科学技术哲学讲义4(自然观).ppt

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科学技术哲学自然观东北大学文法学院科学技术哲学研究中心自然界的物质性和演化自然观是人们对自然的总体认识，是关于自然系统的性质、构成、发展规律以及人与自然关系等方面的根本看法。

自然界的本事在于物质性，自然观的核心思想是演化，目前观察到的自然界可看作演化着的自然界的一个暂态。

自然界的概念w自然界的概念有广义和狭义之分。

w广义的自然界是指整个宇宙，包括非生命世界、生命世界和人类社会。

w狭义的自然界则是指与人类社会相区别的物质世界，即人类社会生活的自然环境。

w自然界是人类一切知识的来源。

自然界的本质在于它的物质性w自然界是物质的，从基本粒子到天体，从具有生命活性的生物大分子到人，都是物质的不同形态。

各种具体的物质形态有共同的本质，这就是物质。

自然界就存在于各种不同的物质形态之中。

w物质的唯一特性是它的客观实在性，所谓客观实在性只有两条规定：

它不依赖于人而存在，同时又可以为人所察知，这两条规定，是为了与唯心主义及不可知论相区别。

因此，自然界就是作为本质的物质和作为物质表现的各种具体物质形态的统一体。

自然界的统一性首先是统一于物质。

自然界的物质统一性w自然界的物质形态尽管多种多样，各不相同。

但不同形态的物质客体又具有统一性。

w如：

宇宙万物在化学元素上的统一性w经光谱分析发现：

1）宇观世界都是由在地球上均可找到的化学元素所组成；2）无机物与生命物质在化学成分上也有着同一性；3）对微观领域物质形态统一性的论证已深入到基本粒子层次，而且在基本粒子之间也有着相互转化。

物质形态的差异性与多样性w自然界的物质不仅具有客观实在性和统一性，而且其形态是千姿百态、无限多样的。

w同时，这种物质形态的差异性和多样性也是其统一性的前提条件。

w根据能否自我新陈代谢和遗传变异,可以把自然界中各种各样的物质形态划分为：

非生命世界和生命世界。

w依据不同的物质聚集状态,据此自然界的物质形态可以划分为：

固态、液态、气态；等离子态；超密态；真空场；反物质（其根据是所有的基本粒子都有反粒子）。

非生命世界1）宇观世界中有：

星云、行星、恒星、星系、星系团、超星系团、类星体、总星系等不同的物质形态。

2）宏观世界包括：

有机物、无机化合物（100多万种）、单质等形式。

3）微观领域中有：

110多种元素；400多种基本粒子（含两大类：

轻子类，包括光子族和轻子族；重子类，包括介子族和重子族）。

生命世界w从生物大分子、细胞、微生物到植物、动物、生物圈更是五彩缤纷、形态万千。

w目前，人们已发现其存在的动物（含昆虫）就有150多万种；w植物30多万种；w微生物89万种。

物质不灭原理w物质形态可以互相转化，然而一种物质形态的消失，必然会伴随着另一种物质形态的产生；在这种转化中物质既不会创生又不会消灭。

w物质不灭原理用量的概念来表述，就是质量守恒定律。

物质在时空中永恒的运动w物质处于永恒的运动之中，所谓运动，可以理解为差异性在时空中的展开，从简单的机械位移到复杂的生物活动，包括自然界的一切变化过程都在运动之中。

运动是物质的存在形式，运动是绝对的,没有不运动的物质；运动的形式则是多种多样，千变万化。

w一般意义的运动指变化，即没有质变的变化，而包含质变的变化就是演化。

物质运动的形式w微观运动服从量子物理学的规律；w宏观运动服从经典力学和经典电磁理论的规律；w宇观运动服从广义相对论和星系动力学的规律；以上三种都是物理运动。

w化学运动在分子-原子体系中的化合-分解等运动。

w生命运动生物体中发生的同化和异化、遗传和变异等。

运动不灭原理w运动不灭原理是笛卡尔提出来的。

19世纪中叶的能量守恒定津，为运动不灭原理提供了科学根据。

运动形式的矛盾性w吸引和排斥运动的基本矛盾w化合和分解引入有序性，形成质变w同化和异化在质变基础上进入新的量变过程自然界的演化w自然界不仅存在着，而且生成着并消逝着。

生成与消逝的不断更替，便构成了自然界的演化链条。

w要揭示自然界的奥秘，展示自然界的图景，除了把自然界作为一种存在来把握，还必须把自然界当作一种过程来理解。

宇宙的起源w核物理学家伽莫夫G.Gamow（1948）修改和发展了勒梅特的理论，提出了宇宙大爆炸理论；认为宇宙起源于一个高温、高密度的“原始火球”的大爆炸；w后来的暴胀理论对大爆炸理论做了进一步的修改和发展。

