平均值的偏离。(4)落是系统进化的诱因系统中存在涨落是不可避免的,它是一切实际系统固有的特征。比如流体中液滴的随机运动;原子的受激跃迁和自发辐射;反应物浓度的随机波动等。这些涨落可由系统内部的不规则运动引起,也可由环境不可控的干扰引起。涨落所起的作用与系统所处的状态有关。01但是,如果系统处于远离平衡的不稳定态,即在临界点附近,微小的涨落才会得以放大,变成具有宏观尺度的“巨涨落”,从而使系统一下子跃迁到一个新的有序状态,这就是“涨落导致有序”的情况。03当系统处于稳定时,涨落还仅仅是一些小的干扰而已,它会由于系统自身的抗干扰能力而逐步衰减,从而使系统回到原来的状态。02“涨落导致有序”“涨落导致有序”的这种作用表明了进化是一个偶然性与必然性相互影响的过程。在靠近临界点的地方,系统呈现出很大的起伏,系统好象在各种可能的演化方向之间“犹豫不决”。一个小的起伏可以引起一个新的变化,它将剧烈地改变宏观系统的整个行为。馈推动系统走向有序。负反馈往往会使系统的变化衰减,而正反馈则会使系统的变化被放大和加剧,从而推动系统的质变,加速系统自复制自组织的过程,使要素微观协同产生出宏观秩序。耗散结构机理图结构涨落功能自然界的系统演化可逆与不可逆如果系统从某一状态变到另一状态后,能够再回复到原来的状态,并且同时使系统的环境也回复到原状,这样的过程就是可逆过程。可逆性与不可逆性(是否有时间箭头)01022自然界的演化过程是可逆还是不可逆的?存在物理学与演化物理学01存在物理学:时间是从外部描述运动的一个参量,它的变化并不影响运动的性质,因而也无法从运动性质来判别时间。如牛顿力学、相对论、量子力学F=md2r/dt2把t–t,方程形式不变,对时间反演对称,意味时间无方向性02演化物理学:时间不再是描述系统运动的外在参量,而是和系统的演化相联系的,从而是有物理内容的时间。热力学中的傅立叶方程?T(x?t)?t=-λ?2T(x?t)?x2把t–t,方程形式变化,时间反演不对称或对称性破缺,意味时间方向性在科学史上,有许多科学家都把不可逆性看作是近似的结果,或看作主体观点向物理世界的入侵。例如,爱因斯坦认为,不可逆性只是一种幻觉,一种主观印象,他说:“在物理学的基本定律中没有任何不可逆性,你必须接受这样的思想:主观的时间,连同它对‘现在’的强调,都是没有任何客观意义的。”“就我们这些受人们信任的物理学家而言,过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉,然而,这种区别依然持续着。”玻恩也曾经断言:“不可逆性是无知介入物理学基本定律的后果。”我们越是深入地分析时间的自然性质,我们就越加懂得时间的延续性意味着发明,就意味着新形式的创造,就意味着一切新鲜事物连续不断地产生.——普里高津实际上,自然界根本没有绝对的、无条件的可逆变化,可逆只是一种理想化的产物,是在略去某些变化不计的情况下的一种科学抽象。例如,只有忽略掉磨擦,才有理想的单摆,只有忽略其他天体对地球的影响,以及地球本身的复杂性,才有严格周期性的地球公转;只有忽略掉热的耗散,才有理想的卡诺循环。但对于具体的过程来说,不可逆过程也往往包含着某些可逆的因素01功热转化在能量品位上是不可逆的,但转化能力却有可逆性;化学反应在总体上是不可逆的,但生成物依然可以复原为反应物;生长发育和衰老是不可逆过程,但机体的协调性和组织性却经历着由低到高和由高到低的过程02也许是基于这种考虑,普里戈津强调,无论可逆或不可逆都不是唯一普适的过程,在一个多元化的世界中,可逆性与不可逆性是并存于现实之中的。因此,对我们来说,重要的不是找出简单纯粹的可逆性与不可逆性,而是要探讨现实事物中究竟包含哪些可逆与不可逆的因素,它们对物质世界的演化发展起着怎样的作用。自然界演化的方向性:进化或退化011概念进化一般是指物质客体演化中由无序到有序、由低序到高序的趋势和过程或复杂性和多样性的增长。退化—般是指物质客体演化中由有序到无序、由高序到低序的趋势和过程。序是对系统内部各要素之间的联系及演化过程性质的描述,它表征着系统的组织程度。度量参量:熵、信息量、序参量0203040506热力学对演化过程的揭示:卡诺原理:温度均衡过程必导致做功可能性的丧失热力学第二定律:汤姆逊:不能从单一热源取热全部转化为功而不产生其它影响。克劳修斯:热不可能从低温物体流向高温物体而不产
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