自然辩证法课件接近

1、1,自然辩证法概论,2,写在前面,总课时: 36课时 教学方式：课堂讲授与教学片放映相结合 成绩考核：平时成绩30%课程考试70% 选用教材：教育部社科司编，高等教育出版社,3,自 然 辩 证 法 概 论,Part 1 导论,Part 2 辩证唯物主义自然观,Part 3 科学观与科学方法论,Part 4 技术观与技术方法论,Part 5 科学技术与社会,4,Part 1 导论：,一、自然辩证法的对象、内容与性质,二、自然辩证法的历史发展,三、学习自然辩证法的意义,5,一、自然辩证法的对象、内容与性质,（一）什么是自然辩证法？,（二）自然辩证法的主要内容,（三）贯穿于自然辩证法的基本观点,（四

2、）自然辩证法的学科性质：哲学,（五）自然辩证法在马克思主义中的地位,（六）自然辩证法与科学技术哲学,6,人来自自然界，并且是一种社会性的存在，人存在的实质是实践（人存在就是实践）。人在实践中创造出实践手段科学技术。,（一）什么是自然辩证法？,7,整个世界的历史可以划分为相互联系的自然史和人类史。 人类生存与发展的第一个前提，一切历史的第一个前提，是通过物质生产劳动从自然界取得必需的生产资料。 科技是在劳动中产生、形成、发展起来的。 近代科学革命和工业革命将人类社会从闭塞、落后的农业社会推向开放、进步的工业社会。,马克思、恩格斯提出：,8,自然、科学、技术和人类社会有着天然联系，它们彼此制约、相

3、互影响。因此，有必要对它们之间的关系进行科学的研究。,自然辩证法,自然辩证法是马克思主义的重要组成部分。研究范围涉及自然、科学、技术和人类社会。,9,从对象上看，自然辩证法是关于自然界和科学技术发展的一般规律、人类认识自然和改造自然的一般方法以及科学技术与社会的关系的科学。,10,（二）自然辩证法的主要内容,1.辩证唯物主义的自然观,2.辩证唯物主义的科学观与科学方法论,3.辩证唯物主义的技术观与技术方法论,4.科学技术与社会,11,1.辩证唯物主义的自然观,马克思主义关于自然的本质及其发展规律的根本观点。,旨在从哲学上对自然界（包括人工自然）作出既唯物又辩证的说明，揭示自然界的本质及自然界存

4、在和演化的一般规律。,12,以辩证唯物主义认识论为指导，依据科学发现的历史过程和事实，对各门具体科学的研究方法作出哲学概括和总结，阐明科学的本质、价值、科学研究的主要环节和基本过程，揭示科学发展的一般规律。,2.辩证唯物主义的科学观与科学方法论,从哲学上对人类认识自然的一般方法的概括。,13,以辩证唯物主义认识论为指导，依据技术发明和创新的历史过程和事实，阐明技术的本质、价值、技术研究的主要方法和基本环节。,3. 辩证唯物主义的技术观与技术方法论,从哲学上对人类改造自然的一般方法的概括。,14,从哲学上阐明科学技术与社会（发展）的相互作用关系，探索科学技术与社会的良性互动或者科学、技术、社会协

5、调发展的一般规律。,4.科学技术与社会,15,1.自然界是第一性的，它是人类赖以生长的基础。 2.辩证唯物主义自然观是研究科学技术及其与社会发展的关系的基本观点。 3.科学技术是自然发展历史和人类社会发展历史相互联系、相互制约与相互作用的中介。 4.社会发展经历不同的历史间断，自然辩证法的内容有所不同。（当前主要研究科学技术与中国现代化的关系）,（三）贯穿于自然辩证法的基本观点,16,就学科性质看，自然辩证法属于哲学（应用哲学）。 自然辩证法研究自然界、人类认识与改造自然以及科学技术与社会的关系的一般规律。 是关于自然的哲学，关于认识自然的哲学，关于改造自然的哲学，关于科学技术与社会的关系的哲

6、学。,（四）自然辩证法的学科性质：哲学,17,1.从研究内容上看，它把自然界、科学技术以及认识和变革自然的活动都看成是有结构的整体，研究其中普遍而深刻的规律性，因而具有哲学世界观的意义；,自然辩证法的哲学性质的主要表现：,18,3.从研究方法上看，它不局限于一般的归纳、演绎、分析和综合，而更重视哲学抽象。,2.从研究角度上看，它主要是在人与自然的关系中来研究自然、人以及两者的中介，因而具有客观辩证法与主观辩证法相统一的特点；,自然辩证法的哲学性质的主要表现：,19,自然辩证法是一门自然科学、社会科学和思维科学相交叉的哲学学科。具有明显的交叉性和很强的综合性。,20,在哲学认识的层次上，自然辩证

7、法处于马克思主义哲学普遍原理和科学技术的具体学科的中间环节。与历史唯物主义处于同等地位。,（五）自然辩证法在马克思主义中的地位,21,科学技术哲学也是研究科学技术的。但与自然辩证法不同：,1.自然辩证法包括自然观，并以自然观作为理论基石。科技哲学不包括自然观（自然观是自然哲学、科学实在论或哲学本体论的内容。）,（六）自然辩证法与科学技术哲学,22,2.科技哲学一般着重从科学技术成果、过程、方法等方面相对孤立地研究科学技术，自然辩证法把科学技术作为一种极其重要的社会实践活动来研究，注重研究科学技术与社会的相互作用关系。,自然辩证法与科技哲学的不同：,23,二、自然辩证法的历史发展,（一）自然辩证

