《自然辯證法》第三篇 科學(xué)的自然觀3

科學(xué)的自然觀(3)計(jì)彤jitong@自然界的演化發(fā)展jitong@演化是自然界的物質(zhì)系統(tǒng)產(chǎn)生、發(fā)展、滅亡和導(dǎo)致新系統(tǒng)出現(xiàn)的，由低級(jí)到高級(jí)的自身運(yùn)動(dòng)過程表現(xiàn)出過程性和穩(wěn)定性的統(tǒng)一表現(xiàn)為周期性和前進(jìn)性的統(tǒng)一表現(xiàn)為有限性和無限性的統(tǒng)一jitong@自然界演化的歷史性自然界演化的過程性自然界演化的方向性自然界演化的規(guī)律性自然界演化的歷史性宇宙和元素的起源和演化恒星的起源與演化地球的起源和演化生命的孕育與進(jìn)化jitong@宇宙模型

現(xiàn)代宇宙學(xué)是以廣義相對(duì)論為基礎(chǔ)的理論，以哈勃定律為觀測(cè)依據(jù)，并在宇宙學(xué)原理的假設(shè)下，研究宇宙整體的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和演化規(guī)律的一門學(xué)科。宇宙模型愛因斯坦靜態(tài)有限無邊宇宙模型弗里德曼膨脹宇宙模型恒穩(wěn)態(tài)宇宙模型標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型jitong@愛因斯坦靜態(tài)有限無邊的宇宙模型1917這是歷史上第一個(gè)關(guān)于宇宙運(yùn)動(dòng)自洽而統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)模型。由于當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)河外星系普遍退行現(xiàn)象，愛因斯坦相信宇宙在大尺度上的特征是不應(yīng)該隨時(shí)間而變化的。1929年哈勃紅移發(fā)現(xiàn)后，這個(gè)模型被拋棄。但這個(gè)模型開創(chuàng)了現(xiàn)代宇宙學(xué)研究。jitong@弗里德曼膨脹宇宙模型1922弗里德曼在解愛因斯坦引力場(chǎng)方程時(shí)，得到一個(gè)均勻、各向同性的宇宙動(dòng)態(tài)時(shí)空度規(guī)。由此得到宇宙空間隨時(shí)間膨脹的觀念，哈勃紅移發(fā)現(xiàn)后，這個(gè)模型受到重視。哈勃常數(shù)H=55758495（1秒差距=3.26光年）奇點(diǎn)是演化態(tài)宇宙學(xué)的難題。jitong@恒穩(wěn)態(tài)宇宙模型1948年英國天文學(xué)家H·邦迪、霍伊爾、戈?duì)柕鹿餐岢?。這個(gè)模型認(rèn)為宇宙是不斷膨脹的，其密度保持不變，好處在于不存在奇點(diǎn)問題，但困難在于如何說明物質(zhì)從虛空中產(chǎn)生。這個(gè)模型已經(jīng)證明是錯(cuò)誤的。jitong@大爆炸宇宙學(xué)比利時(shí)學(xué)者勒梅特GeorgesLemaitre(1894-1966）1927年提出(宇宙蛋)

宇宙膨脹概念1932年提出:原初原子模型

他認(rèn)為，我們的宇宙“曾到達(dá)一個(gè)最大壓縮狀態(tài)，全部宇宙物質(zhì)的密度就如同束縛在原子核中的粒子密度一樣大”，這時(shí)宇宙開始膨脹。最初是“一個(gè)近乎全由熱輻射充滿的宇宙”，美國學(xué)者皮伯斯稱它為“原始火球”jitong@標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型1929年美國天文學(xué)家哈勃:EdwinP.Hubble，1889-1953哈勃定律即河外星系視向退行速度v與距離d成正比，即v＝Hd哈勃jitong@1948年美國物理學(xué)家伽莫夫宇宙大爆炸宇宙模型jitong@宇宙與元素的起源

從哪里來（where）原初原子原始火球奇點(diǎn)怎樣產(chǎn)生的（how）大爆炸宇宙大爆炸jitong@宇宙大爆炸1.00.7-0.413.70(十億年)jitong@宇宙創(chuàng)生階段（0-10-44S）基本粒子階段（10-43-10-36S）輻射與核合成階段（1S-3min以輻射為主，3min-104Y核合成階段）實(shí)物階段（1-2×105Y）星系階段（2×105-10億年）恒星階段（50億年）現(xiàn)階段（137億年）jitong@時(shí)代時(shí)間溫度事件普朗克時(shí)代大統(tǒng)一時(shí)代

