《自然辩证法》PPT课件.ppt

自然辩证法（科学技术哲学）,授课教师：肖广岭 助 教： 丁大尉 （人文社会科学学院科技与社会研究所）,绪 论,一、什么是自然辩证法（对象、性质和内容） 1、定义：自然辩证法是马克思主义的重要组成部分，其研究对象是自然界发展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在社会发展中的作用。,对自然辩证法认识的发展,自然辩证法通讯*杂志加上一个副标题“关于自然科学的哲学、历史和社会学的综合性、理论性杂志” 2004年以来，自然辩证法通讯杂志又进一步将副标题改名为“关于自然、科学、技术的跨学科研究和多维度透视的综合性学术刊物” 自然辩证法研究杂志加上“自然哲学、科学哲学、技术哲学、科技与社会”的副标题，都反映着这种情况,唯物辩证法：,自然辩证法自然科学自然界 历史唯物论社会科学社会,钱学森的十大“桥梁”,2、自然辩证法的内容（教学内容）：,1）自然观（自然科学的发展与自然观的进化） 2）科学技术方法论 3）科学技术观（科学技术与社会）,3、自然辩证法的主要研究内容：,综合研究（重点为科学、技术、经济、社会、意识之间的转化机制） 自然科学中的哲学问题 自然观研究 科学哲学与科学方法论研究 技术哲学与技术方法论研究 技术科学与工程技术的哲学问题研究 科学技术与社会研究（科技战略、政策、法规和管理等） 科学与文化研究 科学思想史研究 科学技术哲学（自然辩证法）名著与科学技术哲学史研究,二、学习自然辩证法的意义,1、帮助确立马克思主义自然观、科技观和方法论 2、恩格斯：“一个民族想要站在科学的最高峰，就一刻也不能没有理论思维” 3、培养科学精神和科技创新意识,主要参考书和刊物：,1）当代自然辩证法教程，曾国屏等主编，清华大学出版社，2005。 2）自然辩证法参考读物，清华大学出版社，2003 3）自然辩证法概论，教育部社会科学研究与思想政治工作司，高等教育出版社，2004。 4）科学技术哲学导论，刘大椿 著，中国人民大学出版社，2000。 5）自然 科技 社会与辩证法，浙江大学出版社，2002年版 6）自然辩证法研究，中国自然辩证法研究会主办 7）自然辩证法通讯，中国科学院主办,其他参考书,邓小平论科学技术，中国科学院编，科学出版社 论科学技术，江泽民，中央文献出版社 跨世纪科技与社会可持续发展。郑积源，人民出版社 科学的社会视角，李国秀，安徽人民出版社 科学技术与经济发展，尚勇，经济管理出版社 科学能力学引论，赵红洲，科学出版社 科技文明的代价，徐飞 等，山东教育出版社 科学的终结，约翰-霍根，远方出版社,其他参考书（续）,论科学精神，王大珩、于光远主编，中央编译出版社 科技创新的艺术，栾玉广等著，科学出版社 科学方法概览，李建珊等著，科学出版社 自然辩证法在中国，龚育之著，北京大学出版社 中共中央 国务院关于实施科技规划纲要增强自主创新能力的决定 国家中长期科学和技术发展规划纲要 （20062020年）,课程学习方式,课程讲授 课上讨论（每次课一个问题） 网上讨论,考核方式：,平时成绩 20 课程论文 30 期末考试 50 （大约在15周末）,第一篇：自然观（科学技术发展与自然观的演化）,第一章：古代科学技术与朴素的自然观 第一节：古代科学技术 一、原始人的发明： 石器工具；火；弓箭；原始畜牧业和农业生产； 后来：古针缝衣、陶器烧制、房屋建造和木轮车、独木舟的相继发明， 原始末期：冶铜技术（划时代意义） 这些处于萌芽状态的科学技术知识，既是生产经验的积累，又是对自然界的初步认识结果 人类、劳动与创新 肖广岭，论创新性劳动，清华大学学报（哲学社会科学板，2001.4）,二、四大文明古国科学技术：,体脑分工，文字、工具研究手段 4000 B.C.-2000 B.C. 巴比伦、埃及、印度和中国4大文明 古国里程碑意义的科技成果：铁器、金字塔,三、古希腊科学：800 B.C-A.D.200,1、前期：800 B.C.-400 B.C. 