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系统论112


系 统 论
——系统科学哲学
北京物资学院商学院

工商管理系

郭红莲

Email:ghl1995@126.com


? 什么是系统



? 系统的分类
? 系统的特性 ? 《系统论》的学科性质 ? 《系统论》的内容 ? 课程要求和考核办法

一、什么是系统?
系统是由相互作用、相互依赖的若干 要素组成的具有特定功能的有机整体。 要组成系统有三个基本条件: 1.由两个以上的要素组成 2.要素之间存在有机联系 3.系统具有特定功能

例如:生态系统
生产者 消费者

分解者 无机界

二、系统的分类
自然系统和人工系统 ? 开放系统和封闭系统 ? 实体系统和概念系统 ? 生态系统、机械系统、社会系统、宇宙系 统……
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一、什么是系统?



系统是由相互作用、相互依赖的若干要素组成的具 有特定功能的有机整体。 生 态 系 统 要组成系统有三个基本条件: 生产者 消费者 1.由两个以上的要素组成 2.要素之间存在有机联系 3.系统具有特定功能 无机界 分解者

三、系统的特性
※ 整体性
系统的功能不是各要素功能的简单 迭加、拼凑,而是呈现出各组成要 素所没有的新功能。即“整体大于 部分之和。”

Fs ? ? Fi
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※ 相关性



? dQ1 ? dt ? f1 (Q1 , Q2 , Q3 , ?? , Qn ) ? ? dQ2 ? f (Q , Q , Q , ?? , Q ) 2 1 2 3 n ? dt ? ?? ?? ? ? dQn ? dt ? f n (Q1 , Q2 , Q3 , ?? , Qn ) ? ?

系统中任一要素与其他要素 是互相关联、互相制约的。 羊 狼 他们之间某一要素如果发生 了变化,则对应其他相关联 的要素也要相应地改变和调 整,从而保证系统整体的最 佳状态。

三、系统的特性
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整体性 相关性 目的性 层次性 结构功能相关性

系统与环境的相互作 系统的功能不是各要 系统中任一要素与其 用中,在一定范围内, 素功能的简单迭加、 他要素是互相关联、 其发展变化不受或少 拼凑,而是呈现出各 互相制约的。他们之 受条件变化或途径经 组成要素所没有的新 间某一要素如果发生 历的影响,坚持表现 功能。即“整体大于 了变化,则对应其他 部分之和。” 出趋向预先确定的状 相关联的要素也要相 态的特性。 例:水分子 应地改变和调整,从 例:导弹 而保证系统整体的最 佳状态。例:下棋

三、系统的特性
整体性 ? 相关性 ? 目的性 ? 层次性 导弹 ? 结构功能相关性
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差 (2) 偏 差 (1)


目标

三、系统的特性
整体性 ? 相关性 ? 目的性 ? 层次性 ? 结构功能相关性
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系统作为一个诸要素的总 系统的结构决定系统的功能, 体来看,它可以分解为一 如:同素异形体; 系列的子系统;而这一系 二者之间相互区别、分离, 统又是上一级系统的子系 如:虎落平川受犬欺; 统——要素。 二者之间相互作用、转化, 例:官分八品,爵分五等 如:通过运动健身。

四、《系统论》的学科性质
系统科学是以系统思想为中心的一类新型 的科学群。它包括一般系统论、信息论、控制 论、耗散结构论、协同学以及运筹学、系统工 程、信息传播技术、控制管理技术等等许多学 科在内,是20世纪中叶以来发展最快的一大类 综合性科学。它们本来都是独立形成的科学理 论,但它们相互间紧密联系,互相渗透,在发 展中趋向综合、统一,形成了统一的学科。系 统论就是对系统科学进行的哲学概括,是系统 科学与辩证唯物主义的桥梁,也称为系统科学 哲学。

学科
一般系统论 信息论 控制论 运筹学 系统工程 耗散结构理论 协同学 突变论 超循环理论

创始人
贝塔朗菲 (奥—美) 申农(美) 维纳(美) 许多科学家 许多科学家 普利高津 (比利时) 哈肯(德) 托姆(法) 艾根(德)

所在领域
理论生物学 数学物理学 数学 数学 自然科学 物理化学 理论物理学 数学 生物物理学

创立初衷
解决生物学内部机 械论与活力论之争 解决现代通讯问题 解决自动控制技术 问题 解决二战中军事决 策问题 解决现代大型组织 的管理、决策问题 解决自然系统的有 序及控制问题 解决自然系统的有 序及控制问题 专门研究突变现象 研究生命起源

第四层
系统观

关于系统的哲学和方法论的 观点,是系统科学通向马克 思主义哲学的桥梁和中介

系统学 运筹学 控制论 巨系统理论 信息论

第三层
系统科学的基本理论层

第二层
系统工程技术的直接理论层

系统工程 自动化技术 通信技术

第一层
工程技术层

《系统论》与其他系统科学的关系

五、《系统论》的内容体系
第一篇 系统思想溯源
中国传统系统思想

第三篇 系统论的基本原理
系统整体性原理 系统开放性原理 系统层次性原理 系统目的性原理

西方传统系统思想
马克思主义奠基人的系统思想 现代系统思想的兴起

系统突变性原理
系统自组织原理

系统稳定性原理
系统相似性原理

第二篇 辨证系统观
——从系统观看世界
宇宙系统观 生命系统观 精神系统观

第四篇 系统论与管理实践
灰色系统理论 博弈论

模糊数学理论
层次分析法

生态系统观
社会系统观

六、课程要求和考核办法
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要求
– 做笔记 – 不迟到,不早退,遵守课堂纪律

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考核办法
– 考试成绩*0.5+平时成绩*0.5 – 平时成绩包括:
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考勤(迟到一次减3分,旷课一次减7分) 作业(笔记+作业) 其他(课堂提问、课堂表现等)

课堂作业
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列举一个系统,用系统的特性说明其组 成要素、要素之间的关系及其整体功能。 并对进一步增强其整体功能提出建设性 建议。

第一篇 系统思想溯源
1.中国传统系统思想
1.1《易经》的系统思想 1.2 道家的系统思想

1.3《孙子兵法》的系统思想
1.4 都江堰的系统思想

1.5 中医理论和群炉汇铸的系统思想

1.1《易经》的系统思想
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一、《易经》把世界看作一个由基本要 素组成的系统整体。 二、《易经》把世界看成是一个由基本 矛盾关系所规定的多层次系统整体。 三、《易经》把世界看成一个动态的循 环演化的系统整体。

一、《易经》把 世界看作一个由 基本要素组成的系统整体。
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八卦图

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古者,包牺氏之王天下也, 仰则观象于天,俯则观法于 地,进取诸身,远取诸物, 于是始作八卦,以通神明之 德,类万物之情。 有天地,然后万物生焉,盈 天地之间者唯万物。 《易》与天地准,故能弥纶 天地之道。 八卦成列,象在其中矣,因 而重之,爻在其中矣,刚柔 相推,变在其中矣,系辞焉 而命之,动在其中也。

二、《易经》把世界看成是一个由 基本矛盾关系所规定的多层次系统 整体。
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卦是这个体系的要素,六十四卦中,相生相克,相反 相成,形成了概括天地间万事万物的世界体系。 作为世界体系的要素,卦也是有其结构的,是有更基 本组成的“子系统”,这样的更基本组成就是阴阳对 立双方,即一对基本矛盾。 在《易经》的世界体系中,天地及其衍生出来的基本 要素——天、地、雷、风、水、火、山和泽八种基本 的实体,组成了四对矛盾关系,进而在重卦里又进一 步变为三十二对矛盾关系,俗称正反卦,六十四卦都 是按正反卦排列成体系的。

三、《易经》把世界看成一个动 态的循环演化的系统整体。
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是故《易》有两极,是生两仪,两仪生四象, 四象生八卦——乾、坤、巽、震、坎、离、 艮、兑。 这种生成的、动态的朴素系统观,同时在两 个层次上,即从爻作为卦的要素的层次,以 及卦作为整个体系的要素的层次上,都得到 了反映。 六爻从初爻至上爻,迭次排列,代表事物由 始到终的运动过程,当事物发展到上爻,过 程终极,于是折返至初爻,周而复始,循环 运动。

《易经》系统思想的局限性
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卦表现的是一种符号,并非科学意义上的抽 象。 无论卦的构成还是层次的形式,尽管实质上 是以矛盾对立为基础、富有辨证思维,但却 带有机械论的痕迹,即是以阴阳的“二进制” 为唯一的基本形式。 通篇都讲变易的,但是总体上却是没有发展 的,只是回到原地的循环,周而复始,是变 化论中的线性循环论。

1.2 道家的系统思想
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老 子

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一、道是万物的本体及本原,是 万物赖以存在的根据,又是派生 万物的本原,天地万物都由道演 化而来。 二、道不仅是对天地万物的一种 整体性的表述,而且是对于天地 万物自发生成和发展的一种概括。 三、道存在于万事万物的发展变 化之中,是万物发展变化所必须 遵循的规律。 四、道是事物的本原,又是事物 的法则,而且是处于自发的不断 运动之中。

一、道是万物的本体及本原,是万物赖以存 在的根据,又是派生万物的本原,天地万物 都由道演化而来。
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道,可道,非常道;名,可名,非常名。无名,天 地之始;有名,万物之母。 道冲,而用之或不盈。渊兮,似万物之宗。 道生一,一生二,二生三,三生万物。

二、道不仅是对天地万物的一种整体性 的表述,而且是对于天地万物自发生成 和发展的一种概括。
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无状之状,无象之象 道之为物,惟恍惟惚。惚兮恍兮,其中有象, 惚兮恍兮,其中有物。窈兮冥兮,其中有精。 其精甚真,其中有信。自今及古,其名不去。 以阅众甫。吾何以知众甫之状哉?以此。 独立而不改,周行而不殆,可以为天下母。 吾不知其名,字之曰道。强为之名曰大。

三、道存在于万事万物的发展变化之中, 是万物发展变化所必须遵循的规律。
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通于天者,道也。 人法地,地法天,天法道,道法自然。 道者,万物之所由也,蔗物失之则死,得之者 生,为事逆之则败,顺之则成。

四、道是事物的本原,又是事物的法则, 而且是处于自发的不断运动之中。
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庄 子

天道运而无所积,故万物成。 春气发而百草生,正得秋而万 宝成。夫春与秋,岂无得而然 哉?天道已行也。 天其运乎?地其处乎?日月其 争与所乎?孰主张是?孰维纲 是?孰居无事而推行是?意者 其有机缄而不得已邪?意者其 运转而不能自止邪?

普里高津、斯唐热、詹奇的高度评价
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庄子在这段话中提出的“这些问题对我们今天依然存 在。”“我们正是站在一个新的综合、新的自然观的 起点上。也许我们最终有可能把强调定量描述的西方 传统和着眼于自发自组织世界的中国传统结合起 来。”“西方科学和中国文化对整体性、协和性理解 的很好的结合,这将导致新的自然哲学和自然观。” ? ——普里高津,斯唐热.《从混沌到有序》 詹奇在《自组织的宇宙观》中引用《庄子》《秋水》 篇作为全书中心思想的概括:“故曰,尽师是而非, 师乱而无治乎?是未明天地之理,万物之情也。”

1.3《孙子兵法》的系统思想
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《孙子兵法》从全面战略高度 来讨论战争、注意战略与战术 的结合。

?《孙子兵法》用动态系统运筹 的观点对战争进行了淋漓尽致的 分析,达到了很高的水平。 ?《孙子兵法》强调了信息和控制 对于战争的重要性。 孙 武

一、《孙子兵法》从全面战略高度来讨论战 争、注意战略与战术的结合。
兵者,国之大事也。死生之地,存亡之道, 不可不察也。(强调战争是国家的大事,而决 非军事家的事) 故经之以五事校之而索其情:一曰道,二 曰天,三曰地,四曰将,五曰法。(要从道、 天、地、将、法五个方面系统地分析研究战争, 而不可能就战争而论战争,因为战争系统只是 社会大系统中的一个子系统,它只能是在整个 社会诸因素的制约之中发挥作用。)

二、《孙子兵法》用动态系统运筹的观 点对战争进行了淋漓尽致的分析,达到 了很高的水平。
《计篇》夫未战而苗算胜者,得算多也; 《谋攻篇》凡用兵之法,全国为上,破国 未战而苗算不胜者,得算少也。多算胜,少算 次之;全军为上,破军次之;全旅为上,破旅 不胜,而况无算乎!吾以此观之,胜负见矣。 次之;全卒为上,破卒次之;全伍为上,破伍 次之。是故百战百胜,非善之善者也;不战而 屈人之兵,善之善者也。

二、《孙子兵法》用动态系统运筹的观 点对战争进行了淋漓尽致的分析,达到 了很高的水平。
故上兵伐谋,其次伐交,其次伐兵,其下攻城。 攻城之法为不得已。

《作战篇》 凡用兵之法,驰车千驷,革车千乘, 带甲十万,千里馈粮,则内外之费,宾客之用,胶 漆之材,车甲之奉,日费千金,然后十万之师举矣。
兵非益多也,惟无武进,是以并力、料敌、取 人而已。

二、《孙子兵法》用动态系统运筹的观 点对战争进行了淋漓尽致的分析,达到 了很高的水平。
《计篇》计利以听,乃为之势,以佐其外。势 者,因力而制权也。(造势也是一个动态过程,是 要根据实际情况的变化而采取相应的措施才能实现) 《谋攻篇》故用兵之法,十则围之,五则攻之,倍 则分之,敌则能战之,少则能逃之,不若则能避之。 故小敌之坚,大敌之擒也。 (敌进我退,敌驻我扰,敌疲我打,敌退我追)

三、 《孙子兵法》强调了信息和控制 对于战争的重要性。

《谋攻篇》知己知彼者,百战不殆;不知彼而知己, 一胜一负;不知彼,不知己,每战必殆。 《地形篇》 知己知彼,胜乃不殆;知天知地,胜乃 不穷。

《用间篇》 不知敌之情者,不仁之至也,非人之将 也,非主之佐也,非胜之王也。故明君贤将,所以动而 胜人,成功出于众者,先知也。先知者,不可取于鬼神, 不可象于事,不可验于度,必取于人,知敌之情者。三 军之事,莫亲于间,赏莫厚于间,事莫密于间。为间者, 必成大功,此兵之要,三军之所恃而动也。

