3第三章.自然界的存在方式和演化发展.ppt

1 第三章自然界的存在方式和演化发展 2 本章的学习目的与要求 本章主要以辩证唯物主义的思想为指导 用系统科学的理论 观点和方法 根据现代自然科学研究的成果 阐明自然界中各种物质形态的相互关系及其存在方式 分析和论证自然界演化发展的过程及其规律性 通过本章的学习 要求同学们在前一章学习的基础上进一步了解自然界以什么样的方式而存在 了解自然界演化过程 把握自然界演化的规律性 充分认识自然界辩证发展图景 学习目的在于全面加强对辩证唯物主义自然观的内容的正确理解 3 第一节自然界的存在方式一 自然界的物质形态 一 自然界的物质性1 自然界物质的客观实在性和可知性什么是物质 列宁在总结当时自然科学成果的基础上 给物质下一个科学的定义 物质是标志客观实在的哲学范畴 这种客观实在是人通过感觉感知的 它不依赖于我们的感觉而存在 为我们的感觉所复写 摄影 反映 4 1 自然界物质的客观实在性和可知性物质世界的客观实在性和可知性 是辩证唯物主义哲学的最基本的观点 也是整个自然科学研究的大前提和出发点 更是自然科学工作者在科学研究之前应该具有的本体论和认识论的观念预设 爱因斯坦说过 相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界 是一切自然科学的基础 相信世界在本质上是有秩序的和可认识的这一信念 是一切科学工作的基础 5 2 自然界物质形态的多样性和统一性 1 如何理解自然界物质形态的多样性 首先 从非生命界来分析 宇观层面 宏观层面 微观层面其次 从生命界来分析 微生物 植物 动物构成了庞大 复杂的生命系统 再次 从物质聚集状态为标准来分析 把物质形态划分为固态 液态 气态 等离子态和超密态 6 2 如何理解自然界物质形态的统一性 首先 宇宙万物在化学元素上具有统一性其次 宇宙万物在基本粒子上的统一性再次 实物和场两种基本物质形态的统一性 7 3 实物和场两种基本物质形态的统一性 实物是指以间断形式存在的物质形态 包括一切基本粒子 原子 分子 宏观物体 宇观物体和各种生命物质等 场是指以连续形式存在的物质形式 包括电磁场 引力场 介子场 胶子场等 它是实物之间相互作用的传递者 8 实物和场这两种基本物质形态是相互联系 相互转化的 它们的相互联系主要表现在 任何实物粒子都不能离开有关的场而存在 任何场都是某种实物间的相互作用的场 或者说 没有一种实物周围不存在场 也没有一种场不与实物相联系 例如 实物周围都存在引力场 引力场对其它任何实物都有吸引力 带电体周围存在电磁场 带电体之间发生电磁相互作用 核子之间存在介子场 核子之间通过介子场相互作用 例如 被称为基本粒子的电子和正电子相遇时将湮灭而转化为具有波动性的光 即转化为电磁场 9 二 物质实体和物质关系 一 物质实体物质实体是物质世界的组成单元 例如宇观的天体 宏观物体 微观的基本粒子以及生命有机体 细胞 生物大分子 细菌 病毒等都是物质世界的组成单元 都是一种物质实体 10 3 有序关系和无序关系有序关系是指物质实体及其某些特征量有规则的 不均匀的分布所呈现出来的关系 例如 晶体的空间结构表现出良好的秩序 原子或分子在各个晶格子上都是规则地排列着 这就是物质空间分布上的有序关系 所谓无序关系是指物质实体及其某些特征量无规则的 无秩序的 均匀的随机分布所呈现出来的关系 如原子分子的热运动 橡胶中分子混乱排列等等 都是典型的无序关系 11 4 并存关系和相继关系并存关系又称并列 相邻关系 指各种物质实体彼此并列 是一种空间特性的描述 例如 生物体内各种细胞之间的关系 