09-10a03讲 系统自然观——自然界的存在与演化.ppt

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1、课程作业：课程作业：n n结合自己所学的专业，完成一篇和自然观内容有结合自己所学的专业，完成一篇和自然观内容有关的论文，题目自拟。关的论文，题目自拟。n n交作业时间：交作业时间：1111月月2323日日n n要求：要求：交作业时一定写清姓名和学号。交作业时一定写清姓名和学号。字数：字数：30003000字左右。字左右。交电子版，发到任课教师电子信箱。交电子版，发到任课教师电子信箱。E-mailE-mail： 第三讲第三讲 系统自然观系统自然观自然界的存在与演化自然界的存在与演化n n思考题：思考题：1 1、现代科学技术成果对恩格斯自然观的丰富与发展？（举例现代科学技术成果对恩格斯自然观的丰富

2、与发展？（举例现代科学技术成果对恩格斯自然观的丰富与发展？（举例现代科学技术成果对恩格斯自然观的丰富与发展？（举例说明）说明）说明）说明）2 2、分析系统、要素、结构、功能、环境等概念的含义及其相分析系统、要素、结构、功能、环境等概念的含义及其相互关系。互关系。3 3、系统的层次性？系统层次之间的相互关系？、系统的层次性？系统层次之间的相互关系？4 4、如何用耗散结构理论解释系统新的有序状态（或稳定性）、如何用耗散结构理论解释系统新的有序状态（或稳定性）的形成？耗散结构形成的条件？的形成？耗散结构形成的条件？5 5、自然物质系统演化的基本图景？、自然物质系统演化的基本图景？6、自然物质系统的演

3、化遵循那些基本规律？、自然物质系统的演化遵循那些基本规律？引引言言辩证唯物主义自然观的丰富与发展辩证唯物主义自然观的丰富与发展系统自然观产生的现代自然科学前提系统自然观产生的现代自然科学前提n n世纪之交的物理学革命世纪之交的物理学革命世纪之交的物理学革命世纪之交的物理学革命n n相对论相对论相对论相对论n n量子力学量子力学量子力学量子力学n n分子生物学分子生物学分子生物学分子生物学n n系统论系统论系统论系统论n n非线性自组织理论非线性自组织理论非线性自组织理论非线性自组织理论n n混沌理论混沌理论混沌理论混沌理论一、物理学新发现和物理学革命一、物理学新发现和物理学革命1 1、世纪之交

4、物理学三大发现世纪之交物理学三大发现世纪之交物理学三大发现世纪之交物理学三大发现X X射线：射线：射线：射线：18951895，（德）伦琴，（德）伦琴，（德）伦琴，（德）伦琴放射性：放射性：放射性：放射性：18961896，（法），（法），（法），（法）AHAH贝克勒尔贝克勒尔贝克勒尔贝克勒尔（最离奇的一次科学发现）（最离奇的一次科学发现）（最离奇的一次科学发现）（最离奇的一次科学发现）电电电电子：子：子：子：18971897，（英），（英），（英），（英）JJJJ汤姆逊汤姆逊汤姆逊汤姆逊2 2、物理学上空的、物理学上空的、物理学上空的、物理学上空的“两朵乌云两朵乌云两朵乌云两朵乌云”“以太漂

5、移以太漂移以太漂移以太漂移”的否定结果：的否定结果：的否定结果：的否定结果：18871887，M-MM-M黑体辐射和黑体辐射和黑体辐射和黑体辐射和“紫外灾难紫外灾难紫外灾难紫外灾难”：19001900，瑞利，瑞利，瑞利，瑞利3 3、物理学革命、物理学革命、物理学革命、物理学革命相对论、量子力学诞生相对论、量子力学诞生相对论、量子力学诞生相对论、量子力学诞生（1）相对论）相对论爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦（AlbertEinstein,18791955AlbertEinstein,18791955）19051905年创立狭义相对论年创立狭义相对论年创立狭义相对论年创立狭义相对论两个基本原理两

6、个基本原理两个基本原理两个基本原理：爱因斯坦相对性原理：爱因斯坦相对性原理：爱因斯坦相对性原理：爱因斯坦相对性原理光速不变原理光速不变原理光速不变原理光速不变原理洛仑兹变换方程组洛仑兹变换方程组洛仑兹变换方程组洛仑兹变换方程组时空观的变革时空观的变革时空观的变革时空观的变革：尺缩效应；钟慢效应；：尺缩效应；钟慢效应；：尺缩效应；钟慢效应；：尺缩效应；钟慢效应；质增效应；质能关系式。质增效应；质能关系式。质增效应；质能关系式。质增效应；质能关系式。两个基本原理两个基本原理n n1 1、爱因斯坦相对性原理：物理体系的状态据以、爱因斯坦相对性原理：物理体系的状态据以、爱因斯坦相对性原理：物理体系的状

