1、1,電子信息學院 蔣鎖奮,課件,2,自 然 辯 證 法 概 論,Part 1 導論,Part 2 辯證唯物主義自然觀,Part 3 科學觀與科學方法論,Part 4 技術觀與技術方法論,Part 5 科學技術與社會,3,Part 1 導論：,一、自然辯證法的對象、內容與性質,二、自然辯證法的歷史發(fā)展,三、學習自然辯證法的意義,4,一、自然辯證法的對象、內容與性質,（一）什么是自然辯證法？,（二）自然辯證法的主要內容,（三）貫穿于自然辯證法的基本觀點,（四）自然辯證法的學科性質：哲學,（五）自然辯證法在馬克思主義中的地位,（六）自然辯證法與科學技術哲學,5,人來自自然界，并且是一種社會性的存在，

2、人存在的實質是實踐（人存在就是實踐）。人在實踐中創(chuàng)造出實踐手段科學技術。,（一）什么是自然辯證法？,6,整個世界的歷史可以劃分為相互聯(lián)系的自然史和人類史。 人類生存與發(fā)展的第一個前提，一切歷史的第一個前提，是通過物質生產勞動從自然界取得必需的生產資料。 科技是在勞動中產生、形成、發(fā)展起來的。 近代科學革命和工業(yè)革命將人類社會從閉塞、落后的農業(yè)社會推向開放、進步的工業(yè)社會。,馬克思、恩格斯提出：,7,自然、科學、技術和人類社會有著天然聯(lián)系，它們彼此制約、相互影響。因此，有必要對它們之間的關系進行科學的研究。,自然辯證法。,自然辯證法是馬克思主義的重要組成部分。研究范圍涉及自然、科學、技術和人類社

3、會。,8,從對象上看，自然辯證法是關于自然界和科學技術發(fā)展的一般規(guī)律、人類認識自然和改造自然的一般方法以及科學技術與社會的關系的科學。,9,（二）自然辯證法的主要內容,1.辯證唯物主義的自然觀,2.辯證唯物主義的科學觀與科學方法論,3.辯證唯物主義的技術觀與技術方法論,4.科學技術與社會,10,1.辯證唯物主義的自然觀,馬克思主義關于自然的本質及其發(fā)展規(guī)律的根本觀點。,旨在從哲學上對自然界（包括人工自然）作出既唯物又辯證的說明，揭示自然界的本質及自然界存在和演化的一般規(guī)律。,11,以辯證唯物主義認識論為指導，依據科學發(fā)現(xiàn)的歷史過程和事實，對各門具體科學的研究方法作出哲學概括和總結，闡明科學的本

4、質、價值、科學研究的主要環(huán)節(jié)和基本過程，揭示科學發(fā)展的一般規(guī)律。,2.辯證唯物主義的科學觀與科學方法論,從哲學上對人類認識自然的一般方法的概括。,12,以辯證唯物主義認識論為指導，依據技術發(fā)明和創(chuàng)新的歷史過程和事實，闡明技術的本質、價值、技術研究的主要方法和基本環(huán)節(jié)。,3. 辯證唯物主義的技術觀與技術方法論,從哲學上對人類改造自然的一般方法的概括。,13,從哲學上闡明科學技術與社會（發(fā)展）的相互作用關系，探索科學技術與社會的良性互動或者科學、技術、社會協(xié)調發(fā)展的一般規(guī)律。,4.科學技術與社會,14,1.自然界是第一性的，它是人類賴以生長的基礎。 2.辯證唯物主義自然觀是研究科學技術及其與社會發(fā)

5、展的關系的基本觀點。 3.科學技術是自然發(fā)展歷史和人類社會發(fā)展歷史相互聯(lián)系、相互制約與相互作用的中介。 4.社會發(fā)展經歷不同的歷史間斷，自然辯證法的內容有所不同。（當前主要研究科學技術與中國現(xiàn)代化的關系）,（三）貫穿于自然辯證法的基本觀點,15,就學科性質看，自然辯證法屬于哲學。 自然辯證法研究自然界、人類認識與改造自然以及科學技術與社會的關系的一般規(guī)律。 是關于自然的哲學，關于認識自然的哲學，關于改造自然的哲學，關于科學技術與社會的關系的哲學。,（四）自然辯證法的學科性質：哲學,16,1.從研究內容上看，它把自然界、科學技術以及認識和變革自然的活動都看成是有結構的整體，研究其中普遍而深刻的規(guī)

6、律性，因而具有哲學世界觀的意義；,自然辯證法的哲學性質的主要表現(xiàn)：,17,3.從研究方法上看，它不局限于一般的歸納、演繹、分析和綜合，而更重視哲學抽象。,2.從研究角度上看，它主要是在人與自然的關系中來研究自然、人以及兩者的中介，因而具有客觀辯證法與主觀辯證法相統(tǒng)一的特點；,自然辯證法的哲學性質的主要表現(xiàn)：,18,自然辯證法是一門自然科學、社會科學和思維科學相交叉的哲學學科。具有明顯的交叉性和很強的綜合性。,19,在哲學認識的層次上，自然辯證法處于馬克思主義哲學普遍原理和科學技術的具體學科的中間環(huán)節(jié)。與歷史唯物主義處于同等地位。,（五）自然辯證法在馬克思主義中的地位,20,科學技術哲學也是研究

7、科學技術的。但與自然辯證法不同：,1.自然辯證法包括自然觀，并以自然觀作為理論基石?？萍颊軐W不包括自然觀（自然觀是自然哲學、科學實在論或哲學本體論的內容。）,（六）自然辯證法與科學技術哲學,21,2.科技哲學一般著重從科學技術成果、過程、方法等方面相對孤立地研究科學技術，自然辯證法把科學技術作為一種極其重要的社會實踐活動來研究，注重研究科學技術與社會的相互作用關系。,自然辯證法與科技哲學的不同：,22,二、自然辯證法的歷史發(fā)展,（一）自然辯證法的創(chuàng)立（19世紀）,（二）自然辯證法的發(fā)展（20世紀初）,（三）20世紀中葉以來自然辯證法的新發(fā)展,23,自然辯證法形成于19世紀40年代創(chuàng)立辯證唯物主

8、義的過程中，而系統(tǒng)的確立是在19世紀7080年代歷史觀方面的完成之后，以恩格斯的自然辯證法為標志。,（一）自然辯證法的創(chuàng)立（19世紀）,24,為確立辯證的和唯物的自然觀，馬克思、恩格斯進行了三個方面的理論工作：,批判分析了德國古典哲學，特別是從黑格爾哲學中拯救了自覺的辯證法。,批判分析了形而上學的思維方式，創(chuàng)立了辯證唯物主義的自然觀和方法論。（馬克思闡發(fā)了一些新思想。）,研究了勞動和人的生存、發(fā)展，以及勞動在人類社會發(fā)展中的作用。,25,勞動工具是區(qū)分人與動物的根本標志。（人必然要創(chuàng)制工具） 勞動工具的不同劃分了不同的歷史時代。（工具是人創(chuàng)造的，不同時代創(chuàng)造的工具不同） 先進的勞動工具代表先進

