耗散结构理论课件

系統工程報告第五章：耗散結構理論與開放發展型社會組織Textbook:「現代系統科學與管理」,李建華、傅立著,科學技術文獻出版社,1996,簡體中文,pp.55-6611/24/20221系統工程報告11/22/20221由力學觀點來看系統

動力學和熱力學是自然界兩種互為補充的解釋（普利高津）

11/24/20222由力學觀點來看系統11/22/20222有序與無序？

何謂序？順序，具有差異性，因某種功能而排列，而非均勻一致。有序系統內部之各處存在可被辨識之差異，可以被描述標示其分佈。無序系統內部均勻分佈，沒有順序性。11/24/20223有序與無序？何謂序？11/22/20223熵與不可逆運動

熱力學第二定律

孤立系統有一種不可逆的變化趨勢，從非平衡的有序狀態，逐漸轉變為均勻平衡的無序態。

達到均勻的無序態時，系統熵值最大

。

熵增原理。

熵作為一個系統的狀態函數是系統內部無序程度的量。

以埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型得到數學及實驗性的驗證。

11/24/20224熵與不可逆運動熱力學第二定律11/22/20224埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型

當系統混亂的程度(離開平衡的量n,漲落)越大，模型中的遷移率也就越大，往平衡方向移動的速度相對增大最終會達到均衡，兩缸有相同數量的球，至此兩遷移率相等，難脫離平衡11/24/20225埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型11/22/202時間與進化的疑難

與以往的運動現象完全不同的不可逆過程。覆水難收、不可能返老還童此不可逆運動似乎同時展現時間不可逆轉的經驗性與客觀存在性。

時間一去不復返這種不可逆運動所指的運動發展方向卻是使人困惑與失望的。

進化發展終至失敗11/24/20226時間與進化的疑難與以往的運動現象完全不同的不可逆過程。11耗散結構理論面臨課題

熱寂說：宇宙的熵趨於極大，將進入一片死寂永恆的狀態—克勞修斯自然是進化發展的，生命向著高級複雜的方向運動—生命現象自然是增熵的？生命的不斷進化

11/24/20227耗散結構理論面臨課題熱寂說：宇宙的熵趨於極大，將進入一片死自然界中兩類有序現象

在空間與功能兩方面有序是生命的基本特性。

自然界可區分出兩類結構或有序平衡結構或平衡有序液、固、氣態的相變；晶體；雪花；鐵磁體…等非平衡結構或非平衡的有序生命體非平衡結構依賴系統不斷的物質運動和能量耗散來維持，普利高津稱為“耗散結構”

11/24/20228自然界中兩類有序現象在空間與功能兩方面有序是生命的基本特性平衡有序與非平衡有序

11/24/20229平衡有序與非平衡有序11/22/20229耗散結構的典型驗證1貝納德(Bénard)對流實驗

11/24/202210耗散結構的典型驗證1貝納德(Bénard)對流實驗11/2耗散結構的典型驗證2雲街

中央氣象局提供→

美國國家宇航局衛星拍攝到稱作“雲街(cloudstreet)”的大氣現象。當島嶼一類的障礙物擋住海面上的積層雲，有時會産生雲街現象。雲街現象産生時，島嶼周圍的氣流形成旋渦，旋渦順風而動，場面十分壯觀。延伸了180多英里這些照片是通過多角度成像光譜輻射計拍攝而成的。11/24/202211耗散結構的典型驗證2雲街中央氣象局提供→美國國家宇航耗散結構的典型驗證3B-Z(Belousov-Zhabotinski)

