第一章 系统自然观.ppt

1、第一篇 系统自然观和自然的演化,第一章 系统自然观,第一节 自然观的演变,古代朴素自然观 16世纪、17世纪机械唯物主义自然观 辩证唯物主义自然观 系统自然观 当代自然观的新探索,一、自然和自然观的内在联系,自然和人的关系是自然观得以确立的前提，自然观的演变实质就是人与自然关系演变的过程。人与自然关系经历了“天人合一”、“人是万物的尺度”、“人与自然的和谐相处”等。 西方人对自然的理解意味着问题的存在，而中国人对自然的传统理解意味着问题的终结。,Aristotle对古希腊的“自然”一词的理解,1、起源或诞生。 2、事物所由生长的东西，即它们的种子。 3、自然物体中运动或变化的源泉。 4、构成事

2、物的基质。 5、自然事物的本质或形式。 6、一般的本质或形式。 7、自身具有运动源泉的事物的本质。,自然一词的中国内涵,自在当然，自然而然，顺从自然。 人法地，地法天，天法道，道法自然。 老子第二十五章 吾闻之吾师，有机械者必有机事，有机事者必有机心。有机心于胸中，则纯白不备；纯白不备，则神生不定；神生不定者，道所不载也。吾非不知，羞而不为也。 庄子天地,二、自然观的演变,（一）古代朴素自然观 中国的古代自然观 阴阳学说 一阴一阳之谓道，继之者善也，成之者性也。 易系辞上 核心思想是：宇宙中存在着两种基本因素，即阴和阳；这两种因素之间的相互作用构成了万事万物的结构和相互关系。,五行学说,五行：

3、一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。润下作咸，炎上作苦，曲直作酸，从革作辛，稼穑作甘。 尚书洪范,谈到人体的时候，一定要记这个图，在人体上，心在上，肾在下，肝在左，肺在右，脾、胃在中间。这是中医看待人体的一张简明扼要图。,老子论道,道生一，一生二，二生三，三生万物。 有物混成先天地生。寂兮寥兮独立不改，周行而不殆，可以为天下母。吾不知其名，强字之曰道。 道德经,2.早期古希腊自然哲学,Thales泰勒斯 Everything is water.万物的本源是水。,Heraclitus 赫拉克利特论流变,Everything is in a s

4、tate of change. 一切皆流，无物常住。,德谟克利特的“原子”思想,德谟克利特认为，宇宙间万事万物都是由原子组成的，原子就是一种质上相同、量上不同的不可再分的最小的物质微粒，它构成一切实物的组成要素。,3.古代朴素辩证法自然观的基本特点,古代朴素辩证法自然观，把自然界当作一个统一的有机体； 来自天才的直观、理性的思考和大胆的猜测，虽然正确地把握了自然界的总画面的一般性质，却不能具体地说明自然界的联系,认识是模糊的。 返回,（二）16世纪、17世纪机械唯物主义自然观,牛顿：新的摩西 “Nature and Natures laws lay hid in night: God said

5、, Let Newton be! And all was light.” 自然和自然的法则在黑夜中隐藏； 上帝说，让牛顿去吧! 于是一切都已照亮。 亚历山大蒲柏为牛顿写的墓志铭 (牛顿故于1727年),2.钟表与钟表匠,世界是一部机器，由惰性物体组成，与思维存在物人无关，物体运动是由于外力的推动，遵循严格的机械决定的因果关系。机器的自然图景和严格的机械决定论，是机械唯物主义自然观的基本命题。,3.机械唯物主义自然观的重大贡献和局限性,贡献机械唯物主义自然观摒弃了古代朴素辩证法自然观的直观性、思辨性和猜测性，强调经验的和实证的方法，主张用分析、还原的方法去研究对象,局限性,以机械的观点去看待自然

6、界和人的，否认了有机界与无机界、人类社会与自然界之间的性质上的差别； 恩格斯指出：18世纪上半叶的自然科学在知识上，甚至在材料的整理上大大超过了希腊古代，但是在观念地掌握这些材料上，在一般的自然观上却大大低于希腊古代。,形而上学性,还原分析方法，使人孤立地考察自然界的事物和过程，不是把自然界看作是运动的，而是看作静止的；不是看作本质上变化着的，而是看作永恒不变的；随着自然科学的发展，尤其是理论自然科学的出现，这种形而上学的思维方法便显得愈来愈不适用。 返回,（三） 辩证唯物主义自然观,1.基本内容 自然界是物质的，物质是万物的本原和基础 运动无论在量上还是在质上都是不灭的 意识和思维是物质高度

