自然辨证法世纪科技发展对自然观的影响PPT学习教案

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1、会计学1自然辩证法课程自然辩证法课程第1页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程 19世纪末世纪末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：三大发现：（1） X-射线射线 （1895，伦琴），伦琴）（2） 放射性放射性 （1896，贝克勒尔），贝克勒尔）（3） 电子电子 （1897， 汤姆逊）汤姆逊）第2页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程1896年李鸿章访问德国 第3页

2、/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程生活于19世纪末20世纪初的荷兰物理学家洛伦兹，创立了经典电子论，确定了电子在电磁场中所受的力(洛伦兹力)。预言了正常的塞曼效应，并在错误的以太学说的基础上提出了与相对论建立有关的高速运动的参考系与静止参考系之间时间、空间坐标的变换关系(洛伦兹变换)。像威廉汤姆生一样，他认为当时“科学的大厦已经建成”。第4页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第5页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程两朵小小乌云：（两朵小小乌云：（1 1）黑体辐射中的）黑体辐射中的“紫外灾难紫外灾难” （2 2）迈克尔逊迈克尔逊- -莫雷所做的莫雷所做的“以太漂移实以太漂移实验验”理

3、论拟合理论拟合的曲线的曲线2理论拟理论拟合的曲合的曲线线1实验实验曲线曲线黑体辐射中的黑体辐射中的“紫外灾难紫外灾难”L1光源光源接收器接收器L2运动方向运动方向以以太太迈克尔逊迈克尔逊-莫雷所做的莫雷所做的“以太漂移实验以太漂移实验”第6页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程 经典力学、热力学、经典电磁理论的矛盾和危机：经典力学、热力学、经典电磁理论的矛盾和危机： （1 1）经典力学相对性与经典电磁理论的相对性不相容经典力学相对性与经典电磁理论的相对性不相容 （2 2）热力学第二定律的不可逆性与牛顿力学可逆性的对立）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：原子论的危机

4、：电子的发现电子的发现 演化方向上：演化方向上：生物学进化生物学进化, ,热力学退化（熵增定律）热力学退化（熵增定律） 力学与统计解释的矛盾：力学与统计解释的矛盾：决定论（确定论）与统计论决定论（确定论）与统计论 简单性与复杂性简单性与复杂性 线性与非线性之间的关系线性与非线性之间的关系全面危机全面危机第7页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第8页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程（1）爱因斯坦（）爱因斯坦（1879-1955）相对论）相对论 相对性原理相对性原理 在所有惯性参照系中，物理学规律都是相同的，不存在一在所有惯性参照系中，物理学规律都是相同的，不存在一个个 优于其他惯性系的

5、绝对惯性系。优于其他惯性系的绝对惯性系。 光速不变原理光速不变原理 在所有惯性参照系中，真空中的光线都是以确定的速度在所有惯性参照系中，真空中的光线都是以确定的速度c c运运 动的动的, ,不管这光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。不管这光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。1905年年6月，月，论运动物体的电动力学论运动物体的电动力学提出狭义相对论提出狭义相对论第9页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程“同时性同时性”概念：概念：“对于一个观察者来说是同时发生的两个事件，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。对别的观察者来说，就不一定是同时的。

6、”因因 此，同时性只是相对的。此，同时性只是相对的。 爱因斯坦以相对性原理和光爱因斯坦以相对性原理和光速不变原理作为公理前提，并利速不变原理作为公理前提，并利用同时性的相对性，导出了空间用同时性的相对性，导出了空间坐标和时间坐标在不同惯性参照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把力学和电磁学在运动学水平上统一了起来。统一了起来。 几个推论：几个推论： 1、光速是运动速度极限、光速是运动速度极限 2、距离在运动方向上收缩、距离在运动方向上收缩 3、运动时钟变慢（双生

7、子）、运动时钟变慢（双生子） 4、质量随速度增加而增大、质量随速度增加而增大 5、 1907年，年，狭义相对论狭义相对论2mcE 第10页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第11页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程 科学意义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。高的层次上实现了综合。 哲学意义哲学意义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，、从根本上否定了牛

8、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。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、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。存在着内在的、本质的联系，把三维空间扩展到四维。第12页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程（a）牛顿时间与空间分离，彷佛是一根在两个方向都无限延伸的在铁轨上跑的火车头一样。（b）相对论时间 与空间相互结合，当空间弯曲时，时间也有了形态，即铁轨是弯曲的，时间就如铁轨上的火车头一样。第13页/共31页自然辩证

