5自然界的系统性

第三章 自然界的系统性1第三章第三章 自然界的系统性自然界的系统性第三章 自然界的系统性2 第一节第一节 系统是自然界的存在方式系统是自然界的存在方式 在当代科学技术的背景下，唯物主义自在当代科学技术的背景下，唯物主义自然观的发展表现为：然观的发展表现为： 由由“实物中心论实物中心论”向向“系统中心论系统中心论”的的转变。转变。 这突现了相互作用的重要性。恩格斯曾这突现了相互作用的重要性。恩格斯曾经指出，经指出，“相互作用是事物的真正的终极原相互作用是事物的真正的终极原因因”，“我们不能追溯到比对这个相互作用我们不能追溯到比对这个相互作用的认识更远的地方，因为正是在它背后没有的认识更远的地方，因为正是在它背后没有什么要认识的东西了。什么要认识的东西了。”第三章 自然界的系统性3 一、一、系统的涵义系统的涵义 系统一词，在古希腊语中，带有组合、整体系统一词，在古希腊语中，带有组合、整体和有序的涵义。和有序的涵义。 贝塔朗菲将系统定义为贝塔朗菲将系统定义为:“:“处于一定的相互关处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分系中并与环境发生关系的各组成部分( (要素要素) )的总的总体体.”.” 第三章 自然界的系统性4二、描述系统的基本概念二、描述系统的基本概念 1 1、要素要素，是构成系统的组元或部分。，是构成系统的组元或部分。 注意：单一要素不是系统，必须有两个以上的注意：单一要素不是系统，必须有两个以上的要素才可能构成系统。例如，一个苯分子的组成是要素才可能构成系统。例如，一个苯分子的组成是六个碳原子和六个氢原子，在其中的每一个碳原子六个碳原子和六个氢原子，在其中的每一个碳原子和氢原子都是苯的组成要素和氢原子都是苯的组成要素。 系统与要素是相对而言的，在一个系统中是要系统与要素是相对而言的，在一个系统中是要素的东西，在另一个层次上则可以是系统。它们之素的东西，在另一个层次上则可以是系统。它们之间存在着整体与部分之间的辩证关系。间存在着整体与部分之间的辩证关系。第三章 自然界的系统性52 2、结构，结构，是系统内部各要素之间的内在的是系统内部各要素之间的内在的联系，排列顺序和组织方式。联系，排列顺序和组织方式。要素与结构的关系要素与结构的关系任何一个系统都是要素和结构的统一体。要素是结任何一个系统都是要素和结构的统一体。要素是结构的基础和物质承担者，要素的相互作用形成结构。所构的基础和物质承担者，要素的相互作用形成结构。所以一个系统的性质和功能首先依赖于它的要素。以一个系统的性质和功能首先依赖于它的要素。但是结构对于要素有相对独立性，在许多系统中，但是结构对于要素有相对独立性，在许多系统中，结构对于系统功能的形成起着更为重要的作用。例如化结构对于系统功能的形成起着更为重要的作用。例如化学上的同分异构体丁烷和异丁烷，构成这两个物质系统学上的同分异构体丁烷和异丁烷，构成这两个物质系统的要素完全相同，然而它们却有着不同的性质，这正是的要素完全相同，然而它们却有着不同的性质，这正是因为两者的结构不同。因为两者的结构不同。第三章 自然界的系统性6DNA分子分子模型模型第三章 自然界的系统性73 3、环境环境，是指与系统发生相互作用，而又不属是指与系统发生相互作用，而又不属于这个系统的所有事物的总和。于这个系统的所有事物的总和。环境对系统的作用环境对系统的作用系统总是存在于一定的环境中，它对系统的生存系统总是存在于一定的环境中，它对系统的生存和发展起着极其重要的作用，这表现为：和发展起着极其重要的作用，这表现为：（1 1）环境提供系统赖以生存的条件。环境提供系统赖以生存的条件。例如在物理世界中，原子、分子这样的物质系统例如在物理世界中，原子、分子这样的物质系统也只能存在于一定的温度和一定的压力这些外界条件也只能存在于一定的温度和一定的压力这些外界条件中。至于生命系统，它所依赖的环境条件就更为苟刻。中。至于生命系统，它所依赖的环境条件就更为苟刻。第三章 自然界的系统性8 （2 2）环境对系统进行选择和控制。环境对系统进行选择和控制。 随着自然环境的变迁，自然环境便起着一种选随着自然环境的变迁，自然环境便起着一种选择的作用。择的作用。“物竞天择，适者生存物竞天择，适者生存”这个法则不这个法则不仅是生物进化的法则，也是一切自然系统的发展仅是生物进化的法则，也是一切自然系统的发展法则。环境还控制、影响着物质系统的功能和演法则。环境还控制、影响着物质系统的功能和演化的速度。化的速度。第三章 自然界的系统性94 4、功能功能，是系统在与环境相互作用中表现出来是系统在与环境相互作用中表现出来的特性。功能不是要素的属性，也不是某个部分的属性，的特性。功能不是要素的属性，也不是某个部分的属性，而是系统整体才有的属性。而是系统整体才有的属性。功能与结构的相互关系功能与结构的相互关系功能之所以为整体具有，是因为功能以结构为载体，功能之所以为整体具有，是因为功能以结构为载体，是在各要素的功能耦合中实现。在这个意义上说，是在各要素的功能耦合中实现。