第二讲 自然观——20世纪科技发展与自然辩证法

学退化（熵增定律，总是自发地奔向无序）。 还涉及到决定论（确定论）与统计论、简单性与复杂性、线性 与非线性间的关系，
2）物理学革命
爱因斯坦——相对论 1905年——狭义相对论（时间与空间、质量与能量） 1915年——广义相对论（物质、时间与空间关系） 量子理论 1900年——普朗克（能量子假说） 1905,爱因斯坦,光量子理论。 20世纪初——卢瑟福（有核原子模型）。 1913——玻尔(经典量子论原子模型) 。 1923——德布罗意,（物质波即实物粒子与光子一样具有波粒 二象性)。 1926——薛定谔（波动力学）。 1926——海森堡（矩阵力学）。 1927——（量子力学）。
应对
03
04
20世纪下半叶科 学新进展
和经验批判主义》
列宁——《唯物主义和经验批判主义》
物质观：物质的最基本的性质，是它的客观实在性,原子被打破了，是他 的旧物质结构的旧“界限的消失”,而不是“物质的消失”。 运动观：没有运动的物质和没有物质的运动是同样不可想象的。 时空观：时空是客观存在的,人们关于时空结构的认识是发展的、可以改 变的。
五、20世纪 科技发展与 自然辩证法
壹
19-20世纪之交 的物理学革命
贰
20世纪科技、哲 学与社会
壹
19-20 世纪 之交的物 理学革命
1）物理学新发现
2）物理学革命
1）物理学新发现
科学发现导致的思想观 念上的争论 原子论与能量论 （唯能论）之争
01
马赫对绝对时
争论
02
空观的批判
列宁—《唯物主义
⑤系统科学、非线性科学自组织理论
其二呢，与基本粒子相联系，那么就导致了有人猜测，这个 基本粒子几百种有没有像元素那么一百多种之间的这种规律
性元素周期律这样，找出一种规律来呢？再者，刚才讲到夸
克，是不是最小单元，有人说没有必要再继续争论了，到这
里就终结了；但是还是有的人认为夸克是可以再分的，但是
对“分”要做新的理解。不是再像过去那样打破打开，而是 里面有结构等等。这样呢也是一种哲学争论。这是我们对微 观方面的介绍，现在，我们来跳到宏观的角度看一看。
太中运动，那么根据速度叠加原理，在地球上沿不同方向传播的光的
速度必定不一样，但是实验否定了这个结论。如果认为以太被地球带
着走，又明显与天文学上的一些观测结果不符。
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• 1887年迈克尔逊和莫雷利用光的干涉现象进行了非常精确的 测量，仍没有发现地球有相对于以太的任何运动。对此，洛 仑兹提出了一个假设，认为一切在以太中运动的物体都要沿
• 相对论和量子论的建立，实现了一场物理学革命,克服经 典物理学的危机,那么从哲学的高度来看，或者说其哲学 意义包括克服传统机械论哲学观念的影响,要更加辩证地
认识客观世界,辩证地理解科学认识的发展。 牛顿力学不
再具有绝对权威，科学也要向前发展。
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在这样一个物理学革命的时期，科学与哲学的关系重新受到科学家重视。 有一段时间科学家比较厌恶哲学学说，你要想头疼，你就去读黑格尔吧。 抱持这样一种态度。但是，爱因斯坦与玻尔之间围绕着量子力学的解释 争论了二三十年，他们的争论事实上是关于认识论、世界的本原、运动
规律，这显然是一个很深刻的哲学问题。玻尔这方面的文章很多，很多
人更是结合物理学和哲学等等，专门写了许多哲学著作。这段时间，科
学家们都自觉不自觉的或多或少都进行一些哲学思考 , 写作一些哲学专著。
可以说这个时期是一个“哲人科学家”群星灿烂的时期。
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贰
20 世纪社 会、科学 与哲学
1）基本理论
2）分支学科中的哲学问题
我们观测的宇宙，据最新的数据大概有一百二三十亿光 年的寿命，中间有许多黑洞，白洞，以及暗物质反物质， 等等都引起了哲学上的一些争论。 宇宙处于演化之中，但是这个演化会坚持多少亿年，多 少百亿年，今天人类文明已经五千年了，我们再往前面推 演一下，与宇宙的亿年相比呀，都还是一个非常短暂的时 间。 人生不满百，常怀千岁忧。昼短苦夜长，何不秉烛游？ ”要寻根究底的去追问，去反思，去追思。
质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。
