2章 系统自然观

发展是标志物质运动中前进的变化和进化的趋势
发展不是一般的运动，而是上升性的运动。
时代 发展
石器 时代 无 机 物 胚 胎
ຫໍສະໝຸດ Baidu
牛耕 时代 有 机 物 童 年
蒸汽机 时代 低 等 动 物 青 年
电子 时代 高 等 动 物 老 年
信息 时代
生命 起源
人
人的 一生
死 亡
一、物质系统的层次结构


层次结构：若干由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关系。 ——反映了客观存在着的自然界的等级结 构。
（5）非线性自组织理论


耗散结构理论 协同学 突变论 超循环理论
无序
有序
（6）混沌理论

混沌理论
：
有序
无序

混沌理论提供了一种关于系统演化的分叉 与混沌方式，他把简单性与复杂性、有序 性与无序性、确定性与随机性、必然性与 偶然性等统一在更为深广的自然图景之中。

现代自然科学，特别是系统科学的发展， 一方面揭示了系统是物质存在的基本形式， 另一方面也为揭示自然界运动变化的原因 问题提供了科学的方法，揭示出自然界物 质的相互作用是复杂的、立体的因果网络， 是系统的、整体的因果联系。
科学与人文的新关系：对一个形而上学问题 的回答 宇宙如何形成的？产生的过程如何？ 上帝创造世界还是宇宙是自我形成的。 自然物质系统的演化，是不断打破平衡、建 立平衡的过程，是有序与无序之间的转化过 程，是进化与退化的辨证统一过程，是系统 从一种结构到另一种结构的自组织演化过程。
（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，揭示了连 续性与间断性、波动性与粒子性的辩证统一，凸现 了量子现象的整体性，打破了机械决定论的观念。
（3）分子生物学
分子生物学由细胞水平深入到分子水平，在 生物大分子层次上揭示了生物界基本结构 和生命活动的高度一致性。 （1）生命遗传规律的探索 （2）分子生物学的建立（1953，DNA） （3）基因工程的发展 转基因动物 转基因植物 克隆技术 干细胞研究
（4）、系统论
系统论以“系统”的观点自然界，提出 了系统与要素、结构与功能等新的范畴， 揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、 动态性和开放性。


从状态上看 从产生条件上看 从过程上看 耗散结构理论使人们对物质形态的 稳定性的认识建立在比较科学的、定量 的、且正在发展的基础之上。
物质形态的稳定性既是动态的，又是 相对的，是相对于一定范围而言的。
稳定
失稳
再稳定
二、自然界的系统存在方式
（一）自然系统的含义 存在的是什么？ 如何存在，怎样看待这种存在？ 对第一个问题的回答：——自然界的物质形态 对第二个问题的回答： ——自然界物质的系统性 ——自然物质系统的层次性 ——自然物质系统的稳定性与可变性 ——自然界演化的基本特征与规律




现代自然科学，特别是系统科学的发展， 还深刻地触及了自然界运动和演化的方 向问题。 恩格斯指出：“自然界不是循着一个永 远一样的不断重复的圆圈运动，而是经 历着实在的历史。 ” 自然界运动演化方向性的揭示，是辩证 唯物自然观新发展的又一重要内容。 自然观的产生和一定时代的科学发展水 平相适应。随着自然科学的发展，辩证 唯物主义自然观在不断地接受着检验并 不断得到发展。

