部分自然观与科学发展.ppt

2020 3 27 1 第二讲自然观与科学发展 主讲 魏发辰 2020 3 27 2 2 自然观与科学发展 科学发展的历史水平决定自然观的形态和内容 一定形态的自然观又反过来作为科学认识的范式而在一定历史时期内影响科学的创新与发展 自然科学历史上的每一次革命都会引起自然观的革命和创新 新的自然观有会引起自然科学的进一步创新与发展 认识自然观的发展规律有助于发展自然观的内容 同时又有助于我们选择先进的创新范式 加速科学的创新与发展 2020 3 27 3 自然观与科学发展五个阶段 2 1思辨自然观与前科学的发展 1 2 2机械自然观与第一次科学革命 2 2 3辩证唯物主义自然观与第二次科学革命 3 2 4系统自然观与第三次科学革命 4 1 2 5生态科学与生态自然观 2020 3 27 4 2 1思辨自然观与前科学的发展 2 1 1科学发展的三种形态 知识零散但增长趋势明显 学派林立争论不休 有序和谐的知识系统 潜科学 前科学 科学 2020 3 27 5 2 1 2古代科技与自然观特点 古代科技特点 源于经验 成果零散 方法直观加上猜测 根据个别事实还有错觉 古代科技成就 科学 天文 数学和医学 技术 四大发明和工具体系 古代科技与自然观 古代自然观 注重整体不重细节 以具象说明抽象 个别事物描述世界的一般规律 注意到了世界的运动 变化和矛盾性 同时又有自然崇拜产生的拜神论思想的存在 2020 3 27 6 古代科技成果的最高境界 科学 技术与哲学 1 科学成就 天文学 托勒密地心说数学 欧几里得几何学医学 中国医学厉法 中国阴历纪年 3 哲学成就 中国哲学 易经西方哲学 古希腊米力度学派 亚里斯多德 形而上学 主要原理 物质不灭 物极必反 运动绝对性 变化无限性 时空统一性 无穷大无穷小等等 2 技术成就 中国四大发明阿基米德浮力定律 杠杆原理 以及简单机械和建筑艺术 2020 3 27 7 2 1 3中国古代自然观 一 关于宇宙结构 盖天说 浑天说 宣夜说 浑天说 2020 3 27 8 二 宇宙起源于万物构成 1 金 木 水 火 土为宇宙之本原 约公元前11世纪至前771年 在 国语 郑语 中记有西周末史伯提出的 先王以土与金 木 水 火杂以百物 的思想 这是中国哲学史上关于万物构成的最早论述 2 春秋战国时期 老子 以道为本原 提出 道生一 一生二 二生三 三生万物 人法地 地法天 天法道 道法自然 易传 天地感而万物生 易 系辞传 太极生两仪 两仪生四象 四象生八卦 的宇宙进化图式 庄子 道 太极 生生者不生 即派生一切的那个起点 2020 3 27 9 宇宙起源于万物构成 3 西汉时期董仲舒为代表 天是世界本原 天没有自然外貌 其实质却是有意义的百神之大君 天有目的的安排自然界的秩序 并根据人的行为善恶来降赏罚 唯心 王充为代表 论衡 自然 天地和气 万物自生 即 天是没有意志的 万物的产生完全是自然而然的过程 4 魏 220 265 晋 265 420 隋 581 618 唐 618 917 时期这一时期相继产生了 玄学 和 佛学 玄学以思辨著称 强调逻辑上的本末 而放弃对现实世界的探讨 出现了所谓 贵无派 和 贵有派 或 崇无派 和 崇有派 佛学 现实世界虚幻不真 是由人们的 心 识 所创造 整个世界是由 心 识 变化而来的 空前的主观唯心主义观点 2020 3 27 10 宇宙起源于万物构成 5 唐代中叶 著名思想家柳宗元 刘禹锡的 元气说 天地产生之前只有元气存在 万物的产生是由 天 阴 阳 三种因素联合作用的结果 三者又统一于 元气 刘禹锡主张 有形 为 无形 之本 试图批判玄学和佛学的虚寂之说 6 宋明时期陆九渊 王守仁的所谓心学 宇宙便是我心 我心便是宇宙 主观唯心 张载 万物由气构成 气有两种状态 太虚无形即离散状态 另一种是气的聚集状态 形成有形状的万物 王廷相 气虽无形可见 确是实有之物 口可吸而入 手可摇而得 非虚寂空冥无所索以者 气之总量并不因聚散而变 气之出入于太极者初未尝减也 物质不灭定理 王夫之 道者器之道 器者不可谓道之器 抽象与具体的关系 2020 3 27 11 三 时空观 战国时期 道家 名家 墨家都曾对宇宙或时空给过定义 其共同的观点是 时空统一观 往古来今谓之宙 四方上下谓之宇 四方上下曰宇 往古来今曰宙 墨 经上 中说 久 弥异时也 宇 弥异所也 无穷大和无穷小 至大无外谓之大一 至小无内谓之小一 2020 3 27 12 四 运动观 1 西周时期 易经 中就有 物极必反 无往不复 的论述 辩证运动观 2 战国时期 老子 