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第二章自然界存在的科学图景自然界的物质形态自然界的系统存在方式自然界物质系统的层次结构一、自然界是如何存在的？客观唯心主义：某种神秘的客观精神或绝对精神的外化主观唯心主义：人类主观精神或某种神秘的先验主体设置的结果机械唯物主义：某种“与人分离”的绝对的机械的客观规律的运动变化辨证唯物主义：是人参与其中的人化的自然界；是获得了“人的本质”的自然界，是“真正的、人类学的自然界”。1、自然界物质的客观实在性列宁：物质是标志客观实在的哲学范畴。这种客观实在是通过人的感觉感知的，但它不依赖我们的感觉而存在，并为我们的感觉所复写、摄影、反映。意义：客观性；可知性；客观性：量子力学只表明微观客体的结构具有潜在性，并不意味着微观客体的存在依赖于观察手段，更不能说明由微观粒子组成的“月亮在无人看它的时候不存在”。可知性：直接、间接的存在、可知。2、自然界物质形态的多样性从物质分类看：自然界可分为生命界和非生命界，生命界包括：动物（150多万种）、植物（30多万种）、微生物（8-9万种）；非生命界包括：宇观领域、宏观领域、微观领域（包括两类、四大家族，即轻子类和重子类，光子族、轻子族、介子族、重子族）；从物质聚集态看：自然界物质可分为五态：固态、液态、气态、等离子态、超固态；有研究认为自然界还存在反物质和真空场等物质形态关于反物质的根据是，所有基本粒子都有相应的反粒子。由“正”粒子如质子、中子等构成的物质称“正”物质，由反粒子如反质子、反中子等构成的物质称“反”物质。在比原子小的基本粒子尺度上，粒子与反粒子是高度对称的，并且是形影不离的，但一旦大于这个尺度情况就完全不同了。因为在自然界中，质子、中子等“正”粒子构成“正”原子，正原子构成地球、太阳系和银河系中一切物质。这些物质应当称为“正”物质。虽然从理论上讲存在着反电子、反质子和反中子等“反”粒子构成的反物质，但尚无观测上的直接证据，这就出现了物质与“反”物质的强烈不对称性。3、自然界物质形态的统一性宇宙万物在化学元素上的统一性；碳、氢、氧、氮占98%宇宙万物在基本粒子层次上的统一性；实物和场两种基本物质形态的统一性；实物：指以间断形式存在的物质形态，包括一切微观粒子、原子、分子、宏观物体、宇观天体和生命物质形态。场：指以连续形式存在的物质形态，包括电磁场，引力场、介子场、胶子场等，是实物之间相互作用的传递者。二、自然界的系统联系方式（一）系统的概念贝塔朗菲：作为一般系统论的创始人奥地利生物学家贝塔朗菲认为“生命现象是不能用机械论观点来揭示其规律，而只能把它看成一个整体或系统来加以考察”。贝塔朗菲认为“系统的定义可以确定为处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总体”，“是关于整体的一般科学”。系统就是：“相互作用着的诸元素的综合体”。Ｗ.Ｒ.艾什比：艾什比提出把系统看成一个“黑箱”的观念。他认为只要研究输入和输出的信息的变化情况，便可推测系统的整体结构，而不必去打开“黑箱”认识系统的详细情况。这样一来，一般系统论可以看成“按控制论的研究轨道发展的一门学科”。钱学森：“系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部份合成的具有特定功能的有机整体，而这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部份”。＿＿《组织管理技术》钱学森《文汇报》１９７９年９月２７日（二）系统的特点系统由两个以上的要素组成；系统都有一定的结构；空间结构、时间结构、时空混合结构系统作为整体对环境表现出特定的功能；系统都离不开环境；首先，环境提供物质系统存在的外部条件；其次，物质系统的功能只有在环境中才能实现；再次，环境对物质系统具有调控作用（三）系统的分类以人对自然物的参与程度分：天然系统、人工系统、复合系统以系统与环境的相互关系分：孤立系统、封闭系统、开放系统以系统内各要素相互作用的特点分：线性系统、非线性系统以系统所处的状态分：平衡态系统、近平衡态系统、远离平衡态系统以人对系统的认识程度分黑系统、白系统、灰系统（四）系统中两对重要关系系统中整体与部分的关系系统的整体性是系统最大的特性。