主要成就：科学与哲学一体化的自然哲学； 最有价值的成就是留基伯、德谟克利特的原子论 集大成者亚里士多德（承前启后）： 提出完整的世界体系 研究具体问题（通过经验） 著作：物理学、论产生和消亡、天论、气象学、动物的历史、论动物的结构、,2、后期：“希腊化时期”：,自然科学与哲学分化，产生了一些理论学科： 欧氏几何 几何原本 阿基米德物理学：浮力定律、杠杆原理、螺旋提水器、滑车、投石炮、起重机； 托勒密的天文学 盖伦的医学：把医学和解刨学知识系统化,3、5世纪15世纪，欧洲进入中世纪，,这期间阿拉伯人和中华民族对世界科学文化发展做出了不朽的贡献： 阿拉伯：东西方交流的桥梁，保留了许多古希腊科学； 中国：东方科学文化的最杰出代表,四、中国古代科学技术,5世纪15世纪：中国在科学技术上居于世界领先地位 四大学科体系：农、医、天、算 四大发明：指南针、印刷术、火药、造纸术 与古希腊比较：由定律、定理表现的理论自然科学不如古希腊，而实用科学长期处于领先地位 中国古代实用科学：与技术没有分化的一种知识形态。,中国近代科学技术落后的原因：,缺少社会大生产推动 中国传统文化、思维方式和科举制度的缺陷 中国古代实用科学本身的缺陷 ,第二节：古代的自然观和科学方法,一、古代的自然哲学，既是古代科学的一种知识形态，又是古代的自然观学说：探讨自然界本源是一个核心问题 1）泰勒斯：“水是万物之本原”； 阿那克西曼德：“冷、热、湿、干构成万物”； 阿那克西米尼：“气是世界的本原”； 赫拉克利特：“火是万物的本原”（列宁称他为“辩证法的奠基人”）。,2）我国的五行说：,金、木、水、火、土相杂形成万物； 阴阳说：“阴阳有序，阴阳失调” 八卦说：天、地、雷、风、水、火、山、泽；天地（乾坤）两卦是自然界一切现象的最初根源。 元气说：“天地合气，万物自生”,二、古代自然观的特点：,从整体上对自然界的本质和规律做直观的考察，勾勒了自然界的总画面，肯定了自然界的物质性和统一性，论述了自然界事物相互联系、相互作用的辩证法，提出了对立面的统一和斗争是世界万物发展变化的内在原因。,局限性：,质朴性：把自然界统一为具体事物； 思辨性：圆圈式的简单循环； 猜测性：有启发性，但幼稚，有神秘色彩 所以称为“朴素的自然观”（与当时的科学水平相适应）,第二章：近代前期的科学技术与形而上学的自然观,第一节：近代自然科学的产生 一、社会历史环境：,1、十字军东征：,10961291年，东征8次，法、意、德、英等国国王参与了东征； 促成十字军东征的三股力量：城市经济和商人,贵族和骑士,教会 旗号：宗教改革，实质是侵略 东征后果：东西方贸易增加10倍以上；消耗封建和教会势力，刺激资本主义发展,2、地理大发现：,背景： 托勒密的地理学：地球是圆的； 托斯堪内里绘制的地图：中国和印度在大西洋对岸。 1）哥伦布（意）发现新大陆 （思考：与郑和下西洋有何不同）,2）巨大历史意义：,a) 马克思和恩格斯的高度评价： “给新兴资产阶级开辟了新的活动场所。使正在崩溃的封建社会内部的革命因素迅速发展” b) 科学探索精神和科学价值： 劳厄（18791960）在物理学史中说：“我们必须把十五世纪末的伟大的航海发现，首先是哥伦布的发现，作为新的研究精神的起点。”,3、文艺复兴：,1）“十字军东征”欧洲人发现古希腊 2）提倡“以人为中心”，反对“以神为中心” 3）学术空气活跃，破除“信条”，恢复人类理性的权威，培植自由研究精神 4）恩格斯说：这是人类从来没有经历过的最伟大的、进步的变革，是一个产生巨人的时代。,4、宗教改革运动：,1）16世纪，马丁路德（德）领导的宗教改革运动 核心：“信仰可以获救”、“廉价教会” 2）加尔文教：人实现上帝使命，提倡私有财产，发家致富光荣 3）宗教改革与科学革命的关系： 同路关系：资反封与科反神， 又势不两立：新教和旧教一样，迫害科学家，“布鲁诺” 英 布鲁克科学与宗教（复旦大学出版社）,4）马克思：,近代自然科学就是在这场普遍革命中产生和发展的，它必然会受到这个时代革命精神的影响，而且它本身就是彻底革命的。,二、哥白尼的太阳中心说,1、毕德哥拉斯的地动说 （约580500 B.C.） 恩格斯：“关于地球运动的第一个推测” 2、阿里斯塔克第一次提出日心说（310 B.C.230 B.C.） 