在这个意义上说，功能是功能是由结构决定的由结构决定的。但是，结构对功能的决定并不是单值决定，。但是，结构对功能的决定并不是单值决定，一种结构可以表现为多种功能，一种功能也可以有多种不一种结构可以表现为多种功能，一种功能也可以有多种不同的结构实现。同的结构实现。另一方面，另一方面，功能又会对结构发生反作用功能又会对结构发生反作用。功能的发。功能的发挥有时会损耗结构，有时又会挥有时会损耗结构，有时又会“改进改进”结构。生命系统正结构。生命系统正是在发挥功能中维持其结构，并使结构进化的。是在发挥功能中维持其结构，并使结构进化的。第三章 自然界的系统性10要素、结构、功能和环境，是完备地规定一要素、结构、功能和环境，是完备地规定一个系统所必须的四个基本因素。个系统所必须的四个基本因素。在这几个基本因素的关系上，还应强调系统在这几个基本因素的关系上，还应强调系统的的功能决定规律，即系统的功能是由其要素、结功能决定规律，即系统的功能是由其要素、结构和环境共同决定的。构和环境共同决定的。换言之，系统的功能是要换言之，系统的功能是要素、结构和环境的函数。（素、结构和环境的函数。（F(F(，) )，功能或性质、功能或性质、环境、环境、要素、要素、结结构）构）要素是系统功能的物质基础，结构是系统功要素是系统功能的物质基础，结构是系统功能的重要根据，环境则是系统功能的外部条件。能的重要根据，环境则是系统功能的外部条件。第三章 自然界的系统性11三、系统的类型三、系统的类型 根据系统根据系统有无生命特征有无生命特征，可以分为生命系统，可以分为生命系统和非生命系统，后者又可进一步分为物理系统和非生命系统，后者又可进一步分为物理系统和化学系统。和化学系统。 根据系统根据系统被人类的改造程度被人类的改造程度，可以将物质系，可以将物质系统分为天然系统、人工系统和复合系统。前者统分为天然系统、人工系统和复合系统。前者是未经人类改造、依然按照其天然过程发展的是未经人类改造、依然按照其天然过程发展的物质系统，如恒星；汽车、建筑物等人工创造物质系统，如恒星；汽车、建筑物等人工创造的系统则是人工系统；而农业生态系统、水电的系统则是人工系统；而农业生态系统、水电站等可以看成是人的实践活动已参与其中的复站等可以看成是人的实践活动已参与其中的复合系统合系统。第三章 自然界的系统性12根据人们对系统的根据人们对系统的认识程度认识程度，可以分为黑，可以分为黑色系统、灰色系统和白色系统。它们反映了人对色系统、灰色系统和白色系统。它们反映了人对系统要素、结构和功能认识清晰、模糊和未知的系统要素、结构和功能认识清晰、模糊和未知的不同认识程度。不同认识程度。黑色系统（黑箱）表示人们虽肯定它有复杂的结构黑色系统（黑箱）表示人们虽肯定它有复杂的结构和功能，但对其组成要素和内部结构一无所知。反之，和功能，但对其组成要素和内部结构一无所知。反之，对其结构和组成要素已认识清楚的，称之为白色系统。对其结构和组成要素已认识清楚的，称之为白色系统。介于二者之间的，称为灰色系统。人们在认识过程中的介于二者之间的，称为灰色系统。人们在认识过程中的努力目标，就是使黑色系统变成灰色系统，进一步变成努力目标，就是使黑色系统变成灰色系统，进一步变成白色系统。白色系统。第三章 自然界的系统性13 非系统非系统自然事物自然事物 孤立系统孤立系统 系统系统 封闭系统封闭系统 无序系统无序系统 开放系统开放系统 稳定有序系统稳定有序系统 有序系统有序系统 非自复制系统非自复制系统 稳恒态有序系统稳恒态有序系统 自复制系统自复制系统 依据物质系统的依据物质系统的内在属性内在属性，系统可分为：，系统可分为：第三章 自然界的系统性14说明：说明：、孤立系统、封闭系统和开放系统、孤立系统、封闭系统和开放系统孤立系统孤立系统，是与外界环境没有物质和能量交是与外界环境没有物质和能量交换的系统。按照热力学第二定律，孤立系统的熵换的系统。按照热力学第二定律，孤立系统的熵只能增加，不会减少，即孤立系统的熵大于或等只能增加，不会减少，即孤立系统的熵大于或等于零（于零（）。）。有人认为，整个宇宙，由于有人认为，整个宇宙，由于“至大无外至大无外”，无所谓，无所谓外界，因此，也就没有与外界进行物质和能量的交换，外界，因此，也就没有与外界进行物质和能量的交换，所以是个孤立系统。克劳修斯当年就是据此得出宇宙所以是个孤立系统。克劳修斯当年就是据此得出宇宙“热寂说热寂说”的。的。第三章 自然界的系统性15封闭系统封闭系统，与外界环境有能量交换但没有物质交换与外界环境有能量交换但没有物质交换的系统。的系统。根据爱因斯坦的质能关系式：根据爱因斯坦的质能关系式：2 2 , ,能量是可以能量是可以换算为质量的。与外界没有物质交换的系统，自然也不会与换算为质量的。与外界没有物质交换的系统，自然也不会与外界有能量交换。但有时在能量交换中所涉及的物质交换数外界有能量交换。但有时在能量交换中所涉及的物质交换数量级极小，可略而不计，在这种情况下，我们便有了一个封量级极小，可略而不计，在这种情况下，我们便有了一个封闭系统。例如，如果忽略从宇宙空间落入地球上的流星和宇闭系统。