#第二章 辩证唯物主义自然观的发展系统自然观.pdf

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1、第二章第二章辩证唯物主义自然观的发展：系统自然观辩证唯物主义自然观的发展：系统自然观系统自然观是辩证唯物主义自然观的现代形式之一。本章力求概括和总结20 世纪以来自然科学发展的重大成果， 论述系统自然观产生的自然科学基础、 系统自然观的基本观点及其思维方式， 展现自然界的系统存在方式和演化的不可逆性与序向， 揭示自然界演化的自组织机制和循环发展的无限性。第一节第一节现代自然科学的发展和系统自然观的产生现代自然科学的发展和系统自然观的产生一、系统自然观产生的现代自然科学基础一、系统自然观产生的现代自然科学基础1 1现代自然科学革命概况现代自然科学革命概况19 世纪末 20 世纪初，由于发生了物理

2、学的革命，自然科学进入了一个新的历史阶段即现代自然科学发展阶段。这场革命起源于19 世纪末的经典物理学危机。物理学经典理论体系的建立，曾使不少科学家认为， 物理学的主要框架已经构成， 剩下的工作只是把一些物理常数测得更准确，并将一些基本定律应用于各种具体问题。 然而，正当他们认为物理学已到了顶峰而陶醉于“尽善尽美”的境界时，物理学的晴朗天空中却出乎意料地出现了 “两朵乌云”，这就是当时用经典物理学理论无法解释的迈克尔逊一莫雷实验和黑体辐射实验。 20 世纪初，爱因斯坦、普朗克等科学家在解决新实验事实同旧理论之间的矛盾的过程中， 创建了以相对论和量子力学为支柱的现代物理学理论体系。 之后，以物理

3、学革命为先导， 涌现出了分子生物学、控制论、系统论、信息论、耗散结构理论、协同学、超循环理论、分形理论、混沌理论等一系列在自然观上具有根本变革性质的新学科、新理论。20 世纪的科学革命广泛地发生在宇观、宏观、微观三大层次上，使整个自然科学形成一个前沿不断扩大的多层次的综合的整体。 概要说来， 由相对论表征的科学革命是关于高速及宇观领域的； 由量子力学和分子生物学学表征的科学革命是关于微观领域的； 由分形理论、混沌理论等一系列学科表征的科学革命， 则是介于两者之间的宏观的领域的。 它们分别从观、微观、宏观三大层次上揭示了自然界的本质和规律。2 2相对论、量子力学和分子生物学相对论、量子力学和分子

4、生物学(1)相对论1905 年爱因斯坦创建的狭义相对论，从相对性原理、光速不变原理和空间与时间均匀性出发，导出了同时性的相对性、尺缩效应、时间延缓效应、质增效应、质能关系式等重要结论， 揭示了空间与时间之间、 空间和时间与物质运动之间、 质量与能量之间的统一性。 1916年他创建的广义相对论，提出在任何参考系中，自然规律都可以表示为相同的数学形式(广义协变原理)；引力场对物体的引力作用与物体的加速运动是等效的(“等效原理”)；推断出在引力场中，时钟要变慢，光的路程要弯曲；指出时问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， 从而扬弃了牛顿的绝对空间和绝对时问观念， 揭示了

5、空间、时间与物质之间存在的辩证联系。(2)量子力学1900 年普朗克提出的量子假说， 1913 年玻尔建立的量子化的原子结构模型,1923 年德布罗意提出的物质波概念， 925 年海森堡建立的矩阵力学， 1926 年薛定谔 (SchrSdinger，18871961)建立的波动力学，以及之后玻恩对量子力学和波函数的统计诠释，揭示了崭新的、不同于宏观客体规律的微观客体规律， 阐明了连续性与间断性、 波动性与粒子性的对立统一，突现了量子(微观)世界的概率随机性，从而根本改变了精确确定的连续轨迹的经典概念，经典理论中的严格决定论， 被因果律仅作为一种近似的和统计趋势的概念所代替。 贝尔定理的证实，确

6、认了量子关联的实在性。 这种量子关联是非定域性的， 它既存在于人与自然之间、主体与客体之间，又表现在宇宙的过去与现在之间，说明自然界是一个统一的、 不可分割的整体，这个整体中的各部分是普遍关联着的。量子力学的建立， 使自然科学进入到人类日常感性经验以外的微观世界。 它反映了人和自然相互作用的特征， 表明了人只有通过仪器装置才能观察和描述自然， 人只有在同自然的相互作用中才能达到认识自然的目的； 人绝不是自然之外的与之分离的观察者或存在者， 而是作为自然界的一部分参与到自然现象中去。“量子关联”这一思想，最初是玻尔在1935 年发表的一篇论文能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?中提出来的。