9、法课程自然辩证法课程量子力学革量子力学革命命19001900年，普朗克提出能量子假说；年，普朗克提出能量子假说；19051905年，爱因斯坦提出光量子假说和理论；年，爱因斯坦提出光量子假说和理论；2020世纪初，卢瑟福提出原子的有核模型世纪初，卢瑟福提出原子的有核模型太阳系模型；太阳系模型；1912-131912-13年，玻尔建立（经典）量子论原子模型；年，玻尔建立（经典）量子论原子模型；19231923年，德布洛意提出物质波假说；年，德布洛意提出物质波假说；19251925年，年，海森堡提出矩阵力学；海森堡提出矩阵力学； 19261926年，年，薛定谔提出波动力学；薛定谔提出波动力学；192

10、71927年证明两者等价；年证明两者等价； 19271927年，海森堡提出年，海森堡提出“测不准原理测不准原理”，玻尔提出，玻尔提出“互补原互补原理理”。（2）量子论和量子力学建立）量子论和量子力学建立第14页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程量子力学的自然图景量子力学的自然图景 在微观领域引入概率随机性；在微观领域引入概率随机性；定域性；波是弥散的，定域性；波是弥散的， 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。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。能量和时间、质量和动量；能量和时间、质量和动量； “黑屋子里的球黑屋子里的球”连续轨迹的概念连续轨迹的概念

11、不连续的量子跃迁概念不连续的量子跃迁概念严格决定论的概念严格决定论的概念 概率决定论的概念概率决定论的概念定域的概念定域的概念 整体论的概念整体论的概念爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）就量子力学是否完备所发派）就量子力学是否完备所发生的长达生的长达3030年的争论。年的争论。第15页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第16页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程重要分支学科重要分支学科 粒子物理学粒子物理学 基本粒子、夸克基本粒子、夸克 物质的物质的“可分性可分性”： 有限或无限有限或无限 相互作用的统一性：相互作用的统一性： “物理学理论的终极物理学理论的终极”。

12、 现代宇宙学现代宇宙学 爱因斯坦开创现代宇宙学爱因斯坦开创现代宇宙学, ,建建立立 静态宇宙模型。静态宇宙模型。“一生中犯的一生中犯的最最 大错误大错误”。 动态宇宙模型：大爆炸宇宙理动态宇宙模型：大爆炸宇宙理 论，论，6060年代得到观测支持。年代得到观测支持。 宇宙宇宙, ,我们的（观测）宇宙我们的（观测）宇宙, ,开开 宇宙、闭宇宙和平宇宙宇宙、闭宇宙和平宇宙,200,200亿亿 光年光年, ,黑洞，黑洞，有界无限。有界无限。 有限和无限。有限和无限。 现代地学现代地学 魏格纳的大陆漂移说魏格纳的大陆漂移说 赫斯的海底扩张说赫斯的海底扩张说 威尔逊的板块学说威尔逊的板块学说第17页/共3

13、1页自然辩证法课程自然辩证法课程 50 50年代，发现年代，发现DNADNA双螺旋结构双螺旋结构 6060年代，遗传密码破译年代，遗传密码破译, ,人工合成蛋白质人工合成蛋白质 70 70年代，生命起源新理论年代，生命起源新理论, ,人工合成核酸人工合成核酸 80 80年代，生物工程年代，生物工程 90 90年代，克隆、人类基因组工程年代，克隆、人类基因组工程 计算机科学技术、网络技术计算机科学技术、网络技术 40 40年代出现计算机年代出现计算机 50 50年代晶体管计算机年代晶体管计算机 60 60年代集成电路计算机年代集成电路计算机 70 70年代大规模集成电路计算机年代大规模集成电路计

14、算机, ,人工智能知人工智能知识识 工程工程,ARPANet,ARPANet,计算机网络计算机网络 80 80年代神经网络计算机再兴年代神经网络计算机再兴, ,因特网因特网 生物学（生命科学）生物学（生命科学）伦理学问题伦理学问题法律问题法律问题 道德问题等道德问题等赛博空间赛博空间Cyberspace 新新型人际关系型人际关系 人人机关系机关系 新新的伦理道德问题的伦理道德问题第18页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程 生态和环境生态和环境 50 50年代，现代生态学年代，现代生态学 60 60年代，环境问题、绿色运动年代，环境问题、绿色运动 70 70年代，全球问题，联合国年代，全球问

15、题，联合国 人类环境宣言人类环境宣言 80 80年代，地球系统科学年代，地球系统科学, ,可持续发可持续发展展 90 90年代，联合国年代，联合国2121世纪议程世纪议程, , 中国中国2121世纪议程世纪议程科技、经济、自然科技、经济、自然和社会的协调发展和社会的协调发展 高新技术群高新技术群 计算机技术计算机技术 信息技术信息技术 网络技术网络技术 生物工程和科学技术生物工程和科学技术 新材料科学技术新材料科学技术 新能源技术新能源技术 海洋科学技术海洋科学技术 空间科学技术空间科学技术 先进制造技术先进制造技术第19页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第20页/共31页自然辩证法课程

