自然辩证法整理.ppt

一、两种文化的内涵科技文化包含物质文化和精神文化两方面内容。人文科学是关于人的思想和精神的科学。两者比较说来科技文化可看作是关于物的文化，而人文的文化是关于人的文化。自然科学研究天然物，是自然界的观念化，技术研究人造物，提供人造物的方法和手段，是人的观念的物化。二科技文化和人文文化关系的历史演变农业文化是一种人文型文化在原始社会和农业社会，人类的生存方式是自然生存近现代文化是科技型工业文化从科技的起源看，科学和人文是协调一致的近代的科学技术的诞生是和文艺复兴运动项联系的。文艺复兴核心价值理念是重视人的作用和人的物质利益。由于科学技术可为人谋福利，本来是人文文化运动的文艺复兴导致了近代科学技术的诞生近代科技造成了机器大工业，工业生产的首要特征是高效率，为提高效率劳动日益标准化、专业化、技术化。三、科技和人文分离的主要标志其一：同人文科学相比：自然科学的发展速度、认识作用和社会文化作用占显著优势，出现了唯科学主义思潮在认识论和科学观上认为自然科学是科学的唯一形式；其二，同艺术相比，技术的社会作用特别是经济作用十分突出，使人类的生存从自然生存走向技术生存，出现了为技术主义技术是推动经济发展和社会进步的唯一决定性的力量。四、科学技术是万能的吗科学是自由的1.科学面临着它无法解决的难题，即科学发展的方向问题科学家威利斯哈曼指出，“今天的工业范式在回答怎样的问题方面极为有效，但在回答以价值观为目的的为什么的问题方面，则完全不适用。”科学如何发展的问题却是一个很重要的问题生态问题全球十大环境污染事件全球十大环境污染事件 ：1 1、马斯河谷烟雾事件（、马斯河谷烟雾事件（19301930年）年）2 2、洛杉矶光化学烟雾事件（、洛杉矶光化学烟雾事件（19431943年）年）3 3、多诺拉烟雾事件（、多诺拉烟雾事件（19481948年）年）4 4、伦敦烟雾事件（、伦敦烟雾事件（19521952年）年）5 5、水俣（、水俣（Y uY u）病事件（）病事件（1953 19561953 1956年）年）6 6、骨痛病事件（、骨痛病事件（19551955、19721972年年7 7、日本米糠油事件（、日本米糠油事件（19681968年年 ）8 8、印度博帕尔事件（、印度博帕尔事件（19841984年）年）9 9、切尔诺贝利核泄漏事件（、切尔诺贝利核泄漏事件（19861986年）年）1010、剧毒物污染莱茵河事件（、剧毒物污染莱茵河事件（19861986年）年）自然科学是人对自然世界的认识，技术是改善人类生活的手段，但自然科学和技术保证不了人类的幸福。原子弹爆炸，人类不再纯真与安全。电话使遥远者对谈，电视看到了他人的真实，因特网把地球浓缩为一个村庄。但人与人并未因此而亲密。电灯照亮了世界，可世界依然黑暗。科学可能导致人的异化科学具有人性的一面，可它又具有非人性的因素。表现为：见理不见情如卡文迪什见利不见义可能剥夺人与生俱来的自由真性、创造性在工业社会，人和技术的关系集中表现为人机关系。机器本是人的智力的物化，但对于工人来说机器有很大的独立性，人成为机器运转的一个环节，一部分，成为被物所奴役的物。人开始异化，人不再是人，而是被统治的物、物的附属物。2.虽然我们对自然的认识越来越广泛和深入，但是我们并没有把握自然的终极规律。五、科学与人文的融合两种文化的统一是人的本质决定的，人的本质是物质性和精神性的统一人文文化能弥补科学文化之不足：1为科学的发展指明方向2人文科学特别是哲学启发自然科学的发展科技理性把自然及其中任何事物当作对象，并加以强求、追踪、追逐和干涉。海德格尔认为这种对象性只是自然事物显示和展现的一种方式，它不能囊括自然的丰富的本质。只有诗意地或艺术地“沉思”才能通向事物更本源的本质和真理。3人文特别是艺术弥补现代科技理性的缺陷4人文对科技的发展提供良好的文化环境七、自然辩证法架起科学与人文的桥梁研究对象研究对象 自然界和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术与人类社会发展的关系.自然辩证法：科学和人文精神的交汇处由于自然辩证法是一门自然科学、社会科学与思维科学相交叉的哲学性质的学科，它从自然观、认识论、方法论与价值论方面，研究科学技术及其与社会的关系，所以，它可以说有一种其他学科不能代替的优势，即它是科学精神和人文精神的交汇处、汇合点，在这里可以撞击出创造性思维的火花。研究内容1自然观：人们对自然界的总的看法。2科学观与方法论：关于科学及其发展的一般性认识和由此形成的总观念的系统阐述。