反應[Zhabotinski花紋]11/24/202212耗散結構的典型驗證3B-Z(Belousov-Zhabo開放系統是系統進化的基礎

熱力學第二定律→孤立系統dS＝diS≧0，與外界無物質、能量、訊息…等交換

現實系統→開放系統dS＝diS＋deS，deS表系統熵流，及系統與環境進行物質、能量、訊息…等交換時形成的熵值變化

由於deS(熵流)，系統的演化方向出現新的可能，不一定是增熵，還可能向有序的方向發展

11/24/202213開放系統是系統進化的基礎熱力學第二定律→孤立系統dS＝d區分對時間的描述(普利高津）

11/24/202214區分對時間的描述(普利高津）11/22/202214非平衡是有序之源

系統封閉狀態→增熵，演化趨向平衡、無序、結構消失與極度混亂。

一系統如能進化，能產生耗散結構→必須是開放系統(開放不一定就會進化)

系統開放是系統與環境間存在著相互作用的關係，系統新結構的產生仍是系統內部相互作用造成。

系統開放的主要作用是導致系統內部非平衡狀態。開放系統中，由於外部條件不斷影響，系統不處於平衡而表現漲落，處於不斷離開平衡又恢復平衡的運動，形成新的有序。

11/24/202215非平衡是有序之源系統封閉狀態→增熵，演化趨向平衡、無序、結非平衡態的區分

近平衡的非平衡態：局部的外部影響引起暫時系統暫時的漲落，總體趨勢很快恢復平衡。

Example:如滴水入池、冷水加入熱水…等

很難形成有序結構

遠離平衡的非平衡態：

外部環境對系統顯著及持續作用的開放條件下，系統處理巨漲落，形成系統宏觀的超負荷流。

Example:湍流中的旋渦、經濟發展與科學技術進步造成新的社會政治結構。

真正形成有序結構之源

11/24/202216非平衡態的區分近平衡的非平衡態：11/22/202216分叉與非線性

開放系統＋環境的影響(外部控制參量l)系統產生巨漲落可能形成耗散結構或新有序結構系統處於平衡態或近平衡區時，系統只有穩定態。外參量l提高，系統進入遠平衡區，直至外參量達到一閾值lc，狀態開始失穩，系統開始形成新的有序穩定態。有序是一種新對稱性的破缺，系統狀態處於兩種或多種新的穩定態選擇，也可能存著原有的無序態。11/24/202217分叉與非線性開放系統＋環境的影響(外部控制參量l)分叉與非線性較簡單的耗散系統表現一級分叉，複雜的系統可能在第一級分叉穩定態上形成二及、三級分叉和對分叉穩定狀態的選擇。系統分化及有序結構數學上需以非線性方程式描述多重解，反應系統的分化、分叉及複雜化意味著子系統間出現相干性及相互作用。例：B-Z反應表現化學鐘是一種時間性的對稱破缺、貝納德流顯現空間性分叉和對稱破缺普利高津把開放系統、非平衡及非線性相互作用作為形成耗散結構的基本條件。11/24/202218分叉與非線性較簡單的耗散系統表現一級分叉，複雜的系統可能在第耗散結構理論的社會實踐意義

耗散結構理論是關於一般系統進化發展的內在機制討論

進化本身是通過出現新的更高級”耗散結構”而逐步發展成一個複雜多樣化的生物及社會有機體的過程。11/24/202219耗散結構理論的社會實踐意義11/22/202219以耗散結構研究社會現象11/24/202220以耗散結構研究社會現象11/22/202220組織與管理中的熵概念

社會組織為一耗散系統內部必然存在熵(混亂、無序度)自然增加的過程管理者的指令、調整及改革輸入與輸出

(人員訓練及流動、物料流通、機具更替…)人員老化、設備折舊、商品競爭力降低、意外災害、制度的不適宜耗散由於耗散結構理論研究，現代科學和管理學對社會系統的認識有一種新的合理的觀念或尺度—熵。

