不可逆过程热力学理论
不可逆过程热力学
闭系与开系, Q deS T d e S 0 吸热过程 d e S di S 0
di S 不可逆产生熵 d e S 0 放热过程
流→熵平衡方程
s S sd , J S t J S 熵流密度 局域熵产生率 dS d s sd d dt dt t J S d J S d d
1 , Jq T T 1 Xq , Jq Xq T 热传导满足傅里叶定律 J q T ,
2 1 T Jq 0 2 T T 局域熵产生率是恒正的 Jq s 1 ds ds J q e i t T T dt dt
dSe dSi dt dt
例一热传导过程 u J q , ( J q 热流密度 ) t Tds du ( 基本方程 ) s 1 u 1 Jq t T t T Jq 1 1 Jq Jq T T T Jq s 1 种不均匀性存在的时候， 如T，n 都存在时
• T热流（热导）和粒子流（热扩散） • n粒子流（扩散）和热流（力热效应） • 不均匀性间可产生交叉作用，这是由实验所测 定出的被多位科学家所观测到 • 昂萨格将其归纳为一个唯象规律，并假定交叉 项的唯象系数相等，这点不能由热力学证明， 但可在统计物理中得到证明
s J s t Jq s 1 Jn J q t T T T 熵流 温度梯度 化学势梯度 Jq Js 熵流 T 1 J J q n 局域熵产生率 T T 1 1 定义X q , X n T T J q X q Jn X n Ji Xi
熵产生原理与不可逆过程热力学简介
熵产生原理与不可逆过程热力学简介一、熵产生原理（Principle of Entropy-Production ）熵增加原理是热力学第二定律的熵表述。
而这个原理用于判断任一给定过程能否发生，仅限于此过程发生在孤立体系内。
而对于给定的封闭体系中，要判断任一给定的过程是否能够发生，除了要计算出体系内部的熵变，同时还要求出环境的熵变，然后求总体的熵变。
这个过程就相当于把环境当成一个巨大的热源，然后与封闭体系结合在一起当成孤立体系研究。
但是一般来说，绝对的孤立体系是不可能实现的。
就以地球而言，任何时刻，宇宙射线或高能粒子不断地射到地球上。
另外，敞开体系也不能忽视，就以生物体为例，需要不停地与环境进行物质交换，这样才能保证它们的生存。
1945年比利时人I. Prigogine 将热力学第二定律中的熵增加原理进行了推广，使之能够应用于任何体系（封闭的、敞开的和孤立的）。
任何一个热力学体系在平衡态时，描述系统混乱度的状态函数S 有唯一确定值，而这个状态函数可以写成两部分的和，分别称为外熵变和内熵变。
外熵变是由体系与环境通过界面进行热交换和物质交换时进入或流出体系的熵流所引起的。
熵流（entropy flux ）的概念把熵当作一种流体，就像是历史上曾经把热当作流体一样。
内熵变则是由于体系内部发生的不可逆过程（例如，热传导、扩散、化学反应等）所引起的熵产生（entropy-production ）。
由上述的概念，可以得到在任意体系中发生的一个微小过程，有：S d S d dS i e sys +==S d T Qi +δ (1-1)，式中S d e 代表外熵变，S d i 代表内熵变。
这样子就将熵增加原理推广到了熵产生原理。
而判断体系中反应的进行，与熵增加原理一致，即0≥S d i （> 不可逆过程；= 可逆过程） (1-2)而文字的表述就是：“体系的熵产生永不为负值，在可逆过程中为0，在不可逆过程中大于0”。
熵产生原理与不可逆过程热力学简介
熵产生原理与不可逆过程热力学简介一、熵产生原理（Principle of Entropy-Production ）熵增加原理是热力学第二定律的熵表述。
