耗散理論，即耗散結(jié)構(gòu)理論，是研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的一種理論。耗散結(jié)構(gòu)是指處在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)在外界能量流或物質(zhì)流的維持下，通過自組織形成的一種新的有序結(jié)構(gòu)。“耗散”一詞起源于拉丁文，原意為消散，在這里強(qiáng)調(diào)與外界有能量和物質(zhì)交流這一特性。
創(chuàng)始人
耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)始人是比利時俄裔科學(xué)家伊里亞·普里戈金(Ilya Prigogine)。
伊利亞·普里高津的早期工作在化學(xué)熱力學(xué)領(lǐng)域，1945年得出了最小產(chǎn)生原理，此原理和昂薩格倒易關(guān)系一起為近平衡態(tài)線性區(qū)熱力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。普里戈金以多年的努力，試圖把最小熵產(chǎn)生原理延拓到遠(yuǎn)離平衡的非線性區(qū)去，但以失敗告終。在研究了諸多遠(yuǎn)離平衡現(xiàn)象后，使他認(rèn)識到系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡態(tài)時，其熱力學(xué)性質(zhì)可能與平衡態(tài)、近平衡態(tài)有重大原則差別。
以普里戈金為首的布魯塞爾學(xué)派又經(jīng)過多年的努力，終于建立起一種新的關(guān)于非平衡系統(tǒng)自組織的理論──耗散結(jié)構(gòu)理論。這一理論于1969年由伊利亞·普里高津在一次“理論物理學(xué)和生物學(xué)”的國際會議上正式提出。由于對非平衡熱力學(xué)尤其是建立耗散結(jié)構(gòu)理論方面的貢獻(xiàn)，他榮獲1977年諾貝爾化學(xué)獎。
理論簡概
耗散結(jié)構(gòu)理論可概括為：一個遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性的開放系統(tǒng)(不管是物理的、化學(xué)的、生物的乃至社會的、經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng))通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在系統(tǒng)內(nèi)部某個參量的變化達(dá)到一定的閾值時，通過漲落，系統(tǒng)可能發(fā)生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。這種在遠(yuǎn)離平衡的非線性區(qū)形成的新的穩(wěn)定的宏觀有序結(jié)構(gòu)，由于需要不斷與外界交換物質(zhì)或能量才能維持，因此稱之為“耗散結(jié)構(gòu)”(dissipative structure)。
重要概念
要理解耗散結(jié)構(gòu)理論，關(guān)鍵是弄清楚如下幾個概念：遠(yuǎn)離平衡態(tài)、非線性、開放系統(tǒng)、漲落、突變、耗散結(jié)構(gòu)。
耗散結(jié)構(gòu)理論遠(yuǎn)離平衡態(tài)與平衡態(tài)
遠(yuǎn)離平衡態(tài)
遠(yuǎn)離平衡態(tài)指系統(tǒng)內(nèi)可測的物理性質(zhì)極不均勻的狀態(tài)。遠(yuǎn)離平衡態(tài)是相對于平衡態(tài)和近平衡態(tài)而言的，這一狀態(tài)下系統(tǒng)的熱力學(xué)行為與用最小熵產(chǎn)生原理所預(yù)言的行為相比，可能頗為不同，甚至實際上完全相反，正如耗散結(jié)構(gòu)理論所指出的，系統(tǒng)將走向一個高熵產(chǎn)生的、宏觀上有序的狀態(tài)。
近平衡態(tài)
近平衡態(tài)是指系統(tǒng)處于離平衡態(tài)不遠(yuǎn)的線性區(qū)，它遵守昂薩格倒易關(guān)系和最小熵產(chǎn)生原理。前者可表述為：Lij=Lji，即只要和不可逆過程i相應(yīng)的流Ji受到不可逆過程j的力Xj的影響，那么，流Ji也會通過相等的系數(shù)Lij受到力Xi的影響。后者意味著，當(dāng)給定的邊界條件阻止系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)(即零熵產(chǎn)生)時，系統(tǒng)就落入最小耗散(即最小熵產(chǎn)生)的態(tài)。
