耗散結構理論可概括為：一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宏觀有序結構，由于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。

我們首先從幾個例子看一下究竟什么是耗散結構。天空中的云通常是不規則分布的，但有時藍天和白云會形成藍白相間的條紋，叫做天街，這是一種云的空間結構。容器裝有液體，上下底分別同不同溫度的熱源接觸，下底溫度較上底高，當兩板間溫差超過一定閾值時，液體內部就會形成因對流而產生的六角形花紋，這就是著名的貝納德效應，它是流體的一種空間結構。在貝洛索夫—一薩波金斯基反應中，當用適當的催化劑和指示劑作丙二酸的溴酸氧化反應時，反應介質的顏色會在紅色和藍色之間作周期性變換，這類現象一般稱為化學振蕩或化學鐘，是一種時間結構。在某些條件下這類反應的反應介質還可以出現許多漂亮的花紋·，此即薩波金斯基花紋，它展示的是一種空間結構。在另外一些條件下，薩波金斯基花紋會成同心圓或螺旋狀向外擴散，象波一樣在介質中傳播，這就是所謂化學波，這是一種時間一一空間結構。諸如此類的例子很多，它們都屬于耗散結構的范疇。為了從各不相同的耗散結構實例中找出其本質的特征和規律，普里戈津學派研究了非平衡熱力學,繼承和發展了前人關于物理學中相變的理論，運用了當代非線性微分方程以及隨機過程的數學知識，揭示出耗散結構有如下幾方面的基本特點。

首先，產生耗散結構的系統都包含有大量的系統基元甚至多層次的組分。貝納德效應中的液體包含大量分子。天空中的云包含有由水分子組成的水蒸氣、液滴，水晶和空氣，因而是含有多組分多層次的系統。至于貝洛索夫——薩波金斯基反應，其中不僅含有大量分子原子和離子，并且有許多化學成分。不僅如此，在產生耗散結構的系統中，基元間以及不同的組分和層次間還通常存在著錯綜復雜的相互作用，其中尤為重要的是正反饋機制和非線性作用。正反饋可以看作自我復制自我放大的機制，是“序”產生的重要因素，而非線性可以使系統在熱力學分支失穩的基礎上重新穩定到耗散結構分支上。

第二，產生耗散結構的系統必須是開放系統，必定同外界進行著物質與能量的交換。天街中的云一定會和周圍的大氣和云進行物質交并和外界進行能量交換。如欲維持貝洛索夫一薩波金斯基反應中的時間、空間，時間——空間結構，則需不斷地向進行反應的容器中注入所需的化學物質，這正是系統與外界的物質交換。耗散結構之所以依賴于系統開放是因為根據熱力學第二定律，一個孤立系統的熵要隨時間增大直至極大值，此時對應最無序的平衡態，也就是說孤立系統絕對不會出現耗散結構。而開放系統可以使系統從外界引入足夠強的負熵流來抵消系統本身的熵產生而使系統總熵減少或不變，從而使系統進入或維持相對有序的狀態。

第三，產生耗散結構的系統必須處于遠離平衡的狀態。為了簡單說朋問題，先舉一個有關平衡狀態的例子。假定暖水瓶是完全隔熱的，里邊放入溫水，蓋上瓶塞，其中的水不再受外界任何影響，最后水就進入一種各處溫度均勻，沒有宏觀流動和翻滾且不再隨時間改變的狀態，叫平衡態，相應的結構稱為平衡結構。根據熱力學理論，在這種狀態下是不可能出現任何耗散結構的。如果把瓶塞打開，用細棒攪拌瓶中的水，這時系統內發生翻滾流動，脫離平衡態。但若重新蓋上瓶塞，經過足夠長時間，系統又將不可避免的馳豫到新的平衡態，仍不會有耗散結構。這表明系統雖走出了平衡態，但離開平衡態不夠“遠”。要想使系統產生耗散結構，就必須通過外界的物質流和能量流驅動系統使它遠離平衡至一定程度，至少使其越過非平衡的線性區，即進入非線性區。最明顯的例子是貝納德效應，若上下溫差很小，不會出現六角形花紋，表明系統離開平衡態不夠遠。待溫差達到一定程度，即離開平衡態足夠遠，才發生貝納德對流。這里強調指出，耗散結構與平衡結構有本質的區別。平衡結構是一種“死”的結構，它的存在和維持不依賴于外界、而耗散結構是個“活”的結構，它只有在非平衡條件下依賴于外界才能形成和維持。由于它內部不斷產生熵，就要不斷地從外界引入負熵流，不斷進行“新陳代謝”過程，一旦這種“代謝”條件被破壞，這個結構就會“窒息而死”。所有自然界的生命現象都必須用第二種結構來解釋。

