04-20世纪科技发展对自然观的影响

自然辩证法课程第五章20世纪科技发展对自然观的影响1、19、20世纪之交的物理学革命2、20世纪科学技术发展的概况3、现代科学的哲学意义自然辩证法课程1、19、20世纪之交的物理学革命19世纪末20世纪初，光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。三大发现：（1）X-射线（1895，伦琴）（2）放射性（1896，贝克勒尔）（3）电子（1897，汤姆逊）自然辩证法课程两朵小小乌云：（1）黑体辐射中的“紫外灾难”（2）迈克尔逊-莫雷所做的“以太漂移实验”理论拟合的曲线2理论拟合的曲线1实验曲线黑体辐射中的“紫外灾难”L1光源接收器L2运动方向以太迈克尔逊-莫雷所做的“以太漂移实验”自然辩证法课程经典力学、热力学、经典电磁理论的矛盾和危机：（1）经典力学相对性与经典电磁理论的相对性不相容（2）热力学第二定律的不可逆性与牛顿力学可逆性的对立原子论的危机：电子的发现演化方向上：生物学进化,热力学退化（熵增定律）力学与统计解释的矛盾：决定论（确定论）与统计论简单性与复杂性线性与非线性之间的关系全面危机自然辩证法课程电磁学理论——微观、高速1、时空观（绝对、无关）2、相对性原理经典力学矛盾不统一物理规律在不同惯性参照系下，经伽利略变换，数学方程式一样。解决矛盾在逻辑上的两种可能：1、相对性原理不适合电磁现象的描述，存在一个绝对参照系“以太”参照系。2、相对性原理成立，但是伽利略变换不适用于电磁定律，需要找出一个替代的变换规律。对经典力学的修补：1、G.Fizgerald收缩假说2、H.A.Lorentz洛伦兹变换自然辩证法课程（1）爱因斯坦（1879-1955）相对论相对性原理在所有惯性参照系中，物理学规律都是相同的，不存在一个优于其他惯性系的绝对惯性系。光速不变原理在所有惯性参照系中，真空中的光线都是以确定的速度c运动的,不管这光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。1907年，爱因斯坦给出著名公式：1916年，《广义相对论的基础》建立完整的广义相对论理论1919年，广义相对论理论被验证1905年6月，《论运动物体的电动力学》提出狭义相对论物理学革命2mcE自然辩证法课程“同时性”概念：“对于一个观察者来说是同时发生的两个事件，对别的观察者来说，就不一定是同时的。”因此，同时性只是相对的。爱因斯坦以相对性原理和光速不变原理作为公理前提，并利用同时的相对性，导出了空间坐标和时间坐标在不同惯性参照系之间的变换关系式（在形式上与洛伦兹变换相同），从而最终把力学和电磁学在运动学水平上统一了起来。几个推论：1、光速是运动速度极限；2、距离在运动方向上收缩；3、运动时钟变慢；4、质量随速度增加而增大。狭义相对论自然辩证法课程科学意义经典力学实现了力学现象的综合，电磁学理论实现了磁、电、光现象的综合，狭义相对论的建立，使力学理论和电磁学理论在更高的层次上实现了综合。哲学意义1、从根本上否定了牛顿经典力学的绝对时空观。根据相对论，时间、空间与物质不可分割，随物质运动状态而改变。2、揭示了时间与空间的统一性。狭义相对论证明了时间与空间存在着内在的、本质的联系，把三维空间扩展到四维。自然辩证法课程物理学革命1900年，普朗克提出能量子假说；1905年，爱因斯坦提出光量子假说和理论；20世纪初，卢瑟福提出原子的有核模型——太阳系模型；1912-13年，玻尔建立（经典）量子论原子模型；1923年，德布洛意提出物质波假说；1925年，海森堡提出矩阵力学；1926年，薛定谔提出波动力学；1927年证明两者等价；1927年，海森堡提出“测不准原理”，玻尔提出“互补原理”。（2）量子论和量子力学建立自然辩证法课程量子力学的自然图景在微观领域引入概率随机性；突现了量子现象的整体性以及伴随而来的主客体分界的模糊性。