3技术观与方法论：关于技术及其发展的一般性认识和由此形成的总观念的系统阐述。4科学技术社会观：讨论的是科学技术发展与社会互动的辩证法。总之，提高科学素养弘扬人文精神纵论古今人物启迪科学智慧这就是此次自然辩证法教学所希望达到的基本目标！一、古代朴素的自然观爱奥尼亚学派：注重自然、崇尚自然，试图按照自然的本来面目自然原因来考察自然。第二讲第二讲 自然观的演变自然观的演变基本点：（1）探讨了世界的本原，认为世界及宇宙万物都是由某种基本东西演变而来的（2）关于运动的一般认识，认为世界是相互作用和联系的一个整体，是处于不断的运动变化之中的；变化的原因在事物内部.万物从本原中产生,又复归于本原.运动变化遵循规律。（3）在人和自然的关系上，认为人是自然界的一部分，人的最高理想和目的不是去行动，不是去控制自然，而是静观，即深入到自然中去，领悟自然的奥秘和创造生机。总的说来,把自然看作一个自身有生命的不断生长发育着的有机体.毕达哥拉斯学派毕达哥拉斯学派：数是万物。注重用数的关系和比例来表示宇宙万物的秩序与规律。古代原子论观点（德谟克利特）：古代原子论观点（德谟克利特）：一切事物由原子组成，原子有绝对的充实性，原子在虚空中运动。原子和虚空不可见，但却是客观存在的。虽然看不到原子的本来面目，但能对原子进行思维。柏拉图柏拉图“理念世界理念世界”：一切个体事物的本源与本质是它们各自的理念，而理念则是自在自为的实体或存在，是各种具体事物之永恒的、纯正的原型与基本模式。亚里士多德的世界本原说亚里士多德的世界本原说：事物的本质寓于事物本身中，是内在的，不可超越的。为了把握真理，必须重视感性经验。四因说来说明存在的原因（质料因、形式因、动力因、目的因）自然界的事物都可用目的因来解释如对运动的解释特征：（1）朴素的唯物论（占主导地位，当然也有唯心的部分）（2）朴素的、辩证的。因为它从事物的联系、变化、演化、运动的方面来看待事物，但由于当时科技的落后，没有建立在大量的科学技术发现的基础之上，这种自然观只能是朴素的，这是人类早期智慧显示的标记。（3）整体性、系统性。（4）直观性、猜测性、思辨。由于这些特征，这些自然观只能存在于古代，这也是其局限性，到了近代就不适用了，不得不被另一种自然观所代替。1 近代自然科学的产生背景与经典力学的兴起（）历史的曲折中世纪的神学统治上帝创世说，神思说，灵魂不朽说（）从15世纪到18世纪中叶，是近代自然科学产生的前期，在此期间，科学技术在欧洲迅猛发展，与当时的社会条件是分不开的二 近代自然科学的产生与机械形而上学自然观A 生产力的发展促进了科学技术的发展B 航海事业的发展及新大陆的发现对科学技术起了推动作用。积累了巨大的财富，为资本主义的最初的原始积累提供了物质基础。C 宗教改革和文艺复兴。（1）机械自然观机械自然观是单纯用机械力学解释自然现象的哲学观自然界是一架由各种零部件组装而成，按照一定的规则朝着一定方向运转的机器2 近代自然观及特征近代自然观及特征 牛顿第一次提出了力的概念。力是改变物体机械运动状态的、能够精确度量的力学上的一种物理量。把全部科学归结于力，从种种运动现象来研究力，再用力去解释各种自然现象。牛牛顿顿坚坚信信一一切切现现象象都都可可以以用用力力来来解解释释。在在自自然然哲哲学学之之数数学学原原理理第第一一版版序序言言中中他他指指出出：“哲哲学学的的全全部部重重任任在在于于由由运运动动现现象象去去研研究究自自然然力力，再再由由这这些些力力去去推推演演其其他他现现象象我我希希望望其其他他的的自自然然现现象象了了同同样样能能由力学原理推导出来。由力学原理推导出来。”以以法法国国科科学学家家、哲哲学学家家笛笛卡卡尔尔、拉拉美美特特利利等等人人为为代代表表，他他们们把把万万物物都都看看成成机机器器，甚甚至至于于包包括括动动物和人。物和人。拉拉美美特特利利这这样样说说，“如如果果哲哲学学的的领领域域里里没没有有笛笛卡卡尔尔，那那就就和和科科学学的的领领域域里里没没有有牛牛顿顿一一样样，也也许许还还是是一一片片荒荒原原。的的确确他他第第一一个个完完美美地地证证明明了了动动物物是是纯纯粹粹的的机机器器。”进进而而拉拉美美特特利利又又以以生生理理学学家家的的身身份份说说到到：“让让我我们们勇勇敢敢地地作作出出结结论论：人人是是一一架架机机器器，在在整整个个宇宇宙宙里里只只存存在在着着一一个个实实体体，只只是是它它的的形形式式有有某某种种变变化化。”“人人的的身身体体是是一一架架钟钟表表，不不过是一架巨大的、极其精细、极其巧妙的钟表。过是一架巨大的、极其精细、极其巧妙的钟表。”