第四，耗散結構總是通過某種突變過程出現的，某種臨界值的存在是伴隨耗散結構現象的一大特征，如貝納德對流，激光，化學振蕩均是系統控制參量越過一定閾值時突然出現

的。

最后，耗散結構的出現是由于遠離平衡的系統內部漲落被放大而誘發的。什么是漲落呢?舉個例子，密閉容器內的氣體，如果不受周圍環境的影響或干擾，就會像前面所說的那樣達到平衡態，不難想象，這時容器內各處氣體的密度是均勻的。然而由于大量氣體分子作無規則熱運動而且相互碰撞，可能某瞬時容器內某處的密度略微偏大，另一瞬時又略微偏小，即密度在其平均值上下波動。這種現象就叫漲落。如果僅限于討論處于平衡態氣體內部的漲落，意義并不十分大。雖然無規則運動和碰撞的存在將不時產生相對于平衡的偏差。但由于同樣的原因這種偏差又不斷地平息下去，從而平衡得以維持。在遠離平衡，意義就完全不同了，微小的漲落就能不斷被放大使系統離開熱力學分支而進入新的更有序的耗散結構分支。漲落之所以能發揮這么大的作用是因為熱力學分支的失穩已為這一切準備好了必要的條件，漲落對系統演變所起的是一種觸發作用。

綜述以上各點概括起來說，所謂耗散結構就是包含多基元多組分多層次的開放系統處于遠離平衡態時在漲落的觸發下從無序突變為有序而形成的一種時間，空間或時間——空間結構。耗散結構理論的提出對當代哲學思想產生了深遠的影響，該理論引起了哲學家們的廣泛注意。在耗散結構理論創立前，世界被一分為二：其一是物理世界，這個世界是簡單的、被動的、僵死的，不變的可逆的和決定論的量的世界；另一個世界是生物界和人類社會，這個世界是復雜的、主動的、活躍的、進化的，不可逆和非決定論的質的世界。物理世界和生命世界之間存在著巨大的差異和不可逾越的鴻溝，它們是完全分離的，從而伴隨而來的是兩種科學，兩種文化的對立。而耗散結構理論則在把兩者重新統一起來的過程中起著重要的作用。耗散結構理論極大地豐富了哲學思想，在可逆與不可逆，對稱與非對稱，平衡與非平衡，有序與無序、穩定與不穩定，簡單與復雜，局部與整體，決定論和非決定論等諸多哲學范疇都有其獨特的貢獻。耗散結構理論可以應用于研究許多實際現象。上面所談的“天街、貝納德效應以及貝洛索夫——薩波金斯基反應分別屬于物理和化學范疇，值得提到的是在生命現象中也包含有多層次多組分，例如從種群、個體、器官、組織、細胞以及于生物分子，各層次間以及同一層次的各種組分間存在著更為復雜的相互作用。生命系統需要新陳代謝，因而必定是開放系統。再者生命系統必然是遠離平衡的。因此生命系統成為耗散結構理論應用的對象是十分自然的。這方面目前取得較多進展的有動物體內釋放能量的生化反應糖酵解的時間振蕩，還有關于腫瘤免疫監視的問題以及一些生態學中的問題。

從廣義講，人類社會也是遠離平衡的開放系統。因此，像都市的形成發展，城鎮交通，航海捕魚，教育經濟問題等社會經濟問題也可作為耗散結構理論應用的領域。耗散結構理論自提出以來，一直在理論和實際應用兩個方面同時拓展，今后的發展也可望順著這個路子往下走。因為并非一切遠離平衡的復雜性開放系統的行為都可以歸納為耗散結構，所以，作為更高層次的一般研究復雜系統的系統科學的一個分支理論，面對紛繁復雜的實際世界，其未來充滿挑戰，也面對機會，可謂任重道遠。

小結

耗散結構理論，是系統理論發展的第二個階段。這個階段的理論主要是對系統作動態描述。即研究系統是如何維持存在的。系統內部各子系統之間是如何相互作用的，這些研究為人類認識系統功能，并最終介入系統運動，控制系統為人類利益服務打下基礎。

