自然辩证法学习笔记-中科院刘二中老师.doc

科院刘二中自然辩证法学习笔记Chap 绪论一 什么是自然辩证法？自然辩证法是关于自然界、自然科学发展的普遍规律的科学，是马克思主义自然观和科学技术方法论，由恩格斯首先提出。二 发展过程恩格斯- 列宁- 于光远Chap 自然观一 古代自然观1.中国古代自然观i.五行 金，木，水，火，土；ii.八卦：乾，离，兑，震，巽，坎，艮，坤对应：天，泽，火，雷，风，水，山，地iii.“元气”： 宇宙天地和世界万物都是由“气”构成的。iv.“浑天”v.“宣夜”2. 赫拉特利特：认为火为本源。罗格斯：“一个人不能走进同一条河流”。认识到对立物的同一，转化和斗争；3. 毕达哥拉斯：i.灵魂转世说；ii.数（有理数）即万物；补充：毕达哥拉斯发现了勾股定理之后，其一名弟子提出，等腰直角三角形的斜边与直角边之比，不是有理数。毕达哥拉斯认为该弟子与其哲学观相左，将这名弟子扔进大海杀害。iii.和谐说；4. 诡辩学派，世界即“存在”。存在是永恒的，唯一的，不运动的，不变化的。代表人物：芝诺。二分辨 运动场辩 追龟辩 飞矢辩5. 苏格拉底i.目的论世界之所以如此，是因为“神”有“目的”的安排。为什么世界如此“和谐”？是因为神的特殊安排，不可能是随机的。人无法也不应该研究事物的原因，而应当研究事物的目的，借此领会神的智慧和意志。补充：苏格拉底从研究事物的起源开始，由于当时认知手段的局限性，在遇到困难后，转而向有神论妥协。ii.辩证法 (实际上是辩论法)双方一问一答，互相诘难，使对方陷入矛盾，承认自身的无知，逐步修正意见，从而导致真理。因为过程之痛苦，又被称为“催产术”。6. 柏拉图 （师从苏格拉底）理念说/理念世界 著作：理想国柏拉图：“人的正确思想是从哪里来的？”“为什么人的观念和世界事物一致？”i.存在一个纯粹的理念世界，无任何物质，只有精神；ii.感觉世界的事物，是理念世界的摹本或映像；iii.物质世界后于理念世界，从“善”出发，以理念世界为蓝图，将“混沌(chaos)的泥土”塑造成感觉世界的事物；iv.认知即回忆。人从出生到懂事，是一个回忆理念世界的过程。7. 德谟克里特原子论，古希腊最接近现代科学的论断。一切事物均是由原子和虚空组成的，原子位于虚空之中。原子是运动的，其大小和形状不变。各种原子组成了世界。补充：现代的原子和分子理论由道尔顿阐述8. 亚里士多德 (师从柏拉图，亚历山大皇帝的老师，代表希腊文明的顶点)著作：形而上学i.逻辑学的贡献：矛盾律，一个命题可以是真命题或假命题，但不可能即真又假；排中律，任何正确的思维都有明确性，相互矛盾的判断不能同时为真。同一律，在同一思维过程中，在什么意义上使用该概念，自始至终在这个唯一确定的意义上使用这个概念。防止“偷换概念”。内涵/外延/三段论；并非用单一哲学来解释世界。亚里士多德是严密逻辑学的开创者，也是辩证思维的先驱。对比古代中国由于缺少严密的逻辑学，因此数学较落后。ii.亚里士多德反对“理念说”，因为“理念说”难以解释变化的事物，该点与其老师柏拉图的观点相左。亚里士多德：“吾爱吾师，吾更爱真理。”iii.实体论：所有哲学观念均有其实体；iv.四因说：形式因，质料因，动力因和目的因；v.宇宙观地心说宇宙体系，“以太”概念的提出；vi.生物阶梯论，分为三类：动物，植物和人；二 中世纪神学自然观1. 教父哲学提出者：古罗马圣奥古斯丁，补充：著作有天空之城上帝之城最早阐述了基督教的三位一体思想i.