7、态据以、爱因斯坦相对性原理：物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速运动着的坐标系中的标系究竟是两个在互相匀速运动着的坐标系中的标系究竟是两个在互相匀速运动着的坐标系中的标系究竟是两个在互相匀速运动着的坐标系中的哪一个并无关系。哪一个并无关系。哪一个并无关系。哪一个并无关系。n n2 2、光速不变原理：任何光线在、光速不变原理：任何光线在、光速不变原理：任何光线在、光速不变原理：任何光线在“静止的静止的静止的静止的”坐标坐标坐

8、标坐标系中都是以确定的速度系中都是以确定的速度系中都是以确定的速度系中都是以确定的速度C C运动着，不管这道光线运动着，不管这道光线运动着，不管这道光线运动着，不管这道光线是由静止的还是由运动的物体发射出来的。是由静止的还是由运动的物体发射出来的。是由静止的还是由运动的物体发射出来的。是由静止的还是由运动的物体发射出来的。洛仑兹变换方程组洛仑兹变换方程组1-v2/C 2x=x-vty=yz=z1-v2/C 2t=t-(v/c2)xyzxoyxzov时空观的变革时空观的变革尺缩效应尺缩效应钟慢效应钟慢效应质增效应质增效应质能关系式质能关系式1-v2/C 2L=L 01-v2/C 2T=T 01-

9、v2/C 2m=m 0E=mc2广义相对论1916年，爱因斯坦建立广义相对论年，爱因斯坦建立广义相对论验证：水星轨道近日点的反常进动验证：水星轨道近日点的反常进动光在引力场中传播时发生频移光在引力场中传播时发生频移光线在引力场中发生偏转光线在引力场中发生偏转（物理学史简编物理学史简编物理学史简编物理学史简编P702P702）相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示了空间与时间、空间时间与物质及其了空间与时间、空间时间与物质及其运动、质量与能量之间存在的辩证关运动、质量与能量之间存在的辩证关系。系。（2）量子力学普朗克普朗克普朗克普朗克（MazMazK.E.L.Pla

10、nck,18581947K.E.L.Planck,18581947）19001900年年年年1212月月月月4 4日，日，日，日，关于正常光谱的能量分布定律关于正常光谱的能量分布定律关于正常光谱的能量分布定律关于正常光谱的能量分布定律的理论的理论的理论的理论，提出能量子基本假设（，提出能量子基本假设（，提出能量子基本假设（，提出能量子基本假设（=hh），量），量），量），量子力学诞生。子力学诞生。子力学诞生。子力学诞生。经过一批科学家的努力，到经过一批科学家的努力，到经过一批科学家的努力，到经过一批科学家的努力，到2020世纪世纪世纪世纪2020年代，量子年代，量子年代，量子年代，量子力学体系

11、被建立起来。力学体系被建立起来。力学体系被建立起来。力学体系被建立起来。量子力学标志了对微观世界认识的深入，揭示了量子力学标志了对微观世界认识的深入，揭示了量子力学标志了对微观世界认识的深入，揭示了量子力学标志了对微观世界认识的深入，揭示了连续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，连续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，连续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，连续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，凸现了量子现象的整体性，打破了机械决定论凸现了量子现象的整体性，打破了机械决定论凸现了量子现象的整体性，打破了机械决定论凸现了量子现象的整体性，打破了机械决定论的观念。的观念。的观念。的观念。

12、微观粒子的波粒二象性德布罗衣（德布罗衣（德布罗衣（德布罗衣（dedeBroglieBroglie）19241924年提出了具有静止质年提出了具有静止质年提出了具有静止质年提出了具有静止质量的微观粒子（如电子）如同光一样也具有波量的微观粒子（如电子）如同光一样也具有波量的微观粒子（如电子）如同光一样也具有波量的微观粒子（如电子）如同光一样也具有波粒二象性。粒二象性。粒二象性。粒二象性。德布罗衣波长公式：德布罗衣波长公式：德布罗衣波长公式：德布罗衣波长公式：hmhm（波性物性）（波性物性）（波性物性）（波性物性）其中：其中：其中：其中：h h为普朗克常数（为普朗克常数（为普朗克常数（为普朗克常数（

13、6.62510-34J/s6.62510-34J/s），），），），为为为为波长，波长，波长，波长，mm为质量，为质量，为质量，为质量，为运动速率。德布罗衣的预为运动速率。德布罗衣的预为运动速率。德布罗衣的预为运动速率。德布罗衣的预言言言言1927192719271927年被电子衍射实验真实。年被电子衍射实验真实。年被电子衍射实验真实。年被电子衍射实验真实。(1929(1929(1929(1929年获得年获得年获得年获得诺贝尔奖诺贝尔奖诺贝尔奖诺贝尔奖)例：根据德布罗衣波长公式 hm宏观物体宏观物体子弹：子弹：m=10gm=10g，=300m/s=300m/s，=2=2 1010-25-25n

