自然科学史世纪科学的进展演示文稿

自然科学史世纪科学的进展演示文稿当前1页，总共99页。（优选）自然科学史世纪科学的进展当前2页，总共99页。观测手段的进步1.由于天文学研究对象的特殊性，它的现代发展离不开观测手段的改进，这里主要指射电望远镜的发展和应用。2.1937年，美国的雷伯制造了第一台射电望远镜，抛物面直径达9米。3.1942年，英国海伊用军用的超高频雷达首先发现了太阳射电。4.六十年代天文学上的4大发现——类星体、脉冲星、微波背景辐射和星际有机分子，都是靠射电探测工具获得的。当前3页，总共99页。当今主要的光学望远镜，

Keck、VLT、HST当前4页，总共99页。当今主要的射电望远镜，Effelsberg、Arecibo、VLA当前5页，总共99页。当今主要的X射线望远镜，XMM，Chandra当前6页，总共99页。中国现有和准备建造的望远镜。2.16m兴隆25m上海佘山新疆天山FASTLAMOSTHXMT当前7页，总共99页。类星体类星体是20世纪60年代天文学的“四大发现”之一。这种天体在一般光学观测中只是一个光点，类似恒星。然而在分光观测中，它的谱线具有很大的红移，又不像恒星，因此称它为类星体。1993年底，已确认7383个类星体。2002年的星表列出23760颗类星体。

当前8页，总共99页。类星体当前9页，总共99页。脉冲星脉冲星是在1967年首次被发现的。当时，还是一名女研究生的贝尔，检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，经过仔细分析，科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号，人们就把它命名为脉冲星。脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报联系。据说第一颗脉冲星就曾被叫做“小绿人一号”。后来证实，脉冲星就是正在快速自转的中子星（恒星演化晚期形成的）。脉冲星具有超高压、超高温、超密度、超强磁场和超强辐射等极端物理条件。当前10页，总共99页。射电脉冲星当前11页，总共99页。微波背景辐射

来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K0，并将这一发现公诸于世，为此获得1978年诺贝尔物理学奖金。当前12页，总共99页。

微波背景辐射的发现被认为是20世纪天文学的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远影响，可以与河外星系的红移的发现相比拟。当前，流行的看法认为背景辐射起源于热宇宙的早期。这是对大爆炸宇宙学的强有力的支持。早在40年代，伽莫夫、阿尔菲和海尔曼根据当时已知的氦丰度和哈勃常数等资料，发展了热大爆炸学说，并预言宇宙间充满具有黑体谱的残余辐射，其温度约为几K或几十K。3K微波背景辐射的实测结果与理论预期大体相符。微波背景辐射当前13页，总共99页。宇宙微波背景辐射1.1965年贝尔电话实验室的两位工程师彭齐亚斯（ArnoPenzias）和威尔逊（RobertWilson），正在校正为测试卫星通讯而设计的反射天线。2.他们以极大的耐心追踪和消去干扰源。但是他们发现，有一种未加解释的辐射来自天空的各个方向，对应的温度大约是3K。3.他们向迪克咨询引起这种辐射的可能原因，不料获悉他正在积极寻找他们已经找到的东西。4.宇宙微波背景辐射的发现对大爆炸理论是一个有力的支持。当前14页，总共99页。微波背景辐射来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。20世纪60年代初，美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们用它测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5K。1965年，他们又订正为3K，并将这一发现公诸于世，为此获1978年诺贝尔物理学奖金。当前15页，总共99页。星际有机分子星际分子：1963年，美国科学家发现星际羟基分子（OH），此后，陆续发现大量星际有机分子。到90年代末，已发现了120多种，而且许多都是很复杂的有机分子，少数分子是地球上很难找到的或者根本找不到的。星际分子的发现有助于人类对星云特性的深入了解，可以帮助揭开生命起源的奥秘。当前16页，总共99页。星际有机分子当前17页，总共99页。现代恒星演化理论恒星是由星云产生的，星云经过自吸引形成星胚，星胚不断收缩，温度不断升高，当温度升高到氢核聚变反应可以进行时，就意味着恒星的诞生。恒星诞生后，它内部氢核聚变成了它的主要能源，恒星在这个阶段的停留时间最长，这就是中年的主序星阶段。核能耗尽后，恒星进入老年的红巨星阶段。最后不同大小的恒星以不同的方式死亡，

