自然辩证法-自然观课件

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1、自 然 观,1、自然观的演变 2、系统自然观 3、生态自然观,主要研究三个方面：,何谓自然！ 何谓自然观！,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。,1 自然观的演变发展,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。,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

2、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。,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,农业,手工业,天文,巴比伦,希腊数学,希腊天文学,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。,古代自然观的基本思想和

3、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）,这种自然观的基本特点：,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。,然而还要注意： 我们必须承认，我们关于原始文化

4、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,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,哥伦布,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-

5、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。,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,Nature and natures law lay

6、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。,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

7、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” 。,近代自然观,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。,局限性：,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

8、论法拉第 麦克斯韦,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,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”。,系统自然观,系统自然观是辩证唯物主义自然观发展

9、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-,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,量子力学,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

10、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。,新时空观,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

11、工程、系统分析、管理科学,系统科学的出现,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.,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

12、、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。 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,系统自然观产生的两个原因 一方面，自然科学需要新自然观，这是自然观发展的内在动力； 另一方面，系统自然观的产生要以与之相适应的科学工具的产生与成熟为条件。,2.2 自然界的系统存在方式,2.2.1 系统：自然界存在的普遍方式 系统概念定义：系统是相互作用、相互关联、相互依存的要素所组成的具有一定功能的总体。 系统是自然界存在的普遍形式,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

13、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。,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。,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,当我们沿空间大小或复杂性程度等维度展开对事物

14、的认识时，发现在不同的范围内，事物遵从不同的规律，它们的性质在维度上表现出阶段性的变化。 系统的层次性是指在一定范围内系统的基本性质和基本规律保持不变的性质，并且在不同的区域系统的基本性质和规律不同。 在一个系统中，要素是低层次的系统或子系统，系统本身是高层次系统的子系统。 层次性要求我们在一定的范围内认识和应用科学规律。,层次性,2.3 自然界的演化,2.3.1 演化与进化 何谓“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。 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

15、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）。 当tt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。,在我们所处的世界中，不可逆过程是绝对的、无条件的。可逆过程只是理论上的一种理想化的抽象物。,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

16、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,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。 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,系统论的序的量度：信息量,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。,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