终而复始 反者道之动 曰 夫物芸芸 各复归其根 归根曰静 静曰复命 复命曰常 指虚静比躁动更为根本 运动着的事物总要回到静止状态 3 庄子运动发展思想 秋水 中说 物之生也 若骤若驰 无动而不变 无事而不移 庄子 天下 簇矢之疾 而有不行不止之时 古希腊哲学家之诺 飞矢不动 4 王夫之的动静观 张子正蒙注 中 动静者 即此阴阳之动静也 解释 动静是不能离开物质而言的 到事物之外寻找动静是错误的 思问录 内片 静者静动非不动 动静皆动也 解 运动是绝对的 静止是相对的 静止是运动的一种形式 2020 3 27 13 五 矛盾观 对立统一观 对立面的统一或互补 普遍存在于自然界之中 这一观点萌芽于西周 并在 易经 中充分展现 北宋张载 一物两体 南宋朱熹 朱子语类 宇宙的发生过程是不断一分为二的过程 只是一分为二 节节如此 以至无穷 皆是一分两尔 又 一中自有对 统言阴阳只是两端 而阴中自分阴阳 阳中也有阴阳 又 凡天下事 一不能化 惟两而后能化 且如一阴一阳 始能化生万物 明清时期 方以智 合二而一 后 王夫之 合二而一与一分为二 包含在一个完整的统一体中 它们也是对立统一的 矛盾对立是推动事物发展的动力 2020 3 27 14 2 1 4西方古代自然观 泰勒斯 古希腊 Thales 前624 前547 的自然观 泰勒斯有名名言 水是万物之本源 万物终归于水 世界本原是水 他否定了神创造一切的观点 开创了从世界本身来认识世界的正确道路 泰勒斯格言就是 水是最好的 泰勒斯是米利都学派的主要代表 米利都学派是希腊最早的唯物主义学派 主要观点是认为自然界不是神创造的 而是永恒运动和发展着的物质 万物的本原不是具有固定性质的东西 物质在运动中不断产生冷与热 干与湿等对立面 因而产生了万物 生物则从水元素中产生 高级动物是由低级动物发展而来 人是由鱼变化而来的 泰勒斯在哲学上后来的主要支持者是德谟克利特等人 2020 3 27 15 阿那克西曼德的自然观 米利都学派的代表人物还有阿那克西曼德 Anaximander 约前610 前510年 和阿那克西米尼 Anaximenes 前550 前475年 等人 他们对米利都学派的理论界都有较大贡献 巴比伦人曾把水 空气和土看成是组成世界的元素 阿那克西曼德又加上了第四种元素 火 并且设想在元素形成之前还有一种原始物质 阿那克西米尼则认为 空气就是原始物质 其他元素都是由空气组成的 2020 3 27 16 赫拉克利特的自然观 他提出火是宇宙万物的本源 宇宙万物都是火的转化形态 他的名言 万物皆流 无物常住 人不能两次走进同一条河流 他说 这个世界对一切存在物都是同一的 它不是任何神所创造的 也不是任何人所创造的 它过去 现在和未来永远是一团永恒的活火 在一定的分寸上燃烧 在一定的分寸上熄灭 又说 火产生一切 一切都复归于火 一切事物都换成火 火也换成一切事物 赫拉克利特这一思想 否定世界上存在超自然的神 而以自然界本身的物质去寻求世界万物的本原 用一种形态的物质来说明千变万化 五彩缤纷的世界 他试图从多样性中寻求统一性的思想 是人类认识史上的一大飞跃 以朴素的方式道出了 世界的统一性在于其物质性 这一深刻的哲学道理 2020 3 27 17 毕达哥拉斯 Pythagoras 572BC 497BC 古希腊数学家 哲学家 他提出了以 数 为万物始基的宇宙观 世界就是一个由数和数的关系构成的和谐系统 每一种事物都是一种数的和谐 数是构成千差万别的事物的根本原因 他说 万物的始基是 一元 从 一元 中产生出 二元 二元 是从属于 一元 的不定的质料 一元 则是原因 从完满的 一元 与不定的 二元 中产生出各种数目 从数目产生出点 从点产生线 从线产生出平面 从平面产生出立体 从立体产生出感觉所及的一切物体 产生出四种元素 水 火 土 空气 这四种元素以各种不同的方式互相转化 于是创造出有生命的 精神的 球形的世界 把 数 作为万物始基 以一种较抽象 较一般的东西 数 来说明 反映了人类抽象思维能力的提高与进步 2020 3 27 18 毕氏提出了 宇宙和谐 的思想 毕氏提出了 宇宙和谐 的思想 数的比例构成宇宙的和谐 而宇宙的和谐支配着整个世界 而和谐是以对立为前提 是对立中的和谐 他提出了十组对立 有限与无限 奇数与偶数 一与多 左与右 阴与阳 静与动 直与曲 明与暗 善与恶 正方与长方 但是 毕氏用数与和谐说明世界时 却把数神秘化 作出许多似是而非甚至是牵强附会的解释 例如 婚姻是五 因为它是奇数与偶数相结合 爱情是八 因为爱情表示和谐 而音乐中 第八度音是和谐的 2020 3 27 