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耗散結構理論概說

 心住至善 2013-09-16

耗散結構理論概說

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耗散結構是指一個遠離平衡狀態的開放系統,由于不斷和外環境交換能量物質和熵而能繼續維持平衡的結構,對這種結構的研究,解釋了自然界許多以前無法解釋的現象。

耗散結構一詞由比利時物理學家、化學家普里高津發明。普里高津創立了耗散結構理論,研究一個系統從混沌無序向有序轉化的機理、條件和規律的科學,他為此曾獲1977年諾貝爾化學獎,但他的研究結果迄今仍不是學術界公認的完整理論。

以前的物理理論認為,只有能量最低時,系統最穩定,否則系統將消耗能量,產生熵,而使系統不穩定。耗散結構理論認為在高能量的情況下,開放系統也可以維持穩定。例如生物體,以前按照熱力學定律,是一種極不穩定的結構,不斷地產生熵而應自行解體,但實際是反而能不斷自我完善。其實生物體是一種開放結構,不斷從環境中吸收能量和物質,而向環境放出熵,因而能以破壞環境的方式保持自身系統的穩定。城市也是一種耗散結構。

比利時的普里戈金從研究偏離平衡態熱力學系統的輸送過程入手,深入討論離開平衡態不遠的非平衡狀態的熱力學系統的物質、能量輸送過程,即流動的過程,以及驅動此過程的熱力學力,并對這些流動和力的線性關系做出了定量描述,指出非平衡系統(線性區)演化的基本特征是趨向平衡狀態,即熵增最小的定態。這就是關于線性非平衡系統的“最小熵產生定理”,它否定了線性區存在突變的可能性。

普里戈金在非平衡熱力學系統的線性區的研究的基礎上,又開始探索非平衡熱力學系統在非線性區的演化特征。在研究偏離平衡態熱力學系統時發現,當系統離開平衡態的參數達到一定閾值時,系統將會出現“行為臨界點”,在越過這種臨界點后系統將離開原來的熱力學無序分支,發生突變而進入到一個全新的穩定有序狀態;若將系統推向離平衡態更遠的地方,系統可能演化出更多新的穩定有序結構。普里戈金將這類穩定的有序結構稱作“耗散結構”。從而提出了關于遠離平衡狀態的非平衡熱力學系統的耗散結構理論(1969年)。

耗散結構理論指出,系統從無序狀態過渡到這種耗散結構有幾個必要條件,一是系統必須是開放的,即系統必須與外界進行物質、能量的交換;二是系統必須是遠離平衡狀態的,系統中物質、能量流和熱力學力的關系是非線性的;三是系統內部不同元素之間存在著非線性相互作用,并且需要不斷輸入能量來維持。   

在平衡態和近平衡態,漲落是一種破壞穩定有序的干擾,但在遠離平衡態條件下,非線性作用使漲落放大而達到有序。偏離平衡態的開放系統通過漲落,在越過臨界點后“自組織”成耗散結構,耗散結構由突變而涌現,其狀態是穩定的。耗散結構理論指出,開放系統在遠離平衡狀態的情況下可以涌現出新的結構。地球上的生命體都是遠離平衡狀態的不平衡的開放系統,它們通過與外界不斷地進行物質和能量交換,經自組織而形成一系列的有序結構,可以認為這就是解釋生命過程的熱力學現象和生物的進化的熱力學理論基礎之一。

在生物學,微生物細胞是典型的耗散結構。在物理學中典型的例子是貝納特流。廣義的耗散結構可以泛指一系列遠離平衡狀態的開放系統,它們可以是力學的、物理的、化學的、生物學的系統,也可以是社會的經濟系統。耗散結構理論的提出,對于自然科學以至社會科學,已經產生或將要產生積極的重大影響。耗散結構理論促使科學家特別是自然科學家開始探索各種復雜系統的基本規律,開始了研究復雜性系統的攀登。   

遠離平衡態的開放系統,通過與外界交換物質和能量,可能在一定的條件下形成一種新的穩定的有序結構。典型的例子是貝納特流,在一扁平容器內充有一薄層液體,液層的寬度遠大于其厚度,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。當溫度差較小時,熱量以傳導方式通過液層,液層中不會產生任何結構。但當溫度差達到某一特定值時,液層中自動出現許多六角形小格子,液體從每個格子的中心涌起、從邊緣下沉,形成規則的對流。從上往下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩定的有序結構稱為耗散結構。類似的有序結構還出現在流體力學、化學反應以及激光等非線性現象中。

耗散結構的特征是:   

一、存在于開放系統中,靠與外界的能量和物質交換產生負熵流,使系統熵減少形成有序結構。耗散即強調這種交換。對于孤立系統,由熱力學第二定律可知,其熵不減少,不可能從無序產生有序結構。   二、保持遠離平衡態。貝納特流中液層上下達到一定溫度差的條件就是確保遠離平衡態。   