连续轨迹的概念不连续的量子跃迁概念严格决定论的概念概率决定论的概念定域的概念整体论的概念爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）就量子力学是否完备所发生的长达30年的争论。自然辩证法课程2、20世纪科学技术发展的概况20世纪上半叶：相对论宏观、高速；量子理论微观世界；追求统一性弱力、强力、电磁和引力作用的统一20世纪中叶以来：探索复杂性早期出现一般系统科学：系统论、信息论和控制论（40年代）；后来出现了一系列自组织科学理论：耗散结构、协同学、突变论、超循环论、混沌理论、分形理论。非线性科学的统一特性非线性、自组织性、整体特性的涌现性。自然辩证法课程诺贝尔奖诺贝尔：1833.10.21-1896.12.10诺贝尔奖是根据诺贝尔遗嘱所设基金提供的奖项（1969年起由5个奖项增加到6个），每年由4个机构（瑞典3个，挪威1个）颁发。1901年12月10日，即诺贝尔逝世5周年时首次颁发。诺贝尔在其遗瞩中规定，该奖应每年授予在物理学、化学、生理学或医学、文学与和平领域内“在前一年中对人类作出最大贡献的人”，瑞典银行在1968年增设一项经济科学奖，1969年第一次颁奖。出生于瑞典首都斯德哥尔摩，发明安全炸药。诺贝尔自然辩证法课程重要分支学科粒子物理学基本粒子、夸克物质的“可分性”：有限或无限相互作用的统一性：“物理学理论的终极”。现代宇宙学爱因斯坦开创现代宇宙学,建立静态宇宙模型。“一生中犯的最大错误”。动态宇宙模型：大爆炸宇宙理论，60年代得到观测支持。宇宙,我们的（观测）宇宙,开宇宙、闭宇宙和平宇宙,200亿光年,黑洞，有界无限。有限和无限。现代地学魏格纳的大陆漂移说赫斯的海底扩张说威尔逊的板块学说自然辩证法课程50年代，发现DNA双螺旋结构60年代，遗传密码破译,人工合成蛋白质70年代，生命起源新理论,人工合成核酸80年代，生物工程90年代，克隆、人类基因组工程计算机科学技术、网络技术40年代出现计算机50年代晶体管计算机60年代集成电路计算机70年代大规模集成电路计算机,人工智能知识工程,ARPANet,计算机网络80年代神经网络计算机再兴,因特网生物学（生命科学）伦理学问题法律问题道德问题等赛博空间Cyberspace新型人际关系人机关系新的伦理道德问题自然辩证法课程系统科学、非线性科学40年代，系统工程，一般系统论、控制论、信息论60-70年代，耗散结构理论、突变论、协同论、超循环理论80-90年代，混沌理论，分形理论，孤子理论当代，探索复杂性科学前沿整体和部分；结构和功能；线性和非线性，有序和无序；非线性世界与线性简化，非线性方法论。自然辩证法课程复杂性理论研究的基本框架一般系统论控制论信息论协同学突变论耗散结构论超循环论一般系统科学自组织理论现代系统科学非线性科学混沌动力学分形理论孤立子理论大系统理论复杂巨系统理论灰色系统理论复杂性科学遗传编程进化策略进化编程遗传编程人工生命进化计算主体神经网络L-系统元胞自动机网络动力学自然辩证法课程生态和环境50年代，现代生态学60年代，环境问题、绿色运动70年代，全球问题，联合国《人类环境宣言》80年代，地球系统科学,可持续发展90年代，联合国《21世纪议程》,《中国21世纪议程》科技、经济、自然和社会的协调发展高新技术群计算机技术信息技术网络技术生物工程和科学技术新材料科学技术新能源技术海洋科学技术空间科学技术先进制造技术自然辩证法课程追求简单性探索复杂性关注本体和认识问题联系道德伦理与法律问题研究无机界研究生命、智能兴趣驱动的小科学任务驱动的大科学认识导向的科学认识导向和应用导向并重的科学总体特点20世纪科学技术发展迅速，发展更全面，注重整体，分析更深入问题一：科学研究自主性与国家利益问题二：学术的国际化与自主性自然辩证法课程3、现代科学的哲学意义（1）现代科学的发展需要哲学爱因斯坦：物理学的当前困难，迫使物理学家比其前辈更深入地掌握哲学问题。