例如，如果忽略从宇宙空间落入地球上的流星和宇宙云埃，地球近似地可看作是一个封闭系统。在自然界中没宙云埃，地球近似地可看作是一个封闭系统。在自然界中没有严格意义的孤立系统和封闭系统。有严格意义的孤立系统和封闭系统。开放系统开放系统，是与外界环境自由地进行物质和能量交是与外界环境自由地进行物质和能量交换的系统。以下要分析的均为开放系统。换的系统。以下要分析的均为开放系统。第三章 自然界的系统性16、无序系统和有序系统，、无序系统和有序系统，无序系统无序系统( (或无组织系统或无组织系统) )的特点：的特点：（1 1）系统中各元素之间的相互作用相当微弱，无）系统中各元素之间的相互作用相当微弱，无明显制约作用。明显制约作用。例如一堆沙、星际弥漫物质、天上的云彩、河里的湍流等。例如一堆沙、星际弥漫物质、天上的云彩、河里的湍流等。（2 2）系统中各元素随机分布，系统的性质不因各）系统中各元素随机分布，系统的性质不因各元素进出而发生明显的变化。元素进出而发生明显的变化。从熵的观点看，这种系统是系统熵增加到接近极大值的表从熵的观点看，这种系统是系统熵增加到接近极大值的表现。无序系统不但是物质系统的最初形式和孤立系统演化的最终现。无序系统不但是物质系统的最初形式和孤立系统演化的最终状态，而且也是宇宙系统的最普遍形式。宇宙中无序系统远远多状态，而且也是宇宙系统的最普遍形式。宇宙中无序系统远远多于有序系统，就象无理数远远多于有理数一样。于有序系统，就象无理数远远多于有理数一样。第三章 自然界的系统性17有序系统有序系统，系统中元素之间有明显的制约，系统中元素之间有明显的制约作用；元素之间的分布有一定的规则性。作用；元素之间的分布有一定的规则性。以下是有序系统的不同形式：以下是有序系统的不同形式：主体附属系统主体附属系统，各部分分离后可独立存在下去，如青苔，各部分分离后可独立存在下去，如青苔与树木、俘获的行星与主天体组成的系统；与树木、俘获的行星与主天体组成的系统；主体从属系统主体从属系统，主体可以离开从属部分而存在，但从属，主体可以离开从属部分而存在，但从属部分离开主体便不能存在，如人的身体与手臂，太阳系和地球；部分离开主体便不能存在，如人的身体与手臂，太阳系和地球；互补系统互补系统，每一部分离开对方都不能独立存在，如心脏与，每一部分离开对方都不能独立存在，如心脏与血液，树根与树皮。血液，树根与树皮。第三章 自然界的系统性183 3、稳定有序系统和稳恒态有序系统、稳定有序系统和稳恒态有序系统这是对有序系统的进一步分类。这是对有序系统的进一步分类。稳定有序系统稳定有序系统是指原子、分子、地球、天体这类系是指原子、分子、地球、天体这类系统，它们有两个特点：统，它们有两个特点：第一第一，稳定有序系统与环境之间，稳定有序系统与环境之间的物质与能量的交换还没有起到足以阻止熵增规律起作的物质与能量的交换还没有起到足以阻止熵增规律起作用的程度；用的程度；第二第二，这种交换不但不能使系统自我更新，而且这，这种交换不但不能使系统自我更新，而且这种交换是系统转化、破坏和瓦解的根源。稳定有序系统种交换是系统转化、破坏和瓦解的根源。稳定有序系统在与环境的交换不能保持稳定，不能保持自我更新。反在与环境的交换不能保持稳定，不能保持自我更新。反之，如果原来是稳定的系统，与环境隔绝之后却能保持之，如果原来是稳定的系统，与环境隔绝之后却能保持相对稳定。相对稳定。第三章 自然界的系统性19稳恒态有序系统稳恒态有序系统的特点与上述系统相反。的特点与上述系统相反。第一第一，在这种系统中，系统与环境的物质、能量，在这种系统中，系统与环境的物质、能量和信息交换起着决定性作用。这种交换成了稳恒态系统和信息交换起着决定性作用。这种交换成了稳恒态系统存在方式和基础，这种交换一旦停止，系统就会分化瓦存在方式和基础，这种交换一旦停止，系统就会分化瓦解。解。第二第二，正是这种交换使系统的熵保持不变甚至减，正是这种交换使系统的熵保持不变甚至减少。例如，耗散结构、生命系统、心理系统、社会系统，少。例如，耗散结构、生命系统、心理系统、社会系统，就是属于这样的稳恒态系统。一般系统论的创始人就是属于这样的稳恒态系统。一般系统论的创始人贝塔贝塔朗菲朗菲曾将稳恒态系统称为曾将稳恒态系统称为“开放系统开放系统”。第三章 自然界的系统性20第二节第二节 物质系统的基本特征物质系统的基本特征一、系统的整体性一、系统的整体性系统的整体性特征，也称系统的系统的整体性特征，也称系统的整体性原整体性原理理或系统的或系统的整体突现规律整体突现规律。它是一切系统的最。它是一切系统的最基本的特征或规律。基本的特征或规律。系统的整性特征，是指系统至少存在着一种其构成系统的整性特征，是指系统至少存在着一种其构成要素所没有的新的特征、性质、功能或规律，或者说系要素所没有的新的特征、性质、功能或规律，或者说系统的性质、功能或规律，不是其构成要素的性质、功能统的性质、功能或规律，不是其构成要素的性质、功能或规律的简单加和。这一规律可简单地概括为：或规律的简单加和。