8、法的创立（19世纪）,（二）自然辩证法的发展（20世纪初）,（三）20世纪中叶以来自然辩证法的新发展,24,自然辩证法形成于19世纪40年代创立辩证唯物主义的过程中，而系统的确立是在19世7080年代历史观方面的完成之后，以恩格斯的自然辩证法为标志。 自然辩证法创立的标志 1873年5月30日恩格斯拟定的自然辩证法写作计划寄给马克思征求意见。从1873到1883年马克思逝世为止，恩格斯花了10年时间撰写此书。写成了10篇论文、169个扎记和片断。,（一）自然辩证法的创立（19世纪）,25,为确立辩证的和唯物的自然观，马克思、恩格斯进行了三个方面的理论工作：,批判分析了德国古典哲学，特别是从黑格

9、尔哲学中拯救了自觉的辩证法。,批判分析了形而上学的思维方式，创立了辩证唯物主义的自然观和方法论。（马克思阐发了一些新思想。）,研究了劳动和人的生存、发展，以及劳动在人类社会发展中的作用。,26,劳动工具是区分人与动物的根本标志。（人必然要创制工具） 劳动工具的不同划分了不同的历史时代。（工具是人创造的，不同时代创造的工具不同） 先进的劳动工具代表先进的生产力。（劳动工具是产生力水平的标志） 科学技术是生产力，是市场竞争力、经济发展动力之所在。,形成了一系列重要思想：,27,马克思在机器、自然力和科学的应用等著作中提出了关于科学技术的新观点： 第一次鲜明地提出了科学是生产力的思想； 提出了蒸汽机

10、的发明和应用在前一个世纪中翻转了整个世界，把资产阶级社会的整个基础革命化了； 提出技术具有两重性，等等。,28,在此基础之上，恩格斯在反杜林论、自然辩证法、路德维希费尔巴哈与德国古典哲学的中介等著作中，详细地阐发了自然辩证法思想。,以运动形式相互转化为中心的无限流动和循环的自然观。 以实验和假说相结合为中心的辩证综合的科学方法论。 科技与生产、社会协调发展的科技观。,29,19世纪末、20世纪初自然科学特别是物理学的三大发现（电子、X射线、放射性的发现）对唯物主义的基本原则提出了挑战：“物质消失了”，“唯能论”。,（二）自然辩证法的发展（20世纪初）,德国物理化学家奥斯特瓦尔德：能是世界上的真

11、正实体，一切外界现象都可以说是能量之间的过程。,30,19世纪末以来，科学、技术与社会的关系日趋紧密：,科学、技术与生产紧密结合，开始了一体化进程。突出表现：科学技术化，技术科学化。 科学技术成为第一生产力。 技术创新及开发研究成为推动科学技术发展的关键因素。,引入新的产品或产品的新质量，采用新的生产方法，开辟新市场，获得原材料或半成品的新的来源，实行的新的企业组织。,31,这些趋势促使对科学、技术及其与社会的作用关系进行更深入的研究，出现了相关的新的学科：科学社会学、科学学、技术文化学等。,32,3.在技术观和技术方法论方面更加注重技术的价值和技术创新研究,2.在科学观和科学方法论方面，越来

12、越注重科学理论的创造问题的研究,（三）20世纪中叶以来自然辩证法的新发展,1.在自然观方面，形成了系统自然观和生态自然观,33,自然辩证法是哲学性质的交叉学科，它从自然科学向社会科学与思维科学渗透，视野广阔，富有启发性，因而自然辩证法课程是培养深厚理论基础、有战略眼光、具备文理综合素质的高级人才的必修课。 有助于确立正确的自然观、科学观和技术观，形成跨学科的知识结构，增进创造能力。,三、学习自然辩证法的意义,34,Part 2 辩证唯物主义自然观,一、辩证唯物主义自然观的创立,二、系统自然观,三、生态自然观,35,（二）近代自然科学和机械唯物主义自然观,一、辩证唯物主义自然观的创立,（一）古代

13、朴素辩证法自然观,（三）19世纪辩证唯物主义自然观,36,公元前8世纪以后，古代科学是以自然哲学的形式存在和发展的。整个古代的科学实际上只限于天文、气象、力学、数学以及建筑、航海、医学等。没有形成独立的、系统的分门别类的知识体系，一切有关自然的知识几乎都包含在自然哲学中。,人类在改造自然的实践过程中逐渐积累起自然知识，这些以经验形式存在于技术中的自然知识，构成了古代自然科学萌芽的最早形式。“科学”这个词出现很晚。,（一）古代朴素辩证法自然观,37,与此相应的自然观是一种自发唯物主义和朴素辨证法的自然观，主要围绕三个问题尝试对自然界作统一的合乎理性的说明：,万物的本原 宇宙的起源与演化 “自然”

14、：一个自身有生命的、不断地生长发育着的有机体。,38,古代朴素辨证法的自然观是直观的、思辨的和猜测性的。,古代朴素辨证法的自然观的产生，标志着人类开始运用理性思维从自然本身探索自然的奥秘（本原、本质、规律），是认识自然的道路上的巨大进步。,39,1.近代自然科学的诞生和机械唯物主义自然观的科学基础,（二）近代自然科学和机械唯物主义自然观,2.近代机械唯物主义自然观,3.近代机械唯物主义自然观的局限,40,1543年天体运行论的发表揭开了近代自然科学的序幕，引发了自然观的变革：地球不是不动的，也不是宇宙中心；摒弃了神创世的宇宙观。,1.近代自然科学的诞生和机械唯物主义自然观的科学基础,1）近代自

