6自然界的存在方式

自然界的存在方式谷晓芸[e-mail]自然界的存在方式自然界是各种物体相互联系的总体和系统，这个系统，从星球到原子以至更小的粒子形成无穷的系列和层次；相互联系的物体因相互作用构成运动，运动和物质不可分，运动、时间、空间是物质的固有属性和存在方式；自然界的物质运动形式是多种多样的，依据当时自然科学水平，各种物质运动形式又分成四种基本运动形式：机械运动、物理运动、化学运动和生物运动，这些基本运动形式在一定条件下可以相互转化，构成了自然界物质运动的统一性和永恒性；自然界的运动是有规律的，辩证法的三个规律是自然界的实在的、普遍的规律。——恩格斯《自然辩证法》自然界的物质性一、自然界的物质性列宁认为：物质是标志客观实在的哲学范畴。物质作为一个哲学范畴，最高度概括、涵盖最为广泛。它舍弃掉各种物质形态所特有的个性，仅保留客观实在性这个物质形态所具有的共性。哲学上的物质范畴不等于物质形态，不是具体物质，而是物质世界的共同的根本的属性。同一层次的哲学范畴有：存在、实在、实存等。自然界的物质性二、物质形态的多样性分类标准：物质的能动性生命物质和非生命物质分类标准：物质的聚集状态固态、液态、气态、等离子态、超密态物质。（真空场、反物质？）分类标准：自然物质在空间中的存在形式实物和场自然界的物质性三、物质形态的统一性起源上的统一性化学元素上的统一性；在基本粒子和夸克层次上具有统一性；质量守恒定律和能量守恒与转化定律；实物与场的统一性。自然界的系统性一、系统概念系统是由若干相互联系、相互作用的要素所组成的具有一定结构和功能的有机整体，系统是自然界的一种根本属性和存在方式。界定要点：系统的组成系统的结构系统的功能系统的整体性系统的环境自然界的系统性系统的元素、结构、环境与功能关系决定和影响系统功能的三个因素中，起主要作用的不是组成元素和环境而是结构。因为环境仅是功能存在和实现的条件，不是决定功能的内在根据。决定系统整体功能的内在根据是系统的组成元素和组成元素之间相互作用的结构。而系统的组成元素虽然是系统具有某种功能的物质基础和物质载体，但它不直接决定系统的功能。同组成元素相比，结构对系统性状、功能的决定作用更为直接。所以，比之环境和元素，系统的结构对于决定系统功能具有更直接更根本的意义。自然界的系统性二、系统是自然界物质存在的普遍形式整个自然界中的各种物质客体，从微观粒子到宇宙天体，从生物大分子到整个生物圈，无不以系统的方式存在着。例如无机界：强子，原子；有机界：DNA，细胞；……自然界的系统性三、系统的类型1.按系统与环境之间关系，分为：孤立系统既无物质交换又无能量交换封闭系统仅有能量交换而无物质交换开放系统既有物质交换又有能量交换自然界的系统性三、系统的类型2.按系统内发生的实际过程，分为：物理系统化学系统生命系统等；自然界的系统性三、系统的类型3、按人类对自然的认识程度不同，分为：黑系统又叫“黑箱”，不知系统的要素和结构白系统又叫“白箱”，清楚系统的要素和结构灰系统又叫“灰箱”，系统的要素和结构若明若暗自然界的系统性三、系统的类型4、按人类在物质系统构建中的地位和作用，分为：天然系统；人工系统；复合系统等。自然界的系统性三、系统的类型5、按系统内各要素相互作用的特点，分为：线性系统；非线性系统。人们采用不同的视角和不同的标准，可以对自然物质系统作出不同的划分。如：微观物质系统、宏观物质系统、宇观物质系统；生命系统、非生命系统；连续系统、离散系统；精确系统、模糊系统等等。自然界的系统性四、系统的基本特点1.整体性①系统整体性系统的各个要素按一定的方式构成有机整体，而具有不可还原的整体性质，即作为物质系统的整体，出现了它的组成部分所没有的性质或者失去了组成部分所具有的性质。自然界的系统性四、系统的基本特点1.整体性②系统整体与部分的关系系统整体由部分组成，整体不能脱离部分而独立存在。