而这个原理用于判断任一给定过程能否发生，仅限于此过程发生在孤立体系内。
而对于给定的封闭体系中，要判断任一给定的过程是否能够发生，除了要计算出体系内部的熵变，同时还要求出环境的熵变，然后求总体的熵变。
这个过程就相当于把环境当成一个巨大的热源，然后与封闭体系结合在一起当成孤立体系研究。
但是一般来说，绝对的孤立体系是不可能实现的。
就以地球而言，任何时刻，宇宙射线或高能粒子不断地射到地球上。
另外，敞开体系也不能忽视，就以生物体为例，需要不停地与环境进行物质交换，这样才能保证它们的生存。
1945年比利时人I. Prigogine 将热力学第二定律中的熵增加原理进行了推广，使之能够应用于任何体系（封闭的、敞开的和孤立的）。
任何一个热力学体系在平衡态时，描述系统混乱度的状态函数S 有唯一确定值，而这个状态函数可以写成两部分的和，分别称为外熵变和内熵变。
外熵变是由体系与环境通过界面进行热交换和物质交换时进入或流出体系的熵流所引起的。
熵流（entropy flux ）的概念把熵当作一种流体，就像是历史上曾经把热当作流体一样。
内熵变则是由于体系内部发生的不可逆过程（例如，热传导、扩散、化学反应等）所引起的熵产生（entropy-production ）。
由上述的概念，可以得到在任意体系中发生的一个微小过程，有：S d S d dS i e sys +==S d T Qi +δ (1-1)，式中S d e 代表外熵变，S d i 代表内熵变。
这样子就将熵增加原理推广到了熵产生原理。
而判断体系中反应的进行，与熵增加原理一致，即0≥S d i （> 不可逆过程；= 可逆过程） (1-2)而文字的表述就是：“体系的熵产生永不为负值，在可逆过程中为0，在不可逆过程中大于0”。
不可逆过程热力学理论
不可逆过程热力学理论不可逆过程热力学理论是热力学中的一个重要分支，其研究的是热力学系统内发生的不可逆现象以及相关的热力学性质。
不可逆过程热力学理论的研究对于理解自然界中众多的不可逆现象以及提升工程和技术应用中的能量转化效率具有重要的意义。
不可逆过程是指系统从一个平衡态转变为另一个平衡态的过程中，如果与其它系统或者外界接触，将会引起系统与外界间的能量、质量和动量交换，从而导致系统和外界不可逆的相互作用。
热力学第二定律给出了不可逆过程的现象以及其对应的熵变表达式，即系统熵的增加不可逆性，是不可逆过程的基础。
不可逆过程热力学理论的核心是热力学第二定律，熵的概念扮演了重要的角色。
熵是一个用来描述系统无序程度的物理量，可以理解为一个系统的混乱程度。
熵的增加意味着一个系统朝着更加无序的状态发展，而熵的减少则意味着系统趋向于更加有序的状态。
根据热力学第二定律，任何一个孤立系统的熵都不会减少，而只能增加或者保持不变。
根据热力学第二定律，熵的增加是自然界中不可逆过程的普遍规律。
这种熵的增加与热能的转化损失和散逸有关，说明不可逆过程中存在着能量转化的低效率。
以摩擦力产生的热量为例，其中大部分能量不会转化为有用的功，而是以废热的形式散失到周围环境中，从而增加了系统以及它所处的环境的熵。
不可逆过程热力学理论除了熵的概念，还引入了其他一些相关的量，如化学势、耗散函数等来描述系统的性质。
化学势是一个描述系统中粒子数变化的重要物理量，它对不可逆过程中物质的转化和输运有着重要的作用。
耗散函数是描述系统内部、系统与环境之间能量转化的过程中所损失的能量的函数。
耗散函数的引入极大地提升了对不可逆过程的研究和描述的能力。
不可逆过程热力学理论的研究对于众多领域都具有重要的应用价值。
在工程和技术中，不可逆过程热力学理论可以用来分析和优化能源转化系统的效率，提升能源利用的效率。