《一個比喻：錢對人的作用》

為了更清楚地說明熵和有序行為之間的關系也許我們可以用一位打算省錢的先生可取的選擇作比喻。如果他是一文不名，那么他在消費上的改變，相當于平衡態時，熵的變化：是零。也就是說，對于一個完全沒錢的人，也不存在對錢的支配的問題。這樣根本不存在與錢有關的任何問題。這就叫做“平衡”。實際上是一種無生命的狀態。然而真實的世界不是處于平衡態。所以我們這位希望省錢的先生，其實有少量的錢。在這種情況下，他能做的是，除必須花費一些飲食上以外，他要把他的開銷降低到能使他活下來的最低水平。這時這位先生離開平衡態有了一段距離。因為他有了一點線，因此，也就有了一些較低水平的少量的活動。這里，這位先生，有生命活動，但不多，因為錢少。距離平衡點的距離太近。現在讓我們來看遠離平衡時會發生什么情況。即，如果這位先生有許多錢，那么他除了可以盡量吃好外，要買一所房子，房子要裝修，要娶老婆，維持一個家。要把一部分錢存在銀行里，更重要的是，要合乎一部分錢辦一個實業，以便資本升值，不至于坐吃山空。等到實業辦好了，又想到通過實業使資本升值周期太慢，最快的方法是投資金融業，以錢變錢。如此這般，這里這位先生不僅每天要跑工廠，跑銀行，跑交易所，還要乘飛機到處跑。以便節省時間。手里合乎著手機，不停地與名方面通話，這叫做信息，甚至夜里也不能安眠——這就是說，當他有很多錢，遠離了平衡態時，他就表現出充分的生命力，可以干許多事情。反過來，也可以說，正是這些錢使這位先生遠離了平衡態。

自組織與耗散

自組織現象是指自然界中自發形成的宏觀有序現象。在自然界中這種現象是大量存在的，理論研究較多的典型實例如：貝納德(Bénard)流體的對流花紋，貝洛索夫－扎鮑廷斯基(Belousov-Zhabotinsky)化學振蕩花紋與化學波，激光器中的自激振蕩等。自組織理論除耗散結構理論外，還包括協同學、超循環理論等，它們力圖溝通物理學與生物學甚至社會科學，對時間本質問題等的研究有突破性進展，在相當程度上說明了生物及社會領域的有序現象。耗散結構是自組織現象中的重要部分，它是在開放的遠離平衡條件下，在與外界交換物質和能量的過程中，通過能量耗散和內部非線性動力學機制的作用，經過突變而形成并持久穩定的宏觀有序結構。

附一些常見概念：

1系統的分類：

a孤立系統：與環境既沒有物質交換也沒有能量交換

b封閉系統：與環境有能量交換，但沒有物質交換

c開放系統：與環境既有能量交換，也有物質交換

因為自然界中，真正的孤立系統實際上是不存在的，所以在實際工作中，人們常將孤立系統與封閉系統兩個概念混用。

2熱力學第二定律：任何孤立系統都會因為熱量的散失，而與環境達到熱平衡而失去做功能的能力。物理學將散失的熱量稱為“熵”，這樣，熱力學第二定律又可表述為：一個孤立系統最終都將達到一個最大熵的熱平衡狀態。（宇宙熱死）

3研究發現對于復雜系統物質來講，雖然也存在熱的散失，但系統并未走向與環境達到熱平衡的狀態，相反，復雜系統可以處在遠離熱平衡的狀態不變。

4研究發現：之所以出現上述現象，是因為復雜系統是一個“開放系統”。它除了向環境排出物質及耗散能量之外，還能不斷地從外環境得到物質和能量的補充。

5負熵：物理學將從環境得到的物質和能量稱為“負熵”。因此，物理學給生命下的定義是：生命以負熵為生。

6這樣得出耗散結構理論的第一條內容：

開放系統：系統要想保持自身的結構和功能狀態，必須是一個開放系統，必須不斷從環境獲取物質和能量的補充。

7以第一條內容為基礎，得出第二條內容：

遠離平衡態：復雜系統的結構和功能只有在遠離平衡態時才能維持。當系統接近平衡態時，功能狀態逐漸降低，達到平衡態時系統徹底死亡。

8耗散結構理論的第三條內容：

耗散結構中有正反饋存在。耗散結構的系統，要想維持自身結構和功能的存在，必須允許系統內子系統之間有正反饋相互作用存在。正是這些正反饋的存在，才引起系統內各種非線性的相互作用，并通過漲落形成穩定的結構。

9耗散結構為系統發生質變、飛躍，即一系統向另一系統轉化，新系統、新結構的產生打下基礎：子系統不斷接收外來的物質和能量后，不斷加強的正反饋運動，最終會突破系統調節中樞的負反饋控制，這時，這些子系統會在新的條件下達到新的平衡，這時原系統也就轉化成新的系統，新結構也就誕生了。