dissipative structures
比利時的普里戈金（i. prigogine）從研究偏離平衡態熱力學系統的輸送過程入手，深入討論離開平衡態不遠的非平衡狀態的熱力學系統的物質、能量輸送過程，即流動的過程，以及驅動此過程的熱力學力，並對這些流和力的線性關係做出了定量描述，指出非平衡系統（線性區）演化的基本特徵是趨向平衡狀態，即熵增最小的定態。這就是關於線性非平衡系統的「最小熵產生定理」，它否定了線性區存在突變的可能性。
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徵。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引數達到一定閾值時，系統將會出現「行為臨界點」，在越過這種臨界點後系統將離開原來的熱力學無序分支，發生突變而進入到乙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」。
從而提出了關於遠離平衡狀態的非平衡熱力學系統的耗散結構理論（2023年）。
耗散結構理論指出，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係是非線性的；三是系統內部不同元素之間存在著非線性相互作用，並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，在越過臨界點後「自組織」成耗散結構，耗散結構由突變而湧現，其狀態是穩定的。耗散結構理論指出，開放系統在遠離平衡狀態的情況下可以湧現出新的結構。
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的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。
耗散結構理論的提出，對於自然科學以至社會科學，已經產生或將要產生積極的重大影響。耗散結構理論促使科學家特別是自然科學家開始探索各種複雜系統的基本規律，開始了研究複雜性系統的攀登。
遠離平衡態的開放系統，通過與外界交換物質和能量，可能在一定的條件下形成一種新的穩定的有序結構。
典型的例子是貝納特流。在一扁平容器內充有一薄層液體，液層的寬度遠大於其厚度，從液層底部均勻加熱，液層頂部溫度亦均勻，底部與頂部存在溫度差。當溫度差較小時，熱量以傳導方式通過液層，液層中不會產生任何結構。
但當溫度差達到某一特定值時，液層中自動出現許多六角形小格仔，液體從每個格仔的中心湧起、從邊緣下沉，形成規則的對流。從上往下可以看到貝納特流形成的蜂窩狀貝納特花紋圖案。這種穩定的有序結構稱為耗散結構。
類似的有序結構還出現在流體力學、化學反應以及雷射等非線性現象中。
耗散結構的特徵是：①存在於開放系統中，靠與外界的能量和物質交換產生負熵流，使系統熵減少形成有序結構。耗散即強調這種交換。
對於孤立系統，由熱力學第二定律可知，其熵不減少，不可能從無序產生有序結構。②保持遠離平衡態。貝納特流中液層上下達到一定溫度差的條件就是確保遠離平衡態。
③系統內部存在著非線性相互作用。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，達到有序。
比利時的普里高津、德國的哈肯、日本的久保-鈴木等學派對遠離平衡態的耗散結構理論的建立與發展作出重要貢獻。但理論尚屬初級階段，有待於發掘新的概念、規律和數學工具。耗散結構理論已用於研究流體、雷射等系統、核反應過程，生態系統中的人口分布，環境保護問題，乃至交通運輸、城市發展等課題。
耗散結構理論是指用熱力學和統計物理學的方法，研究耗散結構形成的條件、機理和規律的理論。
耗散結構理論的創始人是伊里亞·普里戈金(ilya prigogine)教授，由於對非平衡熱力學尤其是建立耗散結構理論方面的貢獻，他榮獲了2023年諾貝爾化學獎。普里戈金的早期工作在化學熱力學領域，2023年得出了最小熵產生原理，此原理和翁薩格倒易關係一起為近平衡態線性區熱力學奠定了理論基礎。普里戈金以多年的努力，試圖把最小熵產生原理延拓到遠離平衡的非線性區去，但以失敗告終，在研究了諸多遠離平衡現象後，使他認識到系統在遠離平衡態時，其熱力學性質可能與平衡態、近平衡態有重大原則差別。
以普里戈金為首的布魯塞爾學派又經過多年的努力，終於建立起一種新的關於非平衡系統自組織的理論──耗散結構理論。這一理論於2023年由普里戈金在一次「理論物理學和生物學」的國際會議上正式提出。
耗散結構理論提出後，在自然科學和社會科學的很多領域如物理學、天文學、生物學、經濟學、哲學等都產生了巨大影響。著名未來學家阿爾文·托夫勒在評價普里戈金的思想時，認為它可能代表了一次科學革命。
耗散結構理論可概括為：乙個遠離平衡態的非線性的開放系統(不管是物理的、化學的、生物的乃至社會的、經濟的系統)通過不斷地與外界交換物質和能量，在系統內部某個參量的變化達到一定的閾值時，通過漲落，系統可能發生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態轉變為一種在時間上、空間上或功能上的有序狀態。這種在遠離平衡的非線性區形成的新的穩定的巨集觀有序結構，由於需要不斷與外界交換物質或能量才能維持，因此稱之為「耗散結構」(dissipative structure)。
可見，要理解耗散結構理論，關鍵是弄清楚如下幾個概念：遠離平衡態、非線性、開放系統、漲落、突變。
(1)遠離平衡態
遠離平衡態是相對於平衡態和近平衡態而言的。平衡態是指系統各處可測的巨集觀物理性質均勻(從而系統內部沒有巨集觀不可逆過程)的狀態，它遵守熱力學第一定律：de=dq-pdv，即系統內能的增量等於系統所吸收的熱量減去系統對外所做的功；熱力學第二定律：
ds/dt>=0，即系統的自發運動總是向著熵增加的方向；和波爾茲曼有序性原理：pi=e-ei/kt，即溫度為t的系統中內能為ei的子系統的比率為pi.