创世说：耶和华创造世界，见旧约.创世纪；ii.原罪说：亚当和夏娃由于在伊甸园偷食禁果，因此人出生就带有“原罪”(sin)；iii.救赎说：追随救世主，信奉上帝，忍受上帝，来世可以得救；iv.来世赏罚说：行善上天堂，作恶下地狱；v.天启说：一切同信仰抵触的都是无用的，一切信仰和真知，都是天启的结果；2. 经院哲学托马斯.阿奎那，上帝存在的五大论证：i.不动之推动者；ii.最终因；iii.自身必然性；iv.真实性等级：事物都是真实的，但真实的等级不一样；(上帝的真实性最高)v.目的因；这五大论证，最终指向上帝的存在。三 机械唯物论的自然观背景：力学和机械技术的发展；伽利略发现摆的等时性。牛顿发现微积分，万有引力，三大定律，自然哲学的数学原理(Philosophies Naturals Principia Mathemetica)，1687机械唯物论：否认一切偶然性，认为一切都是必然的。形而上学的研究方法：暂时分解，简化。如科学问题的局部线性化，对于自然科学研究有重大的意义。但是，形而上学的方法不能作为自然观，只能用于简化的方法，毕竟不准确比没有强。恩格斯认为，即存在必然性，又要承认偶然性。四 辩证唯物主义的自然观第一次产业革命之后，出现了自然科学的三大突破：1. 德国的康德、拉普拉斯，宇宙系统论从“星云”到“星系”的演进；拉普拉斯(法国数学家，天文学家，法国科学院院士)在积分变换、矩阵和概率论方面的贡献，天体力学主要奠基人，天体演化学的创立者，应用数学的先驱2. 维勒，合成尿素，从无机物合成了有机物，打破了“有机物来自生命体”的论点；3. 地质学的突破，掌握了地球形成的规律，“上帝”从自然观中退位；三大发现：1. 动物和植物统一于细胞；2. 不同能量之间的转化；3. 达尔文的生物进化论，使得“上帝”从生物学范围中退位恩格斯：一切僵硬的东西融化了，一切固定的东西消散了，一切被当作永久存在的特殊的东西变成了转瞬即逝的东西，整个自然界被证明是指永恒的流动和循环中运动的。破解芝诺悖论一 追龟辩追龟辩的论点：飞毛腿（阿喀琉斯）永远追不上乌龟。假设阿喀琉斯每秒钟跑10米，乌龟每秒钟爬行1米，二者的初始位置为A0和B0,相距100米，开始时间的t=0。当阿喀琉斯跑到B0位置的时候花了10秒钟，此时乌龟又前进了10米；阿喀琉斯追上这10米的时候，乌龟又前进了1米如此循环，看起来，似乎是阿喀琉斯和乌龟的距离不断缩小，但就是追不上乌龟。这就是有名的芝诺悖论中的“追龟辩”。“追龟辩”的逻辑漏洞在于，它的假定是，无限个数相加必然是无穷大。事实上，学过无穷递缩等比数列求和的同学，都能够看穿这背后的本质。现假设，阿喀琉斯的速度为va，乌龟速度为vb，二者距离为s。由小学数学知识可得，阿喀琉斯追上乌龟所需的总时间而“追龟辩”描述的追击过程是这样的：阿喀琉斯跑到乌龟的位置的时候，耗费的时间是在t0时间里，乌龟前进的距离s1 = vbt0。阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为同理可知，在t1时间里，乌龟前进的距离s2 = vbt1。阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为这样，阿喀琉斯追击乌龟总共所需的时间，是这样一个等比数列的和：将记为，式(5)简化为根据无穷递缩等比数列求和公式得，显然，式(7)和式(1)得出的结果相等。