或变成白矮星，或变成中子星，或成黑

洞等。当前18页，总共99页。宇宙大爆炸模型宇宙演化过程起始于大约150亿年前宇宙开始是一个高温、高密度的“原始火球”，球内充满辐射和基本粒子；后来火球内的基本粒子发生核衰变反应，引起大爆炸而向外急剧膨胀，辐射温度核物质密度急剧下降，核反应便停止；其间所产生的各种元素就形成了今天宇宙中的各种物质，膨胀过程中辐射物质逐渐凝聚成星云，进而演化为今天的各种天体。此理论得到天文观测事实的支持：例如星系红移是宇宙膨胀的反应，微波背景辐射是宇宙大爆炸高温的直接遗迹等等。当前19页，总共99页。广义相对论直到二十世纪初期，爱因斯坦（AlbertEinstein）提出广义相对论之后，关于时间和空间的起始和终结问题，关于宇宙的创生问题，才真正变成了一个科学问题，或者说物理学问题，甚至数学问题。当前20页，总共99页。广义相对论引力场方程、宇宙项1.爱因斯坦自己率先利用广义相对论引力场方程进行宇宙学研究。2.爱因斯坦发现按照他的引力场方程，算出来的宇宙是不稳定的，宇宙不是在膨胀便是在收缩。3.因此爱因斯坦在方程中凭空加上了额外的一个宇宙项，这个所谓的宇宙项具有斥力的效应，这样就可以用宇宙项的排斥来抵消物质的吸引。4.换言之，由宇宙项产生的负时空曲率能抵消由宇宙中质量和能量产生的正时空曲率。当前21页，总共99页。爱因斯坦的静态宇宙模型1.爱因斯坦得到一个静态的宇宙模型：2.宇宙空间是封闭的，但又是无边的、无止境的。就是说宇宙是有限无界的。3.假如一个光子向任何一个方向辐射出去，那么它会一直在封闭的空间中传播，任何地方也不会碰到空间的边缘，最后还会回到出发地。4.爱因斯坦的宇宙半径大约35亿光年。当前22页，总共99页。星系红移1.爱因斯坦在发展他的广义相对论的同时，另有一群实测天文学家，他们没有受到过太高深的数学训练，也不接触爱因斯坦的理论。但是他们用当时世界上最先进的望远镜孜孜不倦地观测天空。2.大概从1910年起，天文学家们在研究河外星系的光谱时，发现星系有系统的红移现象。到1917年，他们搞清楚了，除了少数几个离地球近的星系，所有其他星系都显示出红移现象。星系越远，红移越显著。当前23页，总共99页。哈勃定律1.1929年美国天文学家哈勃（EdwinHubble）提出了著名的“哈勃定律”：2.星系退行的速度（V）与它们离地球的距离（R）大致成正比，即V=HR，H称为哈勃常数，3.现在确定其值为50公里/（秒·百万秒差）。4.哈勃常数的倒数可以看做是宇宙年龄，不难算得宇宙年龄大概在200亿年左右。当前24页，总共99页。“大爆炸理论”1.哈勃红移的发现证明爱因斯坦的静态宇宙模型是错误的。爱因斯坦自己也把宇宙项称作“一生中最大的错误”。2.后来纷纷出笼的宇宙模型都把哈勃红移考虑在内。其中以美籍俄裔物理学家伽莫夫（GeorgeGamow）等人提出的后来被称作“大爆炸理论”的最为著名。当前25页，总共99页。该理论认为宇宙起源于高温高密的“原始火球”的大爆炸。在爆炸开始几分钟里元素从辐射和核粒子的原初混合物中形成。2.该理论还预言了大爆炸的一个结果，在今天的整个宇宙中有一种剩余辐射，它各向同性，温度为绝对零度以上5度（5K）。当前26页，总共99页。迪克的理论1.美国普林斯顿大学的迪克（RobertH.Dicke）根据伽莫夫的理论进行研究，在1964年他也预言了高于绝对零度以上几度的背景辐射。2.迪克的小组还开始建立一台仪器来探测这种辐射以检验这一理论。当前27页，总共99页。什么是黑洞