测算：地球直径是月亮的3倍，太阳直径是地球直径的67倍 ，是其理论的出发点（还需要两个假定：小的围着大的转；匀速圆周运动） 解释视差：极远 未被接受,3、托勒密的地心体系,1）柏拉图和亚里士多德的同心球 2）阿波罗尼斯的本伦均伦体系（262 B.C.190 B.C.） 3）喜帕恰斯的偏心球（190 B.C.125 B.C.） 4）托勒密集地心体系之大成（A.D. 100170）,4、哥白尼的日心说（14731543）,1）简历：在意大利学习10年， 1499年成为罗马大学教授 关于地动的学说触动其好奇心，开始改进计算方法， 后打破地心说，到波兰乡村当牧师，1543年5月24日出版天体运行论，去世。,2）伟大意义：,天体运行论是自然科学宣布其独立的革命行为，是近代革命的先声。 a）反对宗教神学：反对被宗教化了的“托勒密体系” b）反对神云亦云，人云亦云：为自然科学发展开辟了道路 c）对宇宙观、自然观的进步有重要意义,3）哥白尼为什么能提出太阳中心说？,古希腊科学的种子 普遍革命的社会历史环境 思考：近代自然科学为什么没有在中国产生或李约瑟难题,第二节 牛顿力学的诞生和形而上学自然观的形成,一、开普勒天体运行三定律： 1、幼年家贫，想当牧师， 酷爱数学，认为上帝 一定用数学设计宇宙。 2、接触到哥白尼体系后，为它 的数学简单性与和谐性而感动。 “我从灵魂深处证明它是真实的，我以难以相信的欢乐心情欣赏它的美。”,三次探索：,第一次：发表神秘的宇宙结构 六、四、十二、二十、八土、木、火、地、金、水 1600年：成为第谷的助手，经验与理性结合 第二次：发现轨道定律和面积定律 选定火星为研究中心， 无论怎样调整偏心圆，还差8弧分（0.133度） “就凭这8弧分的差异，便引起了天文学的全部革新。” 第三次：周期定律：T2R3,3、开普勒的自然观和认识论：,一方面深信宇宙的数学和谐，天体音乐； 另一方面尊重事实。,4、伟大意义：,继承发展了日心说，为牛顿力学奠定了基础； 放弃正圆轨道，也背弃了教会的信条； 认识自然规律的信念。,二、伽利略：,1、发现： 单摆运动（教堂） 自由落体运动（思想实验，比萨斜塔实验） 惯性定律 （思想实验，斜坡实验，受控实验） 抛物运动理论 发明高倍数望远镜，支持日心说。 发表哥白尼与托勒密两大体系的对话,2、伟大意义：,1）以实践和榜样确立实验科学的地位，成为近代科学之父， 特点：受控实验，思想实验，实验与数学相结合； 2）通过用望远镜，支持哥白尼日心说，发现木星卫星、太阳黑子， 月球表面山谷； 3）打破对亚里士多德的迷信,缺陷：,伽利略不理解开普勒工作的意义， 天上和地上不能结合， 这个工作留给牛顿去解决。,三、牛顿力学和机械自然观,1、牛顿是四“大家”于一身。 恩格斯：“牛顿由于发现了万有引力定律而建立了科学的天 文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。”,牛顿的力学思想和机械论：,外加力外因论 只改变速度和位置，不改变质量只有量变，没有质变 力学定律对物体无论质量与速度大小都适用机械论：机械力学解释一切 力学的精确预言单一决定论， 物质特性：惯性、广延性、不可入性、坚实性与机械原子论适应。 所以，机械论的出现不可避免。,4、牛顿的绝对时空观：,优点：抽象，时空和运动，可取； 缺点：时空绝对，与物质及运动无关不可取,5、牛顿的神学观：存在全能的上帝,论据：太阳系的巧妙安排； 行星的横向推动力； 动物的巧妙构造； 上帝精通力学和几何学，具有光学知识，声学技巧。 可见：机械唯物论不是彻底的唯物论,四、第一次技术革命,发端于英国，而后遍及欧洲， 以纺织机械的的革新为起点，以蒸汽机发明为标志； 特点：科学革命与技术革命平行（有相互影响）发展。,五、形而上学自然观的形成,特点： 自然界绝对不变，自然界的一切从来如此，并将 永远如此；万事万物只是在时间上彼此并列着， 没有时间上的历史发展。 原因： 蒸汽机械生产和机械力学； 分门别类、孤立静止的研究方法，形而上学的思维方式。 所以，形而上学自然观有其历史必然性。,恩格斯：,“形而上学的思维方式，虽然在相当广泛的、各依对象的性质而大小不同的领域中是正当的，甚至必要的，可是它每一次都迟早要达到一个界限，一超过这个界限，它就要成为片面的、狭隘的、抽象的，并且陷入不可解决的矛盾，因为它看到一个一个的事物，忘了它们的相互联系；看到它们的存在，忘了它们的产生和消失；看到它们的静止，忘了它们的运动；因为它只见树木，不见森林”。