当代自然观的发展

当代自然观的发展第1页，共90页，2023年，2月20日，星期四第一节现代科学技术与自然观的发展19世纪末期20世纪初，物理学出现的三大发现和两个问题，彻底地变革了科学的自然图景，推动自然科学进入了现代自然科学发展的新阶段。第2页，共90页，2023年，2月20日，星期四世纪之交的物理学发现第3页，共90页，2023年，2月20日，星期四经典物理学的两朵“乌云”第4页，共90页，2023年，2月20日，星期四经典物理学晴朗天空中的“两朵乌云”

物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟的程度。一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。例如，一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，牛顿力学以及分析力学已成为解决力学问题的有效的工具。对于电磁现象的分析，已形成麦克斯韦电磁场理论，这是电磁场统一理论，这种理论还可用来阐述波动光学的基本问题。至于热现象，也已经有了唯象热力学和统计力学的理论，它们对于物质热运动的宏观规律和分子热运动的微观统计规律，几乎都能够做出合理的说明。总之，以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观！在这种形势下，难怪物理学家会感到陶醉，会感到物理学已大功告成，因而断言往后难有作为了。这种思想当时在物理界不但普遍存在，而且由来已久。第5页，共90页，2023年，2月20日，星期四经典物理学晴朗天空中的“两朵乌云”19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W.汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”W.汤姆生在1900年4月曾发表过题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的文章。他所说的第一朵乌云，主要是指迈克尔逊-莫雷实验结果和以太漂移说相矛盾；他所说的第二朵乌云，主要是指热学中的能量均分定则在气体比热以及势辐射能谱的理论解释中得出与实验不等的结果，其中尤以黑体辐射理论出现的“紫外灾难”最为突出。开尔文是19世纪英国杰出的理论物理和实验物理学家，是一位颇有影响的物理学权威，他的说法道出了物理学发展到19世纪末期的基本状况，反映了当时物理学界的主要思潮。第6页，共90页，2023年，2月20日，星期四

经典物理学的危机实质上是形而上学思维方式和机械论自然观的危机，表明了旧理论在新发现前的无能为力。20世纪初，正是在解决新实验事实与旧理论之间的矛盾斗争过程中，爱因斯坦与普朗等科学家创立了以相对论和量子力学为支柱的现代物理学理论体系。第7页，共90页，2023年，2月20日，星期四二、当代科学家的自然观许多科学家，尤其是物理学家从哲学高度将自己的研究成果概括出来，发展成有关自然观的新见解，其中爱因斯坦、哥本哈根学派和混沌学派的自然观影响较大。第8页，共90页，2023年，2月20日，星期四爱因斯坦的统一场论和相对时空观爱因斯坦对20世纪初的自然科学革命和自然观念转变的贡献是巨大的，在科学史上创造了一个又一个奇迹，归根到底，就是对世界统一性的追求。

第9页，共90页，2023年，2月20日，星期四第10页，共90页，2023年，2月20日，星期四第11页，共90页，2023年，2月20日，星期四爱因斯坦关于世界统一性的信念早在1901年就具有了

“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉”。第12页，共90页，2023年，2月20日，星期四1923年的《相对论的基本思想和问题》报告爱因斯坦特别强调：“今天特别激动人心的问题是引力场和电磁场的统一的本性的问题。追求统一的理论的思想，……已经出现了从数学上建立这种统一场论的企图，在这个理论中引力场和电磁场仅仅被看作是同一种统一场的两个不同分量”。第13页，共90页，2023年，2月20日，星期四

1923年9月22日发表的《仿射场论》，宣告了爱因斯坦几何统一场论的诞生。爱因斯坦从时空特性和物质运动特性的统一上论证了世界的物质统一性。第14页，共90页，2023年，2月20日，星期四相对论的时空观揭示了各种物质运动形态的统一空间和时间的统一空间、时间和物质的统一物质和运动的统一物质、运动和空间、时间的统一相对论时空观取代了牛顿的绝对时空观。第15页，共90页，2023年，2月20日，星期四广义相对论的运动理论

