世纪之交的物理学革命
自然辩证法
1.2 一般系统论的诞生和发展
• • • 萌芽思想 古希腊亚里斯多得的著作中就提出了整体大于它的各 部分之和的思想。 我国著名的《孙子兵法》中，曾提出了从全局出发把 握战机，协调诸因素，寻求最优方案，达到最优效果 的朴素系统思想。 近代牛顿的《论宇宙系统》就是把宇宙当作相互联系 的大系统进行研究。 门捷列夫的元素周期律，也是运用了系统思想找到了 元素的内在联系。
例：根据德布罗衣波长公式 λ ＝ h∕mυ
宏观物体——子弹：m=10g，υ=300m/s， λ=2×10-25 nm. 宏观物体—— 人：m=50kg，υ=10m/s， λ=1.3×10-27 nm. 微观物体—— 电子：m=9.1×10-31kg， υ=1.0×106m/s， λ=0.73nm， 直径约10-6 nm. 结论：宏观物体，因其质量和体积大，它们所显示 的波动性极微，通常不予以考虑。
洛伦兹变换方程组
x - vt
x’= y’= y z’= z t’=
1 - v2/C 2
y
y’ v
o
t(v/c2)x v2/C 2 z 1 z’
o’ x x’
时空观的变革
尺缩效应
L =L
T=
0
1 - v2/C 2
钟慢效应 质增效应 质能关系式
T
0
1 - v2/C 2
m=
m
0
1 - v2/C 2
E = mc2
• 第二次世界大战期间 • 战争初期盟国在军事上处于劣势， 为了对付德国的军事 优势不得不采取一套科学的对策方法， 系统工程与运筹 学应运而生。 • 根据系统工程的基本思想，要从整体出发来考虑敌我双 方现有的和后备的人员情况，使得雷达系统、防空系统、 后勤系统、护航系统、军事指挥系统统一协调起来以达 到最高效率，取得战争胜利。 • 战争初期英国研究了雷达系统与其它防空部门的协同作 战问题，战斗机编队对付轰炸机编队的控制技术等。 • 1942年英国在反对德国的潜水艇作战中，由于研究了深 水炸弹最优起爆深度，使得击沉率提高4－7平倍。
“两朵乌云”
历史上物理学晴空的两朵“乌云”在历史跨入新世纪的日子里，英国科学界声名显赫的元老开尔文勋爵，于1900年4月27日在皇家学会发表了一篇著名的讲演。
开尔文勋爵本名威廉〃汤姆逊，是英国杰出的理论和实验物理学家，二十二岁就当上了格拉斯哥大学的自然哲学教授。
他在电磁学和热学研究方面取得了显著的成就，一生共发表了约七百篇科学论文。
从1858年起，他领导完成了横越大西洋、连接欧美两大洲的海底电缆敷设工程。
他还为大不列额建立了第一所物理实验室。
由于卓著的成就和出色的贡献，他于1851年就被选为伦敦皇家学会会员，1890年到1895年担任皇家学会会长，1892年被封为开尔文勋爵。
他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。
同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。
”第一朵乌云——迈克耳逊－莫雷实验与“以太”说破灭人们知道，水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它们离开了介质都不能传播。
太阳光穿过真空传到地球上，几十亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。
光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质―“以太”。
最早提出“以太”的是古希腊哲学家亚里士多德。
亚里士多德认为下界为火、水、土、气四元素组成；上界加第五元素，“以太”。
牛顿在发现了万有引力之后，碰上了难题：在宇宙真空中，引力由什么介质传播呢？为了求得完整的解决，牛顿复活了亚里士多德的“以太”说，认为“以太”是宇宙真空中引力的传播介质。
后来，物理学家又发展了“以太”说，认为“以太”也是光波的传播介质。
光和引力一样，是由“以太”传播的。
他们还假定整个宇宙空间都充满了“以太”，“以太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的媒介。
武汉大学工程硕士《自然辩证法》复习思考题(1)(大全5篇)[修改版]
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第一篇：武汉大学工程硕士《自然辩证法》复习思考题(1)武汉大学工程硕士《自然辩证法》复习思考题（2011年下半年~2012年上半年）教材：《自然辩证法——在工程中的理论与应用》（清华大学出版社）导论：1、自然辩证法创立的自然科学成果。
2、工程硕士学习自然辩证法的意义。
第一章：1、科学、技术、工程及其基本特征。
2、科学、技术、工程的区别与联系。
