自然辯證法在工程中的理論與應用PPT課件.ppt

自然辯證法 在工程中的理論與應用 1 教學重點與難點 針對工程碩士的特點 以科學發(fā)展觀為指導 根據(jù)建設創(chuàng)新型國家的要求 突破傳統(tǒng)自然辯證法教材的體系結構 在討論一般科學技術問題基礎上 突出關于工程問題的討論 2 第一章科學 技術與工程的一般特點 第一節(jié)科學的含義和特征第二節(jié)技術的含義和特征第三節(jié)工程的含義和特征第四節(jié)科學 技術 工程的聯(lián)系與區(qū)別 3 第一節(jié)科學的含義和特征 科學的詞源西方的古拉丁 公元前1千年前 語 scientia 是指 知識 也就是將科學指向認識的 成果 但是不涉及真理性 使用性乃至方法及表現(xiàn)形式的要求 古代中國沒有科學一詞 是19世紀下半葉由日本傳來的外來語 將科學分開來講的 是 科 學 即以分科的建制方法和研究方式去研究的學問 4 第一節(jié)科學的含義和特征 科學的概念 科學是以認識自然的知識體系 認知活動和社會建制 知識體系 客觀化 抽象化 系統(tǒng)化 理論化社會活動 主體 客體以及主客體間的中介社會建制 從業(yè)余興趣 職業(yè)分工 社會工程研究方法 理性 經(jīng)驗 實驗 邏輯 價值判斷 不科學 科學化 科學的對象 自然 社會 思維科學的門類 自然科學 社會科學和工具性科學科學的形式 范疇 定理與定律 公理和假設 以邏輯的方式從基本概念和假設出發(fā)解釋世界 5 第一節(jié)科學的含義和特征 科學的特征解釋性和預見性 實證主義精確性 可量化可驗證性 經(jīng)驗主義可錯性和可變性 歷史主義系統(tǒng)性 辨證主義主體際性 主觀與客觀的統(tǒng)一 抽象上升到具體區(qū)別于經(jīng)驗知識 局部知識 個人知識 宗教知識 6 第一節(jié)科學的含義和特征 科學的分類F 培根 記憶的科學 想象的科學 理智的科學圣西門 天文學 物理學 化學 生物學黑格爾 數(shù)學 力學 物理學 化學 地質學 植物學 動物學 加入運動變化 普遍聯(lián)系觀點 恩格爾 機械 物理 化學 生物 社會現(xiàn)代 基礎研究 應用研究 開發(fā)研究當代 基礎科學 技術科學 工程科學邊緣科學 橫斷科學 綜合科學 7 第二節(jié)技術的含義和特征 技術的詞源古希臘 公元前3千年前 語 techne 含義是指技藝 手藝 技能 本領 現(xiàn)在的 technology 是十七世紀時將 techne 加上了 logos 邏各斯 蘇格拉底之前的哲學中 指支配宇宙的原則 此后被理解為理性 理念 被當作上帝一樣的所有活動和產(chǎn)生的源泉 或存在于人類靈魂中的推理能力 圣經(jīng)或基督教里之圣子 即神的屬性中的智慧和創(chuàng)造力 以之與人溝通 宇宙的律性 加上 Techne 直觀的含義也就是在 技能中所包含的宇律性 的意思 我國戰(zhàn)國 公元前四百年 公元前221 的 工巧 排在 天時 地氣 才美 之后 是使人造的器物得以為 良 的條件 8 第二節(jié)技術的含義和特征 技術的概念 改造世界的知識體系及其物化載體 改造活動和社會建制 知識體系 主體性 技能性 多樣性 具體性物化載體 工具 裝置 工藝 程序社會活動 將自然轉化為人工物 是目的 價值 與知識的結點社會建制 謀生手段 職業(yè)群體 人員體系體系存在 技術群落 連鎖發(fā)展第一次技術革命 蒸汽 機器技術體系第二次技術革命 內(nèi)燃機 電氣技術體系現(xiàn)代技術革命 高新技術群 9 第二節(jié)技術的含義和特征 技術的特征自然屬性和社會屬性的統(tǒng)一主體要素和客體要素的統(tǒng)一物質因素和精神因素的統(tǒng)一潛在形態(tài)到顯示形態(tài)的過程技術的分類按運動形式 機械 物理 化工 生物按勞作過程 采掘 材料 機械 建筑 交通 通訊 動力 10 第三節(jié)工程的含義和特征 工程的概念工程的詞源Engineering Engine 設計 ingenious 創(chuàng)造能力 工程含義的歷史發(fā)展 18世紀前 直覺與創(chuàng)意的彰顯 軍事與藝術19世紀 知識與技能的結合 工程師群體20世紀起 系統(tǒng)與組織的改造 社會工程學科運用科學理論與技術手段 有組織 系統(tǒng)化的改造 客觀 世界的具體實踐活動及取得成果 11 第三節(jié)工程的含義和特征 工程的特征工程的追求目標是社會實現(xiàn)工程是科學 技術與社會的動態(tài)整合工程活動是通過技術集成實現(xiàn)創(chuàng)新的過程工程本身是一個復雜系統(tǒng)工程的分類按 技術 生產(chǎn)過程 采掘 材料 機械 建筑 交通 通訊 動力按產(chǎn)業(yè)類型 第一產(chǎn)業(yè)部類 農(nóng)業(yè) 林業(yè) 水利第二產(chǎn)業(yè)部類 能源動力 材料 制造 建筑與土木 海洋第三產(chǎn)業(yè)部類 信息與通訊 交通工程 環(huán)境 保健 管理 12 第四節(jié)科學技術工程的聯(lián)系與區(qū)別 科學的本質是發(fā)現(xiàn) 由外及內(nèi)將存在的世界變?yōu)?科學 的世界 實質上是將世界以特定方式在人類意識中重現(xiàn)和預演技術的靈魂是發(fā)明 由內(nèi)及外將 科學 的世界變?yōu)?技術 的世界 實質上就是將可認知的世界變?yōu)榭筛淖?可如何改變的世界工程的核心是建造 內(nèi)外作用循環(huán)的實現(xiàn)將科學與技術連接起來 通過反饋與重設使內(nèi)外作用實現(xiàn)持續(xù)的循環(huán) 13 第四節(jié)科學技術工程的聯(lián)系與區(qū)別 14 第二章科學 技術與工程的歷史及發(fā)展趨勢 第一節(jié)科學的歷史發(fā)展第二節(jié)技術的歷史發(fā)展第三節(jié)工程的歷史發(fā)展第四節(jié)現(xiàn)代科學 技術與工程的特點和發(fā)展趨勢 15 第一節(jié)科學的歷史發(fā)展 16 科學技術的起源 科學和技術作為兩種密切聯(lián)系又根本區(qū)別的社會存在 其起源上的分別尤其明顯 一個民族沒有科學是可以生存的 但沒有技術是不可能生存的 從這個意義上說 技術比科學更貼近人的本質 技術和勞動一起構成人類產(chǎn)生的條件 17 技術的起源 人的產(chǎn)生1200萬年前 猿800 400萬年前 猿人 猿 人 300萬年前起 智人 人與動物的區(qū)別 