19 亚里士多德的自然观 公元前384 322 他认为实体是哲学中最核心的东西 实体应是一切东西的主体或基质 基础 这就是说 实体的首要特征在于它是独立存在的 不依赖于任何其它东西 实体在任何意义上都是第一的 要说明事物的存在 必须在现实事物之内寻求原因 质料因 形式因 动力因 目的因 是事物产生 变化 和发展的四个最基本原因 他的四因说从事物内部寻求事物存在与运动变化的原因 体现了朴素唯物主义和辩证法的因素 这是人类认识发展的一大进步 2020 3 27 20 德谟克利特的自然观 公元前460 前370 留基伯是古希腊爱奥尼亚学派中的著名学者 他首先提出物质构成的原子学说 认为原子是最小的 不可分割的物质粒子 原子之间存在着虚空 无数原子从古以来就存在于虚空之中 既不能创生 也不能毁灭 它们在无限的虚空中运动着构成万物 德谟克利特是留基伯的学生 他继承并发展了留基伯的原子学说 指出宇宙空间中除了原子和虚空之外 什么都没有 原子一直存在于宇宙之中 它们不能被从无中创生 也不能被消灭 任何变化都是它们引起的结合和分离 他对留基伯的学说进行加工和提炼形成了自己的宇宙观 最为著名的是他的原子论用多元和运动来解释宇宙 一切物质都由微粒组成 这种微粒无限小 世上没有比它再小的东西 因此它是不可再分的 原子 这个词本身就是不可再分割的意思 2020 3 27 21 2 1 5中世纪宗教神学自然观 公元五世纪至十五世纪 基督教是当今世界上传播最广 信徒人数最多的宗教 公元一世纪中叶 基督教产生于地中海沿岸的巴勒斯坦 135年从犹太教中分裂出来成为独立的宗教 392年 基督教成为罗马帝国的国教 并逐渐成为中世纪欧洲封建社会的主要精神支柱 1054年 基督教分裂为罗马公教 天主教 和希腊正教 东正教 十六世纪中叶 公教又发生了宗教改革运动 陆续派生出一些脱离罗马公教的新教派 统称 新教 又称 抗罗宗 或 抗议宗 在中国称为 耶稣教 所以 基督教是天主教 东正教和新教三大教派的总称 2020 3 27 22 佛教 公历纪元前后 佛教开始由印度传人中国 经长期传播发展 而形成具有中国民族特色的中国佛教 ChineseBuddhism 由于传入的时间 途径 地区和民族文化 社会历史背景的不同 中国佛教形成三大系 即汉地佛教 汉语系 藏传佛教 藏语系 和云南地区上座部佛教 巴利语系 中国宗教的特点 佛教关注人的内心 研究人的今生和来世 宣扬乐善好施之德 主观唯心论主导 道家关注自然 研究自然界的本质 规律 以及人与自然的关系 朴素唯物主义 客观唯心论 儒家关注社会 研究伦理道德与社会等级秩序之间的关系 宣扬三纲五常之说 是中国封建社会超稳结构的重要成因 主观唯心主义历史观为主导 2020 3 27 23 神学自然观的特点 欧洲封建社会时期 政教合一 宗教神权占据其统治地位 其基本点是 1 自然界及其万物是上帝 神 在虚无中创造出来的 2 按照上帝的创造和安排 地球是宇宙不变的中心 各天体的位置和运行都是上帝的安排的 而地狱就在我们的脚下 3 自然界万物自己是不能运动的 而是在上帝的推动下运动的 运动又服从造物主的目的 4 人类也是上帝创造的 人类既不能理解上帝的目的 更不能改变上帝的意志 一切又服从造物主的安排 2020 3 27 24 古代自然观的突破 古代自然观 不论唯物还是唯心都是同古代自然科学的发展水平相适应的 古代自然观为古代自然科学的研究提供观念形态的范式 古代自然科学的特点和成就则是古代自然观形成的基础 古代自然观对近代科学的产生只能够起到禁锢的作用 而不可能促进近代自然科学的创新与发展 因为近代自然科学才是真正的科学形态 细节研究是科学形成的必由之路 自然科学的突破 必然带来自然观的创新 古代自然观的某些思想 到了现代人们需要对自然界进行系统整体思考和研究的时代 对于现代自然科学研究又显示出了其促进效用 这里同样表明了真理的相对性 条件的决定性 2020 3 27 25 2 2机械自然观与第一次科学革命 近代第一次科学革命从天文学革命开始 直接冲击的是托勒密倡导的以地球为中心的古代自然观 新的自然观和新的方法论 新的科学研究范式的扩散 直接推动了自然科学的创新与发展 伽利略 开普勒 牛顿 这些率先采用新的科学研究范式的人 不仅成就了自己的伟业 更使得人类自然科学获得了巨大进步 经典力学体系的建立 推动了人类生产力的大发展 也形成了一种思维定势 这就是机械的 形而上学的自然观的产生 2020 3 27 26 2 2 1天文学革命 尼古拉 哥白尼 NicolausCopernicus 1473 1543 是波兰伟大的天文学家 