14、m.nm.宏观物体宏观物体人：人：m=50kgm=50kg，=10m/s=10m/s，=1.3=1.3 1010-27-27nm.nm.微观物体微观物体电子：电子：m=9m=9.1 1 1010-31-31kgkg，=1.0=1.0 10106 6m/sm/s，=0.73nm=0.73nm，直径约直径约1010-6-6nm.nm.结论：宏观物体，因其质量和体积大，它们所显结论：宏观物体，因其质量和体积大，它们所显结论：宏观物体，因其质量和体积大，它们所显结论：宏观物体，因其质量和体积大，它们所显 示的波动性极微，通常不予以考虑。示的波动性极微，通常不予以考虑。示的波动性极微，通常不予以考虑。示

15、的波动性极微，通常不予以考虑。二、分子生物学分子生物学由细胞水平深入到分子水平，在生分子生物学由细胞水平深入到分子水平，在生分子生物学由细胞水平深入到分子水平，在生分子生物学由细胞水平深入到分子水平，在生物大分子层次上揭示了生物界基本结构和生物大分子层次上揭示了生物界基本结构和生物大分子层次上揭示了生物界基本结构和生物大分子层次上揭示了生物界基本结构和生命活动的高度一致性。命活动的高度一致性。命活动的高度一致性。命活动的高度一致性。（1 1）生命遗传规律的探索）生命遗传规律的探索）生命遗传规律的探索）生命遗传规律的探索（2 2）分子生物学的建立（）分子生物学的建立（）分子生物学的建立（）分子生

16、物学的建立（19531953，DNADNA）（3 3）基因工程的发展）基因工程的发展）基因工程的发展）基因工程的发展转基因动物转基因动物转基因动物转基因动物转基因植物转基因植物转基因植物转基因植物克隆技术克隆技术克隆技术克隆技术干细胞研究干细胞研究干细胞研究干细胞研究三、系统论n n系统论以“系统”的观点认识自然界，提出了系统与要素、结构与功能等新的范畴，揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性。四、非线性自组织理论n n耗散结构理论耗散结构理论n n协同学协同学n n突变论突变论n n超循环理论超循环理论无序无序 有序有序五、混沌理论n n混沌理论混沌理论混沌理论混沌理论：n n

17、混沌理论提供了一种关于系统演化的分叉与混混沌理论提供了一种关于系统演化的分叉与混混沌理论提供了一种关于系统演化的分叉与混混沌理论提供了一种关于系统演化的分叉与混沌方式，他把简单性与复杂性、有序性与无序沌方式，他把简单性与复杂性、有序性与无序沌方式，他把简单性与复杂性、有序性与无序沌方式，他把简单性与复杂性、有序性与无序性、确定性与随机性、必然性与偶然性等统一性、确定性与随机性、必然性与偶然性等统一性、确定性与随机性、必然性与偶然性等统一性、确定性与随机性、必然性与偶然性等统一在更为深广的自然图景之中。在更为深广的自然图景之中。在更为深广的自然图景之中。在更为深广的自然图景之中。n n（此部分内

18、容后边讲）（此部分内容后边讲）（此部分内容后边讲）（此部分内容后边讲）有序有序 无序无序n n现代自然科学，特别是系统科学的发展，现代自然科学，特别是系统科学的发展，一方面揭示了系统是物质存在的基本形一方面揭示了系统是物质存在的基本形式，另一方面也为揭示自然界运动变化式，另一方面也为揭示自然界运动变化的原因问题提供了科学的方法，揭示出的原因问题提供了科学的方法，揭示出自然界物质的相互作用是复杂的、立体自然界物质的相互作用是复杂的、立体的因果网络，是系统的、整体的因果联的因果网络，是系统的、整体的因果联系。系。n n现代自然科学，特别是系统科学的发展，还深现代自然科学，特别是系统科学的发展，还深

19、现代自然科学，特别是系统科学的发展，还深现代自然科学，特别是系统科学的发展，还深刻地触及了自然界运动和演化的方向问题。刻地触及了自然界运动和演化的方向问题。刻地触及了自然界运动和演化的方向问题。刻地触及了自然界运动和演化的方向问题。n n恩格斯指出：恩格斯指出：恩格斯指出：恩格斯指出：“自然界不是循着一个永远一样自然界不是循着一个永远一样自然界不是循着一个永远一样自然界不是循着一个永远一样的不断重复的圆圈运动，而是经历着实在的历的不断重复的圆圈运动，而是经历着实在的历的不断重复的圆圈运动，而是经历着实在的历的不断重复的圆圈运动，而是经历着实在的历史。史。史。史。”n n自然界运动演化方向性的揭

