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1、自然辩证法课程第5章 20世纪科技发展对自然观的影响1 1、 1919、2020世纪之交的物理学革命世纪之交的物理学革命2 2、 2020世纪科学技术发展的概况世纪科学技术发展的概况3 3、 现代科学的哲学意义现代科学的哲学意义自然辩证法课程20世纪主要科学技术成就w 理论科学n两大科学革命n四大理论模型w 应用科学n两大超级能量n两大生活技术自然辩证法课程1 1、1919、2020世纪之交的物理学革命世纪之交的物理学革命19世纪末20世纪初，光学、电磁学与力学的统一使物 理学显示出一种形式上的完整，经典物理学被誉为“一座 庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。三大发现： （1） X-射线
2、 （1895，伦琴） （2） 放射性 （1896，贝克勒尔） （3） 电子 （1897， 汤姆逊）自然辩证法课程物理学新发现w 1895年，伦琴（1845-1923）研究 阴极射线时意外发现X射线；获得 1901年诺贝尔物理学奖，是第一 个获奖人。通过X射线促进了或激 励了一连串发现。 w 1896年，贝克勒耳（1852-1908） 意外发现放射线； w 1897年，汤姆逊证实了电子的存 在； w 居里夫妇发现放射线元素（钍、 钋和镭）；证实元素的嬗变；促 使元素嬗变理论建立（卢瑟福， 1902年）； w 动摇了几千年原子和元素观念 认为原子不可分、是物质组成 最小单元；认为元素不变。 189
3、6年李鸿章访问德国 自然辩证法课程洛伦兹：“在今天，人们提出了与昨天所说的截然 相反的主张。这样一来，已经没有真理的标准 了，也不知道科学是什么了。我真后悔我未能 在这些矛盾出现前五年死去。”生活于19世纪末20世纪初的荷兰物理学家洛伦兹，创立了经 典电子论，确定了电子在电磁场中所受的力(洛伦兹力)。预 言了正常的塞曼效应，并在错误的以太学说的基础上提出了 与相对论建立有关的高速运动的参考系与静止参考系之间时 间、空间坐标的变换关系(洛伦兹变换)。 像威廉汤姆生一样，他认为当时“科学的大厦已经建成”。自然辩证法课程物理学革命w 当时物理学家中的泰斗开尔文勋爵在 新年贺词中把物理学的19世纪发展
4、和20世 纪的前景比喻为“物理学一片晴朗天空， 只有两朵小小乌云”。w 它们是黑体辐射问题和以太问题，当时没 有得到解决。自然辩证法课程两朵小小乌云：（1）黑体辐射中的“紫外灾难”（2）迈克尔逊-莫雷所做的“以太漂移实验”理论拟合 的曲线2理论拟合 的曲线1实验 曲线黑体辐射中的“紫外灾难”L1光源接收器L2运动方向以太迈克尔逊-莫雷所做的“以太漂移实验”自然辩证法课程经典力学、热力学、经典电磁理论的矛盾和危机：（1）经典力学相对性与经典电磁理论的相对性不相容（2）热力学第二定律的不可逆性与牛顿力学可逆性的对立原子论的危机：电子的发现演化方向上：生物学进化,热力学退化（熵增定律）力学与统计解释
5、的矛盾：决定论（确定论）与统计论简单性与复杂性线性与非线性之间的关系全面危机自然辩证法课程物理学革命w 以太漂移实验 w 1905年，爱因斯坦（18791955）发表了三篇重要的论 文。一篇关于光电效应（光的强度只与电子的多少有关 而与电子的发射能量无关），一篇关于布朗运动，一篇 关于狭义相对论，名“论动体的电动力学”。以同时性的 相对性为突破口，给出了新的时间空间理论w 1916年，爱因斯坦提出广义相对论，把惯性质量与引力 质量的等同性做了一个自然的解释 w 1921年，获诺贝尔物理奖自然辩证法课程（1）爱因斯坦（1879-1955）相对论相对性原理在所有惯性参照系中，物理学规律都是相同的，