,第三章：近代后期科学技术与自然辩证法的创立,1）主要部门由搜集材料为主转化为整理材料为主的理论综合； 2）电磁理论引起第二次技术革命； 3）自然科学在形而上学的自然观上打开一个个缺口，导致自然辩证法的诞生，及自然观、科技观和方法论变革,第一节：自然科学的全面发展,一、康德拉普拉斯的星云说 1）康德星云说： 1755年，31岁的康德匿名出版了自然通史 和天体论根据牛顿力学定理试论整个宇宙的结构及其力学起源 2）拉普拉斯星云说： 1796年出版宇宙体系论： 3）星云说的意义： “在僵化的自然观上打开了第一个缺口。”,二、地质渐变论,赖尔发表地质学原理 用地质过 程（风、雨、河流、潮汐，地震）解释地球表面的变化； “渐变论”在僵化的自然观上打开了第二个缺口。 恩格斯的评价： “只是赖尔才第一次把理性带到地质学中， 因为它以地球的缓慢变化的渐进作用，代替了造物主的一时兴发所引起的突然革命。”,三、能量守恒定律,1、背景：多种能量形式的转化： 机械能、热能、化学能、电能 2、做出发现的几个重要人物： 卡诺、迈尔、焦耳、 赫尔姆霍茨 3、伟大意义： 自然界运动多样性的统一， 在形而上学自然观上又打开了一个缺口，恩格斯：“伟大运动的基本定律”。,四、原子分子论的建立,1）道尔顿创立原子论（1803）： 把质量守恒、当量定律等与物质由原子组成的观念联系起来； 原子论基本点：物质由不可再分的原子组成；原子量；复杂原子（化合物） 与古代原子论和牛顿原子论的区别： 原子量和化学符号,2）分子论的形成：,阿佛加德罗提出分子假说（1811）： 化学反应是分子重新组合 相同体积的不同气体有相同的分子数 没有被采纳，后出现混乱：OH：H2O，H2O2， CH：有机物 康尼查罗（1860）重申分子论，被接受,原子分子论的意义：,原子：重要综合，化学的中心（恩格斯评语） 分子：巩固了原子论，有利于结构理论发展 原子分子论在物质结构方面的统一性（自然界）,五、门捷列夫发现元素周期律（1869）,1）背景： 原子量测定的日趋精确； 原子价的建立； 元素发现量的积累： 电解方法（戴维电解出钾钠钙钡锶镁等）， 光谱分析法（铯铷铊铟等） 1800年27种，1860s年63种 理论准备：迈尔的“六元素表”（1864）；钮兰兹的“八音律”（1865）,2）门捷列夫的发现：,用量与质的关系修改原子量： 铀116240，共修改15种元素 大胆空格： “类铝” 镓， 1875年（法）布瓦博德朗 修改比重：4.75.96.0 “类硼” 钪； “类硅” 锗,3）重要意义：,指导科学发现： 24年发现20种新元素 对研究原子结构，合金制造，催化剂选择， 天体起源有意义； 揭示自然界的辩证规律； 恩格斯： “门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学史上的一个勋业。这个勋业可以和勒维列计量尚未知道的行星海王星轨道的勋业居于相同的地位 ”,六、细胞学说,细胞学说的提出：1838年施莱登发现植物细胞，1839年施旺发现动物细胞 重要意义：把动植物在细胞水平上统一起来，自然界的物质统一性,七、生物进化论：,达尔文的学生时代： 喜欢动植物标本， 放弃医学，改学教会学 随贝格尔号航行：5年航行改变了观念 生物进化观的形成： 生物由共同的祖先进化而来，但机制不清 人工选择会产生新种，（受中国的启发） 自然选择：适者生存（海岛鸟的特点），生存斗争，进化动力 （受马尔萨斯人口论启发）,围绕进化论的斗争：,焦点：打击宗教神学 赫胥黎和海克尔 （1999年8月美国肯萨斯州教育理事会决定把生物进化论从该州的课程表中驱逐出去。）,人类起源于非洲说（最新假说）,“拉登和布什有亲戚关系吗？如果你相信韦尔斯在过去10年发现的遍布世界的基因证据，所有的人都出自一个6万年前的非洲祖先的话，就当然有！”人类史前出非洲记 地球文明之源的DNA解码 随着距非洲距离越来越长，遗传多样性的衰退程度，正好沿着人类早期迁徙的路线慢慢增大，如果人类起源于不同地区的话，就不可能有这样严格的规律。 （通过对染色体的研究，能较为直接地揭示人类起源和演化的过程）,伟大意义：,生物学革命，不仅对整个科学，而且对哲学有深远影响，破除创世说； 马克思学说的“自然史基础”和“自然科学根源” 恩格斯：唯物史观与进化论相比。