強(qiáng)子時(shí)代輕子時(shí)代10-4310-36

10-610-2~10010321028

10131011~1010粒子產(chǎn)生，時(shí)空量子化宇宙膨脹，正反粒子數(shù)不對(duì)稱生成質(zhì)子-反質(zhì)對(duì)湮滅中微子退出熱平衡基本粒子時(shí)代相變jitong@支持宇宙大爆炸理論觀測(cè)事實(shí)河外星系的譜線紅移宇宙中普遍存在氦，其豐度為２５％３０Ｋ微波背景輻射被證明是大爆炸的遺跡與預(yù)言相吻合jitong@存在的問題

論證了物質(zhì)世界的統(tǒng)一性，揭示了宇宙的演化，推動(dòng)了關(guān)于宇宙有限或無限問題的探討。恒星的演化恒星幼年期-原始星胚恒星中年期-主序星恒星的演化恒星壯年期—紅巨星恒星終年期—高密星白矮星中子星黑洞地球的形成天文時(shí)期:內(nèi)部物質(zhì)分化外部圈層形成地質(zhì)時(shí)期:垂直運(yùn)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)地球的起源和演化48億年前50億年前46億年前42億年前40億年前38億年前4億年前現(xiàn)在32億年前地球演化歷史梗概大陸漂移說

1912年，德國科學(xué)家魏格納根據(jù)大洋岸彎曲形狀的某些相似性，提出了大陸漂移的假說。魏格納地球形成的動(dòng)力學(xué)假說jitong@大陸漂移過程示意圖2.4億年前1.8億年前6000萬年前現(xiàn)在證據(jù)1962年，赫斯教授發(fā)表了他的著名的論文--《大洋盆地的歷史》。這篇論文被人們稱為“地球的詩篇”。其中，赫斯教授以先人之見，首先提出了“海底擴(kuò)張學(xué)說”海底擴(kuò)張說地球形成的動(dòng)力學(xué)假說板塊構(gòu)造說海底擴(kuò)張時(shí)對(duì)流的地幔軟流層板塊分布示意圖地球形成的動(dòng)力學(xué)假說東非大裂谷jitong@生命的孕育過程從無機(jī)物到簡單有機(jī)物從有機(jī)小分子到生物大分子叢生物大分子到原始生命的誕生原始大氣有機(jī)物合成生命的進(jìn)化從非細(xì)胞形態(tài)到細(xì)胞的形成從原核生物到真核生物從單細(xì)胞到多細(xì)胞生物哺乳動(dòng)物向人類的進(jìn)化小結(jié)自然界演化的過程性

自然演化的過程性表現(xiàn)為自組織過程。

應(yīng)用自組織理論可以將從無機(jī)界轉(zhuǎn)化為有機(jī)界、從無生命世界轉(zhuǎn)化為有生命世界、從自然界轉(zhuǎn)到人類社會(huì)，描繪了一個(gè)合乎規(guī)律的自我演化過程。自組織理論

自組織理論主要研究自然物質(zhì)系統(tǒng)演化過程中普遍存在的無序狀態(tài)和有序狀態(tài)的轉(zhuǎn)化機(jī)制、條件和方式。自組織理論自組織:組織力與組織指令來自系統(tǒng)內(nèi)部.他組織:組織力與組織指令來自系統(tǒng)外部.

區(qū)別:在于其組成要素和子系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系,同時(shí)也取決于系統(tǒng)行為受外界力量影響支配的程度.自組織理論自組織的分類結(jié)構(gòu):平衡結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng):改變控制參量引起的改變組分?jǐn)?shù)引起的瞬變引起的現(xiàn)象:

自創(chuàng)生、自生長、自校正、自鎮(zhèn)定、自適應(yīng)、自維持、自學(xué)習(xí)、自復(fù)制、自修復(fù)、自更新自組織理論自組織的形式自創(chuàng)生：系統(tǒng)在沒有特定外力作用下，從無到有地自我創(chuàng)造、自我產(chǎn)生和自我形成。自生長：最簡單的自我完善，是系統(tǒng)規(guī)模的增大，也是系統(tǒng)組織成分不斷增加。自適應(yīng)：對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)，是靠自已的力量建立和維持的。自復(fù)制：沒有外力作用下，產(chǎn)生出與自身相同的下一代。自組織理論自組織的判據(jù)自由能判據(jù)熵的變化信息量的變化序參量變化自組織理論自組織原理突現(xiàn)原理開放性原理非線性原理反饋原理不穩(wěn)定原理支配原理協(xié)同原理環(huán)境選擇原理自組織理論哲學(xué)意義

揭示自然物質(zhì)從一種結(jié)構(gòu)向另一種結(jié)構(gòu)深化的普遍機(jī)制和模式.展示深化過程的普遍矛盾及其辯證關(guān)系,使辯證自然觀的演化學(xué)說具有更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ).自組織理論混沌理論

所謂混沌,是指它是由確定性系統(tǒng)內(nèi)部的非線性性質(zhì)所引起的非周期形態(tài).保守系統(tǒng)中的混沌耗散結(jié)構(gòu)中的混沌自組織理論

混沌有敏感初始條件的特征.就是初始條件的微小差別,在時(shí)空間的軌道將迅速分離.所以,混沌系統(tǒng)中短期的時(shí)間演化是可以預(yù)測(cè)的,但長期軌道上的確切位置是不能預(yù)測(cè)的,只能確定其系統(tǒng)特征.

意義:它加深了我們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí),在確定論和隨機(jī)論之間架起了橋梁.混沌說明了未來并不完全包含于過去的觀點(diǎn),只有不斷地分析事物的變化,才能把握事物變化的規(guī)律.自組織理論蝴蝶效應(yīng)1960年洛倫茲(lorenz)《一只蝴蝶拍一下翅膀會(huì)不會(huì)在德克薩斯州引起龍卷風(fēng)？》民謠：丟失一個(gè)釘子，壞了一只蹄鐵；壞了一只蹄鐵，折了一匹戰(zhàn)馬；折了一匹戰(zhàn)馬，傷了一名騎士；傷了一名騎士，輸了一場(chǎng)戰(zhàn)斗；輸了一場(chǎng)戰(zhàn)斗，亡了一個(gè)帝國。自組織理論基本范疇有序與無序（討論自然系統(tǒng)之間和內(nèi)部各要素之間關(guān)系的范疇）有序：系統(tǒng)內(nèi)部有規(guī)則的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化，以及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的規(guī)則性

無序：系統(tǒng)內(nèi)部諸要素?zé)o規(guī)則的組合，以及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的無規(guī)則性自組織理論關(guān)系：相區(qū)別：絕對(duì)的有序和無序是不存在的相滲透：演進(jìn)過程中的任何狀態(tài)，都處于不同秩序的階梯上相轉(zhuǎn)化：系統(tǒng)就是從無序向有序的轉(zhuǎn)化自組織理論平衡與非平衡（討論系統(tǒng)矛盾運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的范疇）平衡：矛盾雙方勢(shì)均力敵，處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)于雙方暫時(shí)的相對(duì)的統(tǒng)一非平衡：矛盾雙方力量對(duì)比有一定的差異，因而處于顯著變動(dòng)狀態(tài)自組織理論關(guān)系：相聯(lián)系：平衡結(jié)構(gòu)從宏觀上看是平衡的，從微觀上看由于內(nèi)部與外部的漲落，因而又不平衡。相轉(zhuǎn)化：

