耗散结构（dissipativestructure）
远离平衡态的开系通过耗散过程自发地出现空间结构或时间结构、时空结构的现象。属于空间结构的如贝纳尔（Benard）对流、地幔对流等；属于时间结构的如化学振荡等。耗散结构的出现，说明系统对称性减小，因而变得更有序。这说明耗散结构是一种自发的从无序向有序的转变，很类似于从液体变为晶体的相变。因而称为非平衡相变（因为它是在远离平衡态发生的）。又由于这种有序结构是好像诸分子自发发生的宏观现象，因而称为自组织现象，这种有序结构也被称为自组织结构。
耗散结构只出现在远离平衡态的开系，这种系统呈现非线性，而非线性系统会失去稳定性，失稳的系统会对合适的涨落放大从而出现自组织结构，而耗散的存在又可使所出现的结构能稳定存在。1969年普利高金（I.Prigogine）将远离平衡态的开系通过能量耗散过程产生和维持的时间或空间有序结构称为耗散结构。总之，耗散结构有如下特点：
①耗散结构一定发生在远离平衡态的开放系统中，而且一定出现在能量耗散的系统中，它要靠外界不断供应能量或物质才能维持。这是与平衡相变中产生的结构，例如晶体中的原胞结构完全不同，后者在封闭的孤立系统中仍能稳定存在。②只有当控制参数（例如温度差、流速等）达到一定“阈值”而产生失稳时，它才突然出现。③它具有时间或空间的结构，其对称性低于达到阈值前的状态，因而是一种非平衡相变。④耗散结构是一种非线性现象。⑤耗散结构虽是旧状态不稳定的产物，但它一旦产生，就具有相当的稳定性，不被任何小扰动所破坏。
耗散结构这一名词的产生，标志着人们对不可逆过程和对有序-无序问题的认识有了一个重大的飞跃。按照传统的观点，不可逆过程总是一种有害的东西，因为它总是耗散能量、浪费有用功。但根据耗散结构的概念，不可逆过程也可在建立有序方面起到积极作用。
一定条件下，非孤立系在远离平衡态的过程中，经过突变而形成的新的有序结构。它是系统远离平衡态时的相变现象。耗散是指系统维持这种新型结构需要外界输入能量和物质，所以，系统形成耗散结构的过程在时间反演上是不可逆的。
形成的条件对于非孤立系，熵的变化由两部分组成，一部分是由于同外界有能量和物质交换而引起的熵流deS，另一部分是由系统内部的不可逆过程(如热传导、扩散、化学反应等)引起的熵产生diS。总的熵变为dS＝deS+diS。在定态时，有data/attachment/portal/201111/06/0914497dc77laww71wf85p.gif。由于系统内部的不可逆过程，使得data/attachment/portal/201111/06/091449hrh6z393491iisdc.gif，故非平衡定态单位时间的熵产生必须由负的熵流补偿，若由能量、物质交换补偿的负熵流愈大，则非平衡定态离开系统原先的平衡态就愈远，且定态的熵比初态的熵愈小。这就造成远离平衡态时出现有序构象的可能性。
从熵S同热力学几率(或称系统的微观状态数)Ω的关系S=klnΩ看出,由于无序态比有序态的微观状态数多，所以高熵态对应于系统的无序态，低熵态对应于有序态，因而系统在平衡态时是无序的，非平衡态时是相对有序的。非孤立系偏离平衡态到远离平衡态时，就从无序向有序演化。
在平衡态附近和离平衡态不远的非平衡区域里，相对有序是不稳定的，系统仍趋向于平衡态，或非平衡稳定态，这时不可能发生突变，因而不可能形成耗散结构。因为在平衡态附近，由内部引起的小涨落对宏观系统说来可以忽略，即使涨落不可忽略，也还不可能导致突变，或者外部的短暂小扰动经过弛豫过程仍然会回到平衡态。若外界因素使系统处于非平衡态，可把非平衡系统分成许多宏观小、微观大的区域，使每个局域区可近似地看作是平衡的，平衡态的各种热力学关系仍然适用于各个局域区。以Sv表示单位体积的局域熵，则系统的熵为，data/attachment/portal/201111/06/091449ru9mdf5vup1vs2dr.gif,这里对系统的整个体积积分。非平衡系统中局域熵的连续性方程是
