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耗散结构【耗散结构】耗散结构是指一个远离平衡的开放系统，在不断与外界交换物质和能量的过程中，通过内部非线性动力学机理，自动从无序状态形成并维持的在时间上、空间上或功能上的有序结构状态，或叫非平衡有序结构 。
基本介绍中文名：耗散结构
外文名：dissipative structure
学科：材料工程
领域：工程技术
释义：一个远离平衡的开放系统
定义耗散结构是指一个远离平衡的开放系统，在不断与外界交换物质和能量的过程中，通过内部非线性动力学机理，自动从无序状态形成并维持的在时间上、空间上或功能上的有序结构状态，或叫非平衡有序结构 。举例属于这类结构的遍及宇宙中各种系统，如贝纳德流、雷射、云街、化学振荡、生物结构，乃至城市、国家等 。耗散结构，实质上就是非平衡系统中的自组织状态 。耗散结构理论是非线性非平衡态热力学，其基本思想是认为非平衡是有序之源，涨落是非平衡相变的触发器 。系统开放性、远离平衡态、非线性作用及微观过程协同性是出现耗散结构的必要条件 。地位耗散结构理论是普里高津(I. Prigogine)提出的，业已引起物理学、化学、生物学、医学、材料科学、经济学等种学科的广泛注意 。普里高津因此而荣获1977年度诺贝尔化学奖 。理论内容耗散结构理论指出，系统从无序状态过渡到这种耗散结构有几个必要条件，一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关係是非线性的；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持 。在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态条件下，非线性作用使涨落放大而达到有序 。偏离平衡态的开放系统通过涨落，在越过临界点后“自组织”成耗散结构，耗散结构由突变而涌现，其状态是稳定的 。耗散结构理论指出，开放系统在远离平衡状态的情况下可以涌现出新的结构 。地球上的生命体都是远离平衡状态的不平衡的开放系统，它们通过与外界不断地进行物质和能量交换，经自组织而形成一系列的有序结构 。可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论基础之一 。在生物学，微生物细胞是典型的耗散结构 。在物理学，典型的例子是贝纳特流 。广义的耗散结构可以泛指一系列远离平衡状态的开放系统，它们可以是力学的、物理的、化学的、生物学的系统，也可以是社会的经济系统 。耗散结构理论的提出，对于自然科学以至社会科学，已经产生或将要产生积极的重大影响 。耗散结构理论促使科学家特别是自然科学家开始探索各种複杂系统的基本规律，开始了研究複杂性系统的攀登 。远离平衡态的开放系统，通过与外界交换物质和能量，可能在一定的条件下形成一种新的稳定的有序结构 。典型的例子是贝纳特流 。在一扁平容器内充有一薄层液体，液层的宽度远大于其厚度，从液层底部均匀加热，液层顶部温度亦均匀，底部与顶部存在温度差 。当温度差较小时，热量以传导方式通过液层，液层中不会产生任何结构 。但当温度差达到某一特定值时，液层中自动出现许多六角形小格子，液体从每个格子的中心涌起、从边缘下沉，形成规则的对流 。从上往下可以看到贝纳特流形成的蜂窝状贝纳特花纹图案 。这种稳定的有序结构称为耗散结构 。类似的有序结构还出现在流体力学、化学反应以及雷射等非线性现象中 。