平衡態(tài)
平衡態(tài)是指系統(tǒng)各處可測的宏觀物理性質(zhì)均勻(從而系統(tǒng)內(nèi)部沒有宏觀不可逆過程)的狀態(tài)，它分別遵守
①熱力學(xué)第一定律：dE=dQ-pdV，即系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于系統(tǒng)所吸收的熱量減去系統(tǒng)對外所做的功；
②熱力學(xué)第二定律：dS/dt>=0，即系統(tǒng)的自發(fā)運(yùn)動總是向著熵增加的方向；
③路德維希·玻爾茲曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即溫度為T的系統(tǒng)中內(nèi)能為Ei的子系統(tǒng)的比率為pi。
耗散結(jié)構(gòu)理論非線性作用
如果系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)之間存在著并非一一對應(yīng)、而是隨機(jī)進(jìn)行的相互作用，則可認(rèn)為這些子系統(tǒng)間存在著非線性相互作用。
系統(tǒng)產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的內(nèi)部動力學(xué)機(jī)制，正是子系統(tǒng)間的非線性相互作用。在臨界點處，非線性機(jī)制放大微漲落為巨漲落，使熱力學(xué)分支失穩(wěn)，在控制參數(shù)越過臨界點時，非線性機(jī)制對漲落產(chǎn)生抑制作用，使系統(tǒng)穩(wěn)定到新的耗散結(jié)構(gòu)分支上。
耗散結(jié)構(gòu)理論開放系統(tǒng)
開放系統(tǒng)是指與外界環(huán)境存在物質(zhì)、能量、信息交換的系統(tǒng)。例如，一座城市就是一個開放系統(tǒng)：不斷有人外出和進(jìn)入，生產(chǎn)的產(chǎn)品和原料也要川流不息地運(yùn)人及運(yùn)出。
根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，孤立系統(tǒng)絕不會出現(xiàn)耗散結(jié)構(gòu)。因為隨著時間累積，孤立系統(tǒng)的熵將不斷增加并達(dá)到極大值，使系統(tǒng)達(dá)到最無序的平衡態(tài)。
而在開放的條件下，系統(tǒng)的熵增量dS是由系統(tǒng)與外界的熵交換deS和系統(tǒng)內(nèi)的熵產(chǎn)生diS兩部分組成的，即：dS=deS+diS。熱力學(xué)第二定律只要求系統(tǒng)內(nèi)的熵產(chǎn)生非負(fù)，即diS>=0，然而外界給系統(tǒng)注入的熵deS可為正、零或負(fù)，這要根據(jù)系統(tǒng)與其外界的相互作用而定。在deS<0的情況下，只要這個負(fù)熵流足夠強(qiáng)，除了可以抵消掉系統(tǒng)內(nèi)部的熵增量diS，還能使系統(tǒng)的總熵增量dS為負(fù)，總熵S減小，從而使系統(tǒng)進(jìn)入相對有序的狀態(tài)。對于開放系統(tǒng)來說，系統(tǒng)可以通過自發(fā)的對稱破缺從無序進(jìn)入有序的耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，“開放”是所有系統(tǒng)向有序發(fā)展的必要條件。如一個企業(yè)只有開放才能獲得發(fā)展，這種開放不僅是輸出產(chǎn)品，輸入原料，而且涉及人才、技術(shù)和管理等方面。不斷引進(jìn)入才和技術(shù)，不斷更新設(shè)備，才能使企業(yè)充滿生機(jī)和活力。
耗散結(jié)構(gòu)理論漲落
系統(tǒng)的實際運(yùn)行狀態(tài)與理論的統(tǒng)計反映狀態(tài)是有差異的，它們之間的偏差現(xiàn)象稱漲落。
一個由大量子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，其可測的宏觀量是眾多子系統(tǒng)的統(tǒng)計平均效應(yīng)的反映。但系統(tǒng)在每一時刻的實際測度并不都精確地處于這些平均值上，而是或多或少有些偏差，這些偏差就叫漲落，漲落是偶然的、雜亂無章的、隨機(jī)的。
