《系統(tǒng)自然觀》PPT課件.pptVIP

1,第二講,辯證唯物主義自然觀的新發(fā)展 系統(tǒng)自然觀,2,本講內(nèi)容,自然界的存在方式 自然界的物質(zhì)性 自然界的系統(tǒng)性 自然界的層次性 自然界的系統(tǒng)演化 自然界的演化過程 自然界的演化方式 自然界的演化方向,3,自然界的物質(zhì)性,4,物質(zhì)概念的發(fā)展,阿那克西美尼,德莫克利特,關(guān)于物質(zhì)的概念可以追溯到古代人們對自然界本原的理解。,火,原子,氣,水,近代形而上學(xué)唯物主義,原子,5,物質(zhì)究竟是什么：列寧的物質(zhì)定義,“物質(zhì)是標(biāo)志客觀實(shí)在的哲學(xué)范疇，這種客觀實(shí)在是人通過感覺感知的，它不依賴于我們的感覺而存在，為我們的感覺所復(fù)寫、攝影、反映?！?列寧,列寧像,6,自然界物質(zhì)形態(tài)的多樣性,以空間尺度為標(biāo)準(zhǔn)，自然界的物質(zhì)形態(tài)可分為宇觀、宏觀和微觀三個(gè)領(lǐng)域。宇觀領(lǐng)域有億萬天體構(gòu)成的天體系統(tǒng)，宏觀領(lǐng)域有生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)，微觀領(lǐng)域則有350種左右的基本粒子。 以物質(zhì)的聚積狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，通常把各種物質(zhì)形態(tài)歸結(jié)為三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。但這只是地球上人們經(jīng)常接觸的物質(zhì)形態(tài)。在認(rèn)識宇宙的過程中，人們接觸更多的則是下面的物質(zhì)形態(tài)：等離子態(tài)和超固態(tài)。此外，有人主張物質(zhì)的聚積狀態(tài)除了上述五種形態(tài)外還有第六態(tài)真空場，第七態(tài)反物質(zhì)，第八態(tài)暗物質(zhì)。,7,自然界物質(zhì)形態(tài)的統(tǒng)一性,自然界萬物在化學(xué)元素上具有統(tǒng)一性。 自然界物質(zhì)形態(tài)在基本粒子上具有統(tǒng)一性。 自然界各種物質(zhì)形態(tài)之間在相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化方面具有統(tǒng)一性。 實(shí)物和場之間也是相互聯(lián)系、相互轉(zhuǎn)化的。,8,從多樣性和統(tǒng)一性引出的問題,為什么簡單的、低層次的物質(zhì)組合起來就可以形成復(fù)雜的、高層次的物質(zhì)？為什么低層次物質(zhì)僅僅是不同的排列組合或數(shù)量增減就能產(chǎn)生諸如放射現(xiàn)象、不可逆現(xiàn)象以及自我選擇、自我繁衍和自由意志等低層次物質(zhì)所不具有的復(fù)雜而多樣的屬性呢？,9,自然界的系統(tǒng)性,10,系統(tǒng)觀念的引進(jìn)系統(tǒng)的含義,所謂系統(tǒng)，是指由若干相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的具有特定結(jié)構(gòu)與特定功能的有機(jī)整體。它包括以下幾層涵義： 系統(tǒng)是由（至少兩個(gè)）要素組成的，離開了要素就談不上系統(tǒng)，單個(gè)要素也不能構(gòu)成系統(tǒng)； 要素與要素之間不是胡亂的堆積，而是存在著相互依賴和相互作用的有機(jī)聯(lián)系； 要素之間的有機(jī)聯(lián)系使它們形成了特定的整體結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生了適應(yīng)環(huán)境的特定功能。,11,系統(tǒng)是普遍存在的嗎？,一個(gè)物質(zhì)客體，如果它的組成部分之間沒有相互作用和相互聯(lián)系，那么這個(gè)客體就缺少整體性，即整體不具有原則上區(qū)別于其部分的新質(zhì)，因而這個(gè)物質(zhì)客體也就不是系統(tǒng)，而只是一個(gè)堆積物。 