1795年，著名的数学家拉普拉斯曾指出：有一个发光体，它的密度与地球密度一样，其直径比太阳的直径大250倍，可是由于被吸引的缘故，无法使其光线达到地球。黑洞与宇宙当前28页，总共99页。黑洞：黑洞是时空中这样的一个区域，任何物质一旦进入该区域，便永远不能出来。黑洞是一种看不见的异常天体；60年代以后，成为天文上最具诱惑力的搜索对象。与一切可见天体相比，黑洞正是最强的引力场源，能使邻近处时空弯曲得相当厉害，以致把任何东西都裹卷其内，甚至光线也不能幸免。

右图形象地表示了这一点：一旋转黑洞的时空结构宛若一个大漏斗，把万物全部吞下。当前29页，总共99页。

以克尔黑洞为例：克尔黑洞有一个静界和一个外视界，静界是一个旋转椭圆面，外视界是一个球面，包含在静界和外视界之间的空间称为能层。物体进入能层尚还可以从中再返回到黑洞外部的空间，一旦物体进入了外视界，便永远不能再逃出来了。克尔黑洞静界和视界当前30页，总共99页。霍金1.从1965年到1970年间，霍金跟彭罗斯进行了密切的合作，证明了广义相对论的奇性不可避免。2.也就是说，按照广义相对论，宇宙必然起源于一个大爆炸奇点；同时，在黑洞中必然存在无限大密度和无限大时空曲率的奇点。3.这样，时间起始于大爆炸奇点，终止于大挤压奇点（整个宇宙的坍缩）或者黑洞中的奇点（局部区域的坍缩）。4.这是霍金在经典广义相对论框架里取得的一个重要成果。当前31页，总共99页。黑洞不黑1.1970年11月霍金悟到黑洞事件视界的面积永远不会减少。2.美国普林斯顿大学的一位学生贝肯斯坦（JacobD.Bekenstein）把霍金发现的黑洞面积不减跟热力学第二定律联系起来，指出黑洞的事件视界面积就是黑洞熵的量度。3.1973年9月两位前苏联黑洞专家说服了霍金：按照量子力学的测不准原理，旋转的黑洞应该产生和辐射粒子。4.霍金接着通过计算发现黑洞以刚好防止热力学第二定律被违反的准确速率发射粒子和辐射能量。当前32页，总共99页。霍金辐射1.按照经典广义相对论，黑洞的面积不减；但考虑了量子效应之后，黑洞会蒸发，面积会减少，甚至会伴随着大量的γ辐射而消失。2.霍金在这里首次把二十世纪初发展起来的两个物理理论，即广义相对论和量子力学结合起来用在同一个对象的研究中，并看到了量子效应能去掉经典广义相对论预言的奇点的第一个迹象。3.由于黑洞存在辐射，大大增加了黑洞被观测到的可能性。当前33页，总共99页。量子引力宇宙论1.经典广义相对论的奇性不可避免，所以标准大爆炸模型中时空存在着零点，给了上帝一个容身之地。2.1981年左右霍金提出考虑到量子力学的测不准原理，一些基本量度，譬如长度和时间，具有测不准性。3.测不准的程度由普朗克常数确定，从该常数可以定出最小的长度量子，即普朗克长度，为10E－33厘米，这远远小于原子核的尺度。测量任何长度不可能比这个更精确，而且比普朗克长度更短的长度是没有意义的。当前34页，总共99页。不存在数学上的时空点1.同样，作为时间量子的最小间隔，即普朗克时间，为10E－43秒。2.没有比这更短的时间存在。3.这就是说，我们不可能把黑洞缩减为数学上的一个点，同样也不能追溯到大爆炸的真正开始时刻。当前35页，总共99页。量子力学排除了奇点1.直径比普朗克长度更小的体积是没有意义的，所以零体积点和无限密度点的概念也没有意义了。2.在宇宙诞生之时，尽管物质密度高得惊人，但不会是无限大。3.宇宙诞生之初的无限性和奇点被消除，就有可能找到一组方程来描述宇宙的起源和结局。当前36页，总共99页。完全自给自足、自我包容的宇宙1.到目前为止，还没有一套完整而协调的理论将量子力学和引力理论结合在一起，2.努力的方向：应用量子引力理论，给出一个完全自给自足、自我包容的宇宙，在这个宇宙里将完全排除上帝的作用。当前37页，总共99页。人择原理

