探究君团第49期：耗散结构 - 探究六君子
- 特别提醒
- 以下探究内容，是基于个人理解，由于每个人的认知都是不完备的，所以结论有可能都是错的。
模型理解 WHAT：是什么 内涵 - 一个远离平衡态的开放系统，通过不断与外界交换物质和能量，在外界条件变化达到一定阈值时，能从原来的无序状态变为时间、空间或功能的有序状态, 这种非平衡条件下的、稳定的、有序的结构称为耗散结构 。这种结构要依靠耗散外界的物质和能量来维持，因此称为耗散结构。
- 相比之下,平衡结构的有序主要表现在微观上的有序、是不随时空变化的“死”结构 ,没有进一步发展的可能;而耗散结构中的有序则表现为宏观上的有序 , 是一种处于运动变化中的“活”结构 ,体系的状态 、性能向着优化方向转变, 因此 ,比热力学平衡结构更具广泛应用性。
- 比利时科学家普利高津(I.Prigogine)通过对远离平衡的物理现象的研究, 经过十几年的努力,于1969 年在一次“理论物理和生物学”国际会议上提出的一个重要概念，创立了耗散结构理论。他的这一重大贡献被誉为“70 年代最辉煌的成就之一” , 荣获1977 年度的诺贝尔化学奖 。普列高 津在 自组 织现 象的基础 上,概 括 了物理 的、生物 的、化学 的等等各 种远 离平衡态 的系统,在一定 条件下 经过 演化 出现 的有序 结构及其 共 同规律,创 立 了耗 散结 构 理 论,实现 了生命和 无生命界的大 统一
- 系统论里非常核心的一个理论，耗散结构是极其普遍的，只要满足了几个条件，输入性的主导型力量动量，改变系统内原有的离散的混沌状态，是随机扰动，随机碰撞，不是有序的组织在一起的，是随机碰撞的，在下层系统中受到几个基础的力，次分子结构，原子结构是相对比较稳定的；耗散结构有一个条件，三个或三个以上的独立因素相互作用，各要素之间是要关联起来，是非线性的关联，按照统一的原则组织起来，都远离了原来的平衡态，进入了一个动态的平衡态；
- 身体系统物质系统、能量系统、信息系统，也是一个三体系统，心智系统，心智结构，也是一个耗散结构系统，一个人处于舒适区就是处于平衡态，整个行为处于离散状态，系统行为没有被一个外在的输入性的动量支配，进行远离平衡态的行为，比如巨大的经济危机，被巨大的机会砸中，外在的力量就会把他的行为重新组织起来； 输入性动量在把他的整个行为进行改变，远离平衡态；
- 耗散结构是普遍存在的，原子拆开来看也是耗散的，需要与其他元素发生交换，比如共享电子，共享组成一个系统，水分子是一个系统，二氧化碳也是一个系统，只是观察尺度的问题，在某一个尺度和某一个场域里面得出的是一个独立的系统，但是在外大的系统看，是一个开放的大系统，微观上无序在宏观上是有序的；换个视角来看生态位都是有原因的，一定是有力量把它驱动到这里；大尺度的大视角的看，都不是随机的，都是有驱动因素和因果关系的，很多随机只是观察尺度的问题，这是最基本的前提
- 耗散结构的形成必须要满足的四个条件
- 必须存在开放的体系
- 通 过与外 界交换 物质和 能量,引人负嫡 流,才 可 能从 无序 走 向有序 ;
- 远离平衡态
- 并且是在非线性的非平衡区域有可能形成稳定有序的结构，能产生自组织现象的耗散结构有非线性相互作用才能 产生相 干效应 和协间一 改的动作,产 生突变 和分叉,形成宏 观有 序结构。
- 非线性
- 动力 学方 程,有 多 重解,有稳 定 解 和 不稳 定 解,从 而使 系 统的 演 化 发展 可能 出现几 种 不 同 的结果,产生 了进 化的多 样性 和复杂 性 ;
