《自然辩证法整理》PPT课件.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 ： 1、马斯河谷烟雾事件（1930年） 2、洛杉矶光化学烟雾事件（1943年） 3、多诺拉烟雾事件（1948年） 4、伦敦烟雾事件（1952年） 5、水俣（Y u）病事件（1953 1956年） 6、骨痛病事件（1955、 1972年 7、日本米糠油事件（1968年 ） 8、印度博帕尔事件（1984年） 9、切尔诺贝利核泄漏事件（1986年） 10、剧毒物污染莱茵河事件（1986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 。,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 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 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：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）：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“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：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,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。,牛顿坚信一切现象都可以用力来解释。在自然哲学之数学原理第一版序言中他指出：“哲学的全部重任在于由运动现象去研究自然力，再由这些力去推演其他现象我希望其他的自然现象了同样能由力学原理推导出来。”,以法国科学家、哲学家笛卡尔、拉美特利等人为代表，他们把万物都看成机器，甚至于包括动物和人。 拉美特利这样说，“如果哲学的领域里没有笛卡尔，那就和科学的领域里没有牛顿一样，也许还是一片荒原。的确他第一个完美地证明了动物是纯粹的机器。”进而拉美特利又以生理学家的身份说到：“让我们勇敢地作出结论：人是一架机器，在整个宇宙里只存在着一个实体，只是它的形式有某种变化。” “人的身体是一架钟表，不过是一架巨大的、极其精细、极其巧妙的钟表。”,严格的机械决定论 在牛顿的自然哲学之数学原理中，已经表达了“对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一原因”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状态。,这个思想被法国数学家、哲学家拉普拉斯加以发挥，也称为“拉普拉斯决定论”： “我们应当把宇宙的现状看作它先前状态的结果以及它后继状态的原因。假定在某一时刻，有一种智慧能够把握自然界所有的力以及组成自然界的一切事物的特定状况这种智慧博大精深足以对所掌握的资料进行分析那么，它就能将宇宙间最庞大的物体到最微小的原子的运动全部都囊括于同样的公式之中，对于它来说，没有什么是不确定的，未来，一如过去，都呈现在它的眼前。”,(2)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1830年发生的地质学史上的第一次大争论：“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 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。,上述自然科学的一系列成就，在形而上学自然观上打开了一个又一个的缺口，并为新的自然观的产生准备了条件。恩格斯指出：“我们现在不仅能够指出自然界中各个领域内的过程之间的联系，而且总的来说也能指出各领域之间的联系了，这样我们就能够靠经验自然科学本身所提供的事实，以近乎系统的形式描绘出一幅自然界联系的清晰图画。”“新的自然观的基本点是完备了：一切僵硬的东西熔化了，一切固定的东西消散了，一切被当作永久存在的特殊东西变成了转瞬即逝的东西，整个自然界被证明是在永恒的流动和循环中运动着。” 作为马克思主义哲学体系组成部分的自然辩证法，就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 20世纪初，相对论、量子理论以及物质结构理论的产生，导致了物理学领域的深刻革命，这场革命动摇了形而上学自然观的基础即经典力学。与19世纪相比，20世纪自然科学的发展有两个特点： A 科学向纵深发展，揭示了小至微观，大至宇观的层次结构。 B 科学向横向发展，出现了既高度分化又高度综合的整体化趋势。,与此相应，以新能源、新材料、生物工程、航天技术、海洋技术、信息技术为主要内容的世界新科技革命迅速发展起来，这些技术与计算机技术相结合造成了一种崭新的技术体系，以此为手段，人工自然的疆界迅速扩大，其社会效应和环境效应成为引人注目的问题，也必须从自然观和方法论的高度进行研讨。,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知道它是同时发生的呢？这个问题看似平常，却至关重要。 