公知精英吧 关注:11,635贴子:387,931

02-07 【敏猪出力】相对孤立系统

只看楼主收藏回复

假定在一个生态环境中存在着鹿、森林、狮子、狼、气候、土壤等因素。显然,这里面有许多互为因果的关系。其中影响鹿的数量的因素很多,有捕食者狮子和狼的数目,森林供给鹿的食物多少等等。鹿的数目本身又对森林的茂密程度以及狼、狮子的数目等发生影响。它们三者形成一个闭合的互为因果网络。在研究这个整体时,我们发现,如果研究的时问尺度不很长,那么我们可以把鹿群、森林、捕食者三个作为一个系统来研究。即主要的互为因果过程是在它们三者之间发生的。当然,土壤、气候对它们都会有影响,严格说来这种影响也是互为因果的。因为土壤的肥力和气候影响森林的状态,而森林可以影响土壤肥力,也可以影响气候。但当我们只考虑短期作用时,土壤和气候的影响相对比较稳定,较少变化,我们可以把鹿、森林、捕食者这三者看作一个系统来研究。而土壤和气候对它们的影响暂时忽略不计,或者当作不变的条件来考察。必须注意,这种对系统的划分是相对的,是根据我们研究的对象、要求来决定的。如果我们研究大范围生态变化,如几十年、几百年,那么这个生态系统跟土壤、气候的相互影响就不能忽略,这时互为因果是一个包括土壤、气候在内的更大系统。


1楼2017-02-07 09:48回复
    1907年,美国开巴高原七十万亩的范围中,约有四千只鹿生活在那里,同时生存着不少狼、狮子等捕食者。起先人们用固定其他因素不变的办法来研究这个系统,显然,为了增加鹿的数量,人们就得人量捕捉猛兽。到1924年,狼和狮子等捕食者基本捕捉殆尽,鹿的数量一下子增加到10万头。但同时当地的森林几乎被大量繁殖的鹿吃光,结果森林被破坏,大量鹿很快饿死。最后,鹿的数量大大减少,甚至比原来还少。为什么会出现这种错误?因为人们忘了系统中存在着互为因果的作用。固然,狼和狮子等的存在是鹿数量减少的原因,但森林能供给的食物是鹿数量的另一个条件。鹿本身的大量繁 殖却有可能破坏它本来得以存在的条件。


    2楼2017-02-07 09:54
    回复
      如果没记错 这是高中生物课本上的


      IP属地:广东来自Android客户端3楼2017-02-07 10:08
      收起回复
        在生态学中有一种奇怪的岛均衡现象。生态学家发现,如果岛大致的生态环境一致,那么离大陆最近的大岛屿上物种数目最多,而在小的远离大陆的岛上物种数目最小,对于一定的岛屿物种数目基本不变。为什么一定岛屿上物种数目一定呢?从系统处于稳态结构的角度很容易理解。


        4楼2017-02-07 10:37
        回复
          地质学家就是运用"稳态结构"这一概念来找石油的。石油的生成要有一定的古地理条件,如适当的气候,周围有大量生物繁殖,陆上经常输入大量泥沙等等。但仅有生油条件是不够的,因为生成的石油往往是分散的,只有这些分散的点滴石油集中起来,才能形成油田。在漫长的地质年代中,地壳结构在变化,石油也在不断地流动。如果地质学家要确定生油地质系统的具体演化过程,那到目前为止,还是做不到的。但却可以用稳定结构来预见系统最终的状态。比如说,油田要满足一个重要的条件——储油条件.即形成一个空间,油可以从四面八方聚集到这里,并旦一旦进入了这一地区,就流不到别的地方去了。显然,所谓储油条件就是说,油田对于石油流动来说是一个稳态结构。石油不断富集的过程就是石油流向稳定区的过程。地质学家指出了维持这一稳态结构的条件,如它必须是一个广阔的低洼地它在慢慢下降,周围在逐渐上升等等。


