自然辩证法-第二章

第二章：辩证唯物主义自然观的发展：系统自然观第一节现代自然科学的发展和系统自然观的产生一、系统自然观产生的自然科学基础•（一）现代自然科学革命•（二）系统科学的诞生（一）现代自然科学革命•19世纪下半叶，牛顿力学在各个自然科学领域得到了广泛应用，机械自然观总体上仍然处于主导地位。

“经典物理学大厦已经竣工完成”。

1、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。

通过X射线促进了或激励了一连串发现。

•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；•居里夫妇发现放射线元素（钍、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）；•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。

2、物理学革命•当时物理学家中的泰斗——开耳文勋爵在新年贺词中把物理学的19世纪发展和20世纪的前景比喻为“物理学一片晴朗天空，只有两朵小小乌云”，它们是黑体辐射问题和以太问题，当时没有得到解决。

1)实验或实践进展•黑体问题研究中，出现了紫外灾难（黑体：光的辐射和吸收）；•以太问题的检验，迈克耳孙-莫雷实验（以太存在？光速问题）黑体辐射的“紫外灾难”麦克尔逊—莫雷实验示意1887年2）相对论的提出：•爱因斯坦（1879-1955）1905年狭义相对论；关于时间和空间关系、质量和能量关系；运动和物质关系；对经典力学的绝对时空观的革命。

但是现在看仍然都是决定论框架下的理论。

1915年广义相对论；物质与空间、时间关系；双生子佯谬。

3）量子论和量子力学建立•1900年，普朗克提出能量子假说；1905年，爱因斯坦提出光量子假说和理论；20世纪初，卢瑟福提出原子的有核模型——太阳系模型；1912-13年，玻尔建立（经典）量子论原子模型；1923年，德布洛意提出物质波假说；1925-26年，薛定谔提出波动力学；海森堡提出量子力学的另一形式——矩阵力学。

1927年证明两者等价。

•新旧图景的关系：量子论中旧图景的痕迹。

波粒二象性（法，德布洛意），测不准关系（1927年，海森堡；互补关系，1929年，玻尔），量子力学解释；•爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）长达30年的哲学争论：决定论与统计解释的争论。

今天普里戈金也倾向统计解释。

4）生命科学50年代，发现和建立D N A双螺旋结构（华森和克里克）；60年代，遗传密码破译，人工合成蛋白质；70年代，生命起源新理论，人工合成核酸；80年代，生物工程；90年代，克隆，人体基因工程；伦理学问题，法律问题，道德问题；牛顿时空与相对论时空（二）系统科学的诞生•20世纪中叶以来：•探索复杂性•早期出现了一般的系统科学：系统论、信息论和控制论（40年代）；•40年代系统工程，一般系统论、控制论、信息论。

60-70年代，耗散结构理论、超循环理论、协同论80年代，混沌理论，分形理论，孤子理论。

非线性科学的统一特性:非线性、自组织性、整体特性的涌现性。

从不同角度研究和探索了复杂性世界的种种属性。

•当代非线性和复杂性科学前沿以及哲学问题整体和部分；结构和功能；线性和非线性，有序和无序；非线性世界与线性简化，非线性方法论复杂性问题•可逆与不可逆。

•无序与有序。

•进化和退化。

•自组织与混沌理论。

•复杂性与随机性。

•非线性与线性。

运用系统复杂思想解题案例：都江堰战国（B.C.250）李冰等系统科学、非线性科学——差之毫厘，谬以千里•。

复杂性理论研究的基本框架中国期刊网篇名“复杂性”篇数统计混沌的创始人们•创始人：–有一群科学家，其中最著名的，包括：气象学家洛仑兹（E.N.L o r e n z）、数学家约克和李天岩、M a y，K A M（柯尔莫哥洛夫-阿诺德-莫什尔）等。

C H A O S入门文献混沌的含义•混沌（c h a o s）三种意义–宇宙初始状态：气似质具而未相离，谓之混沌——《易纬.乾凿度》–平衡混沌，即紊乱、无序、混乱。

–非平衡混沌，至今无确切的公认严格定义，但是其特性知道有：确定性的非周期性；类随机性（产生于确定性系统内部）；初值极端敏感性；长期行为的不可预测性；现代科学揭示的混沌之意义•演化的不确定性：–北京一只蝴蝶扇动翅膀，一个月后可能引起香港的一场风暴•演化对于初始条件的敏感依赖性：蝴蝶效应（T h e B u t t e r f l y E f f e c t）2004年美国电影《蝴蝶效应》分形理论及其意义•创始人：曼德布罗特（B.B.M a n d e l b r o r t,1924-）•基本概念：–分形（f r a c t a l）:以描述极不规则\不光滑的物体形体–分形是描述无标度性对象的概念–具有分形物体的特征是分数维数–云彩不是球，山峦不是锥，海岸线不是圆，树皮不光滑，闪电也不沿着直线展开.–分形和分维数是科学家观察、描述和解释世界的新视觉、新视角。

自相似：无穷嵌套分形集：曼德布洛特集与尤利亚集分形模拟的“地老天荒”建筑的时代性艾森曼的后现代建筑－混沌、变化、破碎和曲线柏林马科斯莱茵大楼康定斯基的作品抽象－宁静之地：与分形有关的艺术抽象－秋二、系统自然观的基本内涵和思想•从存在到演化•确定性和随机性的统一•简单性和复杂性的统一•线性和非线性的统一三、系统自然观的重大意义•丰富和发展了辨证唯物主义自然观•提供了系统思维方式1、丰富和发展了辨证唯物主义自然观–对辩证唯物主义物质观的丰富和发展–对辩证唯物主义运动观的丰富和发展–对辩证唯物主义时空观的丰富和发展–对大循环思想的发展2、提供了系统思维方式•（1）系统思维方式：把对象当作一个系统加以考察的思维方式，它根据系统的性质、关系、结构，把对象的各组成要素有机地组织起来构成模型，研究系统的的功能和行为，具有整体性、综合性、定量化和精确化的特征。