但是，堆積物這種非系統(tǒng)方式只不過是系統(tǒng)方式的極限情況。因?yàn)閮?nèi)部完全沒有相互作用，整體等于部分之和的純粹堆積物實(shí)際上是不存在的。即使一堆瓦礫也可以看做一個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)檫@堆瓦礫具有大量的壓力關(guān)系、引力關(guān)系。因此，自然界的一切物質(zhì)客體都是系統(tǒng)，系統(tǒng)是自然界的普遍存在方式。,12,自然界系統(tǒng)的類型,從系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系分：孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)。 從系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的實(shí)際過程分：物理系統(tǒng)、化學(xué)系統(tǒng)、生命系統(tǒng)。 從人對自然物的參與程度分：天然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)、復(fù)合系統(tǒng)。 從系統(tǒng)內(nèi)各要素相互作用的特點(diǎn)分：線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)。 從人對自然物的認(rèn)識程度分：黑系統(tǒng)、白系統(tǒng)、灰系統(tǒng)。 從系統(tǒng)所處的狀態(tài)分：處于平衡態(tài)的系統(tǒng)，處于近平衡態(tài)的系統(tǒng)，遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)。,13,自然界系統(tǒng)的基本特征,整體性：系統(tǒng)出現(xiàn)了它的組成部分所沒有的性質(zhì)或者失去了組成部分所具有的性質(zhì)。 相關(guān)性：系統(tǒng)的要素與要素之間、要素與整體之間存在著相互聯(lián)系和相互作用。 有序性：系統(tǒng)的要素與要素之間的相互聯(lián)系和相互作用遵循著某種規(guī)則。 自組織性：系統(tǒng)能夠自我發(fā)動，把分散的要素統(tǒng)一起來形成系統(tǒng)。,14,自然界的層次性,15,層次的概念及其特點(diǎn),所謂層次，是指一方面系統(tǒng)由一定的要素組成，這些要素是由更小一層的要素組成的子系統(tǒng)，另一方面系統(tǒng)自身又是更大系統(tǒng)的組成要素。層次性體現(xiàn)了物質(zhì)系統(tǒng)的縱向聯(lián)系。 層次結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)特點(diǎn)：其一，低層系統(tǒng)對高層系統(tǒng)具有構(gòu)成性關(guān)系，高層次系統(tǒng)對低層次系統(tǒng)具有包含關(guān)系；其二，同一層次的系統(tǒng)之間存在相干關(guān)系。,16,自然界系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),生命系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 生物大分子細(xì)胞組織器官系統(tǒng)生物個(gè)體種群生態(tài)系統(tǒng)生物圈 非生命系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 夸克基本粒子（強(qiáng)子）原子核原子分子地面上的宏觀物體行星（包括衛(wèi)星）恒星星系星系團(tuán)總星系,17,系統(tǒng)層次存在的物理依據(jù)結(jié)合能,結(jié)合能是指物質(zhì)粒子結(jié)合成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)所放出的能量，它反映了系統(tǒng)內(nèi)要素之間結(jié)合的緊密程度。一般來說，層次越深，尺度越小，結(jié)合能越大，越不容易分離，因而該層次的物質(zhì)系統(tǒng)就越穩(wěn)定。