3、如何认识发现、发明和建造三者之间的关系？第二章：1、现代自然科学的全面发展。
2、近代技术的发展。
3、如何认识现代科学、技术与工程的一体化发展趋势？第三章：1、何谓“系统”？2、自然界演化的自组织机制。
3、人与自然的对象性关系。
第四章：1、自然价值与自然权利。
2、生态伦理的原则和态度。
3、环境友好型社会。
第五章：1、创新概念包括哪些要素？它与企业家有何关系？2、创新对科学技术的依赖性。
3、科学技术、社会需求与创新。
4、企业的创新战略。
第六章：1、国家竞争力与国家创新体系建设。
2、自主创新战略及其意义。
3、新时期我国国家创新体系建设的主要任务体现在哪些方面？第七章：1、现代科学方法论及其形成。
2、科学问题及其来源。
3、观察和实验中的机遇。
4、举例说明归纳与演绎方法在科学研究中的作用。
第八章：1、工程技术研究的主要阶段。
2、利用专利文献的发明创造。
3、系统科学思想和方法的主要特点。
第九章：1、工程共同体的含义及类型。
2、科学和技术的社会规范。
第十章：1、工程技术共同体的伦理原则。
2、工程师的社会责任。
3、工程技术活动中越轨行为及其控制。
第十一章：1、科学技术工程对人类社会的影响。
2、文化对科学、技术和工程的影响。
第十二章：1、如何正确评价“技术乐观主义”和“技术悲观主义”？2、科学、技术、工程社会评价的主要原则。
考试形式：开卷考试题型：辨析题、简答题、论述题（包括材料题）武汉大学研究生院2011年7月第二篇：武汉大学工程硕士《自然辩证法》复习思考题武汉大学工程硕士《自然辩证法》复习思考题（2010年下半年~2011年上半年）教材：《自然辩证法——在工程中的理论与应用》（清华大学出版社）导论：1、自然辩证法创立的自然科学成果。
第七讲：20世纪：探究宇宙与生命之谜
第三节 宇宙的起源
• 宇宙是广漠空间和其中存在的各 种天体以及弥漫物质的总称。 • 宇宙是物质世界，它处于不断的 运动和发展中。 • 《淮南子· 原道训》注：“四方上 下曰宇，古往今来曰宙，以喻天 地。”即宇宙是天地万物的总称 。
• 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什 么时候、如何形成的。 • 1922年，苏联数学家弗里德曼提出膨胀的 宇宙模型，认为宇宙是从温度和密度都极 高的状态中由一次“大爆炸”产生的； • 1932年，比利时天文学家勒梅特认为，整 个宇宙最初聚集在一个“原始原子”里， 后来发生猛烈爆炸，碎片向四面八方散开 ，形成今天的宇宙； • 1948年，美国物理学家伽莫夫把核物理 学的知识同宇宙膨胀理论结合起来，发展 了“大爆炸理论”，提出宇宙是由大约 150亿年前发生的一次大爆炸形成的。
第七讲：20世纪：探究宇宙与生命之谜
本讲内容
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 世纪之交的物理学革命 分子生物学 宇宙的起源 地球形成与地壳运动
第一节
世纪之交的物理学革命
19世纪末，经典物理学已经经历 了三次大综合： • 牛顿创立了经典力学，实现第一 次大综合； • 迈尔、焦耳、克劳修斯、玻耳滋 曼等人发现能量守恒与转化定律，创 立了热力学和统计学理论 体系，实 现第二次理论大综合； • 法拉第、麦克斯韦等人创立的经典 电磁学理论实现第三次理论大综合。
宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸 形成的
宇宙的实际年龄为137亿年
银河系的诞生
太阳、行星与地球
实验检验： • 1964，彭齐亚斯、威尔逊发现宇宙中深处 存在绝对温度为3度的微波噪音，被认为是 对于大爆炸模型预言的辐射证实； • 1989年美国发射的宇宙背景探索卫星的观 测数据表明，宇宙背景辐射谱与黑体辐射 的理论极其吻合。
现代物理学的发展与演化之路
现代物理学的发展与演化之路现代物理学通常是指二十世纪初开始发展起来的物理学，包括相对论，量子力学，原子和原子核物理学，粒子物理学等，是物理学的一个重要组成部分。
它彻底改变了人们以往的时空观，使人们对这个世界有了新的认识，也大大地改变了人们的生活方式。
在２１世纪，物理学将进一步获得迅速发展，物理学仍将是整个自然科学的基础，物理学的进展仍是推动整个自然科学发展的一个最重要的动力。
十九世纪末二十世纪初，经典物理学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。
由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。