9、的生產力。（勞動工具是產生力水平的標志） 科學技術是生產力，是市場競爭力、經濟發(fā)展動力之所在。,形成了一系列重要思想：,26,馬克思在機器、自然力和科學的應用等著作中提出了關于科學技術的新觀點： 第一次鮮明地提出了科學是生產力的思想； 提出了蒸汽機的發(fā)明和應用在前一個世紀中翻轉了整個世界，把資產階級社會的整個基礎革命化了； 提出技術具有兩重性，等等。,27,在此基礎之上，恩格斯在反杜林論、自然辯證法、路德維希費爾巴哈與德國古典哲學的中介等著作中，詳細地闡發(fā)了自然辯證法思想。,以運動形式相互轉化為中心的無限流動和循環(huán)的自然觀。 以實驗和假說相結合為中心的辯證綜合的科學方法論。 科技與生產、社會協(xié)

10、調發(fā)展的科技觀。,28,19世紀末、20世紀初自然科學特別是物理學的三大發(fā)現(xiàn)（電子、X射線、放射性的發(fā)現(xiàn)）對唯物主義的基本原則提出了挑戰(zhàn)：“物質消失了”，“唯能論”。,（二）自然辯證法的發(fā)展（20世紀初）,德國物理化學家奧斯特瓦爾德：能是世界上的真正實體，一切外界現(xiàn)象都可以說是能量之間的過程。,29,19世紀末以來，科學、技術與社會的關系日趨緊密：,科學、技術與生產緊密結合，開始了一體化進程。突出表現(xiàn)：科學技術化，技術科學化。 科學技術成為第一生產力。 技術創(chuàng)新及開發(fā)研究成為推動科學技術發(fā)展的關鍵因素。,引入新的產品或產品的新質量，采用新的生產方法，開辟新市場，獲得原材料或半成品的新的來源，實

11、行的新的企業(yè)組織。,30,這些趨勢促使對科學、技術及其與社會的作用關系進行更深入的研究，出現(xiàn)了相關的新的學科：科學社會學、科學學、技術文化學等。,31,3.在技術觀和技術方法論方面更加注重技術的價值和技術創(chuàng)新研究,2.在科學觀和科學方法論方面，越來越注重科學理論的創(chuàng)造問題的研究,（三）20世紀中葉以來自然辯證法的新發(fā)展,1.在自然觀方面，形成了系統(tǒng)自然觀和生態(tài)自然觀,32,自然辯證法是哲學性質的交叉學科，它從自然科學向社會科學與思維科學滲透，視野廣闊，富有啟發(fā)性，因而自然辯證法課程是培養(yǎng)深厚理論基礎、有戰(zhàn)略眼光、具備文理綜合素質的高級人才的必修課。 有助于確立正確的自然觀、科學觀和技術觀，形成

12、跨學科的知識結構，增進創(chuàng)造能力。,三、學習自然辯證法的意義,33,Part 2 辯證唯物主義自然觀,一、辯證唯物主義自然觀的創(chuàng)立,二、系統(tǒng)自然觀,三、生態(tài)自然觀,34,（二）近代自然科學和機械唯物主義自然觀,一、辯證唯物主義自然觀的創(chuàng)立,（一）古代樸素辯證法自然觀,（三）19世紀辯證唯物主義自然觀,35,公元前8世紀以后，古代科學是以自然哲學的形式存在和發(fā)展的。整個古代的科學實際上只限于天文、氣象、力學、數(shù)學以及建筑、航海、醫(yī)學等。沒有形成獨立的、系統(tǒng)的分門別類的知識體系，一切有關自然的知識幾乎都包含在自然哲學中。,人類在改造自然的實踐過程中逐漸積累起自然知識，這些以經驗形式存在于技術中的自然

13、知識，構成了古代自然科學萌芽的最早形式。“科學”這個詞出現(xiàn)很晚。,（一）古代樸素辯證法自然觀,36,與此相應的自然觀是一種自發(fā)唯物主義和樸素辨證法的自然觀，主要圍繞三個問題嘗試對自然界作統(tǒng)一的合乎理性的說明：,萬物的本原 宇宙的起源與演化 “自然”：一個自身有生命的、不斷地生長發(fā)育著的有機體。,37,古代樸素辨證法的自然觀是直觀的、思辨的和猜測性的。,古代樸素辨證法的自然觀的產生，標志著人類開始運用理性思維從自然本身探索自然的奧秘（本原、本質、規(guī)律），是認識自然的道路上的巨大進步。,38,1.近代自然科學的誕生和機械唯物主義自然觀的科學基礎,（二）近代自然科學和機械唯物主義自然觀,2.近代機械

14、唯物主義自然觀,3.近代機械唯物主義自然觀的局限,39,1543年天體運行論的發(fā)表揭開了近代自然科學的序幕，引發(fā)了自然觀的變革：地球不是不動的，也不是宇宙中心；摒棄了神創(chuàng)世的宇宙觀。,1.近代自然科學的誕生和機械唯物主義自然觀的科學基礎,1）近代自然科學的誕生：哥白尼革命,40,1687年自然哲學的數(shù)學原理出版，標志著經典力學體系形成。將月上世界和月下世界統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了第一次自然科學的大綜合。,牛頓力學揭示了宏觀物體的機械運動規(guī)律，是機械論自然觀的自然科學基礎：,2）機械唯物主義自然觀的科學基礎：牛頓力學,41,慣性是物質的本質屬性，物質自身沒有改變狀態(tài)的能力?！爸挥挟斖饬ψ饔糜谶\動物體只上

15、市，真正的運動才能發(fā)生或有所改變。”機械論者據此提出了外因論。,“哲學的全部任務看來就在于從各種運動現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后用這些力去論證其他的現(xiàn)象?！睓C械論者試圖把一切運動都還原為機械運動。,機械論自然觀的自然科學基礎：,42,物體的運動只能改變物體的速度與位置，不能改變質量。機械論者據此把一切變化歸結為位置變化，否認質變。,存在“絕對空間”和“絕對時間”。空間和時間成了脫離物質的獨立實體。,機械論自然觀的自然科學基礎：,43,可以用嚴格的數(shù)學方程是表示機械因果性公式，據此可以精確預言運動結果?！澳苡猛瑯拥耐评矸椒◤牧W原理中推導出自然界的其他許多現(xiàn)象。”,物質微?！翱梢詿o限地分割，而且

16、是可以無限地把它分離開來的?！睓C械論者據此力圖機械地分解自然界，把自然界還原為物質實體的集合，把物質實體還原為基元粒子的集合。,機械論自然觀的自然科學基礎：,44,世界是一部由惰性物體組成的機器； 物體運動是由于外力的推動，遵循嚴格機械決定論的因果關系。,2.近代機械唯物主義自然觀,1）機械的自然圖景,2）嚴格的機械決定論：拉普拉斯決定論,45,宇宙是一部巨大的、精確的機器：所有的星體都在確定的軌道上精確地運行。 宇宙是最有意義和最美妙的機械裝置。 動物是機器，人是機器。,1）機械的自然圖景,46,霍爾巴赫：在大風揚起的塵埃漩渦中，沒有任何一個塵土分子的分布是偶然的。,拉普拉斯完全決定論：物理

