地理学对称原理

㈠ 地理系统

（1）地理系统是一个开放系统

地理科学研究地理系统的模型有孤立系统、封闭系统、开放系统三类。相比之下开放的地理系统具有“活”性，更具有普遍意义。开放性是地理系统的首要特性，耗散结构理论引入“地理熵”（geography entropy）剖析地理系统的这一特性。假定地理系统各要素间有n种组合，第i种组合的概率为P_i，则地理熵S定义为：

。式中K为波尔兹曼常数。如果地理系统内各要素有组合的最大任意性，则每种组合的概率相等，P_i＝1/n，地理熵取最大值，这时地理系统最无序，最对称；若组合有最小任意性，则地理熵取最小值，地理系统最有序。然而，真实的地理系统熵值并非定取最大或最小值，而是表现出极为复杂的总熵变dS＝diS＋deS。式中diS表示地理系统的熵产生，diS＞0，deS表示地理系统与外界交换能量物质和信息引起的熵流，其值可正可负。当deS＜0，且∣deS∣＞diS时，dS＜0，只要系统的负熵流逐渐增加，总熵变就逐渐减少，地理系统就会逐渐地由无序转向有序。可见，地理系统耗散结构的形成及进化过程正是靠因开放而不断地向其内输入低熵能量物质和信息，产生负熵流而得以维持。这里低熵能量物质和信息的传输和流转借助“麦克斯韦尔”（Maxwell demon）来调控和获得。只要留神便可注意到，地理系统中无论是非生物过程，还是生物过程，都叠加着人文过程，立即就可发现地理系统诸因素中的人是调控功能最强的“麦克斯韦尔”。人具有识别和获取食物、燃料、矿物等低熵物质和各种低熵信息、并将其集中形成更有序、熵更低的地理系统的能力，人通过社会生产和消费，从地理系统内获得大量“积蓄”（资源和能源等），又不断向其中输入更多的低熵能量、物质和信息，促使系统耗散结构的形成，促使低级阶段的耗散结构进化成为高级阶段的耗散结构。具体到地理系统的城市进化过程，处于适应的区位、内部结构合理且自组织能力强的城市，在“麦克斯韦尔”的作用下，不断地从周围地区吸收负熵流（人才、资金、技术、信息、能源、物资等）增加自身的有序性（良好的城市生态、合理的功能分区、优异的生产能力、健全的行政机构与管理、先进的科学技术与教育、和谐的社会生活等）促使城市不断向更高级方向进化及城市经济的繁荣。不难看出，从开放系统到形成“麦克斯韦尔”，再由“麦克斯韦尔”来调控，这或许正是开放的地理系统的总体“发展战略”。地理系统的熵变，创造了一个自然、资源、人口、经济与环境诸要素间相互依存、相互作用、复杂有序的巨系统，人只有顺应地理系统进化发展的规律，顺应地理系统的熵变规律，稳妥把握地理系统开放的适度，才能成功地调控地理系统，并成为地理系统的真正主人。

（2）地理系统是一个非平衡系统

在地理系统中，耗散结构的所谓地理时空有序，就是地理时空对称的破缺，所谓地理组织和结构性的产生，实质上是地理对称性减少。完全的地理系统就意味着没有任何地理秩序，没有任何地理结构和信息，这正是孤立的地理系统处在平衡态的特点。开放的地理系统则越出地理平衡区到达非平衡态的区域，向有序、复杂、高级的进化正是地理对称性的破缺（包括地理时空、结构和功能对称性的破缺），系统不断地通过引入外界的负熵流，抵消系统本身的熵产生，维持对称性破缺后形成的动态有序结构的相对稳定性；不断地进行“新陈代谢”、“加强营养”，而不至于因返回地理平衡态而瞬息窒死。

按耗散结构理论，地理系统远离平衡态是由于系统内部存在的各种“地理梯度”产生“地理梯度力”（简称地理力），导致了“地理流”的出现。地理流

与地理力

有如下正相关关系，

。式中L_ki是由于

和

决定的比例系数，由公式可看出，地理力越大，产生的地理流越多，输入到系统内的负熵越多，系统越远离平衡态，因而越有序。但是热力学中的最小熵产生原理不能保证地理系统在平衡区、非平衡线性区发生自组织产生新的有序结构，还必须引出里昂倒易关系和局域平衡假设的概念作理论基础。这个假说指出，地理系统从整体上看是非平衡的，但可采用一定的方式把系统分为无数个宏观上足够小、微观上足够大的均匀平衡单元，这正如一条曲线化为无数段短直线、一个圆化为无限个边的正多边形一样。据此引入“局域地理熵”研究地理系统的非平衡态。局域地理的熵产生为局域地理与地理力积之和，即：

