第二章 辩证唯物主义自然观的发展系统自然观
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辩证唯物主义自然观的发展系统论概述系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问,它研究各种系统的共同特征,用数学方法定量地描述其功能,寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型,是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。
系统思想源远流长、但作为一门科学的系统论.人们公认是美籍奥地利人。
理论生物学家L.V.贝塔朗菲创立的。
他在1925年发表"抗体系统论",提出了系统论的思想。
l937年提出了一般系统论原理.奠定了这门科学的理论基础。
但是他的论文《关于一般系统论》,到1945年才公开发表,他的理论于1948年在美国再次讲授"一般系统论"时,才得到学术界的重视。
确立这门科学学术地位的是1968年贝塔朗菲发表的专著:《一般系统理论一基础、发展和应用》.该书被公认为是这门学科的代表作。
系统一词,来源于古希腊语,是由部分组成整体的意思。
中国古代所谓五材“杂以成百物”也有这样的意思。
今天人们从各种角度上对系统下的定义不下几十种。
一般系统论则试图给一个能描示各种系统共同特征的一般的系统定义.通常把系统定义为:由若干要素以一定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。
在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能四个概念,表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。
系统论认为.整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。
系统论的核心思想是整体观念,贝塔朗菲强调,任何系统部是一个有机的整体,它不是各个部分的机械组合或简单相加,系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质(整体大于部分发之和)。
其基本思想方法.就是把所研究和处理的对象,当作一个系统,分析系统的结构和功能。
研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动纳规律性,并优化系统的整体功能。
所以从系统观点看问题,世界上任何事物都可以看成是一个系统,系统是普通存在的。
系统是多种多样的,可以根据不同的原则和情况来划分系统的类型。
自然辩证法概论教学大纲第一章辩证唯物主义自然观的创立一教学目的和要求本章教学目的主要是阐述辩证唯物主义自然观,在概括总结自然科学发展成就的基础上,揭示自然物质的客观实在性以及自然界的存在方式和演化发展。
因此,要密切结合现代自然科学的发展,论证辩证唯物主义自然观创立的自然科学基础和自然哲学思想渊源,掌握辩证唯物主义自然观的基本观点。
二教学提纲1、古代自然科学与朴素辩证法自然观2、17、18世纪自然科学与机械唯物主义自然观3、19世纪自然科学与辩证唯物主义自然观三教学重点、热点和难点1、自然观在哲学特别是马克思主义哲学中的地位2、古希腊自然哲学对古代朴素辩证法自然观形成的作用与意义3、近代自然科学的发展对机械唯物主义自然观产生的影响4、辩证唯物主义自然观的基本观点教学时间3学时教学方式以理论讲授为主,以案例剖析为辅。
第二章辩证唯物主义自然观的发展:系统自然观一教学目的和要求了解系统自然观产生的自然科学前提,明确系统是自然界物质的普遍存在方式,把握自然界物质系统及其层次结构的基本观点,认识自然界是过程的集合体以及渐变和突变(突现、分叉)是自然界演化的基本方式,阐述自然界演化的自组织机制和发展的无限性。