严格的机械决定论严格的机械决定论 在在牛顿牛顿的的自然哲学之数学原理自然哲学之数学原理中，已中，已经表达了经表达了“对于自然界中同一类结果，必须尽对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一原因可能归之于同一原因”的思想，也就是说因果的思想，也就是说因果是一一对应的。比如，只要我们知道了物体运是一一对应的。比如，只要我们知道了物体运动的初始状态和边界条件，利用牛顿定律及其动的初始状态和边界条件，利用牛顿定律及其方程，便可以单值地确定物体任何时刻的运动方程，便可以单值地确定物体任何时刻的运动状态状态。这这个个思思想想被被法法国国数数学学家家、哲哲学学家家拉拉普普拉拉斯斯加加以以发挥，也称为发挥，也称为“拉普拉斯决定论拉普拉斯决定论”：“我我们们应应当当把把宇宇宙宙的的现现状状看看作作它它先先前前状状态态的的结结果果以以及及它它后后继继状状态态的的原原因因。假假定定在在某某一一时时刻刻，有有一一种种智智慧慧能能够够把把握握自自然然界界所所有有的的力力以以及及组组成成自自然然界界的的一一切切事事物物的的特特定定状状况况这这种种智智慧慧博博大大精精深深足足以以对对所所掌掌握握的的资资料料进进行行分分析析那那么么，它它就就能能将将宇宇宙宙间间最最庞庞大大的的物物体体到到最最微微小小的的原原子子的的运运动动全全部部都都囊囊括括于于同同样样的的公公式式之之中中，对对于于它它来来说说，没没有有什什么么是是不不确确定定的的，未来，一如过去，都呈现在它的眼前。未来，一如过去，都呈现在它的眼前。”(2)形而上学自然观形而上学自然观自然界的绝对不变性万事万物只是在空间上的并列物质是由原子构成的，原子是物质不可再分的最小粒子，具有不可入性如如18301830年发生的地质学史上的第一次大争论：年发生的地质学史上的第一次大争论：“水火之争水火之争”评价肯定方面 形而上学的自然观首先是唯物主义自然观，是人类认识史上的一个阶段，是一种进步，它对当时的自然科学起了积极的推动作用，是对“经院哲学”的一种背叛，并在细节上超过了古代的朴素的自然观。否定方面1、不科学：用机械运动的方法观察自然界；2、唯物主义的不彻底。1 近代自然科学的发展从18世纪下半叶开始，欧洲发生了以蒸气机应用为主要标志的近代第一次技术革命，并相继在欧洲的许多国家发生了产业革命，使资本主义工场手工业向机器大工业过渡，促进了资本主义生产的突飞猛进。生产的发展为自然科学的研究提供了新的事实材料和实验手段，为自然科学的新飞跃奠定了基础。三三 辩证唯物主义自然观的形成辩证唯物主义自然观的形成 与此相应，自然科学的发展也呈现了新的特点：从分门别类地收集材料进入相互联系地整理材料、从分析研究空间并存的事物进入探索时间相继的过程。上上述述自自然然科科学学的的一一系系列列成成就就，在在形形而而上上学学自自然然观观上上打打开开了了一一个个又又一一个个的的缺缺口口，并并为为新新的的自自然然观观的的产产生生准准备备了了条条件件。恩恩格格斯斯指指出出：“我我们们现现在在不不仅仅能能够够指指出出自自然然界界中中各各个个领领域域内内的的过过程程之之间间的的联联系系，而而且且总总的的来来说说也也能能指指出出各各领领域域之之间间的的联联系系了了，这这样样我我们们就就能能够够靠靠经经验验自自然然科科学学本本身身所所提提供供的的事事实实，以以近近乎乎系系统统的的形形式式描描绘绘出出一一幅幅自自然然界界联联系系的的清清晰晰图图画画。”“新新的的自自然然观观的的基基本本点点是是完完备备了了：一一切切僵僵硬硬的的东东西西熔熔化化了了，一一切切固固定定的的东东西西消消散散了了，一一切切被被当当作作永永久久存存在在的的特特殊殊东东西西变变成成了了转转瞬瞬即即逝逝的的东东西西，整整个个自自然然界界被被证证明明是在永恒的流动和循环中运动着。是在永恒的流动和循环中运动着。”作作为为马马克克思思主主义义哲哲学学体体系系组组成成部部分分的的自自然然辩辩证证法法，就就是在这样的自然科学基础上建立起来的。是在这样的自然科学基础上建立起来的。2、黑格尔哲学对自然科学的总结黑格尔哲学中心概念是绝对精神，绝对精神在自我反观、自我实现中经历三个阶段逻辑阶段：含存在、本质、概念自然阶段：含机械性、物理性、有机性精神阶段：含主观精神、客观精神、绝对精神3恩格斯批判黑格尔，创立了辩证唯物主义自然观创立标志：恩格斯的自然辩证法。此外，还有反杜林论、反费尔巴哈论等。*特征：联系的、发展的、系统的。