覓食方式人從動物界分化的標志勞動 語言 工具伴隨著勞動活動的出現(xiàn) 工具的產(chǎn)生 技術也就隨之而來了 18 科學的起源 腦體分工 階級出現(xiàn)是科學誕生的前提有食 有閑 興趣 自由 奴隸主階級古代文明興起 集群生活中的實踐基礎四大流域文明 四大古文明古埃及 古巴比倫 古中國 古印度海域文明 古希臘 古羅馬農(nóng)民和商人 職業(yè)群體塑造科學形態(tài) 19 古代科學的形態(tài)之一 自然哲學自公元前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 西方 原子論 萬物皆火 水 氣 分解的 無機的 物學 東方 道家學說 儒家 天人感應 墨家實驗 還原的 有機的 人學 20 古代科學的形態(tài)之二 實用知識 科學 體系中醫(yī) 中國式自然科學與意識形態(tài)的關系官科技 中國式自然科學與政治的關系三大發(fā)明 中國式科技與社會的關系 21 古代科學的形態(tài)之三 理論自然科學萌芽亞里士多德 證明傳統(tǒng)源流歐幾里得的 幾何原本 幾何學傳統(tǒng)源流阿基米德 科學研究中實驗方法的嘗試 22 古代技術的形式 手工技術以工具 身體和經(jīng)驗為構成要素 而且后兩者更為關鍵 思考 古代科學對古代技術為什么沒有明顯的推動或幫助 23 古代工程的起源 公元前3000年 古印度 古巴比倫冶煉工程銅 青銅 鐵公元前700年 古希臘 古巴比倫市政工程公元前250年 中國水利工程 長城文藝復興時期 工程師為主導的工程活動古代工程趨于規(guī)模化 職業(yè)化 理論化 24 近代自然科學革命的起點 以爭取自然科學的獨立為目的 從哥白尼 1473 1543 的 日心說 維薩留斯 1514 1564 的 血液循環(huán)理論 開始 經(jīng)伽利略的力學研究延續(xù) 以牛頓力學建立為標志科學革命 1543年 天體運行論 和 人體構造 從宇宙結構 天體運行的大循環(huán)角度和人體內(nèi)部血液的小循環(huán)角度消除了神的位置 以太陽和心臟為中心的兩種循環(huán) 圓周 宣告了神與神國的特權的終結 25 近代自然科學革命的發(fā)展 伽利略的貢獻近代實驗科學的奠基人 將實踐操作 數(shù)學和邏輯同科學研究結合起來 一 天文學觀察 神的宇宙有瑕疵 擁護 日心說 二 創(chuàng)建動力學 落體定律 慣性運動 三 科學方法的創(chuàng)新 實驗觀測證實和數(shù)理邏輯推理相結合 26 近代自然科學革命的發(fā)展 開普勒的行星三定律是牛頓萬有引力定律最重要的前提 第一定律 行星軌道為橢圓 太陽在橢圓的一個焦點上 軌道定律 第二定律 同時間內(nèi) 行星與太陽聯(lián)線掃過的面積相同 面積定律 第三定律 太陽系內(nèi)任意兩顆行星的公轉周期的平方與他們的軌道半主軸長的立方成正比 周期定律 第谷 布拉赫 開普勒 滕格納爾 27 近代自然科學革命的發(fā)展 新哲學的激勵弗朗西斯 培根 歸納法 實驗科學方法 知識就是力量 經(jīng)驗和理性職能的真正的合法婚配 笛卡爾 演繹法 實驗方法的基礎 我思故我在 解析幾何學 28 近代自然科學革命的完成 牛頓 公元1642 1727年 牛頓因為發(fā)明了萬有定律而創(chuàng)立了科學的天文學 由于進行了光的分解而創(chuàng)立了科學的光學 由于創(chuàng)立了二項式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學的數(shù)學 恩格斯伊薩克 牛頓爵士安葬在這里 他以近于超人的智力第一個證明了行星的運動與形狀 彗星的軌道 海洋的潮汐 他孜孜不倦地研究光線的各種不同的屈折角 顏色所生成的種種性質 對于自然 考古和圣經(jīng) 他是一個勤勉 敏銳和忠實的詮釋者 在他的哲學中確認上帝的尊嚴 并在他的舉止中表現(xiàn)了福音的純樸 讓人類歡呼曾經(jīng)存在過這樣偉大的一位人類之光 牛頓墓前銘文 29 近代自然科學革命的完成 自然哲學的數(shù)學原理 牛頓力學三定律 萬有引力定律第一定律 F 0第二定律 F ma第三定律 F F 萬有引力定律重要的剛體物理學概念 質點 絕對 時間 絕對空間 質量 動量 力等 30 近代自然科學革命的完成 牛頓力學獲得接受 實證主義勝利哈雷彗星 返地周期 的發(fā)現(xiàn) 1759 地球形狀的證實 1740 行星攝動現(xiàn)象的證實 海王星的發(fā)現(xiàn) 1846年法國的勒維烈和1845年英國的亞當斯 力學的新分支 彈性力學 流體力學 材料力學等紛紛建立缺陷 絕對時間 絕對空間 質量恒定 同神學的妥協(xié) 完美機械的 第一推動 關于上帝在七天中創(chuàng)造世界的考證 關于圣父 圣子 圣靈三位一體的研究 關于圣經(jīng)史和自然史年表的一致性 31 近代自然科學革命的成果 微積分的建立 牛頓和萊布尼茲光學的發(fā)展 微粒說和波動說熱學 溫度與熱量區(qū)分 熱質說磁學 扭秤實驗靜電 靜電電容器 雷電研究 庫侖定律化學的初期成果 波義耳的元素概念 氧的發(fā)現(xiàn) 拉瓦錫的氧化燃燒理論 一系列氣體的發(fā)現(xiàn)和吹管分析 事發(fā)分析等一系列化學分析方法的使用生物學 毛細血管的發(fā)現(xiàn) 顯微鏡的發(fā)明改進 細胞學和微生物研究 預成論和漸成論 動植物分法 早期的物種演化觀念 32 古代和近代思維方式的特征 古代自然哲學思維方式直觀性辯證性思辨性 近代科學思維方式形而上學機械論唯心主義 33 現(xiàn)代性的伏筆 倡導理性主義和經(jīng)驗主義主客二分的思維方式演繹和歸納方法的結合還原論 機械論宗教世界模型 終極粒子 絕對客體 完美機械 人類中心主義 34 第二節(jié)技術的歷史發(fā)展 35 近代第一次技術革命和產(chǎn)業(yè)革命 機器系統(tǒng)的產(chǎn)生一 工作機的發(fā)明和改進凱伊飛梭 哈格里夫斯的手搖紡紗機 阿克萊特水利紡紗機 克倫普頓 騾機 卡特賴特自動織布機二 動力機的發(fā)明薩弗里的 礦山之友 紐可門的活塞式大蒸汽機瓦特發(fā)明冷凝器 連桿和飛輪 改進蒸汽機三 傳動機的發(fā)明 離心調速器 傳動裝置 36 近代第一次技術革命和產(chǎn)業(yè)革命 以機器制造機器機床的發(fā)明和應用威爾金斯的 鏜床 莫茲利的 移動刀架 蒸汽 機器時代的技術體系蒸汽動力的推動輪船 火車的發(fā)明和交通運輸技術的變革工業(yè)體系的形成 采煤業(yè) 炸藥 石油的使用 