自然辩证法专题三 系统自然观幻灯片.ppt

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1、自然辩证法专题三 系统自然观第1页，共59页，编辑于2022年，星期二 19世世纪纪末末20世世纪纪初初以以来来，自自然然科科学学的的发发展展，促促进进了了系系统统自自然然观观和和生生态态自自然然观观的的形形成成和和确确立立，这这是是对对辩辩证证唯唯物主义自然观的新发展。物主义自然观的新发展。第2页，共59页，编辑于2022年，星期二 系统自然观系统自然观第一节第一节 系统自然观产生的现代自然科学基础系统自然观产生的现代自然科学基础第二节第二节 自然界的系统存在方式自然界的系统存在方式第三节第三节 自然界的演化自然界的演化第3页，共59页，编辑于2022年，星期二 2020世世纪纪的的科科学学

2、革革命命广广泛泛而而深深刻刻：它它发发生生在在宇宇观观（相相对对论论）、宏宏观观（分分形形理理论论、混混沌沌理理论论等等）、微微观观（量量子子力力学学、分子生物学等）三大层次。分子生物学等）三大层次。第4页，共59页，编辑于2022年，星期二 第一节第一节 系统自然观产生的现代自然科系统自然观产生的现代自然科学基础学基础一、自然科学基础一、自然科学基础v 世纪之交的物理学革命世纪之交的物理学革命v相对论、量子力学和分子生物学相对论、量子力学和分子生物学v系统科学系统科学第5页，共59页，编辑于2022年，星期二（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、物理学上空的物理学上

3、空的“两朵乌云两朵乌云”“以太漂移以太漂移”的否定结果：的否定结果：1887，M-M 黑体辐射和黑体辐射和“紫外灾难紫外灾难”：1900，瑞利，瑞利第6页，共59页，编辑于2022年，星期二 以太漂移以太漂移 18761876年年-1879-1879年年间间，美美国国物物理理学学家家迈迈克克尔尔逊逊和和莫莫雷雷进进行行了了搜搜索索以以太太风风的的实实验验。他他们们设设想想，如如果果地地球球有有相相对对于于以以太太的的运运动动而而以以太太又又是是光光的的传传播播介介质质，那那么么光光顺顺着着以以太太的的方方向向运运动动到到一一定定距距离离再再沿沿逆逆着着以以太太方方向向运运动动到到原原点点的的时

4、时间间，必必然然会会大大于于光光垂垂直直于于以以太太运运动动方方向向往往返返同同样样距距离离的的时时间间，就就好好像像游游泳泳时时顺顺流流逆逆流流各各游游相相等等距距离离的的时时间间必必然然大大于于等等距距离离往往返返对对岸岸的的时时间间。多多次次实实验验并并没没有有找找到到以以太太风风或或地地球球相相对对于于以以太太的相对运动的相对运动。迈克尔逊迈克尔逊第7页，共59页，编辑于2022年，星期二 黑体辐射：黑体受高温而向外辐射。黑体辐射：黑体受高温而向外辐射。斯斯特特凡凡：黑黑体体辐辐射射的的总总能能量量与与他他的的绝绝对对温度的温度的4 4次方成正比。次方成正比。瑞瑞利利和和金金斯斯：瑞瑞

5、利利-金金斯斯公公式式在在长长波波部部分分与与实实验验吻吻合合，在在短短波波部部分分，得得出出荒荒谬谬的的结结论论,即即当当辐辐射射的的波波长长无无限限小小时时可可以以获获得得无无限限大大的的能能量量，后后来来被被称称为为“紫外灾难紫外灾难”。第8页，共59页，编辑于2022年，星期二 2 2、世纪之交物理学三大发现、世纪之交物理学三大发现 X射线：射线：1895，（德）伦琴，（德）伦琴 放射性：放射性：1896，（法）贝克勒尔，（法）贝克勒尔 电电 子：子：1897，（英）汤姆逊，（英）汤姆逊贝贝克克勒勒尔尔伦伦琴琴第9页，共59页，编辑于2022年，星期二v 在今天，人们提出与昨天完全相反

