自然辩证法-自然观

• 动态性
– 系统的动态性是指任何真实的自然系统都有一 个从生到灭的过程。 – 现实的系统都有其发生、发展、消亡的过程， 表现出随时间而变化的动态特性或演化特性。 自然科学和数学提供了描述系 统动态特性的许 多理论相方法。 – 按照科学追求普遍性的原则，动态系统理论的 中心问题之一是对稳定秩序的追求。
• • • • •
Nature and nature’s law lay hid in night; God said, let Newton be! And all was light.
17-18世纪的自然科学取得了伟大成就，形 成了崭新的科学精神和科学思想，导致了思维方 式的重大变化。 近代科学家把世界看作由物质和虚空组成的 客观实在。近代科学是实证科学，以观察试验所 获得的事实为基础，以经验归纳和数学演绎为主 要方法。近代科学思维方式使近代科学取得了辉 煌成就。
系统自然观
• 系统自然观是辩证唯物主义自然观发展的现 代形式之一。
2.1 系统自然观的产生
2.1.1 系统自然观产生的自然科学基础
基本粒子的研究 1、原子、基本粒子都是可分的 （从古希腊-牛顿-道尔顿） （汤姆生-卢瑟福（哥白尼） 宇宙之砖 现代炼金家 2、原子-电子-原子核-质子-中子-介子-夸克-
– 80年代以来的发展 • 80年代国际上形成非线性科学研究的热潮，研 究主体是混沌、分形与孤粒子。 • 80年代中期国际上兴起了对复杂性的研究，突 出的标志是1984年美国的圣菲研究所成立。 • 钱学森学派的系统学研究：目标在于创立基础 科学层次的系统科学。
马克思、恩格斯指出：随着自然科学、技术与工 业的强大而日益迅速的进步，自然观必然要改变 自己的形式。
• 现代自然观 – 现代自然观是基于自然科学家所研究的自然界的演 变过程与历史学家所研究的社会的兴亡交替的类比， 形成历史性的自然观，把自然界视为与人类社会具 有相同演变机制的世界，形成辩证的自然观念，既 所谓“自然是历史的，历史是自然的”。 – 这一观点的基本特点：
– 第一，万物在系统的方式存在着，并且处于演变发展之中； – 第二，事物的演变是自组织的，既事物的信息是自已形成的， 不是超自然力量的“注入”，也不是“无中生有”，而是事 物相互作用所生成的，本质上是“自己运动”。
九章算术
贾思勰《齐民要术》
葛洪《抱朴子》
张仲景《伤寒杂病论》
郦道元《水经注》
•埃及
手工业 农业 天文
•巴比伦
•希腊数学
•希腊天文学
古代自然观的基本思想和特点
古代自然观是基于大宇宙的自然和小宇宙的人 的类比，形成万物有灵论的神秘观念。
远古时期的人类，对自然界存在着畏惧和崇拜 的情绪，从而衍生出动物崇拜和图腾（Totem）崇 拜以及各种祭祀，祈神活动。此外，那时的人们产 生了万物有灵的观念，即一切生命皆有生命，皆有 灵魂。如雷公、地精、河神、树仙等。 灵魂不死、转世说是其发展。 这种特征在当前存在的一些原始部落里仍留有 明显痕迹。
• 整体性： – 整体与部分的关系： • 质量关系(加和性): 整体 等于部分之和。 • 功能关系(非加和性): 整 体不等于部分之和。
曼德尔布罗特集
2.3 自然界的演化
• 2.3.1 演化与进化
– wenku.baidu.com谓“演化”（evolution）
• 运动、变化、演化与进化的区别
– 运动和变化的意义通常包含了各种物质运动的可能形态。 但是，两种的语用环境有所区别。
因此，由于前面提到的自然科学的发展，系统自 然观应运而生
2.1.2 系统的特点
• 开放性
– 开放系统是与环境自由地进行物质、能量和信 息交换的系统。 – 特点：
• 开放系统的外部特征是存在输入和输出； • 内部特征是不断破坏自身旧的物质组分，不断组建新 的物质组分。
– 真实的世界都是开放的，孤立和封闭系统只是 理想状态下的抽象物。
近代自然观