要求学生运用马克思主义科学的世界观和方法论分析现代自然科学的丰硕成果,掌握辩证唯物主义自然观的基本观点,提高理论思维能力。
二教学提纲1、系统自然观产生的现代自然科学前提2、自然界的系统存在方式3、自然界的系统演化三教学重点、热点和难点1.自然界的物质系统、自然科学的系统理论和辩证唯物主义系统自然观的关系。
2.系统自然观的科学基础和哲学基础3.自然界物质系统演化的一般进程4、热力学第二定律与达尔文进化论对自然界演化方向提出的挑战5、自然界是复杂的还是简单的,对称性破缺在物质系统演化中的意义是什么?教学时间3学时教学方式课堂讲授第三章辩证唯物主义自然观的发展:生态自然观一教学目的和要求正确认识人类在地球生态系统(自然界)中的位置,明确自然界是人类生存和发展的根基,了解马克思恩格斯对人与自然关系的深刻思想,熟悉生态自然观的生态学基础,掌握生态自然观关于人和自然关系的基本观点,从理论及实践层面理解可持续发展的内涵和要求。
第二章辩证唯物主义自然观的发展:系统自然观系统自然观是辩证唯物主义自然观的现代形式之一。
本章力求概括和总结20世纪以来自然科学发展的重大成果,论述系统自然观产生的自然科学基础、系统自然观的基本观点及其思维方式,展现自然界的系统存在方式和演化的不可逆性与序向,揭示自然界演化的自组织机制和循环发展的无限性。
第一节现代自然科学的发展和系统自然观的产生一、系统自然观产生的现代自然科学基础1.现代自然科学革命概况19世纪末20世纪初,由于发生了物理学的革命,自然科学进入了一个新的历史阶段即现代自然科学发展阶段。
这场革命起源于19世纪末的经典物理学危机。
物理学经典理论体系的建立,曾使不少科学家认为,物理学的主要框架已经构成,剩下的工作只是把一些物理常数测得更准确,并将一些基本定律应用于各种具体问题。
然而,正当他们认为物理学已到了顶峰而陶醉于“尽善尽美”的境界时,物理学的晴朗天空中却出乎意料地出现了“两朵乌云”,这就是当时用经典物理学理论无法解释的迈克尔逊一莫雷实验和黑体辐射实验。
20世纪初,爱因斯坦、普朗克等科学家在解决新实验事实同旧理论之间的矛盾的过程中,创建了以相对论和量子力学为支柱的现代物理学理论体系。
之后,以物理学革命为先导,涌现出了分子生物学、控制论、系统论、信息论、耗散结构理论、协同学、超循环理论、分形理论、混沌理论等一系列在自然观上具有根本变革性质的新学科、新理论。
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,使整个自然科学形成一个前沿不断扩大的多层次的综合的整体。
概要说来,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学表征的科学革命是关于微观领域的;由分形理论、混沌理论等一系列学科表征的科学革命,则是介于两者之间的宏观的领域的。
它们分别从观、微观、宏观三大层次上揭示了自然界的本质和规律。
2.相对论、量子力学和分子生物学(1)相对论1905年爱因斯坦创建的狭义相对论,从相对性原理、光速不变原理和空间与时间均匀性出发,导出了同时性的相对性、尺缩效应、时间延缓效应、质增效应、质能关系式等重要结论,揭示了空间与时间之间、空间和时间与物质运动之间、质量与能量之间的统一性。
1916年他创建的广义相对论,提出在任何参考系中,自然规律都可以表示为相同的数学形式(广义协变原理);引力场对物体的引力作用与物体的加速运动是等效的(“等效原理”);推断出在引力场中,时钟要变慢,光的路程要弯曲;指出时问与空间不能离开物质而独立存在,时空的结构和性质取决于物质的分布,从而扬弃了牛顿的绝对空间和绝对时问观念,揭示了空间、时间与物质之间存在的辩证联系。
