第1章自然界的存在方式.ppt

第第1 1章章 自然界的存在方式自然界的存在方式1.1 1.1 自然界存在的自然界存在的系统性系统性1.2 1.2 自然界存在的自然界存在的层次性层次性关键词关键词 系统性系统性 层次性层次性补充理解补充理解关于自然的哲学关于自然的哲学辩证自然观的基本理解辩证自然观的基本理解系统自然观的一般理解系统自然观的一般理解系统科学的基本概念系统科学的基本概念 - - 系统系统 结构结构 层次层次 - - 环境环境 行为行为 功能功能 - - 状态状态 演化演化 过程过程系统自然观的基本内涵和思想系统自然观的基本内涵和思想一般系统论的基本思想：一般系统论的基本思想： 整体性整体性观念观念 相互联系观念相互联系观念 演化发展观念演化发展观念1.1 1.1 自然界存在的系统性自然界存在的系统性重点把握问题：重点把握问题：何谓万物皆系统？何谓万物皆系统？系统分析的方法能够给予我系统分析的方法能够给予我们什么方法论启示？们什么方法论启示？ 核心问题：为什么说自然核心问题：为什么说自然界万物皆系统？你是否认可界万物皆系统？你是否认可这一说法？这一说法？ 问题可分解为问题可分解为：1、 什么是什么是“系统系统”如何定义如何定义一个系统？一个系统？2 2、是否存在事物不是系统、是否存在事物不是系统判判定系统的基本判据是什么？定系统的基本判据是什么？3 3、是否万物皆系统、是否万物皆系统万物皆万物皆系统这一命题是否具有普遍性？系统这一命题是否具有普遍性？问题的拓展问题的拓展4 4、系统最根本的属性是什么？、系统最根本的属性是什么？5 5、系统分析的方法可以给予我、系统分析的方法可以给予我们什么启示？们什么启示？1.1.关于系统定义中的三个基本特征关于系统定义中的三个基本特征1 1、系统中存在着相互区别的实体，称之、系统中存在着相互区别的实体，称之为为元素元素2 2、元素之间存在着某种、元素之间存在着某种关系关系或关系的网或关系的网络络3 3、这些关系对于产生出一个与周围环境、这些关系对于产生出一个与周围环境区别开来的区别开来的新的新的组织整体、新的系统组织整体、新的系统分析层次分析层次是充分的是充分的2 2、是否存在事物不是系统？、是否存在事物不是系统？是否存在不可分元素？是否存在不可分元素？ 如，夸克是否不可分？是如，夸克是否不可分？是否以非系统方式存在？否以非系统方式存在？ 一尺之锤，日取其半，一尺之锤，日取其半，万世不竭万世不竭从原子到夸克从原子到夸克系统自然观的理解系统自然观的理解人的认识是有限的，今天的科学还人的认识是有限的，今天的科学还不能指出夸克是否有它的组成元素不能指出夸克是否有它的组成元素和结构，是什么样的系统。或者说，和结构，是什么样的系统。或者说，根据现有的科学知识还难以把夸克根据现有的科学知识还难以把夸克看成一个系统。看成一个系统。但是，它们是作为微观物理系统的但是，它们是作为微观物理系统的一个组成部分，存在于系统之中，一个组成部分，存在于系统之中，因而要对他它们有确切理解，也不因而要对他它们有确切理解，也不能完全抛开系统方式能完全抛开系统方式 2 2、是否存在事物不是系统？、是否存在事物不是系统？ “ “宇宙中宇宙中并不能有天然不可分的原子或并不能有天然不可分的原子或物质部分存在。因为我们不论假设这物质部分存在。因为我们不论假设这些部分如何之小，它们既然一定是有些部分如何之小，它们既然一定是有广袤的，我们就永远能广袤的，我们就永远能在思想中在思想中把任把任何一部分分为两个或较多的更小部分，何一部分分为两个或较多的更小部分，并可因此承认它的可分割性并可因此承认它的可分割性因此，因此，确实说来，最小的有广袤的分子永远确实说来，最小的有广袤的分子永远是可分的，因为它的本性原来就是如是可分的，因为它的本性原来就是如此。此。” ” 笛卡笛卡尔尔2 2、是否存在事物不是系统？