三、 《孙子兵法》强调了信息和控制 对于战争的重要性。

《谋攻篇》知己知彼者,百战不殆;不知彼而知己, 一胜一负;不知彼,不知己,每战必殆。 《地形篇》 知己知彼,胜乃不殆;知天知地,胜乃 不穷。 《军事篇》 言不相闻,故为金鼓;视不相见,故为 旌旗,夫金鼓旌旗者,所以一人之耳也;人既专一,则 勇者不得独进,怯者不得独退,此用众之法也。故夜战 多火鼓,昼战多旌旗,所以变人耳目也。

三、 《孙子兵法》强调了信息和控制 对于战争的重要性。
凡治众如治寡,分数是也;斗众如斗寡,形 名是也。

《序实篇》 出其所不趋,趋其所不意

1.4 都江堰的系统思想
一、都江堰水利工程
分四六 (一)都江鱼嘴分水工程 (二)宝瓶口束水工程 (三)飞沙堰溢洪排沙工程 平潦旱 深淘滩 低作堰

二、都江堰的系统思想

三、都江堰的系统思想的启示

主体工程绵延三公里




百丈堤 都江鱼嘴 内金刚堤
二王庙



外金刚堤





灌县城 人




离堆

都江堰示意图

长 一 公 里 , 最 宽 处 为 70 米

长180米

长 80 米 , 宽 20 米 , 高 40 米

二、都江堰的系统思想
都江堰由相对简单的几项工程有机地结合起来而成,获得 了任何一项单独的工程都不可能取得的效应。都江堰系统工程 的建成,使成都平原十四个县五百万多亩农田受益,使之获得 “天府之国”的美誉。 分水鱼嘴随季节自动控制流量,飞沙堰自动调节内江水位, 自动排除泥沙卵石,宝瓶口顺利地将江水导入成都平原自动灌 溉体系,形成了自动分流、溢洪排沙、自动灌溉三项效能的综 合。 反过来说,没有分水鱼嘴工程,就不可能实现分流和自动 调节流量,没有宝瓶口的束水作用和附属部分离堆的顶托作用, 就不会形成旋流,泥沙就过不了飞沙堰,于是又会造成宝瓶口 被沙石堵塞,内江之水就无法流入成都平原;总之,没有这几 项工程的有机结合,就没有都江堰的综合效能。

三、都江堰的系统思想对企业的启示
? 因势利导,力争费省效宏 ?人尽其用,发挥最大才能
?资源整合,寻求整体最优 ?不断创新,增强竞争活力

1.5中医理论和群炉汇铸的系统思想
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中医理论:方剂是以药物为基础,中医理论为指导, 按照组成原则构成,具有一定的结构和特定的疗效为 基本特征。药物组合为基础,这里药物的组合,不是 药物功能的简单相加,而是在中医理论的指导下,经 过辨证求因,审因论治后,按照组方的配伍原则,确 定君药、臣药、佐药、使药,形成一定的结构和特定 的疗效,重要的是诸药相合后,能共奏治病祛邪之功。 这时,药物经过有机组合已经变成了方剂,而每一味 药物也已经变成了方剂中的一员,这种质的变化,正 是方剂与药物的根本区别。

1.5中医理论和群炉汇铸的系统思想
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君、臣、佐、使 小儿消积止咳口服液: 君药:山楂、槟榔,消食导滞;食积得消,则郁热痰浊无依、 生热生痰无源。 臣药:枇杷叶、瓜蒌、桔梗、连翘,清肺化痰,宣散肺气;痰 消阴,肺热清,肺气降,则咳嗽自止。 佐药:葶苈子(泻肺平喘)、莱菔子(消食化积兼降气化痰)、 蝉蜕(清肺热、宣肺热)、枳实(行气消痰)。 使药:桔梗,除宣散肺气、祛痰止咳外,还能引导诸药直达病 所。 综合:以消失化积为主,兼以宣肺化痰止咳,共同达到祛病治 病的目的。

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天人相应,天人合一。人是自然的产物,人与自然有二个共性:1、完 美的自我调节能力;2、天然的生态平衡。
除了极少数先天性疾病患者外,绝大多数人原本是无病的。所谓 生病,其实质就是由于种种因素,破坏了人体原本完美的自我调节能 力及天然的生态平衡。然后,代谢失常,产生一系相关列症状。中医 的治疗,其实是通过各种方法,借助人体本能的自我调节能力,使之 恢复到原本正常的状态,再一次达到人体的生态平衡。 比如:同样是胃溃疡,有的患者爱吃冷的,而有的患者则恰恰相 反----怕吃冷的,中医会相据寒热虚实之不同而分别用药,而西医则基 本上都是以杀灭幽门螺杆菌为主。在中医看来,幽门螺杆菌其实是人 体内环境失去生态平衡后的产物,当人体内环境恢复生态平衡时,幽 门螺杆菌也就无法为患了。

中医的“寒、热、虚、实”都是对整体“势态”的描述;西医的 炎症是对具体致病因素的描述。中医针对的是整体的“势态”,西医 针对的是具体的“因素”;中医的标靶是动态的,西医的标靶是静态 的;所以,对于同一种病,中医的治疗方案有时截然不同,西医的治 疗方案往往千篇一律。

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比如:白虎汤证,它针对的体征是:“大热、大汗、 大渴,脉洪大”。临床称之为“四大”。

麻疹、肺炎、糖尿病,只要出现了以上一组症 状,就可用白虎汤治疗,而且,用之必效!
中医调整的是状态。疾病在不同的阶段,表现 出不同的状态,中医必须要随机应变。

群炉汇铸的系统思想
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永乐大钟,重达40多 吨,采用的就是群炉汇 铸的技术。当时的熔炉 高仅一丈二尺,容量只 有一吨。工匠们在铸件 周围建起一系列熔炉, 使其总容量与铸件重量 相等,炉群位高,铸型 位低,各炉槽均作辐射 状通向铸型。安排停当 后,各炉同时生火冶炼, 炼成的金属溶液一齐汇 流铸型,万钧大钟顷刻 铸成。

?钟本身也是一个结构最佳

永乐大钟

的合金系统。现代声学研究 表明,这口大钟有46.5 吨重,化学分析表明其合金 比例是铜50.54%,锡 16.4%,铅1.12%, 其他金属少量,被认为是最 佳比例结构,所以它的音质 悦耳、优雅感人,音响更是 纯厚绵长、圆润洪亮,而且 节奏明快、穿透力强,钟声 可达百里之遥。

2.西方传统系统思想
2.1 古希腊的系统思想 ? 2.2 近代科学与系统思想 ? 2.3 近代工业技术中的控制装置
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2.1 古希腊的系统思想
?泰勒斯 ?毕达哥拉斯 ?赫拉克利特 ?德谟克利特 ?柏拉图
水是万物的始基 数是万物的始基 火是万物的始基 万物的始基是“原子”

泰勒斯

巧量金字塔

(公元前625年~ 前547年)

毕达哥拉斯 (约公元前580 年~前500年)

“万物皆数”

他们很重视数学,企图用数来解释一切。宣称数是宇宙万物的 本原,研究数学的目的并不在于使用而是为了探索自然的奥秘。 他们从五个苹果、五个手指等事物中抽象出了五这个数。这在 今天看来很平常的事,但在当时的哲学和实用数学界,这算是 一个巨大的进步。在实用数学方面,它使得算术成为可能。在 哲学方面,这个发现促使人们相信数是构成实物世界的基础。
毕达哥拉斯对数论作了许多研究,将自然数区分为奇数、偶数、 素数、完全数、平方数、三角数和五角数等。在毕达哥拉斯派 看来,数为宇宙提供了一个概念模型,数量和形状决定一切自 然物体的形式,数不但有量的多寡,而且也具有几何形状。在 这个意义上,他们把数理解为自然物体的形式和形象,是一切 事物的总根源。因为有了数,才有几何学上的点,有了点才有 线面和立体,有了立体才有火、气、水、土这四种元素,从而 构成万物,所以数在物之先。自然界的一切现象和规律都是由 数决定的,都必须服从“数的和谐”,即服从数的关系。

毕达哥拉斯还通过说明数和物理现象间的联系,来进一步证明自 己的理论。他曾证明用三条弦发出某一个乐音,以及它的第五度 音和第八度音时,这三条弦的长度之比为6:4:3。他从球形是最完 美几何体的观点出发,认为大地是球形的,提出了太阳、月亮和 行星作均匀圆运动的思想。他还认为十是最完美的数,所以天上 运动的发光体必然有十个。 他还有一套这样的理论:地球沿着一个球面围绕着空间一个固定 点处的“中央火”转动,另一侧有一个“对地星”与之平衡。这 个“中央火”是宇宙的祭坛,是人永远也看不见的。这十个天体 到中央火之间的距离,同音节之间的音程具有同样的比例关系, 以保证星球的和谐,从而奏出天体的音乐。 他同时任意地把非物质的、抽象的数夸大为宇宙的本原,认为 “万物皆数”,“数是万物的本质”,是“存在由之构成的原 则”,而整个宇宙是数及其关系的和谐的体系。毕达哥拉斯将数 神秘化,说数是众神之母,是普遍的始原,是自然界中对立性和 否定性的原则。

毕达哥拉斯学派认为数最崇高,最神秘,他们所讲的 数是指整数。“数即万物”,也就是说宇宙间各种关 系都可以用整数或整数之比来表达。但是,有一个名 叫希帕索斯的学生发现,边长为1的正方形,它的对 角线(根2)却不能用整数之比来表达。这就触犯了这 个学派的信条,于是规定了一条纪律:谁都不准泄露 存在根2 (即无理数)的秘密。天真的希帕索斯无意中 向别人谈到了他的发现,结果被杀害。但根2很快就 引起了数学思想的大革命。科学史上把这件事称为 “第一次数学危机”。希帕索期为根2殉难留下的教 训是:科学是没有止境的,谁为科学划定禁区,谁就 变成科学的敌人,最终被科学所埋葬。

小故事:
毕达哥拉斯有次应邀参加一位富有政要的餐会,这位主 人豪华宫殿般的餐厅铺着是正方形美丽的大理石地砖, 由于大餐迟迟不上桌,这些饥肠辘辘的贵宾颇有怨言; 这位善于观察和理解的数学家却凝视脚下这些排列规则、 美丽的方形磁砖,但毕达哥拉斯不只是欣赏磁砖的美丽, 而是想到它们和[数]之间的关系,于是拿了画笔并且蹲 在地板上,选了一块磁砖以它的对角线 AB为边画一个 正方形,他发现这个正方形面积恰好等于两块磁砖的面 积和。他很好奇,于是再以两块磁砖拼成 的矩形之对 角线作另一个正方形,他发现这个正方形之面积等于5 块磁砖的面积,也就是以两股为边作正方形面积之和。 至此毕达哥拉斯作了大胆的假设: 任何直角三角形, 其斜边的平方恰好等于另两边平方之和。那一顿饭,这 位古希腊数学大师,视线都一直没有离开地面。

思想:
1.永恒的活火 2.万物皆流 3.逻各斯 4.对立统一
赫拉克利特 (约公元前540年—— 前480年 )

1.永恒的活火
“这个有秩序的宇宙(科斯摩斯)对万物都是相同的,它既不是 神也不是人所创造的,它过去、现在和将来永远是一团永恒的活 火,按一定尺度燃烧,一定尺度熄灭。” 赫拉克利特主张火与万物可以相互转化,但并未说明转化是 如何进行的。 原因:火是诸元素中最精致,并且是最接近于没有形体的东西; 更重要的是,火既是运动的,又是能使别的事物运动。 赫拉克利特认为万物的本原是火,说宇宙是永恒的活火,他的 基本出发点是:这个有秩序的宇宙既不是神也不是人所创造的。 宇宙本身是它自己的创造者,宇宙的秩序都是由它自身的逻各斯 所规定的。

2.万物皆流 赫拉克利特有一句名言“人不能两次走进同一条河流”,这句 名言的意思是说,河里的水是不断流动的,你这次踏进河,水流 走了,你下次踏进河时,又流来的是新水。河水川流不息,所以 你不能踏进同一条河流。显然,这句名言是有其特定意义的,并 不是指这条河与那条河之间的区别。赫拉克利特主张“万物皆 动”,“万物皆流”,这使他成为当时具有朴素辩证法思想的 “流动派”的卓越代表。 赫拉克利特的这一名言,说明了客观事物是永恒地运动。变化 和发展着的这样一个真理。恩格斯曾评价说:“这个原始的、朴 素的但实质上正确的世界观是古希腊哲学的世界观,而且是由赫 拉克利特第一次明白地表述出来的:一切都存在,同对又不存在, 因为一切都在流动,都在不断地变化,不断地产生和消失。”赫 拉克利特还认为,事物都是相互转化的。冷变热,热变冷,湿变 干,干变湿。他还明确断言:“我们走下而又没有走下同一条河 流。我们存在而又不存在。”

3.逻各斯 赫拉克利特认为万物是永远变动的,而这种变动是按照一定 的尺度和规律进行的。这就是他的逻各斯学说,是他的辩证法 思想的第二个方面。 万物的运动,无论是火的燃烧和熄灭以及万物的生成和互相 转化都是按照一定的逻各斯进行的;这种逻各斯主要就是一种 尺度、大小、分寸,即数量上的比例关系。这种尺度当然也是 一种规律,但它和通常说的一般规律还有点不同,即尺度还只 是一种主要表现为数量上的一定的比例和关系,而一般规律却 不仅表现在数量方面也可以表现在其他方面。从抽象的程度说, 一般规律高于尺度。人的认识发展是从具体到一般的,先从具 体的事物中发现比较一般的东西,然后再深入到更为一般的东 西。所以,发现尺度是发现一般规律的前一步,从认识尺度再 前进一步就可以认识一般规律。赫拉克利特提出的逻各斯正是 处在人类认识发展的这个阶段——认识尺度、比例上。