“追龟辩”的迷惑性，从数学上而言，是缺乏适当的数学工具(几何级数、无穷小量的相关知识)，从哲学上而言，是犯了孤立地看问题的错误，缺乏辩证法的方法论。在学习了微积分知识之后，“追龟辩”就不再具有迷惑性了。二 飞矢辩“飞矢辩”的论点是，飞行中的箭，在每一时刻都有其确定的位置，因此，飞行中的箭，在每一个时刻其实都是静止不动的。破解“飞矢辩”需要具备一定的微分学知识。现设箭的位移为S，从发射算起的时间为t，速度为V。我们研究飞矢从时间t到t0的这段飞行过程，由物理学知识可以得到，这一段时间的平均速度记t=t-t0，s=s-s0，式(8)变为当t无限趋近于0的时候，得到的就是瞬时速度：由微分学的知识可得，瞬时速度V为位移量S对世界t的导数。除非箭真的一直不动，否则V是不会为0的。推导到这里，我们已经破解了“飞矢辩”：箭的瞬时位置为S是可以确定的，而V不为0，也就是瞬间速度并不为0。“飞矢辩”的关键所在，是芝诺偷换了一个概念：“瞬时”的位移是一个无穷小量，“瞬时”这个时间段也是一个无穷小量。芝诺认为，两个无穷小量的差就是无穷小，这点是“飞矢辩”的逻辑错误。“飞矢辩”的迷惑性，从数学上而言是缺乏研究无穷小量的工具，从哲学上来说，是犯了静止地看问题的错误。Chap 科学研究方法论一 研究实验方法1. 观察i.什么是观察？获取研究对象自然信息的过程。广义的观察：除了用眼等各种感官，还包括借助各种仪器等。ii.观察的过程阶段1：感官接受事物的信息；阶段2：大脑处理判断信息； 看见了什么？是经过判断后的。iii.观察具有客观性；iv.观察的易谬性；a. 表现；(视错觉)b. 易谬性产生的原因在观察的三个阶段中：Phase 1, 在信息的产生，传播，接受过程中出错；Phase 2, 感觉器官的误判，局限性，错觉；Phase 3, 习惯性印象，粗略错误的认知，或理论的误导；v.人为演示的剖析a. 眼见未必为实错觉，障眼法b. 事实的验证，不等于“解释”的正确未知的理论，科学理论暂时不能解释的方法。c. 表演包含了专业技术忽视专业技术，难以识破专业的表演技术；d. 表演不成功的“托词”最终的借口；vi.“气功”“特异功能”的剖析a. 来历：孙思邈的千金药方“气功”一词，是解放后出现的，文革结束后“科学的春天”，泥沙俱下。国家领导人批示：不提倡，不批判导致“气功”泛滥。b. 气功的效能：中医科学院，张洪林的双盲对比试验证伪。证明是心理暗示，安慰剂效应。2. 实验又是一种观察i.什么是实验？在控制和干预事物的情况下，获取信息。文艺复兴后，人类逐渐掌握了科学的实验方法。ii.实验的特点：a. 析因实验；b. 探索型实验；创造新的条件c. 测量型实验；依靠仪器的，更好的观察，更精密d. 优选实验；用较少的实验代价获取最精确的结果，正交设计使得各因素无关e. 模拟实验3. 观察实验的重要意义观察实验是科学理论的突破口i.突破口引入新条件；ii.科学精神，实事求是，依据第一手的材料，要保证实验数据的真实性，要保证实验是可重复的。“在科学探索之外，还有其他的动力”实验要“公开，公平，公正”。接受质疑和检验，观察易谬性4. 观察实验中的机遇问题i.偶然发现的机遇；ii.捕捉机遇非常重要，有一定的难度；iii.捕捉机遇对科研人员的要求以高歌发明沙丘驻窝火焰稳定器为例。a.留心意外之事；b.抓住意外之事的规律；c.不要遗漏有价值的机遇；d.机遇总是偏爱有准备的头脑；二 归纳和演绎1. 