7、他强调把经典物理学体系分离为各个部分的处理方法在量子领域内已经失效， 因为只要两个体系合成一个单一的体系， 即使只在一段有效的时间内，这样的一个组织过程就不再能够分离。 之后，经过玻姆和贝尔的研究与分析，使得量子关联的实验检验成为可能。自 1972 年以来物理学界所完成的实验表明，量子关联确实存在。（3）分子生物学1953 年美国生物学家沃森、 英国生物学家克里克和威尔金斯关于DNA 双螺旋结构的发现，标志着分子生物学的诞生， 它将生物学的实验研究水平，推进到了大分子层次，并在生物大分子层次上阐明了生物界结构和生命活动的高度一致性。分子生物学表明，所有生物，包括非细胞的生物病毒， 都有着共同的

8、遗传物质核酸， 而核酸也有共同的核苷酸链的分子结构和基本相同的遗传机制。其后在此基础上发展起来DNA 重组技术、克隆技术，表明现代生命科学已发展到足以改造人类自身、 改变人的自然本性的程度。 自然界的人化过程，同时也是人的“自然化”的过程， “作用于他身外的自然并改变自然时，也就同时改变他自身的自然” 。分子生物学向人们呈现了一幅将人的力量也包含其中的更为现实的自然图景。3 3系统科学系统科学系统科学是把对象作为组织性、 复杂性系统从整体上进行研究， 以揭示其运动规律和实际处理这类系统的科学。20 世纪 40 年代末兴起的控制论、信息论、系统论，是系统科学研究的第一批成果。美国的维纳(Norb

9、ert wiener，18941964)所创立的控制论是最早把对象作为系统考察的学科， 为研究系统的性质提供了广泛有效的概括形式和处理方法。 加拿大籍地利理论生物学家贝塔朗菲(190l1972)创立的系统论，第一次定义了“系统”为“相互作用的若干要素的复合体” ，提出了“整体不可分性”的“机体论”和“整体论”原则，使科学研究的对象从孤立的部分转向系统整体及其规律的研究。美国数学家申农(cEShannon，19162001)创立的信息论，则为人们提供了研究系统组织化程度和信息在系统中如何有效的传输的理论。控制论、信息论和系统论以“系统”的观点看自然界，提出了系统与要素、结构与功能等新的范畴，揭示

10、了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性。20 世纪 70 年代前后相继出现的耗散结构理论、协同学、突变论、超循环论等自组织理论以及分形理论和混沌理论， 则是系统科学的新进展。 普里戈金提出的耗散结构理论， 阐明了系统新结构产生的条件和机制，论证了系统进化的可能性。德国物理学家哈肯（ 1927 一)创立的协同学，探讨了在突变点上，系统如何通过内部各子系统之间的协同、 竞争即自组织而形成新的有序结构。法国数学家托姆建立的突变论，超越了 “自然界无飞跃”的渐进进化思想，使突变现象成为科学研究的对象， 给系统科学提供了新的数学工具。 德国生物化学家艾根(Manfred Eign)提出的超循环

11、论，揭示了生物大分子形成的自组织形式，架设了从无生命向生命过渡的桥梁。 非平衡系统自组织理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和序向， 不仅指出自然界的演化是自组织的、 自己运动的，而且揭示了自然演化的自组织机制。由美国气象学家洛仑兹、生物学家R梅、物理学家费根鲍姆(MitchellFeigenbaum)等人创立的混沌理论，揭示了以往科学未曾料想到的隐藏在混乱现象深处的惊人秩序以及自然万物生长演化的普适规律， 提供了一种关于系统演化的分叉与混沌方式， 它揭示了确定性系统的“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

12、动。 它从根本上消除了拉普拉斯决定论的可预测性这一观念。二、系统自然观的基本内涵和思想二、系统自然观的基本内涵和思想系统自然观植根于相对论、量子力学、分子生物学以及以系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变论、超循环理论、分形理论、混沌理论为代表的系统科学等现代自然科学理论，为人们描绘出一幅从基本粒子、原子、分子化合物直到人类，从微观领域直至宇观天体系统演化的自组织、 自我运动、自我创造的辩证的演化发展的自然图景， 深入揭示了自然界的本质和规律，认为“ 系统是总的自然界的模型” 。系统自然观最深层、最基本的内涵，在于它揭示了自然系统不仅存在着，而且演化着； 自然系统不仅是确定的，而且