4.对立统一

原始的统一是不断地活动和变化的,永不停止。它的创 造是毁灭,毁灭是创造。一种东西变成另外一种东西,比 如火变成水,火就消失在新的存在形式中。每一种东西都 这样变成它的对立面,因此每一种东西都是对立性质的统 一。没有什么东西的性质不变,没有什么东西具有永恒的 性质。从这一意义来看,每一种东西既存在,又不存在。 有这种对立,才能有世界。比如,音乐中的和谐就产生于 高低音调的结合。
世界为斗争所支配。赫拉克利特说,“战争是万有之父 和万有之王”。如果没有斗争和对立,世界就会消亡—— 停滞或者毁灭。对立和矛盾统一起来才能产生和谐。“生 与死,梦与醒、少与老,是同样的东西。后者变化,就成 为前者,前者便回来,则称为后者。”

德谟克利特

(公元前460~前370)

世间万物都是由不可分割的 物质即原子组成。宇宙间的原子 数是无穷无尽的,它们的大小、 形状、重量等都各自不同,并且 不能毁灭,也不能创造出来。 他 们把宇宙的形成解释为:宇宙间 的原子在虚空中永远运动着,由 于旋涡式的运动,把大的一些原 子赶到旋涡中心而形成了地球, 而较细小的水、气、火等原子被 赶到空间,产生了环绕地球的旋 涡运动。地球以外的大原子聚在 一起形成湿块,靠它们通过旋涡 时的运动变得干燥而燃烧起来形 成天体。

注重道德哲学,反对 研究自然,认为可 以通过问答和批评 讨论来揭示事物的 真谛,奠定了辨证 法的系统运用。
苏格拉底

苏格拉底反诘法
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学生:苏格拉底,请问什么是善行? 苏格拉底:盗窃、欺骗、把人当奴隶贩卖,这几种行为是善行 还是恶行? 学生:是恶行。 苏格拉底:欺骗敌人是恶行吗?把俘虏来的敌人卖作奴隶是恶 行吗? 学生:这是善行。不过,我说的是朋友而不是敌人。苏格拉底: 照你说,盗窃对朋友是恶行。但是,如果朋友要自杀,你盗窃 了他准备用来自杀的工具,这是恶行吗?学生:是善行。 苏格拉底:你说对朋友行骗是恶行,可是,在战争中,军队的 统帅为了鼓舞士气,对士兵说,援军就要到了。但实际上并无 援军,这种欺骗是恶行吗? 学生:这是善行。 这种教学方法有其可取之处,它可以启发人的思想,使人主动 地去分析、思考问题、他用辩证的方法证明真理是具体的,具 有相对性,在一定条件下可以向自己的反面转化。这一认识论 在欧洲思想史上具有巨大的意义 。

? 创立了理念论来对抗原子论:
几何学表达了理念界的永恒的完美性。

? 世界是有层次性的:
可见世界和可知世界——几何体是真 正的组成要素。

? 理念也是一个等级系统:
具体事物——数学和科学——艺术和 (约公元前427年-前347 道德——善 年)
柏拉图

?亚里士多德
? 宇宙模型:多层次、天旋地静 ? 世界的划分:月上世界与月下世界 ? 四因说:质料因、形式因、动力因、目的因 亚里士多德
(约前384年—前322年)

? 整体大于部分之和

? 正确评价亚里士多德

2.2 近代科学与系统思想
1543年《天体运行论》
《天体运行论》的第一卷是 全书的精髓,先后论述了 “宇宙是球形”、“大地也 是球形”、“天体的运动是 均匀永恒之圆运动或复合运 动”。哥白尼说,“天体的 这种旋转运动对于球来说是 固有的性质,它反映了球形 的特点。球这种形状的特点 是简单、没有起点、也没有 终点,旋转时不能将各部分 相区别。而且球体形状也正 是旋转作用本身造成的。”

尼古拉· 哥白尼

(1473—1543)

《运行》的第二卷 介绍了有关的数学原理,其中平面三角和球面三角的演算方 法都是哥白尼首创的。这里陈述了三角形的规则,即从三角形的已知某些边和角 去推算其他边和角的规则。这包括了三边是直线的平面三角形和三边是球面上圆 弧作成的球面三角形。 《运行》的第三卷 是恒星表。 《运行》的第四卷 介绍地球的绕轴运行和周年运行。

第五卷论述了地球的卫星——月球。哥白尼非常重视研究月球,特别是月食。 他认为在月食的时候,人们可以从月球、地球和太阳的相对位置,得到关于宇宙 的真实结构的暗示。“因为,当宇宙别的部份都是澄明的和充满日光的时候,所 谓黑夜就不是什么别的东西,而只是地球本身的阴影。这个阴影形成一个圆椎形, 尾端尖削。月亮一接触到这个阴影,就会失去光泽,而当它出现在阴影正中央时, 它的位置正好和太阳相对。”
他的最后一卷准备写关于行星运行的理论。 哥白尼的功绩在于:他用科学的太阳中心说,推翻了在天文学上统治了几千年的 地球中心说。这是天文学上一次重大的革命,引起了人类宇宙观的革新。

2.2 近代科学与系统思想
?哥白尼 1543年《天体运行论》 ?培根 《新工具论》
树枝——各门具体学科

?笛卡儿 《哲学原理》

我思固我在 树干——物理学
树根——形而上学
知 识体系

《方法谈》? 避免急躁与偏见,接受清 晰和独特的思想
?牛顿
? 把正在考虑的难题分成尽 可能多和必要的部分,以 《自然哲学的数学原理》 便把它最好地解决 ? 运动三定律和万有引力定律 ? 从简单到复杂渐次前进 ? 自然界是一架大型机械钟 ? 进行无一遗漏的完整分析

1686年

弗兰西斯?培根 1561-1626

《新工具论》是培根最重要的著 作。这部著作基本上是号召人们 采用实验调查法。由于完全依靠 亚里士多德演绎逻辑方法的荒诞 可笑,因而需要一种新的逻辑方 法——归纳法。知识并不是我们 推论中的已知条件,而是要从条 件中归纳出结论性的东西,更确 切地说是我们要达到目的的结论。 人们要了解世界,就必须首先去 观察世界。培根指出要首先收集 事实,然后再用归纳推理手段从 这些事实中得出结论。虽然科学 家在每一个细节方面并不都是遵 循培根的归纳法,但是他所表达 的基本思想对观察和实验有重大 意义,构成了自那时起科学家一 直所采用的方法的核心。

?笛卡儿 《哲学原理》

《方法谈》
树枝——各门具体学科 树干——物理学 ? 避免急躁与偏见,接受清 晰和独特的思想

我思固我在 ? 把正在考虑的难题分成尽 知 识体系 可能多和必要的部分,以 便把它最好地解决
笛卡儿 (1596-1650) ? 从简单到复杂渐次前进 ? 进行无一遗漏的完整分析

树根——形而上学

?牛顿 1686年 《自然哲学的数学原理》
爱因斯坦说:“至今还 没有可能用一个同样无 所不包的统一概念,来 替代牛顿的关于宇宙的 统一概念。而要是没有 牛顿的明晰的体系,我 们到现在为止所取得的 收获就会成为不可能。” 牛顿

1643-1727

牛顿的发明或发现
1.三大运动定律

2.万有引力定律
3.建立行星定律理论的基础 4.光学 5.牛顿二项式定理及微积分

微积分
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笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲 线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下,在钻研笛卡 尔的解析几何的基础上,找到了新的出路。可以把 任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的 平均值,这就是一个微小的路程和时间间隔的比值, 当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候,就是 这一点的准确值。这就是微分的概念。 求微分相当于求时间和路程关系得在某点的切线斜 率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的 路程,可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和, 这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关 系的曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发, 建立了微积分。

万有引力
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早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学 家严肃认真的考虑过这个问题。比如开普勒就认识 到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起 作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样。 1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体 沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是 引力,并且试图推到引力和距离的关系。 1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为 太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心 力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普 勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距 离的平方成反比。

谦虚、怪异、不朽的牛顿
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在力学和天文学方面,有伽利略、开普勒、胡克、 惠更斯等人的努力,牛顿有可能用已经准备好的材 料,建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己 所说的那样“如果说我看得远,那是因为我站在巨 人的肩上”。而在化学方面,因为正确的道路还没 有开辟出来,牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。 牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的: “我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我 自己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩, 为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更 为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面 前的浩瀚的真理的海洋,却全然没有发现。”

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海王星: 1781年3月3日,英国著名天文学家威廉· 赫歇耳发现天王星以后,世界上一些天文学家根 据牛顿引力理论计算天王星轨道时,发现计算的结果总与实际观测位置不符合。这就引起 人们思索:是牛顿理论有问题,还是另外有一个天体引力施加在天王星上?1845年,一位 年仅26岁的英国剑桥大学青年教师亚当斯,通过计算研究认为在天王星轨道外还有一颗大 行星,正是这颗未知的大行星的引力,才使理论计算和实际观测的位置不符合,他并且计 算预报了这颗未知大行星在天空中的位置。然而,他的预报没有引起有关天文学家的重视。 同样,1845年夏季,法国天文工作者勒威耶,也独立地通过计算预报了天王星轨道外这颗 未知大行星在天空中的位置。德国柏林天文台长伽勒,根据勒威耶的预报位置,于1846年 9月23日果然发现了这颗大行星。其发现位置与勒威耶预报的位置仅差52分,与亚当斯预 报的位置仅差两度27分。因此,科学家们都认为,海王星的发现首先是这两位青年人的功 绩,当然也肯定了伽勒的观测成果。海王星的发现又使太阳系的边界向外延展了约17亿公 里。海王星的发现是牛顿奠定的天体力学的辉煌成果,是理论指导实践的典范。1989年, “旅行者”2号探测器发现海王星也有光环。 冥王星: 冥王星是在1930年由于一个幸运的巧合而被发现的。一个后来被发现错误的计算“断言” 基于天王星与海王星的运行研究,在海王星后还有一颗行星。美国亚利桑那州的Lowell天 文台的Clyde W. Tombaugh由于不知道这个计算错误,对太阳系进行了一次非常仔细的观 察,然而正因为这样,发现了冥王星。 发现了冥王星后,人们很快发现冥王星太小及与其他行星运行轨道有差异。对未知行星 (Planet X)的研究还在继续,但没发现任何东西。如果采用了旅行者2号飞船计算出的海王 星的质量,那么另一个质量差异就消失了,也就不会有第十颗行星了。 冥王星是唯一一颗还没有太空飞行器访问过的行星。甚至连哈博太空望远镜也只能观察到 它表面上的大致容貌 很幸运,冥王星有一颗卫星,冥卫一。也是靠着好运气,它才能被发现。这是在1978年, 它在向着太阳系内运行时,刚好运行到轨道的边缘时被发现的。所以可能通过冥卫一观察 许多冥王星的运行,反之亦然。通过精密计算,什么物体什么部分在什么时候被覆盖以及 观察光亮曲线,天文学家能够绘出两个半球光亮区域与黑暗区域的大致地图。

伽利略、开普勒、牛顿
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伽利略一方面发现了落体定律,依照这个定律,落 体所经过的距离和落下所经过的时间的平方成正比。 另一方面,如我们将看到的,他又提出一个不完全 符合这个定律的命题:一个物体的动量(它的冲量 或动量)是由质量和速度决定的,所以它在质量是 常数时就和速度成正比了。笛卡儿采用了后一个命 题,认为运动物体的质量和速度的乘积就是该物体 的运动的量度。——恩格斯《自然辩证法》 在太阳系的天文学中,开普勒终于发现了行星运动 的规律,而牛顿则从物质的普遍运动规律的角度对 这些规律进行了概括。 ——恩格斯《自然辩证法》

伽利略、开普勒、牛顿
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同18世纪法国人传下来的把牛顿神话(英国使他满 载荣誉与财富)这种做法相反,黑格尔指出;开普 勒(德国让他饿死)是现代天体力学的真正奠基者; 牛顿的万有引力定律已经包含在开普勒的所有三个 定律中,在第三定律中甚至明确地表达出来了。— —恩格斯《反杜林论》 新兴自然科学的第一个时期——在无机界的领域 内——是以牛顿告结束的。这是一个掌握已有材料 的时期,它在数学、力学和天文学、静力学和动力 学的领域中获得了伟大的成就,这特别是归功于开 普勒和伽例略,牛顿就是从他们二人那里得出自己 的结论的。——恩格斯《自然辩证法》

伽利略、开普勒、牛顿
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牛顿万有引力定律。能够给予它的最好的评价就是: 它没有说明而是描绘出行星运动的现状。运动是给 定的。太阳的引力也是给定的。应当怎样从这些数 据中说明运动呢?用力的平行四边形,用现在已成 为一种必要假定而且我们不得不加以采用的切线力 来说明。这就是说,如果我们以现有状态的永恒性 为前提,我们就需要有一个第一次推动,上帝。但 是,现有的行星状态并不是永恒的,而运动本来也 不是复合的,而是简单的旋转,力的平行四边形用 在这里是错误的,因为它不只限于说明尚待发现的 未知数X,就是说,因为牛顿所要求的,不仅要提出 问题,而且还要解决问题。——恩格斯《自然辩证 法》

2.2 近代科学与系统思想
特征:

? 在自然科学发展初期,世界图景是一幅机械的、分 析的、线形的、被组织的。
? 天地及其间的万物固定不变,一切自然现象都是互 不联系、各自孤立的东西,它们只能是在空间中彼 此无关地无组织地并列着,复杂性只是表面的而非 实质的,而且它们也没有时间上的发展变化的历史, 仅仅是存在着的并非演化着的东西。
原因: 化学——燃素说 生物学——襁褓中 植物和动物机体——肤浅的研究,并用纯粹的机械的原 因来加以解释。

2.3 近代工业技术中的控制装置
?震动器
磨盘转动快 结合棱转快 ?瓦特的离心式调节器 送进磨口谷粒减少 负荷、摩擦力减小 转速减慢 磨盘转动加快 震动器工作原理 送进磨口的谷粒增多 负荷、摩擦力加大

