3自然界的系统演化.ppt

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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。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自然界的演化过程是可逆还是不可逆的？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

2、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，意味时间方向性在科学史上，有许多科学家都把不可逆性看作是近似的结果，或看作主体观点向物理世界的入侵。例如，爱因斯坦认为，不可逆性只是一种幻觉，一种主观印象，他说：“在物理学的基本定律中没有任何不可逆性，你必须接受这样的思想：主观的时间，连同它对‘现在’的强调，都是没有任何客观意义的。”“就我们这些受人们信任的物理学家而言，过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉，然而，这种区别依然持续着。”玻恩也曾经断言：“不可逆性是无知介入物理学基本定律的后果。”我们越是深入地分析时间

3、的自然性质,我们就越加懂得时间的延续性意味着发明,就意味着新形式的创造,就意味着一切新鲜事物连续不断地产生.——普里高津实际上，自然界根本没有绝对的、无条件的可逆变化，可逆只是一种理想化的产物，是在略去某些变化不计的情况下的一种科学抽象。例如，只有忽略掉磨擦，才有理想的单摆，只有忽略其他天体对地球的影响，以及地球本身的复杂性，才有严格周期性的地球公转；只有忽略掉热的耗散，才有理想的卡诺循环。但对于具体的过程来说，不可逆过程也往往包含着某些可逆的因素功热转化在能量品位上是不可逆的，但转化能力却有可逆性；化学反应在总体上是不可逆的，但生成物依然可以复原为反应物；生长发育

4、和衰老是不可逆过程，但机体的协调性和组织性却经历着由低到高和由高到低的过程也许是基于这种考虑，普里戈津强调，无论可逆或不可逆都不是唯一普适的过程，在一个多元化的世界中，可逆性与不可逆性是并存于现实之中的。因此，对我们来说，重要的不是找出简单纯粹的可逆性与不可逆性，而是要探讨现实事物中究竟包含哪些可逆与不可逆的因素，它们对物质世界的演化发展起着怎样的作用。（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

5、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、信息量、序参量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影响2科学理论对时间箭头指向的回答可以证明，只要有热量从高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加。熵的变化就成为可逆过程与不可逆过程差异的一种判据。用熵表述为：一个孤立系统的熵总趋于增大（熵增定律）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

6、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的概念使热力学第二定律超出于热力学被推广到更加广泛的领域。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。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

7、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，d