一个远离平衡态的开放系统，通过不断与 外界交换物质与能量，在外界条件的变化 达到一定阈值时，可能从原有的混乱无序 的杂乱状态，转变为一种时间、空间上或 功能上的有序状态——这种在远离平衡情 况下形成的新的有序结构，称为“耗散结 构”。（普利高津《结构、耗散和生命》， 1969）
物质系统稳定性的产生 和耗散结构的存在密切相关
第二章 辩证唯物主义自然观的发展 系统自然观
系统自然观产生的现代自然科学前提
自然界的系统存在方式 自然界的系统演化
本章思考题
1、现代科学技术成果对恩格斯自然观的贡献？（举例说 明） 2、分析系统、要素、结构、功能、环境等概念的含义及 其相互关系。 3、系统的层次性？系统层次之间的相互关系？ 4、如何用耗散结构理论解释系统新的有序状态（或稳定
（二）自然系统的 形态
（1） 孤立系统：系统与环境之间没有任何物质能量和信息的 交流，而是一个与世隔绝的系统。 （2） 封闭系统：系统与外界环境没有物质的交流而只有信 息和能量交流的系统。 （3） 开放系统： 系统与外界存在着广泛的信息、能量和物 质交流的系统。 线性系统和非线性系统： 线性系统是指系统内部各要素以及它们之间的结构具有线性 关系，整体等于各个部分的简单叠加。 非线性系统是指系统内部各要素具有复杂的关系，结构为非 线性，整体不等于各个部分功能的简单叠加。
（1）相对论
爱因斯坦（Albert Einstein,1879—1955） 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。
两个基本原理
1、爱因斯坦相对性原理：物理体系的状态 据以变化的定律，同描述这些状态变化 时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀 速运动着的坐标系中的哪一个并无关系。 2、光速不变原理：任何光线在“静止的” 坐标系中都是以确定的速度C运动着，不 管这道光线是由静止的还是由运动的物 体发射出来的。
早期阶段（20世纪40年代）
A系统论：生物学家贝塔朗菲于20世纪30-40 年代提出系统论思想。系统即为处于一定的相互 关系中并与环境发生关系的各组成部分的总体。 贝塔朗菲认为存在着适用于综合系统或子系 统的模式、原则和规律，而不论种类、组成部分 的性质和它们之间的关系或力的情况如何，任务 是确立适用于系统的一般原则。 给出了复杂性研究的主要问题：关系
相互作用
要素（部分）与要素（部分）之间的相互作 用——结构 （空间结构、时间结构、时空结构） 系统作为整体与外部环境作用——功能 系统作为整体与内部作用——内部功能 环境：与系统或系统的组成部分发生相互作 用而又不属于这个系统的所有事物的总和。
系统——结构和功能的统一。 要素、结构、功能与环境——完备地规定一个 系统所必须的。 注意： 1）只有那些有物质、能量、信息交换且造成新 属性突现的联系，才能构成系统。 2）系统概念的要义并不是一般地强调联系，而 是强调那种具有新质突现的联系。
B信息论 创始人是美国贝尔电话研究所数学家申农 （Shannon）。 申农与1948年发表《通讯的数学理论》一文， 为信息论奠定基础。 申农认为通讯的基本问题是精确地或近似 地在一个点上再现另一个点上所选择的信号， 其中信息源模型是一个随即过程。 携带复杂性的主要载体：信息
C控制论 是自动控制、电子技术、神经生理学、 生物学、医学、心理学、数理逻辑、计算和 技术、统计力学等多学科相互渗透交叉的产 物。 1948年维纳出版的《控制论——关于在 动物和机器中控制和通讯的科学》，为该理 论的奠基性著作。 产生复杂性的主要方法：正反馈

宏观世界下分为分子、原子、原子核、电子、质子和中子， 以及基本粒子。
生命世界的层次为：地球生物圈、生物群落、种群、生物 个体、体内的功能系统、器官、组织、细胞、生物大分子。

自然物质系统的层次性

物质系统的层次
物质系统层次之间的辨证关系 层次结构的因果链


推动天体演化 的动力，是吸引和 排斥既斗争又统一 的相互作用。
性）的形成？耗散结构形成的条件？
5、自然物质系统演化的基本图景及规律？ 6、自然物质系统的演化遵循那些基本规律？
第一节 系统自然观产生的 现代自然科学前提 一、系统自然观的科学基础
相对论 量子力学 控制论 信息论 系统论 耗散结构理论 协同学 非线性自组织理论 混沌理论
物理学新发现和物理学革命
1、世纪之交物理学三大发现 X 射线： 1895， （德）伦琴 放射性： 1896，（法）A • H •贝克勒尔 电 子： 1897， （英）J • J •汤姆逊 2、物理学上空的“两朵乌云” “以太漂移”的否定结果：1887，迈克尔逊、莫 雷 黑体辐射的“紫外灾难”：1900，瑞利 3、物理学革命——量子力学、相对论的诞生
系统自然观认为：
系统是指由相互作用和相互依赖的若干组成部分 （即要素）结合而成的具有一定结构和确定功能 的整体。 （1）要素是构成系统的成分或因子，在一定程度上 决定系统的属性。 （2）结构是要素之间的联系方式，结构对系统的功 能起决定的作用。分为空间结构、时间结构和时 空复合结构。 （3）功能是系统在与环境的联系中表现出来的属性， 环境则是在系统之外而又对系统有影响的所有事 物的总称。 （4）整体性是系统的基本特征，表现为非加和性。
自然物质系统的类型

