1、v克劳修斯和克劳修斯和“热寂说热寂说”理论理论v普里戈津和普里戈津和“耗散结构耗散结构”理论理论热力学演变和启示第1页1.经典热力学迷惑假如宇宙是一个孤立系统,依据热力学会得出什么样结论?19世纪物理学家在思索这么一个问题:第2页热力学第二定律指出,假如宇宙是一个孤立系统,则宇宙熵将不停自动增加。热力学第一定律指出,假如宇宙是一个孤立系统,则宇宙总能量是一个常数。第3页熵是什么?熵是无序之源熵是能量之殇机械能热能转化,熵增加转化,熵降低 大分子小分子分解,熵增加合成,熵降低第4页时间是什么?在经典力学中,时间只是一个与运动相关参数,时间反演是对称，过程是可逆。熵是时间之矢第5页从热力学看人生就
2、是一个不可逆过程第6页孤立系统到达熵极大平衡态后,系统内部温度和压力处处相同,能量和物质处处均匀分布。2.热寂论产生第7页 宇宙熵趋向于极大。宇宙越是靠近这个熵是极大极限状态,改变能力就越小;最终完全到达了这个状态,那就任何改变都不会发生了,这时宇宙就会进入一个永恒死寂状态。-Clausius-第二定律意味着整个宇宙最终将处于温度均匀状态，自此以后，宇宙将陷入永恒静止状态。-Helmholtz-第8页放射到太空中去热一定有可能经过某种路径转变为另一个运动形式，它能够重新集结和活动起来。-Engels-热平衡伴伴随涨落现象，而后者是不恪守热力学第二定律。-Boltzmann-3.热寂论批判第9页
3、宇宙是一个孤立系统吗宇宙是一个孤立系统吗?宇宙有边界吗宇宙有边界吗?第10页4.Clausius与Darwin悖论19世纪生物学家Darwin提出了著名生物进化论。按照Darwin进化论观点:生命发生和物种进化，都是从低级到高级、从无序到有序、从简单到复杂改变。第11页第12页Clausius热寂论与Darwin进化论描述了自然界两幅截然不一样演化图象,被称为Clausius与Darwin悖论。所以19世纪有些人认为物理世界和生物世界服从于不一样科学规律,物理学和生物学之间存在不可逾越鸿沟。第13页deS:称为熵流。diS:称为熵产生。体系diSdeS5.Schrdinger与生命热力学一个与
4、环境存在物质和能量交换开放体系熵变能够表示为:第14页体系diS在不可逆过程中，系统熵产生永远不会降低输入低熵物质和能量输出高熵物质和能量然而存在这种可能:第15页依据热力学理论，若即在非孤立系统，只要有足够大负熵流存在，系统就能够维持一个熵不变非平衡定态。则第16页低熵物质和能量(C6H12O6,净水,O2)低熵能量(太阳光能）高熵能量(体表散热)高熵物质(CO2,其它排泄物)第17页生物进化就是不停促进其复杂性和组织化,复杂性与熵相关,而组织化与信息相关。-Shannon-生命之所以能够存在，就在于从环境中不停得到负熵。-Schrdinger-第18页依据Schrdinger理论，在非孤立
5、系统，只要有足够大负熵流存在，系统就能够维持在熵不变非平衡定态。定态稳定性6.Prigogine与耗散结构理论第19页失稳失稳突变突变在一定条件下,非平衡定态有可能失稳发生突变,并产生某种新结构。Prigogine把化学钟和化学波这类新时空有序结构称为耗散结构。第20页离离原上草，一岁一枯荣。野火烧不尽，春风吹又生。春桃夏荷冬梅冬梅秋菊化学钟控制生命韵律第21页在一定条件下,非平衡定态有可能失稳发生突变,产生耗散结构这类新时空有序结构。也可能失稳发生突变,产生混沌结构这类新时空无序结构。第22页输入低熵输出高熵突变突变无序体系无序体系有序体系有序体系生命之起源第23页体系参量耗散结构分叉图进化
6、物理学进化物理学稳定稳定不稳定不稳定第24页Prigogine耗散结构理论沟通了Clausius热寂论与Darwin进化论描述自然界两幅截然不一样演化图象。Prigogine耗散结构理论证实了物理学和生物学之间不存在不可逾越鸿沟,物理世界和生物世界服从于相同科学规律。第25页 Prigogine耗散结构理论给予我们最为重要启示是-对外开放和远离平衡是一切系统存在和发展对外开放和远离平衡是一切系统存在和发展必要条件。必要条件。第26页自然演化产生了试图了解它本身人类，人类是在专心灵和智慧去感受和领悟自然。人们把认识自然比作追求一个大彻大悟境界,前人未能认识它,后人也未必能完全了解它,或许正因为如此,那种渴望深入了解自然激情永远也不会泯灭。第27页
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