(2)量子力学1900年普朗克提出的量子假说,1913年玻尔建立的量子化的原子结构模型,1923年德布罗意提出的物质波概念,925年海森堡建立的矩阵力学,1926年薛定谔(SchrSdinger,1887—1961)建立的波动力学,以及之后玻恩对量子力学和波函数的统计诠释,揭示了崭新的、不同于宏观客体规律的微观客体规律,阐明了连续性与间断性、波动性与粒子性的对立统一,突现了量子(微观)世界的概率随机性,从而根本改变了精确确定的连续轨迹的经典概念,经典理论中的严格决定论,被因果律仅作为一种近似的和统计趋势的概念所代替。
贝尔定理的证实,确认了量子关联的实在性。
这种量子关联是非定域性的,它既存在于人与自然之间、主体与客体之间,又表现在宇宙的过去与现在之间,说明自然界是一个统一的、不可分割的整体,这个整体中的各部分是普遍关联着的。
量子力学的建立,使自然科学进入到人类日常感性经验以外的微观世界。
它反映了人和自然相互作用的特征,表明了人只有通过仪器装置才能观察和描述自然,人只有在同自然的相互作用中才能达到认识自然的目的;人绝不是自然之外的与之分离的观察者或存在者,而是作为自然界的一部分参与到自然现象中去。
“量子关联”这一思想,最初是玻尔在1935年发表的一篇论文《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》中提出来的。
他强调把经典物理学体系分离为各个部分的处理方法在量子领域内已经失效,因为只要两个体系合成一个单一的体系,即使只在一段有效的时间内,这样的一个组织过程就不再能够分离。
之后,经过玻姆和贝尔的研究与分析,使得量子关联的实验检验成为可能。
自1972年以来物理学界所完成的实验表明,量子关联确实存在。
(3)分子生物学1953年美国生物学家沃森、英国生物学家克里克和威尔金斯关于DNA双螺旋结构的发现,标志着分子生物学的诞生,它将生物学的实验研究水平,推进到了大分子层次,并在生物大分子层次上阐明了生物界结构和生命活动的高度一致性。
分子生物学表明,所有生物,包括非细胞的生物——病毒,都有着共同的遗传物质——核酸,而核酸也有共同的核苷酸链的分子结构和基本相同的遗传机制。
其后在此基础上发展起来DNA重组技术、克隆技术,表明现代生命科学已发展到足以改造人类自身、改变人的自然本性的程度。
自然界的人化过程,同时也是人的“自然化”的过程,“作用于他身外的自然并改变自然时,也就同时改变他自身的自然”。
分子生物学向人们呈现了一幅将人的力量也包含其中的更为现实的自然图景。
3.系统科学系统科学是把对象作为组织性、复杂性系统从整体上进行研究,以揭示其运动规律和实际处理这类系统的科学。
20世纪40年代末兴起的控制论、信息论、系统论,是系统科学研究的第一批成果。
美国的维纳(Norbert wiener,1894—1964)所创立的控制论是最早把对象作为系统考察的学科,为研究系统的性质提供了广泛有效的概括形式和处理方法。
加拿大籍地利理论生物学家贝塔朗菲(190l—1972)创立的系统论,第一次定义了“系统”为“相互作用的若干要素的复合体”,提出了“整体不可分性”的“机体论”和“整体论”原则,使科学研究的对象从孤立的部分转向系统整体及其规律的研究。
美国数学家申农(c.E.Shannon,1916—2001)创立的信息论,则为人们提供了研究系统组织化程度和信息在系统中如何有效的传输的理论。
控制论、信息论和系统论以“系统”的观点看自然界,提出了系统与要素、结构与功能等新的范畴,揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性。
20世纪70年代前后相继出现的耗散结构理论、协同学、突变论、超循环论等自组织理论以及分形理论和混沌理论,则是系统科学的新进展。
普里戈金提出的耗散结构理论,阐明了系统新结构产生的条件和机制,论证了系统进化的可能性。
德国物理学家哈肯(1927一) 创立的协同学,探讨了在突变点上,系统如何通过内部各子系统之间的协同、竞争即自组织而形成新的有序结构。
法国数学家托姆建立的突变论,超越了“自然界无飞跃”的渐进进化思想,使突变现象成为科学研究的对象,给系统科学提供了新的数学工具。
德国生物化学家艾根(Manfred Eign)提出的超循环论,揭示了生物大分子形成的自组织形式,架设了从无生命向生命过渡的桥梁。