15、然科学的诞生：哥白尼革命,41,1687年自然哲学的数学原理出版，标志着经典力学体系形成。将月上世界和月下世界统一起来，实现了第一次自然科学的大综合。,牛顿力学揭示了宏观物体的机械运动规律，是机械论自然观的自然科学基础：,2）机械唯物主义自然观的科学基础：牛顿力学,42,惯性是物质的本质属性，物质自身没有改变状态的能力。“只有当外力作用于运动物体只上市，真正的运动才能发生或有所改变。”机械论者据此提出了外因论。,“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后用这些力去论证其他的现象。”机械论者试图把一切运动都还原为机械运动。,机械论自然观的自然科学基础：,43,物体的运动只能

16、改变物体的速度与位置，不能改变质量。机械论者据此把一切变化归结为位置变化，否认质变。,存在“绝对空间”和“绝对时间”。空间和时间成了脱离物质的独立实体。,机械论自然观的自然科学基础：,44,可以用严格的数学方程是表示机械因果性公式，据此可以精确预言运动结果。“能用同样的推理方法从力学原理中推导出自然界的其他许多现象。”,物质微粒“可以无限地分割，而且是可以无限地把它分离开来的。”机械论者据此力图机械地分解自然界，把自然界还原为物质实体的集合，把物质实体还原为基元粒子的集合。,机械论自然观的自然科学基础：,45,世界是一部由惰性物体组成的机器； 物体运动是由于外力的推动，遵循严格机械决定论的因果

17、关系。,2.近代机械唯物主义自然观,1）机械的自然图景,2）严格的机械决定论：拉普拉斯决定论,46,宇宙是一部巨大的、精确的机器：所有的星体都在确定的轨道上精确地运行。 宇宙是最有意义和最美妙的机械装置。 动物是机器，人是机器。,1）机械的自然图景,47,霍尔巴赫：在大风扬起的尘埃漩涡中，没有任何一个尘土分子的分布是偶然的。,拉普拉斯完全决定论：物理系统的状态完全决定于该系统的初始状态。 （在牛顿力学体系中就是如此。）,2）严格的机械决定论： 拉普拉斯决定论,48,3.近代机械唯物主义自然观的局限,机械性,形而上学性（分析、还原分析方法）,不彻底性（“第一推动力”）,49,2.辩证唯物主义自然

18、观创立的自然哲学思想渊源：德国古典自然哲学,（三）19世纪辩证唯物主义自然观,1.自然科学基础,3.辩证唯物主义自然观,50,从18世纪后期到19世纪末，自然科学在各个主要领域相继取得了一系列重大发现：,天文学方面，康德-拉普拉斯（关于太阳系起源的）星云假说。（1755，1796）,1.自然科学基础,地质学方面，赖尔（17971875）提出了地质“渐变论”。（1830883年）,51,物理学方面，迈尔、焦尔发现能量守恒定律（1840年左右）。,化学方面，维勒1824年用人工成功地从无机物氰氨酸合成了有机物尿素；门捷列夫、迈耶尔于1869年各自独立地发现了元素周期律。,52,生物学方面，施莱登、

19、施旺于1838年和1839年创立了细胞学说，1859年达尔文提出了生物进化论。,电磁场理论解释了电、磁、光的统一性。（1865年麦克斯韦建立电磁理论）,53,这一系列科学发现引起了自然观的深刻革命，在僵化的形而上学自然观上打开了一个又一个缺口，特别是物理学、生物学的两次重大理论综合，揭示了自然界运动形式的多样性及其相互联系与转化，消融了有机界与无机界之间的鸿沟，自然界的主要过程得到了科学说明，并被归之于自然原因，为辩证唯物主义自然观的产生提供了自然科学基础。,54,在此基础上，人们以近乎系统的形式描绘出一幅自然界联系的清晰画面。,但是，最先对自然科学成果进行哲学概括的却是德国古典哲学家，特别是

20、黑格尔。,55,康德关于空间与时间、物质与运动、变化与发展的哲学思考，包含了丰富的辩证法思想，刻画了一幅关于宇宙结构与发展的宏观图景。,2.辩证唯物主义自然观创立的自然哲学思想渊源：德国古典自然哲学,黑格尔试图把科学技术与辩证法结合起来，从自然的总体上理解自然，它在自然哲学中提出了关于自然界辩证发展的重要见解。,56,要把自然当成统一的、普遍的东西加以理解； “自然界自在地是一个活生生的整体”； 要对自然进行综合的考察以显现普遍的东西； 自然作为有机整体，是“由各个阶段组成的体系，其中一个阶段是从另一个阶段必然产生的”； 不能把自然整体变成各个部分总和，不能用适于低级自然组织的方式对高级自然组

21、织进行分析；,黑格尔关于自然界辩证发展的思想：,57,要把自然有机整体当作一系列展开和发展的整体，按照自然所达到的那个阶段去理解自然的形态； “自然是作为它在形式中的理念产生出来的”，自然只是理念表现自己的一种方式，只是观念的外化，这是对自然进行思维考察的根本原则；,黑格尔关于自然界辩证发展的思想：,58,要把整个自然的、历史的和精神的世界描写为一个过程，这过程是按照某种普遍的图示、从一种自然形式和领域向一种更高的自然形式和领域发展与转化，无机界向有机界发展与转化，有机界向生命发展与转化，发展与转化的内在机制是对立面的统一、质量互变、否定之否定。,黑格尔关于自然界辩证发展的思想：,59,德国自

22、然哲学的最主要的价值在于：把世界描绘成一个过程的集合体，并明确提出了矛盾是运动、发展的源泉的思想。,黑格尔把现实世界的真实关系颠倒了，且具有形而上学性，认为自然界只是在空间中展开自己的多样性，在时间上却不能发展。他的发展观也是不彻底的（他的哲学终结了人类认识）。但黑格尔的自然观仍有合理的内核，为自然辩证法的产生提供了思想材料。,60,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。 人类和社会是自然界发展到一定阶段的产物。 实践导致自然界分化为天然自然和“人化自然