20、示，是辩证唯物自自然界运动演化方向性的揭示，是辩证唯物自自然界运动演化方向性的揭示，是辩证唯物自自然界运动演化方向性的揭示，是辩证唯物自然观新发展的又一重要内容。然观新发展的又一重要内容。然观新发展的又一重要内容。然观新发展的又一重要内容。n n自然观的产生和一定时代的科学发展水平相适自然观的产生和一定时代的科学发展水平相适自然观的产生和一定时代的科学发展水平相适自然观的产生和一定时代的科学发展水平相适应。随着自然科学的发展，辩证唯物主义自然应。随着自然科学的发展，辩证唯物主义自然应。随着自然科学的发展，辩证唯物主义自然应。随着自然科学的发展，辩证唯物主义自然观在不断地接受着检验并不断得到发展

21、。观在不断地接受着检验并不断得到发展。观在不断地接受着检验并不断得到发展。观在不断地接受着检验并不断得到发展。系统自然观系统自然观要回答的主要问题：要回答的主要问题：自然界自然界 存在的是什么？存在的是什么？存在的是什么？存在的是什么？如何存在，怎样看待这种存在？如何存在，怎样看待这种存在？如何存在，怎样看待这种存在？如何存在，怎样看待这种存在？对第一个问题的回答：对第一个问题的回答：对第一个问题的回答：对第一个问题的回答：自然界的物质形态自然界的物质形态自然界的物质形态自然界的物质形态 对第二个问题的回答：对第二个问题的回答：对第二个问题的回答：对第二个问题的回答：自然界物质的系统性自然界物

22、质的系统性自然界物质的系统性自然界物质的系统性自然物质系统的层次性自然物质系统的层次性自然物质系统的层次性自然物质系统的层次性 自然物质系统的自然物质系统的自然物质系统的自然物质系统的演化发展演化发展演化发展演化发展第一节第一节 自然界的物质性自然界的物质性n n自然界的物质性自然界的物质性n n自然界物质形态的多样性与统一性自然界物质形态的多样性与统一性1、自然界的物质性、自然界的物质性（1 1）历史上对物质概念的不同理解）历史上对物质概念的不同理解）历史上对物质概念的不同理解）历史上对物质概念的不同理解（2 2）列宁的物质定义）列宁的物质定义）列宁的物质定义）列宁的物质定义（3 3）在理解

23、列宁物质定义时应注意以下几个方面）在理解列宁物质定义时应注意以下几个方面）在理解列宁物质定义时应注意以下几个方面）在理解列宁物质定义时应注意以下几个方面根本特性根本特性根本特性根本特性客观实在性客观实在性客观实在性客观实在性物质可知物质可知物质可知物质可知克服形而上学的局限性克服形而上学的局限性克服形而上学的局限性克服形而上学的局限性认识自然的逻辑起点认识自然的逻辑起点认识自然的逻辑起点认识自然的逻辑起点列宁的物质定义列宁的物质定义“物质是标志客观存在的哲学范畴，这物质是标志客观存在的哲学范畴，这种客观存在是人通过感觉感知的，他不种客观存在是人通过感觉感知的，他不依赖于我们的感觉而存在，为我们

24、的感依赖于我们的感觉而存在，为我们的感觉所复写、摄影、反映。觉所复写、摄影、反映。”“物质是不依赖于人的意识并且为人物质是不依赖于人的意识并且为人的意识所反映的客观存在。的意识所反映的客观存在。”2、自然界物质形态的多样性与统一性、自然界物质形态的多样性与统一性（1）自然界物质形态的多样性）自然界物质形态的多样性（可以通过各种分类方法进行考察）（可以通过各种分类方法进行考察）实物与场实物与场非生命世界与生命世界非生命世界与生命世界非生命世界系列非生命世界系列生命世界系列生命世界系列根据物质聚集状态划分根据物质聚集状态划分（2）自然界物质形态的统一性）自然界物质形态的统一性（“世界的物质统一性世

25、界的物质统一性世界的物质统一性世界的物质统一性”）（“自然界物质形态的统一性自然界物质形态的统一性自然界物质形态的统一性自然界物质形态的统一性”各种特各种特各种特各种特殊的物质形态之间有密切的相互联系和其他方殊的物质形态之间有密切的相互联系和其他方殊的物质形态之间有密切的相互联系和其他方殊的物质形态之间有密切的相互联系和其他方面的共同点）面的共同点）面的共同点）面的共同点）宇宙物质化学上的同一性宇宙物质化学上的同一性宇宙物质化学上的同一性宇宙物质化学上的同一性场与实物场与实物场与实物场与实物能量守恒与转化原理；能量守恒与转化原理；能量守恒与转化原理；能量守恒与转化原理；“质量亏损质量亏损质量亏