这一规律可简单地概括为：“整体整体不等于部分之和不等于部分之和”，或，或“系统质不等于要素质系统质不等于要素质”。第三章 自然界的系统性21恩格斯恩格斯：“许多人协作，许多力量溶合为一个总的力许多人协作，许多力量溶合为一个总的力量，用马克思的话来说，就造成量，用马克思的话来说，就造成新的力量新的力量，这种力量，这种力量和它的一个个力量的总和有本质的差别。和它的一个个力量的总和有本质的差别。”这段话是对整这段话是对整体性特征的生动说明。体性特征的生动说明。被称西方经济学之父的被称西方经济学之父的亚当亚当斯密斯密，在，在国富论国富论中中提出了所谓的提出了所谓的“看不见的手看不见的手”原理。他指出，一群互不相原理。他指出，一群互不相干的人，每个人都追求自身的利益，在没有政府指导的情干的人，每个人都追求自身的利益，在没有政府指导的情况下，能够创造出一个稳定有序的而不是杂乱无章的社会。况下，能够创造出一个稳定有序的而不是杂乱无章的社会。也就是说，追求私利的个人，由一只也就是说，追求私利的个人，由一只“看不见的手看不见的手”引导，引导，从事着有利于他人和整个社会的事情。此原理体现的正是从事着有利于他人和整个社会的事情。此原理体现的正是“整体不等于局部之和整体不等于局部之和”的观点。的观点。第三章 自然界的系统性22在生命起源的问题上，有一种古老的在生命起源的问题上，有一种古老的活力论活力论学说。学说。这种学说认为，不可能从无生命中创造出生命。一个生这种学说认为，不可能从无生命中创造出生命。一个生物体是由完全平常的原子组成。活细胞里的碳原子、氢物体是由完全平常的原子组成。活细胞里的碳原子、氢原子、氧原子，与细胞外的原子没什么两样。一些无生原子、氧原子，与细胞外的原子没什么两样。一些无生命的原子凑到一起怎么就成了有生命的东西。命的原子凑到一起怎么就成了有生命的东西。比如，我们可以观察一个低级的细菌，它身上有复比如，我们可以观察一个低级的细菌，它身上有复杂的功能，其体内的情况象是一个井井有条的大城市。杂的功能，其体内的情况象是一个井井有条的大城市。这上百万的原子为什么得以组织起来，执行如此复杂的这上百万的原子为什么得以组织起来，执行如此复杂的功能，是因为一切活物中添加了某种非物质成分，一种功能，是因为一切活物中添加了某种非物质成分，一种生命力，其本源来自上帝。生命力，其本源来自上帝。第三章 自然界的系统性23 支持活力论的一个论点与功能有关。活物的一个支持活力论的一个论点与功能有关。活物的一个显著特征是，它们的行为看上去都有某种目的，好象显著特征是，它们的行为看上去都有某种目的，好象是指向一个具体的目的。这种目的性在较高级的生命是指向一个具体的目的。这种目的性在较高级的生命形式中最为明显。如，一个细菌也能表现出它在努力形式中最为明显。如，一个细菌也能表现出它在努力达到某些基本的目的，如取食。达到某些基本的目的，如取食。草履草履虫虫第三章 自然界的系统性24腺病毒腺病毒T T4 4噬菌体噬菌体第三章 自然界的系统性25 系统的整体性原理要阐明的正是系统的突现系统的整体性原理要阐明的正是系统的突现性质，包括生命特征的突现，而不必求助于任性质，包括生命特征的突现，而不必求助于任何非物质的东西。何非物质的东西。 整体性特征整体性特征对于人们认识自然和改造自然有对于人们认识自然和改造自然有着非常重大的理论意义和实践意义。在理论上着非常重大的理论意义和实践意义。在理论上它揭示了自然界之所以有奇迹般的无限多样性它揭示了自然界之所以有奇迹般的无限多样性和无限创造力的根源，说明宇宙怎样由为数不和无限创造力的根源，说明宇宙怎样由为数不多的、相对简单的基本元素（多的、相对简单的基本元素（夸克和轻子夸克和轻子）组）组成丰富多彩的世界。成丰富多彩的世界。第三章 自然界的系统性26都江堰水利工程都江堰水利工程第三章 自然界的系统性27“鱼嘴鱼嘴”是都江堰的分水工程，是都江堰的分水工程，因其形如鱼嘴而得名，它昂头因其形如鱼嘴而得名，它昂头于岷江江心，把岷江分成内外于岷江江心，把岷江分成内外二江。二江。鱼嘴分水堤鱼嘴分水堤第三章 自然界的系统性28第三章 自然界的系统性29飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，飞沙堰的作用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情况，多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情况，它还会自行溃堤，让大量江水回归岷江正流。它还会自行溃堤，让大量江水回归岷江正流。飞沙堰溢洪道飞沙堰溢洪道第三章 自然界的系统性30第三章 自然界的系统性31 宝瓶口，是前山伸向岷江的长宝瓶口，是前山伸向岷江的长脊上凿开的一个口子，它是人工脊上凿开的一个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，因它凿成控制内江进水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名宝瓶形似瓶口而功能奇持，故名宝瓶口。