23、”。,3.辩证唯物主义自然观,1）基本内容,61,2）基本特征,人与自然的对象性关系是能动性与受动性的统一。,唯物论与辩证法的统一。,自然史与人类史的统一。,天然自然与人化自然的统一。,62,为马克思主义的科学观、科学方法论以及科学与社会的研究奠定了理论基础。,3）重大意义,实现了自然观发展史上的革命性变革。,为科学与技术提供了世界观、认识论、方法论和价值论的理论前提。,为自然科学和人的科学的结合提供了理论前提。,63,“历史本身是自然史的即自然界成为人这一过程的一个现实部分”，并且“把经济的社会形态的发展理解为一种自然史的过程”。,自然史与人类史的统一。,64,辩证唯物主义自然观所揭示的自然

24、界还包含人化了的自然界：人创造、占有和“再生产”的自然界。 这种自然观更符合自然和人类发展的事实，并强调了人的参与，说明了人与自然关系中最能体现人的本质的方面在于人能按照自己的意志塑造自然界。,天然自然与人化自然的统一。,以往的自然观都是“天然自然观”。,65,人是能动的自然存在物，但人的能动性的发挥是受自然制约的，是不能超越自然限度的： 外在自然对人的优先地位并不因人的活动而消失； 人类只能顺应自然规律； 人在自然界里获得的自由程度还取决于对自己受动性的认识程度和控制能力。,人与自然的对象性关系是能动性与受动性的统一。,66,19世纪末20世纪初以来，自然科学的发展，促进了系统自然观和生态自

25、然观的形成和确立，这是对辩证唯物主义自然观的新发展。,67,二、系统自然观,（一）系统自然观及其自然科学基础,（二）自然界的系统存在方式,（三）自然界的演化,68,（一）系统自然观及其自然科学基础,1.自然科学基础,2.系统自然观的基本内容,3.系统自然观确立的重大意义,69,20世纪的科学革命首先发生于物理学。相对论、量子力学相继建立。40年代建立“老三论”，50年代建立分子生物学。70年代后出现自组织理论、分形理论、混沌理论等。,1.自然科学基础,19世纪末物理学上空的“两朵乌云”：迈克耳逊-莫雷实验，黑体辐射实验。,70,20世纪的科学革命广泛而深刻：它发生在宇观（相对论）、宏观（分形理

26、论、混沌理论等）、微观（量子力学、分子生物学等）三大层次。,71,爱因斯坦1905年创立相对论，揭示了同时性的相对性，导出了时间延缓效应、质增效应、质能关系式，揭示了时间与空间、时空与物质运动、质能之间的统一性。,1）相对论,72,爱因斯坦1916年创立广义相对论，提出广义协变原理、等效原理，推断：光线弯曲，时空与物质不可分，时空结构和性质取决于物质分布，扬弃了牛顿的绝对时空观，揭示了时间、空间与物质的辩证关系。,73,1900年普朗克提出量子假说，1913年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，之后玻恩对

27、量子力学和波函数作统计诠释。,2）量子力学,74,量子力学揭示了崭新的、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（微观）世界的概率随机性，根本改变了精确确定的连续轨迹的经典概念，经典理论中的严格决定论被仅作为一种近似的和统计趋势的概念的因果律所取代。,75,玻尔在1935年提出来的“量子关联”也已被证明具有实在性。这种关联性是普遍存在的。,76,量子力学的建立，使自然科学进展到了人类日常经验以外的微观世界，反映了人与自然相互作用的特征，表明人并不是在自然之外的独立存在者和观察者，而是作为自然的一部分参与自然现象的；表明人只有在同自然的相互作用

28、中才能认识自然。,77,20世纪的生物学家致力于探索物种进化和遗传的机制，由于高分子化学的发展及其向生物学的渗透，以及X射线衍射和电子显微镜的发明与应用，科学家们开始在分子水平上研究生命物质及其功能，并建立了分子生物学。,3）分子生物学,78,1953年，沃森（1928）等科学家在分析X射线衍线资料的基础上，建立了DNA分子的双螺旋结构模型。标志着分子生物学的诞生。将生物学的实验水平推进到了大分子层次，并在生物大分子层次上阐明了自然界结构和生命活动的高度一致性。,它表明，所有生物（包括非细胞生物病毒）都有着共同的遗传物质核酸，而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。,在此基础上

29、发展起来的DNA重组技术（遗传工程，1973年首次成功）、克隆技术，表明现代生命科学已经发展到足以改造人类自身、改变人的自然本性的程度。人参与、影响自然进程的力量更强了。,79,20世纪初，一些生物学家就提出不能把生物体看作是由器官、细胞构成的集合。,4）系统科学、非线性科学和复杂性研究,从30年代起贝塔朗菲（19011971）提出，生物学的主要任务是发现生物系统一切层次上的组织原理，认为整体在性质上不同于它的各个部分的加和，在创立的系统论中，提出了“整体不可分性”的“机体论”和“整体论”原则，使科学从研究孤立的部分转向研究系统及其规律。,80,1948年，控制论、信息论产生。,系统科学以系统

30、观点看待自然界，揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性。,81,20世纪60年代以来，一批物理学家对非线性、复杂性问题进行了更广泛深入的研究。,普利高津（1917）提出了以耗散结构为核心的系统自组织理论。,法国数学家托姆于1972年建立了描述和预测系统演化在临界点突变行为的数学框架“突变论”。,艾根提出的超循环论，揭示了生物大分子形成的自组织形式，架设了从无生命向生命过渡的桥梁。,82,美国的洛仑兹（及费根鲍姆等）研究了“对初始条件有敏感依赖性”的非线性系统，开创了混沌学，揭示了隐藏在混乱现象深处的惊人秩序以及自然万物生长演化的普适规律，揭示了确定性系统的内在随机性，体现了随机性