宇宙之所以是这种样子，是因为否则的话，我们就不会在这里观测它。当前38页，总共99页。超弦理论1.超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的理论，认为自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式。2.研究发现，在十维空间中有5种自洽的超弦理论，它们分别是两个IIA和IIB，一个规范为Apin(32)/Z2的杂化弦理论，一个规范群为E8×E8的杂化弦理论和一个规范为SO（32）的I型弦理论。当前39页，总共99页。M理论1.1995年人们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像：即存在一个唯一的理论－M理论。2.超弦理论成功地解释了黑洞的熵和辐射，第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格了导出了宏观物体黑洞的熵和辐射公式。3.将5种超弦理论和十一维超引力统一到M理论的尝试是有成效的，但M理论在提出时并没有一个严格的数学表述，因此寻找M理论的数学表述和仔细研究M理论的性质就成了这一时期理论物理研究热点。当前40页，总共99页。现代地学的发展大地构造理论学的新进展大陆漂移说海地扩张说板块构造理论当前41页，总共99页。大陆漂移说——魏格纳(1880-1930年)魏格纳是德国气象学家、地球物理学家、天文学家，大陆漂移说的创始人。1880年11月1日生于柏林，1930年11月在格陵兰考察冰原时遇难。1910年魏格纳在偶然翻阅世界地图时，发现一个奇特现象：大西洋的两岸——欧洲和非洲的西海岸遥对北南美洲的东海岸，轮廓非常相似，这边大陆的凸出部分正好能和另一边大陆的凹进部分凑合起来；如果从地图上把这两块大陆剪下来，再拼在一起，就能拼凑成一个大致上吻合的整体。这就是著名大陆漂移假说的最初思想。

当前42页，总共99页。我们生活的七大洲四大洋当前43页，总共99页。大陆漂移说——魏格纳(1880-1930)

1911年秋，在一个偶然的机会里，魏格纳又从一个论文集中看到了“根据古生物的证据，巴西与非洲间曾经有过陆地相连接”的论述。于是他便在大地测量学与古生物学的范围内研究。

1912年，在法兰克福召开的地质学会上，魏格纳作了题为《大陆与海洋的起源》的演讲，提出了关于“大陆漂移”的假说，引起了地质界的震动。他于1915年出版了《海陆的起源》一书，系统地阐述了大陆漂移说。由于这一假想如此偶然，如此富于幻想离奇色彩，使得当时许多地质学家都目瞪口呆，直至今日仍有人称这一遐想为“一个大诗人的梦”。为此，魏络纳也获得了“地质浪漫诗人”的称号。当前44页，总共99页。大陆漂移说——魏格纳(1880-1930年)大陆漂移说认为﹐地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块﹐称之为泛大陆或联合古陆﹐中生代开始﹐泛大陆开始分裂并漂移﹐逐渐达到现在的位置，形成目前的海陆布局。由于不能更好地解释漂移的机制问题﹐当时曾受到地球物理学家的反对。20世纪50年代中期至60年代﹐随着古地磁与地震学﹑宇航观测的发展﹐使一度沉寂的大陆漂移说获得了新生﹐并为板块构造学的发展奠定了基础。