煤油燈 化工業(yè) 制酸 制堿 染料業(yè) 化肥 建筑業(yè) 鋼筋混凝土的使用 通訊業(yè) 有線通訊 世界最早的工廠 1771年水力紡紗機工廠標志了工程活動規(guī)范化工程師群體組織 1818年英國民用工程師學會成立標志了工程專業(yè)化 37 近代第一次技術革命和產(chǎn)業(yè)革命 為什么第一次工業(yè)革命比近代科學革命晚一百年 為什么近代自然科學與技術革命都發(fā)生在歐洲 中國為什么沒有自發(fā)的產(chǎn)生近代科學 李約瑟之謎 38 1 為什么第一次工業(yè)革命比近代科學革命晚一百年 科學要直接對技術起推動性的作用 機器必需先誕生 馬克思機器與加工對象的關系是純自然的關系 即物理學 動力學和化學的研究領域 而類似于感覺 經(jīng)驗之類與人的主觀世界相聯(lián)系的因素就被徹底剝離在外了 工程師職業(yè)群體的誕生人從直接改造自然變?yōu)榱碎g接改造自然 人類的勞動對象變?yōu)榱藱C器 39 2 為什么近代自然科學與技術革命都發(fā)生在歐洲 懷疑精神 近代科學的生命力所在以證明為核心的 幾何學傳統(tǒng) 和 因果律傳統(tǒng) 資本的本質需求 增值 而技術是最好的增值手段市場擴張 社會需求的推動作用 40 3 中國為什么沒有自發(fā)的產(chǎn)生近代科學 李約瑟之謎 肯定派 古代中國的實用知識體系否定派 古代中國只有技術沒有科學消解問題 雞不生鴨蛋 文化傳統(tǒng)的差異就像物種之間的差異一樣大 41 十九世紀的自然科學 十九世紀是科學的世紀1 各門科學都從經(jīng)驗科學變?yōu)槔碚摽茖W并取得了重大的突破 2 科學研究的方式從個人研究轉變?yōu)榧w研究 建制化的科學得以產(chǎn)生 3 科學開始走到了技術的前列 科學逐漸成為經(jīng)濟生活中起主要作用的手段 42 十九世紀的自然科學 世界科學活動中心的遷移18世紀 英國道爾頓 戴維 法拉第 賴爾 哈密頓 焦耳 麥克斯韋 達爾文18世紀末和19世紀上半葉 法國拉格朗日 拉普拉斯 柯西 庫倫 達蘭貝爾 拉瓦錫 蓋 呂薩克盧布蘭 居維葉 布豐 拉馬克19世紀30年代前后 德國高斯 歐姆 楞次 李比希 邁爾 赫爾姆霍茲 克勞修斯 凱庫勒 基爾霍夫 赫茲1809年柏林大學成立 實行常規(guī)試驗課 課堂討論日本 美國 英國以德國大學為樣本進行改革 43 十九世紀的自然科學 1 能量守恒與轉化定律熱力學研究 卡諾原理 布朗運動 麥克斯韋的分子運動論伏特 伏特電池 尼爾克遜 電解水 奧斯特 電流磁效應 法拉第和亨利 電磁感應 等人的研究邁爾和焦耳的不同研究范式 觀察思辨方法和實驗方法19世紀70年代恩格斯明確提出 能量守恒與轉化定律 44 十九世紀的自然科學 熱力學第一定律 永動機不可能實現(xiàn)外界傳遞給一個物質系統(tǒng)的熱量等于對該系統(tǒng)做作的功和系統(tǒng)內(nèi)能增量的總合熱力學第二定律 自然熱運動不可逆特定的封閉系統(tǒng)中 熵值趨向增大 當熵值達到最大時 熱機不再做功 整個系統(tǒng)能量守恒 且處于熱平衡狀態(tài)克勞胥斯由熱力學第二定律推出 熱寂說 45 十九世紀的自然科學 2 演化 進化 思想在天文學 地學 生物學理論上的突破性引入康德 拉普拉斯的星云假說康德 自然通史和天體論 1755 拉普拉斯 宇宙體系論 1796 星云假說說明了宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)是經(jīng)過長期發(fā)展過程形成的 從而否定了牛頓的 上帝第一推動 的存在 46 十九世紀的自然科學 地質演化理論工業(yè)革命以來的地質勘探 礦山采掘 運河開鑿等人類行為揭示了地殼的層疊結構 以及不同地層中的不同生物化石 人們開始尋求對地層成因的解答水成說 伍德沃德 維爾納火成說 莫羅 赫頓災變說 居維葉漸變說 賴爾 休斯 地質學原理 標志了近代地質學的系統(tǒng)化 地球的面貌 總結了近代地質學 47 十九世紀的自然科學 生物學研究的三條線索 生物的物種多樣性和適應性 生物進化論拉馬克 動物哲學 用進廢退 獲得性遺傳 達爾文 物種起源 根據(jù)自然選擇 即在生存斗爭中適者生存的物種起源 變異性 遺傳性 繁殖過剩 生存競爭 自然選擇 優(yōu)勝劣汰 貝格爾號 加帕戈斯群島1831 1836 物種穩(wěn)定性和物種親代性狀在后代的表現(xiàn) 遺傳學的新進展孟德爾的遺傳定律 魏斯曼的 新達爾文主義 生物個體發(fā)育的過程 細胞學說微而和 細胞病理學 巴斯德 免疫學 48 塞奇威克致達爾文查理 寄來的書收到了 我首先表示十分的感謝 但是當我讀著您的書時 我感到痛苦多于愉快 因為我認為你這些理論完全是錯誤的 有些地方簡直是令人難堪的惡作劇 我不時不得不為你荒唐的章節(jié)而狂笑 直笑得我兩肋酸痛 您這簡直是理智的腐化 是妄想人性的墮落 從上帝創(chuàng)造的人墮落成一群渾身長毛的動物 我過去曾說過您是我的學生中最優(yōu)秀者 最有希望成為一名偉大的科學家 但是我現(xiàn)在不得不說 您是劍橋學生中最能胡思亂想 標新立異的一個了 最后我要告訴您的是 我 過去您的老師 現(xiàn)在一個猴子的后代 雖然體力和精力已大不如前 但是上帝在言行兩方面的啟示我都謙卑地加以接受 我知道唯有上帝能夠在實踐中支持我 如果您也能這樣做 我們將在天堂里會面 塞奇威克 劍橋大學三一學院地質學教授 49 赫胥黎致達爾文 我所看到的博物學著作沒有一本給過我這樣深刻的印象 我最衷心地向您致謝 因為您給了我大量的新觀點 我認為這本書的格調再好也沒有了 它可以感動對于這個問題一點也不懂得的人們 至于您的理論 我準備為她接受火刑 我認為您對物種的生成已經(jīng)闡明了一個真正的原因 如果說物種不是按照你所假定的方式發(fā)生的 那么你已把證明這一點的責任推給了你的反對者 如果我不是大錯的話 很多的辱罵和誹謗已經(jīng)為您準備好了 希望您不要為此而感到任何厭惡和煩擾 您可以信賴一點 您已經(jīng)博得了一切有思想的人們的永久感激 至于那些要吠 要嚎的惡狗 您必須想到您的一些朋友們無論如何還有一定的戰(zhàn)斗性 雖然您時常公正地譴責這種戰(zhàn)斗性 但它對您可能是有幫助的 我正在磨利我的爪和牙而準備進行戰(zhàn)斗 50 赫胥黎與威爾伯福斯之爭 科學真理與宗教教義 之間的沖突的代名詞 赫胥黎 生物學家 威爾伯福斯 牛津教區(qū)主教1860年6月27日 7月4日 英國科學促進會第30屆年會在牛津大學召開 30日在牛津博物館的動植物組分會上 