31、存在于确定性之中、确定性自己规定为不确定性。 混沌理论突破了牛顿和拉普拉斯的关于过程确定性的观点（从根本上消除了拉普拉斯决定论的可预测性的观念），有人认为是继相对论和量子力学后物理学的第三大成就。,83,2.系统自然观的基本内容,1）自然界不仅存在着，而且演化着,2）自然系统是确定性和随机性的统一,3）自然系统是简单性和复杂性的统一,4）自然系统是线性与非线性的统一,84,自组织理论等属于“演化科学”（描述不可逆性和复杂性，使时间从一个外部参量转变为自然演化的内在尺度）。,传统的自然科学都是“存在科学”（所描述的都是可逆过程，表现为时间反演是对称的）。,1）自然界不仅存在着，而且演化着,对自然

32、的认识从存在深入到演化，试图在存在与演化之间架起一座桥梁。,85,2）自然系统是确定性和随机性的统一,非线性系统会自发地产生不可预测的随机性，并且这是普遍现象。,86,传统科学研究的对象是简单的：线性的、平衡态的、规则的、有序的、确定的、可逆的。,3）自然系统是简单性和复杂性的统一,但自然系统实际上是复杂的：非线性的、非平衡态的、不规则的、无序的、不确定的、不可逆的。复杂系统的各要素之间存在着非常复杂的反馈、自催化、自组织作用。 复杂性也是普遍存在的。,87,传统科学研究的都是线性系统； 但线性系统只是现实自然系统的近似，现实自然系统是非线性的。非线性是普遍的，线性才是特例。 自然界是线性与非

33、线性的辩证统一。,4）自然系统是线性与非线性的统一,88,3.系统自然观确立的重大意义,1）丰富和发展了辩证唯物主义自然观,2）提供了系统思维方式,系统分析方法与还原分析方法是不同的。,89,揭示了自然界的系统性、整体性和层次性。,揭示了自然界物质系统的开放性、动态性和自组织性。,1）丰富和发展了辩证唯物主义自然观,揭示了时间的不可逆性，以系统、要素、功能、层次、有序、无序、整体等概念对物质存在的空间形式、物质的广延性作了定性和定量的描述，阐明了时空与物质的相互联系，丰富、深化了辩证唯物主义的时空观。,揭示了自然界再循环发展中有序与无序、进化与退化的辩证统一。,90,把对象作为系统考察，从整体

34、、部分和环境相互作用解释对象的整体性质和运动规律。,认为系统具有非加和的性质及系统性质。认识系统的目的就在于把握这种系统性质。,2）提供了系统思维方式,把系统看作动态的开放系统。,侧重于从无序、不稳定性、多样性、不平衡性、非线性等方面研究对象。,91,还原分析方法有两个前提： “部分”间无相互作用或相互作用可忽略； 描述部分的行为的关系式是线性的，这样才能进行累加，保证描述总体行为的方程和描述部分行为的方程具有相同的数学形式，以便通过部分过程相加取得总体过程。 显然，这种分析方法和思维方式不适用于复杂对象。,系统分析方法与还原分析方法是不同的。,92,（二）自然界的系统存在方式,1.系统是自然

35、界物质存在的普遍形式,2.自然界物质系统的基本特点,3.自然界物质系统的层次结构,93,“系统”一词最早见于古代原子论的创始者德谟克利特的世界大系统一书，意指部分组成整体。亚里士多德曾提出“整体大于它的各部分之和”。,1.系统是自然界物质存在的普遍形式,系统：由相互联系的要素构成的有特定结构和功能的有机整体。,94,2）系统的要素间存在着特定的关系，形成一定的结构,1）系统是由若干要素组成的,3）系统的结构使系统成为一个有特定功能的整体,4）功能在系统与外部环境的相互作用中表现出来，系统总存在是一定环境中,95,所有物质客体都自成系统，这些系统又互成系统，整个自然界是一个巨系统。,并非所有联系

36、都构成系统，只有那些有物质、能量、信息交换且造成新质（新属性）突现的联系，才能构成系统。,系统是自然界物质存在的普遍形式：,邦戈：“自然界中所有的具体事物不是一个系统就是某一个系统的组成部分。”,系统与要素的区分是相对的。,96,要素：构成系统的组分或组元。一个系统的要素至少要有两个。,要素决定系统，有什么样的要素就有什么样的系统。,1）系统是由若干要素组成的,如水分子、苯分子C6H6。,97,结构与要素紧密相关，任何一个自然系统都是要素和结构的统一体，要素是结构的基础和物质承担者，要素的相互联系形成结构。,结构：系统中各要素之间相互联系和组织方式（相互作用方式）的总和。,2）系统的要素间存在

37、着特定的关系，形成一定的结构,要素间的互为因果、互相推动又相互制约的关系。,98,功能是由结构决定的，但不是唯一决定一种功能可由多种结构实现。,功能：系统在内部关系和外部关系中所表现出来的特性和能力。,3）系统的结构使系统成为一个有特定功能的整体,功能对结构有反作用。,99,环境：与系统的组成元素发生相互作用而不属于该系统的事物。,环境对系统的作用：环境是自然系统赖以生存的条件；环境对系统（存在、演化、功能等）进行选择和控制。,4）功能在系统与外部环境的相互作用中表现出来，系统总存在是一定环境中,100,2）开放性：与环境自由地进行物质、能量、信息交换,2.自然界物质系统的基本特点,1）整体性