- 存在涨落
- 系 统 内的 涨落,由于非 线性 作用 的放大,形成 巨 涨落,因 此,普列 高津说 二 “在 耗散 结构 里,在 不稳 定 之后 出现 的宏 观有 序 是由增 涨最快 的涨 落决 定 的。因此,这种 新型 的有序 可 以 叫做`通 过涨 落 的有 序’ ”。由此 看来,涨 落是形 成新 结 构的杠杆,是新 结 构的胚 胎,通过涨 落达 到有序,是 一个重 大 的概 念革 新。
- 与孤立体系不同 ,开放体系中,除了考虑体系内部的熵之外, 还必须考虑体系与外界熵的交换。即开放体系的总熵变为:dS =diS +deS 总熵=内熵+外熵
- diS内熵 :由体系内部的不可逆过程引起的熵变, 叫熵产生 。diS 不可能为负(熵增加原理)
- deS外熵 :体系与外界环境进行物质交换时引入的熵变,叫熵流 。可通过控制外界条件使它为正 、为负或为零。如果 deS <0 ,且其绝对值足够大,就能够在抵消了体系的熵增加(diS >0)之后, 使体系的总熵减少 ,从而使体系走向具有生机活力的耗散结构。
- 自组织
 - 普利高津把体系的非平衡态划分为线性非平衡态(近平衡态)和非线性非平衡态(远平衡态)两部分 。对于某一体系 ,若以控制参量 A(A 代表外界对体系的控制)为横坐标 , 以状态变量 X 为纵坐标作图可得图 1[ 1] , 平面上每一点代表体系的一种可能的状态与 A0 对应的 X0 表示平衡态 , 随着 A 偏离A0 ,X 值(体系)也就偏离平衡态 , 如果 A 偏离较小,则体系会演变到近平衡态的非平衡定态(a段),这是平衡态的延伸 ,当A 达到或超过阈值 Ac , 线段 a 的延续 b上各非平衡定态就变得不稳定(失稳), 非线性作用通过局部涨落或扰动的放大, 足以引起体系的突变 , 离开代表无序状态的热力学分支而跃变到稳定的新分支 c 或 c′上, 新分支上每一点都对应着体系的某种时空有序结构 ,即耗散结构 。
- 相应的分支(c 或 c′)称为耗散结构分支。这种由于热力学分支在 Ac 处状态失稳而使体系突变到有序化的过程 ,称为非线性非平衡相变,即自组织现象。自组织现象只能发生在AC-A阶段，也就是非线性非平衡态，在线性平衡区域仍然受到熵增的制约，自发过程 仍是 趋于破 坏任何 有序而增 加无序,自组 织现 象不能发 生。在 一定 的条件 下,系统 内部 自发 地组 织并从无序 变为有 序的 现象,称为 自组织
- 自组织现象普遍存在于宇 宙、自然 界、生物界 到人类 社 会 中。自组织现象生命系统在 自然界 中,生 物是 由种种细胞 按 精确 的规律 组成 的高度有 序 的组织.例 如,人 的大脑 是 由 1 50 亿个 神 经细胞 组成 的一个极 其精密,极其有 序的组织。现代分 子生物 学也证 实,每 一 个 生 物细 胞 中也 有 非 常奇特有 序结 构,在一个 细胞 中至少含 有一 个 D N A (脱 氧核糖 核酸 ) 或它 的近亲 R N A ( 核糖 核 酸 ) 分子。这 些 有序组织,是 开放 系统并远 离平衡 态,并 与外 界不 断地交 换物 质和 能量来 维持.如果 生 命系 统,一 旦 由非 平 衡 转为平衡态,由有序变为无 序,就 退化 衰老意 味着 死亡。这就 是生命过程 的 自组织现 象。
- 非线性
- 相互作用体系处于非平衡态 , 其内部必有“流”和“势”存在着的宏观动力学过程。非线性项的物理意义就是体系内的非线性相互作用, 即体系内的各部分(或各子系统)间产生的协同作用和相干效应。这种相互作用是彼此相干耦合反馈式的, 因此也叫非线性的正反馈机制。这种非线性的相互作用能促使体系从理变到质变 ,演化到新的时空有序结构。