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• 演变到最后阶段的恒星（恒星—白矮星—中子星—夸克星 —黑洞）。由中子星进一步收缩而成，有巨大的引力场，
使得它所发射的任何电磁波都无法向外传播，变成看不见
的孤立天体，人们只能通过引力作用来确定它的存在，故 名黑洞。
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2、量子力学
1927年矩阵力学和波动力学被证实二者是等价的，后称“量子力学”。
从科学上看，20世纪上半叶预言了一个演化的宇宙，这个是 在60年代得到得到观测的支持。那么，在今天来讲，一个演化 的宇宙的模型已经为大家所接受了。但是又提出来新问题了， 就是我们现在只是用我们的方式来描述我们所在的宇宙，那么 这个宇宙之外还有没有宇宙？有的人说没有了，因此呢，宇宙 是有限的；有的人说有，这个呢是无限的，在我们观察的宇宙 中还有宇宙。这个可能本身就有哲学争论。那么这个宇宙我们 观察的这个宇宙有标准的模型，从大爆炸开始膨胀到今天，未 来会向哪里走呢，未来的前途在哪里？有的人说未来的前途是 膨胀到一定程度就收缩回去，有的人说会继续的膨胀下去，等 等。继续膨胀下去是一个开始，重新时光倒流的收缩是一个闭 宇宙，我们现在这样子呢是一个平宇宙。
③生物学（生命科学）
50年代发现DNA的双螺旋结构 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,（跨世纪的）人类基因组工程
伦理学问题,法律问题,道德问题等
④计算机科学技术、网络技术 40年代出现计算机 50年代晶体管计算机 60年代集成电路计算机 70年代大规模集成电路计算机,人工智能知识工程 ,ARPANet,计算机网络 80年代神经网络计算机再兴起,因特网 信息化，全球化，地球村，知识经济,赛博空间 （Cyberspace）,虚拟现实，伦理、法律，新型人际关 系，人机关系。
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反质子、反中子和反电子如果像质子、中子、电子那样结合起来
就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。当你照镜子 时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？ 科学家们已经考虑过这个问题，他们把镜中那个你叫做“反你”。科 学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个
由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物
基本理论
相对论→宏（宇）观世界、高速运动 量子理论→微观世界 (上半叶) →追求统一性 （强力弱力电磁力引力的统一） →探索复杂性(中叶以来) (系统科学、自组织、非线性科学）
（2）分支学科中的哲学问题
①粒子物理学
②现代宇宙学
③生物学（生命科学）
④计算机科学技术、网络技术 ⑤系统科学、非线性科学自组织理论 ⑥生态和环境 ⑦高新技术群
②现代宇宙学
爱因斯坦是1915年建立了广义相对论，1917年，试图用广义相对 论建立一个宇宙学方程并给以求解。在求解的过程中，他发现世界 是动的，不是一个静态的宇宙，而是一个动态的宇宙。爱因斯坦可 能觉得以前的宇宙观都是静态的，并且这种静态是根深蒂固的，觉 得可能这种动的可能不合适，就给他加上一个项：磁力项——宇宙 项。这样求得的解是一个静态的解。 直到今天，我们知道，宇宙在演化之中，什么大爆炸学说等等， 虽然爱因斯坦后来也察觉到了宇宙在演化中，他甚至说他加上这么 一个宇宙项磁力项，是他一生中犯的最大错误”。 实际上，这里有一个哲学观点的问题。
运动方向收缩。由此他证明了，即使地球相对以太有运动，
迈克尔逊也不可能发现它。爱因斯坦从完全不同的思路研究
了这一问题。他指出，只要摒弃牛顿所确立的绝对空间和绝
对时间的概念，一切困难都可以解决，根本不需要什么以太。
