耗散系統
耗散系統（Dissipative system）是指一個遠離熱力學平衡狀態的開放系統，此系統和外環境交換能量、物質和熵而繼續維持平衡，對這種結構的研究，解釋了自然界許多以前無法解釋的現象。
耗散結構一詞由比利時物理學家、化學家伊里亞·普里高津發明。普里高津創立了耗散結構理論，研究一個系統從混沌無序向有序轉化的機理、條件和規律的科學，他為此曾獲1977年諾貝爾化學獎。
常見的耗散結構包括對流、氣旋、熱帶氣旋及生物體。像鐳射、瑞利–貝納爾對流及B-Z反應也是耗散結構的例子。
耗散結構的特點是自發生的對稱性破缺（各向異性）以及複雜，甚至混沌的結構。普里高津考慮的耗散結構有其動態的機制，因此可以視為熱力學上的穩態，有時也可以用適當的非平衡熱力學中的極值定理來描述。
以前的物理理論認為，只有能量最低時，系統最穩定，否則系統將消耗能量，產生熵，而使系統不穩定。耗散結構理論認為在高能量的情況下，開放系統也可以維持穩定。例如生物體，以前按照熱力學定律，是一種極不穩定的結構，不斷地產生熵而應自行解體，但實際是反而能不斷自我完善。其實生物體是一種開放結構，不斷從環境中吸收能量和物質，而向環境放出熵，因而能以破壞環境的方式保持自身系統的穩定。城市也是一種耗散結構。
牛頓的萬有引力描述一個無始無終按規律運行的美好世界，而熱力學第二定律描述的是一切終將走向滅亡的熱寂，相較之下，耗散結構描述在一個遠離平衡態的開放系統中「生」的機制，但存在一個提供能量、物質和熵的外環境是其先決假定條件。
熵
化學及熱力學中所指的熵（英語：Entropy）[3]，是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數，也就是當總體的熵增加，其做功能力也下降，熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象，也就是計算該系統混亂的程度。熵是一個描述系統狀態的函數，但是經常用熵的參考值和變化量進行分析比較，它在控制論、機率論、數論、天體物理、生命科學等領域都有重要應用，在不同的學科中也有引申出的更為具體的定義，是各領域十分重要的參量。
克勞修斯認為熵是在學習可逆及不可逆熱力學轉換時的一個重要元素。
熱力學轉換是指一個系統中熱力學屬性的轉換，例如溫度及體積。當一個轉換被界定為可逆時，即指在轉換的每一極短的步驟時，系統保持非常接近平衡的狀態，稱為「準靜態過程」。否則，該轉換即是不可逆的。例如，在一含活塞的管中的氣體，其體積可以因為活塞移動而改變。可逆性體積轉變是指在進行得極其慢的步驟中，氣體的密度經常保持均一。不可逆性體積轉變即指在快速的體積轉換中，由於太快改變體積所造成的壓力波，並造成不穩定狀態。無耗散的準靜態過程為可逆過程[7]。
熱機是一種可以進行一連串轉換而最終能回覆開始狀態的熱力學系統。這一進程被稱為一個循環。在某些轉換當中，熱力機可能會與一種被稱之為高溫熱庫的大型系統交換熱能，並因為吸收或釋放一定的熱量而保持固定溫度。一個循環所造的結果包括：
- 系統對外所做的功（等於外界對系統做功的相反數）
- 高溫熱庫之間的熱能傳遞
基於能量守恆定律，高溫熱庫所失的熱能正等於熱力機所做的功，加上低溫熱庫所獲得的熱能。
當循環中的的每個轉換皆是可逆時，該循環是可逆的。這表示它可以反向操作，即熱的傳遞可以相反方向進行，恢復到初始狀態而不對外界產生影響，以及所作的功可以正負號調轉。最簡單的可逆性循環是在兩個高溫熱庫之間傳遞熱能的卡諾循環。
我們發現，混亂程度傾向於增加的觀念被許多人接受，但容易引起一些錯誤認識，最主要的是必須明白ΔS ≥ 0只能用於「孤立」系統，值得注意的是地球並不是一個孤立系統，因為地球不斷地從太陽以太陽光的形式接收能量。但有人認為宇宙是一個孤立系統，即宇宙的混亂程度在不斷地增加，可以推測出宇宙最終將達到「熱寂」狀態，因為（所有恆星）都在以同樣方式放散熱能，能源將會枯竭，再沒有任何可以作功的能源了。但這一觀點並沒有得到證明。
非熱力學的熵[編輯]
資訊論方面的熵，請參閱熵 (資訊理論)。事實上，兩種熵之間存在緊密連繫，它們之間的關係顯示出熱力學及資訊論之間的深厚關係。