6、在今天，人们提出与昨天完全相反的主张。在这个时期，已经没有真理的的主张。在这个时期，已经没有真理的标准，也不知道科学是什么了，我很悔标准，也不知道科学是什么了，我很悔恨我没有在这些矛盾出现的五年前死去。恨我没有在这些矛盾出现的五年前死去。洛伦兹洛伦兹第10页，共59页，编辑于2022年，星期二（1）相对论）相对论爱因斯坦爱因斯坦（Albert Einstein,18791955）v1905年创立狭义相对论年创立狭义相对论 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 光速不变原理光速不变原理 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；质增效应；质能

7、关系式。质增效应；质能关系式。3、物理学革命、物理学革命相对论、量子力学诞生相对论、量子力学诞生第11页，共59页，编辑于2022年，星期二v 根据科学家计算，当飞船速度达到每根据科学家计算，当飞船速度达到每秒钟秒钟299 900299 900千米时，飞船上的一米便只相千米时，飞船上的一米便只相当于地面上的当于地面上的0.020.02米，飞船上的一秒钟则米，飞船上的一秒钟则相当于地面上的相当于地面上的5050秒钟。秒钟。第12页，共59页，编辑于2022年，星期二 绝对的、真正的和数学上的时间自身绝对的、真正的和数学上的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与在流逝着，而且由于其本性而均匀

8、地、与任何其它外界事物无关地流逝着；绝对的任何其它外界事物无关地流逝着；绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。无关而永远是相同的和不动的。牛顿牛顿第13页，共59页，编辑于2022年，星期二v19161916年，爱因斯坦建立年，爱因斯坦建立广义相对论广义相对论v验证验证：水星轨道近日点的反常进动：水星轨道近日点的反常进动 在强引力场中光谱应向红端移动在强引力场中光谱应向红端移动 光线在引力场中发生偏转光线在引力场中发生偏转v相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示了空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

9、运动、质量间与时间、空间时间与物质及其运动、质量与能量之间存在的辩证关系。与能量之间存在的辩证关系。第14页，共59页，编辑于2022年，星期二（2）量子力学）量子力学 普朗克（普朗克（Maz K.E.L.Planck,18581947 Maz K.E.L.Planck,18581947）v19001900年年1212月月4 4日，日，关于正常光谱的能量分布关于正常光谱的能量分布定律的理论定律的理论，提出能量子基本假设，提出能量子基本假设量量子力学诞生。子力学诞生。v量子力学标志了对量子力学标志了对微观世界微观世界认识的深入，认识的深入，揭示了崭新的、不同于宏观客体规律的微揭示了崭新的、不同于

10、宏观客体规律的微观客体规律，阐明了连续性与间断性、波观客体规律，阐明了连续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，凸现了量子动性与粒子性的辩证统一，凸现了量子（微观）世界的概率随机性，打破了机械（微观）世界的概率随机性，打破了机械决定论的观念。决定论的观念。第15页，共59页，编辑于2022年，星期二量量子子力力学学的的建建立立，使使自自然然科科学学进进展展到到了了人人类类日日常常经经验验以以外外的的微微观观世世界界，反反映映了了人人与与自自然然相相互互作作用用的的特特征征，表表明明人人并并不不是是在在自自然然之之外外的的独独立立存存在在者者和和观观察察者者，而而是是作作为为自自然然的的一一部部

11、分分参参与与自自然然现现象象的的；表表明明人人只有在同自然的相互作用中才能认识自然。只有在同自然的相互作用中才能认识自然。第16页，共59页，编辑于2022年，星期二2020世世纪纪的的生生物物学学家家致致力力于于探探索索物物种种进进化化和和遗遗传传的的机机制制，由由于于高高分分子子化化学学的的发发展展及及其其向向生生物物学学的的渗渗透透，以以及及X X射射线线衍衍射射和和电电子子显显微微镜镜的的发发明明与与应应用用，科科学学家家们们开开始始在在分分子子水水平平上上研研究究生生命命物物质质及及其其功功能能，并并建建立立了分子生物学。了分子生物学。（二）分子生物学（二）分子生物学第17页，共59

12、页，编辑于2022年，星期二 19531953年年，沃沃森森等等科科学学家家在在分分析析X X射射线线衍衍线线资资料料的的基基础础上上，建建立立了了DNADNA分分子子的的双双螺螺旋旋结结构构模模型型。标标志志着着分分子子生生物物学学的的诞诞生生。将将生生物物学学的的实实验验水水平平推推进进到到了了大大分分子子层层次次，并并在在生生物物大大分分子子层层次次上上阐阐明明了了自自然然界界结结构构和和生命活动的高度一致性。生命活动的高度一致性。第18页，共59页，编辑于2022年，星期二沃森和克里克:DNA双螺旋结构分子生物的分子生物的大生命观大生命观第19页，共59页，编辑于2022年，星期二p