归纳和演绎的定义；i.归纳ii.演绎2. 亚里士多德的归纳演绎方法i.归纳和归纳法a.归纳过程是找原因的过程b.简单枚举法：A1具有性质P；A2具有性质P；A3具有性质P；所有的A均具有性质P。c.直观归纳法：依靠洞察力，在感觉经验资料中看到本质ii.演绎和演绎法a.演绎，依靠解释性原理；b.演绎法：三段论大前提 所有的M是P小前提 所有的S是M M是中项，中项必须周延结论 所有的S是P三段论的关键是在大前提和小前提中，寻找一个中项。3. 亚里士多德对“前提”的科学解释中，对前提的要求：i.前提必须为真必须由各种事实归纳出的真命题；ii.前提是无法证明的如几何公理；举例：欧几里德几何学的三大公理和五大公设iii.前提必须比结论更为人所知；iv.前提必须是结论的原因。4. 归纳法的扩展：i.穆勒五法：求同法，差异法，求同差异法，共变法和剩余法；ii.作图法；iii.相关性分析；三 分析与综合1. 背景伽利略逝世，牛顿诞生，拉瓦锡、胡克和哈雷对自然科学的贡献；2. 牛顿的分析方法在实验和观察的基础上，用归纳法进行论证，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，从普遍原因到最一般的原因3. 牛顿的综合方法假定原因已经找到，并将它们列为原理，再由这些原理解释发生的现象，并用观察和实验，证明这些解释的正确性。4. 牛顿分析综合方法的特点i.从对少数对象深入研究入手，然后在推而广之，“解剖麻雀”；ii.通过观察实验来决定观察结果的取舍，大大提高科研效率；5. 牛顿分析综合方法对原因的要求所有牛顿时代的“自然科学家”，都认为自己是“哲学家”。“除了那些真实的，已经能解释现象的原因之外，不需要更多原因；自然界不做无用之事，因为自然界喜欢简单化，不爱用什么多余的来夸耀自己；对于自然界同一类结果，尽可能归于同一类原因。”四 公理化方法1. 从欧几里德到牛顿毕达哥拉斯的数学体系；托勒密的“地心说”体系；古希腊文化学术成就，在中世纪前传播到了阿拉伯，因此避免了轶失2. 自然科学公理化的条件i.严格明确的基本概念；具有极高的概括性，而且是必不可少的；ii.严格一致的公理和法则；作用力/反作用力，加速度，矢量合成/分解；iii.相应的数学工具；3. 公理化系统的优越性i.形式简明，逻辑性强；ii.数值严格，运算方便；iii.普遍性高；iv.可靠性高；Chap 创造性原理一 历史的回顾从30年代起，考证“牛顿发现万有引力”等，苏美军备竞赛等二 创造及相关研究1.创造什么叫“创造”创造就是产生新颖而且有特殊效果的活动。2.创造性思维人们从事创造时，头脑中的思维活动。3.创造的过程i.发现事实阶段。发现什么事实？a.问题；b.解决问题的优势，所需要的资源；c.是否适合创新解决这个问题寻找合适，能够解决的问题，以及有关的材料ii.发现思想阶段find thoughtiii.发现解决方案阶段很多“发明”都停留在第二阶段，没有进化到现在的阶段。4.创造度，衡量创造的标准某种创造性思维富含创造性的程度i.思维/创造的新颖性和独特性；ii.要解决的问题，应当具有一定的未知性、独特性和不确定性；iii.涉及的问题的难度提出后在多久时间内未解决；iv.解决方案提出的效果最为重要；三 创新能力的相关因素1.创新能力与智力；i.认知能力；ii.记忆力人脑保存和检索已有知识的能力；iii.发散思维思路向多方向发展特征：丰富性，灵活性，新颖性和惊喜性iv.