Page 58 - 万物皆模式

万物皆模式 Everything is Pattern

根据热力学第二定律可知，孤立系统绝不会出现有序结构，“开放”是所有系统
向有序发展的必要条件。在开放的条件下，系统的熵增量 dS 是由系统与外界的熵交换
deS 和系统内的熵产生 diS 两部分组成的，即：dS=deS+diS。热力学第二定律只要求系

统内的熵产生非负，即 diS>=0，然而外界给系统注入的熵 deS 可为正、零或负，这要
根据系统与其外界的相互作用而定。在 deS<0 的情况下，只要这个负熵流足够强，除
了可以抵消掉系统内部的熵增量 diS，还能使系统的总熵增量 dS 为负，总熵 S 减小，
从而使系统进入相对有序的状态。

耗散结构形成的首要条件是开放系统，但开放系统并没有充分的条件保证实现这
种结构，系统还必须具备“远离平衡”和系统内的不同元素之间存在着“非线性”机
制时，耗散结构才能实现。
2.远平衡

按是否处于平衡可以将系统划分为平衡、近平衡与远平衡三种状态，在远平衡
态，其热力学性质与平衡态、近平衡态有重大差别。
平衡态的系统内各处可测的宏观物理性质都是均匀的，因而系统内部没有宏观不
可逆过程，平衡态系统遵守：

①热力学第一定律：dE=dQ-pdV，即系统内能的增量等于系统所吸收的热量减去
系统对外所做的功。
②热力学第二定律：dS/dt>=0，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向。
③玻尔兹曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即温度为 T 的系统中内能为 Ei 的子系统的比

率为 pi。
科学家普里戈金的早期工作在化学热力学领域，1945 年他总结出了最小熵产生原
理，此原理和昂萨格倒易关系一起为近平衡态线性区热力学奠定了理论基础。以普里
戈金为首的布鲁塞尔学派经过多年的努力，终于在 1969 年建立起远平衡的系统自组织

理论——耗散结构理论。
远平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的，它可测的物理性质极不均匀，这一
状态下系统的热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比颇为不同，甚至完全
相反，系统将可能走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。

远平衡，不是不平衡，也不是平衡，而是巨涨落前的远离平衡态，是处于失稳临
界点附近没有超过临界点的稳态。与此相对应，失稳可以从两个方向发生，一个方
向是由远平衡的动态平衡变为不平衡而失稳，如细胞外液 pH 值过高过低将导致碱中
毒或酸中毒。另一个方向是远平衡趋向平衡而失稳，如细胞外液钾浓度增高，而致
高血症，各种组织中特异酶谱由区别而趋向一致性，意味着组织的控制机制产生了

漏洞。

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