太阳中心说的创始人 近代天文学的奠基人 他也是一位多才多艺 学识渊博的巨人是一位杰出的医生 社会活动家 数学家 经济学家和画家 代表作 天体运行论 1543 主要观点 1 地球不是宇宙中心 2 太阳是宇宙中心 3 地球的自转与公转 4 火星 木星和地球一起绕太阳转 2020 3 27 27 改进型创新的一般模式 克服缺点创新方法1 确定对象 托勒密地心说 2 列出缺点 航海方向出错 历法制定不够精准 行星的驻和留现象无法解释 等 3 分析原因 核心理念 地心说 天文知识缺失 4 思考措施 发明窥管观测天象 火星 木星 多因素思考天地关系 提出日心说 5 细节设计形成创新方案 建立日心说天文知识体系 2020 3 27 28 哥白尼的 天体运行论 天体运行论 的全书共六卷 第一卷为宇宙论 简述了整个宇宙的结构 是全书的精髓 这一卷分四章 先后论述了 宇宙是球形 大地也是球形 天体的运动是均匀永恒之圆运动或复合运动 在第一卷的第四章中 哥白尼正确地将行星以及地球绕日运转轨道进行排列 并刊载了他的宇宙模型图 这张我们现在看似普通的天球次序图 在当时却是人类认识宇宙的一次巨大的飞跃 哥白尼的 日心说 沉重地打击了教会的宇宙观 这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利 因此使天文学从宗教神学的束缚下解放出来 自然科学从此获得了新生 这在近代科学的发展上具有划时代的意义 2020 3 27 29 2 2 2力学革命 加利萊 加利略 GalileiGalileo 1564 1642 著作 关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 两门新科学 科学贡献 1 科学实验 思想实验和数学方法 2 自由落体定律 惯性定律 摆振动的等时性和抛射体运动规律 3 并确定加利略相对性原理 4 发明望远镜 5 发现木星有四颗卫星 土星环 太阳上有黑子 太阳有自转 月亮有山谷 6 宣传哥白尼思想 2020 3 27 30 2020 3 27 31 约翰 开普勒 1571 1630 第一定律 椭圆定律 每一行星沿一个椭圆轨道环绕太阳 而太阳则处在椭圆的一个焦点中 第二定律 面积定律 从太阳到行星所联接的直线在相等时间内扫过同等的面积 用公式表示为 SAB SCD SEK 第三定律 调和定律 行星绕日一圈时间的平方和行星各自椭圆轨道的长半轴的立方成正比 用公式表示为 R3 T2 K 其中R 行星公转轨道半长轴 T 行星公转周期 K 常数 2020 3 27 32 艾萨克 牛顿 IsaacNewton1642 12 25 1727 3 20 最负盛名的数学家 科学家和哲学家 同时是英国当时炼金术热衷者 他在1687年7月5日发表的 自然哲学的数学原理 里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石 牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分 著作 自然哲学的数学原理 光学 主要成就 微积分万有引力定律牛顿三定律太阳光谱 反射式望远镜创新方法 知识交合法 2020 3 27 33 知识交合创新模式 方法 操作 1 确定目标 合二为一 适用于天地之间的力学规律 2 选择基型 3 分析性能优势 4 思考设计组合方式 5 形成创新方案 万有引力公式 2020 3 27 34 弗兰西斯 培根 FrancisBacon1561 1626 英国著名的唯物主义哲学家和科学家 他在文艺复兴时期的巨人中被尊称为哲学史和科学史上划时代的人物 马克思称他是 英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖 第一个提出 知识就是力量 的人 培根的科学方法论以实验定性和归纳为主 他继承和发展了古代关于物质是万物本源的思想 认为世界是由物质构成的 物质具有运动的特性 运动是物质的属性 培根从唯物论立场出发 指出科学的任务在于认识自然界及其规律 但受时代的局限 他的世界观还具有朴素唯物论和形而上学的特点 2020 3 27 35 2 2 3形而上学机械的自然观 基本观点机器的自然图景 宇宙是机器 人也是机器 严格的机械决定论 世界一切运动都服从机械运动规律 力学定律决定世界一切 局限性机械性形而上学性不彻底性历史意义 恢复了的唯物论 适应自然科学发展阶段的需要 推动了第一次技术革命 即机械技术革命 人类生产方式的革命 开启了机械化进程 2020 3 27 