第二章+当代自然观第一节自然系统.ppt

第二章当代自然观 自然观 自然观 自然观是人们关于自然界以及人与自然关系的总看法 总观点 当代自然观 是对科技知识进行哲学抽象而形成的观察自然界的基本观点 天然自然和人工自然力图用统一的观点解释自然如何存在 如何演化 内容要点 天然自然和人工自然物质联系的系统方式物质系统的层次结构物质系统的演化 1 自然哲学 古代中国在五行和阴阳学说上有重要的推理 但是没有为了推理而沉湎于抽象的推理 也不具有种类繁多 比较极端的理论 1 自然哲学 阴阳学说核心思想是 宇宙中存在着两种基本因素 即阴和阳 这两种因素之间的相互作用构成了万事万物的结构和相互关系 易经 易有太极 是生两仪 两仪生四象 四象生八卦 1 自然哲学 五行思想 尚书 洪范 把自然界和人体看成是由金 木 水 火 土五种要素相生相克 相互制约而组成的有秩序 有组织的整体 1 自然哲学 古希腊有重要的理论推理 为了理论而沉湎于抽象的推理 同时有种类繁多的 鼓吹极端的见解 2 辩证法 古代中国 对辩证法中的某些辩论技巧和合法性感兴趣 更注意系统和关系 古希腊 对形式逻辑和对论证的纯抽象分析感兴趣 更注意部分和结构 3 哲学科学风格上的总倾向 古代中国更关心社会和价值 更注重实效 更关心可行与被利用的东西 追求圆满 中庸的解释与答案 不大关心基础性的问题 也没有为了理论而追求抽象思维的观念 3 哲学科学风格上的总倾向 古希腊更关心自然和人的认识本身 更专注于基础性问题 有为了理论而追求抽象思维的观念 追求极端 激进的答案 3 哲学科学风格上的总倾向 从公元455年罗马陷落一直到14世纪末文艺复兴开始 是欧洲的封建社会统治时期 在历史上通称中世纪 这个时期 科学 哲学完全沦为神学的婢女 3 哲学科学风格上的总倾向 据不完全统计 中世纪欧洲各国被宗教裁判所判刑和烧死的异教徒有五百万人之多 其中许多人是科学家和宣传唯物主义自然观的人 自然界物质的多样性 1 根据能否自我新陈代谢和遗传变异据此可以把自然界中各种各样的物质形态划分为 非生命世界和生命世界 1 非生命世界 宇观世界中有 星云 行星 恒星 星系 星系团 超星系团 类星体 总星系等不同的物质形态 宏观世界包括 有机物 无机化合物 100多万种 单质等形式 微观领域中有 110多种元素 400多种基本粒子 含两大类 轻子类 包括光子族和轻子族 重子类 包括介子族和重子族 宇观世界 指恒星 星系 星系团 总星系等天体系统广义相对论 星系动力学 宇宙动力学所研究太阳系 一颗恒星 9颗行星 60多颗卫星 几十个小行星及彗星等 银河系 两千多亿颗恒星 太阳只是其中之一 本星系群 银河系 仙女座星系及40多个小星系 本超星系群 本星系群 大熊星系团等 总星系 包括10几个超星系团 宇观世界的科学研究 20世纪 科学的重大进展 发现整个宇宙不断膨胀1929年哈勃星系谱线红移哈勃定律所有星系离我们而去宇宙起源的大爆炸假说 宇宙学标准模型不可逆演化的观点看待宇宙演化 2 生命世界 从生物大分子 细胞 微生物到植物 动物 生物圈更是五彩缤纷 形态万千 目前 人们已发现其存在的动物 含昆虫 就有150多万种 植物30多万种 微生物8 9万种 第一节系统自然观 系统 system 一词 源于古希腊 由两个希腊字组成 表示 站在 一起 standtogether 或 安置 在一起 placetogether 的意思 与偶然堆积的意思相反 表示按一定的关系结合起来的意思 西方传统的系统思想 亚里士多德指出 整体大于部分功能之和 黑格尔 只有作为有机体的一部分 手才能获得它的地位 系统思想 泰勒斯 古希腊第一位哲学家和科学家 泰勒斯认为 万物的本原是水 万物起源于水而又复归于水 现代系统论思想 最早出现的系统科学 老三论 贝塔朗菲 一般系统论维纳 控制论申农 信息论这类系统科学侧重点仍然是存在的 静止的 人造的系统 现代系统科学 新的系统科学 新三论 普里高津 耗散结构理论哈肯 协同学艾肯 超循环理论这类系统科学的侧重点是系统的演化 我们把它们称为 自组织系统科学 一 系统 的概念 要素 结构 功能 环境是完备地规定 系统 概念必不可少的 系统是由若干要素构成的系统各要素之间具有特定的构成性关系 这种关系的总和就是系统的结构系统的功能表现出整体性系统总是一定环境中的系统 系统的规定性 贝塔朗菲 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 的总体 集 钱学森 由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体 系统的规定性 科学地把握系统概念 应当注意以下四个要点 系统是由若干要素组成的 系统 在于 系 系统 还在于 统 系统作为一个整体对环境表现出特定的功能 系统的整体性 系统与要素的关系首先 系统必由要素构成 要素是构成系统的基础 要素的属性影响系统的属性 其次 系统的构成不是各要素的简单相加 而是由要素之间的相干性耦合作用而形成的具有新质的整体 系统的整体性 所谓系统的整体性 是指系统的各个要素按一定的方式构成的有机整体 一方面 系统的性质 功能和规律不同于它的各个组成要素的性质 功能和规律 