分子中的各种原子的关系等都是并存关系的反映 相继关系是指各种物质实体之间先后相继按一定的顺序出现的关系 是一种时间传性的描述 例如 天体 地球 生物的演化发展过程中各个阶段的联系 物质关系不仅有这些 还有诸如数量关系 因果关系等物质关系 随着我们对自然界的认识 还会有一些新型的物质关系出现 把握物质实体之间的关系对我们的认识物质实体的属性 结构 功能都是十分必要的 12 课堂互动 1 什么的物质 2 怎样理解自然界物质形态的多样性和统一性 3 自然界的物质关系概括起来大体有哪几种 13 三 物质联系的系统方式 一 系统方式的基本特点1 什么是系统 我国著名科学家钱学森曾对系统概念进行过诠释 他认为 系统是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 14 15 系统自然观建立在新物理学革命和系统科学基础之上 为人们描绘出一幅从基本粒子 原子 分子化合物直到人类 从微观领域到宇观天体系统演化的自组织 自我运动 自我创造的辩证的演化发展的自然图景 它最深层次 最基本的内涵 在于它揭示了自然系统不仅存在着 而且演化着 自然系统不仅是确定的 而且会自发地产生不可预测的随机性 自然系统不仅是简单的 线性的 而且是复杂的 非线性的 阐发了自然界是确定性与随机性 简单性与复杂性 线性与非线性的辩证统一的思想 这不仅丰富和发展了辩证唯物主义自然观 更为重要的是 它突破了传统的思维方式 提供了一种探索组织性 复杂性问题的全新的思维方式 系统思维方式 16 2 系统的基本特点 第一 系统由若干要素组成什么是要素 要素是构成系统的最基本的组分和单元 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 17 要素在系统中的构成情况通常有三种 一是不同数量和不同性质的要素构成不同的系统 如星系 恒星 地球 宏观物体 分子 原子系统等 二是相同数量和相同性质的要素组成的不同结构的系统 如甲醇和乙醇都是由c h o三种基本要素构成 但由于二者的化学结构不同 从而形成了不同的性质和功能 三是相同性质的要素仅由于数量的不同 而构成的不同系统 如氧气和臭氧的基本要素都是o 但由于o的数量不同 相对分子质量也不同 因而 两系统的性质和功能就有一定的差异 18 系统与要素的关系 系统与要素既相互区别 又相互联系 自然界的任何物体 不管它属生物界还是非生物界都是由系统和要素组成的 系统和要素是自然界事物的本质属性和存在方式 区别 系统与要素都是对客观物体共有特征的概括和抽象 联系 系统与要素不仅互相区别 而且 互相联系 互相依赖 19 第二 系统具有一定的结构系统的结构是系统中各种要素之间相互联系和关系的总和 结构是系统的普遍属性 没有无结构的系统 也没有离开系统的结构 物质系统的结构可分为空间结构和时间结构 空间结构是指物质系统内部各要素之间 由于相互作用在空间上形成的一种同时态的稳定结构 如细胞结构 生物大分子结构等 时间结构是指一种历时态的变动结构 如耗散结构 生物进化的时间结构 人体疾病发展的各个阶段的时间构成等 20 第三 系统具有一定的功能系统的功能是系统在内部关系和外部关系中所表现出来的特性和能力 例如 消化功能既不是消化道细胞的功能 也不是单个胃的功能 而是在胃液和肝 胰腺的分泌物参加下 在胃壁和肠壁的收缩和小肠吸收被分解食物营养成分的过程中所体现出来的整体功能 21 第四 系统是处在一定的环境之中尽管系统的功能是由系统内部相互联系的要素所决定的 但系统的功能只有在系统与外部环境的相互作用中才能表现出来 系统的环境是指系统存在的外部条件 