這就是為什么感冒發(fā)燒的溫度足以殺死我們體內(nèi)的細(xì)菌卻不能同時(shí)分解體內(nèi)的高分子的原因，也是為什么破壞一個(gè)原子核只有在高能加速器中才能做到的原因。,18,系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的必然性概率選擇,問題：為什么系統(tǒng)的演化不是從最簡單的元素直接聚合為復(fù)雜的系統(tǒng)，而是以層次為中間過度形式層層推進(jìn)的呢？ 西蒙的論證：假定甲乙二人都用1000個(gè)零件組裝鐘表，每裝100個(gè)零部件有一次受干擾的機(jī)會使組裝工作必須從頭再來。甲分三層進(jìn)行組裝，每個(gè)部件由10個(gè)零件組裝而成，他必須完成111個(gè)分部組件。而乙不分層，一氣呵成，直接將1000個(gè)零件組裝成鐘表。西蒙通過概率計(jì)算得到結(jié)果：乙完成一只鐘表所需的時(shí)間平均為甲的4000倍。西蒙由此得出結(jié)論：演化過程中產(chǎn)生多層次的物質(zhì)系統(tǒng)的概率，比產(chǎn)生無層次結(jié)構(gòu)的物質(zhì)系統(tǒng)的概率大得多。于是，自然選擇就決定了現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)具有層次結(jié)構(gòu)的物質(zhì)系統(tǒng)。,19,層次結(jié)構(gòu)中的因果關(guān)系,低層次系統(tǒng)作為高層次系統(tǒng)的基礎(chǔ)和根源，在高層次系統(tǒng)中引起一定的結(jié)果，構(gòu)成上向因果關(guān)系。 高層次系統(tǒng)對低層次系統(tǒng)的控制、支配作為原因，在低層次系統(tǒng)中引起某些結(jié)果，構(gòu)成下向因果關(guān)系。 上向因果鏈的存在，提供了從低層次規(guī)律入手認(rèn)識高層次現(xiàn)象的可能性；下向因果鏈的存在，則保證了從高層次規(guī)律出發(fā)對低層次現(xiàn)象進(jìn)行解釋和預(yù)言的可能性。,20,自然界的演化過程,21,宇宙的起源和演化,關(guān)于宇宙演化的假設(shè)有多種，其中影響最大的是大爆炸宇宙論。根據(jù)這一假設(shè)，目前人類觀測所及的宇宙起源于150億年前一個(gè)超高溫、超高密的“原始火球”大爆炸。這個(gè)原始火球可以看作宇宙的胚胎。其物質(zhì)形態(tài)和爆炸原因目前尚不清楚。爆炸開始后，宇宙便不斷地膨脹，溫度由熱變冷，物質(zhì)密度由密變疏，并先后經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：基本粒子階段、輻射和核合階段、實(shí)物階段。,22,地球的起源和演化,地球是伴隨著太陽、太陽系的形成而形成的?，F(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為，大約在50億年前，銀河系中曾經(jīng)有一個(gè)龐大的星云，由于自身引力而收縮，在收縮的過程中產(chǎn)生了漩渦。漩渦使星云碎裂成許多星云塊，其中有一塊就是形成太陽系的原始星云。它在收縮與旋轉(zhuǎn)過程中，中心部分形成太陽，外層部分形成地球在內(nèi)的八大行星和若干小行星。 根據(jù)放射性同位素測年法，測得地球的年齡大約是46億年。地球的演化經(jīng)歷了以下兩大歷史時(shí)期：天文時(shí)期和地質(zhì)時(shí)期。天文時(shí)期，形成圈層；地質(zhì)時(shí)期，發(fā)生地殼運(yùn)動和海陸變遷。,23,生命的起源,現(xiàn)代生物學(xué)認(rèn)為，生命的物質(zhì)承擔(dān)者是以蛋白質(zhì)和核酸為主體的多分子物質(zhì)體系。生命起源于30多億年前，大致經(jīng)歷三個(gè)階段：一是簡單分子合成有機(jī)小分子，二是有機(jī)小分子合成生物大分子，三是生物大分子結(jié)合為原始生命。 對于第三個(gè)階段的內(nèi)在機(jī)制，人類目前還不完全清楚。但可以肯定的是，在原始地球條件下，當(dāng)具有催化功能的原始蛋白質(zhì)和能起模板作用的原始核酸一旦產(chǎn)生并結(jié)合為多分子體系時(shí)，真正的原始生命就隨之而誕生了。