資訊熵之所以仍然稱為「熵」，是因為他的公式和熱力學熵的公式一樣，是波茲曼在統計力學領域推導出來的，波茲曼從微觀粒子出發，總結熵的宏觀性質，（上面第二章可以看到波茲曼公式對熵的解釋）。不僅資訊科學，生物學和生態學也利用熵的概念。熱力學中熵表示的是「系統混亂狀態」，這和生物學相通，1940年代薛丁格在《生命是甚麼》之中就提出了生物就是負熵的過程；[需要解釋]資訊理論中資訊熵表示的是資訊量；生態學中熵表示的是生物多樣性。
時間之箭[編輯]
熵是在物理學領域中似乎暗示只朝向一個特定行進方向的量，有時被稱為時間之箭。隨著時間的推移，熱力學第二定律：孤立系統的熵狀態永遠只會增加，不會減少。因此，從這個角度看，熵的測量被看作是一種時鐘。
耗散結構論
耗散系統[編輯]
耗散系統（Dissipative system）是指一個遠離熱力學平衡狀態的開放系統，此系統和外環境交換能量、物質和熵而繼續維持平衡，對這種結構的研究，解釋了自然界許多以前無法解釋的現象。
耗散結構一詞由比利時物理學家、化學家伊里亞·普里高津發明。普里高津創立了耗散結構理論，研究一個系統從混沌無序向有序轉化的機理、條件和規律的科學，他為此曾獲1977年諾貝爾化學獎。
常見的耗散結構包括對流、氣旋、熱帶氣旋及生物體。像鐳射、瑞利–貝納爾對流及B-Z反應也是耗散結構的例子。
耗散結構論 -一、耗散結構論的產生
19世紀存在著兩種對立的發展觀。一種是以熱力學第二定律為依據推演出的退化觀念體系，它認為，由於能量的耗散，世界萬物趨於衰弱，宇宙趨於「熱寂」，結構趨於消亡，無序度趨於極大值，整個世界隨著時間的進程而走向死亡；另一種是以達爾文的進化論為基礎的進化觀念體系，它指出，社會進化的結果是種類不斷分化、演變而增多，結構不斷複雜而有序，功能不斷進化而強化，整個自然界和人類社會都是向著更為高級、更為有序的組織結構發展。顯然，物理學與生物學、社會學中的這兩種觀點至少表面上在發展觀上是根本對立的。難道生命系統與非生命系統之間真的有著完全不同的運動規律嗎？為此，物理學家普利戈金創立了「耗散結構論」，他認為，無論是生命物質還是非生命物質，應該遵循同樣的自然規律，生命的過程必然遵循某種複雜的物理定律。
自組織現象是指自然界中自發形成的宏觀有序現象。在自然界中這種現象是大量存在的，理論研究較多的典型實例如：貝納德(Bé nard)流體的對流花紋，貝洛索夫－扎鮑廷斯基(Belousov-Zhabotinsky)化學振蕩花紋與化學波，激光器中的自激振蕩等。自組織理論除耗散結構理論外，還包括協同學、超循環理論等，它們力圖溝通物理學與生物學甚至社會科學，對時間本質問題等的研究有突破性進展，在相當程度上說明了生物及社會領域的有序現象。
耗散結構是自組織現象中的重要部分，它是在開放的遠離平衡條件下，在與外界交換物質和能量的過程中，通過能量耗散和內部非線性動力學機制的作用，經過突變而形成並持久穩定的宏觀有序結構。
耗散結構理論的創始人是伊里亞·普里戈金(Ilya Prigogine)教授，由於對非平衡熱力學尤其是建立耗散結構理論方面的貢獻，他榮獲了1977年諾貝爾化學獎。普里戈金的早期工作在化學熱力學領域，1945年得出了最小熵產生原理，此原理和翁薩格倒易關係一起為近平衡態線性區熱力學奠定了理論基礎。普里戈金以多年的努力，試圖把最小熵產生原理延拓到遠離平衡的非線性區去，但以失敗告終，在研究了諸多遠離平衡現象后，使他認識到系統在遠離平衡態時，其熱力學性質可能與平衡態、近平衡態有重大原則差別。以普里戈金為首的布魯塞爾學派又經過多年的努力，終於建立起一種新的關於非平衡系統自組織的理論──耗散結構理論。這一理論於1969年由普里戈金在一次「理論物理學和生物學」的國際會議上正式提出。
耗散結構理論提出后，在自然科學和社會科學的很多領域如物理學、天文學、生物學、經濟學、哲學等都產生了巨大影響。著名未來學家阿爾文·托夫勒在評價普里戈金的思想時，認為它可能代表了一次科學革命。
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