不连续现象的数学模型——托姆的突变理论

科学在对线性的、平衡的现象作了充分研究的基础上,正在向非线性、非平衡的现象进军.物理科学、生物科学对相变现象以及耗散结构一类非平衡态现象的研究.大范围的非线性经济模型的研究,都需要得力的数学武器.在数学为这类研究提供的工具中,除非线性方程分叉点理论,重正化群理论外,托姆的突变理论很引人注目.耗散结构理论的创始人普里戈金教授在本刊3卷1期《从存在到演化》一文中就专门提到这一理论.什么是突变理论?张奠宙同志的这篇文章作了生动而具体的入门介绍.     

非线性沸腾传热学-I:耗散结构理论

近30年迅猛发展的非线性科学是研究自然界复杂现象之规律的一门学科,被喻为与相对论、量子力学齐名的20世纪出现的第三次科学革命,针对沸腾系统非平衡、非线性、随机性,复杂性和非还原性的特点,作者尝试把沸腾传热学和非线性科学结合起来,建立一门新的交叉学科分支——非线性消费者腾传热学.目前,耗散结构理论、协同学理论、分岔理     

耗散结构与地球物质系统

耗散结构理论是一种关于非平衡系统的自组织理论,它是由比利时自由大学普里高津教授在长期研究非平衡态热力学和统计物理学的基础上,于一九六九年提出的。普里高津指出,一个系统要形成耗散结构至少需要四个必要条件。第一,系统必须是一个开放系统;第二,系统必须远离平衡态;第三,系统内部各个要素之间存在着非线性相互作用;第四,涨落导致有序。地球物质系统满足这四个必要条件,因此它是一个耗散结构系统。下面拟从这四个方面来阐述地球物质系统是一耗散结构系统的论题。     

热力学第四定律的提出

在电路理论研究中,美国威斯康星大学化学教授G.F.Pollnow提出了热力学第四定律.他认为这个定律对理解有机体的行为特别有用.该定律指出:“任何能量转换的网络(或远离平衡态的耗散结构)是由一个与其环境耦合的瞬时系统组成的,这个系统的势能耗散率不仅受到系统内部的制约,而且受到外部环境的限制.”Pollnow 说,根据该定律的定性结果可看到,先于有     

转变年代的科学

我们的时代是以多种概念和方法的相互冲击与汇合为特征的时代。普里高津因提出耗散结构理论而荣获诺贝尔奖,他在与尼科里斯合著的《探索复杂性》一书中论述了非平衡现象物理学、动力系统数学与实验科学之间的冲击与汇合,阐明了非线性与非平衡这两个要素在客观世界中的自组织和复杂性中所起的作用,介绍了耗散结构理论的新发展。蒙作者厚意,将这本尚未出版的著作的前言“转变年代的科学”交我刊在本期先行发表。     

负熵与熵定律的“逆过程”

熵定律曾被爱因斯坦称为自然界最基本的定律。在科学发展史中,熵定律一直以其深刻的内涵而成为后来许多科学理论的“营养基”,这只需举出玻耳兹曼的动力学理论、普朗克提出的量子论和爱因斯坦关于自发辐射的理论等例就足够了,因为这些理论的基础都是熵定律。作为熵定律“无限扩张”后果的“热寂说’确实曾经困扰过一代学者,但自从普里高津学派提出了耗散结构理论后,便打破了经典热力学中的静止观点,一度被视为消极因素或“干扰”因素的不可逆性,已被证明可能成为动态有序的源泉、相干的源泉和组织的源泉。下面提供的大气系统的实例,有力地说明了在非平衡条件下负熵流对动力系统组织化的作用。进一步的分析研究还表明,自然界存在着大量按熵定律的逆     

水流、泥沙运动及河床演变中的分形与自组织

对河流系统中的水流、泥沙运动与河床演变的自组织结构和过程作了初步的探讨，运用分形、混沌和耗散结构理论分析结构形成和演变的机制，评述了国内外关于河流形态分形研究的有关成果，提出了我们的一些设想和建议。     

现代核物理研究前沿和新机遇

正原子核是由质子和中子构成的量子多体系统,是物质结构的一个基本微观层次.经过逾一个世纪的科学研究,人们已经发现并认识了许多核现象,这些核现象深化了人类对微观物质结构的认知.同时,以核电站和放射性医疗为代表,核物理研究对社会经济发展也作出了重大贡献.尽管核物理实验和理论研究取得了巨大成就,但是,从纯科学的角度讲,核层次中面临的重大科学问题依然没有得到彻底解决,例如,将核子结合在一起的核力是什么?它是如何管控着核中的核子?为了定量地理解这个重大科学问题,必须构建或创立不同特征的"核场所",     

水流,泥沙运动及河床演变中的分形与自然组织

对河流系统中的水流，泥沙运动与河演变的自组织结构和过程作了初步的探讨，运用分形，混沌和耗散结构理论分析形成和演变的机制，评述了国内外关于河流形态分形研究的有关成果，提出了我们的一些设想和建议。     

复杂系统理论剖析

复杂系统理论是21世纪最具有生命力的科学之一.本文阐述了耗散结构理论、协同论、混沌理论、人工神经网络和混沌同步与控制理论在复杂系统理论发展历史中所起的作用.最后也叙述了目前对复杂系统理论的一些公认看法.     