此外，不可逆过程热力学理论也可以应用于生物学、化学、地理学等领域中的研究，分析和解释不同过程中的不可逆现象，提供理论支持和指导。
不可逆过程热力学的基础理论及应用
不可逆过程热力学的基础理论及应用热力学是物理学的重要分支之一，它研究的是物质的热现象。
在生产生活中，我们经常需要利用热力学知识来解决各种实际问题。
作为热力学的一个重要分支，不可逆过程热力学是热力学中的研究热现象的一个重要方向。
一、不可逆过程热力学的基础理论不可逆过程热力学是热力学中研究不可逆过程的一门学问。
热力学的基本定律是能量守恒定律和熵增定律。
能量守恒定律是指一个系统中能量的总和是不变的。
熵增定律是指一个封闭系统中，不可逆过程引起的熵增是不可避免的。
为了解释不可逆过程，我们必须引入热力学中的“热力学势”。
在热力学中，我们用能量变化加上各种势引起的效应来描述热现象。
例如，由于压缩会引起一些能量的变化，所以我们必须考虑压力势。
同样，化学反应也会引起能量的变化，所以我们必须考虑化学势。
不可逆过程热力学的基础理论中还有一个非常重要的概念：熵。
熵可以用来度量系统的混乱程度。
换句话说，熵是系统不可逆性的度量。
在任何封闭系统中，熵总是增加的。
这就是热力学中的熵增定律。
二、不可逆过程热力学的应用在实际应用中，不可逆过程热力学是非常重要的。
下面我们来看两个例子。
1.汽车发动机汽车发动机是一个热力学系统。
它把燃料的能量转化为机械能。
发动机的工作过程中，需要做的功就是从燃料中获得能量并将其转化为机械能。
这个过程是可逆的。
但是，在实际应用中，发动机的工作过程中会发生很多不可逆过程，例如摩擦、冷却等。
这些不可逆过程会引起熵的增加，从而降低发动机的效率。
因此，如果我们想让汽车的效率更高，就必须尽量降低不可逆过程的发生。
2.制冷系统冰箱、空调和水冷机等制冷系统也是热力学系统。
它们的主要工作原理是利用制冷剂的相变和热力学循环来达到降温的效果。
这个过程本身是可逆的。
但是，在实际应用中，制冷系统也会发生很多不可逆过程。
例如，在制冷循环中，制冷剂会发生不可逆的摩擦和热传递等过程，从而引起熵的增加。
因此，为了提高制冷系统的效率，我们必须尽量消除不可逆过程。
热力学知识：热力学中的可逆过程和热不可逆过程
热力学知识：热力学中的可逆过程和热不可逆过程热力学中的可逆过程和热不可逆过程热力学是一门研究热力学系统、热力学宏观性质以及宏观演化规律的学科，热力学系统的运动是由能量和熵这两个概念来描述的。
在热力学中，过程可以分为可逆过程和热不可逆过程。
本文将从这两个方面来介绍热力学中可逆过程和热不可逆过程的概念、特征、应用以及在能源利用方面的问题。
一、可逆过程在热力学中，可逆过程（reversible process）是指将系统从一个平衡状态转化为另一个平衡状态的过程，使系统在整个过程中可逆，即过程可以在任意时间段内反转。
换句话说，可逆过程是能够通过微小的变化来实现状态的逆转。
在可逆过程中，系统中的能量守恒，系统的熵保持不变。
可逆过程具有以下三个特征：1.可逆性：在可逆过程中，熵增加的总量等于零，即系统的熵是不变的。
2.回弹性：如果发生扰动，系统要回到原来的状态，力与位移的乘积负责抵消了失去的能量。
3.经济性：可逆过程的能量损失极小，因为它们是先被吸收然后又被释放的，之间进行循环。
可逆过程适用于理想热机和理想气体的等温和等容过程。
二、热不可逆过程热不可逆过程（irreversible process）是指系统从一个非平衡状态转化到另一个平衡状态的过程，使过程中的能量不仅仅由于热传递而流失，还有其他形式损失，如机械运动、电能、声能等都可能造成。