38、：整体大于它的各部分的总和,3）动态性：运动、变化、发展,4）层次性,101,系统具有其要素所没有的新性质、功能和规律，处于系统中的要素的性质、功能和规律不同于它们在孤立状态时的性质、功能和规律。,整体性是一切自然系统的普遍属性。从微观到宏观到宇观、从无生命到生命，从天然自然到人工自然，一切自然物都是系统。,1）整体性：整体大于它的各部分的总和,系统的整体性,102,自然系统具有物质、能量、信息“三要素”。 依据系统与外界环境是否有物质、能量、信息交换，可将系统分为孤立系统、封闭系统和开放系统。,2）开放性：与环境自由地进行物质、能量、信息交换,与环境没有物质、能量和信息交换。,与环境有能量交

39、换但没有物质交换。,与环境自由地进行物质、能量、信息交换。,103,外部特征是同环境不断地交换物质、能量和信息； 内部特征是不断破坏旧的物质成分、不断组建新的物质成分（广义“新陈代谢”）； 可能具有等结果性（不同的初始条件可能以不同方式达到相同的最终状态）。,开放系统的特征,自然事物都是动态的开放系统，只是开放程度有所不同。,104,开放的自然系统都是运动、变化、发展的，都有一个孕育、产生、发展、成熟、消亡的过程，这是由物质存在的根本方式（运动）和物质系统的开放性决定的。 （孤立系统趋向热平衡。）,3）动态性：运动、变化、发展,105,系统由一定的要素构成，要素则是由更小的其它要素构成子系统，

40、系统自身又是更大系统的组成要素。,拉兹洛：“自然界的组织结构就像一座复杂的、多层的金字塔，在它的底部是许多相对简单的系统，在它的顶部是几个（极顶是一个）复杂的系统。所有自然的系统占据了这些界限之间的位置；它们同上面和下面的层次连接在一起。就它们的组成部分来说，它们是整体，但就更高层次的整体来说，它们又是部分。”,4）层次性,106,层次概念表征了系统内部结构的不同等级和水平，揭示了系统之间纵向的或垂直的联系。 层次一般是要素间纵向联系的体现，但也可以是横向联系的体现。,层次性是自然界及其物质系统的基本属性。,107,3.自然界物质系统的层次结构,1）自然系统的结构与层次结构,2）无穷嵌套的立体

41、网络结构的自然图景,3）自然系统层次结构的根源与基本特点,108,构成自然系统的诸要素之间相互关系的总和，表现为系统内部的组织形式、联系方式或秩序。,1）自然系统的结构与层次结构,自然系统的结构,两种基本形式：同时态的空间结构，历时态的时间结构。,另外还有时空结构。,109,若干要素经相干性关系构成的系统，再通过新的相干性关系构成新系统的逐级构成的结构。,自然系统的现实表现是层次结构,层次结构,自然就是这样分层构成的。,自然系统的物质层次是无限的，即系统等级序列的最上层和最下层都不是封闭的（没有绝对的最上层和最下层）。,110,自然界的物质系统之间及其与子系统之间、子系统与子系统之间的纵向联系

42、和横向联系，形成了无穷嵌套的立体网络结构。,2）无穷嵌套的立体网络结构的自然图景,一个物质系统并不一定由紧接着的下一层次的物质系统所构成。,某一层次的系统可以组成两种以上较高层次，因而层次之间的联系出现了分支。,111,自然物质系统结构的本质与根源： 自然界的基本相互作用，各种系统的结构都是这些相互作用的具体表现形式和实现方式。,所以，相互制约关系是系统结构得以形成的主要杠杆。,3）自然系统层次结构的根源与基本特点,112,低层系统对高层系统有构成关系（纵向关系），同一层次的系统之间存在着相干性关系（横向关系）,自然界物质系统层次结构的基本特点：,层次与系统的复杂性有对应关系,高层次和低层次间

43、必然存在着双向因果链,层次结构的结合度,物质系统层次结构是一种稳定结构。,113,特创论把高层次规律看成突如其来的东西。,低层系统对高层系统是基础，高层系统对低层系统有支配调节性作用。,还原主义是行不通的。,还原主义和特创论都人为地割断了层次结构中的因果链，在本质上都是错误的。,114,层次结构的特点决定了系统各层次结合的紧密程度不同。随着层次由低到高推进，结合的紧密程度由大到小递减。,层次结构的结合度,将夸克结合为基本粒子的力量很强（结合能为105106eV），原子间的结合能为100101eV，分子间的结合能为10-210-1eV,结合度递减的趋势乃是必然的。否则，层次结构不可能形成。,11

44、5,夸克,基本粒子,原子核,原子,分子,分子体系,凝聚态物质,卫星、小行星,?,自然界的层次结构,微观世界,宏观世界,强子如质子、中子,夸克有结构吗？,非 生 命 世 界,116,基本粒子、 原子、 分子,恒星,星系,星系团,总星系,非生命世界,微观世界,宏观世界,宇观世界,已知最大范围“宇宙”,自然界的层次结构,117,生命世界,蛋白质、 核酸,分子体系,细胞,组织,器官,系统,生物个体,种群,群落,生态系统,生物圈,自然界的层次结构,118,自然界的层次结构,119,（三）自然界的演化,1.自然演化的不可逆性和自然进化,2.自然系统演化的基本方式,1）演化与进化,2）自然演化的不可逆性,3