。

由于熵是一个广延量，对单个的局部熵求和即可得到整个地理系统的总熵产生。运用这种化整为零和集零为整的方法，注意到平衡与非平衡态、非平衡线性区与非线性区矛盾的转化，即可保证地理系统在非平衡态达到有序结构。

总之，地理系统内地理力的存在，就意味着“非平衡”，地理系统维持着这种促使其有序的非平衡，并在不断打破内部各自“平衡”的基础上创造新的非平衡。从系统进化的定义看，平衡就是地理系统中每一个要素在系统内部的地位、作用、性质和功能上都没有多少差异，耗散结构使地理系统内部的各个要素“高度分工协作”，要素间的对称性不复存在，要素对系统的责任更明显，各要素间的关系更密切，各要素功能于系统的整体功能大大强化。

（3）地理系统是要素间有非线性相互作用的系统

地理系统是由各个组成要素或各个组成部分相互作用，并具有一定结构，能完成一定功能的整体。地理系统是一个等级系列，其要素就是指气候、地貌、水文、土壤、植被、动物以及人类活动等单项的“条条”要素。这些“条条”要素本身就可以成为地理系统的子系统。

地理系统是一个具有整体性和倏忽性等重要特性的复杂系统，因此在地理系统中，作为输出能量物质的“营养源”的自然地理系统和作为输入营养的“营养汇”的人文地理系统之间相互促进又相互制约，彼此间存在着极复杂的非线性相互作用（反馈、自催化、自组织、自我复制等），同时自然、人文地理系统内部的各要素间的非线性联系更为密切。这种非线性相互作用使无数个地理要素的微观行为得到“协同”和“合作”，产生出宏观的“序”，其结果形成了错综复杂的层次结构系统，如农业与气象气候、矿产资源与采掘工业、人口与生产和生活资料等，各个自然要素、人文要素、非线性子关系、子层次的有机集合组成了地理系统的结构和功能。其结构和功能的性质取决于人文地理系统开发利用方向与自然地理系统所提供的物质、能量的潜在利用方向之间的非线性协同关系，若二者不存在重大偏离，则协同效应显著，协同系数大时，地理系统视为耗散结构，否则为非耗散结构。良性的耗散结构具有极强的协同力（自调节能力和抗干扰能力），系统功能的发挥利用耗散结构的进一步良化，其结果降低了系统的熵值，巩固和革新了地理系统的耗散结构。恶性的非耗散结构则使系统的不稳定性增大，熵值升高，结构遏制功能的良好发挥，功能的反作用进一步恶化结构，其结果只能加速地理系统耗散结构的消亡。

地理系统内自然和人文地理要素的协同和合作具有异常巨大的良化能力。如果系统内某一地理要素发生扰动（这一扰动可由人类有目的地诱发，也可由人类盲目开发或其他原因引起），引起关联因子的扰动，而要素群体的共同扰动产生比线性叠加远为巨大的协同效应，从而使地理系统产生各子系统前所未有的有序结构和“特异”功能。地理要素的扰动改变了地理系统差异的内容，变更了地理系统演变的轨迹，良化了系统的结构与功能。但扰动在产生协同效应的同时，同样会产生消极效应破坏有序结构，恶化系统功能。由此可见，人类在对地理要素有目的的诱发产生扰动的同时，尽可能地控制扰动幅度和方向，方可更有效地发挥要素间非线性相互作用产生的协同效应对地理系统结构与功能的异常巨大的良化能力。

（4）地理系统是一个动态涨落系统

地理系统的时间组织性决定了地理系统是一个演变的动态系统，其演变的重要机制是偶然性的随机涨落，它的产生与放大取决于系统熵的二阶超量的贡献，即系统的超熵产生：

。式中δ²S可看作是描写地理系统微分方程的李雅普诺夫函数。由局域平衡，假设恒有δ²S≤0，当系统处于近平衡态时，

，这时地理系统处于渐近稳定态。当系统处于远离平衡态时，δ_xp可正可负。如果

，则地理系统处于渐近稳定态，系统内部产生的微不足道的涨落不可能放大，因而对系统的演化无甚作用；如果

，地理系统处于临界稳定态；如果

，则地理系统处于不稳定态，系统内部产生的微涨落通过相干效应迅速放大成宏观整体上的“巨涨落”，并得以稳定，系统由一种不稳定的定态跃变为另一种新的有序态，出现耗散结构分支。可见，在系统处于远离平衡时，δ²S可看作是一个李雅普诺夫函数，它对时间的全导数