留在宝瓶口右边的山丘，因口。留在宝瓶口右边的山丘，因与其山体相离，故名离堆。与其山体相离，故名离堆。宝瓶口进水口宝瓶口进水口第三章 自然界的系统性32第三章 自然界的系统性33补充：系统的两类整体特征补充：系统的两类整体特征对系统整体性的分析，有必要分辨两类不同的特征：对系统整体性的分析，有必要分辨两类不同的特征：一类特征或功能来源于系统内部的要素和结构，可一类特征或功能来源于系统内部的要素和结构，可称为系统的称为系统的第一性特征第一性特征；另一类特征或功能来源于系统与环境的相互作用，另一类特征或功能来源于系统与环境的相互作用，可称为系统的可称为系统的第二性特征第二性特征。系统理论特别重视对系统第二性特征的分析。系统理论特别重视对系统第二性特征的分析。第三章 自然界的系统性34举例说明：举例说明：（1 1）马克思马克思对对商品的两类特征商品的两类特征的分析的分析商品的商品的第一性特征第一性特征是它的使用价值，来源于劳动的第是它的使用价值，来源于劳动的第一性特征，即具体劳动。一性特征，即具体劳动。商品的商品的第二性特征第二性特征是它的交换价值，来源于劳动的第是它的交换价值，来源于劳动的第二性特征，即抽象劳动。商品的交换价值既属于商品又不二性特征，即抽象劳动。商品的交换价值既属于商品又不属于商品，是一个可感觉而又超乎感觉的东西。属于商品，是一个可感觉而又超乎感觉的东西。第三章 自然界的系统性35 如如马克思马克思所说：所说：“同商品体的可感觉的粗糙同商品体的可感觉的粗糙的对象性正好相反，在商品的价值对象性中连一的对象性正好相反，在商品的价值对象性中连一个自然物质原子也没有。因此，每一个商品不管个自然物质原子也没有。因此，每一个商品不管你怎样颠来倒去，它作为价值物总是不可捉摸你怎样颠来倒去，它作为价值物总是不可捉摸的。的。” 在此基础上，马克思揭示了资本主义生产是以在此基础上，马克思揭示了资本主义生产是以价值规律的作用和剩余价值的生产为基础的。价值规律的作用和剩余价值的生产为基础的。第三章 自然界的系统性36（2 2）马克思马克思对对机器有形损耗机器有形损耗和和无形损耗无形损耗的分析的分析有形损耗有形损耗是与机器的物理状况的变化有关。这是一种自是与机器的物理状况的变化有关。这是一种自然产生的过程，是机器第一性特征即要素和结构的变化。然产生的过程，是机器第一性特征即要素和结构的变化。无形损耗无形损耗是机器交换价值的损耗，是是机器交换价值的损耗，是“在生产者背后完在生产者背后完成的成的”，“机器除了有形损耗以外，还有所谓无形损耗。只机器除了有形损耗以外，还有所谓无形损耗。只要同样结构的机器能够更便宜地再生产出来，或者出现更好要同样结构的机器能够更便宜地再生产出来，或者出现更好的机器同原来的机器相竞争，原有机器的交换价值就会受损的机器同原来的机器相竞争，原有机器的交换价值就会受损失。在这两种情况下，即使原有的机器还十分年轻和富有生失。在这两种情况下，即使原有的机器还十分年轻和富有生命力，它的价值也不再由实际物化在其中的劳动时间来决定，命力，它的价值也不再由实际物化在其中的劳动时间来决定，而由它本身的再生产或更好的机器的再生的必要劳动时间来而由它本身的再生产或更好的机器的再生的必要劳动时间来决定了。因此，它或多或少地贬值了。决定了。因此，它或多或少地贬值了。”第三章 自然界的系统性37（3 3）郑和下西洋郑和下西洋和和西方的航海探险西方的航海探险 郑和郑和原姓马，小字三宝，云南昆阳原姓马，小字三宝，云南昆阳回族人。因随明成祖起兵有功，被赐姓郑，回族人。因随明成祖起兵有功，被赐姓郑，提任太监，所以郑和下西洋，又称提任太监，所以郑和下西洋，又称“三宝三宝太监下西洋太监下西洋”。西洋指现在南洋岛和印度。西洋指现在南洋岛和印度洋一带。洋一带。 1515世纪初，郑和七下西洋，不但是我世纪初，郑和七下西洋，不但是我国航海史上的大事，也是世界航海史上的国航海史上的大事，也是世界航海史上的伟大壮举。他的远航伟大壮举。他的远航14051405年年开始的，要比开始的，要比西方人早半个多世纪，而且在组织规模和西方人早半个多世纪，而且在组织规模和科技水平方面也都远远超过他们科技水平方面也都远远超过他们（1371-14351371-1435）第三章 自然界的系统性38第三章 自然界的系统性39郑和郑和历次远航，人数均多达两万七八千人，包括历次远航，人数均多达两万七八千人，包括行政官员、军事人员、航海技术人员、船舶修造工匠、行政官员、军事人员、航海技术人员、船舶修造工匠、一般管理人员和办理杂务的人员，以及通事（翻译）和一般管理人员和办理杂务的人员，以及通事（翻译）和医务人员。船只一百到二百多艘，其中长度超过医务人员。船只一百到二百多艘，其中长度超过100100米的米的大型宝船大型宝船4040至至6060艘。每次远航，耗费巨大，增加了财政艘。每次远航，耗费巨大，增加了财政上的困难。被人们指责为是一项上的困难。被人们指责为是一项“弊政弊政”。到后来，不。到后来，不但远航中止，连巨型船泊也不建造了，甚至连郑和下西但远航中止，连巨型船泊也不建造了，甚至连郑和下西洋的档案也被付之一炬。