第二章辩证唯物主义自然观的发展系统自然观

第二章辩证唯物主义自然观的发展：系统自然观第一节现代自然科学的发展和系统自然观的产生一、现代自然科学革命概况20世纪的科学革命广泛地发生在宇观、宏观、微观三大层次上：由相对论表征的科学革命是关于高速及宇观领域的；由量子力学和分子生物学表征的的科学革命是关于微观领域的；由分形理论、混沌理论等一系统学科表征的科学革命，则是介于两者之间的宏观领域的。二、系统科学20世纪40年代末创立的控制论、信息论、系统论等，是把研究对象作为组织性、复杂性的系统，从整体上把握其规律性并实际处理这类系统的科学。（一）控制论1948年，美国数学家诺伯特·维纳发表了专著《控制论（或关于在动物和机器中控制和通讯的科学）》，这是控制论的奠基性著作，它标志着这一新兴学科的诞生。此后，控制论向各个领域渗透，相继出现了工程控制论（钱学森1954年发表《工程控制论》一书，是奠基性著作）、神经控制论、经济控制论、社会控制论、大系统理论、智能控制等分支。2.系统是自然界物质存在的普遍形式①整个自然界是一个大系统。②自然界所有物质客体都自成系统。③自然界物质客体互成系统。二、自然界物质系统的基本特点1.物质系统的开放性。是指物质系统与外界环境的物质、能量、信息有着密切联系与交换的一种状态。2.物质系统的动态性。是指自然界物质系统所具有的运动、发展、变化的过程。3.物质系统的整体性。是指系统的诸要素按一定的方式构成的有机整体。4.物质系统的层次性。是指构成物质系统的要素的等级和地位。三、自然界物质系统的结构层次1.自然物质系统的结构和功能①同时态的相对稳定的空间结构；②历时态的运动演化的时间结构。2.自然界物质系统层次的立体网络结构图景①非生命世界的结构层次基本粒子-原子-分子-化合物-凝聚态物体-行星-行星系-恒星-恒星系-星系，星系团，超星系团，总星系。②生命世界的结构层次生物大分子-细胞-组织-器官-个体-种群-生态系统-生物圈。第三节自然界的系统演化一、自然界物质系统的演化过程1．宇宙的起源和演化（1）现代宇宙学的产生现代宇宙学是从什么时候开始的？有三种看法：①从1917年爱因斯坦建立第一个宇宙学模型开始；②从1929年哈勃提出河外星系的红移和星系离我们距离成正比的“哈勃定律”开始；③爱因斯坦提出第一个宇宙模型是现代宇宙学的萌芽和发端，而“哈勃定律”的提出才是正式开始。2、大爆炸宇宙学简史●1927年，比利时天文学家、数学家勒梅特根据爱因斯坦广义相对论中K＝＋1，宇宙项为正的情况，提出了非空虚的膨胀宇宙的模型，但并未引起人们的注意。●1930年英国天文学家爱丁顿把哈勃定律与勒梅特的宇宙膨胀论联系起来，才使这个假说重新受到人们的重视。●1932年，勒梅特进一步发展了自己的假说。他指出，宇宙中的全部“物质起源于某一个单个原子的蜕变”，这个原子叫“原始原子”。●1948年，美国物理学家伽莫夫修正并发展了勒梅特的宇宙膨胀论，提出了大爆炸宇宙论。●苏联天体物理学家泽尔多维奇、英国的霍伊尔和泰勒以及美国的皮伯尔斯又在在1964年左右，分别独立地研究了这个问题，逐渐形成了大爆炸宇宙学派。3、宇宙的起源和演化⑴基本粒子形成阶段：（爆炸后0－1秒钟之内），主要是强子和轻子的生成和湮灭。⑵元素起源阶段：（1秒－3分钟）也叫元素核合成的辐射阶段。⑶实物阶段：（大爆炸以后一万年）这个阶段的时间最长，宇宙演化所经历的约二百亿年的时间主要属于这个阶段，迄今我们仍然生活在这个阶段。⑷未来阶段：宇宙未来的演化趋势决于宇宙的质量密度。4、支持大爆炸宇宙论的重要观测事实⑴河外星系的谱线红移。河外星系红移现象说明了所有河外天体都在向外运动，宇宙是不断膨胀的。⑵宇宙中普遍存在氦，其丰度（天体的各种元素所占的重量百分比）约为25－30％。⑶3°K微波背景辐射。