统一了物质世界的空间、时间、质量和运动等的属性，说明世界是在空间、时间中运动发展着的物质世界。第16页，共90页，2023年，2月20日，星期四爱因斯坦相对论的生动体现第17页，共90页，2023年，2月20日，星期四哥本哈根学派的量子解释自然观

“全部现代物理为量子力学所支配。这个理论华丽宏伟，却又充斥着混乱。……这个理论经受了所有的检验，没有理由认为其中存在什么缺陷。……我们知道如何在问题中运用它，但是却不得不承认一个事实，没有人能够懂得它”盖尔曼第18页，共90页，2023年，2月20日，星期四所谓量子力学解释问题，是指量子测量、量子概率和量子关联的解释。这三个解释问题的形上学抽象就是因果性、实在性和整体性问题。第19页，共90页，2023年，2月20日，星期四

“哥本哈根学派”只是一个松散的集体，实际上它指的是以丹麦物理学家玻尔为代表的一种对量子力学的解释，即对量子力学概念体系的“哥本哈根解释”或“正统解释”。第20页，共90页，2023年，2月20日，星期四物质观就物质状态以及物质运动规律而言出于量子概念，物质体系便显露种种量子化效应微观物质体系的运动不满足严格的因果律，不符合纯粹的决定论原则所遵循的量子统计规律是固有的，由作用量子存在而引起第21页，共90页，2023年，2月20日，星期四波粒二象性一切原子过程引起的现象既可以用波概念也可以用粒子概念在一定程度上做出揭示，不管是微观粒子，还是粒子之间的相互作用场，都具有波粒二重性二者以量子场的基本形式而呈现其统一性第22页，共90页，2023年，2月20日，星期四与经典物理相比，量子论描绘了截然不同的物质世界图象

玻尔：所有那些真正理解量子论的人们即使是作梦也永远不会称呼量子论是二重性。他们把量子论看成是原子现象的统一描述，尽管当应用到实验上它必须露出不同面孔，因而必须译成日常语言。第23页，共90页，2023年，2月20日，星期四互补原理自然现象服从严密因果律要用空间时间描写客体的一切现象

这两大经典要求不可能完全被满足。这两者代表原子现象的互相排斥又互相补充的两方面。第24页，共90页，2023年，2月20日，星期四

玻尔:“观测能用经典物理概念描绘，这几乎是实验的本质”，然而“这就是量子论的整个佯谬”；而互补原理给出了此佯谬的一种自圆其说的妥贴解释。互补原理是对经典物理所满足的因果原理的“一个合理的推广”：涉及因果律，又补充以对原子和亚原子现象观测上的不确定性。第25页，共90页，2023年，2月20日，星期四第26页，共90页，2023年，2月20日，星期四混沌学派的普适性自然观世界是确定的、必然的、有序的，但同时又是随机的、偶然的、无序的。有序的运动会产生无序，无序的运动又隐含着更高层次的有序。现实世界就是确定性和随机性，必然性和偶然性、有序性和无序性的辩证统一体。第27页，共90页，2023年，2月20日，星期四混沌：是指动力系统不规则的、非周期的、异常复杂的运动形式，但它并不是完全无规则的，表面上看起来杂乱无章，实际上有规律可循。第28页，共90页，2023年，2月20日，星期四美国气象学家洛伦茨在20世纪60年代初研究天气预报中大气流动问题时，揭示出混沌现象具有不可预言性和对初始条件的极端敏感依赖性这两个基本特点，同时他还发现表面上看起来杂乱无章的混沌，仍然有某种条理性。第29页，共90页，2023年，2月20日，星期四混沌理论揭示了以往科学未曾料想到的隐藏在混乱现象深处的惊人秩序以及自然万物生长演化的普适规律，提供了一种关于系统演化的分叉与混沌方式揭示了确定性系统的“内在随机性”，体现了随机性存在于确定性之中，确定性自己规定自己为不确定性——确定性系统自己产生了随机运动第30页，共90页，2023年，2月20日，星期四在混沌态，系统中元素随机运动，只是运动轨迹永不相交，但当从整体上，即跨越不同空间尺度和时空尺度上来把握混沌运动时，又有精细结构和规律。从系统的演化来看，由于未来状态对初始条件极为敏感，从而使精确预测成为不可能。第31页，共90页，2023年，2月20日，星期四混沌使得实体与关系、永恒与变化、必然与偶然，相互依存共同构成了一个活生生的多样、复杂的世界。第32页，共90页，2023年，2月20日，星期四三、系统自然观