贝塔朗菲认为“为了理解一个整体或系统不仅需要了解其各部分，而且同样需要了解它们之间的关系”，他主张从事物的关系中，相互作用中发现系统（整体）的规律性，这就是整体性观点的具体表述。相似于亚里斯多德的一个著名命题：“整体大于各孤立部分之和”。整体与部分之间是如何相互过渡的呢？在系统中，整体与部分是通过非加和性过渡的。它表征着新属性的出现，表征系统与其构成部分之间的质的差异。即构成系统的各部分之间经过物质、能量、信息的交换而彼此约束和选择、协同和放大，这种交换是由耦合关系产生的相干性实现的。据此要求我们：应该从整体出发，分析其中的各部分之间是如何耦和的；应该分析在什么条件下加和性和非加和性会相互转化。系统的稳定与涨落稳定与涨落是描述系统整体状态情况的概念，是系统中存在的另一种矛盾关系。涨落：由于要素性能、要素之间的耦合、环境的随机干扰等情况的变化或变异，刻划系统整体状态的宏观量很难始终保持在某种平均值上。宏观量对平均值的起伏就是涨落。系统解体非稳态系统对涨落反应有三种情况：｛恢复到自身状态→系统的稳定性恒稳态系统在一定范围内保持不变的状态亚稳态当涨落被放大之后，可能系统中的原有结构被新的相互作用形成的结构所代替，向原有状态的复归也不再成为系统运行的自发趋势。另一方面，当涨落被系统收敛平息，这时可能系统的运行表现为向某种状态的自发回归。所谓系统的稳定性：只有在涨落出现后能恢复自身的状态的系统，原系统才有存在下去的可能性。这种对涨落的不变性，就是系统的稳定性。达尔文的进化理论（它证明，生物物种偶然变异的积累可以改变原有物种的遗传特性，从而导致新物种的出现。）、耗散结构理论、协同学都证明：随着外界控制参量的变化，原有的稳态会失稳并在失稳的临界点上出现新的演化分支。一个激光器，可以仅仅因为外界泵浦功率的改变，而稳定地发出自然光、激光或脉冲。一股绕过障碍的水流，因为流速的变化而成为稳定的流线、旋涡或旋涡振荡。所以稳态对涨落而言，它的独立性是有一定范围的，超出这个范围，涨落将支配系统的行为。如果这种涨落被一定条件巩固，那么新的稳态就出现了。控制参量的变化，系统呈现出：从稳态→失稳→再稳定的演化历程。三、自然界物质系统的层次结构（一）自然界的基本层次1.非生命系统的基本层次从宏观到宇观：地面物体；地球；太阳系；银河系；星系团；超星系团；总星系团。从宏观到微观：分子；原子；原子核；基本粒子。2.生命系统的基本层次生物个体及其以下层次：生物大分子；大分子集团；细胞器；细胞；组织；器官；系统；生物个体。生物个体及其以上层次：生物个体；种群；群落；生态系统；生物圈（二）自然界层次的辨证性质自然系统层次的特殊性和普遍性的统一自然系统层次的间断性和连续性的统一自然系统层次的稳定性和可变性的统一（三）自然系统层次的基本特点；低层系统对高层系统具有纵向的构成性关系同一层次的系统之间存在着横向的相干性关系，在单纯的加和性关系中不会出现层次结构。层次结合的双向因果链；a:上向因果链：低层系统作为原因可以在高层系统中引起一定结果。b:下向因果链：高层系统作为原因又会在低层系统中引起某些结果。（四）自然系统的层次律物质层次的阀值律物质层次的存在定律物质系统的丰度定律第三章自然界演化的科学图景自然界的历史性自然界演化的方向性自然界演化的自组织机制自然界演化发展的规律第一节自然界的历史性自然界的历史观自然界的演化过程最早把历史观点引入自然界研究的是康德1755年，康德出版《宇宙发展史概论》，提出太阳系起源于星云，是天文史上第一个比较完整的天体演化学说；继康德之后，赖尔提出地质渐变理论；1859年，达尔文出版《物种起源》，提出生物进化论哲学上，黑格尔到马克思的辩证法亦有相应的思想；恩格斯的《自然辩证法》系统总结了当时自然科学的成就，分析了其重要意义。