45、）自然界的进化：有序化和对称破缺,3.自然系统演化的自组织机制,4.自然界循环发展的无限性,120,进化：在没有外界的特定干预的情况下，物质客体演化中由无序到有序、由低序到高序的趋势和过程。 退化则反之。,演化是一种具有不可逆性的运动形态，它有两种不同的趋势：进化与退化。,1）演化与进化,121,2）自然演化的不可逆性,可逆与不可逆不可逆过程的普遍性,不可逆与时间之矢,不可逆性在演化中的作用,122,否则即不可逆过程，简称不可逆。,引起的物质系统状态的改变和环境的变化都能被完全复原的过程。,可逆与不可逆不可逆过程的普遍性,可逆过程,简称“可逆”,即物质系统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界

46、环境引起的影响。,123,法国诗人哲学家奇内（Edgar Quinet）说：自然是不会回头的；它决不重做它所破坏的东西；它不会再看已经破坏的模型。,玻姆说：“将自然规律描述成原则上完全可逆，只不过是实在的极度简化的表现的产物。”,自然界中发生的过程都是不可逆的。,如热传导、质量扩散、功热转化、生长发育、物种进化,普里戈金：“那许许多多塑造着自然之形的基本过程本来是不可逆的和随机的，而那些描述基本相互作用的决定性和可逆性的定律不可能告诉人们自然界的全部真情。”,124,在可逆过程和不可逆过程中，时间的地位与作用明显不同。,在经典力学、相对论、量子力学中，时间只是描述运动的一个参量，时间是反演对称

47、的。,不可逆与时间之矢,在热力学系统中，描述这类系统运动的方程并没有对时间反演的对称性。,125,从物质系统状态变化的趋势可以表述为： 在孤立系统内实际发生的过程，总是使整个系统的熵增大。,从热传递角度可以表述为： 热量总是从高温物体传到低温物体，不能做相反的传递而不带有其他变化。,最早对不可逆过程作的科学描述是热力学第二定律（克劳修斯1850，汤姆生1851）。,126,这种对称性的破缺产生了有实质意义的时间之矢。这里的时间已不再是描述系统运动的外在参量，而是和系统演化相联系的、有物理内容的时间了（“内在时间”）。 这种时间对称破缺在自然界中广泛存在。,可逆过程中不可能有真正的演化。,127

48、,在有不可逆过程存在的情况下，演化才是可能的，质的多样性才是可能的。,不可逆过程（发生在近平衡态附近）可导致有序结构的破坏，（发生在远离平衡的非线性非平衡区，再加上外部条件）也可导致更加有序的结构的产生。,不可逆性在演化中的作用,如贝纳德花纹、激光等。,不可逆过程的建设性作用主要源于系统内部正反馈之类的相干效应。,128,“序”：时空结构的规则性，既可用来描述自然系统的状态，也可用来反映自然系统演化的过程。它表现为时空结构的规则性，和时间演化过程的某种规律性。,3）自然界的进化：有序化和对称破缺,序、有序和无序,129,有序：事物或系统要素之间有规则的联系和转化（要素的有规则排列，变化的明显的

49、周期性，行为的一定的关联性等）。,自然界中的有序可分为结构序（包括时间序、空间序、时空序）和功能序。,无序则反之（系统内部各要素混乱而有规则的组合、变化的无规则性）。,130,系统都是有序与无序的不同程度的辩证统一。这种统一的不同程度，构成了系统的一定秩序，即“有序度”。事物或其状态不同的有序度构成一系列的阶梯。向有序化发展意味着有序度增高，向无序化发展意味着有序度降低。,系统的有序度可以有不同的参量来描述： 热力学中用“熵”表示系统的无序程度； 在系统论和信息论中，系统的序则用它所包含的信息量来度量。,131,有序和无序是相对的： 世界上没有绝对的有序，也没有绝对的无序； 有序与无序在一定条

50、件下可相互转化。,132,对称态对应着无序态。最对称的世界没有任何秩序和结构，没有任何特殊方向和特殊点。平衡态就是如此。,对称和破缺,“对称”：一定变换下的不变性。,按现代宇宙学，宇宙就起源于混沌、无序，起源于这种对称态。,133,宇宙的演化就是一个从完全对称性到对称性逐步丧失、非对称性逐步形成的过程。,（对称）破缺：在一定变换下所表现的可变性，或对称性的降低。实际对应着有序态。,复杂性和层次结构正起源于某种对称性的破缺。自然界的有序化是对称性破缺的结果，对称性的破缺使系统向有序化、组织化、复杂化演化。,134,现今的宇宙产生于150亿200亿年前，起初没有天体，也没有任何粒子和辐射，只有一种

51、单纯而对称的真空状态（作为奇点的量子真空）以指数方式膨胀(“暴胀”)着。,大爆炸学说描述的宇宙形成过程就是对称性破缺、对称性逐步丧失的过程：,“暴胀”之初，四种相互作用力不可区分，可观测宇宙比原子核还小，半径仅10-33cm，密度高达1087t/cm3，温度高达1032K，使得大约每隔10-34s宇宙的尺度就扩大一倍。,随着宇宙的膨胀和降温，原真空态发生一系列相变：10-44s时，引力作用分化出来，夸克和轻子可相互转变；10-36s时强相互作用同电、弱作用分离，开始出现物质与反物质的不对称；10-10s后，弱作用与电磁作用分离。,大爆炸后大约10-23s，宇宙增大约1050倍以及大量最基础的基

52、本粒子的产生标志着宇宙的形成。,135,自然界的进化就是一个不断发生对称性破缺的过程： 自然界每发展到一个新的里程碑，都必有一个基本的物质的或相互作用的、时间的或空间的对称性破缺与之相适应； 高度有序化、复杂化和组织化的系统，即是对称性逐步破缺过程的产物。,136,2.自然系统演化的基本方式,1）分叉：稳定性和不稳定性,2）突现：突发性、间断性和不可预测性,3）“内在随机性”：确定性和随机性,137,在演化的道路上，由于内外因素的作用，系统会不断地出现多种可能性和分支。这种类似“进化树”的“分叉”是自然演化的一种基本方式。,1）分叉：稳定性和不稳定性,a,d,c,b,x,t,138,分叉的选择