换句话说，热不可逆过程是一种不可逆转的过程，系统中的熵不断增加。
热不可逆过程具有以下特征：1.时间不可逆性：热不可逆过程是一种有向过程，时间流逝方向不能改变。
2.能量不可恢复性：热不可逆过程导致一部分能量被消耗，不能恢复。
3.热不可逆性：热不可逆过程不能通过温度较低的物体获得能量，因为物体已经到达平衡状态。
热不可逆过程适用于热机和汽车发动机的实际和现实气体过程，可以产生功和效率。
三、应用热力学中的可逆过程和热不可逆过程在生产和制造过程、环境和能源开发方面具有重要应用。
1.生产和制造过程在生产和制造过程中，通过对物质的传递和变换来获得更高的效率和更高的产量，但是这些过程总是会导致能量的消耗和浪费。
04 不可逆过程的热力学
deS为体系与环境所交换的熵，其符号可正，可负，可为零。
过程的耦合：
熵是一个广度性质，若将一个体系划分为几个部分，则体系的 总熵应为各部分熵变的总和： diS=(diS)j (6) 若把每个小部分视为一个小的体系，其内部的熵变均不会小于 零： (diS)j 0 故对于任何体系，不论将体系如何划分，均不可能出现下列情 况： (diS)1 0 (diS)2 0 [di(S1+S2)] 0 即体系的任一局部，其熵的内部变化(diS)均遵守熵增定律。
( A A1i A2 j A3k )
流密度是一个矢量场；散度是一个标量场。
比较(3)式和(4)式，dQ/dt应该是相等的，故有：
（ Q t, r ) t
jQ (t , r )
(5)
(5)式即为守恒量所遵守的一般连续性方程。
2、质量守恒方程：
体系中各组分的质量的变化途径一般有两种：
第四章 非平衡态热力学
（不可逆过程的热力学）
平衡态热力学回顾
一、热力学第一定律
dE = Q－ W (1) 式中：E：体系的内能；Q：热量；W：功。 对于孤立体系，有： dE=0 (E为恒量) 对于一般体系，因为体系与环境间存在能量的交换，故内能E 的值是不断变动的，体系内能的变化可以分为两项： diE：体系内部过程所引起的内能变化； deE：与环境的交换引起的内能变化。 而diE相当于孤立体系的内能的变化，由热力学第一定律，孤 立体系的内能是恒定的： diE 0 (2)
一、非平衡态体系状态的描述：
在经典热力学中，相图中的相点描述的是热力学平衡态，非平 衡态在相图中无法表示。究其原因： 平衡态只需要极少数变量就可完全确定其状态，如理想气体: 用(T,V,N)或(T,p,V) 就可完全决定确定其平衡态的性质，而 不可能确定其非平衡态的性质。
热力学中的可逆和不可逆过程
热力学中的可逆和不可逆过程热力学是研究热能转化和传递的科学，而在热力学中，可逆和不可逆过程是两个重要的概念。
可逆过程是指在热力学系统中，从一个平衡状态到另一个平衡状态的过程，而不可逆过程则是指不能以逆向的方式进行的过程。
本文将探讨可逆和不可逆过程的概念及其在热力学中的应用。
可逆过程在热力学中扮演着重要的角色。
一方面，可逆过程是理想化的过程，它在理论上能够达到最高效率。
另一方面，可逆过程也是严格可控的过程，可以通过微观调节来实现。
一个典型的可逆过程是等温过程，它是指系统与周围环境温度相同时进行的过程。
在等温过程中，系统的温度保持不变，内外压力之间通过微小的压缩或膨胀来平衡，这种过程可以通过热源和冷源之间的相互作用来实现。
与可逆过程相反，不可逆过程是系统在无法实现最高效率的条件下进行的过程。
不可逆过程是真实系统中常见的过程，其特点是熵的增加。
熵是一个热力学量，用来衡量系统的混乱度或无序程度。
在不可逆过程中，熵会增加，而在可逆过程中，熵保持不变。