成了远离平衡的地理系统稳定性的重要判据，称一般热力学稳定性判据。

与此同时，由于地理系统具有等级性和包容性的特点，一个有限大小的基本地理系统的环境要素总处在不停地随机变动之中，从而形成对基本地理系统宏观状态的各种随机扰动，即地理系统的“外部涨落”或“外部噪声”。地理系统的内涨落与外涨落互相叠加、同步和共振，造成系统涨落特性的复杂性，构成了其本身形成耗散结构的触发机制和破旧立新达到有序结构的先行官，进而加剧了地理系统演化规律的复杂性。

1）众多涨落的并存，决定了地理系统进化是个由环境选择的过程。对于在具体时空条件下的地理系统进化来说，地理系统耗散结构的形成，并非由旧状态中的任何一个涨落放大而来。实际上能成为一次具体进化内部根据的，只是众多涨落中某一个或很少的几个，其余的只能被淘汰。具体哪个涨落被放大或淘汰，归根到底由环境选择决定。环境在众多同时并存的涨落中选择某一个或少数几个与自身产生的“外涨落”步调一致的涨落，将其放大并稳定下来形成新的有序结构，即耗散结构，从而决定了地理系统进化的实际方向。

2）涨落形成过程的随机性，决定了地理系统进化方向的偶然性。由于地理系统内每一个子系统或每一个要素的运动本质上都是随机的，不可能从原则上完全预言。在某一特定的时刻，系统在所有形成的数目惊人的涨落类型中，实际上恰好形成这种或那种特定类型的涨落只具有概率的确定性，这就决定了地理系统演化的方向不可能纯属必然，而是带有偶然性。正如普利高津指出的“系统进化的最终状态决定于微小涨落产生的几率，在这种意义上，演变变成为一个随机的过程了”。

3）几个涨落的合作与竞争，导致了地理系统进化过程的复杂性。对于地理系统的进化来说，能够被放大的涨落往往不是一个，而是一个以上。在这种情况下，系统进化最终出现哪一种特定的有序结构，由这几个涨落间的合作和竞争结果决定。在合作与竞争过程中，随着某一参量达到新的临界值，合作的基础不复存在，竞争机制不断加强，具有旺盛生命力和远大发展前途的涨落在竞争中获胜，单独主宰整个系统的有序结构。这无疑加大了地理系统进化的复杂性。

㈡ 对称性原理的应用

1、如果轨道不在同一平面内。则运动不对称。因为有心力是对称的。
2、3个相互影响，具有不确定的对称性
3、全息技术是波的不是对称

㈢ 坐标系对称原理

在坐标系中，两点关于X轴对称，横坐标相同，纵坐标互为相反数；两点关于Y轴对称，纵坐标相同，横坐标互为相反数；两点关于原点对称，横、纵坐标都互为相反数。

㈣ 学高斯定律的时候为什么那么强调对称性 用通俗易懂地讲解一下

因为平常应用高斯定理解题时,总是建立这样一个高斯面:通过该高斯面的电场线与高内斯面容垂直,且面上各处电场相等,只有这样,才能方便的解方程ES=q/ε,即E=q/(Sε)；而满足这样的条件的电场往往是对称性分布的,比如带电导线,点电荷等,反过来说,只有对称性分布的电场问题往往容易利用高斯定理解决．
事实上,说电场对称性分布就可以优先考虑高斯定理这个过程省略了很重要一步,即为什么电场线就分布成了对称的,比如带电导线的电场为什么就是那样的对称,如果我不说明这个问题,又凭什么认定就可以简单地利用高斯定理解题,就可以认定方程左边ES中每一点的E都大小相等.其实以后学到拉普拉斯方程,泊松方程和静电场唯一定理,才可以补上那步省略,即算出电场的分布,但到了那个时候,也就用不着高斯定理了,所以说,用高斯定理去解决对称电场分布问题是一种快捷的,带着经验性质的,并非完全严密的方法,对称性这个概念,目前只是安慰一下理性,真正运用对称性原理解决问题,那又是一个层次的问题了

㈤ 物理学中的对称性与物理规律之间有什么联系

对称是物理中的一种很重要的概念,对于很多问题的深入理解都牵扯对称性问题.在此我不可能说的很清楚.只是觉得对称性是一种感觉,是一种感性的判断.判断事物就是那样而不是别的样子.