、是否存在事物不是系统？是否存在堆积物是否存在堆积物？元素之间没元素之间没有建立相互关系的多元集有建立相互关系的多元集如果如果现实中现实中不存在孤立的元素，而不存在孤立的元素，而且元素、组分之间都相互作用，只且元素、组分之间都相互作用，只是相互作用强弱不同，结构水平与是相互作用强弱不同，结构水平与组织程度有高有低，那么就意味着组织程度有高有低，那么就意味着不存在绝对意义上的非系统不存在绝对意义上的非系统3 3、万物是否皆系统、万物是否皆系统？一方面，自然科学的经验研究表明，一方面，自然科学的经验研究表明，自然界中所有物质客体都处于系统之自然界中所有物质客体都处于系统之中或自成系统中或自成系统另一方面，如果不存在不是系统的另一方面，如果不存在不是系统的事物整体，则万物皆系统事物整体，则万物皆系统万物皆系统，就意味着系统性是自万物皆系统，就意味着系统性是自然界万物的基本属性然界万物的基本属性4 4、系统的基本特性、系统的基本特性（1 1）相干性相干性：各要素相互作用、相互：各要素相互作用、相互协调协调非线性的相互作用非线性的相互作用（2 2）整体（突现）性整体（突现）性：系统具有其组：系统具有其组成要素所不具有的成要素所不具有的实体与性质、结构、实体与性质、结构、功能与规律性功能与规律性结构功能的关系结构功能的关系结构结构- -功能关系分析功能关系分析 F = f ( E,C,S )F = f ( E,C,S ) 系统的组成、环境与结构共同系统的组成、环境与结构共同决定系统的功能决定系统的功能 F F e,ce,c = f( S ) = f( S ) 其中，结构对功能具有决定性作其中，结构对功能具有决定性作用用功能与环境关系功能与环境关系-环境对系统形成及其稳定性产环境对系统形成及其稳定性产生影响，系统的环境是系统功生影响，系统的环境是系统功能存在和得以实现的条件能存在和得以实现的条件-但不是决定系统功能的内在根但不是决定系统功能的内在根据据 功能与组成要素关系功能与组成要素关系-系统的组成元素是系统具有系统的组成元素是系统具有某种功能的物质基础和物质某种功能的物质基础和物质载体载体-但它不直接决定系统的功能但它不直接决定系统的功能 金刚石原子结构图金刚石原子结构图石墨原子结构石墨原子结构图图功能与结构关系功能与结构关系-结构是功能的内在基础结构是功能的内在基础-结构决定功能结构决定功能功能与结构的关系功能与结构的关系-功能是结构的外在表现功能是结构的外在表现, ,具有具有相对独立性相对独立性异构同功异构同功-认识论上的意义：功能模拟方认识论上的意义：功能模拟方法的基础法的基础 整体突现性通过部分是否可以认识整体？通过部分是否可以认识整体？-一叶知秋说的是否就是通过部一叶知秋说的是否就是通过部分来认识整体？分来认识整体？-通过部分能够通过部分能够完全完全认识整体吗？认识整体吗？- - 水分子水分子（H H2 2O)O)可以依据氢原子可以依据氢原子与氧原子的性质得以认识吗？与氧原子的性质得以认识吗？整体突现的原因整体突现的原因规模效应规模效应 规模大小不同导致系统性质规模大小不同导致系统性质的差异的效应的差异的效应结构结构效应（决定因素）效应（决定因素） 系统组分的相干效应系统组分的相干效应整体突现的原因整体突现的原因 当元素之间特定的模式、构型、当元素之间特定的模式、构型、结构形成，就对组成元素施加一结构形成，就对组成元素施加一种约束，改变这些组成元素的功种约束，改变这些组成元素的功能与行为，甚至改变它的性质，能与行为，甚至改变它的性质，使它们使它们整体地整体地组织协调起来，组织协调起来，作作为整体为整体而行动，并与其他事物以而行动，并与其他事物以及环境发生关系。及环境发生关系。整体突现的原因整体突现的原因 这时，整体就变为一种新的这时，整体就变为一种新的实实体体，出现了组成元素所不具有，出现了组成元素所不具有的特殊的特殊性质性质，形成特殊的，形成特殊的行为行为特征特征，受新的行为规律支配，受新的行为规律支配。