11/24/202221組織與管理中的熵概念社會組織為一耗散系統內部必然存在熵(非平衡是社會組織運動發展的起點

非平衡是有序之源非平衡指系統內部的差異性、分化性及不均等的狀態傳統社會模式中，社會管理追求的處處均勻平等的”大同社會”與”共產”，是把社會推向進步還是拉向退後？由耗散結構的觀點，系統越是接近平衡態，系統的自主控制功能就越差，內部也就越混亂。現代管理系統，組織各部門應多差異，結構逐漸分化，功能才能逐漸複雜。各司其職、階段分明

11/24/202222非平衡是社會組織運動發展的起點非平衡是有序之源11/22/社會組織是透過流動而形成有序

非平衡會導致系統內部的宏觀流動，產生新的有序例：財富差異造成資金的流動

風土民情的不同造就旅遊與人口遷移

系統科學強調的差異主要指局部特性和特色，不是強調某種懸殊的差異性。〔社會系統中外參量的閾值點過大可能便要造成革命收場〕

11/24/202223社會組織是透過流動而形成有序非平衡會導致系統內部的宏觀流動系統工程報告第五章：耗散結構理論與開放發展型社會組織Textbook:「現代系統科學與管理」,李建華、傅立著,科學技術文獻出版社,1996,簡體中文,pp.55-6611/24/202224系統工程報告11/22/20221由力學觀點來看系統

動力學和熱力學是自然界兩種互為補充的解釋（普利高津）

11/24/202225由力學觀點來看系統11/22/20222有序與無序？

何謂序？順序，具有差異性，因某種功能而排列，而非均勻一致。有序系統內部之各處存在可被辨識之差異，可以被描述標示其分佈。無序系統內部均勻分佈，沒有順序性。11/24/202226有序與無序？何謂序？11/22/20223熵與不可逆運動

熱力學第二定律

孤立系統有一種不可逆的變化趨勢，從非平衡的有序狀態，逐漸轉變為均勻平衡的無序態。

達到均勻的無序態時，系統熵值最大

。

熵增原理。

熵作為一個系統的狀態函數是系統內部無序程度的量。

以埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型得到數學及實驗性的驗證。

11/24/202227熵與不可逆運動熱力學第二定律11/22/20224埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型

當系統混亂的程度(離開平衡的量n,漲落)越大，模型中的遷移率也就越大，往平衡方向移動的速度相對增大最終會達到均衡，兩缸有相同數量的球，至此兩遷移率相等，難脫離平衡11/24/202228埃倫菲斯特(Ehrenfest)缸子模型11/22/202時間與進化的疑難

與以往的運動現象完全不同的不可逆過程。覆水難收、不可能返老還童此不可逆運動似乎同時展現時間不可逆轉的經驗性與客觀存在性。

時間一去不復返這種不可逆運動所指的運動發展方向卻是使人困惑與失望的。

進化發展終至失敗11/24/202229時間與進化的疑難與以往的運動現象完全不同的不可逆過程。11耗散結構理論面臨課題

熱寂說：宇宙的熵趨於極大，將進入一片死寂永恆的狀態—克勞修斯自然是進化發展的，生命向著高級複雜的方向運動—生命現象自然是增熵的？生命的不斷進化

11/24/202230耗散結構理論面臨課題熱寂說：宇宙的熵趨於極大，將進入一片死自然界中兩類有序現象

在空間與功能兩方面有序是生命的基本特性。

自然界可區分出兩類結構或有序平衡結構或平衡有序液、固、氣態的相變；晶體；雪花；鐵磁體…等非平衡結構或非平衡的有序生命體非平衡結構依賴系統不斷的物質運動和能量耗散來維持，普利高津稱為“耗散結構”

