自然辩证法学习笔记中科院刘二中老师.docx

1、自然辩证法学习笔记中科院刘二中老师自然辩证法学习笔记-中科院刘二中老师科院刘二中自然辩证法学习笔记Chap 绪论一 什么是自然辩证法？ 自然辩证法是关于自然界、自然科学发展的普遍规律的科学，是马克思主义自然观和科学技术方法论，由恩格斯首先提出。二 发展过程恩格斯- 列宁- 于光远Chap 自然观一 古代自然观 1. 中国古代自然观 i. 五行 金，木，水，火，土；ii. 八卦：乾，离，兑，震，巽，坎，艮，坤 对应：天，泽，火，雷，风，水，山，地iii. “元气”： 宇宙天地和世界万物都是由“气”构成的。iv. “浑天”v. “宣夜” 2. 赫拉特利特：认为火为本源。罗格斯：“一个人不能走进同一

2、条河流”。认识到对立物的同一，转化和斗争；3. 毕达哥拉斯：i. 灵魂转世说；ii. 数（有理数）即万物； 补充：毕达哥拉斯发现了勾股定理之后，其一名弟子提出，等腰直角三角形的斜边与直角边之比，不是有理数。毕达哥拉斯认为该弟子与其哲学观相左，将这名弟子扔进大海杀害。iii. 和谐说；4. 诡辩学派，世界即“存在”。存在是永恒的，唯一的，不运动的，不变化的。代表人物：芝诺。 二分辨 运动场辩 追龟辩 飞矢辩5. 苏格拉底i. 目的论 世界之所以如此，是因为“神”有“目的”的安排。为什么世界如此“和谐”？是因为神的特殊安排，不可能是随机的。人无法也不应该研究事物的原因，而应当研究事物的目的，借此领

3、会神的智慧和意志。补充：苏格拉底从研究事物的起源开始，由于当时认知手段的局限性，在遇到困难后，转而向有神论妥协。 ii. 辩证法 (实际上是辩论法) 双方一问一答，互相诘难，使对方陷入矛盾，承认自身的无知，逐步修正意见，从而导致真理。因为过程之痛苦，又被称为“催产术”。6. 柏拉图 （师从苏格拉底）理念说/理念世界 著作：理想国柏拉图：“人的正确思想是从哪里来的？”“为什么人的观念和世界事物一致？”i. 存在一个纯粹的理念世界，无任何物质，只有精神；ii. 感觉世界的事物，是理念世界的摹本或映像；iii. 物质世界后于理念世界，从“善”出发，以理念世界为蓝图，将“混沌(chaos)的泥土”塑造

4、成感觉世界的事物；iv. 认知即回忆。人从出生到懂事，是一个回忆理念世界的过程。7. 德谟克里特原子论，古希腊最接近现代科学的论断。一切事物均是由原子和虚空组成的，原子位于虚空之中。原子是运动的，其大小和形状不变。各种原子组成了世界。补充：现代的原子和分子理论由道尔顿阐述8. 亚里士多德 (师从柏拉图，亚历山大皇帝的老师，代表希腊文明的顶点)著作：形而上学i. 逻辑学的贡献：矛盾律，一个命题可以是真命题或假命题，但不可能即真又假；排中律，任何正确的思维都有明确性，相互矛盾的判断不能同时为真。同一律，在同一思维过程中，在什么意义上使用该概念，自始至终在这个唯一确定的意义上使用这个概念。防止“偷换

5、概念”。内涵/外延/三段论；并非用单一哲学来解释世界。亚里士多德是严密逻辑学的开创者，也是辩证思维的先驱。对比古代中国由于缺少严密的逻辑学，因此数学较落后。ii. 亚里士多德反对“理念说”，因为“理念说”难以解释变化的事物，该点与其老师柏拉图的观点相左。 亚里士多德：“吾爱吾师，吾更爱真理。” iii. 实体论：所有哲学观念均有其实体； iv. 四因说：形式因，质料因，动力因和目的因； v. 宇宙观地心说宇宙体系，“以太”概念的提出； vi. 生物阶梯论，分为三类：动物，植物和人；二 中世纪神学自然观1. 教父哲学提出者：古罗马圣奥古斯丁，补充：著作有天空之城上帝之城最早阐述了基督教的三位一体