认识论要是不同科学接触，就会成为空架子。科学要是没有认识论——只要这真是可以想象的——就是原始的和混乱的。库恩：在公认的危机时期，科学家们必须转向哲学分析，作为解开他们的领域中的谜的工具。自然辩证法课程（2）现代科学促进哲学的进步相对论牛顿绝对时空观：时间、空间、物质之间的绝对分割；狭义相对论时空观：四维时空，时间与空间不可分割；广义相对论时空观：时间、空间与物质之间不可分割。量子论机械决定论与统计决定论；对主体与客体之间关系的新认识；爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）长达30年的哲学争论。自然辩证法课程系统科学60-70年代:“静态”阶段——耗散结构理论、协同学80-90年代:“动态”阶段——混沌学、分形学系统科学研究的“系统范式”：从方法上反对立足于部分的分析还原方法系统科学揭示的世界图象：简单性的世界→复杂性的世界存在的世界→演化的世界确定性的世界→非确定性的世界自然辩证法课程创始人为一群科学家，最著名的包括：气象学家洛仑兹（E.N.Lorenz）、数学家约克和李天岩、May，KAM（柯尔莫哥洛夫-阿诺德-莫什尔）等。混沌学“混沌”（Chaos），原意紊乱、无序和无规律。但在混沌理论中，它指的不是纯粹的无序。混沌理论研究的是具有确定性的非线性系统，混沌“来源于决定论性方程的无规运动”。混沌是确定性的非线性动力学系统本身产生的不规则的宏观时空行为。自然辩证法课程（1）内在随机性。这种不确定性是系统自发产生的。（2）初值敏感性。“失之毫厘，谬之千里”。“蝴蝶效应”。（3）非规则有序。混沌不具备周期性和其他明显对称特征的有序态。但非周期运动不是无序运动，而是另一种类型的有序运动。混沌的基本特征民谣Forwantofanail,theshoewaslost;Forwantofashoe,thehorsewaslost;Forwantofahorse,theriderwaslost;Forwantofarider,thebattlewaslost;Forwantofabattle,thekingdomwaslost!钉子缺，蹄铁卸；蹄铁卸，战马蹶；战马蹶，骑士绝；骑士绝，战事折；战事折，国家灭！自然辩证法课程分形学创始人为曼德布罗特（B.B.Mandelbrort,1924-）他的《分形、形态、机遇和维数》及其修正本《自然界的分形几何学》是分形理论问世的重要标志。“分形”（fractal）意指不规则的、支离破碎的。该词由数学家曼德布罗特新造，用以描述自然界中极不规则、极不光滑的物体形体：弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉、粗糙不堪的断面、枝繁叶茂的树木、飘舞飞扬的雪花、变化无常的浮云和九曲回肠的河流等。分形是描述无标度性对象的概念，具有分形物体的特征是分数维数；分形和分维数是科学家观察、描述和解释世界的新视觉、新视角。自然辩证法课程世界图景的多元格局（雷泽尔）无时间性图景（以量子力学为代表）有时间性图景高熵发展（以热力学第二定律为代表）低熵发展可预测的（以相对论宇宙学为代表）不可预测的（以生物进化论为代表）自然辩证法课程“科学史是人类思想灵魂的外化”《剑桥科学史丛书》：乔治·巴萨拉和威廉·科尔曼30年精心编辑。北大任定成和复旦龚少明主持翻译，11本。复旦大学出版社，2000年。《中世纪的物理科学思想》（格兰特）《文艺复兴时期的人与自然》（狄博斯）《近代科学的建构》（韦斯特福尔）《科学与启蒙运动》（汉金斯）《19世纪物理学概念的发展》（哈曼）《19世纪的生物学和人学》（科尔曼）《19世纪医学科学史》（拜纳姆）《20世纪的生命科学史》（艾伦）《技术发展简史》（巴萨拉）《俄罗斯和苏联科学简史》（格雷厄姆）《科学与宗教》（布鲁克）