在正常情況下，由于熱力學(xué)系統(tǒng)相對于其子系統(tǒng)來說非常大，這時漲落相對于平均值是很小的，即使偶爾有大的漲落也會立即耗散掉，系統(tǒng)總要回到平均值附近，這些漲落不會對宏觀的實際測量產(chǎn)生影響，因而可以被忽略掉。然而，在臨界點(即所謂閾值)附近，情況就大不相同了，這時漲落可能不自生自滅，而是被不穩(wěn)定的系統(tǒng)放大，最后促使系統(tǒng)達(dá)到新的宏觀態(tài)。
當(dāng)在臨界點處系統(tǒng)內(nèi)部的長程關(guān)聯(lián)作用產(chǎn)生相干運(yùn)動時，反映系統(tǒng)動力學(xué)機(jī)制的非線性方程具有多重解的可能性，自然地提出了在不同結(jié)果之間進(jìn)行選擇的問題，在這里瞬間的漲落和擾動造成的偶然性將支配這種選擇方式，所以伊利亞·普里高津提出漲落導(dǎo)致有序的論斷，它明確地說明了在非平衡系統(tǒng)具有了形成有序結(jié)構(gòu)的宏觀條件后，漲落對實現(xiàn)某種序所起的決定作用。
耗散結(jié)構(gòu)理論突變
在系統(tǒng)臨界點附近控制參數(shù)的微小改變導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)明顯的大幅度變化的現(xiàn)象，叫做突變。
閾值即臨界值對系統(tǒng)性質(zhì)的變化有著根本的意義。在控制參數(shù)越過臨界值時，原來的熱力學(xué)分支失去了穩(wěn)定性，同時產(chǎn)生了新的穩(wěn)定的耗散結(jié)構(gòu)分支，在這一過程中系統(tǒng)從熱力學(xué)混沌狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻暮纳⒔Y(jié)構(gòu)狀態(tài)，其間微小的漲落起到了關(guān)鍵的作用。這種耗散結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)都是以這種臨界點附近的突變方式實現(xiàn)的。
從開放系統(tǒng)的角度看，突變是使系統(tǒng)從無序混亂走向有序井然的關(guān)鍵。當(dāng)開放系統(tǒng)內(nèi)部某個參量的變化達(dá)到一定閾值時，它就可能從原來無序的混亂狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時間上、空間上和功能上的有序狀態(tài)，即耗散結(jié)構(gòu)。
耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)
耗散結(jié)構(gòu)是指遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在外界條件變化達(dá)到一定閾值(形成足夠的負(fù)熵流)時，通過內(nèi)部的作用（漲落、突變）產(chǎn)生自組織現(xiàn)象，使系統(tǒng)從原來的無序狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闀r空上和功能上的宏觀有序狀態(tài)，從而形成的新的、穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。
如一壺水放在火爐上，水溫逐漸升高，但水開后水蒸氣不斷蒸發(fā)，壺中的水和空氣就形成了一個開放系統(tǒng)，帶走了火爐提供的熱量，水溫不再升高，達(dá)到了一種新的穩(wěn)定狀態(tài)。
影響
耗散結(jié)構(gòu)理論提出后，在自然科學(xué)和社會科學(xué)的很多領(lǐng)域如物理學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)等都產(chǎn)生了巨大影響，為醫(yī)學(xué)提供了啟迪和借鑒作用。著名未來學(xué)家阿爾文·托夫勒在評價伊利亞·普里高津的思想時，認(rèn)為它可能代表了一次科學(xué)革命。
但也不應(yīng)夸大它的作用。只有把它與系統(tǒng)科學(xué)方法的其他理論(系統(tǒng)論、信息論、控制論、協(xié)同論、超循環(huán)論、突變論等)結(jié)合起來，才能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