近平衡態是指系統處於離平衡態不遠的線性區，它遵守昂薩格(onsager)倒易關係和最小熵產生原理。前者可表述為：lij=lji，即只要和不可逆過程i相應的流ji受到不可逆過程j的力xj的影響，那麼，流ji也會通過相等的係數lij受到力xi的影響。
後者意味著，當給定的邊界條件阻止系統達到熱力學平衡態(即零熵產生)時，系統就落入最小耗散(即最小熵產生)的態。
遠離平衡態是指系統內可測的物理性質極不均勻的狀態，這時其熱力學行為與用最小熵產生原理所預言的行為相比，可能頗為不同，甚至實際上完全相反，正如耗散結構理論所指出的，系統走向乙個高熵產生的、巨集觀上有序的狀態。
(2)非線性
系統產生耗散結構的內部動力學機制，正是子系統間的非線性相互作用，在臨界點處，非線性機制放大微漲落為巨漲落，使熱力學分支失穩，在控制引數越過臨界點時，非線性機制對漲落產生抑制作用，使系統穩定到新的耗散結構分支上。
(3)開放系統
熱力學第二定律告訴我們，乙個孤立系統的熵一定會隨時間增大，熵達到極大值，系統達到最無序的平衡態，所以孤立系統絕不會出現耗散結構。那麼開放系統為什麼會出現本質上不同於孤立系統的行為呢？其實，在開放的條件下，系統的熵增量ds是由系統與外界的熵交換des和系統內的熵產生dis兩部分組成的，即：
ds=des+dis
熱力學第二定律只要求系統內的熵產生非負，即dis>=0，然而外界給系統注入的熵des可為正、零或負，這要根據系統與其外界的相互作用而定，在des<0的情況下，只要這個負熵流足夠強，它就除了抵消掉系統內部的熵產生dis外，還能使系統的總熵增量ds為負，總熵s減小，從而使系統進入相對有序的狀態。所以對於開放系統來說，系統可以通過自發的對稱破缺從無序進入有序的耗散結構狀態。
(4)漲落
乙個由大量子系統組成的系統，其可測的巨集觀量是眾多子系統的統計平均效應的反映。但系統在每一時刻的實際測度並不都精確地處於這些平均值上，而是或多或少有些偏差，這些偏差就叫漲落，漲落是偶然的、雜亂無章的、隨機的。
在正常情況下，由於熱力學系統相對於其子系統來說非常大，這時漲落相對於平均值是很小的，即使偶爾有大的漲落也會立即耗散掉，系統總要回到平均值附近，這些漲落不會對巨集觀的實際測量產生影響，因而可以被忽略掉。然而，在臨界點(即所謂閾值)附近，情況就大不相同了，這時漲落可能不自生自滅，而是被不穩定的系統放大，最後促使系統達到新的巨集觀態。
當在臨界點處系統內部的長程關聯作用產生相干運動時，反映系統動力學機制的非線性方程具有多重解的可能性，自然地提出了在不同結果之間進行選擇的問題，在這裡瞬間的漲落和擾動造成的偶然性將支配這種選擇方式，所以普里戈金提出漲落導致有序的論斷，它明確地說明了在非平衡系統具有了形成有序結構的巨集觀條件後，漲落對實現某種序所起的決定作用。
(5)突變
閾值即臨界值對系統性質的變化有著根本的意義。在控制引數越過臨界值時，原來的熱力學分支失去了穩定性，同時產生了新的穩定的耗散結構分支，在這一過程中系統從熱力學混沌狀態轉變為有序的耗散結構狀態，其間微小的漲落起到了關鍵的作用。這種在臨界點附近控制引數的微小改變導致系統狀態明顯的大幅度變化的現象，叫做突變。
耗散結構的出現都是以這種臨界點附近的突變方式實現的。
一座城市不斷有人外出和進入，生產的產品和原料也要川流不息地運人及運出。這種與外界環境自由地進行物質、能量和資訊交換的系統，稱為開放系統。當開放系統內部某個參量的變化達到一定閾值時，它就可能從原來無序的混亂狀態，轉變為一種在時間上、空間上和功能上的有序狀態，即耗散結構。
如一壺水放在火爐上，水溫逐漸公升高，但水開後水蒸氣不斷蒸發，壺中的水和空氣就形成了乙個開放系統，帶走了火爐提供的熱量，水溫不再公升高，達到了一種新的穩定狀態。
耗散結構理論中的「開放」是所有系統向有序發展的必要條件。如乙個企業只有開放才能獲得發展，這種開放不僅是輸出產品，輸入原料，而且涉及人才、技術和管理等方面。不斷引進入才和技術，不斷更新裝置，才能使企業充滿生機和活力。
「耗散結構」的簡介與分析
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