第二章 20世紀自然科學的發展與系統自然觀
一、系統自然觀產生的自然科學基礎
（一）現代自然科學的發展
1. 物理學上的新發現
德國物理學家倫琴2023年，發現x射線。
英國物理學家湯姆遜2023年，證實了電子流。
法國.居里夫婦發現放射性元素
2、物理學上的危機——「兩朵烏雲」
黑體輻射問題——紫外災難，經典理論無法解釋
以太問題——麥可遜—莫雷實驗
經典物理學陷入危機
3、物理學革命
（1）「相對論」
★ 2023年，愛因斯坦發表了題為《運動物體中的電動力學》的**
狹義相對論的兩個基本原理：
①相對性原理；物理學定律在所有的慣性系中是相同的，不存在一種特殊的慣性系。
②光速不變原理：在所有的慣性系中，真空中光的速度具有相同的值。
★ 2023年，愛因斯坦發表了《廣義相對論的基礎》
（2）量子假說
2023年12月24日，蒲朗克在法國物理學會上宣讀了題為《關於正常光譜能量分布定律的理論》的**。宣告了量子論的誕生。提出了能量子假說。
（3）光的量子理論
2023年愛因斯坦在蒲朗克能量子假說的基礎上找出了光量子假說，光就是以光速c運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子。 （提出「波粒二象性」解釋『光電效應』）
量子力學的建立
●法國物理學家德布羅意實物粒子也具有波動性
●奧地利物理學家薛丁格物質波的運動方程
●海森堡測不准關係 △x·△p≥h/2
辯證唯物主義自然觀的新發展
1．愛因斯坦相對論的建立，否定了牛頓的絕對時空觀，把時間、空間聯絡起來，引起了時空觀、物質觀、運動觀的深刻變革。
2．量子力學揭示了統計決定論的因果觀。（改變了經典理論中的嚴格決定論；說明自然界是乙個統一的、不可分割的整體。）
3．分子生物學深化了對生命機制和生命本質的認識
四大理論模型
宇宙學中的大**模型
粒子物理學中的夸克模型
分子生物學中的dna雙螺旋模型
地球科學中的板塊模型
科學革命的不徹底性和遺留問題
（1）關於自然界是存在還是演化的問題
只克服了機械性、形上學的片面性和孤立性，而靜止性的克服有待科學進一步的發展。
（二）系統科學和複雜性科學
系統科學是把物件作為組織性、複雜性系統從整體上進行研究，以揭示其運動規律和實際處理這類系統的科學。
包括：控制論、資訊理論、系統論、耗散結構理論、突變論、協同學、混沌理論、超迴圈理論等
●系統科學的產生和發展
系統科學的產生和發展：
「三論」：系統論、控制論、資訊理論
(新三論)非平衡理論：
耗散結構理論比利時普里高津
協同學：德國哈肯
突變理論：法國托姆
混沌理論：混亂、無序
最早的系統科學
1、一般系統論（生物學家貝塔朗菲1901-1972）
第一次把「系統」定義為「相互作用的若干要素的複合體」。（使科學研究物件從孤立的部分轉向整體）
最早的系統科學
一般系統論是關於系統的一般模式、結構和規律的學問，它研究各種系統的共同特徵，用數學方法定量地描述其功能，尋求並確立適用於一切系統的原理、原則和數學模型，是具有邏輯和數學性質的一門新興科學。
2、控制論cybernetics（美國維納 2023年創立）
研究系統的狀態、功能、行為方式及變化趨勢，控制系統的穩定，揭示不同系統的共同的控制規律，使系統按預定目標執行的技術科學。
資訊——是控制論的基本概念，既非物質，也不是能量。
反饋——是把被控制物件在控制資訊作用下產生的輸出資訊返回傳送給控制器，以根據控制效果來調控控制作用。
3、資訊理論information theory（美國數學家夏農 2023年創立）