推動
耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)同并延用了一般系統(tǒng)論中的開放系統(tǒng)思維。一般系統(tǒng)論源于生物學(xué)家對生命機(jī)體運(yùn)行機(jī)制的深入思考，而生命活動也是耗散結(jié)構(gòu)理論頗為關(guān)注的研究對象。
普利戈金本人曾對耗散結(jié)構(gòu)形成的條件，作過簡單通俗的說明。他寫道:“生物和社會組織包含著一種新型的結(jié)構(gòu)，……社會和生物的結(jié)構(gòu)的一個共同特征是它們產(chǎn)生于開放系統(tǒng)，而且這種組織只有與周圍環(huán)境的介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換才能維持生命力。然而，只是一個開放系統(tǒng)并沒有充分的條件保證實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。只有在系統(tǒng)保持“遠(yuǎn)離平衡”和在系統(tǒng)內(nèi)的不同元素之間存在著“非線性”的機(jī)制的條件下，耗散結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)”。顯然，人既有生物的屬性，又有社會的屬性，人的生命過程既參與生物運(yùn)動，也參與社會運(yùn)動，更具備形成耗散結(jié)構(gòu)的條件。
耗散結(jié)構(gòu)理論耗散與生命活動
首先，生命的本質(zhì)在于運(yùn)動。人體是一個遠(yuǎn)離平衡的系統(tǒng)，它需要保持動態(tài)平衡才能存在。平衡就意味著生命的終止。興奮和抑制、收縮和舒張平衡了，心跳也就停止了。動脈、靜脈各部分血壓平衡了，毛細(xì)血管有效過濾壓等于零，物質(zhì)交換也就沒有了。細(xì)胞內(nèi)液與外液中的Na+、K+的濃度是非平衡的，神經(jīng)細(xì)胞膜內(nèi)K+濃度為膜外30倍，膜外Na+濃度為膜內(nèi)12倍，這種離子濃度非平衡，對細(xì)胞的興奮及機(jī)能是必要的。如果離子濃度平衡，生物電就消失，細(xì)胞功能也就喪失。其次，人體又是一個包含有多子系統(tǒng)多層次的復(fù)雜開放系統(tǒng)。從橫向看，包括骨胳、肌肉、神經(jīng)、消化、呼吸、泌尿生殖系統(tǒng)等子系統(tǒng)。從縱向看，包括群體、個體、器官、組織、細(xì)胞、亞細(xì)胞、分子、量子等層次。此外，還有與上述要求有關(guān)又自成一體的免疫系統(tǒng)，等等。而且各子系統(tǒng)之間、各層次之間存在著復(fù)雜的聯(lián)系和相互作用。人既要吃、喝、吸氣，又要拉、撒、呼氣，因而是一個開放系統(tǒng)。機(jī)體走向封閉，就會生病甚至死亡。中醫(yī)所說“不通則痛”就是這個道理。再次，人體內(nèi)各元素之間存在非線性機(jī)制。所謂非線性，是指引起系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)的復(fù)雜過程的，主要不是逐步演變的擴(kuò)散型，而是產(chǎn)生突變(或質(zhì)變)的化學(xué)反應(yīng)型。人體生理病理轉(zhuǎn)化過程中，存在大量通過爆發(fā)性漲落而擺脫連續(xù)性的情況。即使是最簡單的細(xì)胞中，正常的新陳代謝也要引起無數(shù)個偶合的化學(xué)反應(yīng)；新陳代謝還要有特定的酶。因此，正常人體是離不開非線性機(jī)制的。最后，人體生命現(xiàn)象中，還大量存在時間節(jié)律和周期行為。所以，人體能夠形成和保持耗散結(jié)構(gòu)。
生命不僅僅表現(xiàn)為終究要死亡，要從有序走向無序，而且在于它要努力避免很快地衰退為惰性的平衡。因此，從某種意義上說，人體時刻都處在有序-無序-有序的轉(zhuǎn)化過程中。在正常生理過程，機(jī)體內(nèi)部借助新陳代謝的作用，把細(xì)胞或機(jī)體中陳舊、多余的或有害的物質(zhì)分解，把衰老、垂死或受傷的組織成分清理掉，釋放其中的能量，使機(jī)體內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)不斷遭到破壞，這可以說是人體自身產(chǎn)生的正熵，由于正熵存在，機(jī)體由有序趨向無序。