13、在在此此基基础础上上发发展展起起来来的的DNADNA重重组组技技术术（遗遗传传工工程程，19731973年年首首次次成成功功）、克克隆隆技技术术，表表明明现现代代生生命命科科学学已已经经发发展展到到足足以以改改造造人人类类自自身身、改改变变人人的的自自然然本本性性的的程程度度。人人参参与与、影影响响自自然然进进程程的的力力量量更更强强了了。p它它表表明明，所所有有生生物物（包包括括非非细细胞胞生生物物病病毒毒）都都有有着着共共同同的的遗遗传传物物质质核核酸酸，而而核核酸酸也也有有共共同同的的核核苷酸链的分子结构和基本相同的遗传机制。苷酸链的分子结构和基本相同的遗传机制。第20页，共59页，编辑

14、于2022年，星期二（三）、系统科学（三）、系统科学v系统科学是研究系统的一般模式，结构和规系统科学是研究系统的一般模式，结构和规律的学问，它研究各种系统的共同特征，用律的学问，它研究各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。第21页，共59页，编辑于2022年，星期二贝塔朗菲（贝塔朗菲（1901197219011972）v19371937年，提出了一般系统论的初步框架年，提出了一般系统论的初

15、步框架v 19451945年在年在德国哲学周刊德国哲学周刊1818期上发期上发表表关于一般系统论关于一般系统论的文章，但不久的文章，但不久毁于战火，未被人们注意。毁于战火，未被人们注意。v 19471947年在美国讲学时再次提出系统论思想。年在美国讲学时再次提出系统论思想。v19501950年发表年发表物理学和生物学中的开放系统理物理学和生物学中的开放系统理论论。v19551955年专著年专著一般系统论一般系统论，成为该领域的，成为该领域的奠基性著作。奠基性著作。v60607070年代受到人们重视。年代受到人们重视。19721972年发表年发表一一般系统论的历史和现状般系统论的历史和现状，把一

16、般系统论扩，把一般系统论扩展到系统科学范畴。展到系统科学范畴。第22页，共59页，编辑于2022年，星期二 1 1、贝贝塔塔朗朗菲菲一一般般系系统统论论：从从理理论论上上确确立立了了科科学学的的系系统统理理论论,使使科科学学从从研研究究孤孤立立的的部部分分转向研究系统及其规律。转向研究系统及其规律。v 现现实实世世界界是是一一个个自自组组织织的的由由实实体体构构成成的的递递阶阶秩秩序序结结构构，通通过过许许多多物物理理、化化学学系系统统的的叠叠加加就构成了生物和社会系统。就构成了生物和社会系统。v 不不能能把把分分割割的的部部分分的的行行为为拼拼加加成成整整体体，必必须须考考虑虑各各个个子子系

17、系统统和和整整个个系系统统之之间间的的关关系系才才能了解各部分的行为和整体。能了解各部分的行为和整体。v 系系统统具具有有整整体体性性、关关联联性性、动动态态性性、有序性、目的性等特性。有序性、目的性等特性。第23页，共59页，编辑于2022年，星期二2 2、美国美国维纳维纳创立控制论创立控制论（2020世纪世纪30304040年代）：年代）：概念概念：目的、行为、控制、反馈、通讯、信息、：目的、行为、控制、反馈、通讯、信息、输入、输出；输入、输出；控制原理控制原理：控制论系统模型即输入输出反馈：控制论系统模型即输入输出反馈控制模型；控制模型；系统科学和系统自然观理论建构的基本框架和模型。系统

18、科学和系统自然观理论建构的基本框架和模型。第24页，共59页，编辑于2022年，星期二3 3、信信息息学学的的产产生生（2020世世纪纪中中叶叶）：信信息息学学是是关关于于系系统统的的信信息息传传递递和和处处理的科学理论。理的科学理论。v19481948年年，申申农农发发表表了了通通信信的的数数学学理理论论，宣宣告告了了信信息息论论的的诞诞生生。申申农农的的信信息息论论提提炼炼出出了了包包括括信信源源、信信宿宿、信信道道的的信信号号传传输输的的普普适适模模型型，定定义义了了信信息息量量，提提出出了了信信源源编编码码定定理理等等重重要要定定理理，为为一一般般意意义义上上的的信信息息传传输输奠奠定