因此，在系统中，整体和部分之间存在着某些加和性或守恒关系。系统整体中的各组成部分之间存在着相互作用，会造成部分中旧质的消失而在整体中产生出新质。因此，在系统中，整体与部分之间又存在着非加和性或非守恒关系。自然界的系统性四、系统的基本特点2.开放性自然系统具有物质、能量、信息三要素，开放系统是指系统与外界环境进行物质、能量、信息的交流。自然界的物质系统都是与外界环境存在相互作用的开放系统，整个自然界就是由各种开放系统组成的。自然界的系统性四、系统的基本特点3.动态性现实开放的自然系统在产生、发展、衰退、消亡的过程中与外界不断进行着物质、能量、信息的交流，这就是系统的动态性。系统熵增走向无序、退化，系统递减便走向有序、进化方向发展。自然界的系统性四、系统的基本特点4.稳定性①系统的稳定性物质系统的稳定性是指物质系统在一定环境条件下能够保持某种状态的特性，它体现了物质系统与环境的相互作用关系。自然界的系统性四、系统的基本特点4.稳定性①系统的稳定性的衡量系统的稳定性可通过涨落衡量。系统的状态变量对平均值的一定偏离或起伏即涨落。只有经受涨落后能恢复自身状态的物质系统，才有存在的可能。这种对涨落的不变性就是系统的稳定性。然而，并非系统的每种状态都是稳定的。按照对涨落的不同反应可以区分出三种状态：恒稳态——对涨落保持不变的状态；亚稳态——在一定范围内对涨落保持不变的状态；不稳定态——在涨落下即行消失的状态。自然界的系统性四、系统的基本特点4.稳定性②系统的稳定性与耗散结构一个远离平衡态的开放系统通过不断与外界交换物质与能量，在外界条件的变化达到一定阈值时，可能从原来的无序混乱状态，转变为一种时空或结构有序的新状态，这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持，并保持一定的稳定性。这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，称为“耗散结构”。耗散结构作为一种时空有序结构，正是在一个自我保持和自我修复的系统中维护各部分之间关系的一种特定构型。因而其存在就标志着系统处于“稳定状态”。耗散结构的产生过程也是一种自组织形成的过程，其形成机制在一定程度上反映了系统稳定性产生并得以保持的内在原因。自然界的系统性四、系统的基本特点4.稳定性③系统的稳定性的相对性物质系统的稳定性是相对于一定范围而言的。超出这个范围，原有的稳定态就会失稳，涨落将支配系统的行为。当这种涨落被一定条件所巩固时，就会出现新的稳定态。即随着外界控制参量的变化，系统会经历稳定——失稳——再稳定的演化历程。自然界的系统性四、系统的基本特点4.稳定性③普利高津的结构-功能-涨落图按图式，随机涨落会导致系统内部机制的改变(普利高津称这种机制为“功能”)。如果这种改变不是发生在临界点附，那么系统的结构会平息涨落，系统依然是稳定的。如果涨落被放大到临界点附近，结构无法调整这些机制，稳态将转化为失稳，宏观时空结构也会发生变化。而在变化了的时空结构中，又会有新的涨落。自然界的系统性四、系统的基本特点5.层次性①系统的层次性层次结构指的是若干个组成元素经相干关系构成的系统，再经过新的相干关系而构成新的系统的逐级构成结构关系。如下图：非生命世界物质层次生命世界物质层次自然界的系统性四、系统的基本特点4.层次性②系统的层次性的特点a.层次结构构成性关系：低层系统必须是高层系统的构成部分，而高层系统也只能以低层系统为存在基础。层次结构中的构成性关系是物质系统之间的纵向的或垂直的有序关系，即子系统与母系统、各个子系统之间的相互包含和相互作用，它反映出不同层次之间是相互依存的。自然界的系统性四、系统的基本特点4.层次性②系统的层次性的特点b.层次结构的相干性关系：只有通过相干性关系，它们才能结合起来构成高一级系统，导致纵向层次间质的差异。