第四章现代科技与自然观的新发展

第四章现代科技与自然观的新发展第一节现代科学发展的主要线索与重要的分支学科一、主要线索十九世纪：牛顿经典力学仍然占据主导地位。开尔文勋爵（1900.4.17)：在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作。世纪之交：物理学革命二十世纪：牛顿经典力学受到全面冲击。主要线索相对论→宏观高速量子论→微观世界追求统一性：强力、弱力、电磁力、引力的统一探索复杂性：系统科学、非线性科学2、世纪之交的物理学革命1895年,伦琴发现X射线(1901)。1896年,贝刻勒尔等发现放射性(1903)。1897年,汤姆逊发现电子。动摇了传统的原子观念(1906)。两朵乌云：“以太漂移”实验的否定结果；“黑体辐射”理论解释的困难。物理学革命：相对论1905年爱因斯坦《论动体的电动力学》提出狭义相对论；1907年爱因斯坦给出著名公式:E＝mc2；1916年爱因斯坦《广义相对论的基础》建立完整的广义相对论理论。1919年广义相对论理论被验证。物理学革命：量子论1900年普朗克提出量子假说；1905年爱因斯坦提出光量子假说；1913年玻尔提出量子论原子模型；1923年德布罗意提出物质波假说；1925年海森堡提出和矩阵力学；1926年薛定谔提出波动力学，并证明矩阵力学与波动力学等价；1927年海森堡提出“测不准原理”，玻尔提出“互补原理”。3、重要分支学科（1）粒子物理学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”（2）现代宇宙学爱因斯坦：1917年开创现代宇宙学；建立静态宇宙模型。动态宇宙模型：大爆炸宇宙理论；60年代得到观测支持。宇宙：我们的宇宙，有限和无限50年代发现DNA的双螺旋结构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年代克隆技术,人体基因组工程伦理学问题,法律问题,道德问题等（3）生物学（生命科学）（4）计算机科学技术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信息时代：赛博空间（Cyberspace），新型人际关系、人机关系，新的伦理、道德问题。（5）系统科学、非线性科学40年代：系统工程,一般系统论,控制论,信息论等60-70年代：耗散结构理论,超循环理论,协同学80-90年代：混沌理论,分形理论当代探索复杂性科学前沿引发出一系列重要哲学观念的变革。（6）生态和环境50年代现代生态学60年代环境问题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（7）高新技术群计算机技术；生物技术；新材料技术；新能源技术；海洋技术；空间技术。4、现代科学的总体特点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；准确理解现代科学，需要批判机械自然观，建构辩证自然观。§4.2现代科学的哲学意义现代科学的发展需要哲学现代科学促进哲学的进步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。爱因斯坦：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。2、现代科学促进哲学的进步（1）相对论：牛顿绝对时空观：时间、空间、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。（2）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。（3）系统科学：系统科学发展的两个阶段：“静态”与“动态”60-70年代:耗散结构理论、协同学80-90年代:混沌学、分形学耗散结构理论、协同学耗散结构理论（普里高津）：第一，系统开放；第二，系统远离平衡态；第三，非线性相互作用；第四，涨落导致有序。协同学（哈肯）：能否找到某种能够支配存在于各类系统中的自组织现象的一般原理，这种一般原理与系统组成部分的性质无关？混沌学、分形学混沌学：“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。混沌的基本特征：1、内在随机性。这种不确定性是系统自发产生的。2、初值敏感性。“失之毫厘，谬之千里”。洛仑兹比喻：“蝴蝶效应”3、非规则有序。混沌不具备周期性和其他明显对称特征的有序态。但非周期运动不是无序运动，而是另一种类型的有序运动。混沌学、分形学“分形”（fractal）,意指不规则，支离破碎。该词由数学家曼德尔布罗特（B．B．Mandelbrort）新造，用以描述自然界中极不规则、极不光滑的物体形体：弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉、粗糙不堪的断面、枝繁叶茂的树木、飘舞飞扬的雪花、变化无常的浮云和九曲回肠的河流等等。这些形体普遍存在于自然界，但长期以来被排斥在几何学的研究范围之外。60年代之后，主要由于曼德尔布罗特的创造性工作，加之计算机显示技术的帮助，以及在混沌等复杂现象研究中的应用，终于使以研究分形体的几何特征、数量表征及其普适性为任务的新的数学理论——分形几何学得以确立。曼德尔布罗特的《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。系统科学：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§4.3现代科学与辩证唯物主义自然观现代科学革命是对牛顿经典力学的全面挑战，为辩证自然观提供了更丰富的科学基础。现代科学彻底变革机械自然观，极大地促进了辩证唯物主义自然观的发展。在辩证思维方式上提供了可操作的思维方法，在辩证自然观上明晰了自然界联系、发展的具体机制。现代科学的发展提出诸多新的问题。研究和总结这些新的问题，是完善辩证唯物主义自然观的要求，不断建构辩证自然观的工作正在进行中。普利高津：我们正是站在一个新的综合、新的自然观的起点上。