6、不存在一个优于其他惯性系的绝对惯性系。光速不变原理在所有惯性参照系中，真空中的光线都是以确定的速度c运动的,不管这光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。1905年6月，论运动物体的电动力学提出狭义相对论自然辩证法课程“同时性”概念：“对于一个观察者来说是同时发生的两个事件，对别的观察者来说，就不一定是同时的。”因此，同时性只是相对的。爱因斯坦以相对性原理和光 速不变原理作为公理前提，并利 用同时性的相对性，导出了空间 坐标和时间坐标在不同惯性参照 系之间的变换关系式（在形式上 与洛伦兹变换相同），从而最终 把力学和电磁学在运动学水平上 统一了起来。几个推论：1、光速是运动速度极限2、距离在运
7、动方向上收缩3、运动时钟变慢（双生子）4、质量随速度增加而增大5、 1907年，狭义相对论自然辩证法课程广义相对论w 思想实验：爱因斯坦电梯 w 1916年，广义相对论的基础建立完整的广义相对论理论， 把惯性质量与引力质量的等同性做了一个自然的解释 w 1919年，广义相对论理论被验证自然辩证法课程科学意义经典力学实现了力学现象的综合，电磁学理论实现了磁、电、光 现象的综合，狭义相对论的建立，使力学理论和电磁学理论在更 高的层次上实现了综合。哲学意义1、从根本上否定了牛顿经典力学的绝对时空观。根据相对论， 时间、空间与物质不可分割，随物质运动状态而改变。2、揭示了时间与空间的统一性。狭义相对论
8、证明了时间与空间 存在着内在的、本质的联系，把三维空间扩展到四维。自然辩证法课程牛顿时空与相对论时空（a）牛顿时间与空间分离，彷佛 是一根在两个方向都无限延伸的 在铁轨上跑的火车头一样。（b）相对论时间 与空间相互结合， 当空间弯曲时，时间也有了形态， 即铁轨是弯曲的，时间就如铁轨上 的火车头一样。自然辩证法课程量子力学革命1900年，普朗克提出能量子假说； 1905年，爱因斯坦提出光量子假说和理论； 20世纪初，卢瑟福提出原子的有核模型太阳系模型；1912-13年，玻尔建立（经典）量子论原子模型； 1923年，德布洛意提出物质波假说； 1925年，海森堡提出矩阵力学； 1926年，薛定谔提出
9、波动力学；1927年证明两者等价； 1927年，海森堡提出“测不准原理”，玻尔提出“互补原理”。（2）量子论和量子力学建立自然辩证法课程量子力学的自然图景在微观领域引入概率随机性；波粒二象性：波粒二象性：定域性；波是弥散的，突现了量子现象的整体性以及伴随而来的主客体分界的 模糊性。测不准原理：测不准原理：能量和时间、质量和动量； “黑屋子里的球”连续轨迹的概念 不连续的量子跃迁概念严格决定论的概念 概率决定论的概念定域的概念 整体论的概念 爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派 ）就量子力学是否完备所发生的 长达30年的争论。自然辩证法课程四大理论模型 w 宇宙学中的大爆炸模型n数学模型n观察证据（哈伯
10、红移；爱丁顿；本底噪音-微波背景；） w 粒子物理学中的夸克模型n一尺之捶，日取其半，万世不绝n相对论效应-质能转换n夸克禁闭：你敲击的能量越大，它禁闭的能量也越大 w 分子生物学中的DNA双螺旋模型n基因时代：基因复制、基因修补，基因重组nDNA双螺旋模型得益于理论物理学的发展 w 地球科学中的板块模型n纵向运动-横向运动n魏格纳 w 冯诺依曼模型自然辩证法课程重要分支学科粒子物理学基本粒子、夸克物质的“可分性”：有限或无限相互作用的统一性：“物理学理论的终极”。现代宇宙学爱因斯坦开创现代宇宙学,建立静态宇宙模型。“一生中犯的最大错误”。动态宇宙模型：大爆炸宇宙理论，60年代得到观测支持。宇
11、宙,我们的（观测）宇宙,开宇宙、闭宇宙和平宇宙,200亿光年,黑洞，有界无限。有限和无限。现代地学魏格纳的大陆漂移说赫斯的海底扩张说威尔逊的板块学说自然辩证法课程50年代，发现DNA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、人类基因组工程 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,因特网生物学（生命科学）伦理学问题 法律问题 道德问题等赛博空间Cyberspace 新型人际关