联想，想象与形象思维；v.收敛思维，大大提高了形成方案的效率；vi.评价能力，做出评价决策的能力。随着年龄增长而增加；vii.智商，19世纪中后期出现的概念。同创造力关系正相关，相关系数约0.3；2.创新能力与个性；i.强烈的好奇心和求知欲；ii.独立性与自主精神；iii.批评与怀疑精神；iv.富于冒险精神；v.决心/毅力/责任感；vi.兴趣广泛，知识面宽，富于幽默感幽默与创造性的关系(不能仅限于一个方面优秀，而需要多方面的杰出)以下是不利于创造的个性：viii.从众性，自觉或不自觉与大多数他人保持一致的性格；从众性是可测验的，是人类的天性，是人类群体生活的必要因素。从众性对创造是有阻碍的，创造时需要对从众性进行适当的调节；ix.偏执：指性格的片面和狭隘，判断问题过于片面和极端，没有辨证地，实事求是地看待问题；x.刻板：主要表现为对新变化的抵抗，或对新事物的反感；xi.自私：总是极端为自己打算；创新需要对个性进行自我调节，发挥个性中有利一面的优势，规避个性中不利的一面对创新造成的负面影响。4. 创新能力与年龄、性别；i.年龄，人有智力顶峰和体力顶峰的自然规律；ii.性别，男女心理是有区别的；Chap 技术创新方法一 技术创新的基本过程1.典型过程：技术创新过程的线性模型i.发现目标ii.确定任务iii.寻找方法iv.实验v.确定设计vi.申请专利vii.实施和投产viii.开拓市场例子：自来水笔的发明2.复变过程i.步骤次序可能有变化；ii.各步骤可能反复并行；3.技术创新与一般技术过程的区别i.技术创新的不确定性，难以确定规划；ii.发明创造的突出标志：专利权的获得；iii.新技术需要比旧技术优越，才能称为成功；二 技术创新的目标1.需求是发明之母i.需求比兴趣更重要；ii.大多数的需求来自于市场；iii.需求的可实现性，需求与可能的统一；iv.实现需求的代价和该需求的相称；2.来源之一：幻想与愿望i.幻想成真，例：莱特兄弟发明飞机；ii.不切实的愿望，例：拍立得照相机；3.来源之二：解决问题i.搜罗问题推拉门槽滑带；ii.懒惰带来问题锅炉自动控制；iii.“娇气”的启示船尾外挂马达；4.来源之三：消除缺点i.抓住对手的毛病碳精话筒；ii.愤怒是发明之母密纹唱片；iii.体会顾客心理密封卫生毛巾；iv.挑剔产品细节胶靴透气孔；v.吝啬节约海绵乒乓球拍；三 创新构思的技巧1.创新任务的表述与思路2.观察，分析与联想将观察到的问题存在大脑中。不要忽略意外的机会。例：近视手术的发明3.活用科学技术原理i.掌握技术原理；ii.关注最新前沿技术发展；iii.综合利用多重原理；4.组合法（一般只有少数能够最后成功）i.元件组合；滤波器ii.功能组合；照相手机iii.材料组合；材料组合iv.方法组合；“鸡尾酒”治疗爱滋病v.概念组合；某些玩具组合法的关键：1+12的效果。5.变化法：长短，粗细，大小，材料变功能，变方法6.转换观察问题的角度i.改变用途：治病药-耗子药；ii.逆向思考；iii.移情及换位思考；7.转用法：将A领域中的技术，用在B领域中；8.类比法（仿生法），最著名例子：尼龙粘扣，对“苍耳子”的仿生四 灵感及其捕捉方法1.定义：发散思维中，自由联想产生出来的，具有特殊价值的想法；2.特点：处于头脑的边缘状态而不容易产生，或与大量其他种种可能混杂在一起，没有什么明显特征可以使它被优先考虑到。它正是我们在发明创