洋的档案也被付之一炬。第三章 自然界的系统性40 郑和宝船郑和宝船第三章 自然界的系统性41贝尔纳贝尔纳说说：“在技术上，中国人不难于早一百年在技术上，中国人不难于早一百年就完成哥伦布和那些征服美洲者的功业。但是，中国人就完成哥伦布和那些征服美洲者的功业。但是，中国人缺少动机：中国的经济不需要贸易。缺少动机：中国的经济不需要贸易。”明成祖派郑和等出使西洋，主要是为了扩大国际明成祖派郑和等出使西洋，主要是为了扩大国际影响，显示中国的富强。出使时携带的物品大部是金银、影响，显示中国的富强。出使时携带的物品大部是金银、钱币、瓷器、丝绸和铁器（包括农具）等生活和生产资钱币、瓷器、丝绸和铁器（包括农具）等生活和生产资料，大半作为礼品沿途分送各国的。而换取回来的多是料，大半作为礼品沿途分送各国的。而换取回来的多是“无名宝物无名宝物”、“珍异兽珍异兽”等专供皇家和官僚享受的奢等专供皇家和官僚享受的奢侈用品侈用品。第三章 自然界的系统性4214871487年，葡萄牙人年，葡萄牙人巴巴迪亚士迪亚士率探险队绕行到非洲南率探险队绕行到非洲南端，葡萄牙国王把该地称为好望角，表示到达印度已有了端，葡萄牙国王把该地称为好望角，表示到达印度已有了希望。希望。14921492年（也就是郑和死后年（也就是郑和死后5757年），年），哥伦布哥伦布率率8787名水名水手和三只小船（船长手和三只小船（船长1919米），到达美洲的巴哈马群岛，认米），到达美洲的巴哈马群岛，认为已到了印度。为已到了印度。14971497年葡萄牙人年葡萄牙人伽马伽马率率4 4只船，只船，148148名水手，名水手，到达印度，得到大量香料、丝绸、宝石、象牙，带回的货到达印度，得到大量香料、丝绸、宝石、象牙，带回的货物是他远航费用的物是他远航费用的6060倍。大利所在，自然后继有人。倍。大利所在，自然后继有人。1519-15221519-1522年，葡萄牙人年，葡萄牙人麦哲伦麦哲伦率船队，完成了第一次环率船队，完成了第一次环球航行球航行。第三章 自然界的系统性43西方的航海有两个明显的目的：西方的航海有两个明显的目的：1 1、科学方面的科学方面的；2 2、经济方面的经济方面的。航海的发展，繁荣了对外贸易，开创了造船工业航海的发展，繁荣了对外贸易，开创了造船工业以及有关部门。航海学校也在葡萄牙、西班牙、英格以及有关部门。航海学校也在葡萄牙、西班牙、英格兰、荷兰和法兰西应运而生。当时的航海家被誉为兰、荷兰和法兰西应运而生。当时的航海家被誉为“把新世界献给了把新世界献给了”人们。地理上的大发现，使当时人们。地理上的大发现，使当时西方人感到一个新的时代即将到来。西方人感到一个新的时代即将到来。第三章 自然界的系统性44火药、指南针和印刷术火药、指南针和印刷术是中国古代的三大发明，是中国古代的三大发明，西传之后对于近代欧洲的社会变革和科学兴起产生了巨西传之后对于近代欧洲的社会变革和科学兴起产生了巨大的作用。大的作用。马克思马克思把它们称作把它们称作“预告资产阶级社会到来预告资产阶级社会到来的三大发明的三大发明”，弗朗西斯弗朗西斯培根培根认为：认为：“这三种东西曾这三种东西曾经改变整个世界事物的面经改变整个世界事物的面 和状态，又从而产生了无数和状态，又从而产生了无数的变化看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显的变化看来没有一个帝国，没有一个宗教，没有一个显赫人物，对人类事业曾经比这些机械的发现施展过更大赫人物，对人类事业曾经比这些机械的发现施展过更大的威力和影响。的威力和影响。”第三章 自然界的系统性45但是，三大发明在它的故乡命运如但是，三大发明在它的故乡命运如何呢？用何呢？用鲁迅鲁迅的话说的话说“外国用火药制造外国用火药制造枪弹御敌，中国却用它做爆竹敬神；外枪弹御敌，中国却用它做爆竹敬神；外国用罗盘航海，中国却用它看风水国用罗盘航海，中国却用它看风水。”第三章 自然界的系统性46 二、系统的动态性（略）二、系统的动态性（略）第三章 自然界的系统性47三、系统的层次性三、系统的层次性1 1、什么是层次、什么是层次层次层次这一概念表征了系统内部结构的不同等这一概念表征了系统内部结构的不同等级和水平，揭示了系统之间级和水平，揭示了系统之间连续的连续的纵向或垂直的纵向或垂直的联系。联系。任何一个物质系统都是一个具有层次结构的物质系任何一个物质系统都是一个具有层次结构的物质系统。划分物质层次，可以有不同的指标体系。通常人们统。划分物质层次，可以有不同的指标体系。通常人们是按物质客体的质量和空间尺度大小划分的。是按物质客体的质量和空间尺度大小划分的。第三章 自然界的系统性48层次并不仅仅是一种系统内部的结构分层排布现象。层次并不仅仅是一种系统内部的结构分层排布现象。比如，地球内部由地核、地幔、地壳三个基本圈层组成，比如，地球内部由地核、地幔、地壳三个基本圈层组成，这并不意味着地球内部就有三个层次结构。这并不意味着地球内部就有三个层次结构。