11/24/202231自然界中兩類有序現象在空間與功能兩方面有序是生命的基本特性平衡有序與非平衡有序

11/24/202232平衡有序與非平衡有序11/22/20229耗散結構的典型驗證1貝納德(Bénard)對流實驗

11/24/202233耗散結構的典型驗證1貝納德(Bénard)對流實驗11/2耗散結構的典型驗證2雲街

中央氣象局提供→

美國國家宇航局衛星拍攝到稱作“雲街(cloudstreet)”的大氣現象。當島嶼一類的障礙物擋住海面上的積層雲，有時會産生雲街現象。雲街現象産生時，島嶼周圍的氣流形成旋渦，旋渦順風而動，場面十分壯觀。延伸了180多英里這些照片是通過多角度成像光譜輻射計拍攝而成的。11/24/202234耗散結構的典型驗證2雲街中央氣象局提供→美國國家宇航耗散結構的典型驗證3B-Z(Belousov-Zhabotinski)

反應[Zhabotinski花紋]11/24/202235耗散結構的典型驗證3B-Z(Belousov-Zhabo開放系統是系統進化的基礎

熱力學第二定律→孤立系統dS＝diS≧0，與外界無物質、能量、訊息…等交換

現實系統→開放系統dS＝diS＋deS，deS表系統熵流，及系統與環境進行物質、能量、訊息…等交換時形成的熵值變化

由於deS(熵流)，系統的演化方向出現新的可能，不一定是增熵，還可能向有序的方向發展

11/24/202236開放系統是系統進化的基礎熱力學第二定律→孤立系統dS＝d區分對時間的描述(普利高津）

11/24/202237區分對時間的描述(普利高津）11/22/202214非平衡是有序之源

系統封閉狀態→增熵，演化趨向平衡、無序、結構消失與極度混亂。

一系統如能進化，能產生耗散結構→必須是開放系統(開放不一定就會進化)

系統開放是系統與環境間存在著相互作用的關係，系統新結構的產生仍是系統內部相互作用造成。

系統開放的主要作用是導致系統內部非平衡狀態。開放系統中，由於外部條件不斷影響，系統不處於平衡而表現漲落，處於不斷離開平衡又恢復平衡的運動，形成新的有序。

11/24/202238非平衡是有序之源系統封閉狀態→增熵，演化趨向平衡、無序、結非平衡態的區分

近平衡的非平衡態：局部的外部影響引起暫時系統暫時的漲落，總體趨勢很快恢復平衡。

Example:如滴水入池、冷水加入熱水…等

很難形成有序結構

遠離平衡的非平衡態：

外部環境對系統顯著及持續作用的開放條件下，系統處理巨漲落，形成系統宏觀的超負荷流。

Example:湍流中的旋渦、經濟發展與科學技術進步造成新的社會政治結構。

真正形成有序結構之源

11/24/202239非平衡態的區分近平衡的非平衡態：11/22/202216分叉與非線性

開放系統＋環境的影響(外部控制參量l)系統產生巨漲落可能形成耗散結構或新有序結構系統處於平衡態或近平衡區時，系統只有穩定態。外參量l提高，系統進入遠平衡區，直至外參量達到一閾值lc，狀態開始失穩，系統開始形成新的有序穩定態。有序是一種新對稱性的破缺，系統狀態處於兩種或多種新的穩定態選擇，也可能存著原有的無序態。11/24/202240分叉與非線性開放系統＋環境的影響(外部控制參量l)分叉與非線性較簡單的耗散系統表現一級分叉，複雜的系統可能在第一級分叉穩定態上形成二及、三級分叉和對分叉穩定狀態的選擇。系統分化及有序結構數學上需以非線性方程式描述多重解，反應系統的分化、分叉及複雜化意味著子系統間出現相干性及相互作用。例：B-Z反應表現化學鐘是一種時間性的對稱破缺、貝納德流顯現空間性分叉和對稱破缺普利高津把開放系統、非平衡及非線性相互作用作為形成耗散結構的基本條件。11/24/202241分叉與非線性較簡單的耗散系統表現一級分叉，複雜的系統可能在第耗散結構理論的社會實踐意義

耗散結構理論是關於一般系統進化發展的內在機制討論

進化本身是通過出現新的更高級”耗散結構”而逐步發展成一個複雜多