17、系統(tǒng)的狀態(tài)完全決定于該系統(tǒng)的初始狀態(tài)。 （在牛頓力學體系中就是如此。）,2）嚴格的機械決定論： 拉普拉斯決定論,47,3.近代機械唯物主義自然觀的局限,機械性,形而上學性（分析、還原分析方法）,不徹底性（“第一推動力”）,48,2.辯證唯物主義自然觀創(chuàng)立的自然哲學思想淵源：德國古典自然哲學,（三）19世紀辯證唯物主義自然觀,1.自然科學基礎,3.辯證唯物主義自然觀,49,從18世紀后期到19世紀末，自然科學在各個主要領域相繼取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)：,天文學方面，康德-拉普拉斯（關于太陽系起源的）星云假說。（1755，1796）,1.自然科學基礎,地質學方面，賴爾（17971875）提出了地質“漸

18、變論”。（1830883年）,50,物理學方面，邁爾、焦爾發(fā)現(xiàn)能量守恒定律（1840年左右）。,化學方面，維勒1824年用人工成功地從無機物氰氨酸合成了有機物尿素；門捷列夫、邁耶爾于1869年各自獨立地發(fā)現(xiàn)了元素周期律。,51,生物學方面，施萊登、施旺于1838年和1839年創(chuàng)立了細胞學說，1859年達爾文提出了生物進化論。,電磁場理論解釋了電、磁、光的統(tǒng)一性。（1865年麥克斯韋建立電磁理論）,52,這一系列科學發(fā)現(xiàn)引起了自然觀的深刻革命，在僵化的形而上學自然觀上打開了一個又一個缺口，特別是物理學、生物學的兩次重大理論綜合，揭示了自然界運動形式的多樣性及其相互聯(lián)系與轉化，消融了有機界與無機界

19、之間的鴻溝，自然界的主要過程得到了科學說明，并被歸之于自然原因，為辯證唯物主義自然觀的產生提供了自然科學基礎。,53,在此基礎上，人們以近乎系統(tǒng)的形式描繪出一幅自然界聯(lián)系的清晰畫面。,但是，最先對自然科學成果進行哲學概括的卻是德國古典哲學家，特別是黑格爾。,54,康德關于空間與時間、物質與運動、變化與發(fā)展的哲學思考，包含了豐富的辯證法思想，刻畫了一幅關于宇宙結構與發(fā)展的宏觀圖景。,2.辯證唯物主義自然觀創(chuàng)立的自然哲學思想淵源：德國古典自然哲學,黑格爾試圖把科學技術與辯證法結合起來，從自然的總體上理解自然，它在自然哲學中提出了關于自然界辯證發(fā)展的重要見解。,55,要把自然當成統(tǒng)一的、普遍的東西加

20、以理解； “自然界自在地是一個活生生的整體”； 要對自然進行綜合的考察以顯現(xiàn)普遍的東西； 自然作為有機整體，是“由各個階段組成的體系，其中一個階段是從另一個階段必然產生的”； 不能把自然整體變成各個部分總和，不能用適于低級自然組織的方式對高級自然組織進行分析；,黑格爾關于自然界辯證發(fā)展的思想：,56,要把自然有機整體當作一系列展開和發(fā)展的整體，按照自然所達到的那個階段去理解自然的形態(tài)； “自然是作為它在形式中的理念產生出來的”，自然只是理念表現(xiàn)自己的一種方式，只是觀念的外化，這是對自然進行思維考察的根本原則；,黑格爾關于自然界辯證發(fā)展的思想：,57,要把整個自然的、歷史的和精神的世界描寫為一個

21、過程，這過程是按照某種普遍的圖示、從一種自然形式和領域向一種更高的自然形式和領域發(fā)展與轉化，無機界向有機界發(fā)展與轉化，有機界向生命發(fā)展與轉化，發(fā)展與轉化的內在機制是對立面的統(tǒng)一、質量互變、否定之否定。,黑格爾關于自然界辯證發(fā)展的思想：,58,德國自然哲學的最主要的價值在于：把世界描繪成一個過程的集合體，并明確提出了矛盾是運動、發(fā)展的源泉的思想。,黑格爾把現(xiàn)實世界的真實關系顛倒了，且具有形而上學性，認為自然界只是在空間中展開自己的多樣性，在時間上卻不能發(fā)展。他的發(fā)展觀也是不徹底的（他的哲學終結了人類認識）。但黑格爾的自然觀仍有合理的內核，為自然辯證法的產生提供了思想材料。,59,自然界是物質的。

22、 運動在量上和質上都是不滅的。 意識、思維是物質高度發(fā)展的產物。 時間和空間是物質的固有屬性和存在形式。 自然界的一切事物都是矛盾統(tǒng)一體，矛盾推動自然界運動、發(fā)展。 人類和社會是自然界發(fā)展到一定階段的產物。 實踐導致自然界分化為天然自然和“人化自然”。,3.辯證唯物主義自然觀,1）基本內容,60,2）基本特征,人與自然的對象性關系是能動性與受動性的統(tǒng)一。,唯物論與辯證法的統(tǒng)一。,自然史與人類史的統(tǒng)一。,天然自然與人化自然的統(tǒng)一。,61,為馬克思主義的科學觀、科學方法論以及科學與社會的研究奠定了理論基礎。,3）重大意義,實現(xiàn)了自然觀發(fā)展史上的革命性變革。,為科學與技術提供了世界觀、認識論、方法論

23、和價值論的理論前提。,為自然科學和人的科學的結合提供了理論前提。,62,“歷史本身是自然史的即自然界成為人這一過程的一個現(xiàn)實部分”，并且“把經濟的社會形態(tài)的發(fā)展理解為一種自然史的過程”。,自然史與人類史的統(tǒng)一。,63,辯證唯物主義自然觀所揭示的自然界還包含人化了的自然界：人創(chuàng)造、占有和“再生產”的自然界。 這種自然觀更符合自然和人類發(fā)展的事實，并強調了人的參與，說明了人與自然關系中最能體現(xiàn)人的本質的方面在于人能按照自己的意志塑造自然界。,天然自然與人化自然的統(tǒng)一。,以往的自然觀都是“天然自然觀”。,64,人是能動的自然存在物，但人的能動性的發(fā)揮是受自然制約的，是不能超越自然限度的： 外在自然對

