自然辨证法讲义3(自然观)

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1、科学技术哲学 自然观东北大学文法学院 科学技术哲学研究中心自然界的物质性和演化自然观是人们对自然的总体认识，是 关于自然系统的性质、构成、发展规 律以及人与自然关系等方面的根本看 法。自然界的本质在于物质性，自然 观的核心思想是演化，目前观察到的 自然界可看作演化着的自然界的一个 暂态。自然界的概念 自然界的概念 自然界的概念有广义和狭义之分。 广义的自然界是指整个宇宙，包括非生命世界、生 命世界和人类社会。 狭义的自然界则是指与人类社会相区别的物质世界 ，即人类社会生活的自然环境。 自然界是人类一切知识的来源。自然界的本质在于物质性 自然界的物质形态尽管多种多样，各不相同。但不同形态的物 质

2、又具有统一性。 各种具体的物质形态有共同的本质，这就是物质。 物质的唯一特性是它的客观实在性，所谓客观实在性只有两条 规定：它不依赖于人而存在，同时又可以为人所察知，这两条 规定，是为了与唯心主义及不可知论相区别。因此，自然界就 是作为本质的物质和作为物质表现的各种具体物质形态的统一 体。自然界的统一性首先是统一于物质，粒子、元素、能量、 场、信息。 自然界的物质不仅具有客观实在性和统一性，而且其形态是千 姿百态、无限多样的。 同时，这种物质形态的差异性和多样性也是其物质统一性的前 提条件。自然界物质的证明 运动规则一致性 哥白尼革命、牛顿力学、经典电磁学、爱因斯坦电 动力学 化学元素统一性（

3、光谱分析） 宇观世界都是由在地球上均可找到的化学元素所组 成 物质与能量的转化与守恒 微观物质形态统一性的论证基本粒子与量子理 论 生命的物质基础的揭示 无机物与生命物质在化学成分上也有着同一性物质形态的差异性与多样性 自然界的物质不仅具有客观实在性和统一性， 而且其形态是千姿百态、无限多样的。 同时，这种物质形态的差异性和多样性也是其 统一性的前提条件。 根据能否自我新陈代谢和遗传变异, 可以把自然 界中各种各样的物质形态划分为：非生命世界 和生命世界。 依据不同的物质聚集状态,据此自然界的物质形 态可以划分为：固态、液态、气态；等离子态 ；超密态；真空场；反物质(其根据是所有的基 本粒子都

4、有反粒子)；暗物质。非生命世界 1)宇观世界：总星系星系团星系恒星行星 2)宏观世界：有机物、无机化合物(100多万种)、单质 3)微观世界：分子 原子 原子核 基本粒子 夸克 110多种元素 400多种基本粒子轻子类&重子类 光子族和轻子族；介子族和重子族生命世界 生物圈生态系统生物群落种群生物个体 生理系统器官组织细胞病毒生物大分子 发现现存的： 动物(含昆虫) 150多万种； 植物40多万种； 微生物89万种。物质不灭原理 物质形态可以互相转化，然而一种物质形 态的消失，必然会伴随着另一种物质形态 的产生；在这种转化中物质既不会创生又 不会消灭。 物质不灭原理用量的概念来表述，就是质 量

5、守恒定律。自然物质在时空中永恒的运动 物质处于永恒的运动之中，所谓运动， 可以理解为差异性在时空中的展开，从 简单的机械位移到复杂的生物活动，包 括自然界的一切变化过程都在运动之中 。运动是物质的存在形式，运动是绝对 的, 没有不运动的物质；运动的形式则 是多种多样，千变万化。 运动不灭原理运动不灭原理是笛卡尔提出来的。19世纪中 叶的能量守恒定津，为运动不灭原理提供了 科学根据。物质运动的形式 微观运动服从量子物理学的规律； 宏观运动服从经典力学和经典电磁理论的规 律； 宇观运动服从广义相对论和星系动力学的规 律；以上三种都是物理运动。 化学运动在分子-原子体系中的化合-分解等 运动。 生命