13、会自发地产生不可预测的随机性；自然系统不仅是简单的、线性的，而且是复杂的、非线性的，阐发了自然界是确定性与随机性、简单性与复杂性、线性与非线性的辩证统一的思想。1 1从存在到演化从存在到演化以往的自然科学，如牛顿力学、 麦克斯韦的电磁场论，包括相对论和量子力学等， 所描述的都是可逆过程，表现出时间反演是对称的， 未来和过去没有差别。 非平衡系统自组织理论则将热力学定律的“时间之矢”与动力学系统的复杂性、不可逆性联系起来，使时间从一个外部参量转变为自然演化的内在尺度， 指出“时间之矢”是与物理系统相联系的内部属性从而提出了 “内部时同” 的概念， 表明自然科学从存在的科学走向演化的科学。 与此相

14、联系，人们对于自然界的认识， 也就从认识存在深入到认识演化， 即认识到自然界不仅是存在的而且是演化的，并试图在存在和演化之间架起一座桥梁。2. 2. 确定性和随机性的统一确定性和随机性的统一自从 1687 年牛顿发表自然哲学的数学原理以来，确定论观点在自然科学领域一直被奉为正统， 以致机械决定论者构造了一个封闭的简单的宇宙模式， 认为只要人们找到一个无所不包的宇宙方程，并且知道宇宙的一切初始条件和边界条件， 那么，宇宙的过去和未来都会呈现在眼前。这就是前面所提到的拉普拉斯决定论。 但是，混沌理论表明，对于那些原来看来完全确定的非线性系统， 即使不受外界影响，初始条件是确定的， 系统自身也会自发

15、地产生不可预测的随机性(称之为“内在随机性”)。这类情况不是稀有的特例，而是普遍行为，完全确定论的描述在牛顿力学中仅限于稀如凤毛麟角的特例。 人们终于认识到，自然界是确定性与随机性的辩证统一。3 3简单性和复杂性的统一简单性和复杂性的统一正如人的认识发展道路是从认识简单事物开始一样， 近代科学的产生和发展也是从研究简单系统开始的。 经典科学研究的对象主要是线性的、 解析的、 平衡态的、 规则的、 有序的、确定的、可逆的、可作严格逻辑分析的对象，这本来是合理的、必然的，但也形成一种传统观念，即认为复杂性只存在于生命和社会历史领域，物理世界是简单的。因此，不问是否有可能，总是把复杂性完全简化为简单

16、性来处理(实质上是人为地消除复杂性)，其基本的方法是分析的、还原的。然而，从 20 世纪 60 年代以来，自然科学把注意力转向现实世界的复杂性系统，研究非线性的、非解析的、非平衡态的、不规则的、无序的、不确定的、不可逆的、不可作严格逻辑分析的对象，越来越广泛和深刻地揭示出了自然界的复杂性的一面，表明一个复杂的系统， 不能被看做是许多要素的简单组合， 而是存在着要素之间的反馈、 自催化、自组织的相互联系和协同作用。正如普里戈金在探索复杂性一书中所指出的： “复杂性不再仅仅属于生物学了，它正在进入物理学领域，似乎已经植根于自然法则之中了。 ”人们已经意识到必须将追求简单性和探索复杂性结合起来。4

17、4线性和非线性的统一线性和非线性的统一以往的科学实质上是以线性系统为研究对象的线性科学。 数学的发展早已线性系统的研究提供了包括线性代数、 线性微分方程、傅立叶分析、线性算子理论和随机过程的线性理论在内的强有力的解析方法和工具。 正如人的认识发展道路是从认识简单事物开始一样， 近代科学的产生和发展也是从研究线性系统这种简单对象开始的。 物理学家首先考察没有摩擦的理想摆、没有粘滞的理想流体，数学家首先研究线性函数、线性方程，等等。这本来是合理的、必然的。线性模型是一大批现实系统的良好近似。事实上，线性科学在理论和实践上都有极其光辉的成果， 迄今许多令人注目的重大理论和技术创造都是线性科学的贡献。

18、 但在性科学成功发展的同时， 也在自然观上形成了一种线性观， 即把线性系统视为客观世界的常规现象、正常状态或本质特征，把非线性系统视为例外情形、病态现象或非本质特征，非线性系统仅仅是线性系统的扰动等等； 认为只有线性现象才有普遍规律， 可以提出一般原理， 制定普适的方法，非线性现象没有普遍规律，不能建立一般原理和普适的方法。20 世纪七八十年代，分形理论、混沌理论等研究所刮起的“非线性风暴” ，使人们终于明白：现实世界中的非线性问题不是少见的例外而是普遍现象， 线性问题才是少见的例外； 非线性特性不是细枝末节而是基本特征和本质的存在， 线性特性才是非本质的存在和次要方面； 线性系统只不过是一部