12、系 人机关系 新的伦理道德问题自然辩证法课程生态和环境50年代，现代生态学60年代，环境问题、绿色运动70年代，全球问题，联合国人类环境宣言80年代，地球系统科学,可持续发展90年代，联合国21世纪议程,中国21世纪议程科技、经济、自然 和社会的协调发展高新技术群计算机技术信息技术网络技术生物工程和科学技术新材料科学技术新能源技术海洋科学技术空间科学技术先进制造技术自然辩证法课程非线性科学革命（正在发生的）非线性科学n混沌、分形、孤立子n蝴蝶效应n复杂网络自然辩证法课程系统科学、非线性科学：科学谱系40年代，系统工程，一般系统论、控制论、信息论60-70年代，耗散结构理论、突变论、协同论、超循
13、环理论80-90年代，混沌理论，分形理论，孤子理论当代，探索复杂性科学前沿整体和部分；结构和功能；线性和非线性， 有序和无序；非线性世界与线性简化，非线 性方法论。自然辩证法课程复杂性理论研究的基本框架一般系统论控制论信息论协同学突变论耗散结构论超循环论一般系统科 学自组织理论现代系统科学非线性科学混沌动力学分形理论孤立子理论大系统理论复杂巨系统理论灰色系统理论复杂性科学遗传编程进化策略进化编程遗传编程人工生命进化计算主体神经网络L-系统元胞自动机网络动力学自然辩证法课程自然辩证法课程追求简单性 探索复杂性关注本体和认识问题 联系道德伦理与法律问题研究无机界 研究生命、智能兴趣驱动的小科学 任
14、务驱动的大科学认识导向的科学 认识导向和应用导向并重的科学总体特点20世纪科学技术发展迅速，发展 更全面，注重整体，分析更深入问题一：科学研究自主性与国家利益问题二：学术的国际化与自主性自然辩证法课程3 3、现代科学的哲学意义、现代科学的哲学意义（1）现代科学的发展需要哲学爱因斯坦：物理学的当前困难，迫使物理学家比其前辈更深入地掌握哲学问题。认识论要是不同科学接触，就会成为空架子。科学要是没有认识论只要这真是可以想象的就是原始的和混乱的。库恩：在公认的危机时期，科学家们必须转向哲学分析，作为解开他们的领域中的谜的工具。自然辩证法课程（2）现代科学促进哲学的进步相对论牛顿绝对时空观： 时间、空间
15、、物质之间的绝对分割；狭义相对论时空观：四维时空，时间与空间不可分割；广义相对论时空观：时间、空间与物质之间不可分割。量子论机械决定论与统计决定论；对主体与客体之间关系的新认识；爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）长达30年的哲学争论。自然辩证法课程系统科学60-70年代: “静态”阶段耗散结构理论、协同学80-90年代: “动态”阶段混沌学、分形学系统科学研究的“系统范式”：从方法上反对立足于部分的分析还原方法系统科学揭示的世界图象：简单性的世界复杂性的世界存在的世界演化的世界确定性的世界非确定性的世界自然辩证法课程创始人为一群科学家，最著名的包括： 气象学家洛仑兹（E.N.Lorenz）、数学家
16、约克和李天岩、 May，KAM（柯尔莫哥洛夫 - 阿诺德 - 莫什尔）等。混沌学J.Gleick:Chaos, making a new science“混沌”（Chaos），原意紊乱、无序和无规律。 但在混沌理论中，它指的不是纯粹的无序。混沌 理论研究的是具有确定性的非线性系统，混沌“ 来源于决定论性方程的无规运动”。混沌是确定 性的非线性动力学系统本身产生的不规则的宏观 时空行为。自然辩证法课程分形学曼德布罗特： 大自然的分形 几何学，彩图4创始人为曼德布罗特（B.B.Mandelbrort, 1924-）他的分形、形态、机遇和维数及其修正本自然界的分形几何学是分形理论问世的重要标志。“分形”（fractal）意指不
