自組織現(xiàn)象

1、自組織現(xiàn)象：經(jīng)典熱力學(xué)指出，在孤立系中，即使初始存在某種有序或差別，隨著時間的推移，由于不可逆過程的進(jìn)行，這種有序?qū)⒈黄茐模魏蔚牟顒e將逐漸消失，有序狀態(tài)將轉(zhuǎn)變?yōu)樽顭o序的狀態(tài)——平衡態(tài)，此時的熵達(dá)到最大。熱力學(xué)第二定律又保證了這種最無序的狀態(tài)的穩(wěn)定性，它再也不能自發(fā)的逆向轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻臓顟B(tài)了。對封閉系統(tǒng)，例如某恒溫定體的系統(tǒng)，平衡態(tài)時自由能最小。 F = U － TS在低溫情況下內(nèi)能的貢獻(xiàn)可能成為主要因素

2、，當(dāng)溫度下降時，由分子排列的某種有序化引起的內(nèi)能的下降對自由能的貢獻(xiàn)，有可能超過由熵下降而造成的自由能的增加，于是系統(tǒng)有可能處于一種低內(nèi)能低熵的某種相對有序狀態(tài)，但無論有序無序其出現(xiàn)的概率都是最大的。這是平衡態(tài)統(tǒng)計理論的基本假設(shè)——等概率假設(shè)決定的。,按照上述觀點(diǎn)解釋液體和固體中有序結(jié)構(gòu)的形成的理論稱為波爾茲曼有序原理。低溫下在液體和固體中出現(xiàn)的這種有序結(jié)構(gòu)稱為平衡結(jié)構(gòu)。波爾茲曼有序原理無法解釋生物中的有序現(xiàn)象。自然界中約有20種不同

3、的基本氨基酸，若按等概率觀點(diǎn)，那么形成某種特定的氨基酸殘基排列方式的蛋白質(zhì)分子的概率是極小的。例如一個具有100個氨基酸殘基的蛋白質(zhì)分子，20個不同種類的氨基酸殘基可有10130種排列方式，若按等概率觀點(diǎn)，要想得到某種特定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子的概率為10-130，不可能出現(xiàn)。假設(shè)蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列方式可以自動調(diào)整，每秒可以變換106次排列方式，也要等待10124S，地球的年齡為1017S，與實際情況不符。,實際上，在生命過程中，

4、從分子和細(xì)胞到有機(jī)個體和群體的不同水平上，無論在空間上還是在時間上都呈現(xiàn)出了有序現(xiàn)象。概括起來，一個系統(tǒng)內(nèi)部由無序自發(fā)變?yōu)橛行?，使其中大量分子或單元按一定規(guī)律運(yùn)動的現(xiàn)象，稱為自組織現(xiàn)象。按照達(dá)爾文的生物進(jìn)化學(xué)說及社會學(xué)家關(guān)于人類社會進(jìn)化學(xué)說，發(fā)展過程總是趨于種類繁多，結(jié)構(gòu)和功能變的復(fù)雜，生物體系和社會體系趨于更加有序更加有組織，而不是象經(jīng)典熱力學(xué)對于孤立體系所描述的那樣，總是趨于平衡或無序。人們曾經(jīng)把這種不一致解釋為，生命現(xiàn)象與非

5、生命現(xiàn)象由不同規(guī)律支配。,無生命世界中的自組織現(xiàn)象：天空中的云會排列成整齊的魚鱗狀（細(xì)胞云）或帶狀間隔排列（云街），高空中的水蒸汽凝結(jié)會形成非常有規(guī)則的六角形雪花，火山巖漿形成的花崗巖中，有時會發(fā)現(xiàn)非常有規(guī)則的環(huán)狀或帶狀結(jié)構(gòu)。激光的發(fā)明生命世界中與無生命世界中的自組織現(xiàn)象促使人們認(rèn)識到，這兩個世界在這方面遵循相同的規(guī)律。耗散結(jié)構(gòu)與非平衡態(tài)熱力學(xué)自組織現(xiàn)象說明，系統(tǒng)在外界持續(xù)的作用下，被驅(qū)使到遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)，當(dāng)外界作用超過一定的臨界

6、值時，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生突變，從而進(jìn)入一種空間或時間有序狀態(tài)。由于這種有序的結(jié)構(gòu)是靠不斷消耗外界的能量和物質(zhì)的條件形成和維持的，因而稱為耗散結(jié)構(gòu)。研究系統(tǒng)從無序到有序的轉(zhuǎn)換規(guī)律，熱力學(xué)的這一分支稱為非平衡態(tài)熱力學(xué)。（線形非平衡態(tài) 非線形非平衡態(tài) ）,2.熵與熱寂,威廉.湯姆孫在1852年首先提出熱寂說，他在關(guān)于自然界中機(jī)械能耗散的一篇論文中提出：在自然界中占統(tǒng)治地位的趨向是能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫箿囟壤?，最終導(dǎo)致所有的物體的工作能力

7、減小到0，到達(dá)熱死狀態(tài)。他在1862年發(fā)表的關(guān)于太陽熱的可能壽命的物理考察的論文中，更明確提出：熱力學(xué)的第二個偉大的定律孕含著自然的某種不可逆作用原理，這個原理表明雖然機(jī)械能不可滅，卻會有一種普遍的耗散趨向，這種耗散在物質(zhì)的宇宙中會造成熱量逐漸增加和擴(kuò)散，以及勢的枯竭，如果宇宙有限并服從現(xiàn)有定律，那么結(jié)果將不可避免的出現(xiàn)宇宙靜止和死亡狀態(tài)?？藙谛匏乖?865年也提出：宇宙的熵趨于一個極大值，那時宇宙將處于某種惰性的,死寂狀態(tài)。,湯姆孫與

8、克勞修斯將宇宙視為有限、孤立的絕熱系統(tǒng)，并得出以上結(jié)論，在物理學(xué)界引起了百余年的激烈爭論，一些物理學(xué)家認(rèn)為，把以地球上的實驗為根據(jù)建立的原理推廣到整個宇宙，是很難置信的。恩格斯在1869年給馬克思的信中曾嚴(yán)厲批判過宇宙熱寂說，他說：“既然這種理論認(rèn)為現(xiàn)在世界上轉(zhuǎn)化為其他各種能的熱能的數(shù)量日益超過可以轉(zhuǎn)化為熱能的其他各種能的數(shù)量，那么，作為冷卻的起點(diǎn)的最初的熾熱狀態(tài)自然就無法解釋，甚至無法理解，因此，就必須設(shè)想有上帝的存在了?！彼赋觯河?/p>

9、宙達(dá)到熱平衡，熱運(yùn)動能量已無法在轉(zhuǎn)換，已不成其為能量，即能量被消滅了。能量具有,永恒的轉(zhuǎn)換能力，“放射到太空中的能量一定有可能通過某些途徑轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動形式。,“熱寂說”的要害在于忽視了引力場在宇宙演化中的作用。在天體物理領(lǐng)域，引力效應(yīng)起著舉足輕重的作用。引力的影響相當(dāng)于使系統(tǒng)受外界的干擾，均勻分布的物質(zhì)可以由于引力的效應(yīng)演變?yōu)椴痪鶆蚍植嫉膱F(tuán)簇，由于引力的干預(yù)，使得實際的廣大宇宙區(qū)域始終處于遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)。因此，熱力學(xué)第二定律并不適用