当代科学前沿概览（课程与学科教学丛书）

本书是《课程与学科教学丛书》中的一种，是计划开设的一门公共选修课。本教材的主要内容是对20世纪以来的各门自然科学理论的一个简要的概观，在编辑过程中，笔者没有采用以往那种大而全的编写方式，即不是面面俱到地对每一个学科作较全面的介绍，而是在每一个大学科中有选择的介绍少数几个子学科。目的在对对每个子学科的介绍相对详细一些。另外，有些章节的内容在选择上避免了以往同类教材均重复过的内容，选择了一些全新的东西，如计算机科学一章等。技术部分本教材未作重要介绍，仅在第七章简要地提了一下，对人们关于技术的哲学反思作

书摘
1．远离平衡态。远离平衡态是相对于平衡态和近平衡态而言的。平衡态是指系统各处可测的宏观物理性质均匀（从而系统内部没有宏观不可逆过程）的状态，它遵守热力学第一定律，即系统内能的增量等于系统所吸收的热量减去系统对外所做的功；热力学第二定律，即系统的自发运动总是向着熵增加的方向；和波尔兹曼有序性原理，即温度为T的系统中内能为E的子系统的比率为1/2 K。
近平衡态是指系统处于离平衡态不远的线性区，它遵守昂萨格倒易关系和最小熵产生原理。前者可表述为，即只要和不可逆过程相应的流受到不可逆过程的力的影响，那么，流也会通过相等的系数受到力的影响。后者意味着，当给定的边界条件阻止系统达到热力学平衡态（即零熵产生）时，系统就落入最小耗散（即最小熵产生）的态。
远离平衡态是指系统内可测的物理性质极不均匀的状态，这时其热力学行为与用最小熵产生原理所预言的行为相比，可能颇为不同，甚至实际上完全相反，正如耗散结构理论所指出的，系统走向一个高熵产生的、宏观上有序的状态。
2．非线性。系统产生耗散结构的内部动力学机制，正是子系统间的非线性相互作用，在临界点处，非线性机制放大微涨落为巨涨落，使热力学分支失稳，在控制参数越过临界点时，非线性机制对涨落产生抑制作用，使系统稳定到新的耗散结构分支上。
3．开放系统。热力学第二定律告诉我们，一个孤立系统的熵一定会随时间增大，熵达到极大值，系统达到最无序的平衡态，所以孤立系统绝不会出现耗散结构。那么开放系统为什么会出现本质上不同于孤立系统的行为呢？其实，在开放的条件下，系统的熵增量是由系统与外界的熵交换和系统内的熵产生两部分组成的，即热力学第二定律只要求系统内的熵产生非负，然而外界给系统注入的熵可为正、零或负，这要根据系统与其外界的相互作用而定，在正常情况下，只要这个负熵流足够强，它就除了抵消掉系统内部的熵产生外，还能使系统的总熵增量为负，总熵减小，从而使系统进入相对有序的状态。所以对于开放系统来说，系统可以通过自发的对称破缺从无序进入有序的耗散结构状态。
4．涨落。一个由大量子系统组成的系统，其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上，而是或多或少有些偏差，这些偏差就叫涨落，涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。
在正常情况下，由于热力学系统相对于其子系统来
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