二、自然界演化的规律性（一）自然界演化的进化与退化——自然界演化的两种基本趋势进化，是指物质客体在演化过程中从无序向有序，从低序向高序的发展趋势和过程。退化，即是指物质客体演化过程中从有序向无序，从高序向低序的发展趋势和过程。进化与退化的辩证关系：首先，进化与退化是相互依存，互为条件的，它们往往是一个过程的两个方面。其次，进化与退化是相互包含，相互渗透。再次，进化与退化是相互交替、相互转化的。（二）自然界演化的不可逆性所谓可逆性，是指系统从某一状态转变为另一种状态后，能够再回复到原状。所谓不可逆性，是指系统及其环境一经改变后，不能回复到原状。自然界系统的演化无论是朝着进化方向还是朝着退化方向，都具有不可逆性的特征。严格地说，自然界中发生的过程都是不可逆过程，可逆只是一种理想化的过程，是舍去了许多规定性的抽象化形式。（三）自然界演化的自组织性1．有序与无序－－大自然发展方向之谜自然系统的有序性－－是指①一个自然系统的内部各要素的空间位置呈现有规则的排列，即系统结构有序；②系统变化过程有明显的周期性，系统的行为表现出一定的关联性，也即系统运动变化有序。自然系统的无序性－－是指一个自然系统内部各组成要素之间混乱而无规则及其运动变化没有规则。孤立系统－－从有序到无序孤立系统是指与外界即没有物质交换，又没有能量交换的系统。热力学第二定律告诉我们，能量转化的方向是确定的。比如物体各部分温度不同，那么高温部分向低温部分产生热量的传递，直至平衡；机械运动能自发地转化为热能，如摩擦生热。但相反的转化不可能自发地产生。这在热力学中，称之为不可逆过程。如把这一过程推广到宏观世界，那么显然会得到这样的结论：各种系统的运动随着能量朝着一定方向的转化逐渐趋向缓慢，最终将静止下来，宇宙趋向热寂（平衡）一切组织状态趋向衰亡，用物理术语来说，就是“熵”。开放系统－－从有序到无序开放系统是指能与周围环境自由地进行物质和能量的交换的系统。这种系统与孤立系统有明显的区别，它的内部状态随着时间的持续，无序性总是自发地减少，有序性总是自发地增加，即完全不遵循热力学第二定律，而是遵从达尔文的进化论学说。这种系统明显地表现出自组织性，所以又称为“自组织系统”。比利时布鲁塞尔学派领导人，曾任比利时皇家科学院院长的普利高津博士却深信这样一种哲学观点：无论是生命物质，还是非生命物质，既然它们都是处于同一个宇宙之中，是客观物质系统的各个互相联系的有机部分，那么它们就不应该有天上世界和地上世界的巨大差别，而一定遵循着同样的规律。在1969年的“理论物理与生物学”国际会议上提出了载入史册的“耗散结构论”。普利高津本人也由于他在科学上的这一重大贡献为世人所知，并荣获1977年度的诺贝尔奖。2．自然界的自组织组织或组织化是事物有序结构的形成。按照有无外界特定干预或信息来源的不同，可以把组织过程分为被组织和自组织两大类。如果系统在获得空间、时间的或功能的结构过程中，存在外界的特定干扰，系统和结构和功能是外界施加给系统的，是被组织；反之，则是自组织。自组织是指自然自主或自发地组织化，有序化和系统化的运动过程。3．自组织产生的条件①开放系统孤立系统：就是指那些与外界既无物质交换，又无能量交换的“孤立”系统。孤立系统实际上是不存在的。封闭系统：指与外界有能量交换，但没有物质交换的系统。开放系统：指与外界能进行物质和能量交换的系统。耗散结构理论首先建立了孤立系统与开放系统这两种不同系统的既区别又相互联系的方程。它指出，任何一个系统的熵S的变化ds都由两部分组成：ds=des+dis（一般系统的熵变公式）des是系统与外界交换物质和能量而引起的熵流，这是耗散结构理论中的一个新概念，也是系统如何从混沌走向有序的关键。dis是系统内部产生的熵，因此任何一个系统的dis总是大于或等于零（当平衡时等于零），开放系统也不例外，而des则因不同的系统而有不同的情况。