*基本内容：（1）世界是物质的（2）物质是运动的（3）运动的多样性（4）运动的规律性辨证唯物主义自然观区别于以往自然观（1）这种自然观既克服了形而上学自然观的局限性，又摆脱了古代自然观的朴素的、自发的属性，而是根据近代自然科学发展的最新成果建立的新的自然观，它是建立在精确的观察材料上的；（2）自然史和人类史的统一（3）天然自然于人化自然的统一(4)人与自然的对象性关系是能动性和受动性的统一四、20世纪自然观的发展 2020世世纪纪初初，相相对对论论、量量子子理理论论以以及及物物质质结结构构理理论论的的产产生生，导导致致了了物物理理学学领领域域的的深深刻刻革革命命，这这场场革革命命动动摇摇了了形形而而上上学学自自然然观观的的基基础础即即经经典典力力学学。与与1919世世纪纪相相比，比，2020世纪自然科学的发展有两个特点：世纪自然科学的发展有两个特点：A A 科科学学向向纵纵深深发发展展，揭揭示示了了小小至至微微观观，大大至至宇宇观观的层次结构。的层次结构。B B 科科学学向向横横向向发发展展，出出现现了了既既高高度度分分化化又又高高度度综综合的整体化趋势。合的整体化趋势。与与此此相相应应，以以新新能能源源、新新材材料料、生生物物工工程程、航航天天技技术术、海海洋洋技技术术、信信息息技技术术为为主主要要内内容容的的世世界界新新科科技技革革命命迅迅速速发发展展起起来来，这这些些技技术术与与计计算算机机技技术术相相结结合合造造成成了了一一种种崭崭新新的的技技术术体体系系，以以此此为为手手段段，人人工工自自然然的的疆疆界界迅迅速速扩扩大大，其其社社会会效效应应和和环环境境效效应应成成为为引引人人注注目目的的问问题题，也也必必须从自然观和方法论的高度进行研须从自然观和方法论的高度进行研讨。讨。当代自然观的新发展的概括1、时空的绝对性和相对性何谓同时性的相对性？不同地点的两个事件我们何以何谓同时性的相对性？不同地点的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢？这个问题看似平常，却至关知道它是同时发生的呢？这个问题看似平常，却至关重要。重要。同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。这同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学所引以为基础的绝对时间和绝一结论否定了牛顿力学所引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。对空间框架。狭义相对论的提出：两大假设（基本出发点）：狭义相对性原理在一切惯性坐标系内不能通过物理试验来判断该惯性系是静止的还是。或者说，物理规律的数学表示在一切惯性系表示不变；光速不变原理在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中，光在真空中的速度都是不变的。狭义相对论的五大推论：同时性是相对的；运动物体的长度在运动方向要收缩；运动时钟要变慢；物体质量将随速度增加而增加；在光速运动条件下，物体的质量与能量可以相互转化。相对效应产生于两个相对运动的惯性系，且速度与光速比拟，不同惯性系看到的同一事件的时间延缓量和运动的尺缩量是不同的尺缩钟慢效应说的是：对于两个相互运动的参照系来说，处在某参照系中的观察者将会发现另一参照系中的物体，其运动方向缩短了，其时钟走慢了。这两个效应都只是相对论效应。在本参照系中的观察者将看不出这种效应。而且相对论效应是相互的，你看见我的尺缩钟慢，我也看见你的尺缩钟慢。时间和空间随着物质运动速度的变化而变化尺缩钟慢效应尺缩钟慢效应狭义相对论揭示了空间、时间、质量和物质揭示了空间、时间、质量和物质运动之间的联系运动之间的联系否定了牛顿的绝对时空观，空间和时间不再是与物质及其运动无关的独立实体，经典物理学中的基本常数如物体长度、时间间隔、惯性质量等都不再是绝对的，而与参考系的与参考系的选择有关选择有关。物体的运动状态、时空特性、惯性质量等基本属性是相对于一定的参考系而言的，因而对它们的测量和认识依赖于参考系的选择。广义相对论：基本原理：1广义相对性原理所有参考系，无论惯性系还是非惯性系，都同样适合表达自然定律2等效原理一个存在引力场的惯性系和另一个有加速度的非惯性系比较，并无本质的区别广义相对论的理论体系几个推论：1、引力的实质=时空弯曲2、引力场方程宇宙学方程爱因斯坦广义相对爱因斯坦广义相对论认为，重力场的论认为，重力场的时间空间特性是依时间空间特性是依赖于物质的质量分赖于物质的质量分布的，物质的质量布的，物质的质量愈大、分布愈密、愈大、分布愈密、重力场愈强，则空重力场愈强，则空间的间的“曲率曲率”就愈就愈大、时间的流逝就大、时间的流逝就愈慢。