但與此同時，機(jī)體又通過合成代謝，從外界吸收物質(zhì)和能量，引進(jìn)負(fù)熵，建造自身結(jié)構(gòu)所需要的組織成分，以替代被拆除的組織成分，產(chǎn)生新的更高層次的有序狀態(tài)，使無序趨向有序，從而使機(jī)體保持正常的生命活動。機(jī)體這種相對穩(wěn)定有序是通過自身調(diào)控機(jī)制實現(xiàn)的。一旦致病因素造成調(diào)控機(jī)制混亂，機(jī)體與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換發(fā)生障礙，系統(tǒng)內(nèi)正熵增加，有序性遭到破壞，積累到一定的閾值，經(jīng)漲落觸發(fā)，就會從有序變?yōu)闊o序，這就是病態(tài)。疾病的醫(yī)治實際上是通過強(qiáng)化輸入負(fù)熵流防止輸入正熵，并促進(jìn)機(jī)體遠(yuǎn)離平衡以達(dá)到系統(tǒng)熵增為負(fù)或正熵不大的低熵有序狀態(tài)，從而消除疾病，轉(zhuǎn)為健康。
耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)理論對醫(yī)學(xué)的啟發(fā)和推動
耗散結(jié)構(gòu)理論試圖認(rèn)識自組織的機(jī)制和規(guī)律，即有序和無序相互轉(zhuǎn)化的機(jī)制和條件問題。“醫(yī)學(xué)是認(rèn)識、保持和增強(qiáng)人類健康，預(yù)防和治療疾病，促使機(jī)體康復(fù)的科學(xué)知識體系和實踐活動”。其首要任務(wù)是認(rèn)識健康和疾病轉(zhuǎn)化的機(jī)制和條件問題。因而，二者是一致的。前者對后者必定具有啟迪和借鑒作用。
首先，耗散結(jié)構(gòu)理論可以深刻揭示人體的統(tǒng)一性及其與外界因素的統(tǒng)一性，為醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變提供理論依據(jù)。因為，這一理論用整體觀研究生命現(xiàn)象，并且認(rèn)為只有開放的、能與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的系統(tǒng)，才能形成穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。人體正是這樣的系統(tǒng)。
但是，傳統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)模式忽視了人的社會性和心理因素的影響，對生理病理過程的考察往往帶有封閉或半封閉性質(zhì)，而且使用的是脫離整體聯(lián)系發(fā)展的孤立、靜止研究方法。這就使得它不可能正確反映和解決作為開放系統(tǒng)的人體穩(wěn)定、有序、健康問題，因而不可避免地要被新的醫(yī)學(xué)模式所代替。所以，醫(yī)務(wù)工作者掌握耗散結(jié)構(gòu)觀點，首先有助于實現(xiàn)從生物醫(yī)學(xué)向生物、心理、社會醫(yī)學(xué)模式轉(zhuǎn)變。
其次，有助于臨床工作中，系統(tǒng)整體思維和全方位立體思維的形成和運(yùn)用。
此外，人體有序、健康的形成和保持，實際上是多組分多層次的人體系統(tǒng)為主體和物質(zhì)基礎(chǔ)，以與外界交換所得能量為動力，以來自內(nèi)部信息為指令，以神經(jīng)體液為調(diào)控手段，以時空或功能有序為目標(biāo)的自組織過程。因此，耗散結(jié)構(gòu)理論的提出，使系統(tǒng)科學(xué)方法變得更加完善，對醫(yī)學(xué)研究中解釋人體生理病理過程有啟發(fā)作用。
耗散結(jié)構(gòu)理論提出“非平衡是有序之源”的觀點，對糾正“平衡有序”觀念和貫徹積極治療，推動有關(guān)非平衡區(qū)生命穩(wěn)定有序的研究，對搞好防病治病有著重要意義。
但非平衡，不是不平衡，也不是平衡，而是巨漲落前的遠(yuǎn)離平衡態(tài)，是處于失穩(wěn) 臨界點附近沒有超過臨界點的穩(wěn)態(tài)。與此相對應(yīng)，失穩(wěn)包括兩方面，一是因平衡變?yōu)椴黄胶舛Х€(wěn)，如細(xì)胞外液pH值過高過低將導(dǎo)致堿中毒或酸中毒。二是不平衡趨向平衡而失穩(wěn)，細(xì)胞外液鉀濃度增高，而致高血癥；各種組織中較特異酶譜由區(qū)別而趨向一致性，意味著癌癥出現(xiàn)。所以，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)的是動態(tài)平衡。