19、定了理论基础。了理论基础。v19481948年年，第第一一台台计计算算机机在在美美国国诞诞生生。计计算算机机的的诞诞生生意意味味着着人人工工信信息息系系统统的的出出现现，它它也也反反映映了了人人类类对对系系统统的的信信息息处处理理本本质质的的更更深深刻刻认认识识，同同时也表明信息科学有了一种技术表现形式。时也表明信息科学有了一种技术表现形式。第25页，共59页，编辑于2022年，星期二4、20世世纪纪60年年代代以以来来，一一批批物物理理学学家家对对非非线性、复杂性问题进行了更广泛深入的研究线性、复杂性问题进行了更广泛深入的研究。哈哈肯肯研研究究了了多多组组分分大大系系统统怎怎样样由由无无序序

20、态态，经经过过其其中中的的子子系系统统的的合合作作运运动动，转转变变为为有有序序结结构构，建建立了协同学（立了协同学（19691969）。）。艾艾根根提提出出的的超超循循环环论论，揭揭示示了了生生物物大大分分子子形形成成的的自自组组织织形形式式，架架设设了了从从无无生生命命向向生生命命过过渡渡的的桥桥梁。梁。普普利利高高津津提提出出了了以以耗耗散散结结构构为为核核心心的的系系统统自自组织理论。组织理论。第26页，共59页，编辑于2022年，星期二系统科学的研究主要体现在以下三个方面系统科学的研究主要体现在以下三个方面v对生命系统的研究产生的一般系统论对生命系统的研究产生的一般系统论v对技术科学

21、研究产生的控制论、信息论和系对技术科学研究产生的控制论、信息论和系统工程；统工程；v对非生命系统的研究产生的非平衡理论；对非生命系统的研究产生的非平衡理论；第27页，共59页，编辑于2022年，星期二系统自然观的形成系统自然观的形成v在以上的科学发展的背景下，人们开始从在以上的科学发展的背景下，人们开始从研研究实体转向研究关系究实体转向研究关系，从，从研究个体结构转向研究个体结构转向研究系统功能研究系统功能，提出一系列整体的、综合的，提出一系列整体的、综合的系统方法和系统观念系统方法和系统观念，并逐渐地将其上升到，并逐渐地将其上升到更具普遍性的哲学层面，用其去考察整个自更具普遍性的哲学层面，用

22、其去考察整个自然界和社会。然界和社会。第28页，共59页，编辑于2022年，星期二系统自然观的意义系统自然观的意义v丰富和发展辩证唯物主义自然观；丰富和发展辩证唯物主义自然观；v提供了系统的思维方式；提供了系统的思维方式；第29页，共59页，编辑于2022年，星期二系统自然观的基本内涵系统自然观的基本内涵见教材见教材P4749v揭示了自然系统是存在与演化的统一；揭示了自然系统是存在与演化的统一；v确定性与随机性的统一；确定性与随机性的统一；v简单性与复杂性的统一；简单性与复杂性的统一；v线性和非线性的统一；线性和非线性的统一；第30页，共59页，编辑于2022年，星期二一、自然界系统的普遍性一

23、、自然界系统的普遍性 自然界的物质性主要回答存在着的自然界的物质性主要回答存在着的“是什么是什么”的问题；的问题；“如何存在如何存在”由系统方由系统方式和运动形式来回答。式和运动形式来回答。物质普遍联系的基本形式物质普遍联系的基本形式系统系统 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第31页，共59页，编辑于2022年，星期二 何为系统何为系统?恩格斯恩格斯：我们面对着的整个世界形成一个体系，我们面对着的整个世界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体。即各种物体相互联系的总体。贝塔朗菲贝塔朗菲：处于一定的相互关系中并与环境发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）

24、的总体。生关系的各组成部分（要素）的总体。钱学森钱学森：由相互作用和相互依赖的若干组成部由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，且此分结合成的具有特定功能的有机整体，且此系统本身又是它所从属更大系统的组成部分。系统本身又是它所从属更大系统的组成部分。第32页，共59页，编辑于2022年，星期二v系统：系统：由若干相互联系、相互作用的要素组由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有特定功能的有机整体成的具有特定功能的有机整体。第33页，共59页，编辑于2022年，星期二2）系系统统的的要要素素间间存存在在着着特特定定的的关关系系，形形成成一定的结构一定的结构1）系统是由若