第二节自然界演化的方向性可逆与不可逆进化与退化（一）可逆与不可逆可逆变化是指其过程可以反转，状态可以回归或系统与环境可以同时复原的变化过程；如：单摆中的小球、卡诺循环等不可逆变化是指其过程不可以反转，状态不能回归或系统与环境不可以同时复原的变化过程；如：热传导、化学反应、生物发育等“花有重开日，人无再少年”。两种时间，两幅图景（存在的物理学和演化的物理学）以可逆变化变化为研究对象的经典力学，其基本特征是时间反演不变；（包括相对论和量子力学）；描述能量传递方向的热力学第二定律则揭示了时间的不可逆性，其时间是反演变化的；两种时间箭头、两个方向克劳修斯的热力学第二定律提出宇宙的“熵”增，得出“宇宙热寂说”，即宇宙演化是从有序到无序的过程；达尔文的生物进化论则揭示了生物进化是从无序到有序、低级到高级的过程；不可逆性在演化中的作用有不可逆过程的存在，演化才是可能的不可逆过程如果发生在远离平衡的非线性平衡区，再加其它条件，则有从无序向有序的建设性作用。（此是非平衡自组织理论的解释）“贝纳德花样”案例在一个金属的盘子里放进一些液体，然后在盘子下加热，液层中出现的温度梯度将使液体内部发生热传导这种不可逆过程；当液体层上下的温差超过某个特定的临界值时，系统进入远离平衡态的状态，此时，原来静止的液体突然出现许多规则的六角形对流的格子，液体从六角形的中心向上流出，而从六角形的各边流下，液体空间的对称性被打破，整齐的有序结构产生出来。这就是著名的“贝纳德花样”。它展示了从不可逆过程而导致自组织现象的一种类型。（二）进化和退化进化：是指物质客体演化中由无序到有序、由低序向高序的趋势和过程。退化：是指物质客体演化中由有序到无序、由高序到低序的趋势和过程。注意a:有两种‘有序’的理解：‘死的有序’；‘活的有序’↓↓平衡结构中耗散结构中b:并非所有有序程度的提高的过程都能称为进化。进化与退化的特点：a:自发性的特点；b:稳定性重建的特点；非线性的非平衡区，更加有序的耗散结构才能产生c:离散性特点；进化或退化的完成往往要经历突变。进化与退化的统一性a:进化与退化相互包含b:进化与退化同存共生c:进化与退化的相互交替耗散结构理论：成功解决了热力学和生物学的矛盾演化的箭头到底指向何方？这个问题使科学家们处于两难境地。1969年，普里高津发表《结构、耗散和生命》，首次提了耗散结构理论，为解决这个困扰科学家们100多年的难题提供了新思路。普里高津等人根据大量科学实验及在非平衡自组织理论上的探索，认为热力学的退化趋势和生物学的进化趋势都受热力学第二规律支配，但二者有区别，热力学着重研究孤立系统，而生物系统则是开放系统。普里高津采用薛定谔提出的负熵流的概念，揭示出在不违背热力学第二定律的前提下，非平衡系统通过负熵流来减少总熵以维持新的有序结构的途径，即自组织。耗散结构：指开放系统在和外界发生能量和物质交换时，通过自组织产生并维持下来的有序结构。第三节自然界演化的自组织机制组织与自组织自组织的条件自组织规律（一）组织和自组织组织：一个系统的要素按照特定的指令形成特定的结构和功能的过程叫组织。要素形成组织的指令可能来自系统内部，也可来自系统外部自组织：一个系统的要素按照彼此的相干性、协同性或某种默契而形成特定的结构和功能的过程称为自组织。自组织不是按系统内部或外部的指令完成的，而是由于系统内的协同运动在控制参量的影响下从次要地位转变主要地位的结果组织和自组织在形式和状态上是一样的，但产生的动力和原因不同。（二）系统自组织的条件必须是开放系统。（基本条件）系统从环境引进负熵。必须远离平衡的状态。“非平衡是有序之源”——普里高津非线形机制。各要素之间存在着非线性的相互作用，产生相干效应与协调运用。（基本根据）正反馈。正反馈使系统的变化被放大和加剧，推动系统走向失稳，而负反馈使系统的变化衰减。涨落和突变是产生有序状态的条件。（直接诱因）非平衡自组织理论表明了孤立系统中的退化与开放系统在一定条件下的进化可以在同一理论模式中得到解释。