一个常见的不可逆过程是热传导，它指的是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
热传导是不可逆的，因为热量的自发传递只能发生从高温到低温的方向，而无法反向发生。
可逆过程和不可逆过程在热力学中有许多应用。
其中一个重要的应用是热力学循环的分析。
热力学循环是指一系列可逆和不可逆过程组成的过程，它们经过一些操作，使得系统最终返回到初始状态。
在热力学循环中，可逆过程被广泛应用于理想化的汽车发动机和热力发电厂等设备中。
由于可逆过程具有最高效率，因此通过优化循环中的可逆过程，可以提高整个系统的能源利用率。
另一个与可逆过程和不可逆过程相关的应用是热力学第二定律和熵的研究。
热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它规定了自然界中热量传递的方向和限制。
根据热力学第二定律，孤立系统中熵总是增加的，不可逆过程总是发生的。
通过熵的概念，我们可以对不可逆过程的特性进行定量分析，并对自然界中的能量转化过程进行限制和优化。
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系统内部究竟是什么因素导致定态的不稳定而发生分支的呢? ——涨落的作用。
13
► 通过涨落达到有序
无论平衡态还是非平衡定态都是系统在宏观上不随时间改变 的状态， 实际上由于组成系统的分子仍在不停地做无规则运动， 因此系统的状态表现为宏观均匀态，但在局部上经常与宏观平 均态有暂时的偏离。这种自发产生的微小偏离称为涨落。 另外 宏观系统所受的外界条件也或多或少地总有一些变动。因此， 宏观系统 的宏观状态总是不停地受到各种各样的扰动。随着控 制条件的改变，有的涨落分量随时间很快地哀减掉，有的涨落 分量却会随时间长大，以致其振幅终于达到宏观尺度而使系统 进入一种宏观有序状态，这样就形成了耗散结构。远离平衡态 的系统的定态的不稳定以致发展到耗散结构的出现就植根于这 种涨落，普里高津把这个过程叫 做"通过涨落达到有序"。
的个原子接受能量后各自独立发光，每次发光时间10-8s，所发 波列长度约3m，当输入功率大于某临界值时，各原子集体一致 行动，发出频率和振动方向都相同的波列长度可达30万千米的 “相干光波”—激光。发光物质的原子处于非常有序的状态，不 断进行着自组织过程。
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正是无生命世界和有生命世界同有自组织现象的事实，促使 人们想到这 两个世界在这方面可能遵循相同的规律，也激发人 们去创立有关的理论。
？ 或者说由较有序向更加有序、精确有序发展的过程。 非生命现象与生命现象有不同的支配规律
4
无生命过程的自组织现象
☺ 高空中水汽凝结形成非常有序的六角形雪花
☺ 化学实验中空间有序(耗散结构)例——利色根现象
在一个浅盘内将碘化钾溶液加到含有硝化银的胶体介质中， 会形成一圈圈间隔有规律的沉 淀环（在细管中会形成一条条间 隔有规律的沉淀带）。
个，按一定严格次序排列。一个生物体的全部遗传信息都编码
在这些核苷酸碱基排列的次序中！而这种结构的来源是生物的
食物中无序的原子！
3
DNA示意图
☺ 生命过程从分子、细胞到有机个体和群体的不同水平上还 呈现出时间有序的特性，表现为随时间作周期性变化的振荡 行为，如鱼类的洄游，等。
► 生物体的生长和物种的进化也是从无序到有序的发展。如受精 细胞发展成各种复杂有序的器官，而所有细胞都是由很多原来 无序的原子构成。生物的进化是由简单到复杂、由低级到高级
☺ 化学实验中时间有序（耗散结构）例——B—Z反应