7、发展的产物，是人脑的属性和机能 时间和空间是物质的固有属性和存在方式,2.基本特征,唯物论与辩证法的统一 自然史与人类史的统一 天然自然与人化自然的统一 人与自然的对象性关系是能动性和受动性的统一,3.重大意义,实现了自然观发展史上的革命性变革 为马克思主义的科学观、科学方法论以及科学与社会的研究奠定了理论基础 为科学与技术提供了世界观、认识论、方法论与价值论的理论前提 为自然科学与人的科学的结合提供了理论依据,二、 系统自然观,（一）系统观的由来及发展史 （二）系统的规定 （三）系统的特征 （四）系统自然观的意义,（一）系统观的由来及发展史,萌芽时期： 中国古代：阴阳五行、四象八卦 亚里士多

8、德：“整体大于它的各个部分之和。” 四因说：质料因 形式因 动力因 目的因,科学发展时期,1924年，科勒（Khler）提出“物理形式”，但是讨论的深度不够。1927年，科勒提出系统论的假设，目的是详细说明同有机系统比较的无机系统的最一般的特性。 1948年左右，科学界同时出现三项基本贡献，打开了新的观念的局面：维纳（Norbert Wiener）的控制论（1948年），香农（Shannon）和威弗尔（Weaver）的信息论（1949年），以及冯诺伊曼（von Neumann）和摩根斯坦（Morgenstern）的对策论（1947年）。,现代系统科学：,贝塔朗菲(19011972) ：“处于一

9、定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总体（集）”。 钱学森：“由相互 作用和相互依赖的若干组 成部分结合的具有特定功 能的有机整体”。,钱学森,（二）.系统存在方式,1、系统及其相关问题 什么是系统？ 系统是由相互联系、相互作用的若干要素组成的、具有整体功能的有机整体。 科学地把握系统概念，应当注意以下四个要点： 系统是由若干要素组成的。 “系统”在于“系”。 “系统”还在于“统”。 系统作为一个整体对环境表现出特定的功能。,对系统的理解,对简单事物的研究:系统观念不必要 简单事物各部分相互关系简单 思考方式:重视个体而忽视关系和整体 对复杂而无组织事物的研究:系统观念不可少

10、思考方式:重视整体而忽视个体 对复杂而有组织事物的研究:系统观念充分展开 思考方式:重视整体、个体和相互作用,系统的规定-要素分析(构成分析),要素: 构成系统的组份或组元 在一定的分析水平上,要素特指组元(二级或者三级构成),不追溯组份 例如:食物链中的消费者生产者，没有追溯到细胞 要素属性 要素带着特定属性进入系统 要素分析是描述性的，而不是解释性的 避免无穷倒退的要素分析链条 要素分析的描述性特点，表明： 主要关注接受什么输入，提供什么输出，可建立什么关系,系统的规定-结构分析,结构：是指系统内组成要素之间的内在联系形式和组织方式，或者说各要素的秩序、关联和相互作用方式。任何系统，都有自

11、己的结构。如甲烷分子CH4、太阳系等。 系统的结构包括： 数量结构（数量关系） 空间结构（空间关系）: 材料的晶体结构、DNA双螺旋结构、建筑物的力学结构等 时间结构（时间关系）: 地球自转公转、潮汐、电谐振、生物钟、心脏的脉动等 相互作用结构（交互作用关系）,系统的规定-结构分析（续）,结构分析的核心： 阐明要素之间的相互作用，进而用这种相互作用解释其数量结构和时空结构，达到对结构的完整理解。 相互作用有物理内容（物质流、能量流、信息流） 结构的本质： 是要素之间物质、能量、信息交换的方式； 意味着差异、非平衡和对称破缺（有差异才有交换）,系统的规定-功能分析,所谓功能，指的是系统在内外相互

12、作用的关系中表现出的特征和能力，它既是要素之间相互作用的结果，也是系统与环境相互作用的表征，是系统的整体效应。 自然系统的功能是多样的，但是必须通过与环境的相互作用才能够表现出来。 是系统与环境相互作用中所表现出的整体性能。 是在一定环境条件下系统整体所具有的属性 强调整体性，整体一旦分散，功能将不存在,结构与功能的关系：相互作用，相互影响,首先，系统的结构决定其功能，结构是功能的基础。如有机物中的同分异构体、石墨与金刚石等。再如具有遗传功能的DNA。,其次，系统的功能对结构又有一定的反作用，即功能也会影响结构。 如生命系统中的用进废退现象。,系统的规定-环境分析(条件分析),系统的种类 孤立

13、系统：系统与环境之间无物质、能量、信息交换。 封闭系统：系统只与环境交换能量而不交换物质。 开放系统：系统与环境交换物质、能量、信息。,系统中的新质凸现,新质突现的外部条件由系统的环境提供，新质突现的内部根据则来自系统中的相干性关系。 相干性：每个要素的活动方式不仅与自己有关，更与其他要素相关,相干性特点：,交叉影响：各要素之间存在物质、能量、信息的再分配，表现出交叉效应 单因多果，多因单果 例子：相机、胶卷；空调、风扇 长程相关：要素变化产生的结果长程传递（大范围的限制） 例子：食物链：绿色植物食草动物-食肉动物-猛兽 反馈调节：一个要素所引起的其他要素的变化又会反过来影响自身，构成“反应环