53、表现在通过远离平衡态对外部随机涨落的敏感性上。在近平衡态，涨落随生随灭，对系统并不造成破坏性影响。在远离平衡态，系统对微小涨落变得极为敏感。,分叉表明了系统稳定性与不稳定性的辩证统一。对系统进化来说，稳定性是不稳定性的基础，不稳定性是达到新的稳定性的必经之途。,139,突变论表明，系统可通过渐变或突变而进化。自然系统的进化是渐变与突变、连续性与间断性的统一。,突现：系统的各个组成部分相互作用而产生（突然出现）新的形态、结构和性质。,2）突现：突发性、间断性和不可预测性,140,突现有三个基本特性：,间断性,突发性,不可预测性,141,突现的不可预测性实际上是由确定性非线性系统内含的随机性所决定

54、的。,非线性系统与线性系统不同，后者不同时刻的状态之间的关系是确定的（可由系统运动方程确定）。,3）“内在随机性”：确定性和随机性,即使没有外部随机作用，不涉及大多数现象或群体效应，初始条件也是确定的，非线性系统自身也会产生随机性（波动）。这是确定性系统固有的特征，所以被称为“内在随机性”。,142,自组织是自然界物质系统自发地或自主地有序化、组织化和系统化的过程。,一个远离平衡态的开放系统通过与外部环境进行物质、能量、信息的交换，能够形成有的结构，或从低序向高序方向演化。,3.自然系统演化的自组织机制,143,1）能从外部获得物质和能量并处于远离平衡态，是系统演化的基本条件,2）系统中的非线

55、性相互作用是系统进化的基本根据,3）内部涨落是系统进化的直接诱因：“生序原理”,这三个条件都是系统演化的必要条件，其中起关键作用的是系统内部的非线性相互作用。,144,系统中的相干性相互作用是在系统内存在着明显差异的情况下出现的，系统只有从环境获得足够的物质和能量，这种差异才能建立或恢复起来，从而维持它远离平衡态，使非线性相互作用表现出来。,1）能从外部获得物质和能量并处于远离平衡态，是系统演化的基本条件,145,根据热力学第二定律，孤立系统只能自发地走向无序（熵增大）。开放系统则不然。,开放系统的总熵dS=diS+deS。,据热力学第二定律，diS0。,若deS=-diS，则dS=0。,若d

56、eSdiS，则dS0。,146,可见，演化的系统必须是一个开放系统，即系统内外环境之间要有物质、能量、信息的交换与流通，且必须是系统从外部输入的负熵流绝对值大于系统内部的熵产生，从而使系统的熵逐步减小。,147,远离平衡的状态也是系统进化的必要条件。因为近平衡态系统是稳定的，即便是开放的，它受到扰动后也会回到平衡态。 所以，普里高津说：“非平衡是有序之源”。只有非平衡态才能导致有序，形成稳定的有序结构。,148,相互作用可分为简单的线性相互作用和复杂的非线性相互作用。,系统的结构（有序性）根源于（要素间的、系统与环境的）相互作用。,2）系统中的非线性相互作用是系统进化的基本根据,149,线性相

57、互作用：,独立性,均匀性,相互作用的要素的量之间有比例关系，各个作用是彼此独立的，其作用可以叠加，结果是稳定的、必然的。,150,对线性系统而言，整体等于各部分之和。 线性相互作用只能导致量的增长，不能导致新质的突现。,普里戈金：“在线性平衡热力学框架内，我们实在谈不到什么新结构”。,151,相互作用的要素的量之间没有比例关系，各量变化不均匀，各个作用彼此相干或交叉，叠加原理失效，结果是随机的、多元的。,作用各方经过物质、能量、信息的交换而彼此约束和选择、协同和放大。,非线性相互作用：,相干性,非均匀性,要素的相互作用有明显的时空差异。,如：力学中的三体问题。,152,非线性相互作用各作用因素

58、相互关联（可以是“长程关联”，使各要素出现整体上的协同效应，导致属性不可分割的整体形成。,使系统在宏观上产生时间结构、空间结构或时空结构，形成具有一定功能的自组织结构，达到新的有序状态。,153,因此，非线性相互作用使系统的演化产生多个可能的分支，面临多向选择。这种过程反复进行就导致了类似“生物进化树”那样的分支系统，使系统的结构和功能趋于丰富多彩系统演化分叉图。,非线性相互作用决定了：什么样的有序结构可以出现并稳定存在成为吸引中心，系统演化可能经历什么样的分支。,非线性相互作用使系统具有多重定态。,在确定参量下，线性方程只有一个特解，非线性方程则可以同时又多个特解，对应于多个定态。,154,

59、非线性相互作用规定了系统演化的可能方向或道路，但系统在什么时候、出现什么样的有序结构，是由内部涨落最终决定的。,3）内部涨落是系统进化的直接诱因：“生序原理”,普里戈金：“在非平衡过程中涨落决定全局的结果”，“通过涨落达到有序”。,155,涨落：系统或其中某个变量或行为对于宏观量的统计平均值的偏离。,涨落可由系统内部的不规则运动引起，也可由环境不可控的干扰引起，因此是随机的、杂乱的，也是不可避免的，是一切实际系统的固有特征。,156,内部涨落是进化的触发器。小诱因可引起大结果。当然，涨落的作用与系统状态有关。,非线性相互作用规定的多种可能的演化途径，最终由涨落决定走哪一条。,处于稳定态的系统自身具有抗干扰能力，会使涨落逐步衰减，从而使系