平衡态与非平衡态

有人认为，生命这种极为有序的系统的存在，是违反物理学定律的。生命这种概率最小的状态之所以会存在于自然界，是因为有“麦克斯韦妖”在作怪的结果。

比利时的化学家普利高津却认为，生命过程与物理过程有着同一个自然基础。所不同的是，生命过程不是按适用于平衡态的经典热力学规律（主要是热力学第二定律）办事的，它遵循的是非平衡态热力学的规律。

那么，什么是“平衡态”？什么是“非平衡态”？

平衡态是我们常见的一种物质热运动状态。一杯水放在密闭的绝热容器中，过不了多久，水的蒸发现象就停止了，即水和蒸汽达到了饱和状态。这时候如果没有外界的影响，水也就不再发生宏观上的变化（如温度、压强上的变化），我们就说水在容器中达到了一种“平衡态”。平衡态不是静止状态，这杯水从宏观上看起来是放在那里不动的，可是从微观上看，水分子却是时时刻刻在做着热运动。只是全体水分子热运动的平均效果（如温度、压强等）不随时间而改变，宏观上表现为水的温度、压强等保持不变。还是类似的例子，将刚烧开的水灌进一个热水瓶里，不要灌满，只灌到它容积的90%，然后盖上盖子。这时，水瓶里水面上的空间里充满了水蒸气，过一会儿，水蒸气的温度、压强都不再变化，与下面的开水达到一种平衡状态。但是，从微观上看，千千万万的水分子不停地从液相变成气相，又以同样的速率从蒸汽再回到水中。这种“过饱和”蒸汽处在一种动态平衡之中。物理学上把这种系统在不受外界影响（外界不对系统作功，也不传热）的条件下，其宏观性质不随时间而改变的状态统称为“平衡态”。它是热力学中最重要的基本概念之一，整个经典的热力学理论都是建立在平衡态之类概念的基础上的。

有平衡态就有非平衡态，所谓“非平衡态”，就是指系统的宏观性质（温度、压强、浓度等）随时间而变化的状态。这时，系统内的微观粒子将作有序运动，从而引起各种宏观物理过程。例如，把一小杯热水倒进一大杯冷水中，这两者的温度处于不平衡状态，于是，热水中的热量就向冷水部分流动，最终使全部水各处的温度都一样。这一实验表明，在没有外界影响时（这两种水混合后，再没有外界的影响了），原来处于非平衡态的系统总会自发地趋于平衡态。类似的例子很多，例如，一滴墨水滴到一杯清水中，由于浓度的不平衡，墨水分子在清水中扩散，最终均匀分布在清水中。又如，由于电压的不相等，电流总是从高电压处流向低电压处，一直到电压相等为止。