20世纪40年代末兴起的控制论、信息论、系统论，以“系统”的观点看自然界，提出了系统与要素、结构与功能等信的范畴，揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性。第33页，共90页，2023年，2月20日，星期四耗散结构理论协同学突变论超循环论等20世纪70年代前后相继出现的这些自组织理论以及分形理论和混沌理论，则是系统科学的新进展。第34页，共90页，2023年，2月20日，星期四第35页，共90页，2023年，2月20日，星期四系统自然观的基本思想揭示了自然系统不仅存在着，而且演化着自然系统不仅是确定的，而且会自发地产生不可预测的随机性自然系统不仅是简单的、线性的，而且是复杂的、非线性的第36页，共90页，2023年，2月20日，星期四何谓“系统”？第37页，共90页，2023年，2月20日，星期四系统的四层含义：第38页，共90页，2023年，2月20日，星期四第39页，共90页，2023年，2月20日，星期四系统是自然界物质存在的普遍形式第40页，共90页，2023年，2月20日，星期四

19世纪，恩格斯明确指出系统是自然界物质的存在形式第41页，共90页，2023年，2月20日，星期四系统自然观是对辩证唯物主义自然观的丰富和发展系统自然观的确立，形成了一种探索组织性、复杂性问题的思维方式——系统思维方式。第42页，共90页，2023年，2月20日，星期四物质观的补充和深化具体回答了客观存在的物质是由诸要素以一定的结构组成的、具有确定功能的有机整体。系统自然观从世界的系统性、整体性、层次性、结构与功能的统一性上回答了世界是什么的问题。第43页，共90页，2023年，2月20日，星期四运动观的补充和深化阐明了自然界中的客体是一个不断进行物质、能量、信息交换的开放系统在一定条件下，自然界这个复杂系统能通过“涨落”从无序运动到有序，又从有序运动到无序。整个自然界就处于这种永不停息的运动之中。第44页，共90页，2023年，2月20日，星期四时空观的补充和深化揭示了时间的不可逆性，提出了“内部时间”的概念，指出“时间之矢”是与物力系统相互联系的内部属性。第45页，共90页，2023年，2月20日，星期四以系统、要素、结构、功能、层次、有序、无序、整体等概念对物质存在的空间形式、物质的广延性作了定性和定量的描述，更具体、更生动地阐明了空间和时间是物质存在的基本形式以及空间、时间与物质相互联系、不可分割的思想。第46页，共90页，2023年，2月20日，星期四为辩证唯物主义自然观增添了新范畴系统自然观特别注重对复杂系统的研究，且对复杂系统的性质、复杂性的测量与描述提供了有效的方法。第47页，共90页，2023年，2月20日，星期四系统创生与演化机制系统的创生源于与环境交流过程中，总熵递减或信息量累积而将系统组织自发地拖向空间的某些稳定态的结果，其后续的演化是具有不可逆性的动力形态。在系统的演化过程中会表现出控制与反馈、自组织与自适应的特征，这些机制反过来使得系统更加结构化与秩序化。第48页，共90页，2023年，2月20日，星期四第49页，共90页，2023年，2月20日，星期四第二节生态自然观与可持续发展战略生态自然观人与自然的协调发展可持续发展战略第50页，共90页，2023年，2月20日，星期四一、生态自然观生态自然观是继天然自然观和人工自然观之后的一种全新的自然观，核心是强调人与自然的协调，关注人类生态系统的发展。生态自然观是人类对生态危机的反思和对生态科学的概括和总结的结晶。20世纪自然观新进展不仅体现了关于自然界系统联系和演化发展的特征，而且还体现了人与自然关系的新认识特性。以往的自然观主要是关于自然的观点，而20世纪的辩证自然观则是包含人和社会因素在内的自然观，是人如何对待自然的认知、态度和伦理价值的自然观。