- 主要行为模式具有分叉、突变、滞后 、自激荡、自组织、自创性 、自生长、自复生甚至混沌运动等非平庸行为涨落涨落也叫扰动 ,是指体系的某个变量或某种行为对平衡值的偏离 。
- 涨落
- 涨落是偶然的、随机的、杂乱无章的 ,在不同状态下作用不同。耗散结构理论认为,在接近平衡态的线性非平衡区 ,涨落的发生只使体系状态暂时偏离 ,这种偏离状态不断衰减,直至回到稳定状态 。而在远离平衡的非线性区,体系中一个随机的微小涨落,通过非线性的相互作用和连锁效应被迅速放大, 就可以形成整体的宏观的“巨涨落” , 从而导致体系发生突变 ,形成一种新的稳定有序状态, 即所谓“涨落导致有序” 。
- 耗散结构的案例人体的细胞每四年换一遍人运动也是耗散
- 耗散结构理论中的科学思想耗散结构理论 中的科学思想
- 关于可逆与不可逆关于可逆性
- 与不可 逆性 耗 散结构理 论在嫡增 加原理 首次 揭示 了 时 间的不 可逆性 (时 间单 向性 ) 的基础 上,着 重研究 了 系统 在 远 离平衡 态情 况下 的不可 逆过 程,指 出远 离平衡的 开放系 统,一旦 形成 涨落,就发 生 突变,经 过分 支 点形 成 新 的稳定 的有序 结构,绝不 会再 返 回到 原来状 态。普列 高津指 出 : 不可逆过 程是 客观存 在 的,并 不是 因为 碰 到 复 杂 系统 时 由于 测量不 精确 而采用 附加 的近 似假定.反 之,可 逆过程 才是 一种抽 象 的 假定。在 许多 运 动 现象 中,不 可逆过 程起 着基本 的建设性作 用。不可逆 过程 同样深 深扎 根于动力 学 中,现 在人 们正 在 探索 将 不 可 逆 过 程 和 动力 学的可 逆过程 统一 起来。耗散 结构理 论首 次揭示 了可 逆性及 不可 逆性 的本质 及二 者之 间 的辩 证统 一
- 关 系关于平衡与非平衡
- 普列 高津在建 立 耗散结 构理论 过程 中注 重把握 平衡及 非平衡 之 间 矛盾 的 转化.系 统 处于 平 衡态,只 能 走向无序,而“非 平衡是 有序 之源”.他 在研究 远 离平衡 态热力 学系 统时引人 局域 平衡 假定,整 体上 系统是 非 平衡的,可分为宏观 上充分 小 的,微观 上非 常大 的单元,这样 化整 为零,把非平 衡问题 化 为许多 局 域 平 衡 问题 来 处理。这样,可 以 把平衡 态热力 学 中的概念、原 理和 方法运 用于非 平衡 的研究.然 后再 积零 为整.再 推广引 伸 出一系列 的,适用于非 平衡态 的概念、原理 和模 型。
- 关于简单性与复杂性
- 普 列 高 津 指 出: 我 们 到 处 见 到 的都是 不 断增加着 复杂 性和多 样性 的进化 过程,应该 用复 杂性去 认识 客观世界 3I]。从耗散结构理论 中可 以知 道,一个复 杂 的整体不 能看 成是许 多小单 元 的简单线性组 合,因 为小单 元之 间存在 着互 相 联 系和 互 相 制 约 的 复 杂关系,必 须从整 体上 对复杂 系统 进行研 究。关于决定论与非决定论拉普拉 斯 的决定论 认 为未来 已 经包 含在过 去 的条件之 中,对任何 事情 都可 以 从理论上 作出决 定 性 预 言。而耗散结 构理论认 为,系 统经过 临界 点之后,处于哪个稳 定分布上,由概 率决 定,具 有 随机性。这是 一种 非 决 定论 的观点涨落的双重性涨落是 指系 统某种 客观 状态的平均 值偏 高,涨 落可 以 破坏 系统 的稳 定 性。