是系统以外并对系统具有影响或作用的诸因素的集合 例如 医疗设备的各个部件是系统的组成要素 而它所处的空间位置 温度条件 操作人员等 都对设备系统的状态 特性和功能有一定的影响 我们把这些影响因素称为该系统的环境 因此 在一个大系统中 对于某一特定的子系统来说 其它子系统都可以看成是该子系统的环境 22 二 物质系统的类型1 根据人对自然物的参与程度 划分为天然系统 人工系统和复合系统 天然系统是人类尚未干预其自然进程的系统 如宇宙天体 太阳系 原始生物群落 生态系统等 人工系统是指人工制造的各种系统 如机器 交通工具 建筑物 通讯网 生产线 工程技术系统等 复合系统是指人的实践活动已经部分参与其中的系统 即由天然系统和人工系统复合而成的系统 如 农业系统 水力发电系统 森林公园系统等 23 2 根据系统内部发生的实际过程 划分为物理系统 化学系统和生物系统 物理系统是指发生物理学所研究的各种过程的系统 如力学系统 热学系统 电磁系统 光学系统 核系统等 化学系统是指发生化学合成或分解的系统 如聚乙烯 化合物 氧化分解系统等 生物系统是指发生生命过程的系统 如各种植物 动物和微生物系统等 24 3 根据系统与环境的关系 划分为孤立系统 封闭系统和开放系统 孤立系统是指与环境之间没有物质 能量和信息交换的系统 如一个与外界隔绝的热平衡系统 封闭系统是指与环境仅有能量交换而无物质交换的系统 如地球系统就是一个封闭系统 它除了接受太阳辐射能外 几乎不与外界进行物质交换 从宇宙空间落到地球上的流星和尘埃可忽略不计 开放系统是指与环境既有物质交换 又有能量 信息交换的系统 如生物系统 生产系统 交通系统 城市系统 电力系统等 都是开放系统 25 4 根据系统所处的状态 划分为平衡态系统 近平衡态系统和远离平衡态的系统平衡态系统是指内部每一处的温度压力 电磁属性 化学势和化学推动力等都是相同的系统 近平衡态系统是指内部各处的温度 压力等参量有差异 但这种差异只能使线性相互作用表现出来的系统 如矢量合成 远离平衡态系统是指内部各处的温度 压力等参量差异显著 从而使非线性相互作用表现出来的系统 如激光系统 26 5 根据系统内部各要素相互作用的特点 划分为线性系统和非线性系统线性系统是比较简单的系统 它是指系统的输入和输出都满足叠加原理或者说系统内部要素之间的关系是线性的 非线性系统是比较复杂的系统 系统不服从叠加原理 或者说系统中存在着自催化 正反馈之类的非线性相互作用 27 6 根据人们对系统的认识程度 区分为黑系统 白系统和灰系统黑系统是指人们对其内部的要素和结构还一无所知的系统 白系统是指人们对其内部的要素和结构了解得很清楚的系统 灰系统是指人们对其内部的要素和结构的认识若明若暗或有所了解 但还有许多方面需要我们去认识的系统 28 三 系统整体与部分的关系1 整体与部分的相互制约关系一方面 整体由部分组成 整体必须依赖于部分 整体中每一个部分的性质和行为都会影响整体的性质和行为 另一方面 部分是整体中的部分 必然要受到整体的控制和支配 29 2 整体与部分的加和关系加和性是指 一个复合体能够通过把原来分离的要素集合拢来的办法一步一步的建立起来 反之 复合体的特征能够完全分解为各个分离要素的特征 从整体与部分的非加和关系角度来考察系统 系统当然不是加和性的复合体 但加和性关系却客观地存在于系统之中 例如 化学系统的总质量等于反应物 生成物和中间产物质量的加和 力学系统的总能量等于各部分动能和势能的加和 任何一个宏观物体的质量总是它的各部分质量的总和 30 3 整体与部分的非加和关系系统之所以成为系统在于其中存在着非加和关系 