然而，我們許多醫(yī)務(wù)工作者在實踐中，努力糾正不平衡的同時，往往不自覺地走向另一極端追求平衡。而且忽視了心理、社會動態(tài)平衡對健康的意義，這對實踐是有害的。實踐告訴我們，難治性心力衰竭一類頑癥之所以難治，就在于只引入負(fù)熵流(即各種改善心衰的措施，包括藥物等)并不一定能刺激機(jī)體達(dá)到臨界點，要使機(jī)體完成“無序→有序”的躍進(jìn)，必須使機(jī)體遠(yuǎn)離平衡即機(jī)體要有相當(dāng)?shù)淖陨砘盍偷挚沽Γㄟ^漲落達(dá)到臨界點才能使新的躍進(jìn)完成，使機(jī)體從無序狀態(tài)恢復(fù)到有序狀態(tài)。所以，我們必須注意，治療中不能單純依靠藥物等一系列外來因素的作用，還必須大力提高患者的整體機(jī)能，包括非藥物的心理治療，排除影響機(jī)體機(jī)能恢復(fù)的各種干擾。
耗散結(jié)構(gòu)理論的提出，推動醫(yī)學(xué)工作者進(jìn)一步從各方面探索處于非平衡區(qū)生命系統(tǒng)穩(wěn)定、有序、健康的維持問題。諸如什么是穩(wěn)態(tài)；有什么抗干擾的特性；失穩(wěn)的臨界點在哪里；在什么條件下，通過什么方式，人體有序變無序，穩(wěn)態(tài)變失穩(wěn)；在失穩(wěn)、生病后在什么條件下，通過什么方式恢復(fù)穩(wěn)態(tài)、健康等等。這對提高醫(yī)療衛(wèi)生工作質(zhì)量無疑是有益的。例如，布魯塞爾學(xué)派對腫瘤免疫的研究，就屬于抗干擾特性研究的一部分。該派傾向于細(xì)胞免疫起主要作用。體外實驗表明，效應(yīng)細(xì)胞每次可以與一個或幾個腫瘤細(xì)胞結(jié)合然后分解為原來形式的效應(yīng)細(xì)胞和失去復(fù)制能力的死亡腫瘤細(xì)胞。布魯塞爾學(xué)派為此建立起腫瘤生長的數(shù)學(xué)模型。在對這一模式的求解中，它給出何種條件腫瘤會長大或抑制，即在某些條件下，小于臨界大小的腫瘤將消失，大于臨界大小的腫瘤則長大。在另一些條件下，埋沒腫瘤中的正常組織若大于一定臨界大小時會不斷長大，從而擺脫癌狀態(tài)，反之若該正常組織過小則會為腫瘤組織所吞沒。該模型給出的腫瘤細(xì)胞數(shù)的時間振蕩行為與臨床觀察一致”。這樣的探討，對臨床上因勢利導(dǎo)防治腫瘤就很有價值。又如，臨界點問題，不但研究穩(wěn)態(tài)的生物(或物理化學(xué))臨界點，而且研究心理、社會臨界點，以及對臨界值隨年齡、性別，特別是作用因素的量與時間兩者關(guān)系所決定的個體適應(yīng)與不適應(yīng)之間的差異，這些對醫(yī)學(xué)理論和實踐都有著十分重要的意義。
此外，掌握“非平衡是有序之源”的觀點，還有助于動態(tài)思維的形成。“非線性”理論對醫(yī)學(xué)實踐有著重要的啟迪和借鑒作用。系統(tǒng)的不同元素之間存在著非線性機(jī)制，是耗散結(jié)構(gòu)形成的重要條件之一。多組分多層次的開放系統(tǒng)只有處于遠(yuǎn)離平衡的非線性區(qū)，才有可能經(jīng)漲落的觸發(fā)，從無序突變?yōu)榉€(wěn)定的有序的時空結(jié)構(gòu)。非線性區(qū)有兩個特征:一是突變、飛躍的臨界點所在，二是存在可逆和不可逆的兩種不同趨勢。因此，掌握非線性區(qū)對醫(yī)療實踐的意義是不容忽視的。
耗散結(jié)構(gòu)理論關(guān)于生命系統(tǒng)進(jìn)化過程中的非線性漲落的作用，與醫(yī)學(xué)實踐中生理和病理相互轉(zhuǎn)化中漲落的作用有所不同(前者是單向的、積極的；后者是雙向的，利弊兼有的)。但其對非線性漲落的論述，可以啟發(fā)醫(yī)務(wù)工作者在實踐中，因勢利導(dǎo)，盡可能防止和減少漲落的破壞作用，充分利用其積極作用，更好地防病治病。
耗散結(jié)構(gòu)理論指出:“生命的保持和發(fā)育是跟大量的化學(xué)反應(yīng)和運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象分不開的。是由許多高度非線性的復(fù)雜因素，如激活、抑制、直接的自身催化等連鎖制約的”。這就告訴我們，盡管研究病因要從生物、物理化學(xué)、心理、社會等多方面著手；認(rèn)識疾病的本質(zhì)要從各個層次上進(jìn)行探索，但作為生命有機(jī)體的線性機(jī)制，首先存在于微觀層次中，并主要通過微觀層次表現(xiàn)出來。因此，我們無論考察生理向病理轉(zhuǎn)化，還是病理向生理復(fù)歸的量變質(zhì)變過程，都應(yīng)把重點放在微觀層次上，堅持微觀深層導(dǎo)向性。這不是回到片面強(qiáng)調(diào)理化指標(biāo)為依據(jù)，著重分析的還原論老路上去，而是要走向綜合兼容辯證還原的新思維方式。