是運用概率論與數理統計的方法研究資訊通訊系統、資料傳輸、系統組織化程度以及資訊在系統中如何有效的傳輸等問題的應用數學學科。
（資訊熵作為資訊量的測度）
新系統科學—新三論（20世界70年代前後）
自組織（self—organization）
是指乙個系統的要素按照彼此的相干性、協同性或某種默契而形成的特定結構和過程。
（資訊來自內部，結構和功能在一定條件下自發產生）
1、耗散結構理論dissipative structure theory（比利時科學家普里戈金2023年創立）
提出乙個遠離平衡態的開放系統可以通過不斷地與外界交換物質、能量和資訊，當外部條件達到一定臨界值時，從原來混沌無序的狀態轉變為有序狀態，形成有序結構的理論。
2、協同學（德國科學家哈肯2023年創立）
以競爭、協同和序參量等因子的系統內部相互作用解釋系統動力學的理論，揭示了自組織的內在動力機制。
３、突變論（法國數學家托姆2023年創立）
從結構的穩定性與非穩定性的對立統一角度用數學語言精確的描述了突變的過程、型別和內容。
證明了突變是「飛躍」的論斷
４、超迴圈理論（艾根2023年創立）
以分子之間的關聯形成迴圈鏈條的方式解釋如何進化成為大分子的理論
揭示了非生命自組織、非生命自組織向生命自組織演化的過程形式和本質。
系統的複雜性
複雜系統是具有中等數目基於區域性資訊做出行動的智慧型性、自適應性主體的系統。
中等數目的主體:元素既不能太多,也不能太少.
區域性資訊:沒有**控制,每個主體只可以從個體集合的乙個相對較小的集合中獲取資訊,做出相應的決策.
智慧型性和自適應性:系統內的元素或主體的行為遵循一定的規則,根據環境和接收資訊調整自身的狀態和行為,且主體通常有能力調整規則,產生新規則.
複雜系統的特徵
突變性、不穩性、非確定性、不可**性
以上這些新系統科學的側重點是系統的演化，據此稱它們為「自組織系統科學」
存在物理學 （原來物理學演化物理學
二、系統自然觀的基本內涵和思想
（一）系統自然觀的基本思想
物質觀：開始把具有複雜性特徵的事物作為研究物件，注重結構、相互關係及其演化.
時空觀：進一步明確時空與物質的關聯，表達時空與物質的複雜關係.
演化觀：強調事物的生成、演化以及對初值和環境的極端敏感性.
生命觀：以「自組織」的觀點，揭示事物會自發自主的從非生命演化出生命.
環境和條件觀：強調事物與環境的互動.
系統觀：把世界看作系統，注重整體性、關聯性。（最顯著、最根本的）
（二）系統自然觀最基本的內涵
1、自然系統不僅存在著，而且演化著；（從存在到演化）
不可逆性（時間之矢可逆過程 （時間反演對稱）
使時間從乙個外部參量轉變為自然演化的內在尺度，提出「內部時間」概念，表明自然科學從存在的科學走向演化的科學。
2、自然系統不僅是確定的，而且會自發地產生不可**的隨機性；
確定性和隨機性的統一
3、自然系統不僅是簡單的、線性的，而且是複雜的、非線性的；
簡單性和複雜性的統一
線性和非線性的統一
（三）系統自然觀確立的重大意義
1、 豐富和發展了辯證唯物主義自然觀
豐富和發展了物質觀——整體性是自然界最基本的屬性
豐富和發展了運動觀——自組織性
豐富和發展了時空觀——時間之矢是物理系統的內部屬性
論證了辯證唯物主義自然觀關於運動、發展的大迴圈思想
2、提供了系統思維方式
系統思維方式：是把物件當作乙個系統的整體加以思考的思維方式，根據系統的性質、關係、結構，把物件的各個組成要素有機地組合起來構成模型，研究系統的功能和行為，具有整體性、綜合性、定量化和精確化的特徵。