25、干要素组成的）系统是由若干要素组成的3）系系统统的的结结构构使使系系统统成成为为一一个个有有特特定定功功能的整体能的整体4）功功能能在在系系统统与与外外部部环环境境的的相相互互作作用用中中表表现现出来，系统总存在是一定环境中出来，系统总存在是一定环境中1、如何理解系统概念？、如何理解系统概念？第34页，共59页，编辑于2022年，星期二v 要素、结构、功能和环境，是一个系统所要素、结构、功能和环境，是一个系统所必须的规定。系统的功能依赖于其要素、结必须的规定。系统的功能依赖于其要素、结构和环境。要素性质的变化、结构的变化、构和环境。要素性质的变化、结构的变化、环境条件的变化，都会影响系统的功能

26、表现。环境条件的变化，都会影响系统的功能表现。第35页，共59页，编辑于2022年，星期二v 自然界的一切物质客体都是系统，都是由自然界的一切物质客体都是系统，都是由其内部若干要素按一定规则相互联系、相互其内部若干要素按一定规则相互联系、相互依赖而组成的、具有确定功能的相对独立的依赖而组成的、具有确定功能的相对独立的系统。因此，系统。因此，系统是自然界物质的普遍的存系统是自然界物质的普遍的存在方式。在方式。第36页，共59页，编辑于2022年，星期二2）开开放放性性：与与环环境境自自由由地地进进行行物物质质、能能量量、信信息交换息交换2 2、自然界物质系统的基本特点、自然界物质系统的基本特点1

27、）整体性：整体大于它的各部分的总和）整体性：整体大于它的各部分的总和3）动态性：运动、变化、发展）动态性：运动、变化、发展4）层次性）层次性第37页，共59页，编辑于2022年，星期二 系系统统具具有有其其要要素素所所没没有有的的新新性性质质、功功能能和和规规律律，处处于于系系统统中中的的要要素素的的性性质质、功功能能和和规规律律不不同同于于它它们们在在孤孤立立状状态态时时的的性性质质、功功能能和和规律。规律。1）整体性：整体大于它的各部分的总和）整体性：整体大于它的各部分的总和第38页，共59页，编辑于2022年，星期二v“譬如一只手，如果从身体上割下来，按照譬如一只手，如果从身体上割下来，

28、按照名称虽仍然可叫做手，但按照实质来说，已名称虽仍然可叫做手，但按照实质来说，已不是手了。不是手了。”“”“只有作为有机体的一部分，只有作为有机体的一部分，手才获得它的地位。手才获得它的地位。”黑格尔黑格尔第39页，共59页，编辑于2022年，星期二 著名桥梁专家茅以升说过：著名桥梁专家茅以升说过：“并不如并不如加，如果每天有小时学习，来改变不懂加，如果每天有小时学习，来改变不懂科学，生产效率低的状况，企业领导者就会科学，生产效率低的状况，企业领导者就会发现，这正是一种投资，决不是浪费。发现，这正是一种投资，决不是浪费。”第40页，共59页，编辑于2022年，星期二自然系统具有物质、能量、信息

29、自然系统具有物质、能量、信息“三要素三要素”。孤立系统孤立系统同环境没有物质、能量交换的系统。同环境没有物质、能量交换的系统。封闭系统封闭系统同环境只有能量交换而没有物质交换的系统。同环境只有能量交换而没有物质交换的系统。开放系统开放系统同环境既有物质又有能量交换的系统。同环境既有物质又有能量交换的系统。开放系统是开放系统是“活系统活系统”，孤立系统是，孤立系统是“死系统死系统”。自然界的绝大部分子系统都是自然界的绝大部分子系统都是开放系统开放系统。2）开开放放性性：与与环环境境自自由由地地进进行行物物质质、能能量量、信息交换信息交换第41页，共59页，编辑于2022年，星期二 开开放放的的自