理論舉例
例如，從下方加熱的液體，當(dāng)上下液面的溫度差超過某一特定的閾值時，液體中便出現(xiàn)一種規(guī)則的對流格子，它對應(yīng)著一種很高程度的分子組織，這種被稱為貝納爾流圖像，就是液體中的一種耗散結(jié)構(gòu)。又如，化學(xué)反應(yīng)中的別洛索夫—扎博京斯基反應(yīng)，某些反應(yīng)物濃度隨時間和空間呈周期性的變化，這種化學(xué)振蕩和空間圖像，就是化學(xué)反應(yīng)中的一種耗散結(jié)構(gòu)。
理論歷史
耗散結(jié)構(gòu)是布魯塞爾學(xué)派著名的統(tǒng)計物理學(xué)家耗散結(jié)構(gòu)理論，于1969年在理論物理和生物學(xué)國際會議上提出的一個概念。這是伊利亞·普里高津學(xué)派20多年從事非平衡熱力學(xué)和非平衡統(tǒng)計物理學(xué)研究的成果。
1971年普里戈金等人寫成著作《結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定和漲落的熱力學(xué)理論》，比較詳細(xì)地闡明了耗散結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)理論，并將它應(yīng)用到流體力學(xué)。化學(xué)和生物學(xué)等方面，引起了人們的重視。
1971～1977年耗散結(jié)構(gòu)理論的研究有了進(jìn)一步的發(fā)展。這包括用非線性數(shù)學(xué)對分岔的討論，從隨機(jī)過程的角度說明漲落和耗散結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，以及耗散結(jié)構(gòu)在化學(xué)和生物學(xué)等方面的應(yīng)用。1977年普里戈金等人所著《非平衡系統(tǒng)中的自組織》一書就是這些成果的總結(jié)。
理論發(fā)展
之后，耗散結(jié)構(gòu)理論的研究又有了新的發(fā)展，主要是用非平衡統(tǒng)計方法，考察耗散結(jié)構(gòu)形成的過程和機(jī)制，討論非線性系統(tǒng)的特性和規(guī)律，以及耗散結(jié)構(gòu)理論在社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等方面的應(yīng)用等。
結(jié)構(gòu)理論
耗散結(jié)構(gòu)理論把復(fù)雜系統(tǒng)的自組織問題當(dāng)作一個新方向來研究。在復(fù)雜系統(tǒng)的自組織問題上，人們發(fā)現(xiàn)有序程度的增加隨著所研究對象的進(jìn)化過程而變得復(fù)雜起來，會產(chǎn)生各種變異。針對進(jìn)化過程時間方向不可逆問題，借助于熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)用耗散結(jié)構(gòu)理論研究一般復(fù)雜系統(tǒng)，提出非平衡是有序的起源，并以此作為基本出發(fā)點，在決定性和隨機(jī)性兩方面建立了相應(yīng)的理論。
在決定性理論方面，以化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)為例，耗散結(jié)構(gòu)理論是在等溫、等壓、穩(wěn)定的邊界條件和局域平衡四個假定下，考察復(fù)雜的開放系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)服從的統(tǒng)計力學(xué)規(guī)律建立相應(yīng)的方程。