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,狭义相对论揭示了空间、时间、质量和物质运动之间的联系 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,爱因斯坦广义相对论认为，重力场的时间空间特性是依赖于物质的质量分布的，物质的质量愈大、分布愈密、重力场愈强，则空间的“曲率”就愈大、时间的流逝就愈慢。,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t t，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 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“奇异吸引子” 当演化时间趋于无穷大时，系统所达到的极限集合，称为“吸引子”。例如单摆运动，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（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“稳定”的一面；而一旦到达吸引子内，其运动又互相排斥，这对应着“不稳定”的一面。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，因此无法描述它们的“轨道”，无法预测其未来的状态。1971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。,-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。 当系统处于稳定时，涨落还仅仅是一些小的干扰而已，它会由于系统自身的抗干扰能力而逐步衰减，从而使系统回到原来的状态。 但是，如果系统处于远离平衡的不稳定态，即在临界点附近，微小的涨落才会得以放大，变成具有宏观尺度的“巨涨落”，从而使系统一下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。 在靠近临界点的地方，系统呈现出很大的起伏，系统好象在各种可能的演化方向之间“犹豫不决”，一个小的起伏可以引起一个新的变化，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：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。 完备描述一个系统需具备以下四个条件：要素、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、要素，是构成系统的组元或部分。 注意：单一要素不是系统，必须有两个以上的要素才可能构成系统。 例如，一个苯分子的组成是六个碳原子和六个氢原子，在其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关系。,2、结构，是系统内部各要素之间的内在的联系，排列顺序和组织方式。 3、环境，是指与系统发生相互作用，而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 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，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。,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。 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。,4、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，也不是某个部分的属性，而是系统整体才有的属性。,系统的功能是要素、结构和环境的函数。（F(，)，功能或性质、环境、要素、结构） 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。,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，可称为系统的第二性特征。 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性（整体涌现性）。,2 自然物质系统的属性,恩格斯：“许多人协作，许多力量溶合为一个总的力量，用马克思的话来说，就造成新的力量，这种力量和它的一个个力量的总和有本质的差别。”这段话是对整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。 整体性特征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、相对简单的基本元素（夸克和轻子）组成丰富多彩的世界。,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，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，孤立系统的熵只能增加，不会减少，即孤立系统的熵大于或等于零（）。 有人认为，整个宇宙，由于“至大无外”，无所谓外界，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“热寂说”的。