整体突现性的基本描述整体突现性的基本描述 整体突现性也称整体突现性也称非加和性原理非加和性原理或或非还非还原性原性原理原理系统系统作为整体作为整体具有部分或部分之和所具有部分或部分之和所没有的性质，即整体没有的性质，即整体不等于不等于部分之和部分之和与此同时，系统与此同时，系统组分组分受到系统整体的受到系统整体的约束和限制，其性质被屏蔽，独立性约束和限制，其性质被屏蔽，独立性丧失丧失 非加和原理非加和原理- - 非加和关系：非加和关系： 整体整体出现出现了部分所没有的性质了部分所没有的性质 整体整体丧失丧失了部分所具有的性质了部分所具有的性质- - 加和关系：加和关系： 整体保留了部分单独存在时所整体保留了部分单独存在时所具有的性质具有的性质突现的五大特征突现的五大特征1 1、整体性、整体性2 2、新颖性、新颖性3 3、不可预测性、不可预测性4 4、不可还原性、不可还原性5 5、下向因果作用、下向因果作用弱突现弱突现性质性质标称标称突现性突现性强突现强突现性质性质标称突现性质（系统整体性原理）标称突现性质（系统整体性原理） 系统整体具有其组成部分所不系统整体具有其组成部分所不具有、并且具有、并且不能根据部分的行为不能根据部分的行为加以预测的性质加以预测的性质 整体系统的行为不能从它的组整体系统的行为不能从它的组成元素或从整体中分离开来的组成元素或从整体中分离开来的组成元素的集合的行为中加以预测成元素的集合的行为中加以预测通过部分通过部分不一定不一定能能完全完全认识整体认识整体 一方面，整体突现性是系统的基本属性，一方面，整体突现性是系统的基本属性，当由部分构成整体时，会有新质的突然出现当由部分构成整体时，会有新质的突然出现和旧质的突然消失或被屏蔽，使得整体不等和旧质的突然消失或被屏蔽，使得整体不等于部分之和于部分之和 另一方面，虽然处于系统联系中的组成部另一方面，虽然处于系统联系中的组成部分或多或少包含着整体的信息，但不能认为分或多或少包含着整体的信息，但不能认为整体的所有信息都体现在每一部分之中整体的所有信息都体现在每一部分之中因此，仅从其组成部分上是因此，仅从其组成部分上是不一定能完全不一定能完全理理解系统的整体性质解系统的整体性质的的早期的科学思维既是整体的又是思辨的；近代科学的崇高精神早期的科学思维既是整体的又是思辨的；近代科学的崇高精神是依靠经验的而又是原子论的思维达到的。两种思维方式都难是依靠经验的而又是原子论的思维达到的。两种思维方式都难免有不足之处：前一种用信念和洞察代替了翔实的探求，后一免有不足之处：前一种用信念和洞察代替了翔实的探求，后一种牺牲了融会贯通以换取条分缕析。今天我们正在目睹另一场种牺牲了融会贯通以换取条分缕析。今天我们正在目睹另一场思维方式的转换：转向严谨精细而又是整体论的理论思维方式的转换：转向严谨精细而又是整体论的理论按照按照同整体联系在一起的事实和事件来思考。用这种集成的关系集同整体联系在一起的事实和事件来思考。用这种集成的关系集合体来看世界就形成了系统观点，这是现代的思维方式。合体来看世界就形成了系统观点，这是现代的思维方式。 由系统自然观引申的方法论问题由系统自然观引申的方法论问题I I、系统分析方法、系统分析方法IIII、系统分析的基本原则、系统分析的基本原则I I、系统分析方法、系统分析方法 把对象作为一个系统来研究的把对象作为一个系统来研究的方法方法从从整体整体( (全局全局) )观点出发观点出发，定量，定量地考察系统与要素之间、要素地考察系统与要素之间、要素与要素之间、系统与环境之间与要素之间、系统与环境之间的的关系与联系关系与联系，以便获得，以便获得最优最优效果效果的方法的方法II、系统方法的基本原则、系统方法的基本原则1 