地球构造地球构造第三章 自然界的系统性49层次结构层次结构的主要特点是：的主要特点是：第一第一，低层系统对高层系统有构成性关系。低层系，低层系统对高层系统有构成性关系。低层系统必然是高层系统的构成部分，而高层系统也只能以低统必然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。层系统为存在基础。第二第二，低层次系统之间存在着相互作用。由于若干，低层次系统之间存在着相互作用。由于若干系统之间经相互作用而构成新系统，才导致更高物质层系统之间经相互作用而构成新系统，才导致更高物质层次出现和纵向层次间的质的差异。随着每一新物质层次次出现和纵向层次间的质的差异。随着每一新物质层次的形成，总会有新质的突现和新功能的出世。在简单加的形成，总会有新质的突现和新功能的出世。在简单加和性关系中不会出现层次结构。和性关系中不会出现层次结构。第三章 自然界的系统性502 2、自然界层次的划分、自然界层次的划分天体演化天体演化总星系星系团星系恒星行星(地球)生物圈种群社会宇宙大爆炸宇宙大爆炸夸克等基本粒子原子核原子分子大分子细胞个体人类社会物理进化物理进化化学进化化学进化生物进化生物进化个体进化路线个体进化路线群体进化路线群体进化路线第三章 自然界的系统性51生生物物的的层层次次结结构构第三章 自然界的系统性522 2、层次间的因果关系、层次间的因果关系不仅同一层次的物质系统之间存在相互作不仅同一层次的物质系统之间存在相互作用，而且在不同层次的物质系统之间也存在相用，而且在不同层次的物质系统之间也存在相互作用。因果关系是相互作用的一种特殊的表互作用。因果关系是相互作用的一种特殊的表现形式。不同层次的物质系统之间存在着双向现形式。不同层次的物质系统之间存在着双向因果关系，这就是上向因果关系和下向因果关因果关系，这就是上向因果关系和下向因果关系。系。第三章 自然界的系统性53所谓所谓上向因果关系上向因果关系，是指低层系统作为原，是指低层系统作为原因在高层系统中引起了一定结果。在上向因果因在高层系统中引起了一定结果。在上向因果关系中，低层次系统是高层次系统的基础与载关系中，低层次系统是高层次系统的基础与载体，低层次系统的相互作用产生高层次系统，体，低层次系统的相互作用产生高层次系统，并从某些方面说明高层次系统的属性或功能。并从某些方面说明高层次系统的属性或功能。例如，原子、分子、生物大分子等这些低例如，原子、分子、生物大分子等这些低层次上的物质系统是层次上的物质系统是细胞这一较高层次物细胞这一较高层次物质系统基础和载体。质系统基础和载体。第三章 自然界的系统性54层次之间的差异首先来自上向因果关系的层次之间的差异首先来自上向因果关系的存在，即以低层系统及其相互作用作为原因导存在，即以低层系统及其相互作用作为原因导致了高层系统特点的出现。只要从低层系统的致了高层系统特点的出现。只要从低层系统的规律和相干特点出发，并考虑到相应的对应规规律和相干特点出发，并考虑到相应的对应规则，高层系统的特点可以得到阐明。比如从化则，高层系统的特点可以得到阐明。比如从化学规律出发加入一些边界条件（例如生命大分学规律出发加入一些边界条件（例如生命大分子的结构等）而导出对生命现象的解释就是如子的结构等）而导出对生命现象的解释就是如此。此。第三章 自然界的系统性55所谓所谓下向因果关系下向因果关系，是指高层系统作为原，是指高层系统作为原因会在低层系统中引起某些结果。在下向因果因会在低层系统中引起某些结果。在下向因果关系中，高层系统对低层系统起制约、选择作关系中，高层系统对低层系统起制约、选择作用。用。高层系统出现之后，低层系统及其规律并高层系统出现之后，低层系统及其规律并没有消失。但是，它们是在高层系统的整体中没有消失。但是，它们是在高层系统的整体中活动的，受到高层规律对低层规律的限制和影活动的，受到高层规律对低层规律的限制和影响，从而有了新的约束，其功能、属性、规律响，从而有了新的约束，其功能、属性、规律会以扬弃的形式表现出来。通过限制和影响，会以扬弃的形式表现出来。通过限制和影响，低层系统的活动范围、条件和方向均受到选择，低层系统的活动范围、条件和方向均受到选择，从而落入高层规律所允许的范围内。从而落入高层规律所允许的范围内。第三章 自然界的系统性56比如，按比如，按热力学第三定律热力学第三定律，分子热运动所，分子热运动所表现出的温度只有下限而无上限，但在高等生表现出的温度只有下限而无上限，但在高等生命体中受生理规律的调节，却只有很小的变动命体中受生理规律的调节，却只有很小的变动范围。因此，从高层规律出发，考虑到相应的范围。因此，从高层规律出发，考虑到相应的边界条件和对应规则，也可对加入高层系统的边界条件和对应规则，也可对加入高层系统的低层现象作出解释和预言。低层现象作出解释和预言。第三章 自然界的系统性5719世纪以来，还原论成为科学界广泛接受世纪以来，还原论成为科学界广泛接受的一种基本观点，尤其在生物学中。这种观点的一种基本观点，尤其在生物学中。