30、自然然系系统统都都是是运运动动、变变化化、发发展展的的，都都有有一一个个孕孕育育、产产生生、发发展展、成成熟熟、消消亡亡的的过过程程，这这是是由由物物质质存存在在的的根根本本方方式式（运运动动）和和物物质质系系统统的的开开放性决定的。放性决定的。3）动态性：运动、变化、发展）动态性：运动、变化、发展第42页，共59页，编辑于2022年，星期二 4 4）层次性）层次性系系统统由由一一定定的的要要素素构构成成，要要素素则则是是由由更更小小的的其其它它要要素构成子系统，系统自身又是更大系统的组成要素。素构成子系统，系统自身又是更大系统的组成要素。拉拉兹兹洛洛：“自自然然界界的的组组织织结结构构就就像

31、像一一座座复复杂杂的的、多多层层的的金金字字塔塔，在在它它的的底底部部是是许许多多相相对对简简单单的的系系统统，在在它它的的顶顶部部是是几几个个（极极顶顶是是一一个个）复复杂杂的的系系统统。所所有有自自然然的的系系统统占占据据了了这这些些界界限限之之间间的的位位置置；它它们们同同上上面面和和下下面面的的层层次次连连接接在在一一起起。就就它它们们的的组组成成部部分分来来说说，它它们是整体，但就更高层次的整体来说，它们又是部分。们是整体，但就更高层次的整体来说，它们又是部分。”第43页，共59页，编辑于2022年，星期二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

32、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宇观宏观宏观微观微观第44页，共59页，编辑于2022年，星期二（a a）微微观观领领域域：原原子子物物理理学学、核核物物理理学学、量量子子物理学等；物理学等；（b b）宏宏观观领领域域：经经典典物物理理学学、麦麦克克斯斯韦韦电电磁磁理理论、热力学等；论、热力学等；（c c）宇宇观观领领域域：广广义义相相对对论论、星星系系动动力力学学和和宇宇宙学等。宙学等。第45页，共59页，编辑于2022年，星期二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

33、官组织组织细胞细胞生物大分子生物大分子生命世界的基生命世界的基本物质系统层本物质系统层次次第46页，共59页，编辑于2022年，星期二v层次结构的结合能与层次尺度成反比的规律：层次结构的结合能与层次尺度成反比的规律：随着随着层次由低到高推进，系统要素结合的紧密程度由大到层次由低到高推进，系统要素结合的紧密程度由大到小而递减小而递减。将夸克结合为基本粒子的力量很强（结合能为将夸克结合为基本粒子的力量很强（结合能为105106eV105106eV），原子间的结合能为），原子间的结合能为100101eV100101eV，分子，分子间的结合能为间的结合能为10-210-1eV10-210-1eV第47

34、页，共59页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 自然界的演化自然界的演化p自然系统演化的基本方式自然系统演化的基本方式p自然物质演化的自组织机制自然物质演化的自组织机制第48页，共59页，编辑于2022年，星期二二、自然系统演化的基本方式二、自然系统演化的基本方式v分叉分叉：稳定性和不稳定性；：稳定性和不稳定性；v突现突现：突发性、间断性和不可预测性；：突发性、间断性和不可预测性；v“内在随机性内在随机性”：确定性和随机性；确定性和随机性；（见教材（见教材P6265P6265）第49页，共59页，编辑于2022年，星期二三、三、自然物质演化的自组织机制自然物质演化的自组织机制v系统自己走向

35、有序结构就可称为系统自己走向有序结构就可称为自组织自组织，依，依靠外部指示组织起来的行为称为靠外部指示组织起来的行为称为“他组织他组织”。v自组织理论从自组织理论从1968年普里高津的耗散结构年普里高津的耗散结构理论开始，包括协同学、超循环理论、突变理论开始，包括协同学、超循环理论、突变理论、混沌动力学、非线性科学等。理论、混沌动力学、非线性科学等。v自然界的系统演化，自然事物的结构的形成自然界的系统演化，自然事物的结构的形成和有序化都是自组织的过程。和有序化都是自组织的过程。v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。第50页，共59页，编辑于2022年，星期二1）

36、开开放放性性、远远离离平平衡衡态态，是是系系统统演演化化的的基基本本条条件；件；2）系系统统中中的的非非线线性性相相互互作作用用是是系系统统进进化化的的基本根据基本根据3）内内部部涨涨落落是是系系统统进进化化的的直直接接诱诱因因：“生序原理生序原理”自组织实现的条件：自组织实现的条件：第51页，共59页，编辑于2022年，星期二 根根据据热热力力学学第第二二定定律律，孤孤立立系系统统只只能能自自发发地地走走向无序（熵增大）。开放系统则不然。向无序（熵增大）。开放系统则不然。可可见见，演演化化的的系系统统必必须须是是一一个个开开放放系系统统，即即系系统统内内外外环环境境之之间间要要有有物物质质、