认为宇宙的初始状态是一个奇点。

w从奇点到普朗克时间（10-43-43秒），宇宙处于一个过渡的混沌态。

w10-43-43秒以后，引力分化出来，宇宙进入“假真空”状态，具有巨大的能量密度，表现出巨大的负压力，从而引起引力排斥效应，使宇宙在10-35-35秒后发生“暴胀”，从10-35-35秒到10-32-32秒，宇宙的半径增加了约105050倍。

w暴胀结束后，宇宙进入对称性破缺阶段。

“假真空”转化为“真真空”，在“真真空”中产生夸克、轻子等。

宇宙的演化w大爆炸后10-36-36秒，温度降到102828K，强相互作用分化出来，10-12-12秒时，温度降到101616K，弱电相变发生。

w当t=10-6-6秒时，温度降到101212K，发生夸克-强子转换，宇宙进入以强子（介子、重子（质子、中子、超子、超子等）为主的时代。

w当t=10-4-4秒，T=101111K，出现粒子的分解和正反粒子的湮灭，宇宙进入轻子及其反粒子占主导地位的时代。

wt=1秒之后，T=101010K,正负电子相遇湮灭为两个光子，因而出现大量的光子和中微子，宇宙进入到辐射时代。

宇宙的演化wt=3分时，T=1099K,中子和质子结合形成氘核，两个氘核再结合形成氦核。

wt=1万年时，T=1055K,自由电子开始被原子核俘获，形成稳定的原子。

wt=1066年时，T=3x1022K,宇宙内的实物粒子从等离子体演化成气状物质，而形成原始星系，并进而形成星系团，然后再从中分化出星系。

w当t=5x1099年时，在星系中凝聚成许许多多的恒星。

大爆炸宇宙说的经验支持w1929年美国天文学家哈勃发现星系的谱线红移和星系离地球的距离成正比。

w伽莫夫推算出宇宙质量的组成中，氦占25-30%。

w伽莫夫的同事阿尔芬和海尔曼根据伽莫夫的学说，在1948年提出了宇宙5K剩余背景辐射预言。

恒星的演化w引力收缩阶段：

恒星的幼年期。

w主序星阶段：

从氢到氦的热核反应。

w红巨星阶段：

氢已耗尽，星核收缩，温度升高，三个氦聚变成一个碳：

外壳膨胀，温度下降。

此后，氧、硅、铁逐步形成。

w脉动阶段：

核燃料耗尽，辐射压消失，星体开始收缩。

w高密阶段、爆发和超高密阶段：

白矮星、超新星、中子星、黑洞。

太阳系的起源-康德-拉普拉斯假说w约46亿年前，太阳系还是一团缓慢旋转的由弥漫物质组成的原始星云。

在原始星云的收缩中，由于角动量守恒，自转逐渐加快，于是原始星云变扁。

在赤道面上的物质由于离心力抵御了收缩。

最后在赤道面附近形成一个连续的星云盘。

中心部分因收缩密度变大，最终形成太阳。

w云盘中的固态颗粒在太阳引力、离心力和惯性的作用下向赤道面沉降；同时又有布朗运动而碰撞导致的碰撞吸积。

当尘层物质的密度足够大，在局部扰动下会很快向密度大的地方集聚，于是尘层瓦解为许多粒子团。

各粒子团靠自身的引力吸引而收缩，集聚成星子和行星胚。

行星胚进一步生长就成为行星。

地球的起源和演化w按照星云说，地球由弥漫星云物质集聚而来。

w由于引力势能和陨石撞击的动能转化为热能，尤其是放射性蜕变产生的热能的积聚，原始地球的温度不断升高。

当温度达到2000度时，铁镍等物质熔化下沉形成地核，硅酸盐等较轻物质上浮形成地幔。

w但地幔中的物质进一步分化时，较轻的物质就从地幔中上浮至地表，形成地壳。

w地壳的演化：

按照板块构造学说，现存的主要板块有欧亚、非洲、美洲、印度洋、南极洲和太平洋板块。

板块驮在地幔软流圈上，随软流圈的流动发生移动。

整个地壳由于板块的移动发生水平运动。

两个板块相互挤压产生地震和火山活动，也导致垂直的造山运动。

生命的起源和进化wA）原始生命的诞生：

在原始地球条件下具有催化功能的原始蛋白质和起模板作用的原始核酸产生并结合为多分子体系。

w原始大气中的CO，CO2，HN3，CH4，H2O等在太阳紫外线、雷电、火山等的作用下，合成氨基酸、核苷酸、糖类等有机分子。

w氨基酸在各种条件下形成多肽分子并进而形成蛋白质；单糖缩合成多糖；核苷酸脱水缩合成核酸。

w蛋白质和核酸等生物大分子聚集成一种具有一定内部结构的颗粒（奥巴林的“团聚体”，美国Fox的“微球体”），外面包着原始的界膜，从而构成一个独立的体系，原始生命诞生。