6、思想i. 创世说：耶和华创造世界，见旧约.创世纪；ii. 原罪说：亚当和夏娃由于在伊甸园偷食禁果，因此人出生就带有“原罪”(sin)；iii. 救赎说：追随救世主，信奉上帝，忍受上帝，来世可以得救；iv. 来世赏罚说：行善上天堂，作恶下地狱；v. 天启说：一切同信仰抵触的都是无用的，一切信仰和真知，都是天启的结果；2. 经院哲学托马斯.阿奎那，上帝存在的五大论证：i. 不动之推动者；ii. 最终因；iii. 自身必然性；iv. 真实性等级：事物都是真实的，但真实的等级不一样；(上帝的真实性最高)v. 目的因；这五大论证，最终指向上帝的存在。三 机械唯物论的自然观 背景：力学和机械技术的发展；

7、伽利略发现摆的等时性。 牛顿发现微积分，万有引力，三大定律，自然哲学的数学原理(Philosophies Naturals Principia Mathemetica)，1687 机械唯物论：否认一切偶然性，认为一切都是必然的。形而上学的研究方法：暂时分解，简化。如科学问题的局部线性化，对于自然科学研究有重大的意义。但是，形而上学的方法不能作为自然观，只能用于简化的方法，毕竟不准确比没有强。 恩格斯认为，即存在必然性，又要承认偶然性。四 辩证唯物主义的自然观 第一次产业革命之后，出现了自然科学的三大突破：1. 德国的康德、拉普拉斯，宇宙系统论从“星云”到“星系”的演进；拉普拉斯(法国数学家，天

8、文学家，法国科学院院士)在积分变换、矩阵和概率论方面的贡献，天体力学主要奠基人，天体演化学的创立者，应用数学的先驱2. 维勒，合成尿素，从无机物合成了有机物，打破了“有机物来自生命体”的论点；3. 地质学的突破，掌握了地球形成的规律，“上帝”从自然观中退位；三大发现：1. 动物和植物统一于细胞；2. 不同能量之间的转化；3. 达尔文的生物进化论，使得“上帝”从生物学范围中退位恩格斯：一切僵硬的东西融化了，一切固定的东西消散了，一切被当作永久存在的特殊的东西变成了转瞬即逝的东西，整个自然界被证明是指永恒的流动和循环中运动的。破解芝诺悖论一 追龟辩 追龟辩的论点：飞毛腿（阿喀琉斯）永远追不上乌龟。

9、 假设阿喀琉斯每秒钟跑10米，乌龟每秒钟爬行1米，二者的初始位置为A0和B0,相距100米，开始时间的t=0。当阿喀琉斯跑到B0位置的时候花了10秒钟，此时乌龟又前进了10米；阿喀琉斯追上这10米的时候，乌龟又前进了1米如此循环，看起来，似乎是阿喀琉斯和乌龟的距离不断缩小，但就是追不上乌龟。这就是有名的芝诺悖论中的“追龟辩”。“追龟辩”的逻辑漏洞在于，它的假定是，无限个数相加必然是无穷大。事实上，学过无穷递缩等比数列求和的同学，都能够看穿这背后的本质。现假设，阿喀琉斯的速度为va，乌龟速度为vb，二者距离为s。由小学数学知识可得，阿喀琉斯追上乌龟所需的总时间 而“追龟辩”描述的追击过程是这样的

10、：阿喀琉斯跑到乌龟的位置的时候，耗费的时间是 在t0时间里，乌龟前进的距离s1 = vbt0。阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为 同理可知，在t1时间里，乌龟前进的距离s2 = vbt1。阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为 这样，阿喀琉斯追击乌龟总共所需的时间，是这样一个等比数列的和：将记为，式(5)简化为 根据无穷递缩等比数列求和公式得， 显然，式(7)和式(1)得出的结果相等。“追龟辩”的迷惑性，从数学上而言，是缺乏适当的数学工具(几何级数、无穷小量的相关知识)，从哲学上而言，是犯了孤立地看问题的错误，缺乏辩证法的方法论。在学习了微积分知识之后，“追龟辩”就不再具有迷惑性了。二 飞矢辩 “

11、飞矢辩”的论点是，飞行中的箭，在每一时刻都有其确定的位置，因此，飞行中的箭，在每一个时刻其实都是静止不动的。 破解“飞矢辩”需要具备一定的微分学知识。现设箭的位移为S，从发射算起的时间为t，速度为V。我们研究飞矢从时间t到t0的这段飞行过程，由物理学知识可以得到，这一段时间的平均速度记t=t-t0，s=s-s0，式(8)变为当t无限趋近于0的时候，得到的就是瞬时速度： 由微分学的知识可得，瞬时速度V为位移量S对世界t的导数。除非箭真的一直不动，否则V是不会为0的。推导到这里，我们已经破解了“飞矢辩”：箭的瞬时位置为S是可以确定的，而V不为0，也就是瞬间速度并不为0。“飞矢辩”的关键所在，是芝诺