㈥ 给出一个对称性在物理学上应用,并讨论其中原理

简单就是天平，这是应用的杠杆平衡原理对称的双方是平等的，还有中国古建筑大都讲究对称性，不但结构平稳而且中正大气有平衡之道。

㈦ 物理学中为什么说对称性原理是物质世界最高层次的规律

对称是对称的现象是广泛存在于自然界,一些种的内在规律,物质世界的本质和表现形式的.探索物理世界的物理学研究物质世界的规律和对称的物理学研究具有非常重要的意义,本文讨论了三个方面的物理学中的对称性：（1）宏观物质世界的时间和空间的对称性.（2）微观物质世界的对称性和规范对称性.（3）对称性和守恒定律之间的对应关系.
整个身体的左右对称,旋转对称的五角星和季节更换对称性质,如对称现象,这些属于的时空对称,对称对称是指由在相对的,相称的对象或类似的平等.所谓的对称性是：改变（或操作）不变.各种各样的事情在世界上的对称性表现在两个方面：一类是对象的形状或几何的对称性.如果一个等腰三角形具有轴向对称性,一个平行四边形与中心对称,这是因为,根据对称的定义,我们使一个等腰三角形,一个平行四边形图案发生如下转换后的不变性.（A）如果整体等腰三角形ABC与它的高线AD的轴旋转180度得到的图形将完全重叠的原始等腰三角形;（b）如平行四边形ABCD作为一个整体是围绕其的对角线的交点O旋转180度,然后将所得的图案完全一致与原来的平行四边形.其他的事情的过程中,物理规律的对称性.所谓的物理定律：转型下的物理定律不变的对称性.一个熟悉的例子,当闹钟,一个摆在地球上的不同位置,由于重力加速度左右不等,导致其速度是不一样的,在这个时候,这个时钟运动在不同的地方和可重复性（或不变）不有,但是,是否因此认为,世界各地的钟摆物理定律吗?答案是否定的,钟摆周期和重力加速度之间的依赖关系还没有改变,所以保持不变的物理定律.
物理已知的守恒定律.例如,能量守恒定律,动量守恒,电荷守恒定律的法律.门的出现对称的必然结果,它不是偶然的,而是物理学定律的.因此,物理规律的研究,对称性是很重要的.这是因为：普通的对称性为指导,探索未知世界的物理定律,每个物理规律的对称性通常对应一个守恒定律,我们先来讨论各种宏观和微观物理世界的对称性.

㈧ 泛对称现象怎么解释在地理学中遇到的名词，麻烦大神给一个较正式的...

http://ke..com/view/1437357.htm

㈨ 为什么说物理对称性原理是物质世界最高层次的规律

对称与守恒，对称性是物理推崇的美丽状态，任何对称现象皆可以用相同的公式来解释。
实际上还有“最小作用原理”。

㈩ 什么叫对称结构为什么利用对称性可以使计算得到简化

自然界普遍存在着对称性，从宏观到微观世界都存在着对称性，利用对称性概回念及有关原理和方答法去解决我们遇到的问题，可以使我们对自然现象及其运动发展规律的认识更加深入。
在分子中，原子固定在其平衡位置上，其空间排列是个对称的图像，利用对称性原理探讨分子的结构和性质，是人们认识分子的重要途径，是了解分子结构和性质的重要方法。分子对称性是联系分子结构和分子性质的重要桥梁之一。
对称性概念和有关原理对化学十分重要:
(1)它能简明地表达分子的构型。例如Ni(CN)42-离于具有D4h点群的对称性
(2)可简化分子构型的测定二作。将对称性基本原理用于量子力学、光谱学、x射线晶体学等测定分子和晶体结构时，许多计算可以简化，图像更为明确。
(3)帮助正确地了解分子的性质。分子的性质由分子的结构决定，分子的许多性质直接与分子的对称性有关，正确地分析分子的对称性，能帮助我们正确地理解分子的性质。
(4)指导化学合成工作。反映分子中电子运动状态的分子轨道，具有特定的对称性，化学键的改组和形成，常需要考虑对称性匹配的因素，许多化合物及生物活性物质，其性质与分子的绝对构型有关，合成具有一定生物活性的化合物，需要考虑对称性因素。