24、人的優(yōu)先地位并不因人的活動而消失； 人類只能順應自然規(guī)律； 人在自然界里獲得的自由程度還取決于對自己受動性的認識程度和控制能力。,人與自然的對象性關系是能動性與受動性的統(tǒng)一。,65,19世紀末20世紀初以來，自然科學的發(fā)展，促進了系統(tǒng)自然觀和生態(tài)自然觀的形成和確立，這是對辯證唯物主義自然觀的新發(fā)展。,66,二、系統(tǒng)自然觀,（一）系統(tǒng)自然觀及其自然科學基礎,（二）自然界的系統(tǒng)存在方式,（三）自然界的演化,67,（一）系統(tǒng)自然觀及其自然科學基礎,1.自然科學基礎,2.系統(tǒng)自然觀的基本內容,3.系統(tǒng)自然觀確立的重大意義,68,20世紀的科學革命首先發(fā)生于物理學。相對論、量子力學相繼建立。40年代建立

25、“老三論”，50年代建立分子生物學。70年代后出現(xiàn)自組織理論、分形理論、混沌理論等。,1.自然科學基礎,19世紀末物理學上空的“兩朵烏云”：邁克耳遜-莫雷實驗，黑體輻射實驗。,69,20世紀的科學革命廣泛而深刻：它發(fā)生在宇觀（相對論）、宏觀（分形理論、混沌理論等）、微觀（量子力學、分子生物學等）三大層次。,70,愛因斯坦1905年創(chuàng)立相對論，揭示了同時性的相對性，導出了時間延緩效應、質增效應、質能關系式，揭示了時間與空間、時空與物質運動、質能之間的統(tǒng)一性。,1）相對論,71,愛因斯坦1916年創(chuàng)立廣義相對論，提出廣義協(xié)變原理、等效原理，推斷：光線彎曲，時空與物質不可分，時空結構和性質取決于物質

26、分布，揚棄了牛頓的絕對時空觀，揭示了時間、空間與物質的辯證關系。,72,1900年普朗克提出量子假說，1913年年玻爾建立量子化的原子結構模型，1923年德布羅意提出物質波概念，1925年海森堡建立矩陣力學，1926年薛定諤建立波動力學，之后玻恩對量子力學和波函數(shù)作統(tǒng)計詮釋。,2）量子力學,73,量子力學揭示了嶄新的、不同于宏觀客體規(guī)律的微觀客體規(guī)律，闡明了連續(xù)性與間斷性、波動性與粒子性的對立統(tǒng)一，突現(xiàn)了量子（微觀）世界的概率隨機性，根本改變了精確確定的連續(xù)軌跡的經典概念，經典理論中的嚴格決定論被僅作為一種近似的和統(tǒng)計趨勢的概念的因果律所取代。,74,玻爾在1935年提出來的“量子關聯(lián)”也已被

27、證明具有實在性。這種關聯(lián)性是普遍存在的。,75,量子力學的建立，使自然科學進展到了人類日常經驗以外的微觀世界，反映了人與自然相互作用的特征，表明人并不是在自然之外的獨立存在者和觀察者，而是作為自然的一部分參與自然現(xiàn)象的；表明人只有在同自然的相互作用中才能認識自然。,76,20世紀的生物學家致力于探索物種進化和遺傳的機制，由于高分子化學的發(fā)展及其向生物學的滲透，以及X射線衍射和電子顯微鏡的發(fā)明與應用，科學家們開始在分子水平上研究生命物質及其功能，并建立了分子生物學。,3）分子生物學,77,1953年，沃森（1928）等科學家在分析X射線衍線資料的基礎上，建立了DNA分子的雙螺旋結構模型。標志著分

28、子生物學的誕生。將生物學的實驗水平推進到了大分子層次，并在生物大分子層次上闡明了自然界結構和生命活動的高度一致性。,它表明，所有生物（包括非細胞生物病毒）都有著共同的遺傳物質核酸，而核酸也有共同的核苷酸鏈的分子結構和基本相同的遺傳機制。,在此基礎上發(fā)展起來的DNA重組技術（遺傳工程，1973年首次成功）、克隆技術，表明現(xiàn)代生命科學已經發(fā)展到足以改造人類自身、改變人的自然本性的程度。人參與、影響自然進程的力量更強了。,78,20世紀初，一些生物學家就提出不能把生物體看作是由器官、細胞構成的集合。,4）系統(tǒng)科學、非線性科學和復雜性研究,從30年代起貝塔朗菲（19011971）提出，生物學的主要任務

29、是發(fā)現(xiàn)生物系統(tǒng)一切層次上的組織原理，認為整體在性質上不同于它的各個部分的加和，在創(chuàng)立的系統(tǒng)論中，提出了“整體不可分性”的“機體論”和“整體論”原則，使科學從研究孤立的部分轉向研究系統(tǒng)及其規(guī)律。,79,1948年，控制論、信息論產生。,系統(tǒng)科學以系統(tǒng)觀點看待自然界，揭示了自然界物質系統(tǒng)的整體性、層次性、動態(tài)性和開放性。,80,20世紀60年代以來，一批物理學家對非線性、復雜性問題進行了更廣泛深入的研究。,普利高津（1917）提出了以耗散結構為核心的系統(tǒng)自組織理論。,哈肯（1927）研究了多組分大系統(tǒng)怎樣由無序態(tài)，經過其中的子系統(tǒng)的合作運動，轉變?yōu)橛行蚪Y構，建立了協(xié)同學（1969）。,法國數(shù)學家托

30、姆于1972年建立了描述和預測系統(tǒng)演化在臨界點突變行為的數(shù)學框架“突變論”。,艾根提出的超循環(huán)論，揭示了生物大分子形成的自組織形式，架設了從無生命向生命過渡的橋梁。,美國的洛侖茲（及費根鮑姆等）研究了“對初始條件有敏感依賴性”的非線性系統(tǒng)，開創(chuàng)了混沌學，揭示了隱藏在混亂現(xiàn)象深處的驚人秩序以及自然萬物生長演化的普適規(guī)律，揭示了確定性系統(tǒng)的內在隨機性，體現(xiàn)了隨機性存在于確定性之中、確定性自己規(guī)定為不確定性。,混沌理論突破了牛頓和拉普拉斯的關于過程確定性的觀點（從根本上消除了拉普拉斯決定論的可預測性的觀念），有人認為是繼相對論和量子力學后物理學的第三大成就。,81,2.系統(tǒng)自然觀的基本內容,1）自然

31、界不僅存在著，而且演化著,2）自然系統(tǒng)是確定性和隨機性的統(tǒng)一,3）自然系統(tǒng)是簡單性和復雜性的統(tǒng)一,4）自然系統(tǒng)是線性與非線性的統(tǒng)一,82,自組織理論等屬于“演化科學”（描述不可逆性和復雜性，使時間從一個外部參量轉變?yōu)樽匀谎莼膬仍诔叨龋?傳統(tǒng)的自然科學都是“存在科學”（所描述的都是可逆過程，表現(xiàn)為時間反演是對稱的）。,1）自然界不僅存在著，而且演化著,對自然的認識從存在深入到演化，試圖在存在與演化之間架起一座橋梁。,83,2）自然系統(tǒng)是確定性和隨機性的統(tǒng)一,非線性系統(tǒng)會自發(fā)地產生不可預測的隨機性，并且這是普遍現(xiàn)象。,84,傳統(tǒng)科學研究的對象是簡單的：線性的、平衡態(tài)的、規(guī)則的、有序的、確定的、