36 思考题 1 形而上学自然观形成的必然性 2 形而上学自然观形成的直接原因 3 形而上学自然观形成的哲学形式 4 形而上学自然观形成的社会效用 5 形而上学自然观有效性条件 6 形而上学自然观失效的条件 7 哥白尼 伽利略 开普勒 牛顿科学创新的方法论分别是什么 2020 3 27 37 2 3科学世纪与辩证唯物主义自然观 19世纪是科学世纪 自然科学的大发展实现了人类第二次科学革命 这次科学革命从解决牛顿遗留下的问题开始 并以牛顿力学为范式 却突破了力学自然观的桎梏 使得新的自然观的建立成为可能 随着自然科学各个基础学科的相继创立 并揭示出自然界物质存在的演化发展和普遍联系 使得机械的 形而上学自然观逐渐失去了其存在的条件 一种新的自然观又马克思 恩格斯系统地提出来了 并成为自然科学进一步创新与发展的新范式 极大地推动了自然科学的发展 2020 3 27 38 2 3 1第二次科学革命主要内容 康德 拉普拉斯星云说康德 自然通史与天体论 1755拉普拉斯 宇宙体系论 1796地质渐变论赖尔 地质学原理 1830 1833能量守恒与转化定律迈尔 焦耳 格罗夫 柯尔丁 赫尔姆霍兹 19世纪40年代尿素的人工合成维勒 论尿素的人工合成 1828细胞学说施莱登 关于论植物起源的资料 1838施旺 关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究 生物进化论达尔文 物种进化论 电磁场理论奥斯特 电流的磁效应 1820法拉第 电磁感应 1831麦克斯韦 地磁场的动力学理论 1865元素周期律门捷列夫 1869 2020 3 27 39 康德思维 研究对象 牛顿第一推动论 理论根据 物极必反牛顿 有形 有序的天体康德 有形源于无形 有序源于无序 结论 无形无序的天体物质 星云物质 星云物质 演化 天体结构这就是 天演论 2020 3 27 40 康德拉 普拉斯天体演化学说 2020 3 27 41 太阳系的结构 2020 3 27 42 2 3 2第二次科学革命期间的主要创新范式 演化发展观 纵向 普遍联系观 横向 溯因究理创新方法知识转移创新方法类比思考法 2020 3 27 43 2 3 3辩证唯物主义自然观的形成 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流动和循环中运动着 世界的统一性在于它的物质性物质和运动是不可分割的 整个宇宙就是一个永恒运动和无限发展的物质世界宇宙和各个层次的演化是有规律的 这些规律是必然性和偶然性的统一 自然界是普遍联系的统一体 时间和空间是物质的存在形式 自然观发展的否定之否 古代整体观 近代牛顿机械的形而上学自然观 科学的辩证唯物主义自然观 2020 3 27 44 辩证唯物主义自然观的形成 辩证唯物主义自然观 物质和运动是不可分割的 世界的统一性在于它的物质性 宇宙的演化是有规律的 这些规律是必然性和偶然性的统一 2020 3 27 45 思考题 1 辩证唯物主义自然观形成的必然性 2 辩证唯物主义自然观形成的自然科学基础 3 辩证唯物主义自然观与辩证唯物主义世界观之间的关系 4 辩证唯物主义自然观的主要观点 5 康德的历史贡献及其方法论 6 康德天体演化理论的及其发现对于第二次科学革命发生 发展的范式作用 2020 3 27 46 自然观发展的否定之否定 古代思辨 朴素的辩证自然观 机械 力学 形而上学自然观 辩证唯物主义自然观 体现了黑格尔 正 反 合 马克思 否定之否定 2020 3 27 47 2 4系统自然观与第三次科学革命 20世纪初 由物理学革命引发的第三次科学革命 使人类关于物质的认识突破原子外壳 进入到了原子内部 开启了微观世界的大门 使人们认识到了物质结构的层次性及其层级的无限性 微观物理学开始形成 20世纪中叶 人们开始不同领域的研究对象进行横向比较 发现了其共有存在方式 整体和部分的关系 这种关于客观物质世界的纵向层次性和横向统一性 构成了系统概念形成的科学基础 系统科学的产生更成为系统观形成的科学基础 2020 3 27 48 2 4 1第三次科学革命的主要内容 1 20世纪科学革命的总体特征 天体物理学分子生物学 2020 3 27 49 2 第三次科学革命的主要内容 分子生物学 天体物理学 量子力学 系统科学 系统自然观 现代科学革命 2020 3 27 50 物理学革命 预示现代科学革命来临的三大发现1895年 伦琴在研究阴极射线的过程中意外地发现了一种穿透力很强的新射线 因其具有许多未知性能 被称为X射线 1896年 