这种非加和性表征着新属性的出现 表征着系统与其构成部分之间的质的差异性 非加和原则 即系统整体大于各孤立部分的总和 可以表示为整体 部分 部分 例如 dna分子的自我复制功能 并不是单个核苷酸分子的加和 单个核苷酸分子是没有自我复制的功能 同样 热力学系统的特征是温度也不是单个分子相应属性的加和 单分子是无温度可言的 即使作为人体所具有的能够思维 会说话 并可生产劳动工具的高级动物 其特性 功能和规律也不是各子系统特性 功能和规律的简单加和 31 一般来说 当系统整体新质出现后 其组成部分原有的特性和功能则随之丢失 比如 在水获得了其组成部分氧和氢所没有的常温下是液体的属性后 同时又丧失了其组织元素原的助燃性 氧的性质 和可燃性 氢的性质 总之 整体不等于部分之和 部分组成整体后 会有新质的实现 旧质的消失 32 课堂互动 1 具体说 系统与要素的关系有几种 2 什么是系统 基本特征是什么 3 什么是 非加和原则 举例说明 4 结合医学研究实际说明 非加和 原则 5 把握系统整体与要素 要素与要素之间的区别与联系 对正确认识人体生理 病理过程以及疾病的正确诊断 治疗的意义是什么 33 四 物质系统的层次结构 一 层次结构的基本特点1 什么是物质系统的层次结构 物质系统的层次结构是指若干由要素经相干关系构成的系统 再通过新的相干关系而构成新系统的逐级构成的结构关系 在这种关系中 参与构成的系统称为低层次系统或子系统 构成后的系统称为高层次系统或母系统 34 2 层次结构的主要特点是 1 低层次系统对高层次系统具有构成关系 反过来 高层次系统对低层次系统具有包含关系 在一个系统中 各层次之间如果不具有构成和包含关系 则不属于层次结构关系 例如 地球系统中的地核 地幔 地壳是分层排布的 但不能看成不同层次 因为地壳并不包含地幔 地核 35 2 同一层次的系统间存在着相干关系 同一层次的各种系统 子系统或要素 只有通过相干耦合 彼此约束和选择 协同和放大 才能构成具有特定功能的高一层次的系统 如果同一层次的系统或要素间不存在相干关系而只有单纯的加和关系 则不会在高一层次的系统出现新质 36 二 自然界的基本层次1 非生命界的物质层次非生命界按其质量和空间尺度大小可划分为微观 宏观 宇观三个基本层次 l 微观层次 这一层次又可划分为夸克基本粒子 原子核 原子 分子层次 2 宏观层次 它包括从布朗微粒到地面物体再到行星 卫星等可直感的物质系统 3 宇观层次 它包括恒星 星系 总星系等物质层次 宇观层次的物质系统的运动 可用广义相对论 星系动力学和宇宙学来描述 37 2 生命界的物质层次生命界按其结构和功能特征 可划分为生物大分子 细胞 生物个体 群体和生态系统等层次 1 生物大分子层次 主要指蛋白质和核酸等 2 细胞层次 细胞是生物体形态结构和生命活动的基本单位 3 生物个体层次 其最基本的单元是细胞 4 群体层次 群体又叫种群 是由许多生物个体组成的 具有一定结构和功能的有机整体 5 生态系统层次 生态系统是生物群落及其赖以生活的无机环境 阳光 大气 土壤等 共同组成的物质 能量 信息的转化和循环体系 是生命界的最高层次 38 课堂互动 什么是层次 自然界物体的基本层次有几种 39 第二节自然界的演化发展 一 自然界的历史观1755年 康德 星云说 第一次科学地阐明了太阳系是在时间进程中逐渐生成的东西 1796年 拉普拉斯在 宇宙体系论 一书中 用角动量守恒定律论证了太阳系的起源过程 英国地质学家赖尔提出了的 地质渐变论 将历史演化的观点引进了地质学 德国生物学家施菜登和施旺建立了细胞学说 揭开了一切有机体生长发育历史过程的秘密 