赫胥黎被威爾伯福斯質問作為聲稱人與猴子有血緣關系的人 究竟是他的祖父還是祖母從猴子變來的 赫胥黎的著名反駁 我聲明 我再重復一下 一個人沒有理由因為有一個大猩猩作為他的祖先感到羞恥 真正令他感到羞恥的是 他的祖先是這樣的一個人 他不是利用他的聰明才智在自己的領域去獲得成功 而是利用他口若懸河的言辭 偷梁換柱的雄辯和求助于宗教偏見的嫻熟技巧來分散聽眾的注意力 干涉他自己不懂的科學問題 除了滑鐵盧戰(zhàn)役以外 十九世紀最著名的戰(zhàn)爭 51 當1859年達爾文的 物種起源 與馬克思的 政治經(jīng)濟學批判 同年出版 馬克思 達爾文的著作非常有意義 這本書我可以用來當做歷史上的階級斗爭的自然科學根據(jù) 馬克思還專門贈給達爾文的 資本論 扉頁題詞是 贈給查理 達爾文先生 您真誠的飲慕者卡爾 馬克思 52 十九世紀的自然科學 3 物質結構的化學理論原子 分子說道爾頓 化學原子論 近代化學第一次理論綜合蓋 呂薩克 氣體反應定律阿佛加德羅 分子概念 1811 康尼查羅在首屆國際化學會議 1860年 上 重新提出必須對分子與原子做出區(qū)分的觀點 才獲得重視和贊同 53 十九世紀的自然科學 有機化學結構理論的建立及應用凱庫勒 原子價概念 苯的環(huán)狀結構 奠定有機結構理論基礎 人們開始相信只要知道物體的化學結構 就可以按它的成分把它構造出來 維勒以無機物合成有機物質 尿素 19世紀五十年代 有機合成從實驗室研究發(fā)展為工業(yè)生產(chǎn) 徹底打破了有機物與無機物之間的界限 54 十九世紀的自然科學 阿爾弗雷德 伯納德 諾貝爾 1833 1896 1865年發(fā)明 雷管 1862年發(fā)明用 溫熱法 制造硝化甘油的安全生產(chǎn)法1867年發(fā)明黃色炸藥 達納炸藥 1872年發(fā)明膠質達納炸藥 硝化纖維 世界上第一種雙基炸藥 1887年發(fā)明無煙火藥和特種達納炸藥 硝酸銨 一生申報專利350項 包括人造橡膠 人造皮革 煤氣表等1900年瑞典政府根據(jù)諾貝爾遺愿批準設置了諾貝爾基金會1901年諾貝爾獎首次頒獎1968年瑞典中央銀行于建行300周年之際增設諾貝爾經(jīng)濟獎 全稱為瑞典中央銀行紀念阿爾弗雷德 伯恩德 諾貝爾經(jīng)濟科學獎金 1969年開始首次頒獎 1990年諾貝爾重侄孫克勞斯 諾貝爾增設諾貝爾地球獎 表彰杰出的環(huán)境成就者 1991年 月 日世界環(huán)境日之際首次頒發(fā) 55 諾貝爾遺囑全文 我 簽名人艾爾弗雷德 伯哈德 諾貝爾 經(jīng)過鄭重的考慮后特此宣布 下文是關于處理我死后所留下的財產(chǎn)的遺囑 在此我要求遺囑執(zhí)行人以如下方式處置我可以兌換的剩余財產(chǎn) 將上述財產(chǎn)兌換成現(xiàn)金 然后進行安全可靠的投資 以這份資金成立一個基金會 將基金所產(chǎn)生的利息每年獎給在前一年中為人類作出杰出貢獻的人 將此利息劃分為五等份 分配如下 一份獎給在物理界有最重大的發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的人 一份獎給在化學上有最重大的發(fā)現(xiàn)或改進的人 一份獎給在醫(yī)學和生理學界有最重大的發(fā)現(xiàn)的人 一份獎給在文學界創(chuàng)作出具有理想傾向的最佳作品的人 最后一份獎給為促進民族團結友好 取消或裁減常備軍隊以及為和平會議的組織和宣傳盡到最大努力或作出最大貢獻的人 物理獎和化學獎由斯德哥爾摩瑞典科學院頒發(fā) 醫(yī)學和生理學獎由斯德哥爾摩卡羅琳醫(yī)學院頒發(fā) 文學獎由斯德哥爾摩文學院頒發(fā) 和平獎由挪威議會選舉產(chǎn)生的5人委員會頒發(fā) 對于獲獎候選人的國籍不予任何考慮 也就是說 不管他或她是不是斯堪的納維亞人 誰最符合條件誰就應該獲得獎金 我在此聲明 這樣授予獎金是我的迫切愿望 這是我惟一存效的遺囑 在我死后 若發(fā)現(xiàn)以前任何有關財產(chǎn)處置的遺囑 一概作廢 56 十九世紀的自然科學 元素周期律的發(fā)現(xiàn)門捷列夫依據(jù)元素周期律的基本觀點修正某些元素的原子量獲得成功 進而排出了元素周期表 預言了未知元素并獲得了后來實驗的證明 57 十九世紀的自然科學 電磁理論的建立1786年伽伐尼發(fā)現(xiàn)電流 使對電的認識從靜到動1800年伏特發(fā)明電池 物理學上的創(chuàng)舉1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應1822年安培發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁力的基本定律1831年法拉第提出電磁感應定律 開啟電力時代1833年楞次提出感生電流方向定律1865年麥克斯韋發(fā)表描述電磁場運動規(guī)律的方程1873年麥克斯韋發(fā)表 電磁學通論 標志著完整的電磁理論的確立 58 近代和辯證法思維方式的特征 近代科學思維方式形而上學機械論唯心主義 辯證法思維方式的特征全面運動聯(lián)系 59 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 從十九世紀中葉至二十世紀60年代 人類社會發(fā)生了以電氣的應用和發(fā)明為中心的第二次技術革命和產(chǎn)業(yè)革命 人類社會發(fā)生了能源 通訊 交通 機器系統(tǒng)等方面的巨大變革 科學也終于走在了技術的前面 成為影響社會經(jīng)濟的主要力量 至今 人們還在享用著地二次技術革命所創(chuàng)造的物質成果 60 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 1 鋼鐵與材料技術的發(fā)展煉鋼技術的新發(fā)展1847年凱利實驗空氣沸騰法煉鋼1855年貝麥特發(fā)明酸性轉爐 在美國獲得成功1878年托馬斯發(fā)明堿性轉爐1864年西門子兄弟和馬丁發(fā)明西門子 馬丁平爐煉鋼法 使豐富了原料品種冶鐵技術向大型化和機械化方向發(fā)展 大型高爐迅速發(fā)展鋼鐵加工技術發(fā)展 軋機不斷改進 61 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 冶金技術發(fā)展特種鋼的發(fā)展 高碳鋼 自硬鋼 錳鋼 鎳鋼 高速鋼 硅鋼電冶金技術出現(xiàn)物理冶金和萃取冶金 火法冶金和水法冶金 金相學學科發(fā)展形成1781年貝克曼分析鋼鐵間的區(qū)別1864年隨照相技術的發(fā)明 