第二章系统自然观第一节.ppt

系统自然观,自然界是物质的。运动在量上和质上都是不灭的。意识、思维是物质高度发展的产物。时间和空间是物质的固有属性和存在形式。自然界的一切事物都是矛盾统一体，矛盾推动自然界运动、发展。自然界的一切事物都处于普遍联系和相互作用之中，处于永久的产生和消亡，运动和转化的过程之中。人类和社会是自然界发展到一定阶段的产物。（8）实践导致自然界分化为天然自然和“人化自然”。,辩证唯物主义自然观的基本思想,第一节系统自然观产生的现代自然科学基础,一、现代自然科学革命概况,经典物理学的巨大成就：19世纪，物理学以经典力学、热力学，统计物理学和电磁学为支柱，建立了一座宏伟而近乎完美的经典物理学大厦。经典物理学的巨大成就，使人们认为物理学的发展已基本完成，人们对物理世界的解释已经达到终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下只是在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。,经典物理学的危机：首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。1895年伦琴发现X射线；1896年贝克勒尔发现铀的放射性；1897年汤姆逊发现电子。随后居里夫妇发现了放射性元素。,经典物理学的危机：其次是物理学的万里晴空中飘来了两朵乌云。第一朵：“以太漂移”的“零结果”，即证实根本不存在以太；第二朵：黑体辐射的“紫外灾难”，经典理论完全不能解释实验结果。,两朵乌云：以太漂移：美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行了搜索以太风的实验。他们设想，如果地球有相对于以太的运动而以太又是光的传播介质，那么光顺着以太的方向运动到一定距离再沿逆着以太方向运动到原点的时间，必然会大于光垂直于以太运动方向往返同样距离的时间，就好像游泳时顺流逆流各游相等距离的时间必然大于等距离往返对岸的时间。多次实验并没有找到以太风或地球相对于以太的相对运动。,黑体辐射：黑体受高温而向外辐射。斯特凡：黑体辐射的总能量与他的绝对温度的4次方成正比。维恩：维恩公式在短波部分与实验结果符合。瑞利和金斯：瑞利-金斯公式在长波部分与实验吻合，在短波部分，得出荒谬的结论,即当辐射的波长无限小时可以获得无限大的能量，后来被称为“紫外灾难”。,普朗克,德1858-1947,前苏联科学家瑞德尼克比喻说：“当理论处于危机之中的时候，它就像在一座着了火的住宅里的猫一样，只有一条出路跳进河里去。可是这只猫却在房子里横冲直撞，连想也没有想到跳进河里去，因为那样做是违反猫的全部本能的。类似的事情现在却临到科学家的头上了，他们被困在着了火的房子里，而这所房子对他们是多么宝贵啊！他们毕生在里面工作着，他们已经非常习惯于居住在这所房子里。他们竭力想扑灭这场火灾，可是却不愿意扔下这所住宅逃命。”只有头脑极清醒的科学家才能从这些矛盾中发现最根本的东西，才能跳出经典的框框，创立新的理论。,普朗克：1900年通过内插法将维恩公式和瑞利-金斯公式结合，提出能量子概念。（量子物理的最初发端）,普朗克,德1858-1947,危机与革命电子的发现，打破了原子不可分的传统观念，开辟了原子物理学的崭新领域；放射性的发现，导致了放射学的研究，为原子核物理学作好必要的准备；以太漂移的探索，使以太理论处于重重矛盾之中，为从根本上抛开以太存在的假设、创立狭义相对论提供了重要依据；黑体辐射的研究导致了普朗克黑体辐射定律，由此提出了量子假说，开辟了量子力学时代。,现代物理学理论体系的两大支柱：相对论和量子力学新的理论：分子生物学、控制论、系统论、信息论、耗散结构理论、协同学、超循环理论、分形理论、混沌理论,二、相对论,相对论：,爱因斯坦的相对论是关于时空和引力的基本理论，分为狭义相对论和广义相对论。经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维空间”、“弯曲空间”等全新的概念。狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年，在1916年初正式发表相关论文。,狭义相对论：,狭义相对论从相对性原理和光速不变原理导出了同时性的相对性、尺缩效应、时间延缓效应、质增效应、质能关系式等重要理论，揭示了空间与时间之间、空间时间与物质运动之间、质量与能量之间的统一性。,广义相对论：,广义相对论（GeneralRelativity），是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论，统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法。,广义相对论提出，在任何参照系中，自然规律都可以表示为相同的数学形式；在引力场中，时钟要变慢，光的路程要弯曲；指出时间与空间不能离开物质而独立存在，时空的结构和性质取决于物质的分布，从而扬弃了牛顿的绝对空间和绝对时间的观念，揭示了空间、时间与物质之间存在的辩证关系。,三、量子力学,量子力学,量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。,1900年普朗克发表关于正常光谱中能量分布定律的理论，提出量子假说，标志量子力学的诞生。1913年，玻尔建立量子化的原子结构模型。1923年，德布罗意提出物质波概念1925年，海森堡建立矩阵力学1926年，薛定谔建立波动力学量子力学的建立，揭示了不同于宏观客体规律的微观客体规律，阐明了连续性与间断性、波动性与粒子性的对立统一，突现了量子世界的概率随机性，从而根本改变了经典理论中的严格决定论。,伟大的科学家,泡利与玻尔正在玩翻转陀螺,四、分子生物学,分子生物学的建立：,1953年美国生物学家沃森和英国生物学家克里克提出了DNA的双螺旋结构，标志着分子生物学的诞生。它将生物学的实验研究水平，推进到了大分子层次，并在生物大分子层次上阐明了生物界结构和生命活动的高度一致性：所有生物都有着共同的遗传物质核酸，核酸也有共同的核苷酸链的分子结构和基本相同的遗传机制。,基因工程的发展：,转基因动物转基因植物克隆技术肝细胞研究,五、系统科学的发展,系统科学：,系统科学是把对象作为组织性、复杂性系统从整体上进行研究，以揭示其运动规律和实际处理这类系统的科学群。,系统科学的发展主要包括以下三个阶段：第一阶段：研究存在：20世纪4060年代，系统论（贝塔朗菲）、信息论（申农）、控制论（维纳）可以看作系统科学的理论奠基。第二阶段：研究演化：6080年代，以耗散结构理论、协同学、超循环和突变论为代表的自组织理论先后兴起。第三阶段：8090年代，混沌、分形、孤立子理论及复杂网络理论迅速发展起来。,混沌理论认为在混沌系统中，初始条件十分微小的变化，经过不断放大，对其未来状态会造成极大的影响。“蝴蝶效应”：一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，会使更多蝴蝶跟着一起轻拍翅膀。最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同振翅，其所产生的巨风可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。“钉子效应”：丢失一个钉子，坏了一只蹄铁；坏了一只蹄铁，折了一匹战马；折了一匹战马，伤了一位骑士；伤了