当前45页，总共99页。19世纪海洋探险调查：1871年“猎犬号”五年环球探险，迅速扩大和加深了人类对海洋的认识。1872年“挑战者号”四年探险，围绕海洋学、海洋生物学、海洋地质学等对三大洋进行了全面考察。二战后，海洋地质学成了热门，深海探测技术迅速发展。现代深潜器配备了摄象设备，各种传感器，采样器和灵活的机械手等。

历史背景

海地扩张说——赫斯(1906-1969)当前46页，总共99页。海地扩张说——赫斯(1906-1969)1962年，美国地质学家赫斯教授发表了他的著名的论文《海洋盆地的历史》。这篇论文被人们称为“地球的诗篇”。其中，赫斯教授以先人之见，首先提出了“海底扩张学说”。海底扩张说认为，海底是冷却了的地幔，地幔中有对流存在。高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升，不断形成新洋壳；同时，以大洋脊为界，背道而驰的地幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张；运动的洋壳碰到大陆地壳就下沉钻入地幔深部，并形成海沟，大陆地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧。“海底扩张”说，恰好可以解释当年魏格纳无法解释的大陆漂移理论。当前47页，总共99页。板块构造理论1967－1968年，美国的勒皮雄、摩根和英国的麦肯齐等人先后独立提出了板块构造理论。这个理论认为，整个地球的岩石圈不是一个完整的壳体，而是由若干巨大的板块构成的。由于岩石圈下面的地幔中的软流圈的循环运动，导致板块发生相对运动。板块互相撞挤而形成山脉，互相错动而形成水平断层，互相交汇俯冲而形成海沟和岛弧，互相分离而形成洋脊或海岭和裂谷。当前48页，总共99页。全球板块构造图当前49页，总共99页。现代生物学的发展现代遗传学的发展孟德尔遗传定律及重新发现摩尔根的基因理论分子生物学的诞生和发展DNA双螺旋结构模型的建立遗传密码的破译当前50页，总共99页。现代遗传之父—孟德尔孟德尔（1822－1884）出生于奥地利，1840年毕业于特罗保的预科学校后进入奥尔米茨哲学院学习。1843年因家贫而辍学，同年10月到布尔诺的奥古斯丁修道院做修道士。1847年成为神父。1851年到1853年间孟德尔在维也纳大学学习。当前51页，总共99页。1853年孟德尔从维也纳大学毕业回修道院。1854年夏天孟德尔开始用豌豆进行他的杂交实验。1865年在2月孟德尔在“布隆布尔诺学会自然科学研究会”上宣读了作为他的实验结果的《植物杂交实验》论文，这篇论文后来于1866年发表于该学会的会议录上。他揭示出遗传学的两个基本定律——分离定律和独立分配定律。这两个重现代遗传之父—孟德尔要规律的发现和提出，为遗传学的诞生和发展奠定了坚实的基础，这也正是孟德尔名垂后世的重大科研成果。与会者固然很有兴致地听取了他的报告，但大多不理解其中的内容。因为既没有人提问题，也没有人进行讨论。当前52页，总共99页。黄色豌豆F1代F2代黄色种子绿色种子纯种亲本当前53页，总共99页。AAAaaAaaAa性状分离定律AAaaAaA

