1、 自 然 观自然观：是人们关于自然界以及人与自然关系的总看法、总观点。系统层次观 进化历史观 持续发展观自然界的系统层次观物质联系的系统方式自然界的物质性主要回答存在着的 “是什么 ”的问题； “如何存在 ”由系统方式和运动形式来回答。物质普遍联系的基本形式 系统何为系统 ?贝塔朗菲 ：处于一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。钱学森 ：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，且此系统本身又是它所从属更大系统的组成部分。恩格斯 ：我们面对着的整个世界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体。系统 是由相互联系、相互作用的元素（要素）按照一定的结构组
2、成的有特定功能的有机整体 。要点 ：1） 任何系统必须有两个以上的要素构成。2)系统诸要素之间、要素与系统整体之间的相互联系、作用，形成了特定的结构。3）要素彼此之间联系性成为一个统一的有机整体。4）系统作为一个整体对环境表现出特定的功能。结构 ：要素在系统内部恒定的分布和排列。 空间结构：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：地球自转公转、潮汐、电谐振、生物钟、心脏的脉动等 时空结构：树木的年轮等功能 ：系统与外界（环境）作用产生影响和效力的能力。 静态功能： 动态功能功能以结构为基础，功能是结构的表现；功能对结构有反作用，功能的发挥会损耗结构 。系统功能性的表现
3、：同构同功 异构异功 同构多功 系统的基本特点1 整体性 加和性（量的加和，无新质） 非加和性（新质）黑格尔： “ 一只手，如果从身体上割下来，按照名称虽仍然可叫做手，但按照实质来说，已不是手了。 ”2 层次性指系统与环境中其他系统相互作用，构成较高一级系统，而本身则成为较高一级系统的要素或子系统。 按照质量和尺度的相对大小：渺观、微观（小于 10-15千克、 10-6厘米）宏观、宇观、胀观（比宇观大 1019个数量级，典型尺度为 1016亿光年） 按系统的组织性和复杂性大小：简单系统 （要素少、作用简单）简单巨系统 （要素多、作用简单、在同一等级）复杂巨系统 ：（要素多、同一等级的要素已经分
4、成若干等级的子系统。例如细胞 -器官 -系统 -动物体）特殊复杂巨系统 ：社会系统系统层次之间的关系 高层次系统包含低层次系统，两者是整体与部分之间的关系。 层次和系统复杂性有对应关系。层次越高，复杂性越大（牛顿力学体系一个层次质点，热力学系统两个层次宏观微观，生物体包含多个层次） 层次的分化和子系统的中心化。（太阳） 系统结合力与层次高低成反比。3 有序性指系统各部分在空间、时间上分布规则性、组织性和确定性。4 动态性系统的种类 孤立系统 ：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。自然界的进化历史观
5、自然界演化的科学图景（宇宙与人） 宇宙的起源 恒星的起源 生命的起源 人类的起源 智力的起源宇宙的起源宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。淮南子 原道训注： “ 四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。 ” 即宇宙是天地万物的总称。 千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天 ,科学家们才确信 ,宇宙是由大约 150亿年前发生的一次大爆炸形成的。 在爆炸发生之前 ,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起 ,并浓缩成很小的体积 ,温度极高 ,密度极大 ,后发生了大爆炸。 大爆炸使物质四散出击 ,宇宙空间不断膨胀 ,温
6、度也相应下降 ,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命 ,都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而 ,大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释 ,“在所存物质和能量聚集在一点上 ”之前到底存在着什么东西？ “ 大爆炸理论 ” 是伽莫夫于 1946年创建的。从宇宙大爆炸到人类诞生从宏观到微观宇宙是由大约 150亿年前发生的一次大爆炸形成的宇宙的实际年龄为 137亿年星系与恒星的形成 根据弥漫说的理论，恒星形成可分为两个阶段，开始时先由极其稀薄的物质凝聚成星云并进一步收缩成原恒星，然后原恒星才发展成为恒星。 右下图 :宇宙边缘的恒星状球体恒星世界 :从年青、炽热到死亡新星和超新星蟹