在25℃左右由溴酸钾(KBrO3)、丙二酸 [CH2(COOH)2]和硫酸 铈[Ce(SO4)2]组成的混合物，溶解于硫酸中，加以搅 拌，则溶液 的颜色会在红色与蓝色 之间振荡。振荡周期是 分(min)的数量 级，现象 的寿命是小时的数量级。 颜色的变化反映离子浓度 [Br+] 、 [ Ce3+] /[ Ce4+]的变化，附图是离子浓度振荡的电势图。5
的响应和它不成线性关系时的状态——远离平衡的状 态下系统行为的热力学。
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► 远离平衡的状态是指:当外界对系统的影响过于强烈，以至 它在系统内部 引起的响应和它不成线性关系时的状态。
► 分支理论
当系统远离平衡时，它们可以 发展到某个不随时间改变的稳 定态。但是这时系统的熵不再具有极值行为， 最小熵产原理也 不再有效。一般地说，远离平衡的稳定态不再能用熵这样的状 态函数来描述。因此这时过程发展的方向不能依靠纯粹的热力 学方法来确定，必须同时研究系统的动力学的详细行为。
对每一小部分体系，一切热力学量均可有确切的值，就
可用状态参数来描述这些部分。
热力学能、熵等广延参数，将各部份的数值相加，
即可得整个体系的值；而温度和压力这类强度参数，就
没有全系统的统一值。
16
二、不可逆过程的基本方程
熵产，单位时间内系
统内部不可逆过程引
不可逆的微元过程
起的熵变称为“熵产
率”用θ表示。
§5-2 不可逆过程热力学方程
一、 局域平衡假设
平衡状态的系统可用状态参数来描述系统的各种宏 观物理性质，如温度、压力、体积、热力学能、焓、熵 等等，状态参数是平衡态范畴内的概念。
局域平衡假设是把处在不平衡状态的体系，分割成
许多小部分，假设每小部分各自近似地处于平衡状态。
（当然每一小部分在微观上必需仍包含有大量的粒子）
第五章 不可逆过程热力学简介
1
§5-1 概 述
自然界的一切实际过程都是不可逆的。不可逆过程 并不能使能量消失，但发生了能量的耗散。过程不可逆 性的本质微观表现:孤立系统内的一切不可逆过程是使系 统的分子（或其它微小单元）的运动从某种有序的状态 向无序状态转化，最后达到稳定平衡状态（最无序的状 态），并保持这种状态不再变化。
图中横坐标λ表示外界对系统的控制 参数，它的大小表示外界对系统影响的 程度和系统偏 离平衡态的程度；纵坐标 X表示表征系统稳定态的某个参数，不 同的X值表示 不同的定态。与λ0对应 的定态X0表示平衡态，随着λ偏离λ0， X也就偏离平衡态，但在λ较小时，系统 的状态很类似于平衡态而且具有稳定性。 表示这种 定态的点形成线段(a)，这是平衡态的延伸，因此这一10 段叫热力学分支。
寻找从无序到有序的转化规律，研究系统离开平衡态 行为的热力学分支—非平衡态热力学或不可逆过程热力学。
7
线性非平衡态热力学—— 研究外界影响产生的促使变化的势（如T、p）不大，
因而在系统内引起的响应（如热流或位移）也不很大， 可近似认为二者间为简单的线性关系（此时可认为系统 对平衡态的偏离很小）的状态下系统行为的热力学。
最小熵产原理（普里高京，1945）—— 在接近平衡态的条件下，和外界强加限制相适应的非平 衡稳定状态的熵产Sg具有最小值。 —线性非平衡态热力学的重要原理
Δ最小熵产原理表明：在系统偏离平衡状态时，系统中 的不可逆过程使熵产生出来，而在系统偏离平衡状态
很小时，随过程进行，熵产率（即 δSg / d ）要减小，
11
随着控制参数进一步改变，各稳定分支又 会 变得不稳定而导致所谓二级分支或高级 分支现象。