26、损质量亏损”第二节第二节 自然界物质的系统性自然界物质的系统性（系统是自然界物质的普遍存在方式和物质之间普遍联系的基本方式）n n物质系统物质系统n n物质系统的基本特征物质系统的基本特征n n物质系统的类型物质系统的类型1、物质系统、物质系统n n物质系统：以系统方式存在着的物质世界。物质系统：以系统方式存在着的物质世界。物质系统：以系统方式存在着的物质世界。物质系统：以系统方式存在着的物质世界。n nL.L.贝塔朗菲：系统是贝塔朗菲：系统是贝塔朗菲：系统是贝塔朗菲：系统是“处于一定的相互关系中处于一定的相互关系中处于一定的相互关系中处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分（要素）的

27、总并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总体（集）。体（集）。体（集）。体（集）。”n n掌握系统概念的关键：理解系统的基本特征。掌握系统概念的关键：理解系统的基本特征。掌握系统概念的关键：理解系统的基本特征。掌握系统概念的关键：理解系统的基本特征。2、物质系统的基本特征、物质系统的基本特征（整体性、相互作用）（整体性、相互作用）（1）整体性（自然物质系统是具有不可还）整体性（自然物质系统是具有不可还原的性质的整体）原的性质的整体）整体与部分的构成关系：整体与部分的构成关系：加和性加和性非加和性非加和性部分部分整体

28、整体（2）相互作用）相互作用要素要素要素要素（部分）与要素（部分）之间的相互作用（部分）与要素（部分）之间的相互作用（部分）与要素（部分）之间的相互作用（部分）与要素（部分）之间的相互作用结构结构结构结构（空间结构、时间结构、时空结构）（空间结构、时间结构、时空结构）（空间结构、时间结构、时空结构）（空间结构、时间结构、时空结构）系统作为整体与外部环境作用系统作为整体与外部环境作用系统作为整体与外部环境作用系统作为整体与外部环境作用功能功能功能功能系统作为整体与内部作用系统作为整体与内部作用系统作为整体与内部作用系统作为整体与内部作用内部功能内部功能内部功能内部功能环境环境环境环境：与系统或系

29、统的组成部分发生相互作用而：与系统或系统的组成部分发生相互作用而：与系统或系统的组成部分发生相互作用而：与系统或系统的组成部分发生相互作用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。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。v系统系统结构和功能的统一。结构和功能的统一。v要素、结构、功能与环境要素、结构、功能与环境完备地完备地规定一个系统所必须的。规定一个系统所必须的。注意：注意：1）只有那些有物质、能量、信息交换）只有那些有物质、能量、信息交换且造成新属性突现的联系，才能构成系统。且造成新属性突现的联系，才能构成系统。2）系统概念的要义并不

30、是一般地强调）系统概念的要义并不是一般地强调联系，而是强调那种具有新质突现的联系。联系，而是强调那种具有新质突现的联系。3、自然物质系统的类型、自然物质系统的类型v分类考察自然界的有效方法（对系统可从不同角度进行分类）vv从系统内进行的实际过程分；从系统内进行的实际过程分；从系统内进行的实际过程分；从系统内进行的实际过程分；vv从系统与环境的关系分从系统与环境的关系分从系统与环境的关系分从系统与环境的关系分；vv从系统所处的状态分从系统所处的状态分从系统所处的状态分从系统所处的状态分；vv从人对系统的认识程度分；从人对系统的认识程度分；从人对系统的认识程度分；从人对系统的认识程度分；vv从人与

31、物质系统的关系分从人与物质系统的关系分从人与物质系统的关系分从人与物质系统的关系分第三节第三节 自然物质系统的层次性自然物质系统的层次性n n物质系统的层次物质系统的层次n n物质系统层次之间的辨证关系物质系统层次之间的辨证关系n n层次结构的因果链层次结构的因果链一、物质系统的层次结构一、物质系统的层次结构n n层次结构：若干由要素经相干性关系构层次结构：若干由要素经相干性关系构成的系统，再通过新的相干性关系构成成的系统，再通过新的相干性关系构成新系统的逐级构成的结构关系。新系统的逐级构成的结构关系。n n反映了客观存在着的自然界的等级反映了客观存在着的自然界的等级结构。结构。n n层次性：

32、具有质的差异的不同的系统等层次性：具有质的差异的不同的系统等级或系统中的等级差异性。级或系统中的等级差异性。总星系总星系星系团星系团星系星系恒星恒星行星行星地面上的宏观物体地面上的宏观物体分子分子原子原子原子核原子核（基本）粒子（基本）粒子夸克夸克非生命世非生命世界物质系界物质系统的层次统的层次宇观宏观微观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二、物质系统层次之间的辨证关系二、物质系统层次之间的辨证关系1、物质系统层次是间断性与连续性的、物质系统层次是间断性与连