          5楼2017-02-07 10:42
          回复
            天上的月亮尽管或圆或缺,但我们从地球上始终只能看到它固定的半面。多少年来,人们对它背面的景观猜测纷纭,在宇宙飞行时代之前,人们始终未能看到一眼。我们知道,这是因为月球的自转速度跟它绕地球公转速度一致的缘故。那么,为什么月亮自转速度恰恰会和它绕地球公转速度相一致呢?这是巧合吗?以后月的自转速度会小会快一点或者慢一点,使它的背面能够转过来朝向地球呢?原来,由于月球跟地球之间存在着潮汐摩擦,不管月球原来的自转速度比它的公转速度快还是慢,最后总会趋向一致,也就是说,月球永远把同定的一面朝向地球是一种稳态结构,不大会发生改变。根据同样的道理,人们预言地球的自转速度也将逐渐缓慢下来,最终将跟月球的公转速度一致。1754年康德写了《关于地球自转问题的研究》一文,他认为,只有当地球表面和月球表面处于相对静止的时候,潮汐摩擦才会终结。那时候只有半个地球上的人才能看到月亮,另外半个地球上的人想看一眼月亮,得漂洋过海跑到地球的另一端去。


            6楼2017-02-07 10:42
            回复
              碳氢化合物可能进行哪些化学反应,可能分解或化合为哪些中间产物?是一个非常复杂的问题。但稍有一点化学知识的人都知道碳氢化合物在燃烧以后最后必定形成水和二氧化碳。因为在高温和氧充分的条件下,只有水和二氧化碳这两种产物才是稳定的。一群蜜蜂在田野里飞着,假设要对它们两小时后的位置进行估计。如果我们把蜜蜂飞行的路线及到达空间各点的时间都一一记下来,像研究行星轨道一样来研究它,那也许是一件十分艰巨的工作。谁知道每一只蜜蜂下一时刻会非到空间哪一点去呢?不过我们只要看一看附近田野里哪儿有较丰盛的花草,并估计一下两小时内蜜蜂所能行的距离,断言蜜蜂会出现在那些花草多的地方,总是不会错的。因为,蜜蜂停在花上,这对于系统的各种可能状态(结构)来说是一种稳态结构。


              7楼2017-02-07 10:46
              回复
                用稳态结构来预测事物发展方向时,必须注意,要把可能结构中一切稳定态都找出来,进行分析比较,看哪一个更稳定些。古时候洪水泛滥,大禹的爸爸鲧用"堙"法治水,治了九年不见效,结果被舜处死了。大禹改用"导"法,经过长期努力终于征服了洪水。为什么"导"法比"堙"法好昵?"堙"就是填塞,鲧企图用筑堤堆土的方法堵住洪水的去路。从暂时的局部的范围来看,洪水稍微稳定了一些,这种方法可能有点用处。但从整体来看,洪水仍处于高势位,这里不泛滥了,必然要在別处泛滥,整个系统依然是极不稳定的。大禹采用"导"法疏通河川,让洪水东流归海。"归海"是洪水最稳定的状态,大禹总结了他父亲的经验教训,选择这个最稳定状态为治水的标,所以取得了成功。


                8楼2017-02-07 10:47
                回复
                  很久以来人们对一种名叫北鳟的鱼一直感到困惑。北鳟平时生活在海里,它的身体是流线形的。交尾时沿着江河逆流而上,但不知为什么,体形发生了很大的变化,一到江河口,它的脊背上就长出了一个又高又扁的大包。后来人们发现,北鳟的这种变化是为了在江河中运动能够具有更大的灵敏性。在海里,北鳟的体形适于作稳定的高速运动,但江河里地形复杂,这种稳定性就有害了。运动速度总是很快,随机应变地控制转弯就会困难。为了适应环境,北鳟就改变了体形,使得重心尽可能靠近动压力作用点。这样,运动的稳定性差了,但灵敏度提高了。


                  9楼2017-02-07 10:51
                  回复
                    有一种现象跟系统的稳态结构有着密切的关系,这就是均匀性。
                    什么是"均匀"?直观上讲,一杯糖水是均匀的,无非是指它各点浓度一致。这是对的,但不深刻。说得更精确一些,所谓某一系统在空间上是均匀的,是指对物体空间各位置实行任一变换,变换后,系统不变。也就是属于"均匀"的那种性质是系统间位置交换中的不变量。我们用筷子搅样一下糖水,使糖水发生对流,如果糖水是均匀的,那么在进行这一变换后,糖水各点浓度分布和原来一样。如果糖水浓度分布不均匀,揽拌(对糖水各部分进行变换)后得到的新的浓度分布就和原来不一样了。既然如此,我们马上就可以想到,为什么均匀和稳定之间常有着紧密的联系。稳定性是指系统在干扰作用下不变的性质,如果干扰刚好是对系统空间位置的无序变动,那么它显然不会改变系统那种称为均匀的性质,这种性质就是稳定的。