另一方面 处于系统整体中的组成要素的整体性质 功能和规律 也异于它们在孤立状态时的性质 功能和规律 系统的整体性 系统整体性的实质就是 非加和性 整体性是一切自然系统的普遍属性 组成系统的各个要素不能一一分解成独立的要素 整体大于它的各部分的总和 所谓整体性是指物质系统所具有的不可还原的整体性质 即作为物质系统的整体 出现了它的组成部分所没有的性质或者失去了组成部分所具有的性质 物质系统的 整体 与 堆 有着显著的区别 系统的整体性是系统中整体与部分之间非加和性关系的表征 整体与部分的关系 整体与部分的关系包括 加和性与非加和性关系两种 所谓加和性关系 是指各部分可以用简单相加的办法逐渐建立整体的特性 即整体的特征能够分解为各个要素的特征之和 但由各部分之间的相干性造成的非加和性关系的存在 却使系统出现其组成部分所没有的新属性 使系统与其构成要素之间出现质的差异 系统的结构与功能 1 结构2 功能3 结构与功能的关系 1 结构 所谓结构 是指物质系统内各组成要素之间的内在的联系形式和组织方式 即系统中要素的秩序 关联和相互作用方式 1 结构 结构的多样性分类内部结构空间结构 从时空角度看外部结构时间结构 1 结构 平衡结构 从系统所处状态看非平衡结构对称 从对称性看非对称 2 功能 所谓功能 是指系统在内外相互作用的关系中表现出来的特征和能力 它是系统与环境相互作用状态的表征 是系统表现出来的整体效应 2 功能 注意 系统的功能是多样的 系统的功能必须通过系统与环境的相互作用表现出来 3 结构与功能的关系 系统的结构决定其功能 结构是功能的基础 系统的功能对其结构又有一定的反作用 即功能影响或要求特定结构 3 结构与功能的关系 注意 结构与功能的相互联系与作用是多样的 某种结构的系统 其功能往往是多样的而并非是单一的 究竟哪些功能成为现实 还取决于系统与环境的相互作用 系统性 自然界物质的存在形式 整个自然界中的各种物质客体 从微观粒子到宇宙天体 从生物大分子到整个生物圈 无不以系统的方式存在着 系统是自然界物质存在的普遍形式 首先 自然界就是一个大系统 恩格斯 我们所面对的整个自然界形成一个系统 即各种物质相互联系的总体 其次 自然界一切物质都自成系统 再次 自然界各个物质系统之间相互联系 相互作用 构成不同层次的更大的物质系统 自然系统的普遍性 自然界中的所有物质客体不仅自成系统 而且又互成系统 自然系统的层次划分 按非生命系统和生命系统来划分 非生命系统 夸克 基本粒子 原子核 原子 分子 分子体系 凝聚态物体 卫星 行星 恒星系 星系 总星系生命系统 蛋白质 核酸 生物大分子 细胞 生物组织 器官 生物个体 生物种群 生物群落 生态系统 生物圈 自然系统物质层次的相互关系 低层次是高层次的构成基础 但高层次对低层次起支配调节作用 自然系统的不同层次之间存在着隶属关系 同一层次系统之间存在着相干性关系 2 自然系统物质层次的相互关系 高层次与低层次之间的相互关系 高层次系统的结构 属性和运动形式是从低层次系统及其运动形式经突变而产生出来的 高层次一旦产生 就与低层次有本质的区别 作为高层次系统组成要素的低层次系统与单独存在的低层次系统在性质上有所不同 2 自然系统物质层次的相互关系 由低层次到高层次的结合度呈递减趋势 所谓结合度 是指某一层次物质系统由其低一级层次物质结合在一起的稳定程度 结合度的特点 层次结构的结合能与层次尺度成反比 2 自然系统物质层次的相互关系 意义何在 结合度递减无疑是层级结构得以存在的必要条件 结合度递减意味着上层系统稳定存在的范围较下层系统狭小 3 人类对物质层次认识的不可穷尽性 自然界物质系统的稳定性 物质系统的稳定性是指物质系统在一定环境条件下能够保持某种状态的特性 它体现了物质系统与环境的相互作用关系 依据系统与环境的关系 物质系统可以分为孤立 封闭和开放系统三类 孤立系统 封闭系统 开放系统 孤立系统与环境之间既无物质交换 又无能量交换 封闭系统与环境之间仅有能量交换 而无物质交换 开放系统与环境之间既有物质交换 又有能量交换 1 系统稳定性的衡量标准 系统的稳定性可通过涨落衡量 系统的状态变量对平均值的一定偏离或起伏即涨落 只有经受涨落后能恢复自身状态的物质系统 才有存在的可能 这种对涨落的不变性就是系统的稳定性 2 系统的稳定性与耗散结构 物质系统稳定性的产生和耗散结构的存在是密切相关的 一个远离平衡态的开放系统通过不断与外界交换物质与能量 在外界条件的变化达到一定阈值时 可能从原来的无序混乱状态 转变为一种时空或结构有序的新状态 这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持 并保持一定的稳定性 这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构 称为 耗散结构 耗散结构作为一种时空有序结构 正是在一个自我保持和自我修复的系统中维护各部分之间关系的一种特定构型 因而其存在就标志着系统处于 稳定状态 耗散结构的产生过程也是一种自组织形成的过程 其形成机制在一定程度上反映了系统稳定性产生并得以保持的内在原因 3 系统稳定性的相对性 物质系统的稳定性是相对于一定范