分类——考察自然界的有效方法 （对系统可从不同角度进行分类）
从系统内进行的实际过程分； 从系统与环境的关系分； 从系统所处的状态分； 从人对系统的认识程度分； 从人与物质系统的关系分……



（三）自然系统的普遍性与层次性



系统自然观认为自然界的事物普遍以系统的方式存在着。 自然界的系统存在方式内包含了层次结构。 非生命界的层次为：宇观、宏观、微观。 宇观世界目前为总星系，下分超星系团、星系团、星系、 星球。
层次性：具有质的差异的不同的系统等级 或系统中的等级差异性。

总星系
星系团 星系 宇观
非生命世 界物质系 统的层次
恒星
行星 地面上的宏观物体 分子 原子 原子核 （基本）粒子 微观 宏观
（7）自组织理论


自组织现象：在一定条件下系统通过自 我组织而自发形成一种“有序结构”的 现象。 自组织现象普遍地存在与自然界之中： 生命世界——生物个体、生物群体； 非生命世界——流体力学中的“贝纳德 对流”、物理系统中的“激光”、化学 系统中的“B—Z反应”（化学振 荡）……
（8）耗散结构理论
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。
爱因斯坦与相对论
相对论的提出：1905年狭义相对 论，该理论表明绝对空间与绝对时间 的概念是想象中的虚构，不是直接由 物理学的观察和实验得来的。牛顿的 时空观是一种经验感觉。相对论中的 质能方程表明以光速运动，质量与能 量等效。关键词：同时性的相对性 是一场思想革命； 宇宙的形象被重新勾画； 决定论的梦想被推翻，不确定性的存 在是不可改变的事实； 不确定性形成了富有魅力的世界。
时空观的变革
尺缩效应
L =L
0
1 - v2/C 2
钟慢效应 质增效应 质能关系式
T=
T
0
1 - v2/C 2
m=
m
0
1 - v2/C 2
E = mc2
相对论
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 光在引力场中传播时发生频移 光线在引力场中发生偏转
（《物理学史简编》P702）
复杂性探索 A 研究对象：系统完全有序和完全无序 的系统是简单的；完全的有序是不可能的。 有序是指系统内部的要素和系统之间有 规则的联系或转化。 有序与无序之间的系统呈现的是复杂性， 即有序与无序的相互渗透； 系统中流动的有物流、能量流和信息流， 其中物流与能量流是守恒的，信息流不守恒；
B系统中有序和无序的转换过程 1）：无序到有序的过程：代表理论如耗 散结构理论创始人普里高津，对时间感兴趣 的物理化学家，1969年正式提出该理论。 关于存在的物理学与关于过程的物理学 该理论表明一个远离平衡态的开放系统 （力学的、物理的、化学的、生物的系统 等），通过不断与外界交换物质与能量，在 外界条件的变化达到一定阈值时，可能从原 有的混沌无序的杂乱状态，转变为一时间、 空间或功能上的有序状态。
太阳系
河外星系
银河系
世界的整体性和层次性
宇 宙
旋 涡 星 系
太 阳 系
地 球
物 体
分 子
原 子
生 物 系 统
世界的整体性和层次性
生 生 物 群 落
态
生 物 种 群
生 物 个 体
器
组
官
织
细 胞
生 物 大 分 子
世界的整体性与可分性
物质是运动的物质 没有不运动的物质
银河系
太阳系
太阳正带领着9大行 星、66颗卫星、众多的小 行星以及慧星和流星体等 围绕银河系中心以每秒 250公里的速度旋转。