12、偷换了一个概念：“瞬时”的位移是一个无穷小量，“瞬时”这个时间段也是一个无穷小量。芝诺认为，两个无穷小量的差就是无穷小，这点是“飞矢辩”的逻辑错误。“飞矢辩”的迷惑性，从数学上而言是缺乏研究无穷小量的工具，从哲学上来说，是犯了静止地看问题的错误。Chap 科学研究方法论一 研究实验方法1. 观察 i. 什么是观察？ 获取研究对象自然信息的过程。 广义的观察：除了用眼等各种感官，还包括借助各种仪器等。 ii. 观察的过程 阶段1：感官接受事物的信息； 阶段2：大脑处理判断信息； 看见了什么？是经过判断后的。 iii. 观察具有客观性； iv. 观察的易谬性； a. 表现；(视错觉) b. 易谬性

13、产生的原因在观察的三个阶段中： Phase 1, 在信息的产生，传播，接受过程中出错； Phase 2, 感觉器官的误判，局限性，错觉； Phase 3, 习惯性印象，粗略错误的认知，或理论的误导； v. 人为演示的剖析 a. 眼见未必为实错觉，障眼法 b. 事实的验证，不等于“解释”的正确 未知的理论，科学理论暂时不能解释的方法。 c. 表演包含了专业技术忽视专业技术，难以识破专业的表演技术；d. 表演不成功的“托词”最终的借口； vi. “气功”“特异功能”的剖析 a. 来历：孙思邈的千金药方“气功”一词，是解放后出现的，文革结束后“科学的春天”，泥沙俱下。国家领导人批示：不提倡，不批判导

14、致“气功”泛滥。 b. 气功的效能： 中医科学院，张洪林的双盲对比试验证伪。证明是心理暗示，安慰剂效应。 2. 实验又是一种观察 i. 什么是实验？在控制和干预事物的情况下，获取信息。文艺复兴后，人类逐渐掌握了科学的实验方法。 ii. 实验的特点： a. 析因实验； b. 探索型实验；创造新的条件 c. 测量型实验；依靠仪器的，更好的观察，更精密d. 优选实验；用较少的实验代价获取最精确的结果，正交设计使得各因素无关e. 模拟实验 3. 观察实验的重要意义观察实验是科学理论的突破口 i. 突破口引入新条件；ii. 科学精神，实事求是，依据第一手的材料，要保证实验数据的真实性，要保证实验是可重复

15、的。 “在科学探索之外，还有其他的动力” 实验要“公开，公平，公正”。接受质疑和检验，观察易谬性 4. 观察实验中的机遇问题 i. 偶然发现的机遇； ii. 捕捉机遇非常重要，有一定的难度； iii. 捕捉机遇对科研人员的要求 以高歌发明沙丘驻窝火焰稳定器为例。 a. 留心意外之事； b. 抓住意外之事的规律； c. 不要遗漏有价值的机遇； d. 机遇总是偏爱有准备的头脑；二 归纳和演绎 1. 归纳和演绎的定义； i. 归纳 ii. 演绎 2. 亚里士多德的归纳演绎方法 i. 归纳和归纳法 a. 归纳过程是找原因的过程 b. 简单枚举法： A1具有性质P； A2具有性质P； A3具有性质P；

16、所有的A均具有性质P。 c. 直观归纳法：依靠洞察力，在感觉经验资料中看到本质 ii. 演绎和演绎法 a. 演绎，依靠解释性原理； b. 演绎法：三段论 大前提 所有的M是P 小前提 所有的S是M M是中项，中项必须周延 结论 所有的S是P 三段论的关键是在大前提和小前提中，寻找一个中项。 3. 亚里士多德对“前提”的科学解释中，对前提的要求： i. 前提必须为真必须由各种事实归纳出的真命题； ii. 前提是无法证明的如几何公理； 举例：欧几里德几何学的三大公理和五大公设 iii. 前提必须比结论更为人所知； iv. 前提必须是结论的原因。 4. 归纳法的扩展：i. 穆勒五法：求同法，差异法，