用微分方程的穩(wěn)定性理論已經(jīng)證明：復(fù)雜的開放系統(tǒng)在平衡態(tài)附近的非平衡區(qū)域不可能形成新的有序結(jié)構(gòu)，在這個區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的基本特征是趨向平衡態(tài)。在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非平衡區(qū)域，系統(tǒng)可以形成新的有序結(jié)構(gòu)，即耗散結(jié)構(gòu)。這種耗散結(jié)構(gòu)只能通過連續(xù)的能量流或物質(zhì)流來維持，它是在熱力學(xué)不穩(wěn)定性上的一種新型組織，具有時間和空間的相干特性。這是一種與平衡條件下出現(xiàn)的平衡結(jié)構(gòu)完全不同的結(jié)構(gòu)。
在隨機(jī)性理論方面，耗散結(jié)構(gòu)理論運(yùn)用數(shù)學(xué)中的概率論和隨機(jī)過程論分析復(fù)雜系統(tǒng)，考察系統(tǒng)內(nèi)的漲落，認(rèn)為耗散結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制是由于系統(tǒng)內(nèi)漲落的放大。系統(tǒng)在某個特定的閾值以下，漲落引起的效應(yīng)由于平均而減弱和消失，因而不能形成新的有序結(jié)構(gòu)。只是在達(dá)到閾值以后，漲落被放大才產(chǎn)生宏觀效應(yīng)，因而出現(xiàn)新的有序結(jié)構(gòu)。這實質(zhì)上對應(yīng)于一個宏觀量級的漲落，并且由于和外界交換能量或物質(zhì)而得到穩(wěn)定。
耗散結(jié)構(gòu)理論比較成功地解釋了復(fù)雜系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡態(tài)時出現(xiàn)耗散結(jié)構(gòu)這一自然現(xiàn)象，并得到廣泛的應(yīng)用。它已在解釋和分析流體、激光器、電子回路、化學(xué)反應(yīng)、生命體等復(fù)雜系統(tǒng)中出現(xiàn)的耗散結(jié)構(gòu)方面獲得了很多有意義的結(jié)果，并且正在用耗散結(jié)構(gòu)理論研究一些新的現(xiàn)象。諸如核反應(yīng)過程，生態(tài)系統(tǒng)中的人口分布，環(huán)境保護(hù)，交通運(yùn)輸和城市發(fā)展等，都可當(dāng)作遠(yuǎn)離平衡態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)來研究。這方面的工作也取得了一定的進(jìn)展。
揭示現(xiàn)象
耗散結(jié)構(gòu)的研究揭示了一種重要的自然現(xiàn)象，并對復(fù)雜系統(tǒng)的研究提出了新的方向。在數(shù)學(xué)上描述復(fù)雜系統(tǒng)的方程通常是非線性的，一般包括分岔現(xiàn)象。耗散結(jié)構(gòu)實質(zhì)上對應(yīng)于系統(tǒng)方程在遠(yuǎn)離平衡區(qū)的一個分岔解。因此，耗散結(jié)構(gòu)的研究必然促進(jìn)分岔理論的發(fā)展。
耗散結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是一種突變現(xiàn)象，研究這類現(xiàn)象有助于豐富突變論的內(nèi)容。在隨機(jī)理論方面，耗散結(jié)構(gòu)的研究會促進(jìn)隨機(jī)過程論、隨機(jī)微分方程理論和隨機(jī)偏微分方程理論的研究和發(fā)展。
物理學(xué)方面
在物理學(xué)方面，耗散結(jié)構(gòu)的概念擴(kuò)大和加深了物理學(xué)中的有序概念。對不同物理體系中各種耗散結(jié)構(gòu)的研究，豐富了熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)中關(guān)于相變的研究內(nèi)容，開辟了新的研究領(lǐng)域，為物理學(xué)研究這些非平衡非線性問題提供了新概念和新方法。
化學(xué)和生物學(xué)方面
在化學(xué)和生物學(xué)方面，化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)和生物學(xué)系統(tǒng)中耗散結(jié)構(gòu)的研究，為生命體的生長發(fā)育和生物進(jìn)化過程提供了新的解釋，提供了新的概念和方法。在系統(tǒng)科學(xué)方面，耗散結(jié)構(gòu)理論利用數(shù)學(xué)和物理學(xué)的概念和方法研究復(fù)雜系統(tǒng)的自組織問題，成為系統(tǒng)學(xué)的一個重要組成部分。
參考資料 >