英国生物学家达尔文提出了生物进化论 表明了整个自然界的历史性 此外物理学中能量守恒与转化定律的发现 化学中用普通化学方法由无机物合成有机物的成功 都从不同侧面揭示了自然界的历史性 40 恩格斯在总结了19世纪天文学 地质学 生物学 物理学 化学等自然科学巨大成就的基础上 撰写了 自然辩证法 等著作 在该书中他系统概括了自然界历史观的基本观点 其一 关于自然界历史过程的思想 其二 关于历史转化过程的思想 第三 关于联系和过程体系的思想 自然界是由一切相互联系和相互转化的过程构成的系统 41 二 自然界的演化过程尽管科学还没有把自然界演化的所有细节都弄清楚 但根据目前已确认的科学事实和比较公认的假说 可对自然界的演化图景作如下勾画和描述 一 宇宙的起源和演化 二 恒星的起源和演化 三 地球的演化 四 生命的起源和生物的进化 42 一 宇宙的起源和演化 这里所说的宇宙 是狭义上的宇宙 是指人们可以观测到的宇宙 即距地球大约有一百亿光年远的天体系统 有关宇宙起源和演化的假说很多 但能够解释较多事实 获得一定观测事实支持的 则是1948年美国物理学家伽莫夫提出的大爆炸宇宙论 以及由此发展而来的暴胀宇宙论 按照这两个学说 宇宙起源于一个极高温 极高密状态下的 原始火球 约10 35cm 是通过瞬间的大爆炸或暴胀的方式产生的 在宇宙产生的极早期 即宇宙时为10 35秒的瞬间 宇宙经历了按指数规律急剧膨胀的阶段 这个阶段大约持续了10 32秒 使宇宙增大约1050倍 在爆胀阶段结束后 便产生夸克 轻子 玻色子等之类最基础的基本粒子 宇宙增大1050和大量基本粒子的产生是宇宙形成的标志 43 一 宇宙的起源和演化 按照大爆炸宇宙论和暴胀宇宙论的观点 形成后的宇宙的演化 大体经历了以下几个阶段 l 基本粒子形成阶段2 辐射阶段或核合成阶段3 实物阶段 44 二 恒星的起源和演化 根据弥漫说 恒星的演化一般经历了以下四个阶段 幼年期 即引力收缩阶段 成年期 即主序星阶段 中年期 即红巨星阶段 老年期 即高密恒星阶段 45 三 地球的演化 地球是在太阳系形成的过程中诞生的 迄今已有46亿年的历史 大体经历了以下几个阶段的演化过程 1 地球内部圈层的形成和演化2 地球外部圈层的形成和演化3 地壳运动和海陆变迁 46 四 生命的起源和生物的进化 1 生命的起源一般认为 原始生命出现在30亿年前 大致经历了如下阶段 1 从无机分子到有机分子 2 从有机小分子到生物大分子 3 从生物大分子到原始生命 47 2 生物的进化原始生命出现后的生物进化 又经历了从非细胞到细胞 从原核细胞到真核细胞 从单细胞到多细胞 进而分化为植物和动物 在适宜的环境中 植物沿着菌藻植物一苔藓植物和蕨类植物一裸子植物一被子植物的方向进化 动物则沿着从无脊动物一脊椎动物一鱼类一两栖类一爬行类一鸟类一哺乳类的方向进化 大约在距今400万一1000万年前 哺乳动物的灵长类的一个分支 古猿 又分化出了人类 从而产生了自然界最美好的东西 思维着的精神 48 三 自然界演化的不可逆性及方向性 一 自然界演化的不可逆性可逆是指事物的变化过程可以反转 状态可以回归或系统与环境可以同时复原的变化过程 例如 单摆运动 弹簧复原 卡诺循环 天体的运动轨迹等 不可逆变化是指其过程不能反转 状态不能回归 系统与环境不可能同时复原的变化过程 简称不可逆 例如 把两种液体放入到同一容器中 一般都会经过扩散变成某种混合物 从未见过两种均匀混合的液体能自动分开 这种扩散现象就是一种不可逆过程 诸如热传导 热功能转换 辐射 电流 化学反应 生物发育 种系发生 物种进化等都属于不可逆变化过程 49 