33、续性的统一统一（1 1）物质系统层次的间断性：）物质系统层次的间断性：）物质系统层次的间断性：）物质系统层次的间断性：不同层次的物质系统不同层次的物质系统不同层次的物质系统不同层次的物质系统质量范围与空间尺度范围不同质量范围与空间尺度范围不同质量范围与空间尺度范围不同质量范围与空间尺度范围不同见图表见图表见图表见图表具有不同的结构、发挥不同的功能具有不同的结构、发挥不同的功能具有不同的结构、发挥不同的功能具有不同的结构、发挥不同的功能遵循不同的运动规律遵循不同的运动规律遵循不同的运动规律遵循不同的运动规律物质系统层次是物质系统层次是间断性与连续性的统一间断性与连续性的统一（2）物质系统层次的连

34、续性）物质系统层次的连续性物质系统层次之间具有从属关系；物质系统层次之间具有从属关系；每一个层次的物质系统在一定条件下每一个层次的物质系统在一定条件下都能和相临层次的物质系统发生转化；都能和相临层次的物质系统发生转化；还往往表现在多个层次之间发生着相还往往表现在多个层次之间发生着相互联系和相互作用。互联系和相互作用。2、物质系统层次是、物质系统层次是有限性和无限性的辨证统一有限性和无限性的辨证统一物质系统层次的有限性物质系统层次的有限性：对于每一个具体：对于每一个具体层次的物质系统来说，其在质量范围、空间尺层次的物质系统来说，其在质量范围、空间尺度、结构和功能等方面都是有限的；度、结构和功能等

35、方面都是有限的；物质系统层次的无限性物质系统层次的无限性：对于整个自然界：对于整个自然界来说，对自然界物质系统的层次的认识是不可来说，对自然界物质系统的层次的认识是不可穷尽的。任何一个具体的物质系统层次，都只穷尽的。任何一个具体的物质系统层次，都只不过是无限的自然界物质系统层次系列上的一不过是无限的自然界物质系统层次系列上的一个个“关节点关节点”。3、层次结构的因果链、层次结构的因果链n n上向因果链上向因果链上向因果链上向因果链：低层次物质系统作为原因，可以：低层次物质系统作为原因，可以：低层次物质系统作为原因，可以：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，可以决定高在高层

36、次系统中引起一定的结果，可以决定高在高层次系统中引起一定的结果，可以决定高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；层次物质系统的特有规律；层次物质系统的特有规律；层次物质系统的特有规律；n n下向因果链下向因果链下向因果链下向因果链：高层次物质系统对低层次物质系：高层次物质系统对低层次物质系：高层次物质系统对低层次物质系：高层次物质系统对低层次物质系统的限制和影响。统的限制和影响。统的限制和影响。统的限制和影响。n n双向因果链一方面造成了层次之间的差别，另双向因果链一方面造成了层次之间的差别，另双向因果链一方面造成了层次之间的差别，另双向因果链一方面造成了层次之间的差

37、别，另一方面也沟通了层次之间的联系。一方面也沟通了层次之间的联系。一方面也沟通了层次之间的联系。一方面也沟通了层次之间的联系。第四节第四节自然物质系统的自然物质系统的稳定性与可变性稳定性与可变性n n物质系统的稳定性物质系统的稳定性n n物质系统的可变性物质系统的可变性一、物质系统的稳定性一、物质系统的稳定性n n物质系统的稳定性（物质系统在一定环物质系统的稳定性（物质系统在一定环境下能够保持某种稳定状态的特性）境下能够保持某种稳定状态的特性）n n系统稳定性的衡量系统稳定性的衡量根据对涨落的不同反应根据对涨落的不同反应恒稳态；亚稳态；不稳定状态。恒稳态；亚稳态；不稳定状态。n n物质系统稳定

38、性之源物质系统稳定性之源非线性自组织理论非线性自组织理论稳定性的衡量n n涨落：宏观变量对平均值的起伏。涨落：宏观变量对平均值的起伏。n n物质系统的稳定性：就是对涨落的不变物质系统的稳定性：就是对涨落的不变性。性。n n三种状态（根据系统对涨落的反应划分）三种状态（根据系统对涨落的反应划分）：恒稳态：恒稳态亚稳态亚稳态不稳态。不稳态。n n对于稳定状态，涨落将被收敛平息，从对于稳定状态，涨落将被收敛平息，从而使物质系统的运行表现为向某种状态而使物质系统的运行表现为向某种状态的自发回归。的自发回归。为什么？为什么？非线性自组织理论n n耗散结构理论（普利高津，耗散结构理论（普利高津，结构、耗结