近代自然观是基于作为上帝手工制品的自然界与作 为人的手工制品的各类机械的类比，形成机械的自 然观，把自然看成一个机械的“钟表”。 ○ 这种观念的基本特点： 第一，事物由基本的机械元件组成，原子是 这个世界的基石，事物运动都可以还原为机 械运动；（人是机器） 第二，事物的动因是外在的，自然界的初始 的动因是外在于自然的神秘力量—— “第一 推动” 。
这种自然观的基本特点：
第一，认为万物皆有生命；(把自然界看作一棵树， 孕育着对生命和胚种的崇拜 ，如：矿脉） 第二，认为事物运动的原因是内在的，而不是外推的。 何谓朴素？（缺少对细节的分析和证明） 朴素的唯物主义（火成说） 朴素的辩证法（太阳每天都是新的，周易-阴阳五行、 五行相生相克）
• 泰勒斯（公元前624-547年）是史料记载的 古希腊第一个自然哲学家，他认为，世界 的本源是水。万物起源于水并复归于水。 水是不变的本体。 • 阿那克西美尼（约公元前 585-525）认为， 空气是万物的始基，空气稀薄时变成火， 空气浓厚时变成风，再浓厚又变成云、水 、石头。
»最大熵：一个系统最无序的状态的熵。 »状态熵：当下状态下的熵。 »信息熵：信息消灭掉的熵。 »三者的关系：最大熵=状态熵+信息熵 状态熵
最大熵
信 息 熵
– 熵越大越无序，对同一个系统是正确的。对于 不同的系统，评价无序用状态熵概念，评价有 序用信息熵概念。 – 一般认为，机械运动无信息。其最大熵、状态 熵和信息熵都为零。实际上，机械运动是确定 性的运动，用统计语言难以描述，传统的信息 量定义不适用于描述机械运动。
局限性：
1· 形而上学性，孤立、静止的观点，事物一成不变 性。静止、片面、孤立、绝对，最终回归神学的上 帝。 2· 机械论，外因决定论，用力的概念和机械运动解 释一切自然现象。（二分法） 3· 对社会历史现象作唯心主义的解释，机械自然观 是可敬的，但是机械的伦理学是可笑的；亚里士多 德并不可笑而是可敬的。
– 演化是一种具有方向性的运动形态。
– 进化是沿上升、从无序到有序、从低序到高序方向的演化， 是演化的一种。
– 自然演化的不可逆性
• 可逆和不可逆
– 可逆系统从A状态变到B状态后，能够再回复到原来状 态，且同时使系统的环境也回到原状态，则称A到B的 过程为可逆过程；反之，称为不可逆过程。 – 可逆过程对动力学方程而言是时间可反演的（或对称 的）。
•旧时器时代
•新石器时代
•陶器
二 奴隶制和封建社会的科学技术
中国
•中国
耕作技术
水利灌溉技术
• • • • • • • • • • • •
印刷术 雕版印刷的发展经过: ——殷商时代的书绘雕刻 ——秦代的雕造 ——汉代以石刻经 ——纸张的发明 ——魏晋南北朝书本雕刻 ——五代雕刻经传 ——未代雕版兴盛 ——毕升发明活字版 ——元代王桢的改良 ——清代铜活字印刷。
1.3 19世纪自然科学和辨证唯物主义自然观
辩证唯物主义自然观确立的科学基础
• • • • • • • • 星云假说－－康德 拉普拉斯 地质演化说－－赖尔 能量守恒和转化定律－－迈尔 焦耳 尿素的人工合成－－维勒 元素周期律－－门捷列夫 细胞学说－－施莱登 施旺 生物进化论－－达尔文 电磁感应理论－－法拉第 麦克斯韦
• • • •
1）1686年底《自然哲学的数学原理》出版； 2）彗星沿抛物线轨道运动，地球的潮汐现象； 3）万有引力定律，力学体系； 4）确定了质量、动量、惯性和力等基本概念， 以及绝对时间和绝对空间。 • 5）提出的运动定律和万有引力定律是力学的 基础，也是机械论自然观的基础。
橘子与橄榄
哈雷彗星1531-1607-1758 海王星的发现
•系统科学的出现
– 40-60年代的形成和发展：系统科学的建立
• 一般系统论：贝塔朗菲三十年代提出系统论的概念， 45年《关于一般系统论》发表。 • 运筹学：在二战的需要中产生，是关于事理的科学， 旨在提高系统运行的整体效率。 • 控制论：美国人维纳创立的关于动物和机器中控制和 通信的科学。控制论提炼出的反馈控制模型具有广泛 的普适性。 • 信息学包括信息论和电子计算机理论。香农1948年的 《通信的数学理论》宣告了信息论 的诞生，其中提炼 出了通信模型，定义了信息量，提出了编码定理等。 冯· 诺伊曼的计算机实现了一种处理信息的“物理符号 系统”，这是人类智能物化的伟大起点。 • 系统工程、系统分析、管理科学
