专题1自然界的存在方式.ppt

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1、专题专题1自然界的存在方自然界的存在方式式自然界应有两种存在方式自然界应有两种存在方式物质的存在方式物质的存在方式系统的存在方式系统的存在方式一、物质的概念一、物质的概念 古希腊：物质由原子和虚空构成。 机械自然观：物质是按力学规律运动着的微粒原子组成，原子具有不变性和不可入性。列宁对物质的定义： 物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感觉而存在，但为我们的感觉所复写、摄影、反映。列宁定义的意义：揭示了物质的根本属性，指明了物质对意识根源性，意识对于物质的依赖性。指明了物质的可知性自然界自然界非生命界非生命界宇观宇观星系星系宏观宏观团聚体团聚体微观微观元素

2、元素渺观渺观基本粒子基本粒子生命界生命界 微生物微生物20多万种多万种植物植物30多万种多万种动物动物150多万种多万种 二、自然界物质多样性二、自然界物质多样性 自然界的多态自然界的多态固态固态内部有较强的内聚力，有一定体积和形态。内部有较强的内聚力，有一定体积和形态。液态液态内部有较强的内聚力，有一定体积，但无一定形态。内部有较强的内聚力，有一定体积，但无一定形态。气态气态没有一定体积，亦无一定形态。没有一定体积，亦无一定形态。等离子态等离子态气体的原子外层电子脱离原子（气温在几千气体的原子外层电子脱离原子（气温在几千度时），于是中性的原子变成了带阳电的离子。宇宙中有度时），于是中性的原子

3、变成了带阳电的离子。宇宙中有99.9%以上的物质处于等离子态。以上的物质处于等离子态。超密态超密态当物质在超高压（几百万个大气压）当物质在超高压（几百万个大气压）物质密度极大，千吨或亿吨物质密度极大，千吨或亿吨/CM3真空态真空态物质形态的一种，是负能态的粒子海。物质形态的一种，是负能态的粒子海。反物质态反物质态由反粒子构成的物质由反粒子构成的物质统一性一方面表现为构成物质系统的要素具有一致性；另一方面表现为不同的物质服从一些共同的运动规律。1。宇宙万物在化学元素的成分上具有统一性。2。物质在基本粒子层次和夸克层次上具有统一性。3。各种物质形态在一定条件下可以互相转化；实物与场可以互相转化，基

4、本粒子可以通过衰变、碰撞、湮灭互相转化，元素与化合物之间可以通过化合和分解互相转化，生命物质与非生命物质可以通过同化异化互相转化。4。多样性来自于演化。复杂性来自于简单性。一、系统的概念和特点一、系统的概念和特点1、系统的概念、系统的概念 我国著名系统工程科学家钱学森认为：所谓系统是我国著名系统工程科学家钱学森认为：所谓系统是由相互影响、相互作用、相互制约的各个部分组成的具由相互影响、相互作用、相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。有一定功能的整体。2、系统的特点、系统的特点 一是多元性一是多元性 二是关联性二是关联性 三是整体性三是整体性注意的四个因素注意的四个因素系统要素构成的基元性

5、系统要素构成的基元性系统的结构性系统的结构性系统的环境性系统的环境性系统的行为和功能系统的行为和功能（一）物质系统的整体与部分的关系（一）物质系统的整体与部分的关系一是加和性关系：整体与部分之间存在某种加和关系或一是加和性关系：整体与部分之间存在某种加和关系或守恒关系。如果可以量度的话，守恒关系。如果可以量度的话， 整体等于部分之和。整体等于部分之和。二是非加和关系：由于处于系统整体中的各组成部分之间二是非加和关系：由于处于系统整体中的各组成部分之间存在相互作用，一方面使处于系统联系中的组成部分的性存在相互作用，一方面使处于系统联系中的组成部分的性质不同于自然状态不的性质，使组成的部分原有的某

6、些性质不同于自然状态不的性质，使组成的部分原有的某些性质被屏蔽起来；另一方面使得系统整体产生出它的组分和质被屏蔽起来；另一方面使得系统整体产生出它的组分和组分总和所没有的、甚至对了组成部分来说是毫无意义的组分总和所没有的、甚至对了组成部分来说是毫无意义的新性质。总之，由部分构成系统整体时，有新质突现，整新性质。总之，由部分构成系统整体时，有新质突现，整体不等于部分之和。体不等于部分之和。 苏东坡诗云：苏东坡诗云：“若言琴上有琴声，放在匣中若言琴上有琴声，放在匣中何不鸣？若言声在指头上，何不于君指上听？何不鸣？若言声在指头上，何不于君指上听？” 系统整体性效应可表示为这样三种情形：系统整体性效应