第51页，共90页，2023年，2月20日，星期四生态自然观的理论来源：马克思恩格斯的生态思想马克思、恩格斯的生态思想是这种自然观的直接的理论来源。马克思恩格斯生态思想的基本观点：第52页，共90页，2023年，2月20日，星期四第53页，共90页，2023年，2月20日，星期四生态自然观确立的现实根源“生态危机”的实质，是人与自然关系的危机，是社会异化的产物，也是传统发展观的必然结果。第54页，共90页，2023年，2月20日，星期四生态自然观确立的科学基础20世纪中叶以来，由于全世界范围内的人口、资源和环境问题日益尖锐，以及系统科学的发展，生态学的研究视野拓展到人类生活和社会生活的方方面面，出现了一门关于人类“生存之科学”的人类生态学，具体而生动地彰显了人在生态系统中的位置。人类生态学中的“整体的观念”、“循环的观念”、“平衡的观念”和“多样的观念”，以及它所揭示的生态规律，构成了生态自然观的重要理念和科学依据。第55页，共90页，2023年，2月20日，星期四第56页，共90页，2023年，2月20日，星期四第57页，共90页，2023年，2月20日，星期四与此同时，出现了两部有影响的环境科学著作：第58页，共90页，2023年，2月20日，星期四卡逊和她的《寂静的春天》

二十世纪是人类历史上极不平凡的一百年。谈到二十世纪最伟大的成就，人们总会提出量子论、相对论和ＤＮＡ双螺旋结构。其实人们将逐步认识到，还有一项进展，必将对人类文化产生更重大而深远的影响，那就是“可持续发展”思想的形成。美国海洋生物学家蕾切尔·卡逊（RachelCarson）用４年时间调查了使用化学杀虫剂对环境造成的危害后，于1962年出版了《寂静的春天》一书。在这本书中，卡逊阐述了农药对环境的污染，分析了这些化学杀虫剂对人类赖以生存的生态系统带来的危害，指出人类用自己制造的毒药来提高农业产量，无异于饮鸩止渴，人类应该走“另外的路”。这本书跨越种族、宗教和阶层，使整个人类开始重视生态问题。

1964年4月14日，蕾切尔.卡逊因为癌症永远离开了人们，享年57岁。她去世６年后，美国成立了环境保护署。一个杰出美国人的组织推选《寂静的春天》为近50年来最具有影响的书。《寂静的春天》于1972至1977年间陆续被译为中文。1992年，新千年到来之时，美国《时代》评选她为20世纪最有影响的百人之一。第59页，共90页，2023年，2月20日，星期四

另一部是美国科学家芭芭拉·沃特、勒内·杜博斯合著的《只有一个地球》，并由此催生了环境管理学、环境经济学的一系列环境科学分支科学。这些都为生态自然观的确立奠定了坚实的理论基础。1972年6月5日，第一次国际环保大会——联合国人类环境会议在瑞典斯德哥尔摩举行，会议通过了《联合国人类环境会议宣言》》(TheStockholmDeclarationonHumanEnvironment)，宣告了人类对环境的传统观念的终结，达成了“只有一个地球”的共识，是人类环境保护史上的第一座里程碑。