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• 19世纪，由于冶金以及照明设备制造等的需要，人们急需找到 黑体辐射强度和辐射频率的关系。 • 1889年卢默与鲁本斯通过研究空腔辐射得出了黑体辐射光谱的 实验数据。但是，单使用实验数据找对应点的方法十分不便， 于是，人们开始了寻找一般的公式。 • 1900年，瑞利根据经典统计力学推出了一个公式 • 1905年，金斯修正了瑞利辐射公式中的一个数值错误，但是计 算出的结果与实验数据相违背。 • 1911年，奥地利物理学家用“紫外灾难”来形容经典理论的困 境。 • 黑体辐射所展现出的问题，最终导致了量子论革命的爆发。
这些新发现动摇了原子和元素不可分、不变、是物质组 成最小单位的形而上学的观念。同时，正当人们陶醉在 物理学经典体系“尽善尽美”的境界时，物理学的晴朗
天空中却出现了“两朵乌云”，这就是当时经典物理学
理论无法解释的麦克尔逊—莫雷实验和黑体辐射实验。
物理学陷入空前的危机。
经典物理学的危机实质是形而上学思维方式 和机械论自然观的危机，表明旧理论在新
双生子悖论
时空弯曲
• 1915年，爱因斯坦根据他的相对论得出推论：宇宙的形状取决于宇宙质 量的多少。他认为，宇宙是有限封闭的。如果是这样，宇宙中物质的平 均密度必须达到每立方厘米5×10的负30次方克。但是，迄今可观测到的 宇宙的密度，却比这个值小100倍。也就是说，宇宙中的大多数物质“失 踪”了，科学家将这种“失踪”的物质叫“暗物质”。 • 一些星体演化到一定阶段，温度降得很低，已经不能再输出任何可以观 测的电磁信号，不可能被直接观测到，这样的星体就会表现为暗物质。 这类暗物质可以称为重子物质的暗物质。 • 还有另一类暗物质，它的构成成分是一些带中性的有静止质量的稳定粒 子。这类粒子组成的星体或星际物质，不会放出或吸收电磁信号。这类 暗物质可以称为非重子物质的暗物质。
（宇宙最后有3种可能结局：坍缩、永远膨胀、平衡。相对应 的就是闭合宇宙（或称闭宇宙）、开放宇宙（开宇宙）、平衡 宇宙。这取决于宇宙中所有物质的万有引力与大爆炸惯性的较 量。1）如果有一刻大爆炸的剩余惯性不能抵抗宇宙中物质的万 有引力的话，那么在引力的作用下宇宙就开始收缩了。最后缩 回奇点。2）如果物质的万有引力永远不能抵抗大爆炸的剩余惯 性的话。宇宙就将永远膨胀下去。3）这两股力量最后“正好” 互相平衡。宇宙将进入一个非常缓慢并永无止境逐步缓慢膨胀 的过程。）
实践观：实践是确定的，与唯心主义划清界限，但实践又是不确定的，随 着人们认识的发展而发展。
真理观：绝对性与相对性的统一。
20世纪下半叶科学新进展看,当时的科学中还有许多问题：比方 说牛顿力学中可逆（F=ma＝m(d2v/dt2),也就是时间的二次微分，
这个是可逆的，
而热力学中不可逆的（有方向
而在生物学中，演化方向：生物学进化（从无序到有序）,热力
发现面前的无能为力。
• 19世纪中叶， 麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了以光速C传播的
电磁波的存在。到19世纪末，实验完全证实了麦克斯韦理论。wenku.baidu.com磁波
是什么？它的传播速度C是对谁而言的？当时流行的看法是整个宇宙
空间充满一种特殊物质叫做“以太”，电磁波是以太振动的传播。但人
们发现，这是一个充满矛盾的理论。如果认为地球是在一个静止的以
①粒子物理学 随着量子论的运用，人们发现了许多微观的粒子，大概有几百种， 三百多种，原子是可以打破的，可以由电子和质子构成等等。甚 至人们又进一步来问，这些基本粒子还有没有其他最基本的单元 组成。有人就说，大概是由夸克构成的，人们现在已经参与到了 夸克，那么人们还要问：夸克难道就是最基本的粒子吗，它会不 会也有结构？人们用传统的方法企图把它打开，但是又打不开。 另外，夸克还可能有结构，那么这样子就产生了争论。刚才讲四 种基本相互作用，涉及到追求统一性的问题。有的人又认为，只 要把统一性的问题建立起来了，理论物理学也就再一次终结了， 也就是说再一次发现绝对真理，都解释完了。那么这就引起了哲 学争论。在我看来，可能经过大工业理论，人们仍然会发现新的 东西，需要建立新的理论，会不断向前发展。
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• 20世纪初，正是在解决新实验事实同旧理论之间的矛盾的过程中， 爱因斯坦和普朗克等科学家创立了以相对论和量子力学为支柱的现 代物理学理论体系。 • 1、相对论
• 1905年德国科学家爱因斯坦创建狭义相对论，科学地揭示了时间与 空间、时间和空间与物质运动之间、质量和能量之间的统一性。 • 1916年他又创立了广义相对论，揭示了空间、时间与物质之间存在 的辩证关系。