,第二节：自然辩证法的创立,一、自然观和科学方法论的进展 1、自然科学的发展在形而上学的自然观上打开了一个个缺口， 1）生动地显示了自然界是相互联系、发展变化的关系： 星云说、渐变论、能量守恒与转化定律元素周期律、进化论 2）找到了事物千差万别，但又相互联系、相互转化的物质基础 原子分子论、细胞 这些揭示了自然界的辩证图景。,2、科学方法论的进展：,1）观察、实验和数学等传统方法提高到一个新水平 2）发展出整理经验材料的新方法， 如，比较方法（达尔文）、历史方法（赖尔）、假说方法（门捷列夫、道尔顿、康德） 总之，19世纪，自然观和方法论的进展为辩证自然观和自然辩证法的建立奠定了基础。,二、德国古典哲学中辩证自然观的出现,1、康德以吸引和排斥来解释星云说，把历史主义带进了自然科学。 2、黑格尔在唯心主义范围内对当时的自然科学成就作了全面概括： 提出辩证法三规律和一些范畴，归纳与演绎、分析与综合、具体与抽象、历史与逻辑的辩证统一。,自然哲学把自然界分为：,力学： 吸引与排斥 （空间总是充实的空间，事物本身是时间性的， 空间和时间从属于运动。 物理学：批判热质说，电与磁相互转化，光的连续性间断 有机学：地质有机植物有机体动物有机体 “头足倒立”的辩证法,三、自然辩证法的诞生：,马克思和恩格斯总结和概括自然科学成果，批判吸收了前人的辩证法，创立自然辩证法 自然辩证法著作是自然辩证法诞生的标志。,1、论证了辩证唯物主义自然观取代形而上学自然观的历史必然性 2、确立了新的自然观的主要内容和辩证法的若干范畴： 从星体到微粒，有无穷层次 时间、空间、运动与物质的关系 把运动归结为：机械运动、物理运动、化学运动、生物运动，这些运动形式相互转化。,3、总结了自然科学发展的规律性： 科学、技术和生产的关系； 科学与哲学的关系； 理论思维的重要性； 科学发展的几何规律； 人、自然、技术、社会协调发展；,4、科学预见： 原子可分、电运动的物质承担者、 边缘学科是发展方向： 恩格斯：“在分子科学和原子科学的接触点上（物理学家和化学家）双方都宣称与己无关，但是恰恰就在这一点上可望取得最大成果”，预示了物理化学的出现。 “化学进入到有机生命的领域，而且它已经足以使我们确信：它独自就可以给我们说明向有机体的辩证转化”, 即生物化学将出现。,第四章：现代科学技术与自然辩证法的发展,第一节：物理学革命及自然观发展 一、量子力学的建立： 黑体辐射问题（光谱只与温度有关），是开尔文的“一朵乌云”，导致量子力学的出现。,1、普朗克的能量子假说：,1）1896（德）维恩的经验公式：P(v)=BV3e-AV/T 根据热力学导出，把光作为粒子（类似分子），在短波段与实验符合，长波段与实验不符合。 2）1900（英）瑞利金斯公式：P(v)= 根据经典电动力学、统计物理导出，把光作为波的汇集，长波段符合，短波段出现“紫外灾难”。,3）1900（德）普朗克公式：P(v)=,用内插法获得，长波和短波段 都符合，很快证实。 普朗克的理论说明：能量是不连续的，一份一份的，即能量子。 4）量子概念的意义： 人类认识史上的一次革命； 普朗克的态度：“孤注一掷的行动”,2、爱因斯坦的光量子假说（1905）：,把能量子用于对光的解释，提出光量子， 和波粒二项性： 对于统计的平均现象，光表现为波动； 对于瞬时的涨落现象，光表现为粒子。 解释：光电效应：hv=1/2mv2+A,3、卢瑟福的原子有核模型和玻尔的原子结构理论,1）卢瑟福的原子有核模型： 根据a粒子轰击铝箔散射实验推出 2）玻尔原子结构理论： 把普朗克的能量子假说引入有核模型， 提出定态、能级和跃迁概念，量子力学发展的里程碑 特点：经典理论与量子理论的混合物（半径、轨道），只能解释氢原子。 玻尔的成功在于科学前沿三方面（能量子假说、“行星”模型和光谱学成果）的结合。,4、德布洛意（法）的物质波（不是机械波和电磁波）,1）用类比的方法提出物质波假说： 光学：波动性：费尔马原理，有粒子性 力学：粒子性：莫伯图原理，应该有波动性，即物质波 1927年证实：戴维逊、革末、G.P.