32、可逆的。,3）自然系統(tǒng)是簡單性和復雜性的統(tǒng)一,但自然系統(tǒng)實際上是復雜的：非線性的、非平衡態(tài)的、不規(guī)則的、無序的、不確定的、不可逆的。復雜系統(tǒng)的各要素之間存在著非常復雜的反饋、自催化、自組織作用。 復雜性也是普遍存在的。,85,傳統(tǒng)科學研究的都是線性系統(tǒng)； 但線性系統(tǒng)只是現(xiàn)實自然系統(tǒng)的近似，現(xiàn)實自然系統(tǒng)是非線性的。非線性是普遍的，線性才是特例。 自然界是線性與非線性的辯證統(tǒng)一。,4）自然系統(tǒng)是線性與非線性的統(tǒng)一,86,3.系統(tǒng)自然觀確立的重大意義,1）豐富和發(fā)展了辯證唯物主義自然觀,2）提供了系統(tǒng)思維方式,系統(tǒng)分析方法與還原分析方法是不同的。,87,揭示了自然界的系統(tǒng)性、整體性和層次性。,揭示了

33、自然界物質系統(tǒng)的開放性、動態(tài)性和自組織性。,1）豐富和發(fā)展了辯證唯物主義自然觀,揭示了時間的不可逆性，以系統(tǒng)、要素、功能、層次、有序、無序、整體等概念對物質存在的空間形式、物質的廣延性作了定性和定量的描述，闡明了時空與物質的相互聯(lián)系，豐富、深化了辯證唯物主義的時空觀。,揭示了自然界再循環(huán)發(fā)展中有序與無序、進化與退化的辯證統(tǒng)一。,88,把對象作為系統(tǒng)考察，從整體、部分和環(huán)境相互作用解釋對象的整體性質和運動規(guī)律。,認為系統(tǒng)具有非加和的性質及系統(tǒng)性質。認識系統(tǒng)的目的就在于把握這種系統(tǒng)性質。,2）提供了系統(tǒng)思維方式,把系統(tǒng)看作動態(tài)的開放系統(tǒng)。,側重于從無序、不穩(wěn)定性、多樣性、不平衡性、非線性等方面研究

34、對象。,89,還原分析方法有兩個前提： “部分”間無相互作用或相互作用可忽略； 描述部分的行為的關系式是線性的，這樣才能進行累加，保證描述總體行為的方程和描述部分行為的方程具有相同的數(shù)學形式，以便通過部分過程相加取得總體過程。 顯然，這種分析方法和思維方式不適用于復雜對象。,系統(tǒng)分析方法與還原分析方法是不同的。,90,（二）自然界的系統(tǒng)存在方式,1.系統(tǒng)是自然界物質存在的普遍形式,2.自然界物質系統(tǒng)的基本特點,3.自然界物質系統(tǒng)的層次結構,91,“系統(tǒng)”一詞最早見于古代原子論的創(chuàng)始者德謨克利特的世界大系統(tǒng)一書，意指部分組成整體。亞里士多德曾提出“整體大于它的各部分之和”。,1.系統(tǒng)是自然界物質

35、存在的普遍形式,系統(tǒng)：由相互聯(lián)系的要素構成的有特定結構和功能的有機整體。,92,2）系統(tǒng)的要素間存在著特定的關系，形成一定的結構,1）系統(tǒng)是由若干要素組成的,3）系統(tǒng)的結構使系統(tǒng)成為一個有特定功能的整體,4）功能在系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互作用中表現(xiàn)出來，系統(tǒng)總存在是一定環(huán)境中,93,所有物質客體都自成系統(tǒng)，這些系統(tǒng)又互成系統(tǒng)，整個自然界是一個巨系統(tǒng)。,并非所有聯(lián)系都構成系統(tǒng)，只有那些有物質、能量、信息交換且造成新質（新屬性）突現(xiàn)的聯(lián)系，才能構成系統(tǒng)。,系統(tǒng)是自然界物質存在的普遍形式：,邦戈：“自然界中所有的具體事物不是一個系統(tǒng)就是某一個系統(tǒng)的組成部分?！?系統(tǒng)與要素的區(qū)分是相對的。,94,要素：構

36、成系統(tǒng)的組分或組元。一個系統(tǒng)的要素至少要有兩個。,要素決定系統(tǒng)，有什么樣的要素就有什么樣的系統(tǒng)。,1）系統(tǒng)是由若干要素組成的,如水分子、苯分子C6H6。,95,結構與要素緊密相關，任何一個自然系統(tǒng)都是要素和結構的統(tǒng)一體，要素是結構的基礎和物質承擔者，要素的相互聯(lián)系形成結構。,結構：系統(tǒng)中各要素之間相互聯(lián)系和組織方式（相互作用方式）的總和。,2）系統(tǒng)的要素間存在著特定的關系，形成一定的結構,要素間的互為因果、互相推動又相互制約的關系。,96,功能是由結構決定的，但不是唯一決定一種功能可由多種結構實現(xiàn)。,功能：系統(tǒng)在內部關系和外部關系中所表現(xiàn)出來的特性和能力。,3）系統(tǒng)的結構使系統(tǒng)成為一個有特定功

37、能的整體,功能對結構有反作用。,97,環(huán)境：與系統(tǒng)的組成元素發(fā)生相互作用而不屬于該系統(tǒng)的事物。,環(huán)境對系統(tǒng)的作用：環(huán)境是自然系統(tǒng)賴以生存的條件；環(huán)境對系統(tǒng)（存在、演化、功能等）進行選擇和控制。,4）功能在系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互作用中表現(xiàn)出來，系統(tǒng)總存在是一定環(huán)境中,98,2）開放性：與環(huán)境自由地進行物質、能量、信息交換,2.自然界物質系統(tǒng)的基本特點,1）整體性：整體大于它的各部分的總和,3）動態(tài)性：運動、變化、發(fā)展,4）層次性,99,系統(tǒng)具有其要素所沒有的新性質、功能和規(guī)律，處于系統(tǒng)中的要素的性質、功能和規(guī)律不同于它們在孤立狀態(tài)時的性質、功能和規(guī)律。,整體性是一切自然系統(tǒng)的普遍屬性。從微觀到宏觀

38、到宇觀、從無生命到生命，從天然自然到人工自然，一切自然物都是系統(tǒng)。,1）整體性：整體大于它的各部分的總和,系統(tǒng)的整體性,100,自然系統(tǒng)具有物質、能量、信息“三要素”。 依據系統(tǒng)與外界環(huán)境是否有物質、能量、信息交換，可將系統(tǒng)分為孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)。,2）開放性：與環(huán)境自由地進行物質、能量、信息交換,與環(huán)境沒有物質、能量和信息交換。,與環(huán)境有能量交換但沒有物質交換。,與環(huán)境自由地進行物質、能量、信息交換。,101,外部特征是同環(huán)境不斷地交換物質、能量和信息； 內部特征是不斷破壞舊的物質成分、不斷組建新的物質成分（廣義“新陳代謝”）； 可能具有等結果性（不同的初始條件可能以不同方式達到相