在 传 统的思 维 中,涨 落 仅 仅 被 看作某种 不 利于系 统稳定 存在 的 因素,只 被看作 干扰 因 素起 消极作 用。但 是,在 耗 散 结构理 论 中,涨 落 被 赋 予 了新的意 义.在一 定条件 下,涨落也 是系 统发 展演化 的建设 性 因素,通 过涨落 达到 有序。总之,涨落是 一种 普遍 的现象,它揭 示 了同一性 之 中存 在着 差异,其 表现形式 是多 种多样 的。涨落对 于 系 统 的 发 展 演 化,既 可 以 起 破 坏作 用,也可 以 起建 设作 用。
非线性要求三个或者三个以上的因素，三体就会进入非线性，会形成动态平衡，混沌系统；系统在系统外没有足够强的力量输入的情况下，处于一种惰性的状态，随机，无业游民，当系统外的输入性动量比较强的时候，就会出现涌现和自组织；系统要有一个主导因素，美苏争霸是两种力量的线性关系，不均衡，苏联解体，美国一国独大，美国力量减弱，多种力量相互作用，进入一种非线性关系，动因太多，谁也没办法主导谁；人的身体本身就是一种耗散结构，就要远离平衡态，唯一的方式就是要与系统外进行融合，引进负熵；现实中的关系是离散的，非线性的，就会产生混沌，超过阈值就会产生突变，形成耗散结构；区分宏观态与微观态； ，耗散结构最明显的一个例子，水流遇到石头会形成浪花，但是不停的有水流过，不断地形成浪花，这就是一个耗散结构； 生物体遗传过程中会有突变，生物体的进化不是平滑的，而是突变的，因为任何一个系统都是最少有三个或者三个以上的独立的力量在作用，从一个态跃迁到另外一个态，必须要让三个态都发生改变，不是单个元素的变化；比如减肥，人的体重不是线性的，从200斤减到170，和从170减到150和从120减到90，是不一样的，在每一个区间里都是不同的作用要素力量关系的，作息、运动量，饮食结构等，也就是运动输出量，和输入量之间的比较，需要多个参数长期的作用才能改变；胖的人会越来越胖，代谢率低，因为规模的幂次规律 应用场景 虽然耗散结构理论是从自然科学的研究中总结和提炼出来的, 但由于它的研究对象是开放体系,而宇宙中的各种系统都是与环境具有互塑共生性的开放体系, 因此它在哲学、经济、社会等领域同样具有可借鉴性 ,在物理 、化学、生物、地质、社会 、经济 、教育等领域都取得了具有重要价值的研究成果 。 产业结构的演化 - 各级分支显示了产业结构演化的过程。如系统处于图 ' 中 1. 分支上某点，它必定是经过临界点 O、并沿分支 A1'、B1' 演化而来的。每一个产业结构都是在原有的产业结构的基础上发展起来的，工业时代的产业结构是在农业经济时代产业结构的基础上产生的。
- 现代经济的产业结构是在工业经济时代产业结构基础上产生的，又有新的内容产业结构演化经过以第一产业为主到以第二产业为主，到发达国家以第三产业为主一次次分叉和复杂的历史演变而来的。
- 技术创新及高新技术产业化，它们在产业结构演化过程中起“负熵”的作用。可以预言，随着高新技术的发展，这个过程还将继续发展下去。
- 产业结构高级化常常是以单个产业部门的变动为先导，最终产业结构形成和演化在于产生涨落，导致产业结构的变动。在产业结构演变过程中，高新技术由于技术创新在生产中引入新的生产函数，形成高速的增长率，并直接产生一系列新兴的产业。同时，高新技术具有极强的辐射力和渗透力，对其它产业的成长具有较强的关联效应，主要表现为回顾效应、旁顾效应和前向效应。通过关联效应，将新技术扩散到整个产业系统，引起整个产业的技术基础更新，在此基础上建立新的产业间技术经济联系。因此，高新技术引起产业结构中产业状态的改变，类似于“涨落”导致耗散结构的演化。