物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即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。
然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。
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。
其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。
这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。
由此引起了物理学的一场伟大的革命。
爱因斯坦创立了相对论；海森堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。
现代物理学诞生了！现代物理学革命的最主要成果是由爱因期坦的相对论和由普朗克，玻尔奠基，德布罗意，薛定谔，海森堡，狄拉克等建立的量子力学，发现高速领域和微观领域内新的物质运动规律，揭示了物质和运动以及它们同时间，空间等物质存在形式的有机联系，揭示了微观世界中波动性和微粒性，连续性和间断性，必然性和偶然性之间的辩证关系。
自然辩证法专题三 系统自然观
1）整体性：整体大于它的各部分的总和
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。
❖ “譬如一只手，如果从身体上割下来，按照名 称虽仍然可叫做手，但按照实质来说，已不 是手了。” “只有作为有机体的一部分，手 才获得它的地位。” ——黑格尔
4、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。
普利高津提出了以耗散结构为核心的系统 自组织理论。
哈肯研究了多组分大系统怎样由无序态， 经过其中的子系统的合作运动，转变为有序结 构，建立了协同学（1969）。
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。
叶）：信息学是关于系统的信息 传递和处理的科学理论。
❖ 1948年，申农发表了《通信的数学理 论》，宣告了信息论的诞生。申农的信 息论提炼出了包括信源、信宿、信道的 信号传输的普适模型，定义了信息量， 提出了信源编码定理等重要定理，为一 般意义上的信息传输奠定了理论基础。
❖ 1948年，第一台计算机在美国诞生。 计算机的诞生意味着人工信息系统的出 现，它也反映了人类对系统的信息处理 本质的更深刻认识，同时也表明信息科 学有了一种技术表现形式。
量分布定律的理论》，提出能量子基本 假设——量子力学诞生。
❖ 量子力学标志了对微观世界认识的深入， 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、 波动性与粒子性的辩证统一，凸现了量 子（微观）世界的概率随机性，打破了 机械决定论的观念。
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中才能 认识自然。
《自然辩证法》现代科学技术革命对自然观的影响
化学工业技术
石油冶炼和化肥成为新的生产部门；
在高分子化学的基础上，二十世纪初产生了 一个庞大的塑料（合成树脂）工业部门：
1908年出现了第一种塑料（电木），塑料开 始广泛替代木材、石材和金属；
1930年，有机玻璃问世；
1939年，聚乙烯问世；各种作为包装材料和 电子绝缘材料的塑料也不断被制造出来。
制造人造纤维的工业技术也出现了：世纪初 出现了人造丝；随后又出现了醋酸纤维丝、 尼龙（1935）和涤纶。
与化学相关的技术还创造了新的炸药和新的 农药。
交通技术的变革
有轨电车，柏林，1882
汽车时代的来临
1890年代，汽车问世，一战后开始被普遍使用，美国成为轮子上的 国家。汽车工业因其具有迅速成为广泛关联效应的“先导产业”， 对经济产生了多重影响，比如对钢铁生产的促进，又比如对人造橡 胶工业的催生。
遗稿,1895年恩格斯逝世。 1925年苏联首先出版。
1883年3月14日，马克思逝世， 恩格斯负责整理、出版《资本 论》遗稿和领导国际工人运动， 直到1895年恩格斯去世。所以 《自然辩证法》一直未能完成。
1925年，苏联首先出版了俄文 版的《自然辩证法》。
以后，在社会主义国家陆续出 版。中国是1932年出版了第一 部中译文本。
二．19、20世纪之交的 物理学革命
自然辩证法的建立，是人类自然观、科 学技术方法论和科学技术发展演化观的 划时代的变革。
当然，正如恩格斯所说，自然辩证法战 胜形而上学自然观有两条道路：科学家 自觉学习唯物辩证法的道路；通过科学 家自己的努力和摸索的道路。