愈慢。银河系正面图 广义相对论指出，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，引力场实际上是一个弯曲的时空。也就是说，牛顿提出了万有引力，而爱因斯坦事实上取消了它：引力的本质是没有引力，宇宙中无处不在的引力其实不是引力，而是时空的弯曲！在弯曲的宇宙时空中，天体只能沿路程最短的短程线运动，投射到欧几里的空间中，就呈现出椭圆形的运动轨道。广义相对论指出，时间与空间不能离开物质而独立存在，时空的结构和性质取决于物质的分布，物质存在的空间不是平坦而是弯曲的，物质的密度越大，其周围的空间越是弯曲。揭示了空间与时间之间，空间时间与物质及其运动之间存在的辩证联系。2、从存在到演化无时间性如牛顿力学、相对论、量子力学F=mdr/dt把tt，方程形式不变，对时间反演对称，意味时间无方向性时间的重新发现热力学第二定律：汤姆逊：不能从单一热源取热全部转化为功而不产生其它影响。克劳修斯：热不可能从低温物体流向高温物体而不产生其它影响用熵表述为：一个孤立系统的熵总趋于增大（熵增定律）在动力学框架内的新的时间之矢也出现了相对论为基础的宇宙学指出宇宙膨胀量子力学：测量在20世纪，演化的观念进一步发扬耗散结构理论、协同学、突变论，勾画了自然从存在到演化的画面，展示了自然演化的不可逆性的序向，提出了“内部时间”的新概念，使时间从一个外部参量转变为自然演化的内在尺度，展示了自然界演化的分叉、突现方式。3、自然的简单性与复杂性统一自然界不作无用之事，只要少做一点就成了，多做了却是无用；因为自然喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因夸耀自己-牛顿自然规律的简单性也是一种客观事实，而且真正的概念体系必须使这种简单性的主观方面和客观方面保持平衡。爱因斯坦自然的规律性：表明自然具有机械性的确定性、固有的秩序、决定性、必然性、和单一因果关联等还原性自然的外在分离性自然的祛魅对称性可逆性复杂性它表现为一种众多因素相互作用的一种状态。不可还原，超越还原的特征涌现例：氢和氧原子组成了水，氢它有可燃性，作为氧原子组成的氧气，它有助燃性，但是，当我们把氢和氧原子组合在一起，变成水这样一种液态，或者是其他状态，它这两个性质都没有了具有分形的特征，自嵌套，自分叉，自相似非集中控制性自组织4、世界的决定性与非决定性统一在牛顿力学的机械传统里，一切自然过程都服从决定论性的因果律。这中决定论性的因果律人们也称之为机械决定论或拉普拉斯决定论。爱因斯坦始终认定“上帝不会掷骰子”。统计热力学：概率引入科学，表明群体行为的规律已丧失了确定性，只能以确定的概率加以预言量子力学普朗克提出了“能量子”的概念，对“紫外灾难”作了解释，认为能量是不连续的；爱因斯坦由此进一步提出了“光量子”学说，揭示了光的波粒二相性，并奠定了量子力学的理论基础；经德布罗意，最后由海森堡与薛定谔发展完成。量子力学的建立实现了物理史上的第五次大综合，统一了波粒二相性。量子性量子关联统计规律性量子力学在自然观上的贡献(1)丰富了辩证唯物主义的物质观，揭示了物质世界的波粒二相性，证明了世界的统一性；否认了形而上学自然观的“非此即彼”，承认了物质世界是“亦此亦彼”的。揭示了物质世界是建立在连续与非连续，粒子性与波动性之上，不能摆脱一者去认识另一者，不能将它们隔离开来，是粒子与波动，连续与阶段的统一。因为量是连续的，所以运动也是连续的。时间是关于前和后的运动的数，并且是连续的。亚里士多德自然界是不允许飞跃；自然界里的一切都是以着色的方法逐渐而均匀地完成的。如果在两个东西之间有一个空的间隔，那么从一个东西过渡到另一个东西有什么基础呢。波涅特(2)牛顿力学固有的严格决定论的数学微分方程、因果律，在量子世界图景中都或多或少地遭到了破坏。量子力学的基本方程薛定格方程，也是一个微分方程，根据初始条件得到的方程的解是量子力学中的波函数。波函数描述微观粒子的运动状况，但它不能确定地表示一个微观粒子在何时何地出现，只告诉我们微观粒子在某时某地出现的几率。量子力学中的测不准原理明白无误地表明，对于微观粒子，位置和动量不能同时测定，时间和能量也不能同时测定，如果其中一个两测得越准，另一个量越测不准。所以在微观领域，那种决定论性的因果律，不再起作用，替代它的是统计性的因果律。混沌理论是对决定论的又一次挑战混沌理论是对决定论的又一次挑战正是在这种意义上，格莱克说：“混沌是20世纪物理科学中的第三次革命，就像前两次革命一样，混沌割断了牛顿力学的基本原则。”