•综合研究→综合指导下的分析→综合•整体性原则•开放系统•侧重于研究无序、不稳定性、多样性、不平衡性、非线性第二节自然界的系统存在方式•一、系统：自然界物质存在的普遍形式•二、自然界物质系统的基本特点•三、自然界物质系统的结构层次一、系统：自然界物质存在的普遍形式•1、何谓“系统”•2、系统是自然界物质存在的普遍形式1、何谓“系统”•系统：由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有特定功能与结构的有机整体•第一，系统是由若干要素组成的。

要素是构成系统的组分或组元。

•第二，系统的各要素之间存在着特定关系，形成一定的结构。

结构是指系统诸组成要素之间相互关系的总和，它表现为系统内部的组织形式、联系方式或秩序。

•第三，系统的结构使它成为一个具有特定功能的整体，结构是功能的载体。

功能是指系统在与外部环境相互作用中表现出来的性质、能力和功效。

•第四，功能是在系统与外部环境的相互作用中表现出来的，系统总是存在于一定的环境中，凡是与系统的组成要素发生相互作用而不属于系统的事物，均属于系统的环境。

2、系统是自然界物质存在的普遍形式–自古希腊时期起人们就认为自然界是系统，是一个整体：赫拉克里特、德莫克里特、莱布尼茨、狄德罗、康德、拉普拉斯、霍尔巴赫恩格斯等都有过相关的表述。

如恩格斯说，“整个自然界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体”。

系统是自然界物质存在的普遍形式•ⅰ整个自然界是系统；自然界的所有物质皆为系统•ⅱ自成系统与互为系统•ⅲ要素与系统的相对性二、自然界物质系统的基本特点•开放性•整体性•层次性1、开放性：•孤立系统：有物质、信息、能量的交换）•封闭系统：只有能量交换，忽略流星和宇宙尘埃状态下的地球•开放系统：有物质、信息、能量的交换。

•自然界所有物质皆为开放系统，其他二者为理想状态•开放系统的特性：•ⅰ等结果性（海胆；一果多因）•ⅱ开放系统被定义为在同环境交换物质的过程中呈现输入和输出、自身物质组分的组建与破坏（二者互为条件）2、动态性：•自然系统都有物质、能量、信息的不断地流动，任何系统都有一个从孕育、产生、发展、成熟到衰退的过程。

自然界物质系统这种运动、发展、变化过程就是它的动态性。

•本体论层看：没有不运动的物质；物质是系统的——→自然界物质系统是动态的；•系统变化的两个方向：•进化（从无序到有序）•退化（从有序到无序）3、整体性：•①“整体大于它的部分之和”——→系统并非各要素的机械加和，系统具有各要素所没有的新的功能、性质和规律（核苷酸与核酸。

•②系统中的要素的性质、功能和规律不同于其孤立状态下的情形（人的手）。

4、层次性：•一方面系统由一定的要素组成，这些要素是由更小层次的要素组成的子系统。

•另一方面，系统自身又是更大系统的组成要素。

•自然界各种不同的层次：•纵向层次（基本粒子→原子核→原子→分子）•横向层次（氢原子与氧原子）•交叉层次（氢原子与氧原子）•自然系统的层次性是差异性的表现，这一层次性在差异性的关节点上被区分出来。

•自然系统各层次之间具有不同的量的规定性和质的规定性，是部分与整体、连续性与中断性的统一三、自然界物质系统的结构层次•自然物质系统的结构和功能•无穷嵌套的立体网络结构的自然图景1、自然物质系统的结构和功能•自然系统结构的两种基本形式：•ⅰ同时态的相对稳定的空间结构（D N A分子的双螺旋结构）•ⅱ历时态的运动演化的时间结构（周期震荡）ⅲ交叉形态•自然界中物质系统的结构主要由引力相互作用（天体之间）、电磁相互作用（分子之间）、强相互作用和弱相互作用（强子结构）构成•结构是功能的内在根据，功能是结构的外在表现；•功能具有多样性（20种氨基酸和4种核苷酸的不同组合形成200多万种动物、30多万种植物、10多万种微生物）2、无穷嵌套的立体网络结构的自然图景•一方面无数相同等级的网络相互依存构成水平网络。

另一方面不同等级的系统在纵的方向上相互联系构成垂直结构网络。

第三节自然界的演化•一、自然演化的不可逆性和自然的进化•二、自然系统演化的基本方式•三、自然演化的自组织机制•四、自然界循环发展的无限性一、自然演化的不可逆性和自然的进化•1、“演化”和“进化”•2、自然界演化的不可逆性•3、然界的进化：有序化和对称性破缺1、“演化”和“进化”•演化：不可逆的运动形态。

进化、退化、“更替”•进化：有特定方向的演化；上升的、从有序到无序、从低序到高序的不可逆过程或复杂性和多样性的增长2、自然界演化的不可逆性•可逆与不可逆2.1可逆与不可逆•可逆：系统从某一状态转变到另一状态后，能够再回到原来的状态并且系统的环境也回复到原状，则称该过程可逆•不可逆：系统与环境一经变化，不能回复。

•可逆与不可逆→时间反演对称性2.2时间之矢•自然界的时间之矢：•宇宙学的•量子力学的•电磁学的•生物学的•热力学与统计物理学的•与不可逆过程相互联系的是时间对称破缺。