金相照片出現(xiàn)1901年奧斯汀提出鐵碳平衡圖 金相學作為一門科學已經(jīng)形成 金相學是技術科學 既是冶金技術的科學化 又是化學 熱學的基本理論在冶金技術上應用的結果 62 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 2 熱機的新發(fā)明與應用蒸汽技術在19世紀中葉進入成熟期 達到極限內(nèi)燃機的發(fā)明1673年惠更斯提出真空活塞式火藥內(nèi)燃機的設想1794年斯特列特提出燃料與空氣混合為能源的原理1799年勒蓬提出了電火花點火的內(nèi)燃機設想1820年塞西爾以氫煤氣為燃料的煤氣機運轉成功1823年布朗發(fā)明最早的實用內(nèi)燃機用以提水1860年雷諾發(fā)明了最初的商品化內(nèi)燃機 熱效率只有4 1862年奧托制成功率半馬力的煤氣機1864年第一家省產(chǎn)內(nèi)燃機的工廠 奧托公司成立 63 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 內(nèi)燃機的改進內(nèi)燃機的改進得以與科學的指引 蒸汽機的改進促進了熱力學的研究 而熱力學理論又被應用于內(nèi)燃機的改進1862年德 羅沙斯提出等容燃燒四沖程循環(huán)原理1872年奧托公司成立多伊茨每次發(fā)動機廠 擴大小型內(nèi)燃機生產(chǎn) 并招聘戴姆勒1876年第一臺四沖程臥式煤氣機誕生 即奧托機1883年戴姆勒制成高速化 小型化的汽油發(fā)動機1892年狄塞爾發(fā)明壓燃點火式柴油發(fā)動機1897年柴油發(fā)動機制成 即狄塞爾發(fā)動機 成為內(nèi)燃機發(fā)展史上又一個偉大起點二次世界大戰(zhàn)后 燃氣輪機和汽輪機得到實用性發(fā)展 64 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 內(nèi)燃機的應用汽車的發(fā)明與制造1885年戴姆勒制成摩托車1886年1月29日本茨 奔馳公司 獲得汽車制造專利1893年本茨開始批量生產(chǎn)汽車1888年鄧祿普獲得充氣輪胎的專利 首先用于自行車 馬上又用于汽車制造中 汽車工業(yè)促進了合成橡膠 電磁點火裝置 起動機 車燈 喇叭和加熱器的制造技術 薄板軋制技術 玻璃制造技術以及其他附屬工業(yè) 配套工業(yè)技術的發(fā)展 城市交通狀況發(fā)生了巨大變革 65 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 內(nèi)燃機的應用鐵路運輸?shù)玫骄薮蟾挠^1903年萊特兄弟試飛飛機成功 開啟飛行時代1910年拖拉機成批生產(chǎn) 農(nóng)業(yè)動力落后問題得以解決 促進農(nóng)用工作機制造與應用 加速農(nóng)業(yè)機械化進程 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率增加而農(nóng)業(yè)人口減少 1903年福特汽車公司創(chuàng)立 1908年生產(chǎn)出T型車福特采用流水作業(yè) 使汽車價格急劇降低 260 400美元 成功的實現(xiàn)汽車從小批量生產(chǎn)轉向大批量生產(chǎn) 最高日產(chǎn)達9000輛 使汽車成為大眾消費品 福特雇員最低日薪5美元 流水作業(yè)方式在一切機械工廠部門中得到普及 截止1927年的19年 僅在美國就售出了超過1500萬T型車 66 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 3 電能 第二次技術革命的主角鋼鐵技術的發(fā)展為新技術體系提供物質基礎內(nèi)燃機的發(fā)明和應用為新技術體系提供新動力迄今為止 技術史上沒有任何其他發(fā)明能和電能的發(fā)明和應用相比 因為電能在所能達到的一切領域 都使那里的原有技術發(fā)生根本性的變化 特別在19世紀下半期開始的電氣時代通過現(xiàn)代社會的通訊技術 能源動力結構開始為改善人類生活方面做出了比蒸汽更大的貢獻 67 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 有線電報與電話電的發(fā)明不是依賴于經(jīng)驗的結果 而是以來科學實驗和電磁理論的應用在各門科學中電磁學最先成為了技術的先導1833年高斯和韋伯架設了第一條電磁式有線電報1838年庫克和惠斯通的雙針式電報機運行成功1844年應用莫爾斯電碼的電報系統(tǒng)在美開始運行1856年莫爾斯和西伯雷創(chuàng)立威斯坦 埃尼翁公司 建立電信業(yè)壟斷1874年愛迪生完成了同時同向的多路通訊的發(fā)明19世紀中葉 出現(xiàn)鋪設電報電纜的熱潮 電報將歐美大陸 亞洲大陸 印度 和澳洲大陸聯(lián)結起來 68 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 有線電報與電話1876年2月14日格雷和貝爾同時提出發(fā)明電話的專利申請1887年貝爾電話 美國電話電報 公司創(chuàng)立1877年愛迪生發(fā)明碳粒話筒 德國郵政總監(jiān)斯特凡委托維爾納 西門子改進美式電話并投產(chǎn)1878年 美國建立第一個電話交換臺 中央電話局 貝爾受英國政府邀請協(xié)助英國建設電話線路至今人均電話占有量仍作為國家或地區(qū)發(fā)達程度的標志 69 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 電機的發(fā)明 從弱點技術到強電技術 1821年法拉第演示電動機的模型試驗 而直道五十年后 才開始了電力的應用 其原因不在于技術而在于經(jīng)濟 19世紀初固定式蒸汽機提供較大而集中的動力 而后伴隨小型機械化的需要又有了內(nèi)燃機 因此發(fā)電機與電動機的發(fā)明和應用 并非出于動力需要 而是靠電燈的發(fā)明和應用才為電力的普遍需要開辟了道路 70 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 電機的發(fā)明1860年巴奇諾基制成了包含環(huán)形電樞 整流子和合理勵磁結構的直流電動機 但仍使用電池1845年惠更斯制成外加電源勵磁的電磁式發(fā)電機1866年維爾納 