,24,生物的進(jìn)化,原始生命出現(xiàn)后，最初形成的是非細(xì)胞形態(tài)，自己不會制造有機(jī)物，過著異氧和厭氧的生活。經(jīng)過長期演化，外膜的成分和結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜化，形成了細(xì)胞膜，可以有效地控制物質(zhì)交換。與此同時(shí)，其內(nèi)部也出現(xiàn)了具有不同功能的顆粒，如核質(zhì)、核蛋白粒、氧化粒等，形成了原始細(xì)胞。原始細(xì)胞的形成，標(biāo)志著生命演化進(jìn)入了一個(gè)新的里程。 大約17億年前，地球上出現(xiàn)了具了遺傳和代謝功能的真核細(xì)胞。這是生物進(jìn)化從簡單到復(fù)雜的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 大約5億年前，在真核細(xì)胞的基礎(chǔ)上，單細(xì)胞生物發(fā)展為多細(xì)胞生物，進(jìn)而分化為植物和動物。 大約1000萬年前，哺乳動物靈長類的一個(gè)分支古猿，又分化出了人類。,25,自然界的演化方式 自然過程的自組織性,26,自組織的概念,所謂自組織，是指系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu)不是通過外部指令的干預(yù)形成的，而是通過系統(tǒng)要素之間的相干性、協(xié)同性或某種默契自發(fā)形成的。自組織的實(shí)質(zhì)在于相干協(xié)同。 協(xié)同論的創(chuàng)始人哈肯認(rèn)為，系統(tǒng)內(nèi)部大量的微觀組織通過相互關(guān)聯(lián)的運(yùn)動即協(xié)同作用創(chuàng)造了一只“看不見的手”，驅(qū)動著系統(tǒng)各個(gè)部分排列起來，以同樣的方式行事。哈肯把這只能安排一切的“看不見的手”，稱為“序參量”。,27,隨處可見的自組織現(xiàn)象,花崗巖中的環(huán)狀結(jié)構(gòu),有規(guī)則的六角形雪花,天空中的云形成魚鱗狀排列,28,自組織的經(jīng)典案例之一貝納德對流,1900年，法國學(xué)者貝納德做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果在一個(gè)水平容器中放一薄層液體，上下各與一個(gè)很大的恒溫?zé)嵩窗褰佑|，當(dāng)兩板溫度相當(dāng)時(shí)，液體處于平衡態(tài)。從底部均勻緩慢地加熱液體，由于溫度差的存在，熱量會不斷向上傳遞，開始熱能的傳遞是以傳導(dǎo)方式進(jìn)行，液體沒有任何宏觀的運(yùn)動。當(dāng)加熱到一定程度，上下兩板的溫度差達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)，液體中熱量傳遞改變?yōu)橐詫α鞣绞竭M(jìn)行，液體會突然出現(xiàn)規(guī)則的多邊形圖案。這一現(xiàn)象被稱作“貝納德對流”。,貝納德對流產(chǎn)生的規(guī)則花紋,29,自組織的經(jīng)典案例之二激光,物理學(xué)家哈肯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外界向激光器輸入的功率小于某個(gè)臨界值時(shí)，每個(gè)處于激光狀態(tài)的原子都獨(dú)立地?zé)o規(guī)則地發(fā)射光子，頻率和相都無序，整個(gè)光場系統(tǒng)處于無序狀態(tài)，激光器就像普通燈泡一樣。當(dāng)輸入功率大于臨界值時(shí)，就產(chǎn)生了一種全新的現(xiàn)象，各原子不再獨(dú)立地互不相關(guān)地發(fā)射光波了，它們集體一致地行動，不同原子發(fā)出的光的頻率和相都變得十分有序，這就是激光。,30,自組織形成的條件,開放性、遠(yuǎn)離平衡態(tài)（前提） 熱力學(xué)中的熵增原理是相對封閉系統(tǒng)和平衡態(tài)系統(tǒng)而言的。遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，通過與外界環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息，可以從原來混亂無序的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時(shí)間、空間或功能上有序的狀態(tài)。 非線性相互作用 （根據(jù)） 非線性相互作用是一種復(fù)雜的相互作用，它不是少量幾種作用的簡單疊加，而是多種作用耦合而成的整體效應(yīng)。這種效應(yīng)使得各要素按一定方式在大范圍內(nèi)協(xié)調(diào)運(yùn)動，從而導(dǎo)致系統(tǒng)新質(zhì)的出現(xiàn)。 隨機(jī)漲落（誘因） 由大量相互作用的子系統(tǒng)所構(gòu)成的體系，總是經(jīng)常不斷地受到來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部環(huán)境的擾動，使得系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻并不精確地處在統(tǒng)計(jì)平均值上，而是或多或少有些偏離，這種微小的偏離就是漲落。漲落經(jīng)過非線性的反饋機(jī)制而被放大，使系統(tǒng)躍遷到一個(gè)新的穩(wěn)定有序狀態(tài)。,31,漸變還是突變？,自然界存在多種多樣的演化形式，所有的演化形式都可以抽象為兩種最基本的演化形式：漸變與突變。 自然界中，當(dāng)某一具體自然物的演化表現(xiàn)為緩慢、逐漸和連續(xù)的形式，這種演化就稱為漸變。但是，當(dāng)同一自然物的演化表現(xiàn)為短暫、變化強(qiáng)度迅速激烈、變化量大、呈現(xiàn)出間斷性特征時(shí)，這種演化就稱為突變。 縱觀自然界的發(fā)展史可以看出，漸變是自然界演化的主要形式，它比突變表現(xiàn)得更普遍、更經(jīng)常。,32,自然界的演化方向 自然過程的不可逆性,33,可逆還是不可逆？,如果系統(tǒng)從某一狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一狀態(tài)后，能夠再回復(fù)到原來的狀態(tài)，并且同時(shí)使系統(tǒng)的環(huán)境也回復(fù)到原來的狀態(tài)，這樣的過程就是可逆過程；反之，若系統(tǒng)及其環(huán)境一經(jīng)變化之后就不能回復(fù)，這樣的過程就是不可逆過程。 現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)證明，不可逆性是自然界事物的基本屬性，自然界不會在演化的過程中走回頭路，不會再看已經(jīng)破壞的模型，所謂可逆過程，只不過是在一定條件下，忽略了某些因素之后的理論抽象或理想狀態(tài)，現(xiàn)實(shí)世界是不存在的。,34,“赫拉克利特河流”時(shí)間之矢的含義,在牛頓第二定律的方程F=mdrdt中，時(shí)間以平方的形式出現(xiàn)，這意味著方向性被抹掉了，用t置換t，方程的形式保持不變。因此，對牛頓力學(xué)而言，過去、現(xiàn)在和未來是沒有區(qū)別的。 熱力學(xué)第一次將時(shí)間箭頭引入物理學(xué)。熱力學(xué)第二定律指出：一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵會隨著時(shí)間的推移單調(diào)增加，直至達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)時(shí)趨于極大。這一定律指明了不可逆過程的方向性，即“時(shí)間箭頭”只能指向熵增大的方向。,人不能兩次踏進(jìn)同一條河流。 赫拉克利特,35,進(jìn)化還是退化？,所謂進(jìn)化，是指系統(tǒng)從無序到有序、從低序到高序、從簡單到復(fù)雜的發(fā)展，是事物復(fù)雜性和多樣性增長的過程。所謂退化，是指系統(tǒng)從有序到無序、從高序到低序、從復(fù)雜到簡單的變化，是事物復(fù)雜性和多樣性減少的過程。 熱力學(xué)第二定律提出的“熱寂說”，與達(dá)爾文提出的生物進(jìn)化論，分別揭示了退化與進(jìn)化