混沌定义包含有序的特殊状态宏观无序无律、微观有序有律的状态与规则运动相对的行为混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动特性-混沌对初始条件具有敏感依赖性，任何一处微小的变化都会使系统在随后的发展中发生预想不到的变化。混沌理论的创始人之一，美国气象学家洛伦兹把这一特性形象地比喻为蝴蝶效应。他说，一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，也许就是得克萨斯一场龙卷风的起因。钉子缺，蹄铁卸，蹄铁卸，战马蹶，战马蹶，骑士绝，骑士绝，战事折，战事折，国家灭。67非平衡过程产生的混沌是一种非平衡过程产生的混沌是一种“奇异吸引子奇异吸引子”当演化时间趋于无穷大时，系统所达到当演化时间趋于无穷大时，系统所达到的极限集合，称为的极限集合，称为“吸引子吸引子”。例如单摆运。例如单摆运动，如果有磨擦（耗散系统），振幅将逐渐动，如果有磨擦（耗散系统），振幅将逐渐减小，最终将停止在中间位置，这个状态减小，最终将停止在中间位置，这个状态（不动点）就是一个吸引子。（不动点）就是一个吸引子。68 混沌状态相当于一个吸引子，它有一些奇混沌状态相当于一个吸引子，它有一些奇特的性质。系统一切在吸引子外的状态都向特的性质。系统一切在吸引子外的状态都向吸引子靠拢，这是吸引作用，反映系统运动吸引子靠拢，这是吸引作用，反映系统运动“稳定稳定”的一面；而一旦到达吸引子内，其的一面；而一旦到达吸引子内，其运动又互相排斥，这对应着运动又互相排斥，这对应着“不稳定不稳定”的一的一面。在混沌区内，两个靠的非常近的点，随面。在混沌区内，两个靠的非常近的点，随着时间的推移会指数发散开来，两个相距很着时间的推移会指数发散开来，两个相距很远的点，又可能无限地靠近，它们将在混沌远的点，又可能无限地靠近，它们将在混沌区中自由地游荡，又跳不出混沌区，因此无区中自由地游荡，又跳不出混沌区，因此无法描述它们的法描述它们的“轨道轨道”，无法预测其未来的，无法预测其未来的状态。状态。19711971年，法国物理学家茹勒和泰肯首年，法国物理学家茹勒和泰肯首次把混沌的这种特殊性质叫作奇异吸引子。次把混沌的这种特殊性质叫作奇异吸引子。-混沌理论揭示出确定性系统的“内在随机性”，体现了随机性存在于确定性之中，确定性自己规定自己为不确定性确定性系统自己产生了随机运动。它从根本上消除了拉普拉斯决定论的可预测性的狂想。-分形的几何结构，非整数维涨落对严格决定论的否定所谓涨落，是指系统中某个变量或行为对统计平均值的偏离。系统中存在涨落是不可避免的，它是一切实际系统固有的特征。71涨落所起的作用与系统所处的状态有关。涨落所起的作用与系统所处的状态有关。当当系系统统处处于于稳稳定定时时，涨涨落落还还仅仅仅仅是是一一些些小小的的干干扰扰而而已已，它它会会由由于于系系统统自自身身的的抗抗干干扰扰能能力力而而逐逐步衰减，从而使系统回到原来的状态。步衰减，从而使系统回到原来的状态。但但是是，如如果果系系统统处处于于远远离离平平衡衡的的不不稳稳定定态态，即即在在临临界界点点附附近近，微微小小的的涨涨落落才才会会得得以以放放大大，变变成成具具有有宏宏观观尺尺度度的的“巨巨涨涨落落”，从从而而使使系系统统一一下下子跃迁到一个新的有序状态子跃迁到一个新的有序状态72这是一个偶然性与必然性相互影响的过程。这是一个偶然性与必然性相互影响的过程。在在靠靠近近临临界界点点的的地地方方，系系统统呈呈现现出出很很大大的的起起伏伏，系系统统好好象象在在各各种种可可能能的的演演化化方方向向之之间间“犹犹豫豫不不决决”，一一个个小小的的起起伏伏可可以以引引起起一一个个新新的的变化，它将剧烈地改变宏观系统的整个行为。变化，它将剧烈地改变宏观系统的整个行为。第三讲系统自然观一自然界的系统的存在方式1 系统的定义：系统的定义：是由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有特定结构和功能的有机整体。在自然界中，万物皆系统，系统无处不在。在自然界中，万物皆系统，系统无处不在。完备描述一个系统需具备以下四个条件四个条件：要要素、结构、功能和环境素、结构、功能和环境系统和要素、结构和功能、系统与环境之间，是对立统一的。1 1、要素，是构成系统的组元或部分。、要素，是构成系统的组元或部分。注注意意：单单一一要要素素不不是是系系统统，必必须须有有两两个个以以上上的要素才可能构成系统。