科学技术哲学导论（第3版） 课件 第二章 科学技术与自然观

1第二章

科学技术与自然观

一、近代科学的兴起与机械论自然图景1.近代机械论自然观的肇始伽利略为机械论自然观奠定了认识论和方法论的基础，他的格言：圣灵的心意是教导我们如何升入天堂，但决不是教给我们天堂本身是如何行走的。哈维的血液循环理论是用机械力学方法研究生理学的成果。

人类对自然的认识绝不是简单的临摹，而是依赖于人类的认知概念框架，对自然主动地进行同化和建构的结果。伽利略2法国哲学家、数学家笛卡儿是早期机械论哲学的代表人物。他的哲学是一种理性主义的二元论。笛卡儿认为，物质是形体世界里唯一的客观实体，一切形体都是做机械运动的物质。笛卡儿将机械论引入生物界，他将动物看作具有各种生理功能的自动机器。笛卡儿对自然的认识基本摆脱了目的论和唯灵论的束缚，对后来机械论和唯物论的发展都起了重要作用。笛卡儿32.牛顿力学的影响与机械论哲学的成熟牛顿在他的著作中很好地贯彻了他的研究纲领。他在其经典名著《自然哲学的数学原理》中清楚地定义了涉及物质运动的“质量”“动量”“惯性”“时空”等基本概念，提出了运动三定律和万有引力定律，从而将天上的运动和地上的运动统一了起来，构建起严谨的经典力学体系。牛顿通过在物质和运动基础上加上一个新的范畴——力，把伽利略的数学传统引入笛卡儿的机械论哲学的途径，使得数学力学和机械论哲学彼此协调。牛顿4霍布斯曾被恩格斯誉为“第一个近代唯物主义者（18世纪意义上的）”。他建立了第一个比较完整的机械唯物论哲学体系，将力学范畴引入哲学，确立了物体、偶性、运动因果性等基本范畴。霍布斯洛克吸收并发展了牛顿、玻意耳用微粒说概括物体性质的观点，认为微粒说“最能明了地解释物体的各种性质”。洛克5成熟的机械观，其基本思想是：整个宇宙由物质组成；物质的性质取决于组成它的不可再分的最小微粒的空间结构和数量组合；物质具有不变的质量和固有的惯性，它们之间存在着万有引力；一切物质运动都是物质在绝对、均匀的时空框架中的位移，都遵循机械运动定律，保持严格的因果关系；物质运动的原因在物质的外部。63.机械论自然观的社会、宗教背景近代科学的建立、机械论自然观的形成，与工场的发展、机械的发明和制作密不可分。伴随着劳动过程和社会过程的机械化，近代社会形成的诸过程，是机械论自然观产生的基础，也是其发展的推动力。在17世纪，科学与宗教也有着紧密的联系。在特定的场合下，某种宗教信念也会促进自然科学的研究，但不能把这一点绝对化。7形成科学理论不可或缺的三种因素是：卓越的设想或假说；正确的观测数据的积累；包括使用数学工具的、合乎事实的理论构筑。84.机械论自然观是还原论方法的一种具体形态机械论自然观推动了唯物主义哲学的创立和发展。在科学发展史上，它指导着几个世代的科学家的思维方式。机械观同严格的决定论紧密相关，巨大的宇宙机器完全具有因果性和决定性：一切发生的东西均有原因，并导致确定的结果；换言之，一切东西都可以精确地解释和预言。9经典力学所描述的世界图景，具有如下要点：首先，自然界是不变的，当上帝给予第一推动力创世之时起迄今，普天之下原则上并无新物。其次，宇宙大厦的基础是某些绝对简单的、不可再分的物质粒子——“原子”，我们周围的大小物件，一切都是由这些原始砖块构成的。再次，机械模型本来是抽象的形式，却被想象成与看得见的东西相类似。最后，自然界中一切要素都是预先给定的，这就是说，世界是既成的，我们在自然界中所见到和认识到的物体是什么样子，它们实际上就是什么样子。10二、辩证自然观的革命1.自然科学的新发现与机械观的衰落19世纪末20世纪初以来重要的科学成就都是对机械自然观的重新审查和否定，其中特别具有代表性的有：细胞理论、能量守恒和转化定律、达尔文生物进化论，这是19世纪自然科学的三大发现。在19世纪与20世纪之交，从物理学开始发生了许多根本的变化。Ｘ射线、电子、放射性的发现，揭示了原子、元素的复杂结构，证明了它们的可分性和互变性。爱因斯坦相对论特别是量子力学的创立，坚决要求否定机械直观性的原则。11亚原子领域（或微观）物理学的现代成就表明，所谓基本粒子虽然是复杂的、可以相互转化的，但并不具有构成性质：它们不是彼此由对方构成的，也不是由别的更简单、更基本的粒子构成的。122.还原论的现代意义有关还原论存在着三个突出的问题，它们有着重大的理论和实践意义。这三个问题是：（i）我们是否能够或是否希望把生物学还原为物理学或者还原为物理学和化学？（ii）我们是否能够或是否希望把我们认为可归诸动物的那些主观意识经验还原为生物学，以及假如对问题（i）给予肯定的回答，我们能否再把它们还原为物理学和化学？（iii）我们是否能够或是否希望把自我意识和人类心灵的创造性还原为动物的经验，以及假如对问题（i）与（ii）给予肯定的回答，那么，我们能否再把它们又还原为物理学和化学？13科学理论的主要目标是回答有关外在世界尚存疑问的问题，并且对自然现象提供解释。