三、系統內部存在著非線性相互作用。在平衡態和近平衡態,漲落是一種破壞穩定有序的干擾,但在遠離平衡態條件下,非線性作用使漲落放大,達到有序。

比利時的普里高津、德國的哈肯、日本的久?!從緦W派等對遠離平衡態的耗散結構理論的建立與發展作出重要貢獻。但理論尚屬初級階段,有待于發掘新的概念、規律和數學工具。耗散結構理論已用于研究流體、激光等系統、核反應過程,生態系統中的人口分布,環境保護問題,乃至交通運輸、城市發展,人文社會等課題。

開放系統。開放系統是產生耗散結構的前提,耗散結構理論強調系統的開放性,對于一個企業而言,“開放”是至關重要的,它需要與外界環境永不間斷地交換比如它需要采購外界生產資料,從外界購進先進的技術設備,企業需要受到國家法律法規及政策的制約,需要受到工商局的監督,受到稅務部門的審核并按時納稅;另外,為了正常贏利和發展,企業需要時刻關注同類產品市場中的競爭對手,從而采取相應的競爭策略,企業需要以各種途徑了解消費群體,與之發生有效溝通,從而采取相應的營銷策略;企業需要搞自身形象設計(CI),通過廣告宣傳,讓更多的人了解自己,從而增加自身品牌的受眾等等。   

整個企業的發展過程都在與外界發生著物質、信息的交換,從采購到生產再到營銷,無一不顯露出作為系統看待的一個企業對外界開放是至關重要的。因此可以看出耗散結構理論中的“開放性”思想對一個企業的管理起到宗旨性指引作用。

耗散結構理論強調非平衡態是有序之源。這一點也明顯的體現在企業發展的過程中,比如,中國各地推行“裁員增效”,提出“競爭上崗機制”,那么這種“競爭”就是一種非平衡態,具體體現在企業內部,它也是存在的,工作人員為了獲得更高的工資或使自己級別職稱得到提升,會更加積極地努力,擴充自己的知識,提高自己的業績。最終會使企業的整體生產效率得到提高。另外,企業對其生產產品的定價管理也是一種非平衡態,當受外界市場的影響,產品價格相對過高而不占優勢時,企業就不得不將其價格降低,并達到一種臨時性的相對穩定。   

耗散結構理論提出漲落導致有序的觀點。它強調系統中某個微小的變化會帶來大的結果性偏差,這體現在營銷管理中稱之為“馬鞭效應”。比如,在“禽流感”突如其來之時,全國上下一片嘩然,大量禽、蛋類產品出現滯銷,那么作為一個禽類養殖企業,就會宰殺并囤積大量家禽,并投資引進清潔設備,實施裁員增效,有的甚至由于資金不能順利周轉而紛紛倒閉。作為這些企業的管理者,完全應該在亞洲出現“禽流感”首例事件時就能預見到這樣的后果,并及時采取措施——低價拋售所有禽類并發展養豬或養牛等第二行業。這便是“漲落導致有序”給人們在管理過程中的提示。另外,又比如一個生產企業,它期初對一種產品的營銷組合是這樣的:價格策略采用撇油定價法,進行高定價策略;渠道策略采用包含批發商、零售商在內的中間商進行拓展渠道;促銷策略采用大量投放廣告,提高產品及公司的知名度。當發展一段時間后,企業發現本產品的價格在市場上不具有競爭力,需要降低時,其營銷組合中各要素都要發生相應的變化,從而才能適應市場的需求,價格策略變成低價策略;渠道策略改用直銷方式;促銷策略采用推銷人員上門推銷方式,并取消廣告投入,從而使得營銷組合形成一種新的穩定狀態。

因此,“漲落導致有序”告訴人們系統中的任何一個元素都有可能隨時發生變化,而且任一元素的微小變化都能使得整個系統中的其它元素發生變化,并最終形成一個新的相對穩定狀態。具體反映在企業管理中,管理者應該重視發生在企業中的任何意外和變化,并及時采取措施,對相應問題進行整體性宏觀調整,從而能夠維持企業穩定地發展。

企業管理競爭力的評價指標是耗散結構理論的間接實踐應用。適當的指標體系是進行準確評價的關鍵。對要素的層面做進一步詳盡分析,參照企業績效評價理論,并結合中國企業的特點,建立較為客觀的企業管理競爭力評價指標。整套體系既有定量化內容,也有定性分析,從不同角度、不同方面考察管理競爭力的現狀,幫助企業找到管理的薄弱環節,為有效提高企業綜合競爭力奠定基礎。

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