第60页，共90页，2023年，2月20日，星期四生态自然观的基本思想

生态自然观是对马克思、恩格斯生态思想的继承和发展，是在人类反思全球性“生态危机”的过程中和现代生态科学的最新思想成果的基础上形成的第61页，共90页，2023年，2月20日，星期四第62页，共90页，2023年，2月20日，星期四第63页，共90页，2023年，2月20日，星期四第64页，共90页，2023年，2月20日，星期四生态自然观的特征强调自然界的整体性强调人类活动的能动性和人的主导地位以及人与自然关系的和谐性第65页，共90页，2023年，2月20日，星期四二、人与自然的协调发展人与自然的关系经历了一个漫长的演化过程，既存在着尖锐的对立，又存在着一定的统一。第66页，共90页，2023年，2月20日，星期四人与自然关系的历史反思当代全球性“生态危机”所昭示的人与自然之间日益尖锐的矛盾，促使人们不得不重新反思人与自然的关系问题，可持续发展战略正是这一理性思考的产物。第67页，共90页，2023年，2月20日，星期四第68页，共90页，2023年，2月20日，星期四人与自然的关系大体经历了从消极被动地适应自然到积极能动地改造自然的过程，可分为三个不同的阶段:一、物我不分、浑然一体的原始同一关系阶段

二、人征服改造自然和自然的异化阶段

三、人与自然协调发展阶段

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人尚未把自我与自然区别开来，既受自然界神秘力量的奴役和压迫，处于被支配地位，又力图借助神话、自然神崇拜等手段摆脱这种外在的羁绊。

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人的主体性和理性思维得到高度弘扬，人在自然界中的地位发生了根本性的转变，处于中心支配地位。人与自然的关系被抽象的主客体关系所取代，自然变成人类征服和改造的对象。与此同时，自然界也在人的实践活动的影响和作用下开始异化、报复人类。

第71页，共90页，2023年，2月20日，星期四20世纪后半叶，全球性的“生态环境危机”的凸现，使人类逐渐意识到人与自然之间双向交流互动的关系本性，环保意识和观念日益深入人心，可持续发展成为全球性的共识。第72页，共90页，2023年，2月20日，星期四第73页，共90页，2023年，2月20日，星期四第74页，共90页，2023年，2月20日，星期四三、可持续发展的理论与实践

一、可持续发展观的提出

可持续发展战略从实践角度丰富和完善生态自然观的思想内容。可持续发展思想是人们在对生态环境危机的反思过程中，针对人类经济与社会发展的不持续状况而提出的。第75页，共90页，2023年，2月20日，星期四1972年联合国第一次“人类与环境会议”通过了著名的《人类环境宣言》，提出“只有一个地球”的口号。同年，罗马俱乐部发表了研究报告《增长的极限》在西方世界引起了强烈反响。第76页，共90页，2023年，2月20日，星期四1987年世界环境与发展委员会(WCED)出版的《我们共同的未来》，提出可持续发展是解决人类所面临的环境与发展问题的根本原则。“可持续发展”定义为“可持续发展是既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”。可持续发展成为全球性的共识。第77页，共90页，2023年，2月20日，星期四

1992年6月，联合国在巴西的里约热内卢召开了有史以来规模最大的国际会议——“环境与发展大会”。会议通过了《里约环境与发展宣言》、《21世纪议程》等一系列重要文件。可持续发展战略正式形成。

1992年6月巴西里约热内卢联合国环境与发展大会第一次将可持续发展从概念、理论推向实践，要求以可持续发展为指导思想，从政治平等、消除贫困、环境保护、资源管理、生产和消费方式转变、科学技术、立法、国际贸易、动员群众参与等各方面采取行动，建设一个可持续发展的社会。第78页，共90页，2023年，2月20日，星期四可持续发展观的基本原则

第79页，共90页，2023年，2月20日，星期四第80页，共90页，2023年，2月20日，星期四可持续发展观的要点发展应该是全面的经济发展社会发展和建设良好的生态环境经济发展与社会进步只有建立在良性自然生态平衡的基础上，才是健康的、可持续的。第81页，共90页，2023年，2月20日，星期四经济发展是一切发展的基础包括数量的增长与质量的提高，不能盲目地单纯追求数量的增长，只有依靠科技进步提高发展的经济、社会、生态效益，才是高质量、可持续的。第82页，共90页，