历史实际上走的是后一道路。
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”。“理论物理学终 结了”。
世纪之交的三大发现汇总
际， 19 世纪末，在实验上却发现了一系列经典物理学无法
解释的事实．这些事实与经典物理学的基本概念以及一系 列基本规律产生了尖锐的矛盾，从而引起了物理学的一场 伟大的革命，导致了现代物理学的诞生．
阴极射线的研究
在 19 世纪末和 20 世纪初的一系列新发现中，电子的发
现、X射线的发现和放射性现象的发现具有根本的意义，被
边界清晰的十宇架的阴影；他把一块磁铁移近真空管，十 字架阴影就会发生移动；他还在真空管中安上一水平玻璃 轨道，并在轨道上放置一个插有云母翼片的风轮，当用阴 极射线照射风翼时，轮子就会转动起来．
克鲁克斯根据这些事实认为，阴极射线是由带负电的
“分子流” (moleCularcurrent) 组成，是管中残留气体分 子碰到阴极上，从阴极得到了负电荷而形成的“分子
第电解定律，主张把电解中的一个氢离子所带的电荷作为
一个“基本电荷”，并认为任何电荷都是由一些 “基本电 荷”组成的．
1878年后，拉摩(JoSeph Larmor，1857-1942)和洛伦 兹 (Hendrik Antoon Lorentz ， 1853-1928) 在创立的“电 子论”中，也曾赋予物质中电荷的负荷体以一个基本的电 量． 1890年，斯通尼引入“电子”(electron)来表示负的 基本电荷的负荷体．
流”．他称这种带电的“分子流”为物质的第四态．
勒纳德的“铝窗”
1894 年 ， 德 国 的 勒 纳 德 (Philipp Lenard ， 1862-
1947)发表了他的“铝窗”实验．在最初研究阴极射线时，
勒纳德曾经设计实验，观察阴极射线是否能像紫外线一样 通过放电管壁的石英窗．他发现阴极射线不能穿过．后 来，受到赫兹的一个实验的启发，他想到用来封闭放电管 的石英板可以用一块铝箔代替，铝箔的厚度要可以使管内
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世纪之交的物理学革命案例分析
真理都具有绝对和相对两重属性，都是绝对和相对的辩证统一。
一方面，绝对真理和相对真理相互依存、相互包含。
任何真理都是在一定的条件、程度、范围内对客观事物的正确反映，因而具有相对性；但它又是对客观事物的正确反映，在它的限度内不可能被推翻，因而具有绝对性。
绝对寓于相对之中，绝对真理通过相对真理表现出来；相对真理包含着绝对真理的成份，无数相对真理的总和构成绝对真理。
另一方面，相对真理向绝对真理辩证转化。
真理是一个过程，永远处在由相对向绝对的转化和发展中，任何客观真理都是由相对真理向绝对真理转化过程中的一个环节。
本案例讲述的是近代自然科学发展史上光彩夺目的一页－－世纪之交的物理学革命。
19世纪40年代以后，经典物理学得到了很大地发展。
当时不少物理学家认为物理理论已接近最后完成。
但后来又出现了很多用经典物理解释不了的现象。
这又使得物理学家们不安起来。
为了克服这些“乌云”自然科学家们对古典物理学理论体系的基础进行了一场根本性的变革。
这些展示了从经典物理学的完成到现代物理学的开创的发展历程，具体显现了物理学发展长河中的真理的绝对性和相对性的辩证统一关系，说明经典物理学理论在常规时空条件下是真理，具有绝对性，然而一旦超出了常规时空，它的局限性就暴露出来了。
19世纪80年代相继出现的、以迈克耳逊一莫雷实验和黑体辐射实验为代表的一系列经典物理学理论无法解释的新的科学事实，表明经典物理学理论只是对无限物质世界的一定时期、一定层次、一定范围、一定程度近似正确的反映，还不够完善，具有相对性。
所谓的“永恒真理”、“终极真理”在现实生活中是不存在的。
同时，世纪之交的这场物理学革命也告诉我们，任何科学理论都不可能一蹴而就，一成不变，随着科学实验的发展，理论必然会进一步发展，甚至要彻底更新。
真理是一个过程，是一个从相对性真理走向绝对性真理、接近绝对性真理的永无止境的发展过程，真理的发展永无止境。
马克思主义作为科学真理，也是绝对性和相对性的统一。
马克思主义正确地揭示了自然界、社会和思维发展的一般规律，是经过实践反复证明了的客观真理，这是它的绝对性，因而我们必须坚持马克思主义。
同时，马克思主义是历史的产物，无论从认识的广度还是从认识的深度上看，它都不可能穷尽一切真理，随着客观历史的变化和社会实践的发展，马克思主义也需要得到发展、深化和完善，这是它的相对性，因此我们又必须发展马克思主义。
通过学习这则案例，我深刻地认识到了任何真理都是具体的,发展的，都既具有绝对性，又具有相对性；真理是一个过程，是一个从相对性真理走向绝对性真理，接近绝对性真理的永无止境的发展过程。