1、第二講 系統(tǒng)自然觀,一 自然界的系統(tǒng)的存在方式,1 系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是若干有特定屬性的要素經(jīng)特定關(guān)系而構(gòu)成具有特定功能的整體?；蛘哒f，系統(tǒng)是以各要素的屬性為基礎(chǔ)經(jīng)由特定關(guān)系而形成的屬性不可分割的整體。 完備描述一個系統(tǒng)需具備以下四個條件：要素、結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境,A 要素：要素是構(gòu)成系統(tǒng)的組分和組元。 B 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)諸要素之間相互聯(lián)系、相互作用的總和。這些關(guān)系可以是數(shù)量 關(guān)系，也可以是時空關(guān)系，更重要的則是相互制約關(guān)系。 C 功能：系統(tǒng)在內(nèi)外關(guān)系中表現(xiàn)出的特性和能力 影響系統(tǒng)功能的因素 F = f(E，C，S) D 環(huán)境：指與系統(tǒng)組成要素發(fā)生相互作用而又不屬于這個系統(tǒng)的所有事物的總和。,2

2、 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)所處狀態(tài)分： 平衡態(tài)系統(tǒng) 近平衡態(tài)系統(tǒng) 遠(yuǎn)離平衡態(tài)系統(tǒng) 從系統(tǒng)內(nèi)各要素相互作用的特點分： 線性系統(tǒng) 非線性系統(tǒng),3 自然系統(tǒng)三要素 物質(zhì)：標(biāo)志客觀實在的哲學(xué)范疇，它是指在人之外，不依賴于人的意識、并能為人的意識所反映的客觀實在,能量： 20世紀(jì)傳統(tǒng)觀念認(rèn)為物理上能量是指做功的本領(lǐng)在一定意義說是物質(zhì)運動的一種度量，用它來描述物質(zhì)運動的數(shù)量、形式和相互轉(zhuǎn)化 自從有了質(zhì)能關(guān)系后，能量是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量，能量成為物質(zhì)的一種本征屬性，但是只有在正反物質(zhì)湮沒時，才能全部轉(zhuǎn)化，目前都是通過質(zhì)量虧損的方式，部

3、分質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。除此之外，地球上的其它能源均來自太陽能，是有限度的。,信息：本體論意義上指一切物質(zhì)運動的狀態(tài)和方式，認(rèn)識論意義上是關(guān)于物質(zhì)運動的狀態(tài)和方式的表達(dá)或反映，是系統(tǒng)有序程度的標(biāo)記,一般認(rèn)為信息只能出現(xiàn)在通訊系統(tǒng)當(dāng)中。通訊系統(tǒng)的最簡模型為：,信源,信道,信宿,編碼,解碼,噪聲,最簡單的通訊系統(tǒng),信息最基本的概念是信源的消息通過信道，被信宿接受后，可以降低信宿的不確定性。,說到信息的實質(zhì)，首先應(yīng)強調(diào)的是信息歸根到底是物質(zhì)(一切不依賴于意識的客觀存在)的一種屬性。信息不能離開物質(zhì)而單獨存在，客觀世界和人類大腦中都不存在與物質(zhì)相分離的信息。一切信息都是由特定的物質(zhì)運動過程產(chǎn)生、發(fā)送、接

4、收和利用的，沒有非物質(zhì)的信源，也沒有非物質(zhì)的信宿。信息的傳輸離不開物質(zhì)的通道、線路或介質(zhì)場，離不開能量的利用。事實上，信源發(fā)送的和信宿接收的都不是純粹形態(tài)的信息，而是載帶著信息的某種物質(zhì)形式，叫做信息載體，如聲波、電磁波、電子、中子等。通信系系統(tǒng)中，信源通過發(fā)送信息載體而發(fā)送信息，編碼器通過變換信息載體而對信息進行編碼，信道通過傳送信息載體而傳送信息，信宿通過接收信息載體而接收信息。,例如，X光結(jié)構(gòu)分析就是一個通訊系統(tǒng)，當(dāng)X光通過樣品（晶體、非晶體等作為信源），經(jīng)過衍射（相當(dāng)于編碼）的X光，經(jīng)過一段距離（信道），與記錄介質(zhì)（底片、計算器、熒光屏等作為信宿）相作用，形成斑點，條紋等等（相當(dāng)于解碼

5、），留下了樣品的的信息。原來的信宿對樣品的結(jié)構(gòu)一無所知，十分的不確定，接受信息后就確定了。當(dāng)然上述的描述十分簡化，大體可以用來理解信息的概念。,但必須把信息與一般的物質(zhì)屬性區(qū)分開來，才能把握信息的特殊本質(zhì)。一個突出的特點是信息的不守恒性，而守恒性是物質(zhì)(包括能量)的基本特性。一定的物質(zhì)材料和能量，用一點就少一點，用戶不能分享。信息則是可分享的，古人和今人同樣能從賞月中得到美感信息，不同讀者可以從同一本書中獲得同樣的信息，教師向?qū)W生傳送知識后不會減少自己的知識，甚至還可能增加自己的知識。物質(zhì)能量是不滅的，信息卻可以生成、失去、增殖、創(chuàng)造。物質(zhì)、能量經(jīng)過處理或多或少有所損失，信息經(jīng)過處理一般都會增