,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，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立系统和封闭系统。 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。,系统的层次性,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 自然界的层次结构 分非生命世界和生命世界,生物圈 生态系统 生物群落 种群 生物个体 系统 器官 组织 细胞 生物大分子,生命世界的基本物质系统层次,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,美国系统学家拉兹洛指出：“当我们从初级组织层次的微观系统走向较高层次的宏观系统，我们就是从被强有力地、牢固地结合在一起的系统走向具有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 美国经济学家、计算机科学家西蒙和罗森作了一个很好的数学证明。 这个证明表明，一个相对独立的稳定的子系统组成的系统，比起直接由组成元素组成的系统更能经常住环境的干扰与破坏，因而在变化的环境中更加稳定。而从发展的速度上看，分层形成的系统比直接形成系统要快得多。因此，在演化过程中产生多层次结构物质系统的概率要比产生无层次结构物质系统的概率大得多。这就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 10-1 10-3 10-5 10-9 10-10 10-8 10-6 100 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？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t t，方程形式不变，对时间反演对称，意味时间无方向性,演化物理学：时间不再是描述系统运动的外在参量，而是和系统的演化相联系的，从而是有物理内容的时间。 热力学中的傅立叶方程,T(xt),t,=,-,T(xt),x,把t t，方程形式变化，时间反演不对称或对称性破缺，意味时间方向性,在科学史上，有许多科学家都把不可逆性看作是近似的结果，或看作主体观点向物理世界的入侵。 例如，爱因斯坦认为，不可逆性只是一种幻觉，一种主观印象，他说：“在物理学的基本定律中没有任何不可逆性，你必须接受这样的思想：主观的时间，连同它对现在的强调，都是没有任何客观意义的。”“就我们这些受人们信任的物理学家而言，过去、现在和将来之间的区别只是一种幻觉，然而，这种区别依然持续着。”玻恩也曾经断言：“不可逆性是无知介入物理学基本定律的后果。”,我们越是深入地分析时间的自然性质,我们就越加懂得时间的延续性意味着发明,就意味着新形式的创造,就意味着一切新鲜事物连续不断地产生. 普里高津,实际上，自然界根本没有绝对的、无条件的可逆变化，可逆只是一种理想化的产物，是在略去某些变化不计的情况下的一种科学抽象。 例如，只有忽略掉磨擦，才有理想的单摆，只有忽略其他天体对地球的影响，以及地球本身的复杂性，才有严格周期性的地球公转；只有忽略掉热的耗散，才有理想的卡诺循环。,但对于具体的过程来说，不可逆过程也往往包含着某些可逆的因素 功热转化在能量品位上是不可逆的，但转化能力却有可逆性；化学反应在总体上是不可逆的，但生成物依然可以复原为反应物；生长发育和衰老是不可逆过程，但机体的协调性和组织性却经历着由低到高和由高到低的过程,也许是基于这种考虑，普里戈津强调，无论可逆或不可逆都不是唯一普适的过程，在一个多元化的世界中，可逆性与不可逆性是并存于现实之中的。因此，对我们来说，重要的不是找出简单纯粹的可逆性与不可逆性，而是要探讨现实事物中究竟包含哪些可逆与不可逆的因素，它们对物质世界的演化发展起着怎样的作用。,（二）自然界演化的方向性：进化或退化 1概念 进化一般是指物质客体演化中由无序到有序、由低序到高序的趋势和过程或复杂性和多样性的增长。 退化般是指物质客体演化中由有序到无序、由高序到低序的趋势和过程。 序是对系统内部各要素之间的联系及演化过程性质的描述，它表征着系统的组织程度。 度量参量：熵、信息量、序参量,热力学对演化过程的揭示： 卡诺原理：温度均衡过程必导致做功可能性的丧失 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,2 科学理论对时间箭头指向的回答,可以证明，只要有热量从高温物体流向低温物体，系统的熵就会增加。熵的变化就成为可逆过程与不可逆过程差异的一种判据。 用熵表述为： 一个孤立系统的熵总趋于增大（熵增定律）,用熵表述为： 一个孤立系统的熵总趋于增大（熵增定律） 熵：本义是表征系统的状态 宏观意义表征系统能量分布的均匀程度 （能量平均状态是熵值达到最大的状态） 微观意义表征系统内部粒子的无序程度,考察热力学 能量从有效到无效状态的转化 从较高集中程度向较低集中程度的转化 从有序状态向无序状态的转变,熵的概念使热力学第二定律超出于热力学被推广到更加广泛的领域。 熵理论在物理学中第一次真正触及到自然界发展的不可逆性问题,熵理论运用于整个宇宙，提出以熵理论为基础的宇宙理论。 赫尔姆霍兹提出宇宙热寂说：宇宙不断变冷（或热），所有有用的能量最后都转化为热，宇宙最终要处于温度均匀的状态，所有的自然过程都将停止。 