对于开放系统，有dS=diS+deSdiS为系统熵增，；deS为熵流，deS0或deS0若deS0，即负熵流，且|deS|diS则dS为负值，即系统的熵减少，有序程度提高。3．自组织产生的条件①开放系统②远离平衡态③非线性相互作用④涨落⑤系统内部存在正反馈机制3．自然界演化的自组织机制一个远离平衡状态的开放系统，通过与外界环境进行物质，能量和信息的交换，而使系统处于远离平衡的状态，由于系统内非线性相互作用的存在，以及环境对系统的扰动，将引起系统的随机涨落现象，这种随机涨落将通过系统非线性的反馈机制而放大，当达到某一临界点时，将形成巨涨落而影响整个的系统，并使系统发生跃迁，产生新的稳定有序的结构和状态。4．自组织产生的内在机制和过程竞争——在这里，泛指系统内部不同要素之间或不同子系统之间，或不同系统之间，通过某种斗争（有时可分为高低优劣，择优汰劣）而促使系统演化的活动。协同——是系统中许多子系统的联合作用。在演化过程中，系统的各个组成要素会在一定条件下联接、合作、协调与同步行动，自组织系统离不开协同的动力作用。突变——自组织的产生要经过突变的“门槛”，并有进化过程中的分叉。（四）自然界演化的对称破缺性对称，是指某种事物、现象、过程和规律（包括物质，能量和信息的转换，运动，物质条件，结构，属性和关系等）在一定变换条件下的不变性。对称破缺，是指在一定变换条件下所表现的可变性，或对称性的降低。现代系统科学的深入研究，揭示了对称破缺实际上是对应着系统的有序状态、复杂性和层次结构，正是起源于某种对称性的破缺。自然界系统的有序化是对称性破缺的结果，正是由于对称破缺才使系统向有序化，组织化和复杂化演化。自然界的进化就是一个不断发生对称破缺的过程。三、自然界系统演化的基本方式1．必然性与偶然性必然性在哲学上是指客观事物联系和发展中合符规律的、一定要发生的、确定不移的趋势。偶然性是指客观事物的联系和发展过程中，并非确定发生的趋势。偶然性不仅在进化过程中的确存在，而且必然性一般不能彻底排斥偶然性，甚至偶然性就是从必然性中转化而来的。偶然性在演化过程中的地位和作用不可忽视的。必然性与偶然性之间的关系，正如恩格斯总结的那样：“偶然的东西是必然的，必然的东西自己规定自己为偶然性；另一方面，这种偶然性又宁可说是绝对的必然性。”2．渐变性与突变性渐变性，是指物质系统在演化过程中表现为相对缓慢的、渐进的和连续的变化的方式和特征。突变性是指自然界物质系统的演化过程中，表现为相对快速、突发和剧烈变化的方式和特征，是渐变过程的突然中断。物质系统的演化过程中，渐变中包含有突变因素，突变是以渐变为基础和前提，并且渐变与突变在一定条件下可以相互转化，表现出这两种演化方式是既对立又统一的辩证关系。3．周期性和无限性自然系统演化的周期性，是指自然系统经过一定的演化过程后，向原来出发点复归的演化方式和特征。这种复归，并不是一种简单的回复，而是辩证法所理解的否定之否定的复归。恒星——星际弥漫物质——新的恒星种子——植株——种子胚胎——个体——胚胎混沌——有序——新的混沌——新的有序自然界物质系统这种周期性演化是一个无限发展的过程，因此，自然界的演化又呈现出无限性发展的特征。针对“宇宙热寂论”，恩格斯指出，认识这一问题必须注意两个方面：一方面，“运动的不灭性不能仅仅从数量上，而且还必须从质量上去理解”，即是要从质的不灭性来理解运动不灭原理，自然界物质运动都可以相互转化，任何运动转化为其他运动形式的能力，是不灭的、无限的；另一方面，“物质在其一切变化中仍永远是物质，它的任何一个属性任何时候都不会丧失”，也即是说必须从质的不灭性来理解物质不灭的原理。恩格斯的这一思想，强调了应从质的方面去认识理解运动和物质的不灭性，为人们正确认识自然界物质演化的无限性提供了新的思路。