的要素才可能构成系统。例例如如，一一个个苯苯分分子子的的组组成成是是六六个个碳碳原原子子和和六六个个氢氢原原子子，在在其其中的每一个碳原子和氢原子都是苯的组成要素中的每一个碳原子和氢原子都是苯的组成要素。系统与要素是相对而言的，在一个系统中系统与要素是相对而言的，在一个系统中是要素的东西，在另一个层次上则可以是系是要素的东西，在另一个层次上则可以是系统。它们之间存在着整体与部分之间的辩证统。它们之间存在着整体与部分之间的辩证关系。关系。2 2、结结构构，是是系系统统内内部部各各要要素素之之间间的的内内在在的联系，排列顺序和组织方式。的联系，排列顺序和组织方式。3 3、环环境境，是是指指与与系系统统发发生生相相互互作作用用，而而又不属于这个系统的所有事物的总和。又不属于这个系统的所有事物的总和。系统与环境系统的环境是系统存在和发展的基础和前提系统的环境是系统存在和发展的基础和前提 任何物质系统的存在与发展都是有条件的，离任何物质系统的存在与发展都是有条件的，离开了这些存在条件或存在条件发生了某种变化，开了这些存在条件或存在条件发生了某种变化，物质系统也会相应地发生变化甚至会导致系统物质系统也会相应地发生变化甚至会导致系统的重组或解体。的重组或解体。系统与环境有双向选择性，环境选择系统，系统与环境有双向选择性，环境选择系统，表现为物竞天择，适者生存。特定环境中存表现为物竞天择，适者生存。特定环境中存在着特定的系统；另一方面，系统选择环境，在着特定的系统；另一方面，系统选择环境，表现为系统发展过程中的分叉和突变。表现为系统发展过程中的分叉和突变。系统的复杂性与环境的复杂性相关，物质系系统的复杂性与环境的复杂性相关，物质系统越是复杂，越有组织，它与环境之间建立统越是复杂，越有组织，它与环境之间建立的相互联系就越是具有多样性，同时也要求的相互联系就越是具有多样性，同时也要求环境具有相应的复杂性。环境具有相应的复杂性。4 4、功能，是系统在与环境相互作用中、功能，是系统在与环境相互作用中表现出来的特性。功能不是要素的属性，表现出来的特性。功能不是要素的属性，也不是某个部分的属性，而是系统整体才也不是某个部分的属性，而是系统整体才有的属性。有的属性。系统的功能是要素、结构和环境的函数。系统的功能是要素、结构和环境的函数。（F(F(，)，功能或性质、功能或性质、环境、环境、要素、要素、结构）结构）要素是系统功能的物质基础，结构是系统功要素是系统功能的物质基础，结构是系统功能的重要根据，环境则是系统功能的外部条件。能的重要根据，环境则是系统功能的外部条件。一类特征或功能来源于系统内部的要素和结构，可一类特征或功能来源于系统内部的要素和结构，可称为系统的称为系统的第一性特征第一性特征；另一类特征或功能来源于系统与环境的相互作用，另一类特征或功能来源于系统与环境的相互作用，可称为系统的可称为系统的第二性特征第二性特征。系统理论特别重视对系统第二性特征的分析。系统理论特别重视对系统第二性特征的分析。整体性 系统在整体水平上出现不同于要素的新属系统在整体水平上出现不同于要素的新属性（整体涌现性）。性（整体涌现性）。2自然物质系统的属性恩恩格格斯斯：“许许多多人人协协作作，许许多多力力量量溶溶合合为为一一个个总总的的力力量量，用用马马克克思思的的话话来来说说，就就造造成成新新的的力力量量，这这种种力力量量和和它它的的一一个个个个力力量量的的总总和和有有本本质质的的差差别别。”这这段段话话是是对对整整体性特征的生动说明。体性特征的生动说明。系统的整体性原理要阐明的正是系统的突现系统的整体性原理要阐明的正是系统的突现性质，包括生命特征的突现，而不必求助于任何性质，包括生命特征的突现，而不必求助于任何非物质的东西。非物质的东西。整体性特征整体性特征对于人们认识自然和改造自然有对于人们认识自然和改造自然有着非常重大的理论意义和实践意义。在理论上它着非常重大的理论意义和实践意义。在理论上它揭示了自然界之所以有奇迹般的无限多样性和无揭示了自然界之所以有奇迹般的无限多样性和无限创造力的根源，说明宇宙怎样由为数不多的、限创造力的根源，说明宇宙怎样由为数不多的、相对简单的基本元素（相对简单的基本元素（夸克和轻子夸克和轻子）组成丰富多）组成丰富多彩的世界。彩的世界。系统开放性的特点从系统与环境的关系分：孤立系统封闭系统开放系统孤立系统孤立系统，是与外界环境没有物质和能量交是与外界环境没有物质和能量交换的系统。按照热力学第二定律，孤立系统的熵换的系统。