14、”。,基于相干性的新质突现,新质突现的内部依据： 相干性交叉影响-要素之间相互约束限制 调整要素的活动方式，造成要素之间的某种秩序和规律性 相干性长程相关-要素之间协同一致 在长程相关相关中表现出大范围的非线性协同一致，好象所有要素按照“统一指令”活动，成为一种有序的集体活动模式。 相干性反馈调节-约束和协同,系统的稳定性,系统处于内、外干扰中，若经不起干扰，则表征其总体性能的新质会消失 系统的稳定性：系统状态对涨落的不变性 涨落：瞬时值对平均值的偏离，是随机出现的 定态：平均值刻划的一种状态 系统状态由决定系统整体特征的相干性决定，系统中其他的自由度以涨落形式表现。 例子：食物链：捕食、被捕

15、食、分解、还原 流行病的影响：涨落,系统的稳定性,定态对涨落的三种反应： 不稳定状态：一旦涨落出现，状态不再存在 渐近稳定状态：一旦涨落出现，平息涨落，恢复状态 稳定状态：一旦涨落出现，涨落在一定范围内振荡，定态保持。 例子：放射性元素（衰变率不变，性质稳定）,2、系统的基本特征,系统的基本特征表现在几个方面，即开放性、动态性、整体性、多样性和层次性。 开放性指的是自然系统具有物质、能量、信息三要素。依据系统与外界环境之间是否存在物质、能量和信息的交换，可以将其区分为孤立系统、封闭系统和开放系统。,动态性,现实的自然系统都是开放系统，都有物流、能流、信息流不断地运动，任何自然系统都有一个从孕育

16、、产生、发展、成熟到衰退、消亡的过程，自然系统的这种运动、发展、变化过程，就是它的动态性。,整体性,指系统与其要素之间虽然相互规定，即系统由要素构成，要素的属性会影响系统的属性，但是一个系统决不是其要素的简单相加，而是由要素之间的相干性耦合作用而形成的具有新质的整体。系统在结构上具有加和性，在功能上具有非加和性。系统可小可大，小可以是个分子，大可以是宇宙。,层次性,层次性从形式上看，是系统要素的一种空间关系。在系统的各要素之间，可以根据要素的性质、状态进行分组，各个组的宏观性质具有质的区别。组与组的关系可以是平行并列的关系，也可以是相互包含的关系，这样就出现了层次。,3、系统的层次结构,层次结

17、构：指相互联系的子系统组成系统，每个子系统在结构上又是层级式的，直到达到某个子系统的最低层次 1、特点： 是由上而下逐级构成的结构 低层是高层的构成部分，高层以低层的存在为基础 是层层相干，层层有新质突现的结构 每个层级的各个子系统之间存在相干性关系，由此导致层级之间质的差异 例：自然、社会的基本组织形式均为层级结构，具有进化优势。,2、自然界的基本层级： 非生命世界,生命世界,层级结构的结合度,结合度：结合的紧密程度，泛指相互作用的强度 结合能、引力势能、信息量进行度量 例子：社会的粘结剂：“信息” 特点： 层级越高，结合度越小 结合度递减使得层级结构成为进化速度快、成功机率高的结构形式-层

18、级结构较为普遍 结合度递减使得层级结构得以存在，意味着上层系统稳定存在的范围较下层系统狭小-多层级的层级结构较为罕见,层级间的因果链,上向因果链：底层子系统间的相干性造成了上层系统的新质突现。 下因上果 递进性解释：低层规律、 低层过渡到高层的相干条件（是揭示上向因果链的关键）、环境陈述 下向因果链：上层系统一旦确定，就会制约、影响下层。 上因下果 拓展性解释：上层规律、 上层过渡到下层的边界条件、环境陈述 对群体中的个体行为进行预测,（三）.系统自然观的意义,1 丰富和发展了辩证唯物主义自然观 系统自然观揭示了自然界的系统性、整体性和层次性，指出整个自然界是以系统方式存在着的有机整体 系统自然观揭示了自然界物质系统的开放性、动态性和自组织性，指出自然界的一切物质客体都是不断进行物质、能量和信息交换的开放系统,系统自然观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”是与物理系统相互联系的内部属性 系统自然观揭示了自然界在循环发展中有序与无序、进化与退化的辩证统一，论证了辩证唯物主义自然观关于运动、发展的大循环思想,2、提供了系统思维方式,把对象作为其构成要素以一定的联系组成的结构与功能的统一整体(系统)来考察，从