17、求同差异法，共变法和剩余法；ii. 作图法；iii. 相关性分析；三 分析与综合 1. 背景 伽利略逝世，牛顿诞生，拉瓦锡、胡克和哈雷对自然科学的贡献； 2. 牛顿的分析方法在实验和观察的基础上，用归纳法进行论证，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，从普遍原因到最一般的原因 3. 牛顿的综合方法假定原因已经找到，并将它们列为原理，再由这些原理解释发生的现象，并用观察和实验，证明这些解释的正确性。 4. 牛顿分析综合方法的特点 i. 从对少数对象深入研究入手，然后在推而广之，“解剖麻雀”； ii. 通过观察实验来决定观察结果的取舍，大大提高科研效率； 5. 牛顿分析综合方法对原因的要求 所有牛顿

18、时代的“自然科学家”，都认为自己是“哲学家”。 “除了那些真实的，已经能解释现象的原因之外，不需要更多原因；自然界不做无用之事，因为自然界喜欢简单化，不爱用什么多余的来夸耀自己；对于自然界同一类结果，尽可能归于同一类原因。”四 公理化方法 1. 从欧几里德到牛顿 毕达哥拉斯的数学体系； 托勒密的“地心说”体系； 古希腊文化学术成就，在中世纪前传播到了阿拉伯，因此避免了轶失 2. 自然科学公理化的条件 i. 严格明确的基本概念；具有极高的概括性，而且是必不可少的； ii. 严格一致的公理和法则； 作用力/反作用力，加速度，矢量合成/分解； iii. 相应的数学工具；3. 公理化系统的优越性i.

19、形式简明，逻辑性强；ii. 数值严格，运算方便；iii. 普遍性高；iv. 可靠性高；Chap 创造性原理一 历史的回顾 从30年代起，考证“牛顿发现万有引力”等，苏美军备竞赛等二 创造及相关研究1. 创造什么叫“创造” 创造就是产生新颖而且有特殊效果的活动。2. 创造性思维 人们从事创造时，头脑中的思维活动。3. 创造的过程 i. 发现事实阶段。发现什么事实？ a. 问题； b. 解决问题的优势，所需要的资源； c. 是否适合创新解决这个问题 寻找合适，能够解决的问题，以及有关的材料 ii. 发现思想阶段find thought iii. 发现解决方案阶段 很多“发明”都停留在第二阶段，没有

20、进化到现在的阶段。4. 创造度，衡量创造的标准 某种创造性思维富含创造性的程度 i. 思维/创造的新颖性和独特性； ii. 要解决的问题，应当具有一定的未知性、独特性和不确定性； iii. 涉及的问题的难度提出后在多久时间内未解决； iv. 解决方案提出的效果最为重要；三 创新能力的相关因素 1. 创新能力与智力； i. 认知能力； ii. 记忆力人脑保存和检索已有知识的能力； iii. 发散思维思路向多方向发展 特征：丰富性，灵活性，新颖性和惊喜性 iv. 联想，想象与形象思维； v. 收敛思维，大大提高了形成方案的效率； vi. 评价能力，做出评价决策的能力。随着年龄增长而增加； vii.

21、 智商，19世纪中后期出现的概念。同创造力关系正相关，相关系数约0.3； 2. 创新能力与个性； i. 强烈的好奇心和求知欲； ii. 独立性与自主精神； iii. 批评与怀疑精神； iv. 富于冒险精神； v. 决心/毅力/责任感； vi. 兴趣广泛，知识面宽，富于幽默感幽默与创造性的关系 (不能仅限于一个方面优秀，而需要多方面的杰出) 以下是不利于创造的个性： viii. 从众性，自觉或不自觉与大多数他人保持一致的性格；从众性是可测验的，是人类的天性，是人类群体生活的必要因素。从众性对创造是有阻碍的，创造时需要对从众性进行适当的调节；ix. 偏执：指性格的片面和狭隘，判断问题过于片面和极端

22、，没有辨证地，实事求是地看待问题；x. 刻板：主要表现为对新变化的抵抗，或对新事物的反感；xi. 自私：总是极端为自己打算；创新需要对个性进行自我调节，发挥个性中有利一面的优势，规避个性中不利的一面对创新造成的负面影响。4. 创新能力与年龄、性别；i. 年龄，人有智力顶峰和体力顶峰的自然规律；ii. 性别，男女心理是有区别的；Chap 技术创新方法一 技术创新的基本过程 1. 典型过程：技术创新过程的线性模型 i. 发现目标 ii. 确定任务 iii. 寻找方法 iv. 实验 v. 确定设计 vi. 申请专利 vii. 实施和投产 viii. 开拓市场 例子：自来水笔的发明 2. 复变过程 i