显性特征

a

隐性特征

显性定律

分离定律

3:1当前54页，总共99页。孟德尔定律的重新发现1900年3-5月，三位生物学家几乎同时独立发现孟德尔遗传定律。切马克（奥地利）柯林斯（德国）德弗里斯（荷兰）当前55页，总共99页。孟德尔定律的重新发现1.1900年孟德尔关于遗传的定律重新被荷兰的德弗里斯(H.DeVries)、德国的科伦斯(C.Correns)和奥地利的丘歇马克(E.Seysenegg-Tschermak)三位遗传学家分别发现，从而吸引了整个生物学界的注意。2.德弗里斯于1900年3月26日发表了同孟德尔的发现相同的论文；科仑斯的论文被杂志收到的时间是1900年4月24日；丘歇马克的论文收时间是1900年6月20日。在这年他们也都各自发现了孟德尔的论文，才明白自己的工作，早在35年前就由孟德尔做过了。

当前56页，总共99页。“遗传学”、“基因”定名1.20世纪头的10年里，科学家们除验证孟德尔遗传规律的普遍意义外，还确立了一些遗传学的基本概念，1906年英国生物学家贝特森首次提出了“遗传学”一词，以称呼这门研究生物遗传问题的新学科。2.1909年约翰逊称孟德尔假定的“遗传因子”为“基因”。1910年孟德尔遗传规律被改称为孟德尔定律。当前57页，总共99页。摩尔根的基因理论1909年摩尔根(美国，1866-1945)利用果蝇进行实验遗传学的研究。用孟德尔的理论，可以解释果蝇的眼睛颜色遗传的现象。从孟德尔理论的怀疑者，转变成为热情的拥护者。发现了伴性遗传的规律，证明了遗传变异与细胞中染色体的变化密切相关。他和他的学生还在连锁、交换和不分离规律等的基础上，进一步证明基因在染色体上呈直线排列，从而发展了染色体遗传学说。摩尔根还给出了第一个果蝇染色体连锁图，从而确立了基因作为遗传基本单位

的概念。1919年和1926年摩尔根又相继出版了《遗传学的物质基础》和《基因论》，建立了完整的基因遗传理论体系。摩尔根因此而获得了1933年的诺贝尔生理学和医学奖。当前58页，总共99页。白眼雄性YXXXYXXXYXXXYXXX红眼

雌性当前59页，总共99页。分子生物学的诞生现代物理学与现代生物学的结合20世纪40年代细胞遗传学、微生物学和生化遗传学领域取得的成就，吸引了一些物理学家投身到遗传的分子基础和基因的自我复制这两个领域的研究中来，从而注入了物理学的新理论、新概念和新方法。1951年用生物物理学家威尔金斯给出了DNA纤维的X射线衍射图，为DNA双螺旋结构的发现打下了基础。当前60页，总共99页。DNA的双螺旋结构的发现1.1953年刚刚离开校门的大学生沃森和物理学家克里克发现了DNA的双螺旋结构，开启了分子生物学时代。2.分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段，使遗传的研究深入到分子层次。3.沃森、克里克获得了1962年的诺贝尔奖。当前61页，总共99页。遗传密码的破解1.1959年克里克支持三联密码假说，认为DNA将遗传信息由细胞核传送到细胞质，并决定蛋白质的合成，这被后来的一系列实验证实。2.1961年尼伦贝格和马太利用三联体密码合成了由苯丙氨酸组成的多肽长链。3.到1963年64种遗传密码的含义全部得到了解答，形成了一部密码辞典。4.由此科学家们可以认为：基因是DNA分子的一个个片断。

尼伦贝格（美国）

当前62页，总共99页。分子生物学的发展1.随着遗传密码的破译诞生了一门新的学科――基因工程。2.20世纪70年代，内森、史密斯和阿尔伯发现了限制性内切酶在分子遗传中的作用，为基因工程奠定了基础。3.1973年伯格成功地实现了DNA的体外重组，人类开始进入按需要设计并改造物种，创造自然界原先不存在的新物种的基因工程时代。4.并由此而兴起了以基因工程为主体的生物工程新学科。分子遗传学和生物工程已成为当今生物科学中最活跃最前沿的新领域。当前63页，总共99页。系统论信息论控制论当前64页，总共99页。一、系统论