按照热力学第二定律，孤立系统的熵只能增加，不会减少，即孤立系统的熵大于或等只能增加，不会减少，即孤立系统的熵大于或等于零（于零（）。）。有人认为，整个宇宙，由于有人认为，整个宇宙，由于“至大无外至大无外”，无所谓，无所谓外界，因此，也就没有与外界进行物质和能量的交换，外界，因此，也就没有与外界进行物质和能量的交换，所以是个孤立系统。克劳修斯当年就是据此得出宇宙所以是个孤立系统。克劳修斯当年就是据此得出宇宙“热寂说热寂说”的。的。封闭系统，与外界环境有能量交换但没封闭系统，与外界环境有能量交换但没有物质交换的系统。有物质交换的系统。有时在能量交换中所涉及的物质交换数量级极小，可有时在能量交换中所涉及的物质交换数量级极小，可略而不计，在这种情况下，我们便有了一个封闭系统。例如，略而不计，在这种情况下，我们便有了一个封闭系统。例如，如果忽略从宇宙空间落入地球上的流星和宇宙云埃，地球近如果忽略从宇宙空间落入地球上的流星和宇宙云埃，地球近似地可看作是一个封闭系统。在自然界中没有严格意义的孤似地可看作是一个封闭系统。在自然界中没有严格意义的孤立系统和封闭系统。立系统和封闭系统。开放系统，是与外界环境自由地进行物开放系统，是与外界环境自由地进行物质和能量交换的系统。质和能量交换的系统。系统的层次性系统的层次性A.中国套箱式的等级结构特点：低层系统对高层系统具有构成性关系同一层次的系统之间存在着相干性关系B.自然界的层次结构分非生命世界和生命世界生物圈生物圈生态系统生态系统生物群落生物群落种群种群生物个体生物个体系统系统器官器官组织组织细胞细胞生物大分子生物大分子生命世界的生命世界的基本物质系基本物质系统层次统层次非生命世界微观、宏观和宇观层次生命世界分生物大分子、细胞、组织、器官、系统、生物个体、种群、群落、生态系统c.层次与结合度反比关系美美国国系系统统学学家家拉拉兹兹洛洛指指出出：“当当我我们们从从初初级级组组织织层层次次的的微微观观系系统统走走向向较较高高层层次次的的宏宏观观系系统统，我我们们就就是是从从被被强强有有力力地地、牢牢固固地地结结合合在在一一起起的的系系统统走走向向具具有有较微弱和较灵活的结合能量的系统较微弱和较灵活的结合能量的系统”。物质系统为什么具有层次结构物质系统为什么具有层次结构美美国国经经济济学学家家、计计算算机机科科学学家家西西蒙蒙和和罗罗森森作作了了一一个个很好的数学证明。很好的数学证明。这这个个证证明明表表明明，一一个个相相对对独独立立的的稳稳定定的的子子系系统统组组成成的的系系统统，比比起起直直接接由由组组成成元元素素组组成成的的系系统统更更能能经经常常住住环环境境的的干干扰扰与与破破坏坏，因因而而在在变变化化的的环环境境中中更更加加稳稳定定。而而从从发发展展的的速速度度上上看看，分分层层形形成成的的系系统统比比直直接接形形成成系系统统要要快快得得多多。因因此此，在在演演化化过过程程中中产产生生多多层层次次结结构构物物质质系系统统的的概概率率要要比比产产生生无无层层次次结结构构物物质质系系统统的的概概率率大大得得多多。这这就就决定了现实世界即自然界有一个层次结构决定了现实世界即自然界有一个层次结构。例如，有人计算过，用100个另件装配机件，用100个零件一气呵成，与用10件一组，而后用10个组装成，那一个成功的几率大的问题。用前一种方法因为不可避免的干扰，常常使半成品全部散开，欲速反而不达，成功的几率小例如合成胰岛素，组装计算机，制备复合材料（基体、增强组元）等等均是如此物质束缚程度：B/E0三个夸克核原子分子地球太阳系银河系星系团10-110-310-510-910-1010-810-6100F.因果链层次结构的因果链层次结构的因果链上向因果链：低层次物质系统作为原因，可以在高层次系统中引起一定的结果，可以决定高层次物质系统的特有规律；下向因果链：高层次物质系统对低层次物质系统的限制和影响。双向因果链一方面造成了层次之间的差别，另一方面也沟通了层次之间的联系。层次的关系决定了方法论的基本趋向。正因为上下层次间有双向因果关系，才有还原论方法和整体论方法区别。1可逆与不可逆如果系统从某一状态变到另一状态后，能够再回复到原来的状态，并且同时使系统的环境也回复到原状，这样的过程就是可逆过程。二自然界的系统演化（一）可逆性与不可逆性（是否有时间箭头)2自然界的演化过程是可逆还是不可逆的？自然界的演化过程是可逆还是不可逆的？存在物理学与演化物理学存在物理学：时间是从外部描述运动的一个参量，它的变化并不影响运动的性质，因而也无法从运动性质来判别时间。如牛顿力学、相对论、量子力学F=mdr/dt把tt，方程形式不变，对时间反演对称，意味时