基本思路：
把物件作為整體來考察
「整體大於部分之和」（非加和性）
把系統看作動態開放系統
側重研究無序、不穩定性、非線性、不平衡性
系統思維與形上學思維方式的比較
系統論： 整體、綜合雙向思維
形上學—還原論部分、分析單向思維
3、為科學認識活動提供世界觀和方**的指導
三、自然界的系統存在方式
（一）何謂「系統」？
貝塔朗菲：系統是處於一定的相互關係中並與環境發生關係的各組成部分的集合。
錢學森：由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合的具有特定功能的有機整體。
系統的定義：
所謂系統，就是由一定數量相互聯絡、相互作用的要素所組成的、具有特定功能的有機整體。
系統由若干要素組成
系統內諸要素間形成了特定的結構
具有特定功能的統一整體
功能是在系統與外部環境的相互作用中表現出來。（系統總是處於一定環境之中）
（二）系統的型別
根據系統與環境的關係可分為：
1.孤立系統 2.封閉系統3.開放系統（更大的普遍性）
根據人對自然物參與的程度可分為：
1.天然系統2.人工系統 3.復合系統
根據物質系統狀態可分為：
1.靜態系統（平衡態系統）（近平衡態系統）2.動態系統（遠離平衡態）
根據系統領域及認知程度可分為：
微觀系統、巨集觀系統、宇觀系統、黑系統、白系統、灰系統
三）系統的特點
1.動態開放性（可變性）
是物質系統與其環境系統之間的相互關係，即與外界自由地進行物質、能量和資訊交換，進而不斷地運動、發展和變化。
２.穩定性
是系統的乙個基本特點，即乙個系統的結構一旦形成，就總是趨向於保持某一狀態。
３.整體性（最突出、最根本）
系統是各要素按一定方式構成有機整體，而非簡單地加和；系統表現出各組成要素所沒有的新性質和功能。「整體大於部分之和」
整體性是一切自然系統的普遍屬性
４.層次性
是指一方面系統由一定的要素組成，這些要素是由更小一層次的要素組成的子系統，另一方面系統自身又是更大系統的組成要素。
層次結構的特點
層次結構 ：指的是若干要素經相干性關係構成的系統，再通過新的相干性關係而構
成新系統的逐級構成的結構關係。
層次結構中的構成性關係是物質系統間的縱向關係
層次結構中的相干性關係是物質系統間的橫向關係
（橫向關係的存在導致了縱向層次間的差異）
層次結構的結合度
隨著層次結構由低到高推進，結合的緊密程度由大到小而遞減。
自然辯證法
論亨利的科學方 在歷史的長河裡，有無數多的科學家做出了偉大發現和發明，其中，約瑟夫 亨利也算是一位。亨利是美國十九世紀傑出的實驗物理學家和卓越的科學領導人，終生獻身於科學事業，歷時長達半個多世紀。在大部分科學技術史書本中，亨利幾乎是名不見經傳的，我們看到的是法拉第發現了電磁感應，麥克斯韋預言並證實了...
自然辯證法
第四章科學的本質和科學知識的構成 1.如何理解科學的本質 客觀真實性 科學知識的客觀真理性，在於它具有不以人的意志為轉移的客觀內容，所有的科學知識都堅持用物質世界自身來解釋物質世界，不承認超自然的 神秘的東西。科學事實 科學定律 科學假說 科學理論無一例外的都是以科學實踐為基礎，要經受科學實踐的反覆...
自然辯證法感悟
學習 自然辯證法 的感悟 朱凱工程系機制專公升本二班 2011701189通過 自然辯證法 學習以及 教育 和影片，感到學了很多科學知識，如宇宙起源，宇宙大 哲學，轉殖，時間與空間，相對論。特別是 宇宙起源和宇宙大 影片時，我對宇宙有進一步了解，而且還開啟我的思維，我本來認為乙個事物會有乙個答案或者...