飞球转速调节器原理图

3.马克思主义奠基人的系统思想
3.1马克思主义诞生的时代科学背景 3.2马克思的系统思想 3.3恩格斯的系统思想

3.马克思主义奠基人的系统思想
3.1马克思主义诞生的时代科学背景 3.2马克思的系统思想 3.3恩格斯的系统思想

3.1 马克思主义诞生的时代科学背景
?时代背景:产业革命

?自然科学背景: 天文学:康德——拉普拉斯星云假说 地质学:赖尔的地质“渐变论” 物理学:能量守恒与转化定律 化学:尿素的合成和元素周期律的发现 生物学:细胞学说与达尔文的进化论

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1754年,康德发表了论文《论地球 自转是否变化和地球是否要衰老》, 对“宇宙不变论”大胆提出怀疑。

1755年,康德发表《自然通史和天 体论》一书,首先提出太阳系起源星 云说。康德在书中指出:太阳系是由 一团星云演变来的。这团星云由大小 不等的固体微粒组成,“天体在吸引 力最强的地方开始形成”,引力使微 粒相互接近,大微粒吸引小微粒形成 较大的团块,团块越来越大,引力最 强的中心部分吸引的微粒最多,首先 形成太阳。外面微粒的运动在太阳吸 引下向中心体下落是于其他微粒碰撞 伊曼努尔· 康德(Immanuel Kant, 而改变方向,成为绕太阳的圆周运动, 1724年4月22日—1804年2月12日) 这些绕太阳运转的微粒逐渐形成几个 引力中心,最后凝聚成绕太阳运转的 行星。卫星的形成过程与行星相似。

论康德
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在这种僵化的自然观上打开第一个缺口的,不是一位自然研究家,而 是一位哲学家。1775年出现了康德的《自然通史和天体论》。关于 第一推动的问题被排除了;地球和整个太阳系表现为某种在时间的进 程中生存的东西。??如果立即沿着这个方向坚决地继续研究下去, 那么自然科学现在就会进步得多。 —— 恩格斯《自然辩证法》

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康德关于所有现在的天体都从旋转的星云团产生的学说,是从哥白尼 以来天文学取得的最大进步。认为自然界在时间上没有任何历史的那 种观念,第一次被动摇了。 ??康德在这个完全适合于形而上学的 思维方式的观念上打开了第一个缺口,而且用的是很科学的方法,以 致他所使用的大多数论据,直到现在还有效。当然,严格地说,康德 的学说知道现在还是一个假说。 ——恩格斯《反杜林论》

法国著名数学家和天文学家,拉普拉斯是 天体力学的主要奠基人,是天体演化学的 创立者之一,是分析概率论的创始人,是 应用数学的先躯。拉普拉斯用数学方法证 明了行星的轨道大小只有周期性变化,这 就是著名拉普拉斯的定理。

拉普拉斯 (1749-1827)

拉普拉斯的著名杰作《天体力学》,集各 家之大成,书中第一次提出了“天体力学” 的学科名称,是经典天体力学的代表著作。 《宇宙系统论》是拉普拉斯另一部名垂千 古的杰作。在这部书中,他独立于康德, 提出了第一个科学的太阳系起源理论—— 星云说。康德的星云说是从哲学角度提出 的,而拉普拉斯则从数学、力学角度充实 了星云说,因此,人们常常把他们两人的 星云说称为“康德-拉普拉斯星云说”。

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赖尔(1797~1875)

赖尔是19世纪英国著名的地质学家、地质学渐进论和“将 今论古”的考古学研究方法的奠基人。在地质学发展史上, 他曾作出过卓越的贡献。 赖尔从小就对博物学产生了浓厚的兴趣。由于受到父亲爱 好的影响,他喜欢捕捉蝴蝶和昆虫,常常把采集的植物标本 收藏起来。赖尔还喜欢到野外游玩,常和小伙伴们到家乡附 近的山坡断层旁去拣取水晶和怪石等等。1814年,刚满17 岁的赖尔就进入了牛津大学,开始学习古典文学和数学,并 选修了当时著名科学家格尔登讲授的昆虫学课程。 在大学学习期间,有一次,赖尔在父亲的私人图书室里发 现了当时著名地质学家贝克威尔著的《地质学引论》,便如 饥似渴地读了起来,这是他第一次接触到地质学系统知识, 引起了浓厚的兴趣。书中描述的那些奇特的岩石,各种不同 结构的矿物,变化多端的海陆沧桑……正是他幼年时埋藏在 心中的未解之谜。书中对岩石、矿物的成因、演化以及成分 等做了较详细的解答,因而他手不释卷,读了多遍。这本书 成为赖尔走向地质事业的“向导”。后来,赖尔提出了经过 自己深思熟虑的“将今论古”的地质学研究理论和方法,并 且概括成了一句名言:“现在是了解过去的一把钥匙。” 赖尔一生中结识了许多知名大科学家,如居维叶、洪堡、 拉马克,尤其是他和生物进化论的创始人达尔文之间的友谊, 促进了各自理论的发展,堪称是相互学习、取长补短、共同 前进的典范。

维勒(1800-1882)

他发现,用氯化铵与氰酸银或以氨水与氰 酸铅反应,都能得到比较纯净的尿素, 人 工合成尿素,不仅为维勒本人赢得了荣誉, 这一发现在化学史上也具有重大意义。首先, 人工合成尿素又一次提供了同分异构现象的 早期事例,成为有机结构理论的实验证明; 其次,这一发现强烈地冲击了形而上学的生 命力论,为辩证唯物主义自然观的诞生提供 了科学依据。它填补了生命力论制造的无机 物同有机物之间的鸿沟。恩格斯曾指出,维 勒合成尿素,扫除了所谓有机物的神秘性的 残余;第三,人工合成尿素在化学史上开创 了一个新兴的研究领域。尽管这一发现最初 仅限于孤立的个别事例,而且在生命力论者 看来尿素不是真正的有机物,只是动物机体 的排泄物并易于分解成氨和二氧化碳,只是 一种联系有机吻和无机物的过渡产物,真正 的有机物决不能人工合成。但维勒提出的有 机合成的新概念,促使了以后关于乙酸、脂 肪、糖类物质等一系列有机合成的成功。因 此可以说,维勒开创了一个有机合成的新时 代。

门捷列夫 (1834.2.7~1907.2.2)

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元素周期律揭示了一个非常重要而有趣的规律:元素的性质, 随着原子量的增加呈周期性的变化,但又不是简单的重复。门 捷列夫根据这个道理,不但纠正了一些有错误的原子量,还先 后预言了15种以上的未知元素的存在。结果,有三个元素在门 捷列夫还在世的时候就被发现了。1875年,法国化学家布瓦博 德兰,发现了第一个待填补的元素,命名为镓。这个元素的一 切性质都和门捷列夫预言的一样,只是比重不一致。门捷列夫 为此写了一封信给巴黎科学院,指出镓的比重应该是5.9左右, 而不是4.7。当时镓还在布瓦博德兰手里,门捷列夫还没有见到 过。这件事使布瓦博德兰大为惊讶,于是他设法提纯,重新测 量镓的比重,结果证实了门捷列夫的预言,比重确实是5.94。 这一结果大大提高了人们对元素周期律的认识,它也说明很多 科学理论被称为真理,不是在科学家创立这些理论的时候,而 是在这一理论不断被实践所证实的时候。当年门捷列夫通过元 素周期表预言新元素时,有的科学家说他狂妄地臆造一些不存 在的元素。而通过实践,门捷列夫的理论受到了越来越普遍的 重视。

论门捷列夫
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我们知道,“元素的化学性质是原子量的周期函 数”??因此,他们的质是由它们的原子量的数量 所决定。这已得到了光辉的证明。门捷列夫证明了: 在依据原子量排列的同族元素的系列中,发现有各 种空白,这些空白表明这里有新的元素尚待发现。 他预先描述了这些未知元素之一的一般化学性质, 他称之为亚铝,因为它是以铝为首的系列中紧跟在 铝后面的;他并且大约地预言了它的比重和原子量 以及它的原子体积。几年以后,勒科克·德·布瓦 博德朗真的发现了这个元素,而门捷列夫的预言被 证实了,只有极不重要的差异。亚铝体现为镓?? 门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律, 完成了科学上的一个勋业。这个勋业可以和勒维烈 计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等 地位。 ——恩格斯《自然辩证法》

植物学家 约瑟夫· 胡克

施莱登

施旺

施旺后来回忆说:“一天,当我和施莱登一起用餐时, 这位著名的植物学家向我指出,细胞核在植物细胞的 发生中起着重要的作用。我立刻想起曾在脊索细胞中 看见过同样的‘器官’。在这一瞬间,我领悟到,如 果我能够成功地证明,脊索细胞中的细胞起着在植物 细胞的发生中所起的相同作用, 这个发现将是极其重 要的”。 用餐结束后,施旺立刻着手证明动物细胞中细胞 核的存在。他首先选用的材料是动物的脊索细胞和软 骨细胞,因为它们的结构与植物的细胞壁相似。他如 愿地观察到了细胞核。此后,他又研究了许多其他种 类的动物细胞。在当时的条件下,观察动物细胞远比 观察植物细胞要困难得多,因为动物细胞有些非常小, 通常都很透明,不宜观察。尽管如此,施旺还是证明 了在众多动物的组织形态中,都有细胞核的身影。 1839年施旺在《关于动植物的结构和生长一致性 的显微研究》一文中,提出了他从动物科学的角度得 出的细胞学说:细胞是构成动物的基本单位,动物细 胞的基本构成大体相同,虽然不同动物细胞的作用不 见得相同,但各种细胞的发生是相似的。动物和植物 一样,也是由细胞组成的;植物细胞和动物细胞一样, 都含有细胞膜、细胞内含物和细胞核。

自17世纪胡克把在显微镜下看到的木栓薄 片中的小室称为“细胞”以来不少学者对 许多动,植物的显微结构都进行过描述, 但并未引出规律性的概念。施莱登根据他 多年在显微镜下观察植物组织结构的结果, 认为在任何植物体中,细胞是结构的基本 成分;低等植物由单个细胞构成,高等植 物则由许多细胞组成 。

达尔文与长子

在达尔文时代以前的老观念是:物种是不 变的,各个物种间互不关联,彼此没有血 统关系。而达尔文在对大量生物现象进行 考察之后,认为物种是可变的,而且不同 的物种有共同的祖先。达尔文得出了这样 一个重要结论:某个物种只要条件比其他 物种优越,哪怕是略见优越,也会有很好 的机会生存下来,并且繁殖后代。这就是 著名的“自然选择”理论。达尔文的伟大 著作《物种起源》于1859年出版,达尔文 十分详尽地解释了生命世界中一向无法阐 明的相似和差异的情形。他指出生命只有 一种祖先,因为生命都起源于一个原始细 胞的开端。1871年达尔文又出版了《人类 的由来》一书,提出了人是由低等动物渐 次演变后,有类人猿进化而来的观点。如 今这一观点早已为全世界所接受,成为人 尽皆知的常识。

论达尔文
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在达尔文的学说中,我同意他的进化论,但是我认为达尔文的 证明方法(生存斗争、自然选择)只是对一种新发现的事实所 作的初步的、暂时的、不完善的说明。 ——恩格斯《致 彼·拉·拉甫罗夫》 达尔文的著作(指《物种起源》)非常有意义,这本书我可以 用来当作历史上的阶级斗争的自然科学根据。粗率的英国式的 阐述方式当然必须容忍。虽然存在许多缺点,但是在这里不仅 给了自然科学中的“目的论”以致命的打击,而且也根据经验 阐明了它的合理的意义。 ——马克思《致斐·拉萨尔》 我现在正在读达尔文的著作,写得简直好极了。目的论过去有 一个方面还没有被驳倒,而现在被驳倒了。此外,至今还从来 没有过这样大规模的证明自然界的历史发展的尝试,而且还做 得这样成功。 ——恩格斯《致马克思》 我读了各种各样的书。其中有达尔文的《自然选择》一书。虽 然这本书用英文写得很粗略,但是它为我们的观点提供了自然 史的基础。 ——马克思《致恩格斯》

?社会科学背景: 经济学:

斯图亚特第一个从整体上探讨资产阶级经济学体系
亚当 ? 斯密建立了古典政治经济学理论体系

李嘉图完成了英国古典政治经济学
空想社会主义:圣西门、傅立叶、欧文

社会学:孔德
哲学: 黑格尔的辩证法

费尔巴哈的唯物主义

斯图亚特

亚当

斯密

(1723-1790)

大卫 李嘉图 (1772-1823)

论亚当·斯密、大卫·李嘉图
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古典派如亚当·斯密和大卫·李嘉图,他们代表着 同封建社会的残余进行斗争、力图清洗经济关系上 的封建残污、扩大生产力、使工商业具有新的规模 的资产阶级。从他们的观点看来,参加这一斗争并 专心致力于这一狂热活动的无产阶级只是经受着暂 时的偶然的苦难,并且它自己也把这些苦难当作暂 时的。亚当·斯密和大卫·李嘉图这样的经济学家 是当代的历史学家,他们的使命只是表明在资产阶 级生产关系下如何获得财富,只是将这些关系表述 为范畴和规律并证明这些规律和范畴比封建社会的 规律和范畴更便于进行财富的生产。在他们看来, 贫困只不过是一种暂时的病痛,正如自然界中新生 出东西来和工业上新东西出现时的情况一样。 —— 马克思《哲学的贫困》

论亚当·斯密、大卫·李嘉图
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我们看到,在对剩余价值的分析上,因而在对资本的分析上, 亚当·斯密比重农学派前进了一大步。??在亚当·斯密的著 作中,创造价值的,是一般社会劳动(不管它表现为哪种使用 价值),仅仅是必要劳动的量。剩余价值,无论它表现为利润、 地租的形式,还是表现为派生的利息的形式,都不过是劳动的 物质条件的所有者在同劳动交换过程中占有的这种必要劳动的 一部分。因此,在重农学派看来,剩余价值只表现为地租形式, 而在亚当·斯密看来,地租、利润和利息都不过是剩余价值的 不同形式。 ——马克思《剩余价值理论》 李嘉图从来没有考虑到剩余价值的起源。他把剩余价值看作资 本主义生产方式固有的东西,而资本主义生产方式在他看来是 社会生产的自然形式。他在谈到劳动生产率的时候,不是在其 中寻找剩余价值存在的原因,而只是寻找决定剩余价值量的原 因。相反,他的学派公开宣称,劳动生产力是利润(应读作剩 余价值)产生的原因。 ——马克思《资本论》

