主题2:复杂系统
活的,进化的
3个以上组分(三生万物,三国)
形成非线性的耗散结构
随机性造就复杂性/涨落造就有序
冻结了的随机性/ 路径依赖
分形、幂律分布
层级性、涌现性、不可还原性
死的,没有进化的
组分少
线性的
可还原的
简单系统:
微积分、牛顿力学、热力学的研究对象;
机械结构、理想气体
复杂系统:
细胞;生物体;大脑;社会;
城市;生态系统
现代自然科学的四种世界图景(哈佛大学天体物理学家雷泽尔)
无时间性,可逆的图景
牛顿力学
量子物理学
(第一类简单系统)
有时间性,不可逆的图景
熵增,序减
(退化的时间性)
热力学第二定律所表示的热力学过程
(第二类简单系统)
熵减,
序增(进化的时间性)
可预测
相对论宇宙学所表示的宇宙演化过程
不可预测
进化论所表示的生物演化过程(复杂系统)
自然是由物质微粒和力构成的
一架机器,根据牛顿定律
不停的运转
科学研究方法:
还原
数学分析
绝对时间和空间
一、第一类简单系统(无时间性的图景)
无时间性的牛顿力学
1、无时间性:用时间来定义运动,时间本身却没有定义; 在牛顿物理学的世界里,没有演化——既没有进化,也没有衰退
2、时间可逆:倒带也符合牛顿定律
熵的概念(时间箭头)
S:熵;W:系统的微观态数目
K:玻尔兹曼常数
二、第二类简单系统
(退化的时间性,熵增序减图景)
玻尔兹曼墓碑
上的公式
耗散结构理论
1)存在于开放系统中,靠与外界的能量和物质交换产生负熵流,使系统熵减少形成有序结构。
2)保持远离平衡态。
3)系统内部存在着非线性相互作用。在平衡态和***衡态,涨落是一种破坏稳定有序的干扰,但在远离平衡态条件下,非线性作用使涨落放大,达到有序。
普利高津
Ilya. Prigogine,1917-2003
1977年诺贝尔化学奖得主
三、复杂系统——耗散结构
有时间性,熵减序增且不可预测,图景4
什么是负熵流?
什么是涨落和远离平衡态?
涨落:系统内外不可预料的波动因素
平衡态或***衡态
远离平衡态
什么是非线性?
线性
1)f(x+y)=f(x)+f(y)
(整体等于部分之和,微积分)
2)f(ax)=af(x) (输出正比于输入)
x
f
x
f
x
f
正反馈
负反馈
反馈环
输出y
输入x
△x
非线性
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