整體系統(tǒng)可以劃分為單元，其內(nèi)部各種性能在很短時(shí)間內(nèi)可以看成是均勻平衡的。

微觀系統(tǒng)又包含著許多粒子，這樣可以將非平衡轉(zhuǎn)化為局部平衡，化整為零。自組織理論對(duì)稱與非對(duì)稱（討論系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系的范疇）對(duì)稱：事物和運(yùn)動(dòng)以一定的中介進(jìn)行某種變換所操持的不變性和同一性非對(duì)稱：事物和運(yùn)動(dòng)以一定中介進(jìn)行某種變換時(shí)所保持的變化性與差異性自組織理論自然界演化的方向性可逆與不可逆的認(rèn)識(shí)歷史中國古代近代自然科學(xué)發(fā)展早期現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展可逆與不可逆（是刻畫自然物質(zhì)系統(tǒng)演化過程的一對(duì)范疇）可逆：一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)過某一演化過程，從某種初始狀態(tài)達(dá)到另一狀態(tài)，如果存在著另一過程，使該系統(tǒng)與外界環(huán)境完全回到原來的初始狀態(tài)，由原來的過程稱為可逆過程或者說該過程可逆。不可逆：如果不存在使系統(tǒng)與環(huán)境完全復(fù)原的過程，原來的過程就是不可逆過程或稱該過程不可逆。可逆與不可逆既相區(qū)別，又相聯(lián)系。時(shí)間箭頭是不可逆性進(jìn)化與退化（是標(biāo)志自然物質(zhì)系統(tǒng)變化趨勢(shì)的一對(duì)范疇）

古代認(rèn)識(shí)近代哲學(xué)家的觀點(diǎn)恩格斯的觀點(diǎn)自組織理論的觀點(diǎn)

進(jìn)化是系統(tǒng)由簡單到復(fù)雜

退化是系統(tǒng)由復(fù)雜到簡單二者都是物質(zhì)系統(tǒng)的自我運(yùn)動(dòng)和自我否定，是外部條件與內(nèi)在規(guī)律相互作用所導(dǎo)致的組織化程度的變更，是自組織過程

關(guān)系

相包含：是指在同一系統(tǒng)的同一演化過程中，往往存在著進(jìn)化與退化兩個(gè)方面。相制約：一個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)化總是以其他系統(tǒng)可系統(tǒng)的外部環(huán)境的退化為條件。相轉(zhuǎn)化：自然物質(zhì)系統(tǒng)不會(huì)沿著一個(gè)方向無限發(fā)展，只會(huì)在進(jìn)化與退化的交替中演化。自然界的演化前景在自然物質(zhì)系統(tǒng)演化的進(jìn)程中，由于系統(tǒng)內(nèi)部和外部復(fù)雜的原因，在進(jìn)化或退化的道路上，總是存在著多種的可能性和分支。

小結(jié)

物質(zhì)世界中的任何一個(gè)屬性永遠(yuǎn)也不會(huì)喪失，豐富多樣的物質(zhì)形態(tài)會(huì)同時(shí)并存，在不可窮盡的演化系列中，在多層次和多類型的進(jìn)化與退化的螺旋中，在必然性與偶然性的相互制約中，各種物質(zhì)形態(tài)會(huì)在無限的時(shí)間中永不停息地循環(huán)更替。自然界演化的規(guī)律性

自然界運(yùn)動(dòng)發(fā)展的根本動(dòng)力在于矛盾，即對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律漸變與突變是自然界演化的基本方式運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化的規(guī)律自然界演化發(fā)展的周期性

從有序、無序的角度看，當(dāng)進(jìn)化表現(xiàn)為無序-有序-混沌。從可逆與不可逆、進(jìn)化與退化的關(guān)系來看，自然物質(zhì)系統(tǒng)周期性循環(huán)不僅僅是矛盾雙方的力量對(duì)比此消彼長的輪換，每一次循環(huán)都會(huì)產(chǎn)生新的矛盾，并在歷史中留下了不同的印記。小結(jié)

20世紀(jì)自然科學(xué)的發(fā)展，特別是自組織理論的興起，不僅使自然演化發(fā)展的圖景更加清晰，而且為理解演化的一般規(guī)律和機(jī)制提供了新的理論根據(jù)，豐富和發(fā)展辯證唯物主義的演化學(xué)說。自然物質(zhì)的總體發(fā)展

發(fā)展是自然界由簡單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)這樣一種不斷前進(jìn)，不斷上升的運(yùn)動(dòng)。也就是沿著上升的路線發(fā)生的，有規(guī)律的從簡單到復(fù)雜，低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)步過程。發(fā)展的標(biāo)志

質(zhì)的標(biāo)志，是系統(tǒng)復(fù)雜化的趨勢(shì)。量的標(biāo)志，是系統(tǒng)信息量的增加趨勢(shì)。系統(tǒng)是由若干相互作，相互聯(lián)系的子系統(tǒng)組成的，并且具有特定功能的有機(jī)整體。發(fā)現(xiàn)的動(dòng)力無機(jī)界：吸引和排斥的對(duì)立