39、同的最終狀態(tài)）。,開放系統(tǒng)的特征,自然事物都是動態(tài)的開放系統(tǒng)，只是開放程度有所不同。,102,開放的自然系統(tǒng)都是運動、變化、發(fā)展的，都有一個孕育、產生、發(fā)展、成熟、消亡的過程，這是由物質存在的根本方式（運動）和物質系統(tǒng)的開放性決定的。 （孤立系統(tǒng)趨向熱平衡。）,3）動態(tài)性：運動、變化、發(fā)展,103,系統(tǒng)由一定的要素構成，要素則是由更小的其它要素構成子系統(tǒng)，系統(tǒng)自身又是更大系統(tǒng)的組成要素。,拉茲洛：“自然界的組織結構就像一座復雜的、多層的金字塔，在它的底部是許多相對簡單的系統(tǒng)，在它的頂部是幾個（極頂是一個）復雜的系統(tǒng)。所有自然的系統(tǒng)占據了這些界限之間的位置；它們同上面和下面的層次連接在一起。就它

40、們的組成部分來說，它們是整體，但就更高層次的整體來說，它們又是部分?！?4）層次性,104,層次概念表征了系統(tǒng)內部結構的不同等級和水平，揭示了系統(tǒng)之間縱向的或垂直的聯(lián)系。 層次一般是要素間縱向聯(lián)系的體現(xiàn)，但也可以是橫向聯(lián)系的體現(xiàn)。,層次性是自然界及其物質系統(tǒng)的基本屬性。,105,3.自然界物質系統(tǒng)的層次結構,1）自然系統(tǒng)的結構與層次結構,2）無窮嵌套的立體網絡結構的自然圖景,3）自然系統(tǒng)層次結構的根源與基本特點,106,構成自然系統(tǒng)的諸要素之間相互關系的總和，表現(xiàn)為系統(tǒng)內部的組織形式、聯(lián)系方式或秩序。,1）自然系統(tǒng)的結構與層次結構,自然系統(tǒng)的結構,兩種基本形式：同時態(tài)的空間結構，歷時態(tài)的時間結

41、構。,另外還有時空結構。,107,若干要素經相干性關系構成的系統(tǒng)，再通過新的相干性關系構成新系統(tǒng)的逐級構成的結構。,自然系統(tǒng)的現(xiàn)實表現(xiàn)是層次結構,層次結構,自然就是這樣分層構成的。,自然系統(tǒng)的物質層次是無限的，即系統(tǒng)等級序列的最上層和最下層都不是封閉的（沒有絕對的最上層和最下層）。,108,自然界的物質系統(tǒng)之間及其與子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的縱向聯(lián)系和橫向聯(lián)系，形成了無窮嵌套的立體網絡結構。,2）無窮嵌套的立體網絡結構的自然圖景,一個物質系統(tǒng)并不一定由緊接著的下一層次的物質系統(tǒng)所構成。,某一層次的系統(tǒng)可以組成兩種以上較高層次，因而層次之間的聯(lián)系出現(xiàn)了分支。,109,自然物質系統(tǒng)結構的本質

42、與根源： 自然界的基本相互作用，各種系統(tǒng)的結構都是這些相互作用的具體表現(xiàn)形式和實現(xiàn)方式。,所以，相互制約關系是系統(tǒng)結構得以形成的主要杠桿。,3）自然系統(tǒng)層次結構的根源與基本特點,110,低層系統(tǒng)對高層系統(tǒng)有構成關系（縱向關系），同一層次的系統(tǒng)之間存在著相干性關系（橫向關系）,自然界物質系統(tǒng)層次結構的基本特點：,層次與系統(tǒng)的復雜性有對應關系,高層次和低層次間必然存在著雙向因果鏈,層次結構的結合度,物質系統(tǒng)層次結構是一種穩(wěn)定結構。,111,特創(chuàng)論把高層次規(guī)律看成突如其來的東西。,低層系統(tǒng)對高層系統(tǒng)是基礎，高層系統(tǒng)對低層系統(tǒng)有支配調節(jié)性作用。,還原主義是行不通的。,還原主義和特創(chuàng)論都人為地割斷了層次

43、結構中的因果鏈，在本質上都是錯誤的。,112,層次結構的特點決定了系統(tǒng)各層次結合的緊密程度不同。隨著層次由低到高推進，結合的緊密程度由大到小遞減。,層次結構的結合度,將夸克結合為基本粒子的力量很強（結合能為105106eV），原子間的結合能為100101eV，分子間的結合能為10-210-1eV,結合度遞減的趨勢乃是必然的。否則，層次結構不可能形成。,113,夸克,基本粒子,原子核,原子,分子,分子體系,凝聚態(tài)物質,衛(wèi)星、小行星,?,自然界的層次結構,微觀世界,宏觀世界,強子如質子、中子,夸克有結構嗎？,非 生 命 世 界,114,基本粒子、 原子、 分子,恒星,星系,星系團,總星系,非生命世

44、界,微觀世界,宏觀世界,宇觀世界,已知最大范圍“宇宙”,自然界的層次結構,115,生命世界,蛋白質、 核酸,分子體系,細胞,組織,器官,系統(tǒng),生物個體,種群,群落,生態(tài)系統(tǒng),生物圈,自然界的層次結構,116,自然界的層次結構,117,（三）自然界的演化,1.自然演化的不可逆性和自然進化,2.自然系統(tǒng)演化的基本方式,1）演化與進化,2）自然演化的不可逆性,3）自然界的進化：有序化和對稱破缺,3.自然系統(tǒng)演化的自組織機制,4.自然界循環(huán)發(fā)展的無限性,118,進化：在沒有外界的特定干預的情況下，物質客體演化中由無序到有序、由低序到高序的趨勢和過程。 退化則反之。,演化是一種具有不可逆性的運動形態(tài)，它

45、有兩種不同的趨勢：進化與退化。,1）演化與進化,119,2）自然演化的不可逆性,可逆與不可逆不可逆過程的普遍性,不可逆與時間之矢,不可逆性在演化中的作用,120,否則即不可逆過程，簡稱不可逆。,引起的物質系統(tǒng)狀態(tài)的改變和環(huán)境的變化都能被完全復原的過程。,可逆與不可逆不可逆過程的普遍性,可逆過程,簡稱“可逆”,即物質系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，同時消除了原來過程對外界環(huán)境引起的影響。,121,法國詩人哲學家奇內（Edgar Quinet）說：自然是不會回頭的；它決不重做它所破壞的東西；它不會再看已經破壞的模型。,玻姆說：“將自然規(guī)律描述成原則上完全可逆，只不過是實在的極度簡化的表現(xiàn)的產物?！?自然界中發(fā)生