16、自然辩证法课程 系统科学、非线性科学：科学谱系系统科学、非线性科学：科学谱系 40 40年代，系统工程，一般系统论、控制论、信息论年代，系统工程，一般系统论、控制论、信息论 60-70 60-70年代，耗散结构理论、突变论、协同论、年代，耗散结构理论、突变论、协同论、超循环理论超循环理论 80-9080-90年代，混沌理论，分形理论，孤子理论年代，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，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，非线有序和无序；非线性世界与线性简化，非线性方法论。性方法论。

17、第21页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程复杂性理论研究的基本框架复杂性理论研究的基本框架一般系统论一般系统论控制论控制论信息论信息论协同学协同学突变论突变论耗散结构论耗散结构论超循环论超循环论一般系统科一般系统科学学自组织理论自组织理论现代系统科学现代系统科学非线性科学非线性科学混沌动力学混沌动力学分形理论分形理论孤立子理论孤立子理论大系统理论大系统理论复杂巨系统理论复杂巨系统理论灰色系统理论灰色系统理论复杂性科学复杂性科学遗传编程遗传编程进化策略进化策略进化编程进化编程遗传编程遗传编程人工生命人工生命进化计算进化计算主体主体神经网络神经网络L-L-系统系统元胞自动机元胞自动机网络动力学

18、网络动力学第22页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第23页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程 追求简单性追求简单性 探索复杂性探索复杂性 关注本体和认识问题关注本体和认识问题 联系道德伦理与法律问题联系道德伦理与法律问题 研究无机界研究无机界 研究生命、智能研究生命、智能 兴趣驱动的小科学兴趣驱动的小科学 任务驱动的大科学任务驱动的大科学 认识导向的科学认识导向的科学 认识导向和应用导向并重的科学认识导向和应用导向并重的科学总体特点总体特点2020世纪科学技术发展迅速，发展世纪科学技术发展迅速，发展更全面，注重整体，分析更深入更全面，注重整体，分析更深入问题一：科学研究自主性与国家利

19、益问题一：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问题二：学术的国际化与自主性第24页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程（1）现代科学的发展需要哲学）现代科学的发展需要哲学 爱因斯坦：爱因斯坦：物理学的当前困难，迫使物理学家比其前辈更物理学的当前困难，迫使物理学家比其前辈更 深入地掌握哲学问题。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科学要是没有认识论只要这真是可以想只要这真是可以想象象 的的就是原始的和混乱的。就是原始的和混乱的。 库恩：库恩：在公认的危机时期，科学家们必须转向哲学分析，在公认的危

20、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。作为解开他们的领域中的谜的工具。第25页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程（2）现代科学促进哲学的进步）现代科学促进哲学的进步 相对论相对论 牛顿绝对时空观：牛顿绝对时空观： 时间、空间、物质之间的绝对分割；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；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。广义相对论时空观：时间、空间与物质之间不可分割。 量子论量子论 机械决定论与统计决定论；机械决定论与统计决定论； 对主体与客体之间关系的新认

21、识；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）长达爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）长达3030年的哲学争论。年的哲学争论。第26页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程 系统科学系统科学 60-70 60-70年代年代: : “静态静态”阶段阶段耗散结构理论、协同学耗散结构理论、协同学 80-90 80-90年代年代: : “动态动态”阶段阶段混沌学、分形学混沌学、分形学 系统科学研究的系统科学研究的“系统范式系统范式”：从方法上反对立足于从方法上反对立足于 部分的分析还原方法部分的分析还原方法 系统科学揭示的世界图象：系统科学揭示的世界图象： 简单性的世界简单性的世界复杂性

22、的世界复杂性的世界 存在的世界存在的世界演化的世界演化的世界 确定性的世界确定性的世界非确定性的世界非确定性的世界第27页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程创始人为一群科学家，最著名的包括：创始人为一群科学家，最著名的包括：气象学家洛仑兹（气象学家洛仑兹（E.N.Lorenz）、数学家约克和李天岩、）、数学家约克和李天岩、May，KAM（柯尔莫哥洛夫（柯尔莫哥洛夫 - 阿诺德阿诺德 - 莫什尔）等。莫什尔）等。混沌学混沌学J.Gleick:Chaos,making a new science“混沌混沌”（Chaos），），原意紊乱、无序和无规原意紊乱、无序和无规律。但在混沌理论中，它指的不

23、是纯粹的无序律。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。混沌理论研究的是具有确定性的非线性系统，混沌，混沌“来源于决定论性方程的无规运动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。不规则的宏观时空行为。第28页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程分形学分形学曼德布罗特：曼德布罗特： 大自然的分形大自然的分形 几何学，彩图几何学，彩图4 创始人为曼德布罗特（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

24、分形几他的分形、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。何学是分形理论问世的重要标志。“分形分形”（fractal）意指不规则的、支离破碎意指不规则的、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、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、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。描述和解释世界的新视觉、新视角。第29页/共31页自然辩证法课程自然辩证法课程第30页/共31页