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系統十論之二:耗散結構

 新鮮雜談 2022-06-08 發布于廣東

耗散結構,拆解來看,一是耗,二是散,三是結構。

曾經高中時,在西師進行奧賽集訓,第一次見到化學振蕩,也叫化學鐘擺,反應中出現其反應物(或生成物)的濃度均勻一致地隨時間而來回振蕩的現象,顏色不斷的來回變幻。這是一種時間尺度上的有序結構,只有在遠離平衡態的開放化學系才可能產生。這是一種耗散結構。

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)。

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。

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,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。

耗散結構的關鍵點其實就在“耗”、“散”、“結構”。

結構需要維持穩定有序狀態,結構的混亂發展具備兩面性。混亂有可能是向短期熵增長期熵減,短期熵增是過渡到長期熵減,進入下一個穩定有序狀態的必要階段。比如,我們鍛煉之后渾身酸痛,長思之后精神疲憊,但健康飲食和睡眠后,就進入更好的階段;企業變革之后同樣也存在混亂度增加,比如職責不清,目標混亂等。混亂也有可能是短期熵增向長期熵增,這就是我們在發展方向上出現了戰略性的問題。馬拉松跑步本為健身,但猝死頻發,明明身體變差,卻夜夜笙簫。企業都講變革,但成功寥寥。

不變行不行?隨著環境的變化,競爭的激烈,不變即便不是死也是放棄,所以目標是過渡到更高級的穩定有序狀態,但短期的混亂是不可避免的,解決混亂也是戰術上最難的。

第二方面來看,什么是耗,怎么耗?

對于人體,健康的飲食、良好的環境是關鍵。對于企業,優秀的人才引入、健康的現金流等是關鍵。這其中,主語是都會做的,定語才是更重要的。耗的一定是有價值的。人生所做的加法需要選擇。

第三方面來看,什么是散,怎么散?

有所為,有所不為,長遠無價值的就要堅決的散掉。背負太多難以遠行,放下更能拿起。人生需要做減法,丟掉無用的東西,減少表面的需求,探求內心的方向,到最后,人生將更有意義。企業也需要做減法,大而不強是常態,多而不精更無益。

昨日之所求,今日常所棄;今日之所欲,明日亦可拋。

格局夠大,方能淡定;警醒自己,輕叩友人。

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