汤姆逊实验 1929年获诺贝尔奖 2）意义：概念极为深刻，表达极为简单；,5、量子力学的建立：建立在物质波的基础上,1）海森堡的矩阵力学：抛弃电子轨道，以可观察量（如原子发光的频率和强度）之间的关系为依据，用“对应原理” 2）薛定谔的波动力学：受物质波的启发： 通常力学：波动力学几何光学：波动光学 用波函数描写微观粒子的波动性波动力学 后来证明矩阵力学与波动力学本质相同，称其为量子力学,3）如何理解量子力学的“波”？,a）玻恩的“统计解释”：“几率波”： 波函数在某一点的强度同在该点找到粒子的几率成正比。 b）海森堡的“测不准关系”： “h”在宏观世界可忽略，在微观世界不可忽略。,6、量子力学中的哲学争论：,1）玻尔的“互补原理” 从哲学上解释测不准关系、波粒二象性。 认为：在描写量子现象时，一些经典概念的使用将排斥另一些经典概念，而另一些经典概念在另一种情况下却是描述现象所必须的，即互斥有互补。 例如：粒子（实体）和波（场）：一种实验表现为粒子性，另一种实验表现为波动性同一实验不能粒子和波兼得,玻尔主张：,测量效应：仪器与粒子的相互作用测不准统计性， 能描述单个体系（而不是单个粒子）的状态的理论，就是完备的理论。 物理学应该描述“观察到的物理实在”，而不是不受干扰的物理实在； 应该用统计决定论，而不是传统的单值决定论；,2）爱因斯坦认为量子力学不完备,主张： 不受干扰的物理实在； 完备的理论不仅能说明经验，而且要对单个过程作出决定论描述，统计性理论是不完备的。,3）如何看待玻尔与爱因斯坦的争论？,新的实验结果对玻尔有利，现大多数物理学家站在玻尔一边， 新的自然观认为： 自然界统计描述不是人们对自然界无知，或知识不完备造成的过渡状态，而是自然界本质特性的反映。,量子力学的发展,加深了人们对微观世界普遍联系和因果关系的认识，会丰富和发展辩证唯物主义自然观。 问题：主客体是否可分？怎样理解主体、客体、认识与实践的关系？,二、相对论革命 （爱因斯坦，18791955）,有人说：爱因斯坦应该获得五个诺贝尔奖： 分别是：对布朗运动的研究、光量子理论、狭义相对论、质能关系式、广义相对论。 奇迹：前四项完成于1905年3月9月，6个月完成；无名师指导，不在科研单位，业余搞科研，个人研究。 “奥林比亚科学院”（与索洛文和哈比希特）爱因斯坦：“与其说我是物理学家，到不如说我是哲学 家”,1、狭义相对论的创立,1）在迈莫实验和洛伦兹变换基础上， 抛弃静态以太理论，坚持相对性原理的普遍性（世界统一性自然观） 坚信麦克斯韦方程的正确性光速不变 2）如何解决相对性原理与光速不变的矛盾？ 灵感：“对于一个观察者来说是同时发生的两个事件，对另一个观察者，就不一定是同时的。”火车实验，即同时性的相对性。,解决矛盾的关键，把洛伦兹的“当地时间”定义为“时间”。,这样，爱因斯坦从狭义相对性原理和光速不变原理出发，推导出洛伦兹变换，创立狭义相对论。 因此，解决矛盾的关键：发现伽利略变换与光速不变的矛盾，抛弃伽利略变换所体现的绝对时空观。,3）爱因斯坦为什么能创立狭义相对论？,世界统一性自然观的支配：是爱因斯坦创立狭义相对论的关键 世界不是杂乱无章的，而是简单的、和谐的、有规律的； 一些普遍规律和原理的存在是世界统一性的重要表现，找到了这些基本原理和规律就能对自然界加以统一描写。,爱因斯坦说：,“物理学家们的最高使命是要得到哪些普遍的基本定律，由此，世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。” 爱因斯坦在世界统一性思想的支配下， 坚持相对性原理的普遍性，并找到光速不变原理，同时将两者协调起来，创立狭义相对论。,b）逻辑思维和直觉思维相结合：,爱因斯坦从世界统一性理论体系的简单性。 逻辑简单性：“指这个体系所包含的彼此独立的假说或公理最少” 爱因斯坦：“逻辑上简单的东西，当然不一定是物理上真实的东西，但是，物理上真实的东西一定是逻辑上简单的，也就是说，它在基础上具有统一性。” 狭义相对论体现了逻辑简单性的要求 它从两个基本原理出发，演绎出洛伦兹变换，再演绎出一系列推论。,狭义相对论的两个基本原理是怎么建立的？,爱因斯坦：“要通向这些定律，没有逻辑的道路，只有通过那种以对经验的共鸣和理解为依据的直觉才能得到这些定律。” 爱因斯坦：“一般可以这样说：从特殊到一般的道路是直觉的，而从一般到特殊的道路则是逻辑的。” 