7、可表示为这样三种情形： 整体大于部分之和整体大于部分之和 WPi 整体小于部分之和整体小于部分之和 WPi 整体等于部分之和整体等于部分之和 WPi系统：由若干个相互联系、相互作用的要素组成、具有特定功能的有机整体。系统的普遍性：一切物体自成系统，同时又是更大系统的组成部分。1。系统由若干要素组成。要素通过三种途径组成系统，这些系统都具有不同于要素的新质：不同的要素组成的系统；组成要素的种类相同，但各种要素的数量不同；组成要素的种类、数量都相同，仅仅是排列方式不同。2。系统是一个有机整体。整体性是通过系统对要素的选择和约束作用来体现的。3。系统整体在时间和空间上都是有限的。时间上的有限性表现为

8、一切系统都有生有灭，空间上的有限性表现为一切系统都内外有别，使系统在环境中表现出相对独立性。4。系统具有价值特征。系统实现某种目标的作用或有用性所体现的对人的效用即为系统的价值。结构：结构是指系统内部要素之间相互联系相互作用关系的总和。功能：系统与环境之间相互作用所表现出的各种行为、能力、和性质。结构与功能的辩证关系：1。系统结构决定系统功能。但是结构对功能的决定关系并非确定性的，而是或然性的，即一种功能可以映射多种结构，一种结构可以表现为多种功能。2。功能对结构具有反作用。系统为了适应环境而要调整其功能，最终会影响到系统内部关系，从而反作用于结构。3。功能具有相对独立性。同构异能：具有相同结

9、构的系统却具有不同的功能，或同一结构具有不同功能。如鸟的翅膀和哺乳类动物的前肢。异构同能：结构不同的系统却具有相同的功能。如生物化学中的同功酶。对结构与功能关系的理解是建立结构方法和功能方法的基础。结构方法：通过了解系统的结构阐明系统具有的功能，进而通过结构模拟再现系统的功能。功能方法：通过了解系统的功能，由表及里阐明系统的内部关系及结构。 系统的组成、结构、环境、功能是完整规系统的组成、结构、环境、功能是完整规定和描述系统的四个基本因素。定和描述系统的四个基本因素。根据系统与环境的关系可将系统分为：孤立系统：与环境物质能量交换可以忽略不计的系统；封闭系统；与环境仅有能量交换的系统；开放系统：

10、与环境有物质和能量交换的系统，这类系统依据演化行为还可分为保守系统和耗散系统。依据系统组成的数量和相互作用分析，系统可分为：简单系统：要素数量不多于两个，相互作用关联数少，为线性相关，其演化过程为渐进方式，不会产生新的结构和功能。复杂系统：要素数量不少于三个，相互作用可分为不同层次，为非线性相关，其演化表现为耗散性和突变性，并产生新的结构和功能。二、关于系统和复杂性问题的补充n系统概念问题n系统与非系统 “堆”n元素与要素n结构与功能n复杂性理论简介复杂性运动复杂性系统理论研究的基本框架一般系统论一般系统论控制论控制论信息论信息论协同学协同学突变论突变论耗散结构论耗散结构论超循环论超循环论一般

11、系统科学一般系统科学自组织理论自组织理论现代系统科学现代系统科学非线性科学非线性科学混沌动力学混沌动力学分形理论分形理论孤立子理论孤立子理论大系统理论大系统理论复杂巨系统理论复杂巨系统理论灰色系统理论灰色系统理论复杂性科学复杂性科学遗传编程遗传编程进化策略进化策略进化编程进化编程遗传编程遗传编程人工生命人工生命进化计算进化计算主体主体神经网络神经网络L-系统系统元胞自动机元胞自动机网络动力学网络动力学搏弈论搏弈论计算复杂性计算复杂性系统动力学自组织临界性控制论信息论人工智能算法复杂性游戏理论远离平衡热力学进化生物学进化系统自生成计算理论协同学自组织系统中的涌现灾变论非线性动力系统复杂适应系统(

12、CAS)人工生命智能计算布尔代数网络遗传算法混沌理论神经网络动力系统分形凝聚态物理学一般系统论系统研究最新进展：网络系统研究最新进展：网络n生物网：食物链网，神经网，新陈代谢网，蛋白质网，基因网络n社会网：演员合作网，友谊网，姻亲关系网，科研合作网，Email网n信息网络：WWW，专利使用，论文引用，计算机共享n技术网络：电力网，电话线路网，n交通运输网：航线网，铁路网，公路网，自然河流网ComplexityNetworkScale-free networkScience collaborationWWWInternetCellCitation patternUNCOVERING ORDER