涨落和中药应用

涨落是热力学中耗散结构重要因素 .一个物理、化学系统可以有千千万万个小分子合成 .因此 ,人们不大可能控制微观粒子精确运动过程 ,而这种或多或少的偏离态叫做涨落 .涨落现象是必然的、杂乱无章的、随机的 .涨落在正常情况下 ,不会对宏观产生影响 .因此 ,常常被忽略 ,但在临界点附近也可能出现巨大的涨落 ,可能不会被耗散 ,甚至被放大 ,而导致系统发生宏观改变 .这一现象的出现不由想到 :人体内的生态环境与涨落究竟是什么关系 ?用中药的时间、剂量对人体的差异、守方、换方的依据是什么 ?为什么癌症切除后会复发或者被根治 ?本文试图从涨落因素中找到中药应用的效果 .     

耗散系统结构演化论

普里高津指出:对非平衡的研究“可能会有希望从中探索出自然科学与生物、人文科学之间的联系。”本文为了实现普里高津的这种愿望,建立物理学与生物、社会科学本质的联系,提出了系统从一种耗散结构向另一种耗散结构演化的一般规律,即结构演化的方向、驱动力、结构改变的阻尼;提出了耗散系统结构演化的三定律。讨论了结构演化的媒介等问题。提出了演化压等新的概念。产生了决定论和非决定论互补的数学模型—C、T集合,L空间,用以描述耗散系统演化发展的定量规律。用自然科学的语言对生物进化、人类社会发展勾划了一幅物理图象。赋予了生物生存斗争、用进废退及生产力和生产关系、经济基础和上层建筑等生物及社会科学名词以物理学含义。     

复杂系统的热力学理论

现有的热力学理论在处理远离平衡的开放复杂系统方面遇到了前所未有的困难。本提出一个新的热力学原理：“一个远离平衡的开放复杂系统总是在寻找一种优化过程使得系统在给定的约束或代价下获得最大广义流J”的新热力学原理，在此基础上发展了开放系统的统计理论。分析了非平衡相变。阐述了复杂系统中由自然选择而导致的进化。最后从物理和数学上导出了耗散结构的形态即复杂系统的分形结构。试图为解决30年来分形机理的疑难和困惑提供借鉴。     

中国大陆盐湖盆地成盐环境演化的分形理论研究

分形理论在地球科学的应用范围,目前涉及到地震走时、水系展布、海岸形态、盆地地质界面、矿物结构及元素迁移等领域,一般仅从系统过程的一个特征信息开始演绎其分形的量度,很少对系统过程的完整演化进行讨论,在盐湖科学领域,分形理论的研究尚处于空白地位,盐湖资源与环境的分形理论研究是盐湖地学的前沿方向,值得进行积极探索。本文运用分形及分维的理论和方法,分析了中国大陆盆地盐湖卤水演化的反应过程、终止形式、酸碱度状态和组分演化的多标度、多方向以及地域性等因素,演绎出了我国各大盐湖区的成盐矿物组合特征和成矿远景环境,并指明了区域找矿方向,为盐湖矿产资源的勘探和开发提供理论依据。     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

地球系统理论基础概述

本文探讨关于地球系统的理论核心，包括地球系统的非均衡理论，地球系统的耗散结构理论与地球系统的引力场理论。非均衡理论是基础，耗散结构和引力场理论是热力和动力的起因，构成地球系统的物质流、能量流和信息流的形成机制与地球系统的运动过程。其中信息流则是调控地球系统的物质流和能量流的流量、流速和流向的纽带。     

系统研究和控制自动化

现在,正日益广泛开展着对代表完整和有组织总体的各类系统进行理论和应用的研究。人们对这一新科学的方向很感兴趣。学者们所讨论的问题范围很广,从具体(工程技术、生物学、经济学的)系统的研究方法直到提出建立完整或跨学科的系统科学等抽象问题。问题在于将出现独立完整的学科呢,还是系统研究将在控制论的某个部分范围内占有自己的地位?要对上述问题作出明确回答,显然还为时过早。在系统研究发展的现阶段,人们越来越注意对正在形成的新科学方向进行分析。一方面,这种分析能够有助于揭示正在发展的方向与生活中实际发生的、科技进步所引起的过程     

经济系统预测的混沌理论研究评述

传统的经济预测理论与方法是建立在牛顿力学范式基础上的,面对日益复杂变化的经济社会,其局限性和无效性已经显露出来.预测学的发展需要寻求新范式.以混沌等为代表的复杂性科学理论,对待自然界和经济社会现象有着与传统科学不同的思想和研究方法,为经济预测提供了新的理论框架.本文总结了传统预测范式的基本观点及国内外应用混沌理论研究经济预测的现状,提出将经济预测问题作为复杂系统问题加以研究,指出应用混沌理论对其开展进一步深入研究的领域与方向.     

中医理论——人体的系统科学

人体科学包括中医系统理论,所以《中医理论——人体的系统科学》一文被收入“人体科学”栏。     

整体小于部分之和——系统的非优结构与功能弱减现象

“整体大于部分之和”并不是一切系统的特征。对于非优系统而言,则情况相反——“整体小于部分之和”。它的意义是指:整体不仅没有转化或增添出部分所不曾具有的新功能,反而束缚压抑了各部分的原有功能——形成中的自组系统和耗散系统因内部的非优结构所造成的功能弱减现象;解体中的离散系统其部分之和不断从内部胀破整体外壳的过程便是这样。因而,自主性的人为系统应当摈除非优结构,组织和建构优化系统。