材料热力学耗散结构

1、Dissipative structure and time 报告人：XXX耗散结构与时间观1Part1.什么是耗散结构 ？2 自组织现象自组织现象：在一定外界条件下，系统内部自发地由无序变为有序的现象。这种演化过程叫自组织过程。 无生命界 生物界 大脑是150亿个神经细胞有规律排列组成的极精密极有序的系统。假定这种排列是随机形成的，而且每一种排列有相等的概率，那么即使每秒进行100次排列，也要经过10109亿年才能出现一次特定的排列。而地球年龄才几十亿年！六角形的雪花鳞片状的云蛋白质大分子链由几十种类型的成千万个氨基酸分子按一定的规律排列而成3 开放系统的热力学第二定律对开放系统，一个系统熵

2、的变化： 由系统内部引起的diS0 与外界能量或物质交换引起的熵变，称为熵流，用deS 表示。对于开放系统，若对于孤立系统，由克劳修斯等式和不等式有TQSdd 0d Q，有 dS 0SSedd热力学第二定律的普遍形式4SSSeiddd 整个系统的熵变为 耗散结构理论耗散结构( Diissipative Structure) 理论是20世纪70年代兴起的一种新的科学方法论 , 它是基于物理中热力学第二定律发展起来的。1977 年, 比利时著名理学家普利高津( Prigogine) 因成功地提出了耗散结构理论而荣获诺贝尔奖。普利高津指出, 一个远离平衡的开放体系( 不管是力学的、物理的, 还是化学

3、的、生物的) , 当外界条件达到某一阈值时, 量变可能引起质变, 系统通过不断地与外界交换能量和分子,会自动出现一种自组织现象, 组成系统的各子系统会产生一种互相协调的作用, 从而可能从原来的无序状态变为一种时间、空间和功能的有序结构。这种非平衡状态下的新的有序结构就是耗散结构。5 生命与熵生物学：开放系 物种进化热力学第二定律说明了孤立系统中的自然过程有方向性： 自然界实际上也存在许多过程:有序无序无序有序热力学：孤立系 能量退化6 生命与熵生命过程-耗散过程热平衡-死亡高熵-混乱(碳水化合物 净水) 物质(化学能)能量负熵(CO2 污水 排泄物等) 物质能量(功 热)正熵有 机 体开放系统

4、7 生命与熵 必须是开放系统 维持低熵状态低熵高能食物-如碳水化合物低熵低能食物-净水动物 要吃低熵食物有机物 和周围环境有物质和能量交换 摄入低熵物质 排出高熵物质8Part2.热力学时间观9 时间的起源远古人类把日、月、江、海等自然物加以人格化，就成为各种各样的神。之后，他们从众多神中选出一个神作为产生其它神的众神之神。这种最根本的神，其中就有时间之神Chronus（克罗诺斯）。10 哲学家的时间观康德纯粹理性批判中认为：时间和空间是人的感性的先验直观形式。马克思时间是人的积极存在，它不仅是人的生命的尺度，而且是人的发展的空间。奥古斯丁从静止的存在的角度：时间并不是客观存在，而是心灵的延展

5、。亚里士多德从物质存在的角度：时间是衡量物体运动的数目。11 科学领域的时间观绝对时间：空间是绝对的，时间是绝对的，不受任何外界因素的影响，它持续不断地从过去进入未来。 只是肯定了时间的存在及特征，但是却没有回答时间究竟是什么，也未说明时间不是什么、或者什么也不是.这与时间就是空间及运动的天文学本质在大部分上基本接近。 量子论的时间观：量子力学建立在统计学基础之上，时间似乎可以向前也可以向后，时间是可逆的。 量子论的核心不区分时间的两个方向。 四维空间：我们的宇宙是由时间和空间构成的，时空的关系是在空间的架构上比普通三维空间的长、宽、高外又加了一条时间轴。该理论认为时间是构成我们生活空间的一条

6、维度。没有时间：出自李易文的无时论。时间就像法线、磁感应线一样，是一种为了方便我们更好的计算与认识自然界规律的一种工具，它既不是一种绝对恒定的物理参数，也不是大爆炸后产生出的有头没尾的一种能量形式，更不是构成我们世界的一条虚数维度。该理论认为时间是一种度量单位，并不以物质或能量的形式客观存在。12 热力学的时间观牛顿力学、电磁理论、相对论都不区分过去和未来，无法解释自然界自发过程的方向性原则。打碎杯子不会自动复原；木乃伊不会重新复活；一杯水不能自动沸腾13 热力学的时间观自然界自发过程的方向性原则与热力学第二定律相联系。热力学系统：大数目粒子行为WkSlog熵系统无序程度自发过程总是向熵增加的方向发展；即向系统混乱程度增加的方向发展热力学时间箭头玻尔兹曼墓（Ludwig Boltzmann 1844-1906）14 热力学的时间观 数学家 史蒂芬指出： 至少存在三个时间箭头 将过去和将来分开三个箭头所指方向一致热力学箭头无序度增加的时间方向只能记住过去 心理学箭头宇宙膨胀宇宙学箭头15 时间的层次普里高津将我们对时间的描述分为三个层次:与运动有关的时间，这是动力学意义上的时间，它是可逆