39、构、耗散和生命散和生命，1969年）年）n n协同学（协同学（H.哈肯）哈肯）n n超循环理论（艾根）超循环理论（艾根）自组织自组织uu自组织现象：在一定条件下系统通过自我组织而自组织现象：在一定条件下系统通过自我组织而自组织现象：在一定条件下系统通过自我组织而自组织现象：在一定条件下系统通过自我组织而自发形成一种自发形成一种自发形成一种自发形成一种“有序结构有序结构有序结构有序结构”的现象。的现象。的现象。的现象。uu自组织现象普遍地存在于自然界之中：自组织现象普遍地存在于自然界之中：自组织现象普遍地存在于自然界之中：自组织现象普遍地存在于自然界之中：生命世界生命世界生命世界生命世界生物个体

40、、生物群体；生物个体、生物群体；生物个体、生物群体；生物个体、生物群体；非生命世界非生命世界非生命世界非生命世界流体力学中的流体力学中的流体力学中的流体力学中的“贝纳德对流贝纳德对流贝纳德对流贝纳德对流”、物理系统中的物理系统中的物理系统中的物理系统中的“激光激光激光激光”、化学系统中的化学系统中的化学系统中的化学系统中的“BZBZ反应反应反应反应”（化学振荡）（化学振荡）（化学振荡）（化学振荡）耗散结构理论耗散结构理论n n一个一个一个一个远离平衡态远离平衡态远离平衡态远离平衡态的的的的开放系统开放系统开放系统开放系统，通过不断与外界，通过不断与外界，通过不断与外界，通过不断与外界交换物质与

41、能量，在外界条件的变化达到一定交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定阈值时，可能从原有的混乱无序的杂乱状态，阈值时，可能从原有的混乱无序的杂乱状态，阈值时，可能从原有的混乱无序的杂乱状态，阈值时，可能从原有的混乱无序的杂乱状态，转变为一种时间、空间上或功能上的有序状态转变为一种时间、空间上或功能上的有序状态转变为一种时间、空间上或功能上的有序状态转变为一种时间、空间上或功能上的有序状态这种在远离平衡情况下形成的新的有序结这种在远离平衡情况下形成的新的有序结这种在远离平衡情况下形成的新的有序结这种在远离平衡情况下形

42、成的新的有序结构，称为构，称为构，称为构，称为“耗散结构耗散结构耗散结构耗散结构”。（普利高津。（普利高津。（普利高津。（普利高津结构、结构、结构、结构、耗散和生命耗散和生命耗散和生命耗散和生命，19691969）物质系统稳定性的产生物质系统稳定性的产生和耗散结构的存在密切相关和耗散结构的存在密切相关n n从状态上看从状态上看n n从产生条件上看从产生条件上看n n从过程上看从过程上看耗散结构理论使人们对物质形态的耗散结构理论使人们对物质形态的稳定性的认识建立在比较科学的、定量稳定性的认识建立在比较科学的、定量的、且正在发展的基础之上。的、且正在发展的基础之上。注意注意n n物质形态的稳定性既

43、是动态的，又物质形态的稳定性既是动态的，又是相对的，是相对于一定范围而言是相对的，是相对于一定范围而言的。的。稳定稳定失稳失稳再稳定再稳定二、自然物质系统的可变性n n所有物质形态永远都处于这样或那样的所有物质形态永远都处于这样或那样的运动变化之中运动变化之中n n一方面，一切物质系统都以各种各样的一方面，一切物质系统都以各种各样的运动作为自己的存在方式运动作为自己的存在方式n n另一方面，就其本质来说，这种可变性另一方面，就其本质来说，这种可变性就意味着转化就意味着转化1、运动形式的多样性、运动形式的多样性n n1919世纪末，恩格斯曾根据当时科学发展的水平，世纪末，恩格斯曾根据当时科学发展

44、的水平，世纪末，恩格斯曾根据当时科学发展的水平，世纪末，恩格斯曾根据当时科学发展的水平，把自然界的基本运动形式分为四种：机械运动、把自然界的基本运动形式分为四种：机械运动、把自然界的基本运动形式分为四种：机械运动、把自然界的基本运动形式分为四种：机械运动、物理运动、化学运动、生物运动。物理运动、化学运动、生物运动。物理运动、化学运动、生物运动。物理运动、化学运动、生物运动。n n今天我们可将自然物质系统的运动区分为六种今天我们可将自然物质系统的运动区分为六种今天我们可将自然物质系统的运动区分为六种今天我们可将自然物质系统的运动区分为六种基本形式：机械运动、微观物理运动、宏观物基本形式：机械运动