23、. 步骤次序可能有变化； ii. 各步骤可能反复并行； 3. 技术创新与一般技术过程的区别 i. 技术创新的不确定性，难以确定规划； ii. 发明创造的突出标志：专利权的获得； iii. 新技术需要比旧技术优越，才能称为成功； 二 技术创新的目标 1. 需求是发明之母 i. 需求比兴趣更重要； ii. 大多数的需求来自于市场； iii. 需求的可实现性，需求与可能的统一； iv. 实现需求的代价和该需求的相称； 2. 来源之一：幻想与愿望 i. 幻想成真，例：莱特兄弟发明飞机； ii. 不切实的愿望，例：拍立得照相机； 3. 来源之二：解决问题 i. 搜罗问题推拉门槽滑带； ii. 懒惰带来问

24、题锅炉自动控制； iii. “娇气”的启示船尾外挂马达； 4. 来源之三：消除缺点 i. 抓住对手的毛病碳精话筒； ii. 愤怒是发明之母密纹唱片； iii. 体会顾客心理密封卫生毛巾； iv. 挑剔产品细节胶靴透气孔； v. 吝啬节约海绵乒乓球拍；三 创新构思的技巧 1. 创新任务的表述与思路 2. 观察，分析与联想将观察到的问题存在大脑中。 不要忽略意外的机会。例：近视手术的发明 3. 活用科学技术原理 i. 掌握技术原理； ii. 关注最新前沿技术发展； iii. 综合利用多重原理； 4. 组合法（一般只有少数能够最后成功） i. 元件组合；滤波器 ii. 功能组合；照相手机 iii.

25、材料组合；材料组合 iv. 方法组合；“鸡尾酒”治疗爱滋病 v. 概念组合；某些玩具 组合法的关键：1+12的效果。 5. 变化法：长短，粗细，大小，材料 变功能，变方法 6. 转换观察问题的角度 i. 改变用途：治病药-耗子药； ii. 逆向思考； iii. 移情及换位思考； 7. 转用法：将A领域中的技术，用在B领域中； 8. 类比法（仿生法），最著名例子：尼龙粘扣，对“苍耳子”的仿生四 灵感及其捕捉方法 1. 定义：发散思维中，自由联想产生出来的，具有特殊价值的想法； 2. 特点：处于头脑的边缘状态而不容易产生，或与大量其他种种可能混杂在一起，没有什么明显特征可以使它被优先考虑到。它正是

26、我们在发明创造（或其他活动中），极力追求的思想和概念。 3. 浮现的几率： 床上：38% 阅览室：17% 步行：21% 乘车：17% 4. 灵感捕捉的方法 i. 创造灵感产生的环境有张有驰 ii. 有灵感，要及时记录下来五 创新中的“头脑风暴”法 1. 定义一个小组汇集其成员，自动贡献的全部思想，以便寻找某一问题的解决办法的开会技巧（韦伯斯特国际词典） 2. 四条规则 i. 禁止批评消极批判必须留在最后； ii. 欢迎“畅所欲言”主意越怪越好； iii. 要求数量数量越大，出现有用主意可能性越大； iv. 寻求综合和改进； 3. 会前准备 主持人（召集人）起关键作用 确定主题，确定参加人，通知

27、，备忘录，准备时间 4. 会议进行，需要主持人、记录人 5. 会后的分析/筛选/实验 6. 行之有效的原因 i. 思想、主意的出现，主要依赖于联想及其链式反应； ii. 竞争的气氛促使灵感的出现； iii. 轻松幽默的气氛；六 创新构思评判的参考原则 1. 尊重科技原理，例：永动机的不可能性； 2. 实际可行性，例：特斯拉无线传输电能； 3. 市场接受的程度决定成败； 4. 相对最优原则，例：高铁和磁悬浮的优劣； 5. 机理简单原则，例：检测肥皂盒是否空盒； 6. 构思独特原则 7. 防止轻率推断七 文献资料与互联网的利用 1. 文献资料的重要性 i. 防止“重新发明轮子”； ii. 便于站在前人肩膀上，更高的起点； 2. 利用好各种资料 3. 专利文献 i. 及时性； ii. 详尽性； iii. 新颖性； 4. 互联网的利用 互联网的出现，使得查询学术，专利文献极其便利。 优先级：中文美国欧洲和日本八 创新与研制 1. 创新研制的必要性实践是检验真理的唯一标准；2. 创新研制的过程 i. 基本机理的验证，低成本原型； ii. 初步设计和优化实验； iii. 制出样品与评价； iv. 解决生产工艺问题；3. 创新研制的策略（以莱特兄弟研制飞机为例） i. 量力而行，精打细算； ii. 掌握方案设计与实验的平衡； iii. 合理地安排研制步骤；