6、殖。教師備課是對知識信息的一種處理，因而可能使自己的知識增殖。,信息的特殊本質(zhì)在于它是一種可以表征物質(zhì)客體的成分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、行為、功能、屬性、演化趨勢的東西，一種能表征一切物質(zhì)屬性的物質(zhì)屬性。尤其獨特的是表征物質(zhì)客體屬性的信息可以同該客體分離開來，固定在叫做載體的其他物質(zhì)客體上。嚴(yán)格地講，一個物質(zhì)客體的屬性只有通過與其他物質(zhì)客體的相互作用并在其他物體中得到反映或表征，才能稱為該物質(zhì)客體的信息。某物的信息不是該物體本身，不同于一般的物質(zhì)屬性，而是一種只有通過與其他物體相互作用、并在這些物體的變化中才能表現(xiàn)出來的屬性。把這種屬性叫做信息是非常科學(xué)的：所謂“信”，意指它是對象物體屬性的反映或表征，

7、即對象(信源)的“信物”，憑借它可以辨別、認(rèn)證該對象；所謂“息”，意指必須棲息載帶在其他物體之上不是信源本身。某物的信息是表征該物屬性而棲息載帶于他物之上的東西。,整體性 表現(xiàn) 整體不等于部分之和 整體和部分關(guān)系：加和性關(guān)系 非加和性關(guān)系 非加和性關(guān)系是系統(tǒng)的特征，它表征著新屬性的出現(xiàn)，表征著系統(tǒng)與其構(gòu)成之間的質(zhì)的差別，其形成在于內(nèi)部的相干性。系統(tǒng)各部分彼此約束、選擇、協(xié)同、放大，共同導(dǎo)致屬性不可分割的整體的形成,4 自然物質(zhì)系統(tǒng)的屬性,例、水分子是一個系統(tǒng)，它由兩部分（要素）組成，這兩個要素相互作用形成H2-O的結(jié)構(gòu)，它具有不同于H和O的性質(zhì)，即水分子的特性，水與構(gòu)成它的H和O有加合性的一面

8、，例如質(zhì)量，又有不可加合性的一面，水分子的性質(zhì)不是兩個H原子和一個O原子性質(zhì)簡單相加而成，而是它們間的非線性相互作用而成，H原子和O原子進入水分子后，受到約束和選擇，例如它們的活動空間只能在水分子的范圍，它們成鍵的方向被水分子選擇為特定的（鍵角），這三個原子相互配合（協(xié)同）形成水分子的特征。,系統(tǒng)自我保持、自我修復(fù)的穩(wěn)定性。這依賴于系統(tǒng)與環(huán)境進行物質(zhì)、能量和信息的交換 除整體性外，系統(tǒng)還具有層次性、動態(tài)性、功能性、開放性的特點,5自然系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),中國套箱式的等級結(jié)構(gòu) 特點：低層系統(tǒng)對高層系統(tǒng)具有構(gòu)成性關(guān)系 同一層次的系統(tǒng)之間存在著相干性關(guān)系 自然界的層次結(jié)構(gòu) 分非生命世界和生命世界,非生命

9、世界微觀、宏觀和宇觀層次 生命世界分生物大分子、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)、生物個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng) 層次與復(fù)雜性 拉茲洛指出，“上層系統(tǒng)并不是一定比它的下層系統(tǒng)更復(fù)雜” 原因在于，“系統(tǒng)進化創(chuàng)造出來的等級不單單是結(jié)構(gòu)等級，而且還是控制等級?！?層次與結(jié)合度 反比 關(guān)系， 這是物質(zhì)機構(gòu)穩(wěn)定性的原因物質(zhì)束縛程度：B/E0 三個夸克 核 原子 分子 地球 太陽系 銀河系 星系團 10-1 10-3 10-5 10-9 10-10 10-8 10-6 100 層次與物質(zhì)量的豐度、質(zhì)的多樣性 因果鏈,它是理解許多科學(xué)思想和方法的基礎(chǔ)： 1、規(guī)律的作用與層次是耦合的。自然界本質(zhì)是演化的，但是不能顯示演化的牛頓力學(xué)、量子力學(xué)、相對論等仍然行之有效，關(guān)鍵一條是它們的規(guī)律是在相對穩(wěn)定的一定層次上抽象概括出來的，被證明是近似正確的，既然它們沒有反映演化，那么也說明在這個層次上，有些特征和規(guī)律可以不需要演化的概念。例如材料科學(xué)與技術(shù)涉及的層次是原子的重組，涉及原子的外層電子，不用考慮原子核和內(nèi)層電子的演化的問題；,宏觀世界是穩(wěn)定存在的，牛頓力學(xué)就可以運用，不用考慮牛頓力學(xué)的演化問題。但是進一步的研究可以發(fā)生兩種情況：一是研究深入或者涉及