狭义相对论的两个基本原理就是根据经验事实，通过直觉思维建立起来的。,2、广义相对论的建立,1）广义相对论与狭义相对论相比有很大的不同 狭：旧理论与新事实发生矛盾下产生的，条件成熟；没有爱因斯坦，也会创立。 广：当时牛顿引力理论同经验事实没有发生明显的矛盾；虽然，根据牛顿引力理论，水星近日点的近动的总效应是1度3237/百年”，而实际观察值为1度3320”/百年。 相差：43”/百年，微不足道。爱因斯坦认为：当时只有他才能创立广义相对论。,2）广义相对论的产生是爱因斯坦在一种哲学思想的指导下，对狭义相对论的推广。,a）“狭”的速度极限与牛顿引力的瞬时超距作用相抵触，由此，有必要对牛顿的引力理论加以改造。 b）但是，更重要的是爱因斯坦把相对性原理推广到非惯性系。 从世界统一性观点看，狭义相对论还是不彻底的，还被局限于惯性系。,c）发现“等效原理”是建立广义相对论的关键。,等效原理：从时空小范围看，一个没有引力场的匀加速运动的坐标系同有引力场的惯性系是等价的。 即：惯性力场引力场 “理想电梯实验”，惯性质量引力质量 有了“等效原理”就可以把相对性原理推广到非惯性系，从而建立广义相对论。 爱因斯坦说：发现“等效原理”是他一生中最愉快的时刻。,d）广义相对论认为：,现实物质存在的空间不是平直的殴氏空间，而是弯曲的黎曼空间。空间弯曲的程度取决于物质的质量及其分布状况，空间曲率就体现为引力场的强度，引力只不过是空间弯曲的“效应”，这样，就取消了牛顿万有引力的假定。,广义相对论还认为：,时空特性取决于物质的分布，越密，越弯曲，引力场越强；由于引力势的高低不同，时钟的快慢也要发生变化。 由此，广义相对论深刻地揭示了时空同物质的统一性惯性。 （爱因斯坦的后半生进行“统一场论”的研究）,相对论意义：,不仅是一次科学革命，而且有重要的哲学意义， 揭示了时间、空间、物质、运动、质量、能量的本质联系，印证和丰富了辩证唯物主义自然观。,第二节：现代宇宙学及自然观发展,宇宙学：从整体的角度来研究宇宙的结构与演化。 一、牛顿宇宙学理论及其困难 牛顿的宇宙图象：无数的天体均匀地布满在无限的空间之中。空间是三维欧氏空间，无论向前向后，向左向右，向上向下，都可以一直延伸下去，没有一个方向有终点。,“光度悖论”和“引力悖论”,a）1832年（德）奥尔波斯提出光度悖论：即白天同黑夜一样亮。 解释：星的数目，亮度 b）1894年（德）塞里格尔提出引力悖论： 每一个星球上的引力的总和将是无限大。这样每个星体都将被扯的粉碎而毁灭。 从这两个悖论说明， 从牛顿理论和宇宙无限这两点出发，不能给出一个的无逻辑矛盾的宇宙模型。,二、相对论宇宙模型的提出：,1、1917年爱因斯坦发表根据相对论对宇宙学所做的考察， 根据广义相对论，并加进了有斥力的“宇宙项”（平生所犯的最大错误），得到一个静态的、有限无界的宇宙模型。 2、1922佛里德曼模型（俄） 他得到了爱因斯坦的场方程的均匀的和各向同性的通解， 即，动态模型，按空间曲率K为正、零、负三种情况，取决于宇宙物质的密度，宇宙或膨胀，或收缩。,三、哈勃定律,1929年发现：河外星系谱线红移与距离之间存在着粗略的正比关系，得出宇宙膨胀论。这是20世纪天文学最重要的发现之一。,四、大爆炸宇宙学的提出,1948年伽莫夫把宇宙膨胀论和基本粒子的运动联系起来，把宇宙起源和元素起源联系起来，提出热大爆炸宇宙学， 认为宇宙有一段由密到稀，由热到冷的演化史。 预言：宇宙遗留下来的微波辐射背景温度为5度K。,五、3度K微波背景辐射的发现,1964年贝尔实验室的彭齐斯和威尔逊意外地发现， 这一发现最有力地支持了热大爆炸理论， 1978年两人获得诺贝尔奖。,六、霍金的宇宙学,广义相对论自身不能回答宇宙学的核心问题，为何宇宙如此这般。 如果广义相对论和量子论相合并，就可能预言宇宙是如何起始的。它开始以不断增大的速率膨胀。在这个称作暴胀的时期，微小的起伏会发展，导致星系、恒星以及宇宙中所有其他结构的形成。对宇宙微波背景中的小的非均匀性的观测，完全证实了预言的性质。 这样，我们似乎正朝着理解宇宙起源的正确方向前进，尽管还有许多工作要做。当我们通过精密测量空间航空器之间距离，进而能够检测到引力波，就会打开极早期宇宙的新窗口。