耗散系統

耗散系統（Dissipative system）是指一個遠離熱力學平衡狀態的開放系統，此系統和外環境交換能量、物質和熵而繼續維持平衡，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。

基本介紹

  • 中文名：耗散系統
  • 外文名：Dissipative system
  • 人物：伊利亞·普里高津
  • 獲得：1977年諾貝爾化學獎
  • 類型：布魯塞爾學派
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簡介

耗散系統（Dissipative system）是指一個遠離熱力學平衡狀態的開放系統，此系統和外環境交換能量、物質和熵而繼續維持平衡，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、化學家伊里亞·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。
常見的耗散結構包括對流、氣旋、熱帶氣旋及生物體。像鐳射、瑞利–貝納爾對流及B-Z反應也是耗散結構的例子。

特點

耗散結構的特點是自發生的對稱性破缺（各向異性）以及複雜，甚至混沌的結構。普里高津考慮的耗散結構有其動態的機制，因此可以視為熱力學上的穩態，有時也可以用適當的非平衡熱力學中的極值定理來描述。
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。
牛頓的萬有引力描述一個無始無終按規律運行的美好世界，而熱力學第二定律描述的是一切終將走向滅亡的熱寂，相較之下，耗散結構描述在一個遠離平衡態的開放系統中“生”的機制，但存在一個提供能量、物質和熵的外環境是其先決假定條件。

量子力學中的耗散系統

量子力學及其他以哈密頓力學為基礎的經典動態系統，具有時間可逆轉性，其本質無法描述耗散系統。理論上可以將系統進行弱耦合，以諧振子為例，可以將許多處於熱平衡，但頻率各自不同的諧振子視為一個整體，整體有很寬的頻譜，記錄整體平均的情形。會得到一個主方程，是林德布勞德方程的特例，而林德布勞德方程可視為劉維爾定理的量子力學版本。

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