19、分简单非线性系统在一定条件下的近似；自然界是线性与非线性的辩证统一。三、系统自然观确立的重大意义三、系统自然观确立的重大意义1 1丰富和发展了辩证唯物主义自然观丰富和发展了辩证唯物主义自然观系统自然观的确立， 是对辩证唯物主义自然观的丰富与发展， 并且成为辩证唯物主义自然观的重要组成部分。首先，系统自然观揭示了自然界的系统性、 整体性和层次性，指出整个自然界是以系统方式存在着的有机整体， 整体性是自然界最基本的属性； 自然界物质系统都是由不同的层次结构组成的，这种层次结构是无限的； 世界的统一性表现为系统客体的物质代谢、 能量转换和信息传递的相互依赖、相互补充即物质、能量、 信息三个基本要素的

20、统一性，系统自然观丰富和深化了辩证唯物主义的物质观。其次，系统自然观揭示了自然界物质系统的开放性、 动态性和自组织性，指出自然界的一切物质客体都是不断进行物质、 能量和信息交换的开放系统， 亦即自然界的任何客体都是动态的开放系统，同外界不发生物质、 能量和信息交换的绝对封闭系统是不存在的； 自然界物质系统不是被动的，而是主动的， 它能够自发地或自主地有序化、组织化和系统化， 即具有自组织性,从而更具体、更生动地阐明了诸如运动是物质的存在方式、矛盾是运动的源泉、运动方式的多样性和绝对性等思想，极大地丰富和深化了辩证唯物主义的运动观。再次，系统自然观揭示了时间的不可逆性，提出了“内部时问”的概念。

21、指出“时间之矢”是与物理系统相互联系的内部属性；以系统、要素、结构、功能、层次、有序、无序、整体等概念对物质存在的空问形式、 物质的广延性作了定性和定量的描述， 更具体、更生动地阐明了空间和时间是物质存在的基本形式以及空间、 时间与物质相互联系、 不可分割的思想，进一步丰富和深化了辩证唯物主义的时空观。最后，系统自然观揭示了自然界在循环发展中有序与无序、 进化与退化的辩证统一， 论证了辩证唯物主义自然观关于运动、 发展的大循环思想。非平衡态自组织理论证明， 一个远离平衡态的开放系统，通过与外界环境交换物质、 能量和信息，从环境中获得负熵流来抵消系统内部的熵产生，就可能在一定条件下使系统从一种混

22、乱无序的状态演化成为一种稳定有序的结构。同样，混沌理论也揭示了通向混沌的道路， 说明了系统从有序向无序的转化过程。在自然界的演化过程中，正是由于混沌可以产生有序，有序又将复归于混沌，才使得自然界经历了“混沌一有序一新的混沌一新的有序”的循环发展过程。2 2提供了系统思维方式提供了系统思维方式随着系统自然观的确立， 形成了一种探索组织性、 复杂性问题的思维方式系统思维方式。 “今天我们正目睹一场思维方式的转换：转向谨严精细而又是整体论的理论。这就是说， 要构成拥有它们自己的性质和关系集成的集合体， 按照同整体联系在一起的事实和事件来思考。 ”系统自然观突破了传统的科学思维方式，为人们提供了系统思

23、维这样一种崭新的科学思维方式。所谓系统思维方式， 是把对象当做一个系统的整体加以思考的思维方式， 它根据系统的性质、关系、结构，把对象的各个组成要素有机地组织起来构成模型，研究系统的功能和行为，具有整体性、综合性、定量化和精确化的特征。这种思维方式认识对象的基本思路是：第一，把对象作为其构成要素以一定的联系组成的结构与功能的统一整体 (系统)来考察，从整体、部分、环境的相互联系、相互制约、相互依赖的关系中揭示对象的整体性质和运动规律。它首先从整体出发，对事物进行综合研究，然后以综合为指导， 对事物的组成部分进行分析，探讨它们之间的内在联系，最后又在分析的基础上回到整体的综合研究。第二，认为由各

24、要素组成的整体， 具有不同于各要素功能简单相加的新功能， 新功能，即认为系统具有非加和的性质系统性质。 人们认识系统就在于找出这种系统性质， 构造一个新系统的目的就在于利用这种非加性来实现某种新功能。第三，把所观察的系统都看做动态的开放系统，认为任何系统都处于 一定环境之中，它与外界环境有着千丝万缕的联系。 任何系统要得到自身的发展， 必定是与环境不断进行物质、能量和信息的交换。第四， 系统思维方式对某一具体系统的研究侧重于无序、 不稳定性、 多样性、 不平衡性、非线性等方面，这与传统的千方百计将系统简化为稳定、有序、均匀、平衡、线性作用的思维方式有很大差别。需要指出的是，系统思维方式与还原论