,霍金的宇宙学（续）,尽管我们已经取得了一些伟大成功，并非一切都已解决。我们观察到，宇宙的膨胀在长期的变缓之后，再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解，对宇宙的未来还无法确定。 它会继续地无限地膨胀下去吗？暴胀是一个自然定律吗？或者宇宙最终会再次坍缩吗？新的观测结果，理论的进步正迅速涌来。宇宙学是一个非常激动人心和活跃的学科。,第三节 系统科学及自然观发展,系统科学20世纪40年代后发展起来 这是一个学科群，这类科学不像物理、化学等等，以具体的领域为研究对象，而是以抽象的系统及其演化为研究对象（中科院的系统所在数学院） 其发展可以分为三个阶段,一、一般系统论、控制论和信息论,一般系统论：奥地利贝塔朗菲1935年提出概念，1945给予理论阐述 控制论：美国维纳1948年创立 信息论：美国香农等1948年创立,新的观点和内容,一般系统论：提出了系统、元素、结构、功能、系统环境等最基本的系统概念，提出了系统的研究方法和原则 控制论研究了系统控制的方式、信息流向等重要问题和自动控制等实用问题，特别是反馈控制 信息论研究通信系统和其他系统内外的信息产生、演化、存储和传递及其作用,系统学科引起的变化,系统科学的出现，让人们看到了一种新的科学形态，它着重于整体，侧重于事物中的联系和交互作用，注意系统内外的结构和功能关系。 它是整体论的新复活。当然，这类系统科学侧重点仍然是存在的系统，静态的系统，人造的系统。,二、6070年代新的系统科学,耗散结构理论，由比利时科学家普里戈金（I. Prigogine）于1969年创立，提出系统在一定外部条件下，在物质、能量外部输入达到一定阈值时，系统突然自发地从无序走向有序，形成有序结构的理论； 协同学，由德国科学家哈肯（H. Haken）于1969年创立，以竞争、协同和序参量等因子的系统内部相互作用解释系统动力学的理论。 超循环论，由艾根（M. Eigen）于1979年创立，以分子之间的关联形成循环链条的方式如何进化成为大分子的理论。 突变论，由法国数学家托姆（R. Thom）于1972年创立，在数学的拓扑理论上提出了各种突变形式的理论。,从系统的存在到系统的演化,按照耗散结构理论创始人普里戈金的观点，这类系统科学与前类系统科学的不同之处主要在于，它们研究的侧重点是系统的演化，而前类系统科学侧重点是系统的存在。 我们据此把它们称为“自组织系统科学” 例如，耗散结构理论研究了系统从无序到有序的演化条件； 协同学理论研究了系统组织化过程的动力； 突变论理论研究了系统演化的途径； 超循环理论研究了系统演化的超循环组织方式。 这些新系统理论共同地、不同侧面地勾画了系统从存在到演化的有序过程。,三、80年代以后系统科学的新理论,混沌理论，有一大群创始人，其中最重要的是气象学家罗仑兹、生物学家梅、数学家约克、李天岩、费根鲍姆等，约在20世纪7080年代创立，该理论提出了混沌现象，初值敏感性、确定性中类随机性问题，等等。 分形理论，由曼德布罗特（B. B. Mandelbrot）大约在19671975年之间创立，提出整体与局部的自相似性，事物复杂的空间形态，分数维数，等等。 孤立子理论，有一个连续的发现过程和创立过程，最早可以追溯到1834年发现孤立波现象，1965年出现定义，80年代形成研究热潮，该理论提出平衡结构中突然涌现结构问题。,四、系统学科的新阶段：复杂性科学,系统科学的发展还与非线性科学交叉起来，在计算复杂性理论和复杂系统研究的催生下，产生了人工生命复杂系统、复杂自适应系统、元胞自动机、L系统、遗传算法、复杂网络、人工智能、脑科学上的等复杂性科学研究，提出了诸多的各种复杂性概念。 按照最新的研究成果看，复杂性概念大体上可以区分为三类： 认知意义的复杂性概念，以计算和算法复杂性为代表； 结构多样性复杂性概念，以多样性复杂性概念为代表； 隐喻型复杂性概念，以复杂性思想的类比和应用为基本特征，如混沌边缘、模拟退火、适切景观、报酬递增，等等。 这些概念，描述了世界的复杂性方面，表现了世界的复杂性演化特性和趋势。,五、哲学意义,在哲学上，新的系统科学和复杂性研究提出了一系列新的范畴：如无序与有序；可逆与不可逆；确定性与非确定性；线性与非线性；