亚里斯多德说过“整体大于部分之和”。但作为现代系统论的基本思想最初产生于本世纪20年代初由奥地利生物学家贝朗塔菲（L.Von.Bertalanffy）提出的，强调生命现象不能用机械论观点，而只能把它看作一个整体或系统来加以考察。1948年，贝朗塔菲发表了《生命问题》该书标志着系统论的正式诞生。1968年，他又发表了《一般系统理论——基础发展与应用》。成为系统论的代表著作。当前65页，总共99页。机械论的错误贝塔朗菲认为机械论的观点主要错误是：1、简单相加的观点，即把有机体分解为各要素，并采用简单地相加来说明有机体的属性；2、机械观点，即把生命现象简单地比作机器；3、被动反映的观点，即把有机体看作只有受到刺激时才能反映。当前66页，总共99页。机械论的错误贝塔朗菲认为机械论的观点主要错误是：1、简单相加的观点，即把有机体分解为各要素，并采用简单地相加来说明有机体的属性；2、机械观点，即把生命现象简单地比作机器；3、被动反映的观点，即把有机体看作只有受到刺激时才能反映。当前67页，总共99页。1、系统的基本概念

系统——有相互作用的元素的综合体。要素——系统中原子系统即基本组成部分。结构——是系统内部各要素之间相互联系和相互作用的方式。它表现为各要素在时间和空间上的组合形式。功能——是系统在与外部环境相互联系和相互作用过程中所具有的行为、能力和功效。是系统对外的表现。当前68页，总共99页。2、系统基本特征系统论认为，整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统的共同的基本特征。系统论显然把那些不具备这些属性的集合体不看成系统。常常把一团散沙和系统相对立。当前69页，总共99页。整体性和相关性系统是由若干部分组成，各部分之间有机的联系的复杂程度是系统的主要特征。构成系统的各个部分可以具有不同的功能，但系统的整体功能往往不是各部分功能的简单组合。子系统相互关联越强，系统的整体功能功能就越显示出与部分功能的组合不同。1+1=2;1+1<2;1+1>2当前70页，总共99页。系统与要素关系⑴整体的性质不一定是要素具备的。如H2O的性质与H或O都不同。⑵要素的性质影响整体。如一台机器中，一个部件出错，机器就会不正常。⑶要素性质之间相互影响。改变要素间的相互作用是改变系统性质的方法之一。当前71页，总共99页。例②拿破仑说数量小时较多数法国人不敌少数马克留木人，数量大时较少法国人可以战胜较多数马克留木人。③人们常说"三个臭皮匠等于一个诸葛亮"。④上网游戏、吸毒、赌博等往往是哥儿们相互影响上隐的。⑤"三个和尚没水吃"，其原因是他们的能量消耗在内耗上。①钢筋混凝土结构的强度就大于钢筋、水泥、沙石的强度之和。当前72页，总共99页。功能和目的性大多数系统的活动或行为可以完成一定的功能，但不一定所有系统都有目的，例如太阳系或某些生物系统。一个水桶具有储水的功能，但它没有思维，本身没有目的。动物的行为有一定的目的性，但主要就是为了笕食存活。人类具有思想，行为的目的性明显增强。可见较为高级的系统才有目的性。人造系统或复合系统都是根据系统的目的来设定其功能的。当前73页，总共99页。结构与功能⑴要素不变时，结构决定功能。如种类无数的有机物几乎都主要是碳、氢、氧、氮组成。常常是组成结构不同。又如电子元件不同的组合可以形成各种家电。（反过来，结构相同，要素不同，功能不同）⑵结构、要素都不同则可以有相同的功能。如人脑系统和计算机系统在部分功能上相似。利用这一原则，可以设计各种仿真系统。⑶同一结构可能有多种功能。如一付中药可能有多种疗效。当前74页，总共99页。环境适应性一个系统和包围该系统的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的改变，相应地引起系统内各部分相互关系和功能的变化。为了保特和恢复系统原有特性，系统必须具有对环境的适应能力，例如反馈系统、自适应系统和自学习系统等。不同的系统适应环境的能力是不同的，但也不是非常高级的系统才有适应能力。当前75页，总共99页。有序性、层次性和等级高级的复杂的系统不仅是有序的，而且往往具有复杂的层次结构和很高的目的性。一般系统论的一个重要成果是把生物和生命现象的有序性和目的性同系统的结构稳定性联系起来。行政系统分为科、处、局、部、委…；军事系统分为排、连、营、团、师、军…，表现出系统的层次性。根据系统层次的有序程度和目的性程度可以划分不同的等级。一般来说，结构层次复杂有序，目的性很强，则系统等级就高。比如说人比动物等级高级，就在于人因获取信息处理信息的能力比动物强了多，则人的目的性远远比动物强。当前76页，总共99页。系统划分按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：自然系统——原始的系统都是自然系统，如天体、海洋、生态系统等。又如呼唤系统、消化系统、循环系统、免疫系统等。人造系统——如人造卫星、海运船只、机械设备等。又如：交通系统、商业系统、金融系统、工业系统、农业系统、教育系统、经济系统、文艺系统、军事系统、社会系统等等。复合系统——既包含人造系统又包含自然系统。系统工程所研究的对象大多复合系统。当前77页，总共99页。按系统与环境的关系分：开放系统：物质、能量和信息都有交换。有活力有生命的系统如：商业系统、生产系统或生态系统，都是开放系统。只有开放系统才有可能在环境发生变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定状态。但并不是说开放系统都是进化的。封闭系统：没有物质的交换，但有能量和信息的交换。如密闭罐中的物体。孤立系统：则没有任何交换。理论和实践证明它是退化系统。当前78页，总共99页。按系统的规模分：小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统。按学科领域分：自然系统、社会系统和思维系统。按状态划分：有静态系统和动态系统。还有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。还有：实体系统和抽象(概念)系统；宏观系统、微观系统。当前79页，总共99页。3、系统方法系统论思想观点，也是系统方法的基本原则，具有科学方法论的含义，这正是系统论这门科学的特点。贝塔朗菲对此曾作过说明，英语SystemApproach直译为系统方法，也可译成系统论，因为它既可代表概念、观点、模型，又可表示数学方法。系统方法应用于工程产生了系统工程。当前80页，总共99页。系统工程系统工程——是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统科学的工程技术。根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。

