《自然辩证法》课件

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1、1可逆与不可逆如果系统从某一状态变到另一状态后，能够再回复到原来的状态，并且同时使系统的环境也回复到原状，这样的过程就是可逆过程。通常用数学语言加以刻画。人们把映射t-t称作时间反演变换。如果描述一个过程的动力学方程在时间反演变换下保持不变，则称该过程是时间反演对称的，亦即为可逆过程二自然界的系统演化（一）可逆性与不可逆性（是否有时间箭头)2存在物理学与演化物理学存在物理学：时间是从外部描述运动的一个参量，它的变化并不影响运动的性质，因而也无法从运动性质来判别时间。如牛顿力学、相对论、量子力学F=md²r/dt²把t–t，方程形式不变，对时

2、间反演对称，意味时间无方向性演化物理学：时间不再是描述系统运动的外在参量，而是和系统的演化相联系的，从而是有物理内容的时间。热力学中的傅立叶方程әT(x¸t)әt=-λә²T(x¸t)әx²把t–t，方程形式变化，时间反演不对称或对称性破缺，意味时间方向性（二）自然界演化的方向性：进化或退化1概念进化一般是指物质客体演化中由无序到有序、由低序到高序的趋势和过程或复杂性和多样性的增长。退化—般是指物质客体演化中由有序到无序、由高序到低序的趋势和过程。序是对系统内部各要素之间的联系及演化过程性质的描述，它表征着系统的组织程度。度量参量：熵、序参量

3、、信息量并非所有有序程度提高的过程都能称为进化。有两种变化方式，一种变化是预先编好程序的，譬如象胚胎在母体子宫内的演变和生长，另外—种类型的变化是创造性的推进”，它标志着真正的进化。对称和破缺对称是指一定变换下的不变性。这样的状态实际对应着无序破缺指一定条件下所表现的可变性，或对称性的降低，对应着系统的有序状态。复杂性和层次结构正是起源于某种对称性的破缺热力学对演化过程的揭示：卡诺原理：温度均衡过程必导致做功可能性的丧失热力学第二定律：汤姆逊：不能从单一热源取热全部转化为功而不产生其它影响。克劳修斯：热不可能从低温物体流向高温物体而不产生其它

4、影响2科学理论对时间箭头指向的回答用熵表述为：一个孤立系统的熵总趋于增大（熵增定律）熵：本义是表征系统的状态宏观意义表征系统能量分布的均匀程度（能量平均状态是熵值达到最大的状态）微观意义表征系统内部粒子的无序程度考察热力学能量从有效到无效状态的转化从较高集中程度向较低集中程度的转化从有序状态向无序状态的转变熵理论在物理学中第一次真正触及到自然界发展的不可逆性问题熵理论运用于整个宇宙，提出以熵理论为基础的宇宙理论。赫尔姆霍兹提出宇宙热寂说：宇宙不断变冷（或热），所有有用的能量最后都转化为热，宇宙最终要处于温度均匀的状态，所有的自然过程都将停止。

5、宇宙的热寂相当于永恒的宁静。一旦宇宙达到热寂，宇宙将呈现一幅惨淡的景象能量在那里还是有的，但它已经丧失了它全部的转化能力，它已经不能迫使宇宙工作，·······我们将停留在死寂的但可能是温暖的宇宙中。————琼斯在一个非常真实的意义上，我们都是这个在劫难逃的星球上的失事船只中的旅客。---------------维纳生物进化论的演化方向：从简单到复杂对热力学第二定律与生物进化论的矛盾的解决麦克斯韦妖的提出试图解决两者的矛盾齐拉德证明妖是一个有智力的存在物，妖的能力的获得涉及信息的交换、传递和熵的变化提出负熵的概念薛定谔：一个开放系统，能够不断

6、的从外界获得并积累能量，即能产生负熵。有机体如此dS=deS+diS式中，deS称熵流，可为正，也可为负，也可为零，diS是内部的熵产生，这部分绝对不会为负，即diS≥0。孤立系统des﹦0，ds﹦dis＞0，熵增封闭系统des0，ds＞0，熵增开放系统des＜0，且︳des︳﹥dis，则ds＜0熵减耗散结构理论在与环境的交换中，通过自组织形成耗散结构，即远离平衡的非线性区形成的，并且以能量的耗散来维持自身稳定性的，不以外界的微小扰动而消失的稳定的宏观有序结构。如贝纳德花纹化学钟化学波（罗索夫-扎鲍廷斯基反应）在自然界中进化和退化这两种演化

7、方向都存在它们都具有一定的普遍性，但都不是唯一普适的现象。耗散结构理论：揭示前两种理论的一致性混沌学：混沌定义包含有序的特殊状态宏观无序无律、微观有序有律的状态与规则运动相对的行为特性a对初始条件的敏感依赖性蝴蝶效应：具有不同初始条件的系统之行为，无论如何相似，总是随时间的推移呈指数分叉b服从确定性方程，具有内在的随机性不确定行为不是来源于外界环境的随机因素对系统运动的影响，而是系统自发产生的。c具有无穷嵌套的自相似性通向混沌的道路倍周期分岔道路周期成倍变化进入混沌Xn+1=BXn(1–Xn）种群量用01之间的变数表示Xn代表最大可能的种群量

8、即100%B<1时，即使种群量很大，最终集群走向灭亡B>1时，当种群量比较大时，种群量从一开始就要下降，当种群量比较小时，种群量就增加，最后都到定态值2/3处B=3