论圣西门、傅立叶、欧文
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德国的理论上的社会主义永远不会忘记, 它是站在圣西门、傅立叶和欧文这三个 人的肩上的。虽然这三个人的学说含有 十分虚幻和空想的性质,但他们终究是 属于一切时代最伟大的智士之列的,他 们天才地预示了我们现在已经科学地证 明了其正确性的无数真理。恩格斯《德 国农民战争》

论圣西门、傅立叶、欧文
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傅立叶不仅是批评家,他的永远开朗的性格还使他 成为一个讽刺家,而且是自古以来最伟大的讽刺家 之一。他以巧妙而诙谐的笔调描绘了随着革命的低 落而盛行起来的投机欺诈和当时法国商业中普遍的 小商贩习气。他更巧妙地批判了两性关系的资产阶 级形式和妇女在资产阶级社会中的地位。他第一个 表述了这样的思想:在任何社会中,妇女解放的程 度是衡量普遍解放的天然尺度。但是,傅立叶最了 不起的地方表现在他对社会历史的看法上。他把社 会历史到目前为止的全部历程分为四个发展阶段: 蒙昧、宗法、野蛮和文明。恩格斯《反杜林论》

论圣西门、傅立叶、欧文
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傅立叶的另一个功绩就是他提出了协作的优越性, 不仅如此,他还指出了他的必然性。 恩格斯《大陆上社会改革运动的发展》 在欧文看来,以前仅仅使个别人发财而使群众奴役 的新的强大的生产力,提供了改造社会的基础,他 作为大家的共同财产只应当为大家共同福利服务。 欧文的共产主义就是通过这种纯粹营业的方式,作 为所谓商业计算的果实产生出来的。它始终都保持 着这种面向实际的性质。 恩格斯《反杜林论》

黑格尔(1770-1831)

费尔巴哈(1804~1872)

论黑格尔
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在法国发生政治革命的同时,德国发生了哲学革命。这个革命是由康德开 始的。他推翻了前世纪末欧洲各大学采用的陈旧的莱布尼茨的形而上学体 系。费希特和谢林开始了哲学的改造工作,黑格尔完成了新的体系。从人 们有思维以来,还从未有过像黑格尔体系那样包罗万象的哲学体系。 ——恩格斯《大陆上社会改革运动的进展》 同18世纪的法国哲学并列和继它之后,近代德国哲学产生了,并且在黑 格尔那里完成了。它的最大功绩,就是恢复了辩证法这一最高的思维形式。 ——恩格斯《反杜林论》 黑格尔的思维方式不同于其他哲学家的地方,就是他的思维方式有巨大的 历史感作基础。形式尽管是那么抽象和唯心,他的思想发展却总是与世界 历史的发展紧紧地平行着,而后者‘按他的本意只是前者的验证。真正的 关系因此颠倒了,头脚倒置了,可是实在的内容却到处渗透到哲学中;何 况黑格尔不同于他的门徒们,他不像他们那样以无知自豪,而是所有时代 中最有学问的人物之一。 ——马克 思《政治经济学批判》 如果不是现有德国哲学,特别是黑格尔哲学,那么德国科学社会主义,即 过去从来没有过的唯一的科学社会主义,就决不可能创立。 ——恩格斯《德国农民战争》

论费尔巴哈
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惟有费尔巴哈是个杰出的哲学家,但是,不仅哲学这一似乎凌驾于一 切专门科学之上并把它们包罗在内的科学的科学,对他来说,仍然是 不可逾越的屏障,不可侵犯的圣物,而且作为一个哲学家,他也停留 在半路上,他下半截是唯物主义者,上半截 是唯心主义者;他没有批 判地克服黑格尔,而是简单地把黑格尔当作无用的东西抛在一边,同 时,与黑格尔体系的百科全书式的丰富内容相比,他本人除了矫揉造 作的爱的宗教和贫乏无力的道德以外,拿不出什么积极的东西。 ——恩格斯《路德维西·费尔巴哈和德国古典哲学 的终结》 费尔巴哈的发展进程是一个黑格尔主义者(诚然,他从来不是完全正 统的黑格尔主义者)走向唯物主义的发展进程,这一发展使他在一定 阶段上同自己的这位先驱的唯心主义体系完全决裂了。他势所必然地 终于认识到,黑格尔的“绝对观念”之先于世界的存在,在世界之前 就有的“逻辑范畴的预先存在”,不外是对世界之外的造物主的信仰 的虚幻残余;我们自己所属的物质的、可以感知的世界,是唯一现实 的;而我们的意识和思维,不论它看起来是多么超越感觉的,总是物 质的、肉体器官即人脑的产物。物质不是精神的产物,而精神本身知 识物质的最高产物。这自然是纯粹的唯物主义。但是费尔巴哈到这里 就突然停止不前了。 ——《路德维西·费尔巴哈和德国 古典哲学的终结》

论费尔巴哈
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我们一接触到费尔巴哈的宗教哲学和伦理 学,他的真正的唯心主义就显露出来了。 费尔巴哈决不希望废除宗教,他希望宗教 完善化。哲学本身应当融化在宗教中。

?卡尔· 马克思(1818—1883年)

弗里德里希· 恩格斯(Friedrich Engels, 1820.11.28~1895.8.5),

3.2 马克思的系统思想
?马克思把社会作为一个有机整体来看待,并 把它作为研究社会现象的基点。 ?马克思根据组成社会机体的不同要素、结构、 层次、环境以及作用条件等揭示出这个机体的 不同运动规律。 ?马克思把整个社会形态的发展当作一个有机 体的进化过程来加以研究。

政党制度
管理体制 军事体制 人事制度

法律制度 社会政治关系

} { ?
经济社会系统
劳动对象 经济体制

政治社会系统

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生产力 生产关系 哲学 宗教 伦理 道德 教育 科学 文学 艺术

生产工具 劳动者

生产资料
所有制 生产关系 消费关系 交换关系 分配关系

社会经济

意识社会系统





马克思的社会有机体

生产关系三要素之间的关系
生产资料所有制关系是生产关系的基础 ? 生产过程中人和人的关系决定于生产资 料所有制关系 ? 分配关系是生产关系的表现
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社会生产各个环节——生产与分 配、交换、消费之间的关系
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在生产中,社会成员占有(开发、改造)自然产品供人类 需要;分配决定个人分取这些产品的比例;交换给个人带 来他想用分配给他的一份去换取的那些特殊产品;最后, 在消费中,产品变成享受的对象,个人占有的对象。生产 制造出适合需要的对象;分配依照社会规律把它们分配; 交换依照个人需要把已经分配的东西再分配;最后,在消 费中,产品脱离这种社会运动,直接变成个人需要的对象 和仆役,供个人享受而满足个人需要。因而,生产表现为 起点,消费表现为终点,分配和交换表现为中间环节,这 中间环节又是二重的,分配被规定为从社会出发的要素, 交换被规定为从个人出发的要素。——马克思《〈政治经 济学批判〉导言》

经济基础
决定 反作用

经济社会系统

上层建筑

{

决定

反作用

{

生产力
决定 反作用

生产关系

政治社会系统
制约 反作用

意识社会系统

社会有机体内部的运动规律

原始社会

低级

简单

无序

奴隶社会
封建社会 资本主义社会 共产主义社会 高级 复杂 有序

社会有机体的进化过程

3.3 恩格斯的系统思想
?整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统 ?整个世界存在着一定层次结构

?整体和部分的辨证关系
?社会现象中整体不等于部分之和的观点

?关于达尔文学说的评价,成为现代动态系统自 组织理论的思想先驱之一。

整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统
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我们所面对的整个自然界形成一个体系,即各 种物质相互联系的总体,而我们在这里所说的 物体,是指所有的物质存在,从星球到原子, 甚至直至以太粒子,如果我们承认以太粒子存 在的话。这些物体是相互联系的,就是说,他 们是相互作用着的,并且正是这种相互作用构 成了运动。

整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统
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正是相互联系、相互作用构成了运动,因而这是一个自发 运动、自我组织的复杂系统,而且永远处于运动、变化和 发展之中。 由此可见,物质没有运动是不可想象的。其次,既然我们 面前的物质是某种是某种既有的东西,那么运动也就是既 不能创造也不能消灭的。只要认识到宇宙是一个体系,是 各种物体相互联系的总体,那就不能不得出这个结论来。

整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统
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整个自然界被证明是在永恒的流动和循环运动着。 世界不是一成不变的事物的集合体,而是过程的 集合体。

整个世界存在着一定层次结构
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关于物质构造不论采用什么观点,下面这一点是非常 肯定的:物质是按质量的相对大小分成一系列较大的、 容易分清的组……可见的恒星系,太阳系,地球上的 物体,分子和原子,最后是以太粒子,都各自形成这 样的一组。 纯粹的量的分割是有一个极限的,到了这个极限它就 转化为质的差别:物体纯粹是有分子构成的,但它是 本质上不同于分子的东西,正如分子又不同于原子一 样。

整个世界存在着一定层次结构
他还尝试揭示出物质世界的层次结构与一定的运动形式的内在 联系,这就是根据当时自然科学的认识,尝试将一定的运动形 式与其物质载体相联系起来。 同分异构体,它们在分子中包含有相等数目的C、H、O原子, 机械运动——质量 但是在质上却各不相同。
物理运动——分子

整个有机界在不断地证明形式和内容的同一或不可分离。形态 化学运动——原子 学的现象和生理学的现象、形态和机能是相互制约的。形态 生物运动——蛋白质 (细胞)的分化决定物质分化为肌肉、皮肤、骨骼、表皮等等, 社会运动——人类社会 而物质的分化又决定分化了的形态。

整体和部分的辨证关系
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部分和整体已经是在有机界中愈来愈不够的范畴。 种子的萌芽——胚胎和生出来的动物,不能看作 从“整体”分出来的“部分”,如果这样看,那 便是错误的解释。只是在尸体中才有部分。 简单的和复合的,这些也已经在有机界中失去了 意义的范畴是不适用的。无论骨、血、软骨、肌 肉、纤维质等等的机械组合,或是各种化学元素 的化学组合,都不能造成一个动物。有机体既不 是简单的,也不是复合的,不管它是怎样复杂的。 (黑格尔)

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社会现象中整体不等于部分之和的观点
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例如这样的事实:许多人协作,许多力量融合为一个 总的力量,用马克思的话来说,就造成“新的力量”, 这种力量和它的一个个力量的总和有本质的差别。 骑术不精但有纪律,善于配合和协同作战的法国骑兵, 与骑术精良、善于单个格斗但没有纪律又不善于互相 配合和协同作战的马木留克兵之间“两个马木留克兵 绝对能打赢三个法国兵,一百个马木留克兵与一百个 法国兵势均力敌,三百个法国兵大都能战胜三百个马 木留克兵,而一千个法国兵则总能打败一千五百个马 木留克兵。”

关于达尔文学说的评价,成为现代动态 系统自组织理论的思想先驱之一。
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自然界中死的物体的相互作用包含着和谐和冲突,活 的物体的相互作用则既包含有意识的和无意识的合作, 也包含有意识和无意识的斗争。因此,在自然界中决 不允许单单标榜片面的“斗争”。


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恩格斯批判扬弃了黑格尔唯心辩证法中的 唯心因素,揭示了辨证法基本规律是自然 界的实在过程,也就揭示了辩证法基本规 律是系统变化发展的最一般规律,并为现 代系统理论的研究所证实。 恩格斯不仅仅是从若干方面和若干问题上 阐发了系统思想,而是从整个人类认识史 入手,分析了自然观发展的最一般规律, 从而也就预示和揭示了系统思想兴起的必 然性。

4. 现代系统思想的兴起
4.1新的呼唤:统计性、演化性和系统性 ? 4.2社会演进:运筹和管理 ? 4.3技术革命:信息和控制 ? 4.4科学前沿:自组织和复杂性 ? 4.5新的综合:从系统科学到系统论
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爱因斯坦 (Albert Einstein, 1879-1955)

他坚信宇宙中一切物理现象的背后都蕴藏着完整 的统一性,因此,麦克斯韦的电磁学理论必须要 与经典力学统一起来。爱因斯坦为了解决这一矛 盾,做出了一个假设:假设有个人能够达到光的 速度,与光并肩齐行,那么他就会发现静止的光。 但是,根据麦克斯韦的电磁学原理,振动的电磁 波是不可能观测到的,而且波也不可能处于静止 状态,也就是说,宇宙中不可能存在光在静止状 态的参照系,对于任何一个参照系来说,都只有 属于这个参照系的时间与空间。因此,爱因斯坦 确信,光在所有参照系中速度必然相同。根据这 一物理法则,爱因斯坦进行了多年的探索和研究, 1905年创立了狭义相对论,揭示了时间和空间的 本质联系,引起了物理学基本概念的重大变革, 开创了物理学的新世纪;提出了光量子论,解释 了光电现象,揭示了微观客体的波粒二重性,用 分子运动论解决布朗运动问题;发现了质能之间 的相当性,在理论上为原子能的释放和应用开辟 道路。爱因斯坦的相对论与麦克斯韦的电磁学理 论完美地结合在一起,从而推动了物理学上的一 次意义深远的重大革命。

