贝纳德元胞(Benard cells)是最典型的耗散结构。从底部均匀加热液体,液体就会出现上下搅动的“对流”,最后形成蜂巢状的有序排列的六角形结构。每个六角形中央处(或者边沿)的液体力图上升,而边沿处(或者中央处)的液体则力图下降,呈现有规则的层流。
这样就形成了能把来自底部的热能高效地传输到上部的结构。与没有对流的静止的液体相比,形成有序排列的六角形对流模式则能更好地向外释放热能。因此,自然而然地就形成了这样的结构。这就是形成耗散结构的基本原理。
贝纳德元胞
图片为在硅油中加入铝粉所显示的对流图像。(图片提供:日本东京大学大气海洋研究所 三泽信彦)
没有能量的交换就无法形成耗散结构
台风也是耗散结构的一种。为了更好地耗散来自海洋的热能,从而形成了涡旋。此外,研究认为,斑马的斑纹等生物体表的条纹也是一种耗散结构。
通过贝纳德元胞、台风这些例子,我们了解到“从外界获取能量,再把能量以热的形式释放出去”的环境是形成耗散结构的先决条件。也就是说,必须是与外界有能量和物质交换的“开放的空间”(开放系统)。既能提供能量又能排放能量(耗散),只有具备了这两个条件,才能形成有序排列的六角形或涡旋等结构。
生物从外界摄取营养,并将其转变为自身物质或维持生命活动所需的能量,并把所产生的热量排出体外(新陈代谢)。也就是说,生物体是一个开放系统。科学家认为,尽管生物的机体结构非常复杂,不像六角形或涡旋那么简单,但是,形成其结构(耗散结构)的基本原理是一样的。
在有序的耗散结构中,熵值较小。因为耗散结构是在与外界有能量和物质交换的“开放系统”中所形成的结构,因此不受熵增定律的限制。
耗散结构是一个“不断变化”的结构
就像耗散结构那样,自发形成有序结构的现象称为自组织现象。就像由一个受精卵发育成人类那样,形成了有序结构的生物就是一种典型的自组织现象。在自然界中,这种现象是大量存在的,例如原子有序排列形成的盐的结晶、水分子在高空结冰所形成的雪花等等。虽然它们都是自组织现象的典型例子,不过却是一种与耗散结构不同的结构。
盐的结晶与雪花是一种静态结构,当物理性撞击或温度变化导致其结构被破坏时,不能自发修复。耗散结构则是一种只要不断与外界交换物质和能量就能维持的动态结构。耗散结构是解释贝纳德元胞、台风以及生物体的“自我修复现象”和“有规则的自发运动”等现象的普遍机制。
(本文发表于《科学世界》2013年第10期)
大家有个普遍的共识:等到天气热了,武汉肺炎就会得到控制了。
为什么?普通答案:天气热了,病毒不耐热,就不流行了。对吗?
据了解,《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗快速指南(第二版)》明确指出,根据对SARS-CoV和MERS-CoV的研究,冠状病毒对热敏感,56℃下30分钟、乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒。氯已定不能有效灭活病毒。
天气再热,也不会超过56℃吧?所以,普通答案不对。
正确答案:等到天气热了,气也增加了,气一多,就把病毒控制住了。小孩和年轻人气足,所以,年轻人和小孩的死亡率很低。也间接证明气对病毒的抑制作用。
既然气可以抑制病毒,而且我们现在也知道如何产生气了(能量变化产生气,尤其是从零下七八度升到到零度的时候,产生的气很足),那么为什么不去试试?
气时空小屋的建造:
建造一个小屋,这个小屋温度相对稳定,不受小屋外温度的影响。小屋外,建造一个密闭的大房子,要比小房子大很多。这个大房子,首先冷却到低温(零下七八摄氏度),然后让气温逐渐升高,这个气温升高,就会导致气时空的产生,而气时空一旦产生,就会穿越小房子,达到小房子内。住在小房子内的人,会感到气时空增加,气时空一旦增加,就会驱赶寒气或者病气。
这个设计不难完成,一旦检验有作用,我们将来的治病,就是躺在气时空小屋内睡一觉,或者生活在其中一段时间,气时空的升高,将会驱赶我们身上的寒气或者病气。
这个原理,其实早被桑拿用上了。但是,桑拿的热气可能会损伤身体,一些人不适合桑拿。而这个气时空小屋的建造,可以让更多的体弱多病的人在其中得到康复。
其实,黄帝内经早有解释:春三月,天地俱生,万物以荣。就是春天随着气温的升高,气时空不断膨胀扩大,万物欣欣向荣。
将来假如有了人造小太阳,就更好了,小房子外面,先降温,然后用小太阳的升温,彻底模仿了这次的自然模式。
除此之外,我们可以在小屋外面缠绕一个螺旋管道,里面流动的是类似血液的37℃的液体,模仿人体健康的心室涡旋流 ,这样,我们可以模仿人体的血液循环,从而产生更大的气时空。
其实可以试一试,厉害!!!