6、运动生物体中发生的同化和异化、遗传 和变异等。运动形式的矛盾性 吸引和排斥运动的基本矛盾 化合和分解引入有序性，形成质变 同化和异化在质变基础上进入新的量 变过程自然界的演化 要揭示自然界的奥秘，展示自然界的图景， 除了把自然界作为一种存在来把握，还必须 把自然界当作一种过程来理解。 自然界不仅存在着，而且生成着并消逝着。 生成与消逝的不断更替，便构成了自然界的 演化链条。 一般意义的运动指变化，即没有质变的变化 ，而包含质变的变化就是演化。 自然演化观 要揭示自然界的奥秘，展示自然界的图景，除了 把自然界作为一种存在来把握，还必须把自然界 当作一种过程来理解。 自然界不仅存在着，而且生成着并

7、消逝着。生成 与消逝的不断更替，便构成了自然界的演化链条 。 一般意义的运动指变化，即没有质变的变化，而 包含质变的变化就是演化。自然演化观自然的演化图景 宇宙的演化 核物理学家伽莫夫G. Gamow（1948） 修改和发展了勒梅 特的理论，提出了宇宙大爆炸理论；认为宇宙起源于一个 高温、高密度的“原始火球”的大爆炸； 后来的暴胀理论对大爆炸理论做了进一步的修改和发展。 认为宇宙的初始状态是一个奇点。 从奇点到普朗克时间（10-43秒），宇宙处于一个过渡的混 沌态。 10-43秒以后，引力分化出来，宇宙进入“假真空”状态 ，具有巨大的能量密度，表现出巨大的负压力，从而引起 引力排斥效应，使宇宙

8、在10-35秒后发生“暴胀”，从10- 35秒到10-32秒，宇宙的半径增加了约1050倍。 暴胀结束后，宇宙进入对称性破缺阶段。“假真空”转化 为“真真空”，在“真真空”中产生夸克、轻子等。自然演化观自然的演化图景 宇宙的演化 大爆炸后10-36秒，温度降到1028K，强相互作用分化出来 ，10-12秒时，温度降到1016K，弱电相变发生。 当t=10-6秒时，温度降到1012K，发生夸克-强子转换，宇 宙进入以强子（介子、重子（质子、中子、超子、超子 等）为主的时代。 当t=10-4秒，T=1011K，出现粒子的分解和正反粒子的湮 灭，宇宙进入轻子及其反粒子占主导地位的时代。 t=1秒之后

9、，T=1010K,正负电子相遇湮灭为两个光子，因 而出现大量的光子和中微子，宇宙进入到辐射时代。自然演化观自然的演化图景 宇宙的演化 t=3分时，T=109K,中子和质子结合形成氘核， 两个氘核再结合形成氦核。 t=1万年时，T=105K,自由电子开始被原子核俘 获，形成稳定的原子。 t=106年时，T=3x102K,宇宙内的实物粒子从等 离子体演化成气状物质，而形成原始星系，并进 而形成星系团，然后再从中分化出星系。 当t=5x109年时，在星系中凝聚成许许多多的恒 星。自然演化观自然的演化图景 大爆炸宇宙说的经验支持 1929年美国天文学家哈勃发现星系的谱线红 移和星系离地球的距离成正比。

10、 伽莫夫推算出宇宙质量的组成中，氦占25- 30%。 伽莫夫的同事阿尔芬和海尔曼根据伽莫夫的学 说，在1948年提出了宇宙5K剩余背景辐射预 言。自然演化观自然的演化图景 恒星的演化 引力收缩阶段：恒星的幼年期。 主序星阶段：从氢到氦的热核反应。 红巨星阶段：氢已耗尽，星核收缩，温度升高 ，三个氦聚变成一个碳：外壳膨胀，温度下降 。此后，氧、硅、铁逐步形成。 脉动阶段：核燃料耗尽，辐射压消失，星体开 始收缩。 高密阶段、爆发和超高密阶段：白矮星、超新 星、中子星、黑洞。自然演化观自然的演化图景 太阳系的起源 - 康德-拉普拉斯假说 约46亿年前，太阳系还是一团缓慢旋转的由弥漫物质组 成的原始星