25、、形而上学思维方式不同。它观察事物的侧重点不是部分而是整体； 它不是立足于分析而是立足于综合； 它不是像形而上学思维方式那样把分析与综合分为截然不同的两个阶段的单向性思维， 而是把综合与分析通过反馈耦合形成双向性思维。应用还原分析方法，要取决于两个条件：一是“部分”之间的相互作用不存在或者微弱到某些研究任务可以不考虑的程度； 只有在这种情况下， 部分才能实际地、逻辑地、数理地“求出”来，然后“放在一起” 。二是描述部分的行为的关系式是线性的； 只有这样才有累加性条件， 即描述总体行为的方程和描述部分行为的方程具有相同形式，可以通过部分过程相加来取得总体过程。因此，传统的思维方式对于内部联系不紧

26、密、相互作用较弱、局部行为与整体行为相差不大的事物是基本适用的， 但对于多因素、复杂系统就不能适用。只有用系统思维的方式，才能把握事物的整体功能。第二节第二节自然界的系统存在方式自然界的系统存在方式一、系统：自然界物质存在的普遍形式一、系统：自然界物质存在的普遍形式1 1何谓“系统”何谓“系统”? ?“系统”一词，源于古希腊语， 表示“站在一起” (stand together)或“安置在一起” (placetogether)的意思。这个意思与偶然堆积的意思相反，表示按一定的关系结合起来的意思。在现代一般系统论的研究中，贝塔朗菲将“系统”定义为“处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分

27、（要素）的总体（集合）。 ”中国科学家钱学森则主张把极其复杂的研究对象称为“系统” ，将“系统”表述为“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体” 。概而言之，所谓“系统”，是由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有特定结构与功能的有机整体。这一概念包含着以下四个要义：第一，系统是由若干要素组成的， 要素是构成系统的组分或单元， 单一要素不能成为系统，即系统内部具有可分析的结构；第二， “系统” 在于“系” ，即系统内诸要素之间、 系统要素与系统整体之间的相互联系、相互作用，形成了特定的结构；第三， “系统”还在于“统” ，即要素彼此之间联系成为一个统一的有机整体；第四，

28、系统作为一个整体对环境表现出特定的功能， 功能之所以为整体所具有， 是由于功能以结构为载体，并在系统诸要素的功能耦合中突现出来。2 2系统是自然界物质存在的普遍形式系统是自然界物质存在的普遍形式在古希腊时代，人们就确认系统是自然界物质存在的普遍形式。 公元前 6 世纪，赫拉克利特在论自然一书中写道：“世界是包括一切的整体。 ”公元前5 世纪，德谟克利特著有宇宙大系统一书，明确地把整个宇宙或自然界看做一个巨大的系统。在 18 世纪，莱布尼茨认为，宇宙是“预定和谐”的、“被规范在一种完满的秩序中的统一体系” 。狄德罗指出，自然界是由各种元素所构成的物质的总体。 1755 年康德发表的自然通史和天体

29、理论和 1796 年拉普拉斯出版的宇宙体系论 ，明确提出了物质的宇宙是一个整体、体系的观念。1770 年，霍尔巴赫在自然的体系中写道：自然就是“由不同的物质、 不同的配合， 以及我们在宇宙中所看到的不同的运动的组合而产生的一个大的整体” 。19 世纪，恩格斯明确指出系统是自然界物质的存在方式。他说：“我们所面对着的整个自然界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体， 而我们在这里所说的物体， 是指所有的物质存在，只要认识到宇宙是一个体系， 是各种物体相互联系的总体， 是各种物体相互联系的总体，那就不能不得出这个结论来。 ”确认系统是自然界物质存在的普遍形式， 不仅要把整个自然界看做一个系统， 而

30、且要认识到自然界中的所有物质客体都自成系统。 从微观的基本粒子到宇观的总星系， 从无机界到有机界，从天然自然到人工自然，从人类社会到人类思维，宇宙间的一切事物，都无一不自成系统。在非生物界如基本粒子、原子、分子、地上物体、地球、太阳系、 银河系、星系团、超星系团、总星系等等，在生物界如生物大分子、细胞、个体、群体、生态系等等，都是由其内部若干要素按一定规则相互联系、 相互依赖而组成的、 具有确定结构与功能的相对独立的系统。自然界的一切物质客体不仅自成系统， 而且又互成系统。 这也说明了自然界物质系统的普遍性。大系统中有小系统，小系统中有更小的系统，若干小系统相互联系、相互作用组成大系统，一些大