高级分支现象说明系统在远离平衡态时， 可以有多种可能的有序结构，因而使系统可 表现出复杂的时空行为。这可以用来说明生 物系统的多种复杂行为。在系统偏离平衡态 足够远时，分支越来越多，系统就具有越来 越多的相互不同的可能的耗散结构，系统处于哪种结构完全是随 机的，因而体系的瞬时状态不可预测。 这时系统又进入一种无序 态，叫混沌状态，它和热力学平衡的无序态的不同在于，这种无 序的空间和时间的尺度是宏观的量级，而在热力学平衡的无序中， 空间和时间的特征大小是分子的特征量级。从这种观点看，生命 是存在于这两种无序之间的一种有序，它必须处于非平衡的条件 下，但又不能过于远 离平衡，否则混沌无序态的出现将完全破坏 生物的有序。近年来对混沌现象的研究取得了令人鼓舞的进展。 人们不仅在理论上发现了一些有关发生分支现象和混沌现象的普12 遍规 律，并且已在自然界中和实验室内观测到了混沌现象。
热力学第二定律指出了孤立系统内一切过程都是使系 统的状态由有序向无序转化并最终保持最无序状态的。
热寂说、生物进化，…。
2
★自组织现象
系统内部由无序变为有序使其中大量分子按一定的规律运动的现象
生命过程的自组织现象 ► 各种生物都是由各种细胞按精确规律组成的高度有序的机构：
☺人大脑是由150亿个左右神经细胞组成的极精密及有序组织；
当λ≥λc时，例如贝纳特流体加热实验中， 流体的温度梯度超过某定值或激光器的输 入功率超过某一定值时，曲线段(a)的延续 (b)上各非平衡定态变得不稳定，一个很小 的扰动就可引起系统的突变，离开热力学 分支而跃迁 到另外两上稳定的分支(c)或(c') 上。这两个分支上的每一个点可能对应于 某种时空有序状态。由于这种有序状态是在系统离开平衡状态足 够远或者说在不可逆的耗散过程足够强烈的情况下出现的，所以 这种状态被普里高津叫做耗散结构。分支(c)或(c' )就叫做耗散结 构分支。在λ=λc处热力学分支开始分岔(分岔的数目和行为决定于 系统的动力学性质) ，这种现象叫分岔现象 或分支现象。在分支 以前，系统的状态保持空间均匀性和时间不变性，因而具 有高度 的时空对称性；超过分支点后，耗散结构对应于某种时空有序状 态，就破坏了系统原来的对称性。因此这类现象也常常叫做对称 性破缺不稳定性现 象。
14
► 协同论——认为分 子(或子系统)之间的相互作用或关联引起 的协同作用使得系统从无序转化为有序。
一般来讲，系统中各个分子的运动状态由分子热运动(或子系 统的 各自独立的运动)和分子间的关联引起的协同运动共同决定。 当分子间的关联能量，小于独立运动能量时，分子独立运动占主 导地位，系统就处于无序状态(如气体) ，当分子间的关联能量大 于分子的运动能量时，分子的独立运动 就受到约束，它要服从由 关联形成的协同运动，于是系统就显出有序的特征。 涨落是系统 中各局部内分子间相互耦合变化的反映。系统在偏离平衡态较小 的状态时，独立运动和协同运动能量的相对大小未发生明显的变 化，涨落相 对较小。在控制参数变化时，这两种运动的能量的相 对大小也在变化，当控制参数达到临界值时，这两种运动能量的 相对地位几乎处在均势状态，因此 局部分子间可能的各种耦合相 当活跃，使得涨落变大。每个涨落都具有特定的内容，代表着一 种结构或组织的“胚芽状态”。涨落的出现是偶然的，但只有 适应 系统动力学性质的那些涨落才能得到系统中绝大部分分子的响应 而波及整个系统，将系统推进到一种新的有序结构——耗散结构15。
普里高津在把物理和生物过程结合起来研究时提出耗散结构 理论（1967年)；哈肯在研究激光发射过程的基础上，把它和生 物过程等加以类比时创立了协同论（1976年) 。
耗散结构理论和协同论采用不同的方法来说明自组织现象，得 出了很多有价值的结果，前者着重用热力学方法进行分析， 后 者着重于统计原理的应用。