贝克勒尔在研究X射线来源时意外地发现了铀元素的天然放射性 居里夫人于1898年先后发现了钋和镭两种放射性元素 由于镭发出的射线比铀强200万倍 使得居里夫人名扬千秋 2020 3 27 51 汤姆逊发现电子 逆向思维方法 光的粒子性 阴极射线即带电粒子流 带电粒子构成 粒子有质量 带电粒子有点荷 试验测定荷 质比 等于证明带电粒子的存在 粒子的质量同原子的质量比较 得出结论 电子式原子的构成部分 电子的发现和命名 原子结构西瓜模型 葡萄干面包模型 中国大学物理 枣糕模型 微观物质世界的认识从此开启 获得诺贝尔奖 2020 3 27 52 普朗克的创新过程 量子力学 2020 3 27 53 普朗克公式 2020 3 27 54 普朗克常数 2020 3 27 55 存在的自然界 2020 3 27 56 存在的自然界 2020 3 27 57 天体物理学 宇宙大爆炸理论 根据大爆炸宇宙论 甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体 温度极高 密度极大 且以很大的速率膨胀着 这些气体在热平衡下有均匀的温度 这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志 因而称宇宙温度 气体的绝热膨胀将使温度降低 使得原子核 原子乃至恒星系统得以相继出现 从1948年伽莫夫建立热大爆炸和宇宙发生过程 大爆炸开始时150 200亿年前 极小体积 极高密度 极高温度 大爆炸后10 43秒 宇宙从量子背景出现 大爆炸后10 35秒同一场分解为强力 电弱力和引力 大爆炸后10 5秒 10万亿度 质子和中子形成 大爆炸后0 01秒 1000亿度 光子 电子 中微子为主 质子中子仅占10亿分之一 热平衡态 体系急剧膨胀 温度和密度不断降 大爆炸后0 1秒后 300亿度 中子质子比从1 0下降到0 61 大爆炸后1秒后 100亿度 中微子向外逃逸 正负电子湮没反应出现 核力尚不足束缚中子和质子 大爆炸后13 8秒后30亿度 氘 氦类稳定原子核 化学元素 形成 大爆炸后35分钟后3亿度 核过程停止 尚不能形成中性原子 大爆炸后30万年后 3000度 化学结合作用使中性原子形成 宇宙主要成分为气态物质 并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块 直至恒星和恒星系统 2020 3 27 58 宇宙大爆炸的最初三分钟 2020 3 27 59 生命科学 19世纪生物学上的三大突破 即1824年德国化学家维勒利用无机物合成了有机物 尿素 1838年德国植物学家施莱登发表 植物发生论 一文 提出细胞是一切植物结构的基本单位 1859年达尔文提出了生物进化论的思想 为20世纪生物学的发展提供了研究范式 指明了研究的方向 微观物理学的发展为生物学的研究提供了新的理念 方法和知识基础 在微观方向上 从细胞水平进入到分子水平去探索生命的本质 1900年孟德尔定律的再发现以后与细胞学相结合 随之建立了基因论 1953年DNA双螺旋结构的发现标志着分子生物学的诞生 遗传密码的破译 重组DNA技术的建立 神经生物学 特别是在大脑的研究方面也都出现重大突破 2002年2月12日 历时10载耗资20亿美元的人类基因组计划最终完成 并报道了99 的人类基因组序列 使人类进入后基因组时代 在宏观方面 生态学的发展已经成为综合探讨全球问题的环境科学的主要组成部分 生物界存在的多层结构已被基本阐明 同生物界的系统结构相应的是生物科学体系的形成 如 分子生物学 细胞生物学 个体生物学 种群生物学等等 动物植物和人类所构成的大系统正是生态学的研究对象和内容 2020 3 27 60 系统科学 老三论和新三论 系统科学体系 系统自然观 系统论 控制论 信息论 耗散结构 协同学 突变论 2020 3 27 61 熵理论 系统内部要素之间的关系从有序到无序变化程度 或者系统内部要素之间无序程度的表征量 系统从有序到无序的过程是一个熵增的过程 系统的组织与管理 控制的任务 使得熵控制在允许的范围 主要任务 不断输入负熵流 抵消不应有的熵增值 输入负熵的方式 要讲究策略 分批次进行 保证系统运行的相对稳定性 2020 3 27 62 2 4 2大系统宇宙图景 20世纪一系列的科学发现 向人们展示了一个200亿光年乘以200亿年的时空景象 这是一个有序的物质存在 其有序性表现为物质构成的层次性和层次之间的包含性 每一个层次都属于上一及层次的构成要素 同时又包含下一级层次的构成要素 