7、状星云 :1054年超新星爆炸遗迹银河系的诞生太阳系的形成太阳、行星与地球地球形成与地壳运动大陆漂移说海底扩张说板块构造说可逆与不可逆可逆与不可逆是自然界演化过程中两种相互对应的状态。可逆 如果系统从某一状态变到另一状态后，能够在回复到原来的状态，并且同时使系统的环境也回复到原状的过程。不可逆 若系统及其环境一经变化后，不能回复，这种过程就是不可逆。可逆不可逆，实际反映了自然演化的状态对时间的关系，直接涉及时间箭头问题。时间之矢人们关于时间的观念经历了几次重大的变革。20世纪前，人们相信经典物理学的时间概念，时间与物质运动的性质没有内在联系，时间仅仅是从外部描述运动的任何一个几何参量，与参考系
8、无关。时间是对称的，它没有方向，没有箭头，可正可负，未来与过去等价。20世纪初，相对论彻底否定了牛顿的绝对时空观。爱因斯坦指出，时间和空间都是相对的，时间和空间并非与物质及其运动无关，时间和空间随着物体运动速度的变化而变化，时间不再是系统演化的外部因素，而是内部因素。但是爱因斯坦仍然认为时间时可逆的，它没有方向，没有箭头。20世纪 70年代，英国宇宙学家霍金试图统一引力理论和量子力学时，引入了 “ 虚时间 ” 的概念，虚时间是时间乘以负一的平方根。时间类似于一个空间维，而不仅仅是实时间。 “ 虚时间和空间的方向是不能互相分辨的。一人能在虚时间中向前走，也能转身向后走，这意味着在虚时间向前和向后
9、的方向上不能有重要的不同。 ”但是人们看到的时间，向前向后有很大不同，自然界中的实际发生的过程都是不可逆的，有时间箭头。不可逆过程是无条件的、绝对的。至少有以下几种时间之矢热力学、统计物理学的时间之矢： 熵增加的方向。生物学的时间之矢： 生物进化的时间方向。由低级向高级、由简单到复杂的进化图景。这是一个复杂性不断增加的不可逆过程，与热力学演化的时间箭头相反。电磁学的时间之矢： 以电磁振荡所产生的电磁波的传播方向来表征时间的单方向性。实验表明，点源辐射球状电磁波只能向无限远传去，称为 “推迟波 ”。量子力学的时间之矢 ：原子的自发辐射的时间方向。原子内部，电子从高激发能级自发跃迁到低能级，而不能
10、自发从低能级跃迁到高能级，除非从外界吸收能量，这是不可逆过程。宇宙学的时间之矢 ：即自大爆炸起的宇宙不断膨胀的方向。反映宇宙起源与大爆炸的宇宙学是有时间方向性的。美国天文学家累泽尔等人认为，以宇宙膨胀的的运动方向作为时间箭头应该是更普遍 的。序、有序和无序序 时空结构的规则性，这种规则性既可以用来描述自然系统的状态，也可以反映自然系统的演化过程。有序 意味着系统内部的某种组织性与确定性（要素的空间排列的规则，变化过程明显的周期性，系统行为表现出一定的关联性）无序 系统内部各组成要素之间混乱而无规则的组合及其变化的无规则性。任何系统都是有序与无序的不同程度的辩证统一。这种不同程度，构成了系统的一
11、定秩序，即有序度。有序度的表示 ：a)熵：在热力学系统中，系统的熵 S 与相对应的微观状态出现的概率 W成正比。 S=KlnW K为波尔兹曼常数， W为系统状态出现的概率，而混乱程度越高，出现的概率越大。因此，熵越大，系统越无序，熵越小，系统结构越有序。b)信息：信息论中，信息被看作是减少或消除不确定性的东西。信息量越大，结构越有序，反之，越无序。I= logP I 为信息量， P为概率C)序参量：源于相变理论和协同学。序参量可以是可以测量的物理量，也可以是抽象量。可以是标量和矢量。序参量的存在表示系统所达到的有序化程度。随着控制参量趋于临界值，序参量会突然出现迅速放大，标志系统已达到某种有序的时空结构和功能行为，系统已处于某种特定模式中。自然界的演化方向：进化与退化1865年德国物理学家克劳修斯将热力学第二定律应用于宇宙演化，提出宇宙 “ 热寂论 ” 退化生物进化论 进化他组织、自组织、自组织的条件他组织 系统的空间结构、时间结构、功能结构是在特定的外界干预的情况下获得的。自组织 系统自发的组织化、有序化和系统化的过程。自然界的系统演化，自然事物的结构的形成和有序化都是自组织的过程。比利时科学家普里高津创立耗散结构理论，统一了进化退化的矛盾。 1997年获诺贝尔化学奖。