- 关键点：产业结构演化类似于耗散结构非平衡演化，是需要条件的，只有不断引入“负熵”才能使其由低级向高级演化。
在生态系统的应用 - 生态系统作为开放体系, 通过吸收太阳能作为负熵流而存在和发展。在整个生态系统中又可根据不同的对象划分出多种不同属性的子系统,如人类社会生态系统 、自然生态系统、农业生态系统、工业生态系统、城市生态系统等 。耗散结构理论可用来解释和解决生态系统中的诸多现象和问题。
- 若以自然生态系统为开放体系 ,设人类社会生态系统(外界环境)对自然生态系统输入的熵流为deS Ⅰ ;若以人类社会生态系统为开放体系, 设自然生态系统(外界环境)对人类社会生态系统输入的熵流为 deSⅡ 。若 deS Ⅰ =deS Ⅱ <0 ,对人和自然都是最完美的,就可建立稳定的 、可持续发展的生态平衡 , 实现人与自然的和谐 、共融 。但事实上,现实中的情况并非如此,他们之间的相互作用被人为地变得更加复杂:
- 虽然气候的异常变化、泥石流、地震、台风等自然灾害的发生对人类社会造成了一定程度的伤害,使这部分熵流为正, 但总的说来 ,自然生态系统对人类社会生态系统输入的熵流 deSⅡ <0 , 因为自然生态系统就象是人类的能量物资储备库,支撑着人类一切的生产消费。
- 相反, 化石燃料的使用产生了温室效应 、酸雨;过垦过牧导致土地的荒漠化、沙漠化 ;生物资源的过度使用引起物种快速消失;工业污染 ;滥施农药等 , 都是人类输入自然的正熵流,即 deS Ⅰ >0 ,这是生态系统实现有序的最大威胁。如果任其发展, 不加以控制,会加速自然生态系统的熵增 ,而更快速地趋于“死亡” ,当死亡的系统再不能向人类社会生态系统提供负熵、甚至提供大于零的 deSⅠ 时 , 人类社会生态系统最终也只能趋于“死亡” 。
在经济领域的应用 - 我国加入世贸组织(WTO),使我国经济体制从闭关自守的计划经济变革为有生机活力的市场经济, 实现新的“飞跃” , 从非平衡观点来看 ,是耗散结构理论的体现。首先,WTO 提供了一个国际市场竞争的统一、规范的制度框架体系和国际通行规则 。加入 WTO , 就要将 WTO 的规则作为中国经济体制改革和进一步扩大开放的重要参照,这无疑就是耗散结构理论中外界对开放体系输入的负熵流。而当许多外国跨国公司进入中国市场,必将打破国内垄断性行业的垄断状况 。竞争的激烈程度迫使中国企业要有竞争意识 ,注意新产品的研究开发,加大技术投入,努力提高员工素质和管理水平 。竞争的压力也会促使中国企业加快经济结构和产品结构的调整 ,加速企业的改组、改制 、改革进程 ,改变那种具有浓重的“中国特色”的垄断性行业的市场规则 、行业保护价政策以及形形色色的地方保护主义 ,形成更合理 、更有序、更具生机活力的适应世界经济的体制。从非平衡观点业看 ,这一变革就是中国加入 WTO 后通过自组织过程形成有序的耗散结构的结果。
如何应用 如何构建耗散结构系统 输入 ：引入负熵 - 大量阅读大量游历多样化，多元化，广泛只有大量输入才能与自我的存量进行竞争大量接受市场信息输入性动量要素主导一些负熵的方式概率思维逆向思维系统思维调节回路与原来的观点是矛盾的，进行修复，
- 内部竞争自己要与自己的思想的搏击，输入与输出之间的竞争观念与观念之间的碰撞，才会形成涨落，形成自组织结构市场检验，占领市场突变就是通过碰撞才形成的，需要去学，然后去碰撞，验证，从而涌现出新的现象；
