开放系统的人生启示

文摘   2024-08-21 11:31   北京  

最近在看朱浩楠老师推荐的《一般系统论:基础、发展和应用》一书(作者冯·贝塔朗菲)。更深刻地理解了自然界中的很多现象,其实都可以“系统”的概念和理论进行解释。比如,有机体是如何在不断变化的环境中保持平衡状态?又或者,人如何在波折环境中找到自己的节奏?

本文简单介绍我的一些收获,也希望能给大家一些启发。

首先,先介绍一个概念—开放化学系统。什么是开放化学系统?简单来说,它是一个与外界不断进行物质和能量交换的系统。这与封闭系统不同,后者不与外界交换物质或能量,最终会趋向于相对静止的平衡状态。

我们以人体的代谢系统为例。人体是一个典型的开放化学系统。每天,我们通过饮食摄入食物,吸收其中的营养和能量,而体内的废物则通过排泄系统排出体外。这个过程持续不断,维持着人体的生命活动和健康状态。

在封闭系统中,如果没有外界的物质和能量输入,最终达到一种相对静止的平衡状态。然而,人体作为一个开放系统,依靠外界源源不断的营养和氧气供应,不仅保持了动态平衡,还能在面对环境的变化时,迅速作出调整

比如说,当我们进行剧烈运动时,身体会消耗更多的能量和氧气。为了维持能量供给,身体会加快呼吸和心跳,以增加氧气的摄入和能量的代谢。同时,身体还会加快排出二氧化碳和其他代谢废物,以避免有害物质的积累。这样我们能够在不同的环境和活动状态下维持生理平衡。

开放系统的一个核心特点就是动态稳态。尽管系统内部的物质和能量在不断变化,但整体上却保持相对稳定。这种状态的维持依赖于外界的持续输入,比如能量或反应物质。数学上,我们可以用以下模型来表示这种平衡:

这里, 是系统中某一组分的浓度或数量, 是通过传鍮进入系统的量, 是通过化学反应生成或潲耗的量。在㴔态下,系统的总量不变,即输入等于输出。

开放系统还有一个有趣的特性叫异因同果性。简单来说就是,无论从什么起点出发,经过不同的路径,系统最终都可能达到相同的状态。比如,一颗植物的种子,无论种在哪里,最终都能长成一株相似的植物。

这一点对我的启发意义很大,换句话说,不同的起点和路径,最终也可能带来相似的结果。我之前写过一篇文章,说的是微分方程不同要素最终导致结果的差异,但这一点又让我意识到了另外一面。

数学上,异因同果性可以这样表达:

其中, 是系统在时间 的状态, 是初始状态, 是与初始条件相关的部分,而 是随时间演化的部分。在理想情况下,无论 如何变化,最终的状态 都是相同的。

开放系统的这些特点,实际上也可以映射到我们的人生上。首先,人生也是一个开放系统,我们不断从外界获取知识、资源和经验,同时也在不断输出自己的努力和创造。保持动态平衡,让我们需要在生活的各个方面找到适合自己的节奏,不至于过度消耗,也不会停滞不前。

另外,要学会自我调节。当遇到挫折或外界压力时,能否迅速调整心态,恢复内在的平衡,是人生应对能力的体现。这个调节过程如同系统的稳态调整,关键在于找到适合自己的恢复方式。从某种程度上可以理解为一个人的“抗挫折能力”与“修复能力”。

开放系统的异因同果性告诉我们,人生没有唯一的成功之路。不同的起点,不同的选择,都有可能通向同样的目标。关键在于坚持和适应,在变化中找到属于自己的稳态。(作者:王海华)

模型视角
一个资深数学建模爱好者的知识、视角和建模乐趣分享!主理人:王海华,数学建模教师,著有《模型,就是数学化的思维》《数学建模实战:手把手教你参加数学建模竞赛》,参编《数学建模:教学设计与案例》《高中STEM精品课程资源课例》等。
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