                    10楼2017-02-07 11:29
                    回复
                      人们常常利用均匀性来控制和选择某些系统的稳态结构。我们知道,金属的晶体组成并不到处一样,有些地方晶体缺少电子,会发生变形,这种情况称为空穴。空穴是金属结构中比较脆弱的地方,金属在受力情况下,一般在空穴多的地方容易断裂。那么怎样增加金属的强度呢?一个办法是消灭空穴。但这很困难,空穴出现的机会太多了。我们可以利用均匀和稳定的相互关系来解决这一问题。实际上,我们并不需要消灭空穴,只要使空穴在整块金属中分布均匀,金属的强度就可以大大提高。因为在外力(干扰)引起晶体位置变化时,空穴如不均匀,那么将引起空穴的重新分布,应力可能在空穴周围积累起来,金属容易断裂。如果空穴分布均匀,那金属在受到外力作用时,空穴和空穴之间互相牵制.重新使应力分布变得均句,金属就不易断裂。因此,用X射线轰击金属,使空穴均匀,是增加金属强度的有效途径。


                      11楼2017-02-07 11:30
                      回复
                        热力学第二定律对这种均匀导致稳定的现象进行了理论上的概括。这个定律认为,一个孤立系统不管内部如何变化,它的熵总要趋向极大。倘趋向极大就是变成一种内部均勾的、无序的、混乱的情况。这种状态是系统自然趋向的最稳定结构。
                        但是,事情并不这么简单。如果把热力学第二定律推广开来,我们这个宇宙早就应当变成一个温度均匀密度一致的物质了。而现实的宇宙却并非如此,在我们这个世界上,找不到一小块内部绝对均匀绝对无序的物质。恰恰相反,有许多系統一旦内部趋向混乱、无序,它们就不能稳定地存在下去。


                        12楼2017-02-07 11:31
                        回复
                          最明显的是生物界.这是一个大不均匀的世界。几乎无须举例,就可以证明任何稳定的生命体都具有不均匀的结构。生物体只有死亡之后,才真正开始被环境同化,跟环境均匀一致。一部生物进化史,就是生物从原始的比较均的无序结构发展为高级的比较不均匀的有序结构的历史。原始细胞有了细胞膜,避免了自身和海水的均勾。真核细胞更进一步,在细跑内分化出细胞核和各种细胞器来。植物为什么要由根、茎、叶、花、果组成?动物为什么要分化出各种系统、器官?无非是这种不均匀性有利于生命的稳定。任何一棵由花均匀地构成的草和任何一只由胃均匀地构成的狗都是不可思议的。奥地利物理学家薛定锷最早注意到生命体这种特点,它似乎与热力学第二定律描述的体系的墙趋于极大的原则不同,它使生命物质能避免趋向与环境平衡的衰退。薛定锷认为,生命体之所以能免于趋近最大值熵的死亡状态,就是因力生命体能通过吃、喝、呼吸等新陈代谢的过程从环境里不断汲取负熵。他认为,有机体就是赖负熵为生的。新陈代谢中本质的东西,乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的墙。


                          13楼2017-02-07 11:31
                          回复
                            有时干脆把某一影响完全切断(如果可能的话),也可使一系统由不稳定变为稳定。比如我们用手端着盛得很满的一碗水,如果眼睛盯着它,小心地走着,反而容易晃出来。这是因为我们的脑→手→脑这一控制系统上又加上一个从眼脑的反馈回路,正是这回路作用,使系统反而不稳定了。这时,只要眼睛不看水,这一条影响通道切断了,系统就稳定了。同样,如果要使稳定变为不稳定,可加上新的影响(当然要看具体情况是否可能)。很多时候,改变结构和改变初始条件的方法是同时运用的,比如在纠正口吃的例子中,系统不稳时,加上滤波器,改变了系统的结构,待系统在新结构中得到稳定后,重新把滤波器去掉,使结构恢复到原来状态。这就是两种办法并用的例子。对于复杂系统,上述研究反馈过程中碰到的振荡和稳定转化的条件常常也是适用的。


                            14楼2017-02-07 11:45
                            回复
                              不明觉厉


                              来自Android客户端15楼2017-02-07 11:46
                              回复