第4章现代科学与新的自然观.ppt

1、第4章 现代科学与新的自然观,以辩证唯物主义自然观为指导，以现代科技革命的成果为基础，探索新的自然观。,温故第3章 科学的发展及其对自然观的影响,近代科学的形成和发展与机械论自然观 19世纪科学发展与辩证唯物主义自然观的形成,20世纪科学革命,19世纪20世纪之交的物理学革命 X射线、放射性和电子的发现 量子论和相对论的提出,物理学新发现,1895年，伦琴（1845-1923）研究阴极射线时意外发现X射线；获得1901年诺贝尔物理学奖，是第一个获奖人。 1896年，贝克勒耳（1852-1908）意外发现放射线； 1897年，汤姆逊证实了电子的存在；提出原子结构理论 居里夫妇发现放射线元素（钍、

2、钋和镭）；证实元素的嬗变；促使元素嬗变理论建立（卢瑟福，1902年）,列宁的唯物主义和经验批判主义,动摇了几千年原子和元素观念认为原子不可分、是物质组成最小单元；认为元素不变。 批判了当时认为物质消失的观点； 物质观：认为物质不灭；提出著名的物质的哲学定义。 运动观：重申，没有运动的物质和没有物质的运动都是不可想象的。 时空观：时空是客观存在的，人们对时空结构的认识是发展的、可变化的。,两朵乌云中的两道闪电,以太漂移实验的零结果相对论 黑体辐射的紫外灾难量子论,爱因斯坦与相对论,爱因斯坦（1879-1955）针对经典物理学与新的实验结果之间的矛盾，1905年发表了“ 论动体的电动力学” 这篇划

3、时代的论文，提出了相对论原理和光速不变原理，狭义相对论从此诞生了。 狭义相对论提出了一些重要的结论，如时缓效应、尺缩效应、质量速度关系式、质能关系式（即E=mC2）。,广义相对论,“ 双生子佯谬” 引发的思考；1916年爱因斯坦完成了广义相对论。 广义相对论能解释长期困扰科学家的一种天文现象水星运动不规则；广义相对论还预言空间和时间会发生弯曲。1919年英国天文学家在考察日全食时，证实了爱因斯坦关于光线经过太阳表面时会发生弯曲的预言。 相对论的建立，从根本上突破了牛顿绝对时空观，把时间、空间和物质的运动联系起来了，引起了人类时空观的革命和整个物理学的革命。是人类思想史上最伟大的成就之一。,量子

4、论,德国科学家普朗克针对黑体辐射现象中理论与实验的矛盾，1900年提出了量子概念，指出能量并不是连续发射的，而是一份一份跳跃性地发射的，这最小的能量单位就是量子。,量子论的发展,1905年，爱因斯坦首先将量子论的思想应用到光电效应的研究，这项成果使他荣获了诺贝尔物理学奖。 海森堡测不准原理 玻尔的量子论原子模型；德布洛意提出物质波假说1923年；薛定谔提出波动力学，薛定谔方程1925-26年,量子论的意义,量子力学是继相对论之后对经典物理学的又一次严重的冲击。它使人们从根本上改变了只承认连续性和机械决定论的经典观点，揭示了连续和间断、主观和客观相互统一的崭新的自然观。 哲学上的争论：世界是决定

5、论的（爱因斯坦），世界是非决定论（玻尔）。,20世纪其他领域的革命,生物学革命 宇宙学 重大观测发现和大爆炸理论 板块构造理论 系统理论的建立 生态学和环境科学,DNA,2 现代技术革命,现代技术革命，又称新技术革命，是指二战之后兴起的以信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术为主要内容的技术革命。如果说，第一、第二次技术革命的主攻方向是动力，是人类对潜在的“力”的发掘，是“力的革命”，那么，现代技术革命的主攻方向则是信息，是对潜在信息资源的发掘，是“信息革命”。,原子能时代,19451955年，第一个十年，是以原子能的释放与利用为标志，人类开始了利用核能的新时代。爱

6、因斯坦著名的公式E=MC2奠定了核技术的理论基础。1938年德国科学家发现铀受到中子的轰击，会发生核裂变，释放巨大的能力。1942年第一座可控核链式反应装置在美国建成。1945年美国研制原子弹成功，1954年又研制出氢弹，人类掌握了释放核能的技术。我国在60年代也掌握了核技术。1954年前苏联建成世界上第一座5000KW的核电站，开始了人类和平利用的进程。迄今为止，世界上已有500座核电站在运行，核电占世界发电总量的20以上，法国等国的核电已占全国发电总量的70。1979年美国三里岛和1986年前苏联切尔诺贝利的核事故，警示人类必须重视核电站的安全控制问题。,空间时代,19551965年，第二

7、个十年，是以人造地球卫星的发射成功为标志，人类摆脱了地球引力，向外层空间进军。第二次世界大战后，美苏展开了激烈的太空争夺战。前苏联领先一步，1957年10月4日，用运载火箭成功地将第一颗人造卫星送入轨道。1961年4月，前苏联发射载人飞船成功。美国不甘落后，1969年7月20日，美国两名宇航员成功地登上了月球。我国于1970年4月24日将我国自行研制的第一个人造地球卫星东方红一号发射成功。1971年4月19日，前苏联将“礼炮一号”空间站送上太空轨道。1981年4月12日，美国首次发射多次往返地球的“哥伦比亚号”航天飞机。1986年2月20日，前苏联的“和平号”空间站升空。1990年，哈勃天文望