二 自然界演化的方向性 1 两种对立的演化思想是进化与退化在描述演化世界图景的历史上 曾经产生过两种对立的演化思想 即生物学进化的思想和热力学退化的思想 自然界物质系统演化有两个特定的方向 即进化方向与退化方向 进化 是指由无序到有序 由简单到复杂 从低级到高级不断上升的发展方向 退化 则是指由有序到无序 由复杂到简单 从高级到低级不断退步的下降方向 这两个方向的辩证统一 构成了自然界丰富多彩的演化图景 50 热力学第二定律的熵所表述的物理学演化图景 实质上是从复杂到简单 从不均匀到均匀的一幅退化的自然图景 达尔文的生物进化论和克劳修斯的热力学第二定律 尽管都描述的是自然界物质系统的不可逆过程 但二者所揭示的演化方向并不一致 是两种对立的演化思想 热力学第二定律中的演化方向朝下 趋向于无序状态和随机性 相反 在生物进化论中的演化方向朝上 趋向于在一定结构和功能方面的组织性更高层次 这一矛盾长期困扰着人们 51 德国物理学家克劳修斯则将热力学第二定律推广到宇宙的演化 他认为整个宇宙必然遵循熵增原理 随着熵的不断增大 宇宙中一切机械的 物理的 化学的 生命的等运动形式都将转化为热运动形式 而热又总是自发地由高温部分流向低温部分 直到温度处处相等的热平衡状态 此时宇宙的熵趋于极大值 宇宙一旦达到这一状态 任何进一步热交换都不会发生了 于是宇宙就进入到一个热平衡的死一样寂静的永恒状态 这就是著名的宇宙 热寂说 52 英国物理学家麦克斯韦 德国物理学家普朗克和玻恩则指出 热寂论 是对孤立系统的认识中导出的热力学第二定律不加限制地推广到全宇宙的结果 麦克斯韦和玻尔兹曼还意识到自然界中存在着与熵增加相拮抗的事实 并试图说明这种机制 1944年 德国物理学家薛定谔在 生命是什么 一书中指出 如果有一种机构 它是一个开放系统 能够不断地从外界获得并积累自由能 它就产生 负熵 生命有机体就是这种机构 薛定谔写道 要摆脱死亡 就是说要活着 惟一的办法就是从环境中不断地汲取负熵 并提出 有机体就是以负熵为生的 的著名论断 53 2 普利高津的耗散结构理论科学地解决了生物学和热力学的矛盾普利高津等人通过大量的科学实验及对非平衡自组织理论的探索 认为热力学退化趋势和生物学的进化趋势是受同样的规律支配的 即都受热力学第二定律支配 情况不同的是 热力学着重研究的是孤立系统 而生物学则是一个开放系统 所以 普利高津把薛定愕提出的负熵流引入到生物系统 他认为作为开放系统的生物系统 总是要同周围环境进行物质和能量的交换 即通过吸收负熵流从而使系统由非平衡达到平衡 这种通过耗散物质和能量而使系统走向有序结构的过程 普利高津把它称之为耗散结构理论或非平衡自组织理论 因此 普利高津认为 生物学决不违背热力学第二定律 生物学和热力学共同遵循热力学第二定律 都可以通过系统内部熵的增减的机制给予圆满的解释 54 至此 人们终于搞清楚了进化与退化两个方向之间的矛盾只是表面现象 进化的系统不是封闭系统 宇宙的演化并不指向宇宙热寂状态 自然界的演化 既有进化 也有退化 只有在两极的对立统一之中才能真正把握 55 3 进化与退化的共同特点 自发性特点 进化和退化都是物质系统的自我运动 自我否定 演化是与物质系统的结构改变相联系的 组成物质系统的元素通过自会合 自组织形成特定结构 稳定性重建的特点 物质系统在演化过程中必然要经历原有状态的失稳 才会进人进化或退化的分支 并经过稳定性重建而获得新的结构和功能 离散性特点 56 4 进化与退化的统一性 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往往包含着进化 