13、HIDDEN WITHIN COMPLEX SYSTEMSFood WebSUMMARY小小Rock湖的食物链湖的食物链国际互联网国际互联网Nodes: computers, routers, satellitesLinks: phone lines, TV cables, EM wavesSocietyNodes: individuals Links: social relationship (family/work/friendship/etc.)Metabolic NetworkNodes: chemicals (substrates)Links: bio-chemical reacti

14、ons 网络组成（ 无标度，层次）Small World网络C(p) : clustering coefficientL(p) : average path length对网络结构的描述n几何量及其分布度（Degree）：朋友的个数集聚系数（群系数）（Clustering coefficient）： 朋友的朋友还是不是朋友的情况最短路径（Shortest path）：两个顶点之间边数最少的路径介数（Betweenness）：经过我的最短路径的条数系统理论的自然观意义n对新的辩证自然观而言，它同样提出了一些独具特色的新的辩证观点，在自然观上形成了新的变革。n物质观：物质观：开始把具有复杂性特征的

15、事物作为研究对象，而过去研究总是避开复杂性。在研究复杂事物时，不仅注意事物的复杂结构，而且把眼光放置在相互关系及其演化上。这是人类真正的开始对极其复杂的对象的研究，尽管这仅仅是一个开端，但却意味着人类认识的新的里程碑。n时空观：时空观：进一步明确和承认时空与物质的关联，而且通过对复杂对象的研究，引入和研究其复杂的关联。例如，通过分形维数，划分和刻划事物占据时空的特性，以拓扑性质进行研究。表达了时空与物质的复杂关联。n演化观演化观：系统科学和复杂性研究极其强调事物的生成、演化，强调瞬态变化，强调路径依赖，强调对初值和环境的极端敏感性；这些思想非常强烈的表达了演化思想，耗散结构理论的创始人普里戈金

16、甚至在这个意义上把原来的物理学称为存在的物理学，而把新的注意时间箭头的物理学称为演化的物理学。n生命观生命观：系统科学和复杂性理论研究在生命起源和生命演化的问题上，均持有“自组织”观点，认为自然界的一定条件下，事物会自发自主的从非生命演化出生命。这种观点即与神创论又与随机起源论区别开来，而且在非生命和生命界的自然演化的连接上架起了一座科学观点的桥梁。n环境和条件观环境和条件观：新的系统科学和复杂性研究特别强调条件和环境，认为事物与环境的共同互动共同演化造就了世界的发展变化，造就了事物不断走向复杂性。在这点上，这种条件和环境论是辩证法，也是唯物论，同时也是历史观的。n协同论协同论n主要研究远离平

17、衡态的开放系统在与外界有物质或能量交换的情况下，如何通过自己内部协同作用，自发地出现时间、空间和功能上的有序结构。协同论以现代科学的最新成果系统论、信息论、控制论、突变论等为基础，吸取了结构耗散理论的大量营养，采用统计学和动力学相结合的方法，通过对不同的领域的分析，提出了多维相空间理论，建立了一整套的数学模型和处理方案，在微观到宏观的过渡上，描述了各种系统和现象中从无序到有序转变的共同规律。 系统理论的自然观意义n系统观系统观：系统科学和复杂性研究的思想变革最大和最显著之处就是系统观点。把世界看作为系统，历来是马克思主义创始人的基本观点。恩格斯说，“整个自然界形成一个体系，即各种物体相互联系的

18、总体”。1 而系统科学和复杂性研究的新进展，不仅体现马克思主义的辩证法的系统联系思想，而且丰富和具体化了辩证法关于系统演化和发展的思想观点。n首先，它注重整体性、关联性，在强调普遍联系的同时，区分各种联系的强弱、大小，因而使得世界既处于普遍联系之中，又处于联系的演化的不同强弱之中，事物发展演化因此才精彩纷呈，变化万千。n其次，它注重演化性、过程性和发展性，在强调发展的同时，区分不同的演化方向和趋势，以组织性和复杂性测度进化和发展，天然的成为科学发展观的理论基础。n系统、整体、演化的系统科学发展观，今天已经成为中国人民走向伟大民族振兴、强国富民的重要思想武器。n1 恩格斯自然辩证法马克思恩格斯选集第3卷北京：人民出版社1972492。l 根据自己学科发展状况根据自己学科发展状况试分析自然辩证法在该学科试分析自然辩证法在该学科领域的发展趋势。（或该学领域的发展趋势。（或该学科的系统层次性）科的系统层次性）