用构造性语言把现象纳入某个理论模型，就给现象提供了某种解释。在这个意义上，解释相当于还原：就是把表面上极为复杂的自然现象归结为几个简单的基本概念和关系。还原论的方法之所以有效：首先，是因为在科学研究中对纷繁多样的总体加以限制，可以把注意力集中于现实的完全确定的方面，而免去可能产生的不明确的思想。其次，要想使一门科学趋向精确化、定量化，就必定会用已有的精密自然科学——物理学和化学的一般原理来加以解释。143.辩证自然观的深刻内涵自然科学新发现，突破了牛顿力学的框架，预示了一种新的自然观的诞生，即辩证的自然观。包括数学、物理学、力学、天文学、化学、生物学等可能涉及的领域，辩证的自然观都从生成、变化和相互关联的角度予以把握。辩证自然观认为物质拥有运动性和主体性，批判了自然（对于人类这个唯一的主体而言）依赖于外部作用而运动的机械论的观点，指出了机械论自然观的偏狭之处。15马克思关于人与自然关系的论述特别值得注意：其一，要解决所谓自然环境被破坏的问题，首先应该审问人与自然是怎样的关系。其二，马克思认为，一方面，劳动是人类实现理性目的的活动，自然是为此目的的素材；另一方面，劳动是人类与自然之间的一个过程，是人类介入人与自然物质代谢的一个过程。16三、当代科学突破与自然观的新探索1.自然的简单性与复杂性大多数古代的哲学家和科学家都认为自然的本质是简单的，而不是复杂的。它主要表现在两个方面：一是物质构成上的简单性；二是物质运动上的简单性。17自然的简单性主要表现在下列几方面：一是，自然的规律性。它表明自然具有机械性的确定性、固有的秩序、决定性、必然性和单一因果关联等。二是，自然的外在分离性。它包括两个方面：一是自然与人是完全分离和独立的，只存在外在关系，而没有内在关联；二是自然可以尽可能地还原成一组基本要素，其中一要素与另一要素仅有外在关系而无内在关联，它们不受周围环境中事物的内在影响。三是，自然的还原性。它包含两个方面：其一，以无限可分的思想探求物质的基本构成。其二，认为整体或高层次的性质可以还原为部分的或低层次的性质，认识了部分的或低层次的性质，也就可以认识整体的或高层次的性质。四是，自然的祛魅。一般而言，自然的经验性与复杂性是紧密关联的，也是人们难以认识的。18自然的简单性除了表现在上述几方面外，还表现在下列一些方面：绝对的时空观；时间的外在性、非生命性和对称性；自然的对称性、可逆性、相似性、最优性等。最新发展起来的复杂性科学——系统论、混沌学、协同学、自组织理论等，考察它们对自然界中复杂性现象的研究，就会发现自然界中存在大量的模糊性、非线性、混沌、分形等复杂性现象。这是对“自然的本质是简单”的反动。它比较充分地说明：由传统科学所得出的“自然是简单的”结论没有充分的证据，自然具有广泛的复杂性。192.时空的绝对性与相对性在牛顿的绝对时空观中，时空是欧氏时空，符合伽利略变换下保持关系性质不变。时间与空间无关，是独立的存在。爱因斯坦的相对论时空观和量子力学的建立为人们打破这种绝对的时空观创造了条件。一是同时性的相对性。二是时间与空间不可分离。三是时间、空间与物质不可分离。203.自然的构成性与生成性构成论的基本思想是：宇宙及其万物的运动、变化、发展都是宇宙中基本构成要素的分离和结合。由自然的生成性自然而然地就可以得出自然具有有机整体性的特征。这可以概括为：世界是由关系网络组成的有机整体，整体先于关系物；部分之和不等于整体；世界的各组成部分之间存在内在关系；世界是动态有序的整体：层创进化与自我超越；人类更大的意义与价值包含于自然整体的自组织进化过程中。214.自然的决定性与非决定性机械自然观是决定论的自然观。一切事物的运动变化都存在着确定的、必然的联系，服从某种规律。这种机械论的决定论随着科学的发展日益表现出它的局限性。量子理论在表明牛顿理论在宏观领域有效性的同时，也暴露了在新的亚原子的领域，非决定论普遍存在。对机械决定论冲击最大的是20世纪50年代创立的混沌学。22混沌运动具有内在的随机性、对初始值的敏感依赖性和奇异性。所谓内在的随机性，是指混沌的产生既不是因为系统中存在的随机力或受环境外噪声源的影响，也不是由于无穷多自由度的相互作用，更不是与量子力学不确定性有关，而是来自确定性系统内部的随机性。所谓对初始值的敏感依赖性，是指当初始值出现微小偏差时，便引起轨道按指数速度分离，“蝴蝶效应”是其生动体现。所谓奇异性，是指从整体上看，系统是稳定的，但从局部看，吸引子内部的运动又是不稳定的，即相邻运动轨线互相排斥，而且按指数速率分离；混沌吸引子具有无穷层次的自相似结构；它的空间图形具有分形的几何结构，其综合利用数一般是非整数维。23人类的自然观有一个演变的过程，与近代科学特别是牛顿力学一道兴起的是机械论自然观，它是还原论方法的一种具体形式，其要点是：自然的不变性、原子的基本性、机械的直观性、世界的既成性。随着现代科学的发展，机械论自然观又暴露其局限性，强调普遍联系和发展的辩证自然观开始登上历史舞台，它把自然作为一个有机