- 输出与构建 ：行动自组织新的结构和形态以及新产品， 以及信念，是否 符合市场需求，需要验证与检验并且获得及时反馈，与外部碰撞之后形成的及时反馈形成有价值的经得起检验的指导法则，可以封装调用形成晶体结构，知行合一
- 及时反馈通过实践获得及时反馈 ，形成正反馈系统，从而形成自组织和涌现
- 构建自己认知的耗散结构
- 任何一个耗散结构都是由多个支撑点的，心智层面，认知层面，行为层面构建三维系统；信息变数据，数据变智能；仅仅改变认知结构，包括信息量，信息的多元性，多样性，社会各个领域的理论的前言的知识，作为知识的输入，但是还不足以改变认知结构，还需要改变你的逻辑，辩证逻辑，形式逻辑等，形成你的底层的操作系统，这样才能内化成的心智结构，否则大脑只是储存器，建构底层的思维模型；苏秦下山之后游说六国一塌糊涂，然后开始修炼内功，修炼心智水平；然后是你看问题的视角，佛学交给你6只眼去看待问题；信息源的多样性；行为上出问题的原因就是心智结构，底层的操作系统的问题，克服不了情感，欲望和情绪； 执行过程中，在优化心智结构； 形成自己的认识的晶体结构，形成结构化思维的心智模式；
- 构建企业耗散结构
- 华为一杯咖啡吸收宇宙能量；华为内部员工除了专业知识之外，还需要学习别的知识，用咖啡链接知识，把外在的知识吸引到企业内部；
- 咖啡形成一个节点，形成合作和碰撞，但是在内部知识场是随意流动的，外界的知识信息不断地进入；在各个国家设立研究院，引进第一流的先进知识；解决方案的流程化方案化，把遇到问题的场景的解决方案，形成知识化，方案化，系统的赋能能力非常强；
- 市场开发，产品开发遇到的问题全部集成化，系统化； 建立内场域的学习场，不用耗费很多的精力，知识已经变成模块化；人才层面，多元化的使用人才，最优质的人才，有一套战略和架构，基于一个耗散系统搭建的，从人才的待遇，生产基地的建筑风格，物质、生活习惯、价值归属感，一体多面的，立体的方式，多个方面同时满足你做贡献；
应用案例 - 股市
- 个人
- 心智结构、认知结构、行为操作层面需要很重要的动量输入，不仅仅是信息的输入，非常原始的系统动力是动机，动机不够强的话，很难走远，所以需要很长远的目标；所以输入的动量除了信息之外，更重要的是你的意图，愿力，大愿心，宏大的目标，和意义，才能有足够的动力带动你前进； 内生性的东西很重要；
- 我将如何应用耗散结构来改变自己的工作和生活
- 打造耗散结构的系统，树立自己的人生使命，致力于提高人们的战略思维；然后不断的输入多元类多样化跨学科的知识信息，形成自己的心智结构、认知结构，形成自己的底层操作系统，以及晶体结构，形成新的我，形成耗散结构；阅读、讨论、实践是
- 很好的注入能量的方式；输出与反馈，不断的输出迭代改变原来的模型和结构；
应用模型
旋转的银河系的星盘核心是系统边缘渊源不断的输入力量；陀螺模型浪花模型流程模型应用边界CAUTION - 注意事项 CAUTION
- 一定要开放，以及打破阈值，不然的话是形不成耗散结构的；
- 应用边界 BORDERING
- 不同层级的系统，它的定义的要素不太一样；
- 有些没有主导性力量进入的话，就不适应用耗散结构的模型去用
- 孤立的系统以及封闭的系统不适用
探究君团- 使命：让工作和生活变得简单
- 愿景：影响一亿人实现幸福人生
- 目标：探究本质 知行合一
- 价值观：帮助他人 成就他人 独立思考 明辨批判
- 原则：问题导向 实用主义
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