data/attachment/portal/201111/06/091449ejcb1bjk8zjeq38f.gif(1)其中ji是熵流密度,σ是单位体积和单位时间内的熵产生。系统的熵产生率为
data/attachment/portal/201111/06/091449uxmv6jx3j5zyflvq.gif。(2)按热力学第二定律总有σ≥0，故P≥0。但是在局域平衡近似下，σ可表为
σ＝∑iJiXi,(3)且
Ji＝∑jLiXj(4)
Lij＝Lji,(5)其中Ji表示某种广义流（如热流、扩散流等）,Xj是引起这种流的各种广义力(如温度梯度、浓度梯度等)，系数间的关系(5)称昂萨格倒易关系。广义流同广义力间的关系(4)是线性关系,它所反映的非平衡态区域称线性区域。利用式(4)和式(5)，可以得出
data/attachment/portal/201111/06/0914491i4g00apppkgvx4s.gif。(6)所以，在线性区域，系统内部的不可逆过程总是使单位时间的熵产生值减小，直到系统熵产生率是极小时的态。在这个态上，若由于涨落而有所偏离，那么将发生内部变化使体系回到原来的态，所以熵产生率极小的态是稳定态。简言之，定态是熵产生极小的态，这称为最小熵产生原理。所以，在离平衡态不远的非平衡线性区域里，不可能发生突变，使系统过渡到新的定态而呈现耗散结构。若把熵产生率选作判别系统稳定性的里雅普诺夫函数，也能得出这个结论。
把熵S（或P）按平衡时的值展开
data/attachment/portal/201111/06/0914494w6zwja6x5040h02.gif(7)在远离平衡的非线性区取δ2S作为里雅普诺夫函数，在局域平衡的近似下可证明δ2S≤0。此时,按里雅普诺夫理论，若data/attachment/portal/201111/06/091449tr1zpxbhbchqncw1.gif大于零，系统是稳定的；小于零,系统则不稳定；等于零，是临界情况。如果非线性系统的δ2S的变化率有可能实现从稳定到不稳定的突变，则在不稳定性上可呈现新的结构，即耗散结构。所以，耗散结构的出现是系统远离平衡的一种非线性效应。
机制的描述热力学理论无法阐明形成耗散结构的机制及系统的涨落等特性，这些内容必须用非平衡态统计力学去研究。铃木增雄用福克-普朗克方程得到了一个触发耗散结构的图像，他讨论的方程是
data/attachment/portal/201111/06/091449bxj2l5a1ydko5kbl.gif(8)其中P(x，t)代表在t时刻粒子数为x的概率分布;C1(x)是x的非线性函数，它描写系统的非线性特性；ε是个小量，它反映随机力。取P(x,t)的初始分布为高斯型并当C1(x)=γx(1-x2)时，铃木增雄得出方程(8)的近似解为
data/attachment/portal/201111/06/091449p8ffd8z1iu04nxdf.gif(9)式中τ∞εexp(2γt),下标SC表示铃木增雄所采用的标度近似。式(9)显示,经过一定时间间隔,概率分布函数Psa(x,t)将从初始的高斯分布变为一个有双峰的分布(见图)。这表明系统经历了一个突变，这个突变过程也就是耗散结构形成的过程。由此可以进一步讨论触发宏观结构的特征时间、临界慢化现象、涨落的增长等等。
data/attachment/portal/201111/06/091449xlpppvdmhl000fdm.jpg耗散结构的理论，主要基于对非线性方程解的分支点的分析，进而研究系统的稳定性问题。譬如稳定还是不稳定，在什么情况下失稳等等，而分支现象与这些讨论直接相关。虽然目前基本上处于宏观描述阶段，但也取得了一定程度的进展。在建立和发展远离平衡区的理论方面，比利时的普里戈金学派、联邦德国的哈肯学派、日本的久保-铃木学派都作出了重要贡献。耗散结构理论,可用于流体、激光等系统，还可用于如化学反应中的有序结构、生物进化、核反应过程、生态系统中的人口分布、环境保护乃至交通运输、城市发展等问题的研究。