46、的過程都是不可逆的。,如熱傳導、質量擴散、功熱轉化、生長發(fā)育、物種進化,普里戈金：“那許許多多塑造著自然之形的基本過程本來是不可逆的和隨機的，而那些描述基本相互作用的決定性和可逆性的定律不可能告訴人們自然界的全部真情?！?122,在可逆過程和不可逆過程中，時間的地位與作用明顯不同。,在經典力學、相對論、量子力學中，時間只是描述運動的一個參量，時間是反演對稱的。,不可逆與時間之矢,在熱力學系統(tǒng)中，描述這類系統(tǒng)運動的方程并沒有對時間反演的對稱性。,123,從物質系統(tǒng)狀態(tài)變化的趨勢可以表述為： 在孤立系統(tǒng)內實際發(fā)生的過程，總是使整個系統(tǒng)的熵增大。,從熱傳遞角度可以表述為： 熱量總是從高溫物體傳到低溫

47、物體，不能做相反的傳遞而不帶有其他變化。,最早對不可逆過程作的科學描述是熱力學第二定律（克勞修斯1850，湯姆生1851）。,124,這種對稱性的破缺產生了有實質意義的時間之矢。這里的時間已不再是描述系統(tǒng)運動的外在參量，而是和系統(tǒng)演化相聯(lián)系的、有物理內容的時間了（“內在時間”）。 這種時間對稱破缺在自然界中廣泛存在。,可逆過程中不可能有真正的演化。,125,在有不可逆過程存在的情況下，演化才是可能的，質的多樣性才是可能的。,不可逆過程（發(fā)生在近平衡態(tài)附近）可導致有序結構的破壞，（發(fā)生在遠離平衡的非線性非平衡區(qū)，再加上外部條件）也可導致更加有序的結構的產生。,不可逆性在演化中的作用,如貝納德花紋

48、、激光等。,不可逆過程的建設性作用主要源于系統(tǒng)內部正反饋之類的相干效應。,126,“序”：時空結構的規(guī)則性，既可用來描述自然系統(tǒng)的狀態(tài)，也可用來反映自然系統(tǒng)演化的過程。它表現(xiàn)為時空結構的規(guī)則性，和時間演化過程的某種規(guī)律性。,3）自然界的進化：有序化和對稱破缺,序、有序和無序,127,有序：事物或系統(tǒng)要素之間有規(guī)則的聯(lián)系和轉化（要素的有規(guī)則排列，變化的明顯的周期性，行為的一定的關聯(lián)性等）。,自然界中的有序可分為結構序（包括時間序、空間序、時空序）和功能序。,無序則反之（系統(tǒng)內部各要素混亂而有規(guī)則的組合、變化的無規(guī)則性）。,128,系統(tǒng)都是有序與無序的不同程度的辯證統(tǒng)一。這種統(tǒng)一的不同程度，構成了

49、系統(tǒng)的一定秩序，即“有序度”。事物或其狀態(tài)不同的有序度構成一系列的階梯。向有序化發(fā)展意味著有序度增高，向無序化發(fā)展意味著有序度降低。,系統(tǒng)的有序度可以有不同的參量來描述： 熱力學中用“熵”表示系統(tǒng)的無序程度； 在系統(tǒng)論和信息論中，系統(tǒng)的序則用它所包含的信息量來度量。,129,有序和無序是相對的： 世界上沒有絕對的有序，也沒有絕對的無序； 有序與無序在一定條件下可相互轉化。,130,對稱態(tài)對應著無序態(tài)。最對稱的世界沒有任何秩序和結構，沒有任何特殊方向和特殊點。平衡態(tài)就是如此。,對稱和破缺,“對稱”：一定變換下的不變性。,按現(xiàn)代宇宙學，宇宙就起源于混沌、無序，起源于這種對稱態(tài)。,131,宇宙的演化

50、就是一個從完全對稱性到對稱性逐步喪失、非對稱性逐步形成的過程。,（對稱）破缺：在一定變換下所表現(xiàn)的可變性，或對稱性的降低。實際對應著有序態(tài)。,復雜性和層次結構正起源于某種對稱性的破缺。自然界的有序化是對稱性破缺的結果，對稱性的破缺使系統(tǒng)向有序化、組織化、復雜化演化。,132,現(xiàn)今的宇宙產生于150億200億年前，起初沒有天體，也沒有任何粒子和輻射，只有一種單純而對稱的真空狀態(tài)（作為奇點的量子真空）以指數(shù)方式膨脹(“暴脹”)著。,大爆炸學說描述的宇宙形成過程就是對稱性破缺、對稱性逐步喪失的過程：,“暴脹”之初，四種相互作用力不可區(qū)分，可觀測宇宙比原子核還小，半徑僅10-33cm，密度高達1087

51、t/cm3，溫度高達1032K，使得大約每隔10-34s宇宙的尺度就擴大一倍。,隨著宇宙的膨脹和降溫，原真空態(tài)發(fā)生一系列相變：10-44s時，引力作用分化出來，夸克和輕子可相互轉變；10-36s時強相互作用同電、弱作用分離，開始出現(xiàn)物質與反物質的不對稱；10-10s后，弱作用與電磁作用分離。,大爆炸后大約10-23s，宇宙增大約1050倍以及大量最基礎的基本粒子的產生標志著宇宙的形成。,133,自然界的進化就是一個不斷發(fā)生對稱性破缺的過程： 自然界每發(fā)展到一個新的里程碑，都必有一個基本的物質的或相互作用的、時間的或空間的對稱性破缺與之相適應； 高度有序化、復雜化和組織化的系統(tǒng)，即是對稱性逐步破

52、缺過程的產物。,134,2.自然系統(tǒng)演化的基本方式,1）分叉：穩(wěn)定性和不穩(wěn)定性,2）突現(xiàn)：突發(fā)性、間斷性和不可預測性,3）“內在隨機性”：確定性和隨機性,135,在演化的道路上，由于內外因素的作用，系統(tǒng)會不斷地出現(xiàn)多種可能性和分支。這種類似“進化樹”的“分叉”是自然演化的一種基本方式。,1）分叉：穩(wěn)定性和不穩(wěn)定性,a,d,c,b,x,t,136,分叉的選擇表現(xiàn)在通過遠離平衡態(tài)對外部隨機漲落的敏感性上。在近平衡態(tài)，漲落隨生隨滅，對系統(tǒng)并不造成破壞性影響。在遠離平衡態(tài)，系統(tǒng)對微小漲落變得極為敏感。,分叉表明了系統(tǒng)穩(wěn)定性與不穩(wěn)定性的辯證統(tǒng)一。對系統(tǒng)進化來說，穩(wěn)定性是不穩(wěn)定性的基礎，不穩(wěn)定性是達到新的