1957年古德和迈克尔出版了《系统工程学》标志了它的诞生。当前81页，总共99页。霍尔

三维结构逻辑维步骤问题形成时间维知识维目标选择系统综合系统分析最优化决策实施计划规划

计划

研制

生产

安装

更新

运行

社会科学法律工程管理医学环境教育当前82页，总共99页。都江堰

2200年前，中国古代的都江堰是运用系统工程的成功的范例。它主要由三项主体工程：“鱼嘴”岷江分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝瓶口”工程以及120个附属工程巧妙合成。其中每一部分都是不可缺的。都江堰水利工程在四川都江堰市城西当前83页，总共99页。地图当前84页，总共99页。照片弧灌溉排洪“鱼嘴”分水提把岷江水一分为二“飞沙堰”溢洪道“宝瓶口”引水口当前85页，总共99页。最优化问题运用系统论讨论问题往往是为最好的实现目标。方法是通过改变要素和结构使系统功能最佳。如田忌赛马的故事；战争时的布阵；材料的人工设计等。运筹学、决策论主要就是讨论优化问题。

1950年美国的莫尔斯和基博尔出版《运筹学方法》，标志着运筹学的诞生。当前86页，总共99页。二、控制论控制论是自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学等多种科学技术相互渗透形成的一门横断性学科。1948年美国数学家维纳出版了《控制论》一书，标志