纯粹的进化或纯粹的退化则是极其罕见的 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 进化与退化相互交替 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人进化 57 课堂互动 如何理解自然界演化的方向性 58 第三节自然界演化的自组织机制 一 自然界的自组织与非线性 一 组织与自组织什么是组织 一个系统的要素按照特定的指令形成特定的结构和功能的过程叫组织 什么是他组织 这个特定的指令 可能来自系统的外部 也可能来自系统的内部 但不论这个特定的指令来自哪里 由此而形成的组织都是一种他组织 例如 某高校科研所全体成员根据校长或所长的指令为了完成某项科研任务而形成的组织就是一种他组织 什么是自组织 如果一个系统的要素是按照内部彼此的相干性 协同性或某种默契而形成特定的结构和功能的过程称之为自组织 59 组织和自组织在形式和状态上没有什么区别 但两者产生的动力和原因不同 1 组织需要人的能动性和目的性去干预和指挥 自组织则是自发组织起来的 没有人为的因素 2 两者的范围也不同 组织的范围一般为人工系统 所形成的组织具有人类活动的烙印 自组织的范围更广泛 它既是理解宇宙星系 地球 生命等自然物质系统起源和演化的钥匙 又是解决达尔文和克劳修斯的矛盾 探索复杂性问题的工具和手段 60 二 系统自组织的条件1 系统必须是开放的 即系统必须与外部环境之间有着物质 能量和信息的交换与流通会进入有序状态 根据系统与环境的关系 可以将系统分为孤立系统 封闭系统和开放系统 孤立系统是一种理想化的系统 它与外界不存在任何物质和能量的交换 封闭系统与外界只有少量的能量交换 没有物质交换开放系统与外界有着大量的物质和能量的交换 研究表明 只有开放系统才能从无序走向有序 61 2 系统必须远离平衡态一个系统是开放的 仅仅意味着它与环境有物质和能量的交换 而这种交换究竟能否成为系统自组织的动力 主要取决于系统所处的状态 当系统处于近平衡态时 系统从环境中引入的负熵流很小 只能使系统的总熵ds略有减少 使系统作微小的偏离运动 出现有序结构的胚芽 不足以使系统进人远离平衡态的状况 因而也就不会出现新的有序结构 只有远离平衡态的开放系统 才能形成耗散结构 出现从无序到有序的变化 62 3 系统内部必须具有非线性机制线性是指量与量之间的正比关系 线性函数在直角坐标系中表现为一条直线 其输入参数和输出参量都满足叠加原理 非线性是指系统的输入和输出叠加原理失效 系统中各子系统之间发生相干效应 耦合或组织起来会在系统整体层次上产生出新质 非线性机制是多因素之间的相互作用 一个系统只有具有非线性机制 才能在相互协调 相干的条件下产生新的特性 结构 功能和新质 使系统不断演进 不断走向新的有序结构 63 4 正反馈负反馈信号往往是减弱系统输入效应的 使系统作趋向于目标值的运动 亦即使系统进入平衡态 最终使系统的变化衰减 正反馈的信号往往是增强系统输入效应的 使系统作远离目标值的运动 亦即使系统的变化放大和加剧 从而推动系统的质变 加速系统的自组织过程 使系统失稳后不会出现无限发散的状态 并且经过稳定性重建 使新出现的有序态得到维持 64 在自组织过程中 正反馈的作用是使系统失稳 产生新的宏观的有序 由正反馈所产生的这种非线性机制 则起着约束的作用 它使系统失稳后不会出现无限发散的状态 并且经过稳定性重建 使新出现的有序态得到维持 65 5 涨落 涨落是指系统在某一时刻的状态量对其平均值的偏离 涨落的特点是随机生灭 或大或小 按其来源 有内涨落和外涨落之分