宇宙的热寂相当于永恒的宁静。一旦宇宙达到热寂，宇宙将呈现一幅惨淡的景象,能量在那里还是有的，但它已经丧失了它全部的转化能力，它已经不能迫使宇宙工作，我们将停留在死寂的但可能是温暖的宇宙中。琼斯 在一个非常真实的意义上，我们都是这个在劫难逃的星球上的失事船只中的旅客。-维纳,生物进化论的演化方向： 从简单到复杂 对热力学第二定律与生物进化论的矛盾的解决,麦克斯韦妖的提出试图解决两者的矛盾,齐拉德证明妖是一个有智力的存在物，妖的能力的获得涉及信息的交换、传递和熵的变化提出负熵 的概念 薛定谔：一个开放系统，能够不断的从外界获得并积累能量，即能产生负熵。有机体如此,dS=deS+diS式中，deS称熵流，可为正，也可为负，也可为零，diS是内部的熵产生，这部分绝对不会为负，即diS0。 孤立系统 des0，dsdis0，熵增 封闭系统 des0，ds0，熵增 开放系统 des0，且desdis，则ds0 熵减,耗散结构理论,在自然界中进化和退化这两种演化方向都存在它们都具有一定的普遍性，但都不是唯一普适的现象。,3 进化和退化的统一性 进化与退化相互包含 以进化为主的过程往往内在地包含着退化。同样，以退化为主的过程也常常内在地包含着进化。 进化与退化同存共生 进化与退化常常是同时存在和同步发生的。它们往往是一个过程的两个方面。 进化与退化的相互交替 进化与退化往往是交替进行相互转化的。进化过程在一定条件下会转入退化。退化过程在一定条件下也可以转入进化。,世界图景的多元格局,无时间性图景,有时间性图景,向高熵发展,向低熵发展,近代形而上学自然观极力把自然界描述为一架机器，靠“第一次推动”开始运转，其发生和发展的根据和动力都是在外部，没有外来动力它根本不会发生变化。如果自然界的演化是他组织的，如果自然界的各种物质系统的形成是外界强加给自然界的，那就必然会追溯到“全知全能的上帝”，乞灵于神明的主宰了。而辩证唯物主义自然观则认为，自然界的演化是“自己运动”的结果，是事物的自身矛盾的表现，自组织性是自然界各种演化过程的本质属性。正是在这一点上，两种演化观形成了明显的分野。,（三） 自然演化的自组织机制 非平衡自组织理论关于系统走向有序即系统形成有序结构的根据和条件的论述，对于理解一般进化的条件是极有意义的 耗散结构理论,形成的条件 (1)系统处于远离平衡的状态。 (2)系统必须是一个开放系统，即系统内外环境之间要有物质、能量、信息的交换与流通，并且必须使系统从外部输入的负熵流绝对值大于系统内部的熵产生，从而使系统的熵逐步减小 （3）形成有序结构的各要素之间存在着非线性的相互作用。,这种相互作用使各要素间产生 l 相干效应与协调动作，从而可以使系统从杂乱无章变为井然有序。 l 分支效应 使系统产生多个可能的分支 在一个确定参量下，线性方程只有一个特解，非线性方程在一个确定的参量下，可以同时有多个特解，对应于系统的多个定态 l 产生临界效应,(4) 涨落是系统进化的诱因 非线性相互作用使系统演化产生多个可能的分支，面临多向选择，那么，怎样才能完成对不同演化途径的选择，究竟哪一种演化途径才能成为现实？这关键的一步是通过随机的涨落来完成的。 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。 比如流体中液滴的随机运动；原子的受激跃迁和自发辐射；反应物浓度的随机波动等。这些涨落可由系统内部的不规则运动引起，也可由环境不可控的干扰引起。,“涨落导致有序” 涨落所起的作用与系统所处的状态有关。 当系统处于稳定时，涨落还仅仅是一些小的干扰而已，它会由于系统自身的抗干扰能力而逐步衰减，从而使系统回到原来的状态。 但是，如果系统处于远离平衡的不稳定态，即在临界点附近，微小的涨落才会得以放大，变成具有宏观尺度的“巨涨落”，从而使系统一下子跃迁到一个新的有序状态，这就是“涨落导致有序”的情况。,“涨落导致有序”的这种作用表明了进化是一个偶然性与必然性相互影响的过程。 在靠近临界点的地方，系统呈现出很大的起伏，系统好象在各种可能的演化方向之间“犹豫不决” 。一个小的起伏可以引起一个新的变化，它将剧烈地改变宏观系统的整个行为。,（5） 正反馈推动系统走向有序。负反馈往往会使系统的变化衰减，而正反馈则会使系统的变化被放大和加剧，从而推动系统的质变，加速系统自复制自组织的过程，使要素微观协同产生出宏观秩序。,耗散结构机理图,结构,功能,涨落,非平衡自组织理论的这些成果，对如何一般地理解进化的条件和根据提供了有益启示 系统中的相互作用是系统进化的基本根据 外部获得物质和能量是系统进化的基本条件 内部涨落是系统进化的直接诱因,在与环境的交换中，通过自组织形成耗散结构，即远离平衡的非线性区形成的，并且以能量的耗散来维持自身稳定性的，不以外界的微小扰动而消失的稳定的宏观有序结构。 如贝纳德花纹,耗散结构：,退化是物质系统演化的另一种方向和趋势。系统为什么退化？这同样是所有演化理论应该回答的一个问题。 关于孤立系统的退化，显然可以用熵增规律进行解释。但是，关于开放系统的退化又如何解释呢？当代混沌学、非线性科学等系统科学的研究，为我们了解从有序向无序的转化开启了一个窗口。,通往混沌的道路 一个非线性系统从有序态通往混沌的道路有许多条，目前研究得比较充分的主要有以下三条： （1）倍周期分岔 系统运动变化的周期行为是一种有序状态。但在一定条件下，系统经过周期加倍，会逐步丧失周期行为而进入混沌。