45、、微观物理运动、宏观物基本形式：机械运动、微观物理运动、宏观物基本形式：机械运动、微观物理运动、宏观物理运动、宇观物理运动、化学运动、生物运动。理运动、宇观物理运动、化学运动、生物运动。理运动、宇观物理运动、化学运动、生物运动。理运动、宇观物理运动、化学运动、生物运动。n n社会运动；渺观层次、涨观层次。社会运动；渺观层次、涨观层次。社会运动；渺观层次、涨观层次。社会运动；渺观层次、涨观层次。各种物质运动形式之间的关系各种物质运动形式之间的关系n n差异性（相互区别）差异性（相互区别）n n统一性（相互联系）：一方面，比较复统一性（相互联系）：一方面，比较复杂的、高级的运动形式包含着相对简单杂

46、的、高级的运动形式包含着相对简单的、低级的运动形式；另一方面，各种的、低级的运动形式；另一方面，各种运动形式之间还有着相互转化。运动形式之间还有着相互转化。2、存在就是转化n n（1）进化：）进化：低级低级高级高级简单简单复杂复杂这里的这里的“进化进化不仅仅指生物物种的进化，而且不仅仅指生物物种的进化，而且指在我们认识到的宇宙范围内出现、存在、变化指在我们认识到的宇宙范围内出现、存在、变化或消失了的或消失了的所有事物的进化所有事物的进化。”进化序列呈现出两方面规律n n第一，结合度递减规律：各层次结合的第一，结合度递减规律：各层次结合的紧密程度（结合度）不同，随着层次由紧密程度（结合度）不同，

47、随着层次由低到高推进，结合度由大到小而递减。低到高推进，结合度由大到小而递减。n n第二，新物质系统层次的出现，既意味第二，新物质系统层次的出现，既意味着某种简化的可能，又意味着某种复杂着某种简化的可能，又意味着某种复杂化的开始。化的开始。存在就是转化存在就是转化n n（2）退化：）退化：高级高级低级低级复杂复杂简单简单主要体现在物质系统的衰亡、瓦解和主要体现在物质系统的衰亡、瓦解和重建过程中。重建过程中。第五节第五节自然界的演化图景自然界的演化图景（先观看（先观看人与宇宙人与宇宙，考虑下列，考虑下列问题）问题）n n宇宙的起源和演化宇宙的起源和演化n n星系的起源和演化星系的起源和演化n n

48、恒星的起源和演化恒星的起源和演化n n地球的起源和演化地球的起源和演化n n生命的起源和演化生命的起源和演化一、宇宙（总星系）的起源和演化一、宇宙（总星系）的起源和演化（1）基本离子形成阶段）基本离子形成阶段（2）元素起源阶段）元素起源阶段（3）实物阶段）实物阶段（4）宇宙未来阶段）宇宙未来阶段取决于今天观测到的宇宙密度取决于今天观测到的宇宙密度开放型宇宙；振荡型宇宙。开放型宇宙；振荡型宇宙。时代时代时时 间间（秒）（秒）温温度度（K）事件事件普朗克时代普朗克时代大统一时代大统一时代强子强子时代时代轻子轻子时代时代核合成时代核合成时代复合复合时代时代10-4310-3610-610-21001

49、02101310151016610171032102810131011101010941033006028粒子产生，时空量子化粒子产生，时空量子化宇宇宙宙膨膨胀胀，正正反反粒粒子子数数不对称生成不对称生成质子质子-反质对湮灭反质对湮灭中微子退出热平衡中微子退出热平衡电电子子-正正电电子子对对湮湮灭灭，氦氦原子核生成原子核生成中中性性氢氢生生成成，热热平平衡衡消消失失，宇宇宙宙进进入入物物质质为为主主时期时期星系和恒星形成星系和恒星形成人类进入文明社会人类进入文明社会宇宙热历史宇宙热历史支持大爆炸宇宙论的观测事实支持大爆炸宇宙论的观测事实河外星系的谱线红移河外星系的谱线红移(1929,哈勃）哈勃

50、）宇宙中普遍存在着宇宙中普遍存在着30%的氦丰度的氦丰度绝对温度绝对温度3度的微波背景辐射度的微波背景辐射二、星系的起源和演化二、星系的起源和演化 在“康德拉普拉斯星云说”基础上的进一步发展三、恒星的起源和演化三、恒星的起源和演化星际弥漫物质星际弥漫物质星云星云原恒星原恒星引力收缩（红外星）引力收缩（红外星）主序星主序星红巨星红巨星白矮星白矮星超新星爆发超新星爆发黑矮星黑矮星星际物质星际物质中子星中子星黑洞黑洞四、地球的演化四、地球的演化天文时期天文时期地球内部圈层的形成和演化地球内部圈层的形成和演化地球外部圈层的形成和演化地球外部圈层的形成和演化地质时期地质时期垂直运动垂直运动水平运动水平运