31、系统则又相互联系、 相互制约组成更大的系统， 如原子系统可看做是由粒子子系统构成的，而分子系统又可看做是由原子子系统构成的，由此类推，直至宇宙系统。显然，系统与要素的规定是相对的。系统之成为系统，要素之成为要素，只是在特定的联系中才能成立。 要素在自身的内在联系中成为系统， 系统又在自身的外在联系中成为要素。因此， 任何一个系统都是较高一级系统的要素， 同时任何一个系统的要素本身又是较低一级的系统。譬如，相对于地球、行星而言，太阳系是一个大的系统，而相对于银河系来说，太阳系就只不过是一个要素了。二、自然界物质系统的基本特点二、自然界物质系统的基本特点1 1开放性开放性自然系统具有物质、能量、信

32、息“三要素” 。依据系统与外界环境之间是否存在物质、能量和信息的交换，可以将其区分为孤立系统、封闭系统和开放系统。孤立系统，是与其环境隔绝的系统，与其环境之间没有物质、能量、信息的交换。一般说来，孤立系统只是一种理想或近似的状态。 根据热力学第二定律，在孤立系统中，物质的微观状态可能性总是趋向最大的数，从而达到熵最大。封闭系统，是与外界环境没有物质交换但有能量交换的系统。根据质能关系式E=mc2，能量是可以换算为物质的质量的。 与外界绝对没有物质交换的系统， 自然与外界也就不会能量交换。不过， 在能量交换中所涉及的物质交换数量极小，有时可以忽略不计，在这种情况下我们便有了一个封闭系统。 例如，

33、 如果忽略掉从宇宙空间中落入地球上的流星和宇宙尘埃，就可以把地球近似地看做一个封闭系统， 它接收太阳及其他恒星的辐射能， 这些辐射能所代表的物质质量与地球质量相比是微乎其微的。开放系统，是与外界环境自由地进行物质、 能量和信息交换的系统。 开放系统有许多非一般的特性。第一，开放系统具有“等结果性” 。在任何封闭系统中，最终状态是初始条件决定的，如在化学平衡中，反应物的最终浓度决定于初始浓度。 如果初始条件或过程有所改变，最终状态也要改变。 而对于开放系统，不同的初始条件可能以不同的方式达到相同的最终状态，这就是所谓的“等结果性” 。例如，一个正常的海胆个体可以来自一个完整的卵，也可以来自半分开

34、的卵，还可以来自两个整卵合成的卵，等等。第二，开放系统被定义为在同环境交换物质的过程中呈现出输入和输出、 自身物质组分的组建和破坏的系统。 这就是说，开放系统的外部特征是存在输入和输出， 同环境不断进行物质、 能量和信息交换；内部特征是不断破坏自身旧物质组分，不断组建新的物质组分，可以称为广义的“新陈代谢” 。这两方面互为条件。由于内部不断进行组分的建构与破坏，故需与环境不断交换物质、 能量；由于物质的输入和输出不断进行， 系统内部才可能有组分的不断破坏与组建。 每一种生物本质上都是开放系统，生命有机体之所以能处于有组织的活动状态，即具有新陈代谢、 生长、发育、自我调节、刺激反应和天然的能动性

35、等基本特征， 就是由于生命系统能够不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交换。事实上，自然界不存在严格意义上的孤立系统、 封闭系统，任何系统都与外界环境有千丝万缕的联系，都或多或少、或快或慢地同环境交换物质、能量和信息。自然界实际存在的系统都是开放系统， 只是不同系统的开放程度有很大不同。 一个系统的开放性微弱到相对于一定的目的可以忽略不计的程度，作为一种抽象，可以视为一个孤立的或封闭的系统。自然界的物质系统都是与环境存在相互作用的开放系统， 而整个自然界就是由各种动态的开放系统组成的。2 2动态性动态性现实的自然系统都是开放系统，都有物流、能流、信息流不断地运动， 任何自然系统都有一个从孕育

36、、产生、发展、成熟到衰退、消亡的过程，自然系统的这种运动、发展、变化过程，就是它的动态性。从本体论看，自然界是物质的，二物质是系统的；不论能量和运动还是信息与控制，都是物质系统的属性。 既然没有不运动的物质， 那么自然界物质系统便是动态系统，静态仅是动态的特例， 所以物质系统是随时间不断变化的。 系统的变化发展有两个方向，一是进化的方向，一是退化的方向。 封闭系统由于熵增加必然从有序走向无序，朝着退化的方向发展，最终达到热平衡而“死寂” ，而开放系统由于与外界有物质、能量、信息的交换，从外界输入负熵流，依据耗散结构理论与协同学关于非平衡态系统自组织理论，在一定条件下可以从无序走向有序，朝着进化