1、整体性整体性原则原则世界是世界是关系的集合体关系的集合体而非实物而非实物的集合体的集合体 整体突现的，非还原的，非线整体突现的，非还原的，非线性的性的 2 2、动态性动态性原则原则世界是世界是过程过程的集合体，而非既的集合体，而非既成事物的集合体成事物的集合体要从系统的要从系统的动态动态过程中来把握过程中来把握对象对象 3 3、综合性原则、综合性原则 从系统构成各个部分（元素、结从系统构成各个部分（元素、结构、构、环境环境、功能）来思考问题，、功能）来思考问题，特别注意组分相互关联下所产生特别注意组分相互关联下所产生的结构效应及其整体突现问题的结构效应及其整体突现问题4 4、最优化最优化原则原则最优化原则何以可能？最优化原则何以可能？系统最优的分析，一方面取决系统最优的分析，一方面取决于系统构成要素的相互作用、于系统构成要素的相互作用、相互协调。所以欲达整体最优，相互协调。所以欲达整体最优，就必须特别注意元素之间的联就必须特别注意元素之间的联系与关系，寻求系统的最优结系与关系，寻求系统的最优结构构另一方面，系统最优来自系统另一方面，系统最优来自系统整体性整体性动态动态协调。需要我们从协调。需要我们从整体功能角度来提高和协调各整体功能角度来提高和协调各要素的功能，使系统各要素结要素的功能，使系统各要素结合保持合理，消除各要素间的合保持合理，消除各要素间的盲目联系和无效行动，消除薄盲目联系和无效行动，消除薄弱环节对整体效应的影响弱环节对整体效应的影响 1.2 1.2 自然界物质系统的层次自然界物质系统的层次性性 什么是层次结构？什么是层次结构？ 自然界物质系统何以具有层次自然界物质系统何以具有层次结构？结构？ 物质系统层次结构的物质系统层次结构的基本规律基本规律是什么？是什么？ 什么是层次结构？什么是层次结构？v 基本含义基本含义 - - 由多级相干关系逐级构成由多级相干关系逐级构成多级整体的结构，可以逐次分多级整体的结构，可以逐次分解为子系统集合的复杂系统结解为子系统集合的复杂系统结构构 给定系统给定系统S S，如果它的元素集合，如果它的元素集合S Si i满足以下条件，则满足以下条件，则称称S Si i为系统为系统S S的的一个子系统或分系统：一个子系统或分系统： 1 1、 S Si i是是S S的一部分（子集合），的一部分（子集合），即即 S Si i S S； 2 2、 S Si i本身是一个系统，基本满足本身是一个系统，基本满足前述系统的要求。前述系统的要求。相对相对于于S Si i，S S称为整系统或母系统称为整系统或母系统形式化定义形式化定义v 主要特点主要特点 - - 低层系统对高层系统具有低层系统对高层系统具有构成性构成性关系关系 - - 同一层次系统间存在同一层次系统间存在相干相干关系关系自然界物质系统自然界物质系统 为什么具有层次结构？为什么具有层次结构？1 1、自然界形成层次结构的论证、自然界形成层次结构的论证 - - 进化论的解释进化论的解释 - - 数学证明数学证明2 2、基本层次结构的普遍性、基本层次结构的普遍性物质系统层次结构物质系统层次结构 具有什么基本规律具有什么基本规律1 1、特定层次结构与特定能量状态、特定层次结构与特定能量状态相适应相适应2 2、特定层次系统的尺度与结合能、特定层次系统的尺度与结合能成反比成反比3 3、物质形态的多样性与丰度成反、物质形态的多样性与丰度成反比比4 4、高、低层次物质系统的相互、高、低层次物质系统的相互关系关系 上向因果关系上向因果关系还原解释还原解释 下向因果关系下向因果关系扩展解释扩展解释 高层次的相对独立性高层次的相对独立性自然是什么，如何存在？自然是什么，如何存在？自然是以系统方式存在着的有机整体自然是以系统方式存在着的有机整体自然是由不同物质层次的等级结构组成的系统自然是由不同物质层次的等级结构组成的系统自然是一个动态的开放系统自然是一个动态的开放系统