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1、关于开放系统的理论及其运用间题郭晓晖`,。自贝塔兰菲创立一系统科学的发展已有近五十年的历史了般系统论以米其lJ、、、,一才日继竞l几控制论信息论耗散结构理论协同学等从不同侧面研究系统间题的学科,。,世界科学的舞台井日益汇合成一个统一的知识门类一一系统学系统学的初步研究已,。使我们有可能从更一般的意义上把握它的基本内容并将其投入实际问题的运用、一系统的分类与本文的主题,,什么是系统?系统是指客观上实冰存在着的卜心要素纽放的由两个或两个么上的不。;具有一定结构和功能的有机整体它本身又是它所从属的更大系统的组成部分’,,,从这个定义出发我们不难看出系统作为一个
2、有机整体它在任何意义上都不是、。,一种无条件的绝对单一的存在物当我们在论及某一系统时总是要以相对于它来说,也同时并存着的某一外围环境为基础并把它当作是由它和这一环境共同构成的一个更。、,大系统的组成部分来对待系统与环境之间的这种彼此依赖互为条件的关系吝观上。决定了系统的存在只有可能是以联生的方式与环境共存系统与环境的共存是所有存在,,。着的系统的共性它作为系统学的基本问题将自始至终贯穿于系统学的全部理论之中,。系统学正撬在深入研究这一基本问题的基础上来揭示系统的存在及演化规律的,,;系统与环境之间的关系密叨而复杂对于不同的系统它可以有不同的表现即使,。,
3、对于问一系统它也可能由于环境的组成及性质的不同而呈现出非常不同的情形但是,,如果抛开各个具体系统与其环境之问关系的特殊性而从一般性的角度来加以把握那一,,就会发现在所有的系统与它们各自所对应的环境之间都不同程度地发生着或是物质、、。,的或是能量的或是信息的交换关系系统与环境之间所发生的这三种交换乃是系。,统与环境之间关系的三个最基本的方面系统学对于系统所作出的理论上的划分正是。依据这三个基本方面而达到的,:,以系统与环境之间的基本关系为标准系统可大致划分为如下两个大类其一与、、,;环境没有任何物质能量信息交换的孤立系统(也有人称封闭系统)其二与环境、、。
4、至少有物质能量信息三者之一的交换的开放系统孤立系统与开放系统的戈J分不是,,。,,绝对的孔一定条件下它们可以相互转化例如一个开放系统当它所受到的来自,。外围环境的作用不足以改变它的状态时它就可以近似地被看作是一个孤立系统,,,在现实世界中孤立系统一般没有与之严格相符的客观原型存在在理论上它仅仅是一个理想化了的抽象概念。对于这类系统,所谓环境并非是本来意义上的它的环境,。,,而充其量只是一种外在于它的存在而已但是尽管如此系统学的研究却从来没有对一43一。,它抱以任何轻视或冷漠的态度因为不论是从系统学的发生发展的历史还是从它的现,、,有的理论组成来看孤立系统
5、及其理论都曾以其独特的出发点参照系的形式为它的。,理论大厦的落成而起过奠基性租导向性的作用所以当我们在展示开放系统理论的基本内容之前,有必要首先回到孤立系统的理论那里去。、二开放系统理论的基本内容。,系统学的基本问题是系统与环境的关系问题系统学关于开放系统的理论就是要,。以这一基本问题为主线而展开并以这一基本问题的解决为归宿:(一)从孤立系统到开放系统热力学第二定理的重新表述,。,关于孤立系统的理论研究集中体现于热力学第二定理之中该定理指出对于一,、、,个系统如果它与环境不发生任何物质的能量的和信息的交换关系它就会自发地从,;初始的非平衡有序状态走向无序
6、的平衡状态其间伴随着墒值的不断增大直到趋于无。,穷大为止若假设系统在嫡不断增大的过程中其内部的嫡产生为dis而系统的总嫡,,变化为ds那么按热力学第二定理孤立系统的嫡行为的数学表述就应该是s=5dd1)0(1)在上式中,右边的等号只有在系统达到有序的平衡态、嫡取得最大值时才能成立。,热力学第二定理对于孤立系统的数学表述启发我们孤立系统自身的不可逆过程所,,产生的嫡不可能在它内部得到必要的消耗和抑制巨大的嫡积累会象一块磁石一样把,;它引向高嫡值的平衡无序态系统若要有效地克服其内部不断产生出来的嫡以使它不,,致于被嫡积累所吸引那只可能有一个出路即把系统所产生
7、的嫡连续地遣散到环境中,,。去而要做到这一点就必须使系统从孤立走向开放以比利时物理学家普利高津为代`,,表的布鲁塞尔学派正是在受到上述思想启发的情况下刁开始把他们的视角从过去一。,向注重系统自身的研究转向对系统与环境之间关系的研究的他们的研究不仅明确地提出了当代系统学的基本问题,而且还直接创立了开放系统的理论。,,,在普利高津看来一个系统如果是开放的那么在描述它的嫡行为的时候除了要,。,考虑系统内部的嫡产生外还要考虑系统与外围环境之间的嫡交换这样尽管系统内,,部不断有嫡产生但如果能以很快的速率把它们遣散到环境中去那么系统的总嫡就有,。可能不再增大甚至有可
8、能保持不变或逐渐缩小为了确切地给开放系统以完整的数学,表述普利高津把系统的总嫡分