,0,N,混 沌 区,（2）阵发混沌 阵发混沌是指系统从有序向混沌转化时，在非平衡非线性的条件下，某些参数的变化达到一定的阈值时，系统就会出现时而有序、时而混沌的随机振荡。有关参数继续变化，整个系统会由阵发混沌进入完全的混沌。阵发混沌是非平衡过程进入混沌的又一条道路。,（3）茹勒泰肯道路 当系统内有不同频率的振荡互相耦合时，系统就会出现新的耦合频率的运动。混沌状态可以看做有无穷多个频率耦合的振动现象，而这无穷多个频率耦拿振现象的出现，并不需要一个数量上的累积叠加。实际过程是，只要系统出现了三个互不相关的频率耦合时，系统就必然形成无穷多个频率的耦合。所谓茹勒泰肯道路，就是指只要系统有三个以上的频率互相耦合时，系统就出现混沌的现象。,（四）自然系统演化的基本方式 1分叉：稳定性和不稳定性 无论进化或退化，都显现为从一种稳定性向另一种稳定性性的运动，新的稳定性是在旧的稳定性失稳，系统瓦解后，重新建立起来的。 2突现：突发性、间断性和不可预测性 分叉理论说明，在演化过程中，从原有的稳定态向新的稳定态过渡，在时间轴上是一个点或一个极小的区域，也就是以突变的方式发生的。 3“内在随机性”：确定性和随机性（必然性和偶然性）,（五）自然界循环发展的无限性 1 恩格斯关于物质永恒循环的思想 量和质两个方面去把握运动转化的守恒性。 2自组织和混沌理论 3现代宇宙学对宇宙未来演化趋势的推断,宇宙热寂说：宇宙不断变冷（或热），所有有用的能量最后都转化为热，宇宙最终要处于温度均匀的状态，所有的自然过程都将停止。,第四讲 生态自然观与可持续发展 一、人和自然关系的历史演变,远古时期人与自然的关系,大约在三、四百万年前，地球上出现了人类。 在旧石器时代，人类在技术方面取得进步非常微小，人类几乎是在完全顺应自然环境变化的情况下生存的。 只是到了距今约4万年前的旧石器时代的晚期，随着不断加速的技术发明，人类才进入到狩猎采集者的社会。 人类已经发明人工取火的方法。,人和自然是原始的协调、低层次的和谐。 对人来说，由于人类对自然的认识只是表层的,只知其然而不知其所以然，所以只能盲目地、动物式地适应自然，屈服于自然，受自然的主宰 只能通过求助于超自然的存在物，求助于魔力，祈求大自然使他们的生活富足起来，由此形成以自然神话宗教和图腾崇拜为表现形式的自然中心主义的拜物观念。 图腾、巫术、神话。,农业文明：人对自然的初步开发,从大约 1 万年前开始的新石器时代早期 , 人类开始进入原始农业阶段。 真正意义上的劳动也就出现了 , 人从动物界中分化、独立出来 , 从事谷物生产和动物饲养。 完成了第一次产业革命。 农业文明的到来 , 是人类发展史上的重大转折 , 它标志着人类历史进入了一个新纪元。,在农业文明阶段 , 人类虽已大规模地向自然界主动索取 , 但人类生 产和消费所使用的资源 , 主要是自然的气候资源、土地资源、生物资源 , 而社会产品也只是农业产品和初级手工加工产品 , 生产与消费中产生的废物仍是自然界可以降解的。 当时人与自然的关系总的来说是和谐的。当然 , 在这一阶段不和谐已初露端倪。 早期玛雅文明的崩溃,工业文明：人类以自然的征服者自居,人类主体性的张扬必然导致人类中心主义,主体和客体分离，同时使人的主体性过度张扬。 海德格尔说，“人把作为整体的对象物的世界置于自身之前，并把自身置于世界之前。人使世界朝向自身，并为自身而生产自然。对于这个生产，我们必须在它的广泛的和多种的方式上去考虑。当自然不合人的想法时，人就整理自然。当人缺乏事物时，人就生产出新事物。当事物干扰人时，人就改造事物。当事物把人从他的意图那里引开时，人就调节事物。当人为了出售和获利而吹嘘事物时，人就展示事物。在多种的生产中，世界成为站立的，并被带入这种状态。开放的东西成为对象，并被转向人。与作为对象的世界相对立，人突出自身，并以蓄意贯彻这一切生产的身份而出现。”,人类中心主义：视人为万物的尺度，并从人的利益来判定一切事物的价值，就对自然的关系来说，它不仅主张和赞成人类对自然的征服，而且主张人类有权根据自身的利益和好恶来随意处置和变更自然。它还进一步主张，人类和文化的每一种进步，都是建立在自然的屈服之上的，必然以自然价值的支付为代价。,综观整个社会发展史，人类对于自然的每一次不合理使用，都导致了自然界报复性的反应。,二、生态危机 所谓“生态危机”，主要是指由于人类不合理的活动，在全球规模或局部区域导致生态系统的结构和功能的损害、生命维持系统的瓦解，从而威胁人类生存和发展的现象。当代社会的“生态危机”主要表现在人口指数增长、自然资源消耗过快、环境污染严重三个方面。,当代世界正面临着三大危机： 人口问题 自然资源 环境问题 由此派生出五个全球性问题：,我国经济发展取得了举世瞩目的成就，GDP增长速度居世界前列，但是不能不看到，在这种连年的高速增长中存在着相当多的隐忧，正面临着来自资源和环境的严重挑战，从长远来看，这样的发展是不可持续的。,三、生态自然观的形成 反思人和自然的关系 100多年前，1878年前后，曾经有一个人写了一本书，在书中这样向人们发出了关于环境问题的警告:“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利，对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎预料的影响，常常把第一个结果又取消了。美索不达米亚、希腊、小亚细亚以及其他当地的居民，为了想得到耕地，把树都砍完了，但是他们做梦也想不到，这些地方今天竟因此而成为不毛之地。”,人与自然的对象性关系 人与自然的关系是一种“对象性的关系”。即在主