西門子研制成功自激式發(fā)電機1870年格拉姆制成環(huán)狀電樞自激直流發(fā)電機1873年阿爾狄涅克研制鼓狀電樞自激直流發(fā)電機19世紀70年代 開始了強電技術的時代 71 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 電燈的發(fā)明電的價值在于依靠分布廣遠的電力供應網(wǎng)為任何需要它的地方提供方便 持久的能源 而這種推動建立電力網(wǎng)的最普遍需要 最初來源于帶來照明變革的電燈 弧光燈解決了城市街道照明 但不適于家用愛迪生改進了斯旺的真空白熾燈泡 發(fā)明了耐用的碳絲燈泡 建立了第一座直流發(fā)電廠和第一個民用照明系統(tǒng) 19世紀最后十幾年 伴隨電燈在歐美大陸的普及 各國開始競相建立大型電廠 72 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 愛迪生 1847 1931 登記專利發(fā)明1328種 總計超過了二千種1868年申請第一個專利 電表記錄器22歲發(fā)明證券報價機獲得第一桶金 4萬美元1877年發(fā)明留聲機1879年發(fā)明碳化棉線燈絲電燈1912年為福特公司T型車設計電氣自動起動器 T型車取代市場上的電動汽車1914 1918年第一次世界大戰(zhàn)期間愛迪生致力于美國海軍科技發(fā)展1931年10月18日終年84歲去世 10月21日全美國熄燈哀悼 73 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 電力 強電技術 的廣泛應用工業(yè)應用 1881年柏林第一條電車線路交付使用民用領域 電爐 電力洗衣機 電力洗碟機電力遠距離輸送問題的解決 高壓輸電低壓電轉變?yōu)楦邏弘姷难芯?交流高壓輸電高壓交流輸電網(wǎng)的建立 使電力充分發(fā)揮優(yōu)勢 電力不僅有利于大工業(yè) 商業(yè)和手工業(yè) 也給運輸業(yè) 采礦業(yè) 紡織業(yè)帶來了新的激勵 無線電通訊 弱電技術 悄然興起19世紀末馬可尼和波波夫實現(xiàn)無線傳播和接收20世紀初馬可尼完成英加間的無線電通訊 74 第二次技術革命及產(chǎn)業(yè)革命 電氣工程 冶金工程 化學工程 農(nóng)業(yè)工程 航空工程依次成為獨立專業(yè) 基礎理論科學有力的推動工程發(fā)展 技術成為工程的核心要素 在工程內(nèi)部呈現(xiàn)組織化特征 工程全面繁榮 75 現(xiàn)代自然科學 一 20世紀初的物理學革命序幕 三大發(fā)現(xiàn) 電子 X射線和天然放射性起因 兩朵烏云 黑體輻射 和 以太風 實驗成就 相對論與量子力學的提出二 現(xiàn)代自然科學的新發(fā)展粒子世界的新發(fā)現(xiàn)凝聚態(tài)物理和天體物理結構化學和高分子化學分子水平的生物學研究 76 電子 x射線和天然放射性 實驗對象 低壓放電陰極射線 現(xiàn)象 輝光針對射線的組成和性質的研究 發(fā)現(xiàn)電子針對射線引起的熒光現(xiàn)象的研究 發(fā)現(xiàn)X射線針對X射線生成的研究 發(fā)現(xiàn)天然放射性1895年倫琴發(fā)現(xiàn)倫琴射線1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾元素的天然放射性1897年湯姆生測定電子速度 電荷 質量及荷質比1897年居里夫婦定量測定鈾的放射性強度 后發(fā)現(xiàn)釙 鐳 1899年 1902年 證明了放射性元素的射線同X射線不同1900年盧瑟福分解放射性射線并命名 77 電子 X射線和天然放射性 原子物理學產(chǎn)生湯姆生的 面包夾葡萄干 原子模型被盧瑟福通過a粒子轟擊鉑片實驗證偽 進而提出原子的有核模型 原子結構的行星模型 經(jīng)典物理學的缺口原子非最小 元素非固定不變 質量不守恒 能量不守恒 能量和質量相聯(lián)系 經(jīng)典物理學的質量守恒 能量守恒 運動定律等基本定律層面臨挑戰(zhàn) 78 愛因斯坦的相對論 起因 烏云之一 邁克爾遜 莫雷實驗 由光學研究開始 牛頓的光的 波動說 直觀經(jīng)驗同新研究領域的矛盾 光的 介質 牛頓和麥克斯韋的回答 理想?yún)⒄障?以太 實驗焦點 以太風是否存在替代的推論假說 垂直地球和順地球公轉方向的光速差結果 零結果 存在可能 重設 以太 的屬性 以太 不存在直接的問題 光波 沒有介質 如何傳播結果 跨出經(jīng)典物理學體系 79 愛因斯坦的相對論 洛侖茲假設 收縮假設愛因斯坦 論動體的電動力學 狹義相對論基本假設一 對任何慣性系 一切自然定理同樣適用 不存在絕對參照系 即相對性原理 摒棄了以太 對于基本假設二 對于任何慣性系 自由空間中光速相同 即光速不變原理 推論一 同時性的相對性推論二 時鐘延緩 不存在絕對時間推論三 長度縮短 不存在絕對空間推論四 物體質量隨速度變化 質量非恒定推論五 質能相關 奠定了原子能理論的基礎 80 愛因斯坦的相對論 愛因斯坦的廣義相對論 升降機 思維 實驗將狹義相對論推廣到非慣性系 變速運動參考系 得出自然定律在任何參考系中都可以表示為相同的數(shù)學模式 即自然定律的數(shù)學形式等效的等效定律 建立廣義相對論的引力場方程 論證現(xiàn)實空間不是平坦的歐幾里德空間 而是彎曲的黎曼空間 可驗證推論 水星近日點的進動 引力場使光線偏轉 光譜線的引力紅移等愛因斯坦相對論的意義 新的時空觀 運動觀 物質觀 81 量子論與量子力學 由于電磁波理論的證實 19世紀光的波動說取得了勝利 微粒說基本被遺棄了 黑體輻射 光電效應的實驗以及原子穩(wěn)定性的解釋使波動說重新受到挑戰(zhàn) 熱輻射研究 理想黑體 維恩定律 黑體的絕對溫度同它所發(fā)射能量最大的波長成反比 隨著黑體的溫度升高 對應著它所發(fā)射的光線的最大亮度的波長將要變短 向光譜的紫色區(qū)移動 瑞利 金斯定律 熱物體的輻射強度與絕對溫度成正比 而與所發(fā)射的光線波長的平方成反比 82 量子論與量子力學 維恩定律在短波部分與實驗結果符合瑞利 金斯定律在長波部分符合 在短波部分不僅與實驗結果出入較大 還會導出荒謬的結論 當輻射波長無限小時將獲得無限大的能量 即 紫外光災難 由于這兩個公式都是基于嚴密的邏輯和計算得出的 因此問題的來源只可能是公式的基礎 公理 經(jīng)典物理學理論 83 量子論與量子力學 量子論形成的推動力 1900年普朗克提出量子概念 hv 賦予其提出的輻射公式以物理意義 解除 紫外光災難問題 普朗克因此獲得1918年的諾貝爾物理學獎金 