随着每一个新物质层次的形成，总会有新质的突现和新功能的问世。相干性关系所造成的新层次往往在自身结构上更简单一些，从而为低层系统能够并入高层次的活动模式创造条件。自然界的系统性四、系统的基本特点4.层次性③系统层次结构的结合度由层次结构的基本特点决定了其结合度的差异性和递减性等特征。一般随着层次由低向高推进，结合的紧密程度由大到小递减：从将夸克结合为基本粒子的力到将中子和质子结合为原子核的核交换力；从将原子核与电子结合的电磁力到将原子结合为分子的共价键或离子键；从将化学分子结合为生命大分子到将多细胞结合为生命整体；直至维持生物群落和生态系统的力量，不但具有巨大的强弱差异，而且是依次递减的。自然界的系统性四、系统的基本特点4.层次性③系统层次结构的因果链上向因果链和下向因果链。其一，低层系统及其相干性关系作为原因，可以在高层系统中引起一定的结果，决定高层系统的特点和规律，此乃其上向因果链。其二，高层系统对低层系统的支配、影响和限制，这是其下向因果链。这种双向因果链的存在，不仅造成了层次之间的差别，也沟通了层次之间的联系：上向因果链的存在，提供了从低层次规律入手认识高层次现象的可能性；而下向因果链的存在，则保证了从高层次规律出发对加入高层系统的低层现象进行解释和预言的可能性。加和性加和性：是指各部分可以用简单相加的办法逐渐建立整体的特性，即整体的特征能够分解为各个要素的特征之和。非加和性非加和性：系统各部分之间的相干性，使系统出现其组成部分所没有的新属性，系统与其构成要素之间出现质的差异。相干性是指一种耦合关系。耦合各方经过物质、能量、信息的交换而彼此约束、选择、协同和放大。约束和选择意味着耦合各方原有自由度的减少乃至部分属性的丧失；协同和放大意味着耦合各方在一种新的模式下协调一致地活动，其原有的属性可以被拓宽放大。它们交错重叠在一起，共同导致属性不可分割的整体的形成。非加和性例证：在一个原子中，原子核与电子之间的制约使电子受到时空状态、随机性、自由度等方面的约束；由于约束，排除了一部分可能的状态，保留了另一部分可能的状态，这便意味着选择，最终使得核与核外电子协同构成原子，使原子具有了金属性、非金属性等原子核与核外电子所不具有的新属性。如果整体由于部分的相干性出现新属性，则整体在相关的属性上，便表现出非加和性。这种非加和性特征表明，物质系统的整体特性既不能归结为它的组成部分的特性，也不是其组成部分的简单“堆积”。普利高津结构—功能涨落图线性与非线性线性和非线性首先用于区别函数y=f（x）对自变量x的依赖关系。线性函数，画出来是一条直线。其它一切高于x一次方的多项式函数和其它函数，都是非线性的。最简单的非线性函数是抛物线。线性指量与量之间的正比关系，函数图象一根直线。在线性系统中，部分之和等于整体，描述系统的方程遵从线性叠加原理，即方程的不同解加起来极为解。非线性则与之相反，无正比性质，因此更复杂，非线性系统则叠加原理失效。线性系统的特征均匀性：首先它表现在系统量在空间分布上均匀，其次表现在系统各要素之间相互作用的权重在时间、空间上均匀。独立性：两个不同因素的组合作用等于每个因素单独作用的简单叠加，遵守线性叠加原理。可逆性：线性系统中将时间T反转变为T=-T，那么将沿同一轨迹回到原状态，例如牛顿第二定律，F=ma，如果T=-T，它的形式是不变的，将沿原运动的逆运动运行。非线性系统的特征非均匀性：表现在空间颁布、作用方式、效果随时间、地点不同而不同，如我们熟知的台风，其便是复杂的非线性系统，它内部是不均匀的；相干性：系统内部各要素相互约束，相互反馈，相互干扰，线性叠加原理失效。如光干涉、衍射等；不可逆性：这是非线性系统的普遍特征，生命活动不可逆每日天气不可逆，深化行为可逆，其主要原因便是由于非线性系统的非均匀性(主要是时空上的不均匀)，使得系统内部各要素的重要性及作用不对称。