37、的方向发展。3 3整体性整体性整体性是自然系统最突出、 最基本的特征。所谓系统的整体性，是指系统的各个要素按一定的方式构成的有机整体， 系统是诸要素的有机集合而不是各要素的简单地机械加和， 系统的性质、功能和规律不同于它的各个组成要素的性质、 功能和规律，即系统具有各组成要素所没有的新的性质、功能和规律； 另一方面，处于系统整体中的组成要素的性质、功能和规律，也异于它们在孤立状态的性质、功能和规律。整体性是一切自然系统的普遍属性。 从基本粒子到总星系，从核酸、蛋白质到人体，天然自然物到人工自然物， 每一具体物质形态都是以系统的方式存在的有机整体， 呈现出各种不同的整体性。例如，由许多核苷酸单体

38、按一定方式连接组成的核酸， 具有储存和传递生物遗传信息的特性， 而单个的核苷酸则不具备这一特性。 而当以核酸为主的遗传体系与蛋白质为主的代谢体系之间出现了偶联作用， 多分子体系内部建立了信息传递、 控制与调节的新关系时，也就出现了新陈代谢、自我繁殖、 生长发育和遗传变异等生命特征。人脑有几千亿个神经细胞或神经元。神经元间的联结方式极其复杂， 极其精细，正是这些连接所构成的基本神经回路成为脑功能的基础。由于系统整体性的特点， 组成系统的各个要素不能一一分解成独立于系统的要素。 如果要这样分解，那么分解出来的要素就不再具备其在系统整体中所具有的性质、功能和规律。也就是说，组成部分(要素)是在整体制

39、约下的相对独立的成分，一旦脱离了系统整体，就会丧失作为整体组成要素所表现出来的特性、功能和行为。由于系统的整体必然出现新的特性， 以及一个要素和结构合理的人工或复合系统的整体功能或整体效应总是大于它的各组成部分之和， 所以系统的整体性又被表述为 “整体大于它的各部分的总和” 。“整体大于各孤立部分之和” 是古希腊哲学家亚里士多德提出的哲学命题，原意是强调整体不等于它的各构成部分之和， 整体除了它的部分(要素)外， 还加上它的形式，亦即为了理解一个整体或系统不仅须了解其各个部分， 而且同样还须了解它们之间的关系这就是说，要从事物的关系中、相互作用中去了解系统整体的规律性。4 4层次性层次性所谓自

40、然系统的层次性， 是指一方面系统由一定的要素组成， 这些要素是由更小一层次的要素组成的子系统，另一方面系统自身又是更大系统的组成要素。 在一般系统论中，是用“等级性” 、 “等级秩序”来描述这一现象的。一般认为，自然系统的层次性主要是自然界物质系统的纵向联系的体现， 它揭示了物质系统之间纵向的或垂直的有序关系。 实际上，自然系统的层次性还包括两个方面： 一是系统在某一等级上又可以分为多侧面的层次， 即同一级的复杂系统，可从横向上分为若干互相联系、 互相制约又各自相互独立的平行层次； 二是一个高度复杂的自然系统以纵向层次和横向层次为基础，还可以构成纵横交错的立体网络系统，形成交叉层次。层次性是自

41、然界的基本属性。 从宇观到微观，从无机界到有机界，人们都能见到这种层次性。在宇观世界，存在着行星系、恒星系、星系、星系团、超星系团、总星系等层次；在微观世界，有分子、原子、原子核和基本粒子等层次。在生物界，则存在着生物大分子、细胞、组织、器官、个体、种群、生态系统和生物圈等层次。自然系统的这种层次性特征， 实质上是自然系统普遍差异性的表现， 而系统的等级层次恰恰是在差异形成的“关节点”上被区分开来的。在两个层次之间往往存在着“关节点” ，两个“关节点”之间属于一个层次。 “关节点”之外属另一个层次。在“关节点”处，系统的性质出现质的飞跃，系统的层次随之发生转换。 正如恩格斯所指出的，各个非连续

42、的部分(层次)“是各种不同的关节点，这些关节点决定一般物质的各种不同的质的存在形式” 。自然系统不同层次之间具有不同的质的规定性和量的规定性， 是部分与整体、 连续性与间断性的统一。系统连续性的中断形成相互异质的层次。 横向结构连续性的中断， 形成横向层次或平行层次； 纵向过程的中断， 形成过程层次。 中断的关节点， 即是相邻层次的分界线。层次与系统在结构上是相对的，系统是多质、多量、多层次、多向的复合结构，而层次只具有系统结构中一部分特定质的结构内容。 系统与层次结构上的对立， 引起了两者在功能上质与量的根本差异。系统与层次的统一性表现在：系统与层次相互依存、 彼此作用，并在一定条件下相互转