德国物理学家普朗克,早期从事热力学的研究,他 的博士论文就是《论热力学的第二定律》。1900年, 普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上 的困难,创立了物质辐射(或吸收)的能量只能是 某一最小能量单位(能量量子)的整数倍的假说, 即量子假说。他引进了一个物理普适常数,即普朗 克常数,以符号h表示,其数值为6.626176×10-27尔 格· 秒,是微观现象量子特性的表征。他从理论上导 出了黑体辐射的能量按波长(或频率)分布的公式, 称为普朗克公式。量子假说的提出对现代物理学, 特别是量子论的发展起了重大的作用。普朗克在做 了大量的实验后又提出了电磁波这种形式的能量辐 射,使人们认识到电磁波是某种粒子,既光量子。 为了强调光的粒子属性,光量子被称之为“光子”。 Max Karl Ernst 光子的质量在运动中显示出来。 Ludwig Planck 但电磁学存在着巨大缺陷,按照麦克斯韦理论,真 空中电磁波的速度(光速)应该是一个恒量,然而 普朗克(1858-1947) 根据经典力学对光速的解释,不同惯性系中的光速 不同。光速究竟是否应该遵从相对性原理?电磁学 对光速的解释与经典力学在相对性原理上相互之间 产生了巨大的矛盾,而正是这一矛盾,导致了人类 历史上最伟大的科学家——爱因斯坦的出现。

爱因斯坦的成就
光电效应 ? 狭义相对论 ? 广义相对论 ? 质能定律
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现代科技革命的先导:相对论和量子论 相对论:同时性的相对性 高速运动的物体长度收缩 物体高速运动时时间变慢

引力场理论
空间弯曲 引力场改变时间的流逝

量子论:

4. 现代系统思想的兴起
4.1 新的呼唤:统计性、演化性和系统性
?牛顿经典力学与热力学第二定律的矛盾
?物理学与生物学之间的矛盾(克劳修斯与达尔文矛盾) ?生物学内部机械论与活力论之争 德国生物学家杜里舒的海胆实验

4. 现代系统思想的兴起
4.1 新的呼唤:统计性、演化性和系统性
相对论、量子论和统计力 学的贡献:相对论实现 了从低速推进到高速, 以相对时空取代绝对时 空,量子论从宏观推进 到微观、以间断补充了 连续,统计力学则从可 逆推进到不可逆、以复 杂性取代了简单性。

F = md r
t= t

2

dt

2

牛顿经典力学与热力学第二定 律的矛盾
宏观来看:大量粒子组成的热力学系统 的宏观运动是不可逆的,但微观来看: 单个粒子的运动过程是可逆的,遵循动 力学定律的。 ? 这种可逆的微观动力学方程和不可逆的 宏观运动之间的矛盾,就构成了复杂系 统物理学所面临的基本问题之一。
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经典力学和热力学
经典力学
热力学

代表定理 动力学 热力学第二定律 问题范围 一个物体和两个物体之间关系 包含大量子系统的系统内部的 的根本解决 运动变化规律问题的探索動 探讨方向 说明简单的事物或系统运动 对复杂对象作整体研究出开端 將注意力放在把研究分解成许 研究由大量子系统构成复杂系 研究方法 多小单元 统的内部状态变化 数学模型 透过线性数学来描述 透过统计数学及非线性数学来描述 特 色 是还原论的、简单的 整体的、复杂的问题

动力学和热力学是自然界两种互为补充的解释(普利高津)

德意志帝国物理学家,热力学奠基人之一。 在1850年那篇论文中,克劳修斯肯定了J.P.焦耳由实 验确立的热与功的相当性(热功当量)而完全否定了 热质说;他分清了热能与内能这两概念的关系和区别 并明确内能U属物质的一种状态函数而功A与热量Q则 否,因此就对理想气体而言写出了热力学第一定律的 表达式dQ=dU+pdV=dU+dA。他进而又断定了S. 卡诺的卡诺定理结论的正确性及其推理中的失误,他 认为这两者间的矛盾只有立足于“热不能自发地从低 温物体向高温物体转移”的基本观点才能解决,这观 点就是首先由他提出的热力学第二定律的克氏表述 。 在1854年《热力学第二定律的另一形式》的论文中, 克劳修斯 他又进一步证明了在可逆过程中dQ/T=0 ,提出了 Clausius, 著名的克劳修斯布等式。于1865年引入了他定名为熵 S的重要状态参量。他用熵把热力学第二定律归结为 Rudolph (1822~1888) 熵定理(即孤立系统的熵永不减小)。当然,他推断 的“宇宙总能不变而熵趋于一最大值”的“热寂论” 是可疑甚至是全错的,但仍不失用物理来探讨宇宙问 题的一个历史性的尝试。他还从热力学理论推导出原 由B.-P.-E.克拉珀龙由热质说首先得到的现称的克拉珀 龙-克劳修斯方程。

生机主义又称“活力论”,主张生命机体的一切活动 都由其内部的非物质因素“活力”或“生命力”所支 配。创始人是德国化学家斯塔尔(Stahl ,1660—— 1734),柏拉图的运动的“终极原因”,亚里斯多德 的“隐德来希”为其理论基础。18世纪初瑞典化学家 柏齐利乌斯(Berzelius ,1779——1843)提出“生命 力”学说,认为生物体内有超物质的“生命力”存在。 1891年,德国生物学家杜里舒(1867——1941)用海 胆卵做实验,发现两细胞期至八细胞期的胚胎被人工 分离后,每个细胞也可发育成完整的幼体,他由此认 为生命现象只能用活力因素而非物理化学的定律来说 明,并借用亚里斯多德的“隐德来希”来说明有机体 的自我调节、潜能实现、趋于完善等生命特征。杜里 舒本人也由此转变为持生机主义的哲学家,其主要思 想是强调有机体的自主性、目的性、整体性、组织性、 协调性、有序性。由于其关心生命,反对19世纪唯物 主义哲学的机械主义倾向,往往被归入生命哲学一类。

4. 现代系统思想的兴起
4.1 新的呼唤:统计性、演化性和系统性
?贝塔朗菲关于系统的基本观点:
整体观点:认为一切有机体都是一个 整体,一种在时空上有限的具有复杂结 构的一种自然整体。 动态观点:认为一切生命现象本身都处 于积极的活动状态, 活的东西的基本特 征是组织。 等级观点:认为各种有机体都是按照严 格的等级组织起来的,生物系统是分层次 的,从活的分子到多细胞个体,再到超个 体聚合物,形成了层次结构。

贝塔朗菲 Ludwig von Bertalanffy (1901~1972)

1955年专著《一般系统论》

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贝塔朗菲生平: 1901年9月19日生于奥地利首都维 也纳附近的阿茨格 斯多夫。 1926年获维也纳大学哲 学博士学位,毕业后在该校任 教。 1937~1938年 在美国芝加哥大学任教。 1948年任加拿大渥太 华大学医疗系系主任、教授。 1954~1955年参加 国际斯但福研究所行为科学研究 会。 1954年同 A,拉波波特等人一起建立一般系统论研究 会, 出版《行为科学》杂志和《一般系统年鉴》。 1955~ 1958年任蒙塔西郎医院生物研究所主任兼南 加 利福尼亚大学访问教授。 1961~1969年任阿尔 贝塔大学理论生物学教授。 1969~1972年任纽 约州立大学理论生物学研究中心 教授。 1972年6月12日卒 于美国纽约州布法罗。

首先是,他总结了20世纪上半叶生物学实验成果和思想成果, 深刻剖析了长期进行激烈论争的机械论生命现与活力论生命现 的本质特征和思想根源,提出了超越机械论与活力论生命现的 第三种生命现——机体论生命现的基本原理。 贝塔朗菲 认为,机械论生命现主要表现为“分析与累加”的观点、“机 器理论”的观点、“反应理论”的观点。其特征是:把有机体 分析为许多基本单位,再通过将这些基本单位累加的方式解释 有机体的性质;把生命过程的有序基础视为预先建立好的机器 式的固定结构;把有机体看作本质上是被动的系统,只有当它 受到外界刺激才作出反应,否则就是静止的。他详细分析了这 些机械论观点在近现代生物学诸学科的具体表现,尤其指出了 传统的细胞理论、生物发生律、自然选择理论、基因论、神经 中枢和反射理论等重要生物学理论所含有的机械论倾向和它们 的局限性。

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同时,贝塔朗菲认为,活力论是由于机械论未能解释生命的主 要特征而出现的另一极端思想,但它本质上仍把活机体看作各 个部分的总和,看作机器式的结构,设想它们是由灵魂似的操 纵者控制的,从而对生命现象的解释同样陷入困境。 贝塔朗菲根据生命有机体的等级秩序、逐渐分异与逐渐集中化、 均等潜能与等终局性、动态有序、远离平衡态的开放系统、自 我调整、节律-自动活动等特征,提出了机体论的基本原理: 整体原理(组织原理)、动态原理、自主原理。这些原理表明: 有机体是一个独特的组织系统,其个别部分和个别事件受整体 条件的制约,遵循系统规律;有机体结构产生于连续流动的过 程,具有调整和适应能力;有机体是一个原本具有自主活动能 力的系统。

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“生命的形式不是存在着,而是发生着,它们是通过有机体同 时又是组成有机体的物质和能量的永恒流动的表现形式。” 生命体中的等终极性现象就是通过这种动态过程才得以完成。 所谓等终极现象,是指有机体具有一种从不同初始条件出发, 通过不同的途径,到达给定的最终目标的能力(而在非生命系 统中,最终状态的获得是由初始条件所决定的)。经典例子就 是杜里舒的海胆卵实验。 这是因为在一个开放系统模型中,没有固定的途径和模式,与 内外环境交换信息的结果,促使系统走向一个给定的目标。这 种动态的过程以一种稳态的形式出现,这是指分解和合成的平 衡,是一种自我调节的过程。贝塔朗菲把这种自我调节的稳态 看作是“生命系统的基本特征,所有其他的特征。如代谢、生 长、发育、繁殖、自主性活动等,都是这个事实的最终结果。”

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然而在贝塔朗菲看来,进化并不仅仅表 现为受利益所控制的机遇的产物,它似 乎是一出忧虑的、动态的、悲剧性的戏 剧。在生命的进化中,每一步都付出了 代价。从机械化过程单细胞到多细胞, 同时引入了死亡;使生物丧失了损伤后 的可调节性;而高度发达的神经系统则 给人类带来了对痛苦的意识。

4.2 社会演进:运筹与管理
泰罗:科学管理理论
?工作定额 ?标准化 ?能力与工作相适应 ?差别计件工资制 ?计划职能与执行职能分开

泰罗

法约尔:管理过程理论
?区分了管理与经营的概念

?总结了管理的14条原则

法约尔

? 劳动分工 ? 权利与责任财务活动 ? 纪律 ? 统一指挥 安全活动 商业活动 ? 统一领导 ? 个人利益服从集体利益 经营活动 ? 人员的报酬 ? 集中 会计活动 技术活动 ? 等级链与跳板 ? 秩序 管理活动 ? 公平 ? 人员的稳定 计划、组织、指挥、协调、控制 ? 首创精神 ? 团结

韦伯:管理组织理论
?存在明确分工 ?按照一定的权利等级将组织 中的各种职务和职位形成责权 分明、层层控制的指挥体系 ?人员的任用,通过正式考试 或教育培训,公正选拔 ?实行管理人员专职化 ?管理人员必须严格遵守组织 中规定的规则和纪律

韦伯

?组织中的人际关系是理性的

巴纳德:社会系统学派
?组织是由两个或两个以上的人的有意 识协调活动或效力的系统。 ?系统是有级别的,一个企业内部的各 个部门是较低级的系统,由许多系统组 成的整个社会则是一个较高级的系统。 ?这些作为正式组织的协作系统有三个 基本要素:协作的意愿、共同的目标以 及信息的联系。 ?非正式组织也起着重要的作用,它与 正式组织互相创造条件,互相影响。

巴纳德

?组织中经理人的作用就是作为协作系 统中的相互联系的中心,对于协作进行 协调,负责维持组织内外的信息联系, 以使组织顺利运转。

梅奥和罗特利斯伯格:人际关系理论

?工人是“社会人”而非“经济人” ?工人的态度是影响工作效率的主要因素 ?组织中存在“非正式组织”

梅 奥

系统工程学与运筹学的兴起
?1930年美国无线电公司已经采用了系统方式发展与研究了广播 电视。
?30年代,美国贝尔电话公司在设计巨大工程时提出和使用了系 统概念、系统思想和系统方法。

?40年代,他们在安排微波通讯网时,首创了系统工程学。
?一战时,英国的数学家兰彻斯特首先应用数学方法对于空战进 行了分析,建立兰彻斯特方程,论证了集中优势兵力的作战效果。

?二战后的1946年,在总结了战争期间的研究成果与实践经验的 基础上,美国的莫尔斯和基博尔在内部发表了保密文件《运筹学 方法》(1950年得以公开出版),标志着运筹学的产生。
?二战后,这两门科学得到了广泛应用。

4.3技术革命:信息和控制
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信息论的诞生:通讯事业 的发展,迫使人们研究通 讯工程技术,并形成普遍 性理论去解释和指导通讯 工程技术中遇到的问题。 1948年,仙农 (C·E·Shannon)发表了 《通讯的数学理论》一文, 标志信息论的诞生。

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信息的度量 ? 二进制编码通讯 ? 通讯模型
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信源 编码 信道 噪声 译码 信宿

4.3技术革命:信息和控制
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维 纳
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控制论的诞生:控制离不开通讯。 维纳从控制和通讯的角度进行长 期的研究,提出了著名的维纳滤 波理论、信号预测的接受理论。 从统计的观点出发,将消息看作 可测事件的时间序列,提出了将 消息定量化的原则和方法。他把 信息作为处理控制和通讯系统的 基本概念和方法而运用于许多领 域。 1948年,维纳出版了《控制论》 一书,标志控制论的诞生。

维纳生平:
少年时是一位天才的神童,他11岁上大学,学数学,但喜爱物理、 无线电、生物和哲学,14岁考进哈佛大学研究生院学动物学,后 又去学哲学,18岁时获得了哈佛大学的数理逻辑博士学位。1913 年刚刚毕业的维纳又去欧洲向罗素和希尔伯特这些数学大师们学 习数学。正是多钟学科在他头脑里的汇合,才结出了控制论这颗 综合之果。维纳在1919年研究勒贝格积分时,就从统计物理方面 萌发了控制论思想。第二次世界大战期间,他参加了美国研制防 空火力自动控制系统的工作,提出了负反馈概念,应用了功能模 拟法,对控制论的诞生起了决定性的作用。1943年维纳与别格罗 和罗森勃吕特合写了《行为、目的和目的论》的论文,从反馈角 度研究了目的性行为,找出了神经系统和自动机之间的一致性。 这是第一篇关于控制论的论文。这时,神经生理学家匹茨和数理 逻辑学家合作应用反馈机制制造了一种神经网络模型。第一代电 子计算机的设计者艾肯和冯.诺依曼认为这些思想对电子计算机设 计十分重要,就建议维纳召开一次关于信息、反馈问题的讨论会。 1943年底在纽约召开了这样的会议,参加者中有生物学家、数学 家、社会学家、经济学家,他们从各自角度对信息反馈问题发表 意见。以后又连接举行这样的讨论会,对控制论的产生起了推动 作用。1948年维纳的《控制论》出版,宣告了这门科学的诞生。

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第一个特征,是要有一个预定的稳定状态或平衡状态。 例如在上述的度控制系统中,速度的给定值就是预定 的稳定状态。

第二个特征,是从外部环境到系统内部有一种信 息的传递。例如,在度控制系统中,转速的变化引起 的离心力的变化,就是一种从外部传递到统内部的信 息。
第三个特征,是这种系统具有一种专门设计用来 校正行动的装置。例如速度控制系统中通过调速器旋 转杆张开的角度控制蒸汽机的进汽阀门升降装置。

第四个特征,是这种系统为了在不断变化的环境 中维持自身的稳定,内部都具有一种自动调节的机制, 换言之,控制系统都是一种动态系统。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
在一水平容器中放一薄层液体, 1900年,法国科学家贝纳德(E.Benard)做了一个著名的对流实验。 从底部徐徐均匀地加热,开始 液体没有任何宏观的运动。当 上下温差达到一定的程度,液 体中突然出现规则的六边形对 流图案。这是现代用硅油做实 验拍摄的照片。照片中每个小 六角形中心较暗处液块向上浮, 边缘较暗处液块向下沉,在二 者之间较明亮的环状区域里液 块作水平运动。 当上下温差加大时,为什么 对流不积微渐著,而是突然从 无到有地产生?