8、远镜进入预定的轨道。1997年7月4日，美国太空总署的遥控探测车在火星表面登陆成功。,生命科技时代,19651975年，第三个十年，是以1973年重组DNA实验的成功为标志，人类进入了可以控制遗传和生命过程的新阶段。1953年DNA的双螺旋结构被发现。此后科学家经过近20年的艰苦努力，于1973年发明了分子生物学的人工组装技术，现代生物工程由此诞生。现代生物工程包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。1997年问世的“克隆羊”、1998年问世的转基因牛、羊等、人类基因组，是近来生物技术的最惊人的成就。,计算机时代,19751985年，第四个十年，是以微处理机大量生产和广泛使用为标志，揭开了人

9、类脑力的新篇章。1946年第一台电子计算机ENIAC投入运行。它是个笨大的家伙，重176吨，占地380平方米，用了18 000个电子管。50年代，随着半导体出现，第二代计算机问世。60年代，集成电路的诞生使第三代计算机出现。70年代以来，出现大规模集成电路，此后，电子元件的集成度直线上升，平均每3年翻一番，计算机出现了微型化趋势，体积变小，功能翻番。90年代出现便携式计算机。计算机不断提速：90年代初，出现了每秒10亿次的计算机；1994年提高到1000亿次，1997年达到了3000亿次。,信息时代,19851995年，第五个十年，是以软件开发和大规模产业化为标志，人类进入了信息革命的新纪元。

10、,网络时代,1995年至今，第六个十年，是以因特网的应用为标志，人类进入了网络时代。,科学技术发展的特点和趋势,1 从数量上看，科学技术知识呈现出加速增长的趋势 2 从性质上，科学向大科学和高技术的转型 3 从地域上看，世界科技的中心在不断的转移 4 从科学技术与生产的关系上看，科学、技术、生产一体化,展望21世纪科学技术,1 21世纪仍将是信息革命的时代，信息科技仍将是最活跃、发展最迅速、影响最广泛和深刻的科技领域。 2 21世纪将是生命科技的世纪。 3 21世纪将是新材料和先进制造技术迅速发展和广泛应用的时代。 4 21世纪将是发展和利用高效、洁净和安全新能源的时代。 5 21世纪还将是继

11、续向空间、海洋、地球深部不断拓展的世纪。 6 21世纪将式人、自然、社会协调发展的世纪。,万物一体的系统自然观,系统科学 系统是由要素及其相互关系组成的一个整体。 1）系统是由要素组成的； 2）系统的各要素之间存在着特定的关系； 3）系统的结构使它成为一个有特定功能的整体； 4）功能是在系统与外部环境的相互作用中表现出来的。 系统的分类： （1）从系统与环境的关系看： 孤立系统、封闭系统、开放系统 （2）从人对自然的认识程度来看： 黑（箱）系统、白（箱）系统、灰（箱）系统。,自然界层次性,在非生命系统 最低层次是夸克，到基本粒子，到原子核；原子；分子。宏观层次，宇观层次。 在生命系统 分子，生

12、物大分子，细胞，器官，个体，种群，生态系统，生物圈。,万物一体的系统自然观,万物普遍联系 自然界以系统的方式而存在 自然界的系统表现出层次性,生生不息的自组织自然观,宇宙的起源和演化 元素的起源和演化 生命的起源和生物的进化,大爆炸理论,原始火球大爆炸 基本粒子形成阶段 106秒钟后，强子时代，轻子时代（宇宙汤） 核合成阶段 3分钟之后发生，中子与质子形成原子核 实物阶段 1万年后，原子、分子、星云,宇宙演化链,宇宙时 物质形态 0秒 原始火球大爆炸 10 -6秒 质子与反质子湮灭 0.01秒 宇宙汤 1秒 电子与反电子湮灭 3分钟 氦合成 2x10 9年 星系合成 15.2x10 9年 原始

13、星际云形成 15.4x10 9年 行星地球形成 16.1 x10 9 最古老的岩石形成 19 x10 9 生命起源 19.55 x10 9 初期的鱼类 19.6x10 9 初期的陆生植物 19.95 x10 9 哺乳动物 20 x10 9 年 人类起源,支持大爆炸理论,宇宙大爆炸理论真是一部“天书”。但是,它有科学事实的有力支持。 哈伯红移 3K背景辐射 氦的丰度 宇宙的年龄,宇宙演化的几个阶段,恒星的起源和演化：现代星云说,引力收缩 主序星 红巨星 高密恒星,元素的起源 B2FH理论,元素在恒星的摇篮中诞生 氢燃烧：聚变为氦 氦燃烧：聚变为碳、氧 碳燃烧：聚变为钠、镁、氖 氧燃烧：聚变为硅、磷、硫 铁分解：裂变为氦，大量吸热 重元素的形成：铀、钍等,生命的起源和演化,恩格斯曾预言,生命的起源必定是通过化学的途径。此预言得到科学家大量模拟实验的证实。 从无机物到有机小分子(氨基酸) 从有机小分子到生物大分子(蛋白质 核酸) 从生物大分子到原始生命 原始生命出现以后,经历了从非细胞到