37、能能量量、信信息息的的交交换换与与流流通通，且且必必须须是是系系统统从从外外部部输输入入的的负负熵熵流流绝绝对对值值大大于于系系统统内部的熵产生，从而使系统的熵逐步减小。内部的熵产生，从而使系统的熵逐步减小。1）开放性、远离平衡态开放性、远离平衡态，是系统演化的基本条件；，是系统演化的基本条件；第52页，共59页，编辑于2022年，星期二 远远离离平平衡衡的的状状态态也也是是系系统统进进化化的的必必要要条件。条件。因因为为近近平平衡衡态态系系统统是是稳稳定定的的，即即便便是是开开放放的，它受到扰动后也会回到平衡态。的，它受到扰动后也会回到平衡态。所所以以，普普里里高高津津说说：“非非平平衡衡是

38、是有有序序之之源源”。只只有有非非平平衡衡态态才才能能导导致致有有序序，形形成成稳稳定定的有序结构。的有序结构。第53页，共59页，编辑于2022年，星期二相相互互作作用用可可分分为为简简单单的的线线性性相相互互作作用用和和复复杂杂的的非线性相互作用。非线性相互作用。系系统统的的结结构构（有有序序性性）根根源源于于（要要素素间间的、系统与环境的）相互作用。的、系统与环境的）相互作用。2）系系统统中中的的非非线线性性相相互互作作用用是是系系统统进进化化的的基本根据基本根据第54页，共59页，编辑于2022年，星期二线性相互作用（线性相互作用（linear interaction）：）：相相互互作

39、作用用的的要要素素的的量量之之间间有有比比例例关关系系，各各个个作作用用是是彼彼此此独独立立的的，其其作作用用可可以以叠叠加加，结果是稳定的、必然的。结果是稳定的、必然的。对线性系统而言，整体等于各部分之和对线性系统而言，整体等于各部分之和。线线性性相相互互作作用用只只能能导导致致量量的的增增长长，不不能能导导致致新质的突现。新质的突现。第55页，共59页，编辑于2022年，星期二相相互互作作用用的的要要素素的的量量之之间间没没有有比比例例关关系系，各各量量变变化化不不均均匀匀，各各个个作作用用彼彼此此相相干干或或交交叉叉，叠叠加加原原理理失效，失效，结果是随机的、多元的。结果是随机的、多元的

40、。非线性相互作用（非线性相互作用（nonlinear interaction第56页，共59页，编辑于2022年，星期二非非线线性性相相互互作作用用规规定定了了系系统统演演化化的的可可能能方方向向或或道道路路，但但系系统统在在什什么么时时候候、出出现现什什么么样样的的有有序序结结构，是由构，是由内部涨落内部涨落最终决定的。最终决定的。3）内内部部涨涨落落是是系系统统进进化化的的直直接接诱诱因因：“生序原理生序原理”普普利利高高津津：“在在非非平平衡衡过过程程中中涨涨落落决决定定全全局局的的结结果果”，“通通过涨落达到有序过涨落达到有序”。第57页，共59页，编辑于2022年，星期二 “蝴蝴蝶蝶

41、效效应应”是是气气象象学学家家洛洛伦伦兹兹19631963年年提提出出来来的的。其其大大意意为为：一一只只南南美美洲洲亚亚马马逊逊河河流流域域热热带带雨雨林林中中的的蝴蝴蝶蝶，偶偶尔尔扇扇动动几几下下翅翅膀膀，可可能能两两周周后后在在美美国国德德克克萨萨斯斯引引起起一一场场龙龙卷卷风风。其其原原因因在在于于：蝴蝴蝶蝶翅翅膀膀的的运运动动，导导致致其其身身边边的的空空气气系系统统发发生生变变化化，并并引引起起微微弱弱气气流流的的产产生生，而而微微弱弱气气流流的的产产生生又又会会引引起起它它四四周周空空气气或或其其他他系系统统产产生生相相应应的的变变化化，由由此此引引起起连连锁锁反反应应，最最终终导导致致其其他他系统的极大变化。系统的极大变化。“蝴蝶效应蝴蝶效应”第58页，共59页，编辑于2022年，星期二 第59页，共59页，编辑于2022年，星期二