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。
1、物理学上空的“两朵乌云” “以太漂移”的否定结果：1887，M-M 黑体辐射和“紫外灾难”：1900，瑞利
以太漂移
1876年 -1879年间 ，美 国 物理 学家迈克尔逊和莫雷进行了搜 索以太风的实验。他们设想， 如果地球有相对于以太的运动 而以太又是光的传播介质，那 么光顺着以太的方向运动到一 定距离再沿逆着以太方向运动 到原点的时间，必然会大于光 垂直于以太运动方向往返同样 距离的时间，就好像游泳时顺 流逆流各游相等距离的时间必 然大于等距离往返对岸的时间。 多次实验并没有找到以太风或 地球相对于以太的相对运动。
❖ 系统具有整体性、关联性、动态性、有序 性、目的性等特性。
2、美国维纳创立控制论（20世纪30－40
年代）： 概念：目的、行为、控制、反馈、通讯、信
息、输入、输出； 控制原理：控制论系统模型即输入－输出反
馈控制模型；
系统科学和系统自然观理论建构的基本框架 和模型。
3 、 信 息 学 的 产 生 （ 20 世 纪 中
迈克尔逊
黑体辐射：黑体受高温而向外辐射。
斯特凡：黑体辐射的总能量与他的绝
对温度的4次方成正比。
瑞利和金斯：瑞利-金斯公式在长波
部分与实验吻合，在短波部分，得 出荒谬的结论,即当辐射的波长无限 小时可以获得无限大的能量，后来 被称为“紫外灾难”。
2、世纪之交物理学三大发现
X射线：1895，（德）伦琴
生物圈 生态系统 生物群落 种群 生物个体 系统 器官 组织 细胞 生物大分子
❖ 层次结构的结合能与层次尺度成反比的规律： 随着层次由低到高推进，系统要素结合的紧密 程度由大到小而递减。
将夸克结合为基本粒子的力量很强（结合能 为105~106eV），原子间的结合能为 100~101eV，分子间的结合能为10-2~101eV……
表 《关于一般系统论》的文章，但不久 毁于战火，未被人们注意。 ❖ 1947年在美国讲学时再次提出系统论 思想。 ❖ 1950年发表《物理学和生物学中的开放 系统理论》。 ❖ 1955年专著《一般系统论》，成为该领 域的奠基性著作。 ❖ 60～70年代受到人们重视。1972年发 表《一般系统论的历史和现状》，把一 般系统论扩展到系统科学范畴。
牛顿
❖ 1916年，爱因斯坦建立广义相对论 ❖ 验证：水星轨道近日点的反常进动
在强引力场中光谱应向红端移动 光线在引力场中发生偏转 ❖ 相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示了空 间与时间、空间时间与物质及其运动、质量 与能量之间存在的辩证关系。
（2）量子力学
普朗克（ Maz K.E.L.Planck,1858—1947 ） ❖ 1900年12月4日，《关于正常光谱的能
系统科学的研究主要体现在以下三个方面
❖ 对生命系统的研究产生的一般系统论 ❖ 对技术科学研究产生的控制论、信息论和系
统工程； ❖ 对非生命系统的研究产生的非平衡理论；
系统自然观的形成
❖ 在以上的科学发展的背景下，人们开始从研 究实体转向研究关系，从研究个体结构转向 研究系统功能，提出一系列整体的、综合的 系统方法和系统观念，并逐渐地将其上升到 更具普遍性的哲学层面，用其去考察整个自 然界和社会。
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。”
非生命世 界物质系 统的层次
系统自然观的意义
❖ 丰富和发展辩证唯物主义自然观；
❖ 提供了系统的思维方式；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
系统自然观的基本内涵
见教材P47—49 ❖ 揭示了自然系统是存在与演化的统一； ❖ 确定性与随机性的统一； ❖ 简单性与复杂性的统一； ❖ 线性和非线性的统一；
第二节 自然界的系统存在方式
一、自然界系统的普遍性
自然界的物质性主要回答存在着的 “是什么”的问题；“如何存在”由系统 方式和运动形式来回答。
（二）分子生物学
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。
1953年，沃森等科学家在分析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。
❖ 1905年创立狭义相对论 两个基本原理：爱因斯坦相对性原理 光速不变原理 时空观的变革：尺缩效应；钟慢效应； 质增效应；质能关系式。
❖ 根据科学家计算，当飞船速度达到每秒 钟299 900千米时，飞船上的一米便只相 当于地面上的0.02米，飞船上的一秒钟则 相当于地面上的50秒钟。
绝对的、真正的和数学上的时间自 身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、 与任何其它外界事物无关地流逝着；绝 对的空间，就其本性而言，是与外界任 何事物无关而永远是相同的和不动的。
❖ 自然界的一切物质客体都是系统，都是由 其内部若干要素按一定规则相互联系、相互 依赖而组成的、具有确定功能的相对独立的 系统。因此，系统是自然界物质的普遍的存 在方式。
2、自然界物质系统的基本特点
1）整体性：整体大于它的各部分的总和 2）开放性：与环境自由地进行物质、能量、 信息交换
3）动态性：运动、变化、发展 4）层次性
第三节 自然界的演化
物质普遍联系的基本形式——系统
何为系统?