53、穩(wěn)定性的必經之途。,137,突變論表明，系統(tǒng)可通過漸變或突變而進化。自然系統(tǒng)的進化是漸變與突變、連續(xù)性與間斷性的統(tǒng)一。,突現(xiàn)：系統(tǒng)的各個組成部分相互作用而產生（突然出現(xiàn)）新的形態(tài)、結構和性質。,2）突現(xiàn)：突發(fā)性、間斷性和不可預測性,138,突現(xiàn)有三個基本特性：,間斷性,突發(fā)性,不可預測性,139,突現(xiàn)的不可預測性實際上是由確定性非線性系統(tǒng)內含的隨機性所決定的。,非線性系統(tǒng)與線性系統(tǒng)不同，后者不同時刻的狀態(tài)之間的關系是確定的（可由系統(tǒng)運動方程確定）。,3）“內在隨機性”：確定性和隨機性,即使沒有外部隨機作用，不涉及大多數(shù)現(xiàn)象或群體效應，初始條件也是確定的，非線性系統(tǒng)自身也會產生隨機性（波動）。這

54、是確定性系統(tǒng)固有的特征，所以被稱為“內在隨機性”。,140,自組織是自然界物質系統(tǒng)自發(fā)地或自主地有序化、組織化和系統(tǒng)化的過程。,一個遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過與外部環(huán)境進行物質、能量、信息的交換，能夠形成有的結構，或從低序向高序方向演化。,3.自然系統(tǒng)演化的自組織機制,141,1）能從外部獲得物質和能量并處于遠離平衡態(tài)，是系統(tǒng)演化的基本條件,2）系統(tǒng)中的非線性相互作用是系統(tǒng)進化的基本根據,3）內部漲落是系統(tǒng)進化的直接誘因：“生序原理”,這三個條件都是系統(tǒng)演化的必要條件，其中起關鍵作用的是系統(tǒng)內部的非線性相互作用。,142,系統(tǒng)中的相干性相互作用是在系統(tǒng)內存在著明顯差異的情況下出現(xiàn)的，系統(tǒng)只有從環(huán)

55、境獲得足夠的物質和能量，這種差異才能建立或恢復起來，從而維持它遠離平衡態(tài)，使非線性相互作用表現(xiàn)出來。,1）能從外部獲得物質和能量并處于遠離平衡態(tài)，是系統(tǒng)演化的基本條件,143,根據熱力學第二定律，孤立系統(tǒng)只能自發(fā)地走向無序（熵增大）。開放系統(tǒng)則不然。,開放系統(tǒng)的總熵dS=diS+deS。,據熱力學第二定律，diS0。,若deS=-diS，則dS=0。,若deSdiS，則dS0。,144,可見，演化的系統(tǒng)必須是一個開放系統(tǒng)，即系統(tǒng)內外環(huán)境之間要有物質、能量、信息的交換與流通，且必須是系統(tǒng)從外部輸入的負熵流絕對值大于系統(tǒng)內部的熵產生，從而使系統(tǒng)的熵逐步減小。,145,遠離平衡的狀態(tài)也是系統(tǒng)進化的必

56、要條件。因為近平衡態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，即便是開放的，它受到擾動后也會回到平衡態(tài)。 所以，普里高津說：“非平衡是有序之源”。只有非平衡態(tài)才能導致有序，形成穩(wěn)定的有序結構。,146,相互作用可分為簡單的線性相互作用和復雜的非線性相互作用。,系統(tǒng)的結構（有序性）根源于（要素間的、系統(tǒng)與環(huán)境的）相互作用。,2）系統(tǒng)中的非線性相互作用是系統(tǒng)進化的基本根據,147,線性相互作用：,獨立性,均勻性,相互作用的要素的量之間有比例關系，各個作用是彼此獨立的，其作用可以疊加，結果是穩(wěn)定的、必然的。,148,對線性系統(tǒng)而言，整體等于各部分之和。 線性相互作用只能導致量的增長，不能導致新質的突現(xiàn)。,普里戈金：“在線性平衡

57、熱力學框架內，我們實在談不到什么新結構”。,149,相互作用的要素的量之間沒有比例關系，各量變化不均勻，各個作用彼此相干或交叉，疊加原理失效，結果是隨機的、多元的。,作用各方經過物質、能量、信息的交換而彼此約束和選擇、協(xié)同和放大。,非線性相互作用：,相干性,非均勻性,要素的相互作用有明顯的時空差異。,如：力學中的三體問題。,150,非線性相互作用各作用因素相互關聯(lián)（可以是“長程關聯(lián)”，使各要素出現(xiàn)整體上的協(xié)同效應，導致屬性不可分割的整體形成。,使系統(tǒng)在宏觀上產生時間結構、空間結構或時空結構，形成具有一定功能的自組織結構，達到新的有序狀態(tài)。,151,因此，非線性相互作用使系統(tǒng)的演化產生多個可能的

58、分支，面臨多向選擇。這種過程反復進行就導致了類似“生物進化樹”那樣的分支系統(tǒng)，使系統(tǒng)的結構和功能趨于豐富多彩系統(tǒng)演化分叉圖。,非線性相互作用決定了：什么樣的有序結構可以出現(xiàn)并穩(wěn)定存在成為吸引中心，系統(tǒng)演化可能經歷什么樣的分支。,非線性相互作用使系統(tǒng)具有多重定態(tài)。,在確定參量下，線性方程只有一個特解，非線性方程則可以同時又多個特解，對應于多個定態(tài)。,152,非線性相互作用規(guī)定了系統(tǒng)演化的可能方向或道路，但系統(tǒng)在什么時候、出現(xiàn)什么樣的有序結構，是由內部漲落最終決定的。,3）內部漲落是系統(tǒng)進化的直接誘因：“生序原理”,普里戈金：“在非平衡過程中漲落決定全局的結果”，“通過漲落達到有序”。,153,漲

59、落：系統(tǒng)或其中某個變量或行為對于宏觀量的統(tǒng)計平均值的偏離。,漲落可由系統(tǒng)內部的不規(guī)則運動引起，也可由環(huán)境不可控的干擾引起，因此是隨機的、雜亂的，也是不可避免的，是一切實際系統(tǒng)的固有特征。,154,內部漲落是進化的觸發(fā)器。小誘因可引起大結果。當然，漲落的作用與系統(tǒng)狀態(tài)有關。,非線性相互作用規(guī)定的多種可能的演化途徑，最終由漲落決定走哪一條。,處于穩(wěn)定態(tài)的系統(tǒng)自身具有抗干擾能力，會使?jié)q落逐步衰減，從而使系統(tǒng)回到原來的狀態(tài)。,遠離平衡態(tài)的系統(tǒng)，若內部存在將漲落放大的正反饋機制，漲落就會導致系統(tǒng)失穩(wěn)，把系統(tǒng)推到臨界點上。在臨界點附近的漲落可能被放大，從而會使系統(tǒng)發(fā)生突變，導致有序。,155,所以，演化實質上是由偶然性和必然性的相互影響所決定的。 普里高