11、云。在原始星云的收缩中，由于角动量守恒， 自转逐渐加快，于是原始星云变扁。在赤道面上的物质由 于离心力抵御了收缩。最后在赤道面附近形成一个连续的 星云盘。中心部分因收缩密度变大，最终形成太阳。 云盘中的固态颗粒在太阳引力、离心力和惯性的作用下向 赤道面沉降；同时又有布朗运动而碰撞导致的碰撞吸积。 当尘层物质的密度足够大，在局部扰动下会很快向密度大 的地方集聚，于是尘层瓦解为许多粒子团。各粒子团靠自 身的引力吸引而收缩，集聚成星子和行星胚。行星胚进一 步生长就成为行星。自然演化观自然的演化图景 地球的起源和演化 按照星云说，地球由弥漫星云物质集聚而来。 由于引力势能和陨石撞击的动能转化为热能，尤

12、其是放射 性蜕变产生的热能的积聚，原始地球的温度不断升高。当 温度达到2000度时，铁镍等物质熔化下沉形成地核，硅 酸盐等较轻物质上浮形成地幔。 但地幔中的物质进一步分化时，较轻的物质就从地幔中上 浮至地表，形成地壳。 地壳的演化：按照板块构造学说，现存的主要板块有欧亚 、非洲、美洲、印度洋、南极洲和太平洋板块。板块驮在 地幔软流圈上，随软流圈的流动发生移动。整个地壳由于 板块的移动发生水平运动。两个板块相互挤压产生地震和 火山活动，也导致垂直的造山运动。自然演化观自然的演化图景 生命的起源和进化原始生命的诞生 在原始地球条件下具有催化功能的原始蛋白质和起模板作 用的原始核酸产生并结合为多分子

13、体系。 原始大气中的CO，CO2，HN3，CH4，H2O等在太阳紫外 线、雷电、火山等的作用下，合成氨基酸、核苷酸、糖类 等有机分子。 氨基酸在各种条件下形成多肽分子并进而形成蛋白质；单 糖缩合成多糖；核苷酸脱水缩合成核酸。 蛋白质和核酸等生物大分子聚集成一种具有一定内部结构 的颗粒（奥巴林的“团聚体”，美国Fox的“微球体”） ，外面包着原始的界膜，从而构成一个独立的体系，原始 生命诞生。自然演化观自然的演化图景 生命的起源和进化生物进化 非细胞细胞（原核细胞真核细胞） 单细胞生物多细胞生物（动物&植物） 植物:菌藻植物苔藓和蕨类植物裸子植物被子植物 动物:无脊椎动物脊椎动物人类自然演化观自

14、然的演化图景 人类的起源和进化 1400万年前类人猿：爬行转变为直立行 走 300万年前猿 人：制造工具+天然火 20万年前早期智人：人工火+劳动分工 45万年前晚期智人：旧石器时代 至今当代人类：社会进化为主 社会进化的重要量度就是科技发展水平自然界演化的规律性之一自然界演化的不可逆性 自然界的演化具有不可完全逆转的性质，且具 有普遍性。 一个物质系统从某一状态出发，经过某一过程 达到另一状态，如果存在一个反过程，它能够 使该物质系统和外界环境完全恢复，即物质系 统回到原来状态，同时消除了原来过程对外界 环境引起的影响，则原来的过程为可逆过程。 反之，用任何方法都不可能使物质系统和外界 环境

15、完全复原，则原来的过程为不可逆过程。自然界演化的周期性 自然界演化发展中有序与无序的不断转化，进 化与退化的不断交替，便使其呈现出周期性规 律。 周期性是事物随时间的变化，表现出形态的相 似、性质的相同、结构的重复、过程的重演等 向其原来出发点的回归现象。 自然界演化的不可逆性，决定了这种回归不是 简单的重复，而是辩证的否定之否定过程。自然界演化的规律性之二系统的概念 现实存在的系统都是具体的，如物理系统、生物系统 、社会系统等。在不同的学科中，系统有不同的定义 。 在技术科学层次上，通常采用钱学森的定义：系统是由相互 制约的各部分组成的具有一定功能的整体。这个定义强调的 是系统的功能，因为从技术科学看，研究、设计、组建、管 理系统都是为了实现特定的功能目标，具有特定功能是系统 的本质特性。 在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：系统是相互 联系、相互作用的诸元素的综合体。这个定义强调的不是功 能，而是元素之间的相互作用以及系统对元素的整（综）合 作用。撇开组成成分的基质特性，仅仅把它们看作系统，