1904年光電效應 愛因斯坦將能量量子理論從能量輻射 吸收推關到電磁波 提出光是能量為hv的光量子流 光電效應的關系式為 hv W 1 2mV2 愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾物理學獎金 原子穩(wěn)定性理論 玻爾的定態(tài)躍遷理論 應用量子理論對盧瑟福原子模型進行修正 玻爾因此獲得1923年的諾貝爾物理學獎金 1923年德布羅意提出物質波概念 解釋了玻爾的模型 并預言電子束的衍射現(xiàn)象 后經(jīng)戴維遜實驗證明 1929年德布羅意獲諾貝爾物理學獎金 84 量子論與量子力學 量子力學的發(fā)展 薛定諤波的動力學和波動方程 用以描述微觀粒子的運動 玻恩以幾率波的觀點解讀波方程 賦予其物理意義 其函數(shù)絕對值的平方與特定時刻在特定地點的的單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)粒子的幾率成正比 海森堡提出測不準原理和測不準關系式 以矩陣方程和矩陣力學給予量子力學另一種數(shù)學表達式 1932年海森堡因此獲諾貝爾物理學獎金 85 相對論與量子論 量子力學的結合 對高速微觀運動的研究 引發(fā)了狄拉克進行相對性波動性力學的研究 預言了反粒子的存在 經(jīng)1932年安德生發(fā)現(xiàn)了帶正電荷的正電子得以證明 量子論和量子力學論證了連續(xù)和間斷相統(tǒng)一的自然觀 揭示了統(tǒng)計決定論的因果觀 86 第三節(jié)工程的歷史發(fā)展 87 現(xiàn)代工程的發(fā)展 工程規(guī)模進一步擴大化 從部門到國家 乃至超越國家力量范疇 成為 國際 工程 曼哈頓計劃 1942 1 5萬科技人員參與 耗資20億美元阿波羅計劃 1959 200家公司120所大學400萬人耗資300多億人類基因圖譜計劃 1990 美 英 德 法 中 日六國 88 物理學革命和新世界觀 新思維方式對動現(xiàn)代自然科學全面發(fā)展 1 粒子世界的發(fā)現(xiàn) 2 地球物理與天體物理的發(fā)展 3 分子生物學的創(chuàng)立 4 系統(tǒng)科學 非線性科學與復雜性研究的興起 物理學革命后 新技術的興起 1 電子技術和計算機技術2 信息技術3 新能源技術4 新材料技術5 航天技術6 生物技術7 海洋技術科學高度社會建制化 技術發(fā)展帶來了積極的和消極的影響 出現(xiàn)了 生態(tài)主義 技術恐懼 技術異化 STS研究 可持續(xù)發(fā)展 等課題 89 第四節(jié)現(xiàn)代科學 技術與工程的特點和發(fā)展趨勢 現(xiàn)代科學的特點和發(fā)展趨勢 大科學高度分化 高度綜合 科學整體化總量擴張 更新加快 科學加速化規(guī)模組織擴大 社會建制形成 科學事業(yè)社會化數(shù)學價值提升 領域擴展 科學數(shù)學化系統(tǒng)論 信息論 控制論 科學研究方法系統(tǒng)化引發(fā)哲學反思 觀念變革 科學哲理化 90 現(xiàn)代科學 技術與工程的特點和發(fā)展趨勢 現(xiàn)代技術的特點及發(fā)展趨勢 高技術知識高度密集的科學化技術高經(jīng)濟效益和社會效益的技術高戰(zhàn)略價值的技術國際化特征的技術 國際競爭與合作 91 現(xiàn)代科學 技術與工程的特點和發(fā)展趨勢 現(xiàn)代工程的特點及發(fā)展趨勢規(guī)?；瘧?zhàn)略化 政策化跨國化創(chuàng)新意義增強負面效應彰顯 92 現(xiàn)代科學 技術與工程的一體化趨勢 科學活動技術化和技術活動科學化 科技一體化工程活動技術化和技術活動工程化 工程技術一體化科學 技術 工程的融合工程成為當代的 主流 社會 自然 進步方式 93 第3章科學 技術 工程與自然的基本理論 第一節(jié)自然存在觀 自然的本質屬性和結構特征第二節(jié)自然演化觀 自然的發(fā)展規(guī)律第三節(jié)自然人化觀 自然與人的本質關系 94 第一節(jié)自然存在觀 自然界的概念自然界的概念有廣義和狹義之分 廣義的自然界是指整個宇宙 包括非生命世界 生命世界和人類社會 狹義的自然界則是指與人類社會相區(qū)別的物質世界 即人類社會生活的自然環(huán)境 自然界是人類一切知識的來源 95 自然存在觀 自然界的物質性 自然界的物質形態(tài) 自然的多樣性和差異性自然界的物質形態(tài)是千姿百態(tài) 無限多樣的 從基本粒子到天體 從具有生命活性的生物大分子到人 都是物質的不同形態(tài) 自然界就存在于各種不同的物質形態(tài)之中 根據(jù)能否自我新陳代謝和遺傳變異 可以把自然界中各種各樣的物質形態(tài)劃分為 非生命世界和生命世界 96 非生命世界1 宇觀世界 總星系 星系團 星系 恒星 行星2 宏觀世界 有機物 無機化合物 100多萬種 單質3 微觀世界 分子 原子 原子核 基本粒子 夸克 110多種元素400多種基本粒子 輕子類 重子類 光子族和輕子族 介子族和重子族 97 生命世界生物圈 生態(tài)系統(tǒng) 生物群落 種群 生物個體 生理系統(tǒng) 器官 組織 細胞 病毒 生物大分子發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的 動物 含昆蟲 150多萬種 植物40多萬種 微生物8 9萬種 98 自然存在觀 自然界的物質性 自然界物質形態(tài)的分類依據(jù)不同的物質聚集狀態(tài) 劃分為 固態(tài)液態(tài)氣態(tài)等離子態(tài)超密態(tài)真空場反物質暗物質態(tài) 99 自然存在觀 自然界的物質性 自然界物質性的證明運動規(guī)則一致性哥白尼革命 牛頓力學 經(jīng)典電磁學 愛因斯坦電動力學化學元素統(tǒng)一性 光譜分析 宇觀世界都是由在地球上均可找到的化學元素所組成 物質與能量的轉化與守恒微觀物質形態(tài)統(tǒng)一性的論證 基本粒子與量子理論生命的物質基礎的揭示無機物與生命物質在化學成分上也有著同一性 100 自然存在觀 自然界的物質性 自然界的物質形態(tài)盡管多種多樣 各不相同 但不同形態(tài)的物質又具有統(tǒng)一性 各種具體的物質形態(tài)有共同的本質 這就是物質 物質的唯一特性是它的客觀實在性 所謂客觀實在性只有兩條規(guī)定 它不依賴于人而存在 同時又可以為人所察知 這兩條規(guī)定 是為了與唯心主義及不可知論相區(qū)別 