层次之间的有序性和同一层次物质之间的协调性使整个宇宙整体稳定性的基础 每一个层次或要素都具有的运动和演变性 又构成了整个宇宙演变的前提 从 毛子 夸克 基本粒子 原子 分子 物体 到星云 行星 恒星 星系 星系团 仍然不过是我们认识到的关于这个大系统的中间层次 还有无穷大和无穷小两个方向的物质层级等待我们去探索 这个宇宙图景不论在哪一个层级都有一个共同的存在形式 这就是系统性 这就要求我们 只有树立科学的系统观 才能够认识宇宙的本质 我们认识宇宙中的任何事物 都必须坚持系统观念 2020 3 27 63 2 4 3辩证为主义自然观的发展形式 系统自然观 1 辩证为主义自然观的发展形式系统科学的发展基础上形成的 用系统的观念 理论和方法看待自然界的运动变化和普遍联系 2认为客观自然界自然事物之间的普遍联系表现为物质系统之间的普遍联系 自然界普遍存在的演化发展规律表现为系统自组织规律 自然系统具有无限的层次性 3 自然观较之辩证唯物主义自然观理论的发展内容 系统与要素 结构与功能 系统与层次 正反馈与负反馈 有序与无序 可逆与不可逆 进化与退化 渐变与突变 有限与无限 可知与不可知 自然进化与人工进化 自然选择与人工选择 组织与自组织 2020 3 27 64 普遍联系的系统自然观 从存在到演化 线性和非线性的统一 简单性和复杂性的统一 自然界 系统自然观 确定性和随机性的统一 2020 3 27 65 思考题 1 系统自然观形成的必然性 2 系统自然观形成的科学基础 3 系统自然观的主要理论观点 4 系统自然观与系统管理之间的关系 5 汤姆逊 卢瑟福建立原子模型的方法论 6 普朗克 爱因斯坦科学发现的方法论 7 现代科学发展的特点和趋势 8 系统自然观在哪些方面发展了辩证唯物主义自然观 2020 3 27 66 2 5生态科学与生态自然观 人与自然的关系同样服从 物极必反 的规律 随着科学技术的发展 当人类有能力并试图主宰自然的时候 也就到了将被自然所报复的时候 工业革命造成生态危机的出现 使得人们以系统自然观为范式重新思考和定位人与自然关系的时候 生态科学和环境科学悠然而生 以此为基础的生态自然观就成了系统自然观的发展形式 至此 人类自然观的发展经历了朴素而思辨性唯物主义自然观 机械的形而上学的唯物主义自然观 科学的辩证唯物主义自然观 系统有序的自然观和生态和谐的自然观 2020 3 27 67 思想革命 科学革命 技术革命 生产力革命 工业革命 产业革命 社会革命 思想革命 科学革命 循环 2020 3 27 68 2 5 1生态危机 八大公害事件比利时马斯河谷烟雾事件 美国多诺拉烟雾事件英国伦敦烟雾事件 美国洛杉机光化学烟雾事件日本水俣病事件 日本富山骨痛病事件日本四日市哮喘病事件 日本米糠油事件 还有最近几年东南亚的海啸灾难 美国的飓风灾难 中国年前的雪灾事件 六大污染事故意大利塞维索化学污染事故 美国三里岛核电站泄漏事故墨西哥液化气爆炸事故 印度博帕尔毒气泄漏事故苏联切尔诺贝利核电站事故 德国莱茵河污染事故 世界经济合作与发展组织发布的 OECD中国环境绩效评估报告 显示 建国50多年来 我国已经减少了约1000个内陆湖泊 最近几个月来 世界地震 水灾旱灾不断 中国北方雨雪不断南方干旱难解 哈萨克斯坦西部水灾 东部雪灾 等等 2020 3 27 69 可持续发展理论的背景 2020 3 27 70 可持续发展理论的背景 德国莱茵河污染事故 印度博帕尔毒气泄漏事故 苏联切尔诺贝利核电站事故 墨西哥液化气爆炸事故 意大利塞维索化学污染事故 美国三里岛核电站泄漏事故 六大污染 2020 3 27 71 全球问题及其研究 所谓全球问题 是指具有世界规模的人类共同的困境和危机问题 全球问题 这个概念是由意大利经济学家 企业家佩切依博士 于1968年四月倡导成立的罗马俱乐部首先提出的 罗马俱乐部把全球问题的研究又称作 人类困境研究 即专指那些可能导致现在和未来 人类困境 的若干重大问题的研究 A 佩切伊认为 失去控制的人口增长 社会的沟壑和分层 社会的不公平 饥饿和营养不良 广泛的贫困和失业 对增长的狂热 通货膨胀 能源危机 现实的和潜在的资源匮乏 国际贸易和货币瓦解 保护主义 文盲和不合乎时代的教育 青年的反叛 异化 难以控制的城市扩张和城市衰退 犯罪和吸毒 暴行的爆发和新式的警察残酷拷打和恐怖主义 对法律和秩序的藐视 愚蠢的核行动 制度的无效和不健全 政治腐败 官僚主义 环境恶化 道德价值的下降 信念丧失 不稳定感 还有对这一切问题和它们之间的相互联系认识不足 等等 均可称为全球问题 2020 3 27 72 1 全球问题的分析和归类 