43、化。三、自然界物质系统的结构层次三、自然界物质系统的结构层次1 1自然系统的结构和功能自然系统的结构和功能所谓自然系统的结构， 是指自然系统的诸组成要素之间相互关系的总和， 它表现为系统内部的组织形式、联系方式或秩序。所谓自然系统的功能， 是指系统与外部环境相互作用中表现出来的性质、能力和功效。自然系统的功能体现了系统与外部环境之间的物质、能量、信息的输入与输出的变换关系。 自然系统的结构与功能之间存在着一定的联系。 对于一个自然系统来说，结构是功能的内在根据，功能是结构的外在表现。没有内部的联系， 就不会形成系统的结构；而没有外部的联系，也不会有系统的功能。 与系统的结构具有相对的稳定性相反

44、，系统的功能由于系统开放程度和开放方式不同而表现出多样的可能性。例如，由 20种氨基酸和 4 种核苷酸组成的生命系统， 由于它们相互组合方式不同， 而形成了各种不同的结构(生命个体)，导致了地球上 200 多万种动物、 30 多万种植物和 10 多万种微生物的存在，出现了功能各异、绚丽多姿的生物世界。自然系统具体的结构纷繁复杂， 但总的看来可分为两种基本形式： 其一，同时态的相对稳定的空间结构， 即系统诸要素在空间上的联系与组合秩序。 例如 DNA 分子的双螺旋结构。有的自然系统尽管存在十分短暂(某些共振态粒子的寿命为10-23秒)， 也有其相对稳定的空间结构，并且正是结构使得该系统具有其他系

45、统相区别的属性。 其二，历时态的运动演化的时间结构，即系统随着时间的延伸而呈现的流动性、 变动性秩序。如某些自然系统随时问的周期振荡，生命系统中存在的时间节律等。 由于任何事物都具有广延性和持续性， 因此系统空间结构形式和时间结构形式一般是交织在一起的， 系统诸要素不仅在空间上有相互结合的关系，而且在时间上有前后更替的顺序。“相互作用是事物的真正的终极原因。 ”根据目前科学所达到的认识，自然界中各种物质系统的结构，主要是由引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用构成的。在质量巨大的天体系统之间， 由于引力相互作用起着决定的作用， 所以才构成星系团的结构、恒星系的结构、行星系的结构等。

46、由于原子内部的电子与原子核之问、 各种不同状态的电子之间、 分子内部各原子之间以及物体内部诸分子之间存着实质上是电磁相互作用， 于是才构成了原子结构、分子结构、物体的凝聚态结构；而原子内部的核结构、 强子结构等则只要是电磁相互作用、 弱相互作用和强相互作用的的综合结果的具体表现。 现代分子生物学和量子生物学也力图用这四种相互作用来解释生物大分子的结构。 因此，从这个意义上说， 自然界的基本相互作用是一切物质系统结构的本质与根源， 而自然界的各种系统的结构则是这些相互作用的具体表现形式和实现方式。2 2无穷嵌套的立体网络结构的自然图景无穷嵌套的立体网络结构的自然图景自然界物质系统之间及其与子系统

47、之间、子系统与子系统之间的纵向联系与横向联系，形成了无穷嵌套的立体网络结构的图景。 这一图景一方面表现为无数相同等级的系统相互依存， 构成水平网络， 另一方面还表现为不同等级的系统在纵的方向上相互联系构成的垂直层次结构。所谓“立体网络”结构，还包含着这样两个意思：一是每一个物质系统并不一定由紧接着的下一个层次的物质系统所构成， 它可能由其底下相隔若干层次的某一层次或几个层次的系统组成， 例如原子是由下一层次系统的原子核与再下一层次的电子所组成； 有一些恒星如中子星则是直接由基本粒子组成。 二是某一层次的系统组成高一级层次时， 并不一定组成唯一的高层次系统， 而是可以组成两种以上的不同层次， 因

48、而层次之间的联系出现了分支的现象。例如，分子这一层次既可以组成凝聚态物体、行星系、星系、星系团、超星系团等层次的系列，也可以组成生物大分子、细胞、生物个体、种群、生态系统、生物圈等层次系列。 这种关于物质系统在垂直方向相互叠加形成的自然图景， 拉兹洛曾给予了这样的生动而形象的描绘： “自然界的组织结构就像一座复杂的、多层的金字塔，在它的底部是许多相对简单的系统，在它的顶部是几个(极顶是一个)复杂的系统。所有自然的系统占据了这些界限之间的位置；它们同上面和下面的层次连接在一起。 就它们的组成部分来说， 它们是整体，但就更高层次的整体来说，它们又是部分。 ”值得注意的是， 自然系统等级序列的最上层和最下层都不是封闭的， 也就是说它既无上限，亦无下限。我们既不能把整个宇宙看做是目前所知道的总星系， 也不能把已知的基本子看做是构成宇宙的最小单元。物质层次是不可穷尽的，自然界是无限的。