~恩格斯：我们面对着的整个世界形成一个体
系，即各种物体相互联系的总体。
~贝塔朗菲：处于一定的相互关系中并与环境
发生关系的各组成部分（要素）的总体。
~钱学森：由相互作用和相互依赖的若干组成
部分结合成的具有特定功能的有机整体，且 此系统本身又是它所从属更大系统的组成部 分。
总星系 星系团 星系 恒星 行星 地面上的宏观物体 分子 原子 原子核 （基本）粒子 夸克
宇观 宏观 微观
（a）微观领域：原子物理学、核物理学、量 子物理学等；
（b）宏观领域：经典物理学、麦克斯韦电磁 理论、热力学等；
（c）宇观领域：广义相对论、星系动力学和宇 宙学等。
生命世界的 基本物质系 统层次
开放系统是“活系统”，孤立系统是“死系 统”。自然界的绝大部分子系统都是开放系统。
3）动态性：运动、变化、发展
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。
4）层次性
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，系统自身又是更大系统 的组成要素。
然进程的力量更强了。
（三）、系统科学
❖ 系统科学是研究系统的一般模式，结构和规 律的学问，它研究各种系统的共同特征，用 数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适 用于一切系统的原理、原则和数学模型，是 具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。
贝塔朗菲（1901—1972）
❖ 1937年，提出了一般系统论的初步框架 ❖ 1945年在《德国哲学周刊》 18 期上发
1、贝塔朗菲一般系统论：从理论上确立了 科学的系统理论,使科学从研究孤立的部分转 向研究系统及其规律。
❖ 现实世界是一个自组织的由实体构成的递 阶秩序结构，通过许多物理、化学系统的叠加 就构成了生物和社会系统。
❖ 不能把分割的部分的行为拼加成整体，必 须考虑各个子系统和整个系统之间的关系才能 了解各部分的行为和整体。
分子生物的 大生命观
沃森和克里克: DNA双螺旋结构
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
著名桥梁专家茅以升说过：“８并不如２ 加６，如果每天有２小时学习，来改变不懂 科学，生产效率低的状况，企业领导者就会 发现，这正是一种投资，决不是浪费。”
2）开放性：与环境自由地进行物质、 能量、信息交换 自然系统具有物质、能量、信息“三要素”。
孤立系统——同环境没有物质、能量交换的系统。 封闭系统——同环境只有能量交换而没有物质交换的系统。 开放系统——同环境既有物质又有能量交换的系统。
专题三 系统自然观
自然界的存在方式 与演化发展
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 生态自然观的形成和确立，这是对 辩证唯物主义自然观的新发展。
系统自然观
第一节 系统自然观产生的现代自然科学基础 第二节 自然界的系统存在方式 第三节 自然界的演化
❖ 系统：由若干相互联系、相互作用的要素组 成的具有特定功能的有机整体。
1、如何理解系统概念？
1）系统是由若干要素组成的
2）系统的要素间存在着特定的关系， 形成一定的结构
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
❖ 要素、结构、功能和环境，是一个系统所 必须的规定。系统的功能依赖于其要素、结 构和环境。要素性质的变化、结构的变化、 环境条件的变化，都会影响系统的功能表现。
20世纪的科学革命广泛而深刻： 它发生在宇观（相对论）、宏观 （分形理论、混沌理论等）、微观 （量子力学、分子生物学等）三大 层次。
第一节 系统自然观产生的现代自然科 学基础
一、自然科学基础 ❖ 世纪之交的物理学革命 ❖ 相对论、量子力学和分子生物学 ❖ 系统科学
（一）物理学新发现和物理学革命
放射性：1896，（法）贝克勒尔
伦 琴
电 子：1897，（英）汤姆逊
贝 克 勒 尔
❖ 在今天，人们提出与昨天完全相反 的主张。在这个时期，已经没有真理的 标准，也不知道科学是什么了，我很悔 恨我没有在这些矛盾出现的五年前死去。
——洛伦兹
3、物理学革命——相对论、量子力学诞生
（1）相对论
爱因斯坦（ Albert Einstein,1879—1955 ）