4.4科学前沿:自组织和复杂性
普里戈金(I·Prigogine):耗散结构理论 ? 一个远离平衡的开放系统,通过不断地与外 界交换物质和能量,在外界条件变化达到一 定阀值时,就可能从原先的无序状态,转变 为一种在时空上或功能上有序的状态。
?

4.4科学前沿:自组织和复杂性
? ?

哈肯:协同学——1977年出版《协同学导论》 系统的性质的改变是由于系统中要素——子 系统之间的相互作用所至。任何系统的子系 统都有两种运动的趋向,一种是自发地倾向 无规无序的运动,这是系统瓦解走向无序的 重要原因;另一种是子系统之间的关联引起 的协调、合作运动,这是系统自发走向有序 的重要原因;系统是自发地发生从无序到有 序还是从有序到无序,取决于其中哪一种运 动趋势占主导地位。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
?

?

艾根:超循环理论——1972年在《自然杂志》 上发表了《物质的自组织和生物大分子的进 化》一文。1979年出版了《超循环:一个自 然的自组织原理》。 在关于生命起源的化学进化和生物学进化之 间,还有一个生物大分子自组织进化阶段, 随机无序的大分子通过采取循环形式的自组 织,发展起来有序的组织并向更高的组织和 复杂性进化,从而最终导致了生命的起源。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
? ?

托姆:突变理论——1968年《结构稳定性与 形态发生学》 虽然本身不是系统自组织理论,它实际上是 研究静态分支点问题,即平衡点之间的相互 转换问题。但是,它与系统演化的相变即有 序与无序的转化密切联系在一起,揭示原因 连续的作用有可能导致结果的突然变化,从 而加深了我们对于系统的有序与无序的转化 的方式和途径的多样性的理解。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
洛伦兹的设想

洛伦兹的设想
60年代初,美国数学家洛伦兹(E.Lorens)在气象部门工作。他把将大气对 流与贝纳德液体对流联系起来,想用数值方法进行长期天气预报。

云街现象

美国国家宇航局卫星拍摄到称作“云街 (cloud street)”的大气现象。当岛屿一类 的障碍物挡住海面上的积层云,有时会 产生云街现象。云街现象产生时,岛屿 周围的气流形成旋涡,旋涡顺风而动, 场面十分壮观。延伸了180多英里的这 些照片是通过多角度成像光谱辐射计拍 摄而成的。

洛伦兹方程
洛伦兹利用流体力学中的纳维叶-斯托克斯(Navier-Stokes)方程、热传导方程 和连续性方程,处理贝耐特对流,推导出描述大气对流的微分方程,即著名 的洛伦兹方程。

? dx ? d? ? ?? ( x ? y ) ? ? dy ? rx ? y ? xz ? ? d? ? dz ? d? ? ?bz ? xy ?

x -对流的翻动速率, y -比例于上流与下流液体之间的温差, z-是垂直方向的温度梯度, ? ?无量纲因子, ? ? ? / DT ,称为 Prandtl 数; b-速度阻尼常数: ? 4 /(1 ? k 2 ) ; b r -相对瑞利数 r = R/RC。

其中xz与 xy 是非线性项,求导对无量纲时间 ? 进行的:
?2 D T ?? (1 ? k 2 )t d2

洛伦兹方程的耗散性质
证明: 在 x,y,z的三维相空间,取一个闭合曲面。曲面所包围的体积 V 随时间 的变化与其中代表点的运动有如下关系:
?d dV d d ? ? ? ?? ? ? dV ? x ? y ? z? ? dx dt V dy dz ? ?

应用于洛伦兹方程,得:
d d d ? ? x ? ??, y ? ?1, z? ? ?b dx dy dz

于是有: V (t ) ? V0 exp[?(? ? 1 ? b)t ] 为初始相空间的体积。参数 b ? 0 与 ? ? 0 ,可见洛伦兹方程的相空间 V0 体积是随时间收缩的。初始时的有限相体积 随时间收缩到一点,这点应 V0 是坐标的原点 y ? z ? 0 。 x? 耗散系统意味着系统存在吸引子。

洛伦兹方程解的分岔
洛 伦 兹 方 程

? dx ? d? ? ?? ( x ? y ) ? ? dy ? rx ? y ? xz ? ? d? ? dz ? d? ? ?bz ? xy ?

dx dy dz ? ? ?0 dt dt dt

x ? y ?z ?0 ? ? ?x ? y ? ? b ( r ? 1) , z ? r ? 1
即洛伦兹方程有三个平衡点

若 r ? 1 ,只存在一个平衡点 x ? y ? z ? 0。此平衡点是洛伦兹方程的 不动点,相应于贝纳尔德实验中液体的静止定态。 洛伦兹方程的平衡点随瑞利数 r 的增加而发生分裂,原来稳定的平衡 点变为不平衡状态。

原点的稳定性
r <1 时坐标原点 x ? y ? z ? 0 是稳定的不 动点,它是洛伦兹方程唯一吸引子,所有轨 线吸引到坐标的原点。 如 r > 1 ,于是分支出两个新的 平衡点 C1与 C2 。 说明在 r = 1 时 系统将发生一次分岔,跨越 r = 1 意 味着原点的吸引子丧失了稳定性, 出现了局部的不稳定性。 这时在坐标原点出现一维不稳定 的流形。这是一次叉式分岔。相应 于在贝纳德实验中流体从静态走向

对流翻动。

C1与 C2的稳定性
当 r >1, 坐标原点为鞍点,两个新平衡点 C1与 C2是稳定的焦点,它们是与 邻域螺旋线的吸引点,如图所示。 C1、C2 坐标为:

?x 1, 2 ? y 1, 2 ? ? b ( r ? 1) ? ? ?z 1, 2 ? r ? 1 ?
现说明贝纳德实验形成了稳定的定态对流。

C1与 C2的稳定性
当 r 继续增加直到 r =13.962时,两个螺 旋线外径会接触合并一起。当特征方程
?3 ? (? ? b ? 1)?2 ? b (? ? r )? ? 2?b (r ? 1) ? 0

的第2与第3项之积等于常数项时共轭复根的 实部为零,成为纯虚数,
?2,3 ? ?i 2?(? ? 1) /(? ? ? ? 1)

有: r ? ?(? ? b ? 3) ? 24.7368 (? ? 10, b ? 8 / 3) , c
? ? (b ? 1)
r ? rc 时两个平衡点与发展成了中心点,其邻域的相轨线是椭圆。 r ? rc 时共轭复根的实部为正值,与成了不稳定的焦点。定态对流失稳,是

不稳定的。这时将出现一次新分岔-霍夫分岔,平衡点C1与C2失稳发展成为 奇怪吸引子。

洛伦兹吸引子
rc ? ?(? ? b ? 3) ? 24.7368 (? ? 10, b ? 8 / 3) , ? ? (b ? 1)

r ? rc 时两个平衡点与发展成了中心点,其邻域的相轨线是椭圆。 r ? rc 时,这时将出现一次霍夫分岔,平衡点C1与C2发展成奇怪吸引子。

奇怪吸引子
吸引子 能量耗散系统最终收缩到的一种定常状 态。这是一个动力系统在t →∞时所呈现的与 时间无关的定态,并且不管选取什么样的初始 值其终值的定态只有一个,也就是说终值与初 始值无关。这类吸引子也称平庸吸引子。 奇怪吸引子 相对于平庸吸引子而言,它们的 特点之一是终态值与初始值密切相关,或者说 对初始值具有极端敏感性;初始取值的细微差 别可能会导致完全不同的结果,这时的吸引子 毫无周期可言,即所谓混沌。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
? ?

?

混沌学:70年代以来对于非平衡非线性系统混沌的研 究发现,非平衡混沌可以看作非平衡非线性系统的演 化归宿。 非平衡混沌具有奇怪吸引子,奇怪吸引子具有独特的 性质。系统从任一初始状态出发都会演化到这样的吸 引子,但是,混沌运动轨线进入吸引子以后,两条相 距非常近的轨线将发生指数式分离,两个状态点又会 迅速分开。 这就是说,从整体上看系统具有稳定性,系统整体演 化具有规律性,而从微观上看系统又是不稳定的,系 统没有具体的轨迹可寻。使我们对于无序和有序的转 化、确定性和随机性的统一、稳定性和不稳定性的结 合、自组织过程的复杂性有了更深刻的认识。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
分形学:美籍法国数学家曼德布罗特 (B·B·Mandelbrort)于1973年正式 提出。 ? 代表作:《英国的海岸线有多长》1967 ? 《分形:形式、机遇和维数》1977 ? 《自然界的分形几何学》1982
?

4.4科学前沿:自组织和复杂性
?

?

分形学:分形几何学比通常研究规则几何图 形更接近实际的客观世界,自然界的许多复 杂的物理现象都具有分形结构。分形体的整 体与部分具有某种自相似的层次结构,在理 想状态下甚至是无穷多层次的自相似性。 分形学的研究揭示出系统部分和整体的相似 性,并试图找到介于有序—无序、宏观—微 观、整体—部分之间的新秩序,从而深化了 我们对于系统的这些关系的理解,以及对于 物质世界的多样性的统一的认识。

4.4科学前沿:自组织和复杂性
?

20世纪末建立的系统科学从各个侧面认 识系统,使我们有可能对这些理论进行 再综合,形成系统的自然图景、系统的 社会图景,概括出关于系统的极为一般 的原理和规律,建立起系统科学通向哲 学的桥梁——系统论。

4.5新的综合:从系统科学到系统论
? ?

?

钱学森:《工程控制论》 1979年11月10日,光明日报发表了《大力发展 系统工程,尽早建立系统科学体系》一文, 提出建立系统科学及其基础科学系统学的初 步设想。 1992年10月,第10次系统科学与哲学研讨会, 钱学森作了《系统思想、系统科学和系统论》 的报告。为系统论的诞生指出了明确的方向。

5.信息论
5.1信息 ? 5.2信息的特征 ? 5.3信息的传递 ? 5.4信息传递的效率 ? 5.5信息与组织
?

5.1信息
一、信息的定义
信息 :客观世界中各种事物变化和特征的反映。 客观世界中各种事物总是在一定条件下相互作用、相 互联系的,这就要引起事物的物质结构和量度的变化, 信息正是这种相互作用、相互联系的反映或表征。

二、信息与消息
联系:信息是消息的内容,消息是信息的载体(表现形式) 区别:信息里包含着我们所不知道的内容

庄子和惠子
庄子:你看鱼多么快活啊! ? 惠子:你不是鱼,怎么知道鱼是否快活 呢? ? 庄子:你又不是我,怎么知道我知不知 道呢?
?

知道
信息怎样传递、怎样获得信息的过程。 ? 即人们对事物可能性空间了解程度发生 了变化的过程。绝大多数情况下是可能 性空间变小的过程。 ? 如:桌子上的东西,天气预报,地震
?

信息的度量
? ? ?

申农的信息量公式: H(x) =ΣP(xi)h(xi)= —ΣP(xi)· 2P(xi) log 其中:h(xi) = —log2P(xi),表示某状态xi的不 定性数量或所含的信息量。若P(xi)=1,则h(xi) =0;若P(xi)=0,则h(xi) =∞;当n=2,且 P1=P2=1/2时,H(x)=1比特。因此可见一个 等几率的二中择一的事件具有1比特的不定性 或信息量。

5.2信息的特征
一、动态性 二、存在于尚未确定的事物中 三、知识性 四、信息不是纯粹的客体

5.3信息的传递
信源:信息的起源 编码:把信息转换成适合传递的形式 信道:信息途经的道路 译码:把信息转换成适合接受的形式

信宿:信息的终点、归宿
噪声:所有的影响信息传递的因素
信源 编码
信道 噪声

译码

信宿

信息的传递
?

是物质、能量的传递吗?

信息的传递
是可能性空间缩小过程的传递。 ? 如:DNA中4种碱基:腺嘌呤、鸟嘌 呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶。 ? 碱基排列形式——氨基酸——蛋白质— —酶——细胞形态——生物的不同特征。 ? 妹妹来吗?
?