非平衡系统自组织理论勾画了自然从存在到演化的画面,展示了自然演化的不可逆性和序向,不仅指出自然界的演化是自组织的、自己运动的,而且揭示了自然演化的自组织机制。
由美国气象学家洛仑兹、生物学家R.梅、物理学家费根鲍姆(Mitchell Feigenbaum)等人创立的混沌理论,揭示了以往科学未曾料想到的隐藏在混乱现象深处的惊人秩序以及自然万物生长演化的普适规律,提供了一种关于系统演化的分叉与混沌方式,它揭示了确定性系统的“内在随机性”,体现了随机性存在于确定性之中,确定性自己规定自己为不确定性——确定性系统自己产生了随机运动。
它从根本上消除了拉普拉斯决定论的可预测性这一观念。
二、系统自然观的基本内涵和思想系统自然观植根于相对论、量子力学、分子生物学以及以系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变论、超循环理论、分形理论、混沌理论为代表的系统科学等现代自然科学理论,为人们描绘出一幅从基本粒子、原子、分子化合物直到人类,从微观领域直至宇观天体系统演化的自组织、自我运动、自我创造的辩证的演化发展的自然图景,深入揭示了自然界的本质和规律,认为“‘系统’是总的自然界的模型”。
系统自然观最深层、最基本的内涵,在于它揭示了自然系统不仅存在着,而且演化着;自然系统不仅是确定的,而且会自发地产生不可预测的随机性;自然系统不仅是简单的、线性的,而且是复杂的、非线性的,阐发了自然界是确定性与随机性、简单性与复杂性、线性与非线性的辩证统一的思想。
1.从存在到演化以往的自然科学,如牛顿力学、麦克斯韦的电磁场论,包括相对论和量子力学等,所描述的都是可逆过程,表现出时间反演是对称的,未来和过去没有差别。
非平衡系统自组织理论则将热力学定律的“时间之矢”与动力学系统的复杂性、不可逆性联系起来,使时间从一个外部参量转变为自然演化的内在尺度,指出“时间之矢”是与物理系统相联系的内部属性从而提出了“内部时同”的概念,表明自然科学从存在的科学走向演化的科学。
与此相联系,人们对于自然界的认识,也就从认识存在深入到认识演化,即认识到自然界不仅是存在的而且是演化的,并试图在存在和演化之间架起一座桥梁。
2. 确定性和随机性的统一自从1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》以来,确定论观点在自然科学领域一直被奉为正统,以致机械决定论者构造了一个封闭的简单的宇宙模式,认为只要人们找到一个无所不包的宇宙方程,并且知道宇宙的一切初始条件和边界条件,那么,宇宙的过去和未来都会呈现在眼前。
这就是前面所提到的拉普拉斯决定论。
但是,混沌理论表明,对于那些原来看来完全确定的非线性系统,即使不受外界影响,初始条件是确定的,系统自身也会自发地产生不可预测的随机性(称之为“内在随机性”)。
这类情况不是稀有的特例,而是普遍行为,完全确定论的描述在牛顿力学中仅限于稀如凤毛麟角的特例。
人们终于认识到,自然界是确定性与随机性的辩证统一。
3.简单性和复杂性的统一正如人的认识发展道路是从认识简单事物开始一样,近代科学的产生和发展也是从研究简单系统开始的。
经典科学研究的对象主要是线性的、解析的、平衡态的、规则的、有序的、确定的、可逆的、可作严格逻辑分析的对象,这本来是合理的、必然的,但也形成一种传统观念,即认为复杂性只存在于生命和社会历史领域,物理世界是简单的。
因此,不问是否有可能,总是把复杂性完全简化为简单性来处理(实质上是人为地消除复杂性),其基本的方法是分析的、还原的。
然而,从20世纪60年代以来,自然科学把注意力转向现实世界的复杂性系统,研究非线性的、非解析的、非平衡态的、不规则的、无序的、不确定的、不可逆的、不可作严格逻辑分析的对象,越来越广泛和深刻地揭示出了自然界的复杂性的一面,表明一个复杂的系统,不能被看做是许多要素的简单组合,而是存在着要素之间的反馈、自催化、自组织的相互联系和协同作用。