1972年由美国MIT教授D 米都斯为首的研究小组向罗马俱乐部提交了第一份研究报告 增长的极限 把作为 人类困境 之基本要素的全球性问题归结为 世界人口 粮食供应 工业增长 不可再生资源的消耗 环境污染 等五大参数 2020 3 27 73 增长的极限 增长的极限 是罗马俱乐部于1972年发表的 对世界人口快速增长的模型分析结果 丹尼斯 米都斯主笔 这本书用World3模型对地球和人类系统的互动作用进行仿真 反映了马尔萨斯在1798年发表的 人口学原理 中表达的观点 TheLimitstoGrowthfirsteditioncover 2020 3 27 74 2 米都斯的研究方法 1 问题分析人口增长粮食需求增长工业投资增长资源消耗增长环境污染增长构成因果链条 2 方法的选择系统动态分析法 福雷斯特尔发明 米都斯之导师 3 分析1900 1970年间的统计资料 获得增长规律 4 建立电算模型 进行动态模拟 5 对运行结果进行解释6 结论和对策建议 2020 3 27 75 3 五大因素的共同特点 五大因素的共同特点是增长规律的一致性 即服从指数增长规律 数学模型 Ao 基期数量 r 增长率 A 第n年的数量 2020 3 27 76 4 动态分析 指数增长的最好表现形式是倍增时间 即这些因素增长一倍所需要的时间 也就是 当A 2Ao时 n应该是多少 指数增长的特点是 某一因素开始增长以后 继续经过许多倍增时间 不一定就达到具有重大影响的数量 但是从那时起 如果仍按指数增长 在经过一两个倍增时间 这个因素可能会变突然变成压倒一切的因素 例如 世界人口每50年增长一倍 由假定人口达到80亿时就会出现危机 那末 当人口为40亿时不过只有 危机水平 的一半 但是 只要再过50年 就会达到并超过危机水平的两倍 这种情况如果发生 福雷斯特尔认为 在不到一生的时间中所有的传统和希望都将被粉碎了 2020 3 27 77 5 世界末日 模型 米都斯的系统动态学模型 不但可以通过反馈环路表示每一个增长因素本身增长的动态情况 还可以通过连锁的反馈环路表示所了解到的五种因素之间的因果关系 因而是一个动态的系统结构模型 通过计算机对折个结构系统进行模拟运行 可以得出在规定的一段时间内 所有这些因果关系同时作用的结果 并给出五种因素的数量变化曲线图 在这个曲线图上 自1900 1970年间 五种因素的数量变化同实际数据统计完全相符 如果保持增长率不变 继续运行该模型 2000年之前 由于资源的迅速耗竭 工业增长不得不放慢速度 工业化高峰过去之后 由于系统中的自然延时 人口和污染还会增长一个时期 但由于粮食和医药的减少将因其死亡率提高 最终导致人口增长停滞 由此得出结论 这个系统由于资源危机而崩溃 故此成其为 世界末日 模型 2020 3 27 78 6 对策 停滞的全球均衡状态 根据系统动态分析结果 要是世界系统免于实然的崩溃 必须抵制人口和工业资本的积聚增加 具体措施是 自1975年始停止人口增长 自1985年起停止工业资本增长 技术上采取 75年起每单位工业品的物资消耗降低到70年价值的1 4 污染水平降低到70年水平的1 4 工业资本主要用于服务设施 粮食生产 资源回收和治理污染等方面 要开发新型材料 改善产品设计 等等 通过这些假定对模型进行修正和运算 得到了一个 稳定的世界模型 这个动态均衡的社会最关键的是保持人口和资本的零增长 对策之二是依靠新产品研发和技术创新 实现废物利用 降低资源和能源消耗 控制人口 解决生态平衡 社会持续发展 2020 3 27 79 7 可持续发展理论的提出 1 概念的提出 1987年联合国环境与发展委员会发布了长篇报告 我们共同的未来 对经济发展和环境保护中存在的问题进行了全面评估 首次提出了可持续发展的定义 既满足当代人的需要又不危及后代人满足其需要能力的发展 代内 代际公正原则 可持续发展的含意 1 并不否定经济增长 但是 需要重新审视如何实现经济增长 以及如何减少经济增长造成的环境压力 2 可持续发展以自然资源为基础 和环境承载能力相协调 3 可持续发展以提高生活质量为目标 和社会进步相适应 单纯追求产值的增长不能体现发展的内涵 经济增长指人均国民生产总值的提高 2020 3 27 80 可持续发展理论与实践 联合国人类环境会议 时间 1972年6月5 16日 地点 瑞典斯德哥尔摩 与会国 113个国家派团参加 成果 关于人类环境的斯德哥尔摩宣言 人类环境行动计划 世界环境与发展委员会 WCED 于1987年发表了 我们共同的未来 联合国环境与发展会议 时间 1992年6月3日 14日 地点