信息的传递
信息的传递需要控制,控制又必须依赖 信息的传递。 ? 如:生物反馈 ? 纪昌学箭:眼力和箭法的关系,即只有 获得目标的足够信息量,才能控制目标。 ? 知和行的统一。
?

信息是客体吗?
公明仪:对牛弹琴 ? 华容道关羽点火 ? 哥廷根心理学会议:40篇报道:1篇错 误少于20%,14篇有20%-40%的错误, 25篇的错误在40%以上。 ? 一半以上的报告掺有臆造出来的虚假情 节,只有1/10的人看准黑人是光头。 ? 短衫都对了,但颜色不对。
?

5.4信息传递的效率
?

一、可靠性
?编码 ?干扰(噪声) ?频带宽度

编码形式: 减少噪声影响的技术: 信源编码 ? 提高信噪比 信道编码 频带宽度:通讯线路 允许顺利通过的电 提高信号功率 提高可靠性的技术: 磁波的频率范围 降低噪声 数字通信 措施:提高信道的频 带宽度 保密通信 光纤通信

?

二、效率
? 多路通讯

时分制和频分制
? 满负荷

多拉快跑

信道容量
?

在单位时间内,可以传递的最大信息量 称为这一信道的信道容量。

信道容量由以下几个因素决定
以警报器为例: ? 人拉警报的速度和控制能力 ? 警报器的几个可辨状态 晋平公和师旷 ? 警报传给人的速度和对人的控制能力 ? 如:一战时期,“露齐泰尼亚号”被德 国潜水艇击沉的消息传入非洲中部地区。
?

信道容量由以下几个因素决定
失火后的呼救 ? 仪器的选择 ? 信道容量的选择:不要太大,也不要太 小。 ? 红绿灯,烽火台 ? 信息传递中的干扰
?


?



重复传递 ? 如:小学生做数学 ? 重复说话 ? 适于随机的、偶然的干扰。但不能排除 同一通道中那些系统的、有规则的干扰。

不同信道
?

? ?

?

?

魏格纳:从非洲大陆和美洲大陆可以拼在一 起得出一个结论:古代世界的大陆是合并在 一起的,由于地壳的水平运动造成大陆漂移, 才形成今天全世界陆地的分布。 分析残留在岩石里的古代地磁场 古生物学、海底年龄、沉积物等完全不同的 途径得到同一信息“大陆发生过漂移”。 二战时期,盟军得到一个消息“德国还不能 制造原子武器”。“德国人正在用钍做牙 膏”。 核导弹启动中心控制室里,两人分别启动才 能生效。

不同信道
?

生物的进化
– 高等动物:减数分裂 – 低等动物:有丝分裂

曾参杀人 ? 能量守恒,信息守恒吗? ? 郑人买履
?

阻抗滤波
化学中的指示剂:碘和淀粉 ? 地震预报中通过测量氡的含量是否异常 来确定 ? 人的视觉:7700-3900埃的可见光 ? 听觉:20-20000赫的声波
?

反馈滤波
信道 A C
抑制无用信号

B

同步滤波
信道 A
控制通道开关

C

B

格莱塞设计的气泡室:通过留声机头来控制照相 机快门,一旦有大量气泡发生,马上在溶液中发 出一种很短的声波。声波使容器壁振动,振动通 过留声机头控制着快门。同步过程越好,干扰也 就越少。

气泡室的影象 显示出碰撞后 粒子的轨迹

汽泡室是一个装满液体的容器, 该液体处于压力之下,温度接 近沸点。如果压力减低,液体 的沸点也随着降低,但若压力 的改变够快,液体回变成超热 状态(温度超过沸点,但仍然 维持液体状态)。假设压力改 变是发生在粒子束刚经过之后, 那么室内的液体将会变的不稳 定,沿着电离离子的路径开始 沸腾,很多小气泡因此形成, 可以拍摄下来,带电粒子的轨 迹于是就出现在我们眼前。

信息的储存
B本身不一定是A,但B的可辨状态一定 要稳定,能保存比A时间更长。 ? B通常只反映了A的一个侧面。 ? 要使储存下来的东西可被利用,就必须 具体了解A和B的对应关系。
?

信息的加工
井水变枯和地震的关系? ? (1)3000年一次5级以上地震 ? (2)井水变枯30年一次 ? (3)地震发生前90%的井水变枯
?

5.5信息与组织
组织过程是事物之间 ? 一、什么是组织? 联系的可能性空间 从大变小的过程。 ? 二、组织是怎么形成的? 或者说是从混乱无 序发展到有秩序的 组织过程与获得信息是密不可分的。 ? 三、信息与系统 过程,是一个建立 联系的过程。 一般系统中,任一要素既是信源,又是信宿,同时 又是信道。我们必须把一个事物的整个控制、 反馈和信息传递过程综合起来考虑。不仅要考 虑单向传递,而且要考虑相互影响及相互影响 的综合效果。这就是系统理论。

例:三个人排队
M1:没有命令 ? M2:“三个人的位置必须呈一个正三 角形” ? M3:“正三角形必须以旗杆为中心” ? M4:“A必须位于旗杆北5米,B、 C必须分别位于旗杆西南方和东南方”
?

控制、信息和组织
?

在组织中可能性空间的状态不是一般的 可辨状态,而是代表事物相互联系的方 式,一个状态代表一种联系方式。因此, 组织起来的过程实际上是事物间建立某 些确定的联系,排除了其他种联系的可 能,从而也就排除了联系的混乱性和随 机性。

6.控制论
6.1控制 ? 6.2控制的条件 ? 6.3控制的类型 ? 6.4黑箱认识论
?

6.1控制
? ?

一、控制:为了实现一定的目的采取的行动。

二、控制的特点: ? 控制是一个不断调节的过程 ? 控制是一个选择的过程

6.2控制的条件
一、控制必须有控制者和控制对象。 ? 二、控制者必须有控制目标。 ? 三、控制对象的活动变化必须存在多种 可能性。 ? 四、控制者必须具有一定的控制能力。
?

一、控制必须有控制者和控制对象。
线路

施控者

受控者

控制系统
环境
输入

控制系统

输出

控制系统与环境

二、控制者必须有控制目标。
?

人们根据自己的目的,改变条件,使事 物沿着可能性空间内某种确定的方向发 展,就是控制。

三、控制对象的活动变化必须存在多 种可能性。
?

可能性空间:事物发展变化中面临的各种可 能性集合称为这个事物的可能性空间。 (光速,鸡蛋和石头)

?

火山 ? 鸡蛋——鸡蛋、破蛋、小鸡 ? “歧路亡羊”——歧路之中,又有歧焉 ? 生物进化——植物、真菌、动物
?

为什么事物具有可能性空间?
不确定性——矛盾性 ? 自相矛盾 ? 牛顿经典力学与爱因斯坦的相对论
?

控 制
事物发展的可能性空间,或事物发展的 不确定性,是由事物内部的矛盾决定的。 人们根据自己的目的,改变条件,使事 物沿着可能性空间内某种确定的方向发 展,就形成控制。控制,归根结底是一 个在事物可能性空间中进行有方向的选 择的过程。 ? 人造纤维是不是选择的过程?
?

控制过程的三个基本环节:
(1)了解事物面临的可能性空间 ? (2)在可能性空间中选择某些状态为 目标 ? (3)控制条件,使事物向既定的目标 转化
? ?

医生对病人的控制

?

对于一个复杂的过程,事物的可能性空 间不仅有许多状态,而且这些状态有复 杂的展开方式,影响事物发展的条件也 错综复杂。与之相应的选择过程也是复 杂的,需要在事物发展的不同阶段控制 不同的条件,同时注意各种条件之间的 配合和状态的相关作用。

四、控制者必须具有一定的控制能力。
实行控制前后的可能性空间之比称为控 制能力。 ? 如果某一事物的可能性空间为M,实行 控制后,可能性空间缩小为m,那么控 制能力就是M/m。
?

1979年宣布天花病例绝迹 ? 聪明人用网捕鸟 ? 恒温箱、冰箱、机械 ? 射手打靶,天平精度,小孩吃饭
?

游标卡尺

一种机械千分尺(螺旋测微器)

6.3控制的类型
一、按是否有反馈分为: ? 开环控制系统和闭环控制系统
?

二、按反馈类型分为: ? 正反馈控制和负反馈控制 ? 三、按控制方法分为:随机控制、记忆控 制、共轭控制、最优控制、黑箱控制
?

一、开环控制和闭环控制
控制者 输入 受控系统 输出 环境

开环控制系统

控制者

输入

受控系统 反馈

输出

环境

闭环控制系统

二、负反馈控制和正反馈控制
负反馈:将偏差减小的反馈。 ? 正反馈:将偏差放大的反馈。
?

负反馈调节机制必定要有两个环节: 负反馈调节的本质在于设计了一个目标差 ? (1)系统一旦出现目标差,便自动出现 不断减少的过程,通过系统不断把自己控 某种减少目标差的反应。 制后果与目标作比较,使得目标差在一次 ? 一次控制中慢慢减少,最后达到控制的目 (2)减少目标差的调节要一次一次地发 的。 挥作用,使得对目标的逼近能积累起来。
? ?

兔子 (目标) 鹰的 位置


鹰的控制系统

眼睛

大脑

翅膀

鹰抓兔子的负反馈控制示意图

负反馈如何扩大控制能力?
做起来看 ? 居里夫妇提取镭 ? 教学过程 ? 当人的控制能力不能达到目的时,可以 用负反馈调节放大控制能力。
?

二、负反馈控制和正反馈控制
?

正反馈(恶性循环)

矛头淅米剑头炊,白岁老人攀枯枝 ? 盲人骑瞎马,夜半临深池 ? 军备竞赛 ? 导弹、氢弹、原子弹 ? 三极管
?

三、控制方法
? ?

随机控制

记忆控制 ? 共轭控制
?

最优控制

随机控制
操场上找人 ? 一把钥匙开锁 ? 神农尝百草
?
?

“神农尝百草之滋味,水泉之甘苦,令民知所避就。当此之时, 一日而遇七十毒。”

?
?

生命之初,氨基酸怎样出现?
米勒的实验:用甲烷、氨、氢和水蒸汽组成混合气体,放入容 器中,然后连续通以电火花,模拟了一个有生物前的地球环境。 8天后,得到了5种重要的氨基酸:甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸、 天门冬氨酸和丝氨酸。

随机控制
特点:“碰运气”,在随机控制过程中, 系统的可能性空间只有在达到目标值时 才缩小,不达目标值时,可能性空间不 缩小。 ? 如何提高效率? ? 速度 计算机——图书检索,指纹
?
?

1.5—2.0亿次/秒

?

充分估计事物的可能性空间

随机控制
父子出城 ? 瑞典发明家拉瓦尔 ? 问题:快速、精确地保持转轮的平衡 ? 轴越粗、越硬,越不易变形,越好 ? 金属,硬度大。 ? 将一个笨重的木盘子装在一根藤条上转 动,发现:有弹性的软轴在高速转动中 能自动地保持平衡。
?

记忆控制
特点:可能性空间在达到目标值之前是 随着选择次数逐一缩小的。 ? 粗心和细心 ? 注意:不能出错,小孩捉迷藏 ? 注意可能性空间陷阱 ? 致人死亡的药,从溶液中提纯两种金属
?

共轭控制
工具的使用 ? 曹冲称象 ? 爱迪生测量灯泡的容积 ? 按按钮生产(司炉工) ? 均匀混合两种固体粉末 ? 过程:L-A-L-1,用L-1AL来表示。
?

居里夫人即玛丽居里,是 一位原籍为波兰的法国科 学家。她与她的丈夫皮埃 尔居里(Pierre Curie)都是 放射性的早期研究者。他 们发现了放射性元素钋 (Po)和镭(Ra),并因此与 法国物理学家亨利· 贝克 勒尔分享了1903年诺贝尔 物理学奖。之后,居里夫 人继续研究了镭在化学和 医学上的应用,并且因分 离出纯的金属镭而又获得 1911年诺贝尔化学奖。

曹冲称象

6.4黑箱认识论
一、认识对象和黑箱 ? 二、控制能力的限制 ? 三、理论清晰的重要性 ? 四、控制论和科学技术
?

一、认识对象和黑箱
控制论把人们认识和改造的对象看作黑 箱。即只知其功能,不知其结构的系统 为黑箱系统。 ? 认识黑箱的方法有两种:打开黑箱和不 打开黑箱。 ? 如:了解手表的分阵和秒针关系的办法。 ? 孟德尔豌豆实验—摩尔根果蝇实验—沃 森和克里克的DNA双螺旋结构模型 。
?

不打开黑箱方法的适用范围:
某些内部结构非常复杂的系统 ? 不能打开的系统 ? 打开黑箱会严重干扰本身结构的系统
?

– 巴甫洛夫关于狗的视力的实验

实践结果

实践

客体黑箱 比较
目 标 差



主体模型
理论结果 用理论预测

对理论的修改

实践——理论——实践的反复循环

二、控制能力的限制
?

控制能力反映了人类实践活动的深度和 广度。人们掌握的可观察变量越多,表 示人们对自然界了解越多,掌握的可控 制变量越多。表示人们改造世界的能力 越大。
– 伽利略的望远镜,光谱分析技术,高能加 速器

二、控制能力的限制
?

科学史表明,控制能力被限制在一定水 平之内时,无论怎样进行“实践—理 论—实践”的反复循环,都不能使认识 进一步逼近真理。
– 16世纪范· 赫尔蒙特的柳树实验。 – 1821年,爱莎尼亚的物理学家塞贝克的磁 化实验。

二、控制能力的限制
?

由此可见,人们的认识要不断逼近真理, 理论要在实践的检验中不断发展,要求 人们的实践手段不断更新,使可观察变 量和可控制变量的数目和范围不断增大。

三、理论清晰性的重要
托勒密、亚里士多德的地心说 ? 盖伦的血液运动潮汐说 ? 燃素说
?

– 奥地利哲学家波尔普提出:一种理论科学 性的标准是可证伪性。

四、控制论和科学技术
?

一个时代人所认识到的真理都是相对的, 它直接依赖于人在自然界的位臵和人控 制自然的能力。就科学本身来说,它永 远是围绕着人为核心展开的。


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