– 对称和破缺
• 对称与无序：在一切变换下都不变的状态就 是无序状态。所以，对称性越大，越无序。 • 对称破缺：在一定变换下所表现的可变性， 或对称性的降低。它对应着系统的有序状态。 自然界的有序化就是对称破缺的结果。
– 宇宙的进化就是不断地打破已有对称的过程。宇宙大爆 炸的初始状态，是最无序的。在温度降低，物质分布失 去对称的过程中，逐渐走向有序。 – 同样，知识的进步也是对简单的、对称的规律的扬弃过 程。
然而还要注意：
我们必须承认，我们关于原始文 化的知识，远不如我们的物理和化学 知识更丰富、更准确。我们对原始人 类的了解，大多数的是推测的，因而 是很不全面的。
1.2
16、17世纪自然科学和 机械唯物主义自然观
哥 伦 布
一、近代自然科学产生的社会历史背景 近代自然科学产生于人类历史上一个伟大的 变革时代。 首先，资本主义生产方式的出现和地理大 发现是近代自然科学产生的社会历史动因 其次，文艺复兴和宗教改革是近代自然科 学兴起的文化前提和思想基础 再者，生产力的发展和科学实验手段的完 善，是近代自然科学形成的物质保证
»当t→－t时，若方程保持不变，则称该方程是时 间可反演的。 »对称是指在一定变换下的不变性。 »因此，可逆性就是过程的时间反演对称性。
进化：有序化和对称性破缺
○ 序的含义：
序指时空结构的规则性。 序与系统可能状态数N
- N是系统的可能状态的数量。例如，我们找一个忘 记放在何处的东西。一个东西可能放在很多地方 （如N个），那么其可能状态数就是N。N大就意味 着越无序，N小就意味着越有序。
描述热力学序的物理量：熵
- 熵实际上是对N的技术处理。熵是系统可能状态数 的对数。 - 定义：S=Alog2N. (A为系数） - 上面的定义是信息熵（玻尔兹曼熵）的定义。热力 学熵是
dS dQ T
•系统论的序的量度：信息量
– 信息量等于熵减少。 – 信息与熵的关系：信息大，则熵小，反之亦然。
马 丁 路 德
·
近代科学革命
近代科学革命的标志是波兰天文学家哥白尼 提出的太阳中心说。 天文学 哥白尼 伽利略 布鲁诺 开普勒
(1473-1543) (1564-1642) （1548-1600） (1571-1630)
物理学
牛顿
（1642-1727）
• 牛顿：超一流的科学 家 • 研究范围：力学、光 学、数学、化学和神 学；。 • 牛顿的工作是科学史 上的第一次大综合。
– 60-70年代的发展：自组织理论的建立
• 耗散结构理论：比利时的普利高津1969年提出。 • 协同学：德国的哈肯1969年提出. • 超循环理论：德国科学家曼弗雷德· 艾根，1967年诺 贝尔奖金获得者，1979年发表超循环理论,把生命起 源解释为自组织现象,提出一个自然界演化的自组织 原理. • 突变论：法国的托姆1972年创立.
•量子力学
•经典物理学知识不再适用于微观粒子
•自然界的变化既有连续性也有间断性
•光的波粒二象性
•测不准原理
•互补原理
新时空观
相对论力学的时空观认为时间、空间、 物质、运动之间都是相关的，钟慢效应和 尺缩效应是相对论力学的两个最形象的反 映时空特征的事例。以相对性原理和光速 最大原理为基础，爱因斯坦在新的力学模 型中加入了信号的测量过程，观察者本身 成为力学模型的一部分客体之中包含主体， 时空与事物的运动与测量的状态相关。
自然观
主要研究三个方面： 1、自然观的演变
2、系统自然观 3、生态自然观
何谓自然！ 何谓自然观！
1 自然观的演变发展
•自然观是关于自然界的本质、结构以及演变 规律的哲学学说。
•自然观的演变可分为古代、近代与现代三个 发展阶段。
古代的科学与技术
一、原始社会技术的萌芽 原始人类为了满足最基本的生活需要， 开创多种技术活动。技术与生产劳动 同样悠久，人类的劳动是从石器的制 造和应用起步的。