生命的起源和进化b）生物进化与人类起源非细胞细胞（原核细胞真核细胞）单细胞生物多细胞生物（动物&植物）植物:

菌藻植物苔藓和蕨类植物裸子植物被子植物动物:

无脊椎动物脊椎动物人类自然界演化的规律性w自自然然界界的的演演化化不不是是杂杂乱乱无无章章，而而是是遵遵循循着着一一定定的的规规律律。

这些规律主要是演化的这些规律主要是演化的不可逆性不可逆性和和周期性周期性。

w自然界演化的不可逆性自然界演化的不可逆性w自然界的演化具有不可完全逆转的性质，且具有普遍性。

自然界的演化具有不可完全逆转的性质，且具有普遍性。

w一一个个物物质质系系统统从从某某一一状状态态出出发发，经经过过某某一一过过程程达达到到另另一一状状态态，如如果果存存在在一一个个反反过过程程，它它能能够够使使该该物物质质系系统统和和外外界界环环境境完完全全恢恢复复，即即物物质质系系统统回回到到原原来来状状态态，同同时时消消除除了了原原来来过过程程对对外外界界环环境境引引起起的的影影响响，则则原原来来的的过过程程为为可可逆过程逆过程。

w反反之之，用用任任何何方方法法都都不不可可能能使使物物质质系系统统和和外外界界环环境境完完全全复原，则原来的过程为复原，则原来的过程为不可逆过程不可逆过程。

自然界演化的规律自然界演化的规律w自然界演化的周期性自然界演化的周期性w自自然然界界演演化化发发展展中中有有序序与与无无序序的的不不断断转转化化，进进化化与退化的不断交替，便使其呈现出周期性规律。

与退化的不断交替，便使其呈现出周期性规律。

w周周期期性性是是事事物物随随时时间间的的变变化化，表表现现出出形形态态的的相相似似、性性质质的的相相同同、结结构构的的重重复复、过过程程的的重重演演等等向向其其原原来出发点的回归现象。

来出发点的回归现象。

w自自然然界界演演化化的的不不可可逆逆性性，决决定定了了这这种种回回归归不不是是简简单的重复，而是辩证的否定之否定过程。

单的重复，而是辩证的否定之否定过程。

系统的概念系统的概念u现实存在的系统都是具体的，如物理系统、生物系统、现实存在的系统都是具体的，如物理系统、生物系统、社会系统等。

在不同的学科中，系统有不同的定义。

在社会系统等。

在不同的学科中，系统有不同的定义。

在技术科学层次上，通常采用钱学森的定义：

系统是由相技术科学层次上，通常采用钱学森的定义：

系统是由相互制约的各部分组成的具有一定功能的整体。

这个定义互制约的各部分组成的具有一定功能的整体。

这个定义强调的是系统的功能，因为从技术科学看，研究、设计、强调的是系统的功能，因为从技术科学看，研究、设计、组建、管理系统都是为了实现特定的功能目标，具有特组建、管理系统都是为了实现特定的功能目标，具有特定功能是系统的本质特性。

在基础科学层次上，通常采定功能是系统的本质特性。

在基础科学层次上，通常采用贝塔朗菲的定义：

系统是相互联系、相互作用的诸元用贝塔朗菲的定义：

系统是相互联系、相互作用的诸元素的综合体。

这个定义强调的不是功能，而是元素之间素的综合体。

这个定义强调的不是功能，而是元素之间的相互作用以及系统对元素的整（综）合作用。

撇开组的相互作用以及系统对元素的整（综）合作用。

撇开组成成分的基质特性，仅仅把它们看作系统，就是所谓一成成分的基质特性，仅仅把它们看作系统，就是所谓一般系统。

一切系统共同具有的、与其组分基质无关的特般系统。

一切系统共同具有的、与其组分基质无关的特性，即系统的一般特性。

性，即系统的一般特性。

系统的参数系统的参数u在自然观中将系统理解为一种联系方式，在自然观中将系统理解为一种联系方式，而且是一种普遍的联系方式。

所谓而且是一种普遍的联系方式。

所谓“系统系