因此 自然界就是作為本質的物質和作為物質表現(xiàn)的各種具體物質形態(tài)的統(tǒng)一體 自然界的統(tǒng)一性首先是統(tǒng)一于物質 粒子 元素 能量 場 信息 自然界的物質不僅具有客觀實在性和統(tǒng)一性 而且其形態(tài)是千姿百態(tài) 無限多樣的 同時 這種物質形態(tài)的差異性和多樣性也是其物質統(tǒng)一性的前提條件 101 自然存在觀 自然界的系統(tǒng)性 系統(tǒng)概念現(xiàn)實存在的系統(tǒng)都是具體的 如物理系統(tǒng) 生物系統(tǒng) 社會系統(tǒng)等 在不同的學科中 系統(tǒng)有不同的定義 在技術科學層次上 通常采用錢學森的定義 系統(tǒng)是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體 這個定義強調的是系統(tǒng)的功能 因為從技術科學看 研究 設計 組建 管理系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)特定的功能目標 具有特定功能是系統(tǒng)的本質特性 在基礎科學層次上 通常采用貝塔朗菲的定義 系統(tǒng)是相互聯(lián)系 相互作用的諸元素的綜合體 這個定義強調的不是功能 而是元素之間的相互作用以及系統(tǒng)對元素的整 綜 合作用 撇開組成成分的基質特性 僅僅把它們看作系統(tǒng) 就是所謂一般系統(tǒng) 一切系統(tǒng)共同具有的 與其組分基質無關的特性 即系統(tǒng)的一般特性 102 自然存在觀 自然界的系統(tǒng)性 系統(tǒng)分類按與環(huán)境的關系 孤立系統(tǒng) 封閉系統(tǒng) 開放系統(tǒng)按所處狀態(tài) 平衡系統(tǒng) 近平衡系統(tǒng) 遠平衡系統(tǒng)按復雜程度可分為 簡單系統(tǒng) 復雜系統(tǒng) 從演化角度說 最有意義的是遠離平衡態(tài)的開放的復雜系統(tǒng) 103 自然存在觀 自然界的系統(tǒng)性 自然系統(tǒng)的基本屬性之一 整體性所謂整體大于部分的和 1 1大于2等等提法都是指此 我們稱之為整體性 整體涌現(xiàn)性 加和性與非加和性 所謂加和性指要素和系統(tǒng)間有量的關系 非加和性是要素與系統(tǒng)間有不同的質 不可比 系統(tǒng)整體性是要素 結構和環(huán)境的函數(shù) 非加和性源自要素及其與結構 環(huán)境的相干性耦合 包括它們彼此之間的約束 選擇 協(xié)同 放大等非線性的相干作用 104 自然存在觀 自然界的系統(tǒng)性 自然系統(tǒng)的基本屬性之二 開放性開放性包含物質 能量 信息的交換 開放是是絕對的 是系統(tǒng)的存續(xù)方式 開放度必須維持在0與1之間 開放性不僅存在于系統(tǒng)與環(huán)境之間的外部關系上 也存在于系統(tǒng)要素與要素之間的內(nèi)部關系上 105 自然存在觀 自然界的系統(tǒng)性 自然系統(tǒng)的基本屬性之三 層次性自然界的物質系統(tǒng)具有復雜的層次結構 多級母 子系統(tǒng)縱向構成關系就是層次結構 在跨域層次時會出現(xiàn)新的特征 不同層次的規(guī)律作用與層次是耦合的 從低層次 低層系統(tǒng) 向高層次 高層系統(tǒng) 推進時 其結合度遞減 在高低層次間存在雙向因果鏈 層次關系決定了方法論的基本趨向 產(chǎn)生了還原論方法和整體論方法的區(qū)別 106 自然存在觀 自然界的系統(tǒng)性 自然系統(tǒng)的基本屬性之四 動態(tài)性漲落現(xiàn)象的普遍存在 系統(tǒng)穩(wěn)定性的量度系統(tǒng)結構的變化 不存在 恒穩(wěn)態(tài) 恒穩(wěn)態(tài) 對漲落保持不變的狀態(tài) 亞穩(wěn)態(tài) 在一定范圍內(nèi)對漲落保持不變的狀態(tài) 不穩(wěn)定態(tài) 在漲落下即行消失的狀態(tài) 107 自然存在觀 自然界的層次結構 自然界層次劃分的依據(jù)按物質質量和空間尺寸大小來劃分按不同自然系統(tǒng)的不同結合能形式和大小來劃分按物質之間相互作用和揭示規(guī)律的不同理論來分按普適常數(shù)來分自然界層次結構的基本特征自然界的層次結構是縱向等級構成性與橫向多元相干性的統(tǒng)一自然界的層次結構是間斷性和聯(lián)系性的統(tǒng)一自然界的層次結構中分層第階秩序的穩(wěn)定性程度是由結合能的大小決定的 108 第二節(jié)自然演化觀 要揭示自然界的奧秘 展示自然界的圖景 除了把自然界作為一種存在來把握 還必須把自然界當作一種過程來理解 自然界不僅存在著 而且生成著并消逝著 生成與消逝的不斷更替 便構成了自然界的演化鏈條 一般意義的運動指變化 即沒有質變的變化 而包含質變的變化就是演化 109 自然演化觀 自然的演化圖景 宇宙的演化核物理學家伽莫夫G Gamow 1948 修改和發(fā)展了勒梅特的理論 提出了宇宙大爆炸理論 認為宇宙起源于一個高溫 高密度的 原始火球 的大爆炸 后來的暴脹理論對大爆炸理論做了進一步的修改和發(fā)展 認為宇宙的初始狀態(tài)是一個奇點 從奇點到普朗克時間 10 43秒 宇宙處于一個過渡的混沌態(tài) 10 43秒以后 引力分化出來 宇宙進入 假真空 狀態(tài) 具有巨大的能量密度 表現(xiàn)出巨大的負壓力 從而引起引力排斥效應 使宇宙在10 35秒后發(fā)生 暴脹 從10 35秒到10 32秒 宇宙的半徑增加了約1050倍 暴脹結束后 宇宙進入對稱性破缺階段 假真空 轉化為 真真空 在 真真空 中產(chǎn)生夸克 輕子等 110 自然演化觀 自然的演化圖景 宇宙的演化大爆炸后10 36秒 溫度降到1028K 強相互作用分化出來 10 12秒時 溫度降到1016K 弱電相變發(fā)生 當t 10 6秒時 溫度降到1012K 發(fā)生夸克 強子轉換 宇宙進入以強子 介子 重子 質子 中子 超子 超子等 為主的時代 當t 10 4秒 T 1011K 出現(xiàn)粒子的分解和正反粒子的湮滅 宇宙進入輕子及其反粒子占主導地位的時代 t 1秒之后 T 1010K 正負電子相遇湮滅為兩個光子 因而出現(xiàn)大量的光子和中微子 宇宙進入到輻射時代 111 自然演化觀 自然的演化圖景 宇宙的演化t 3分時 T 109K 中子和質子結合形成氘核 兩個氘核再結合形成氦核 t 1萬年時 T