这种观点认为，各种生命过程，甚至人的思维过程，本认为，各种生命过程，甚至人的思维过程，本质上都可还原为物理和化学过程，都可以用物质上都可还原为物理和化学过程，都可以用物理和化学手段去研究，用物理和化学定律作出理和化学手段去研究，用物理和化学定律作出解释。解释。第三章 自然界的系统性58 还原论还原论的实质是认为根据对低层次系统的实质是认为根据对低层次系统的研究成果，可以知道高层次系统的性质。的研究成果，可以知道高层次系统的性质。这种观点的不正确之处在于没有看到不同这种观点的不正确之处在于没有看到不同层次具有不同的质，当低层次系统作为要层次具有不同的质，当低层次系统作为要素加到高层次系统之后，由于要素之间的素加到高层次系统之后，由于要素之间的相互联系和作用，它的属性和功能就会受相互联系和作用，它的属性和功能就会受到某些约束，新的物质层次出现后，新质到某些约束，新的物质层次出现后，新质也随之出现。也随之出现。第三章 自然界的系统性59一个世纪之前，一个世纪之前，恩格斯恩格斯就已明确表示就已明确表示不相信能把生命过程完全还原为化学过程不相信能把生命过程完全还原为化学过程的观点，他说：的观点，他说：“终有一天，我们可以用终有一天，我们可以用实验的方法把思维实验的方法把思维归结归结为脑子中的分为脑子中的分子和化学的运动，但是难道这样一来就把子和化学的运动，但是难道这样一来就把思维的本质包括无遗了吗？思维的本质包括无遗了吗？”第三章 自然界的系统性60 四、系统的自组织性（略）四、系统的自组织性（略）第三章 自然界的系统性61 第三节第三节 对自然系统层次划分的哲学思考对自然系统层次划分的哲学思考 一、人们对自然界层次认识的发展一、人们对自然界层次认识的发展第三章 自然界的系统性62二、层次的尺度与结合能的关系二、层次的尺度与结合能的关系研究表明：物质系统的尺度与它组成元素之研究表明：物质系统的尺度与它组成元素之间的结合能有反比关系。设系统的尺度为间的结合能有反比关系。设系统的尺度为L，结，结合能为合能为E，则有：，则有： 这里是一个常数域。这里是一个常数域。这个关系式说明，随着物质层次由低到高推这个关系式说明，随着物质层次由低到高推进，结合的紧密程度将由大到小而递减。低层次进，结合的紧密程度将由大到小而递减。低层次系统尺度小而结合能大；高层次系统尺度大而结系统尺度小而结合能大；高层次系统尺度大而结合能小。合能小。第三章 自然界的系统性63美国系统学家美国系统学家拉兹洛拉兹洛指出：指出：“当我当我们从初级组织层次的微观系统走向较高们从初级组织层次的微观系统走向较高层次的宏观系统，我们就是从被强有力层次的宏观系统，我们就是从被强有力地、牢固地结合在一起的系统走向具有地、牢固地结合在一起的系统走向具有较微弱和较灵活的结合能量的系统较微弱和较灵活的结合能量的系统”。第三章 自然界的系统性64三、物质系统为什么具有层次结构三、物质系统为什么具有层次结构低层次物质系统的结合能大于其高层系统，低层次物质系统的结合能大于其高层系统，这一现象得以说明具有层次结构的系统何以是稳这一现象得以说明具有层次结构的系统何以是稳定的，也说明高层次系统有可能在稳定的低层结定的，也说明高层次系统有可能在稳定的低层结构上重建的可能性，而不必一切从构上重建的可能性，而不必一切从“底底”开始的开始的彻底重组。但是，自然界的物质系统为什么都为彻底重组。但是，自然界的物质系统为什么都为层次结构，而不是无层次结构？层次结构，而不是无层次结构？第三章 自然界的系统性65关于这个问题，美国经济学家、计算机科学家关于这个问题，美国经济学家、计算机科学家西蒙西蒙和和罗森罗森作了一个很好的数学证明。这个证明表明，一个作了一个很好的数学证明。这个证明表明，一个相对独立的稳定的子系统组成的系统，比起直接由组成相对独立的稳定的子系统组成的系统，比起直接由组成元素组成的系统更能经常住环境的干扰与破坏，因而在元素组成的系统更能经常住环境的干扰与破坏，因而在变化的环境中更加稳定。而从发展的速度上看，分层形变化的环境中更加稳定。而从发展的速度上看，分层形成的系统比直接形成系统要快得多。因此，在演化过程成的系统比直接形成系统要快得多。因此，在演化过程中产生多层次结构物质系统的概率要比产生无层次结构中产生多层次结构物质系统的概率要比产生无层次结构物质系统的概率大得多。这就决定了现实世界即自然界物质系统的概率大得多。这就决定了现实世界即自然界有一个层次结构有一个层次结构。第三章 自然界的系统性66西蒙西蒙：“在具有给定的体积和复杂性的各种可能在具有给定的体积和复杂性的各种可能存在的系统中，通过其演化过程最可能出现的是由分系存在的系统中，通过其演化过程最可能出现的是由分系统构成的分层等级系统。自然选择机制产生出分层等级统构成的分层等级系统。自然选择机制产生出分层等级系统的速度将比产生同样体积的非分层系统的速度迅速系统的速度将比产生同样体积的非分层系统的速度迅速得多，因为分层结构的各部分本身都是稳定的系统。得多，因为分层结构的各部分本身都是稳定的系统。” 自然界的发展是如此，试想人类在自己活动领域自然界的发展是如此，试想人类在自己活动领域中的发展是否也是如此呢？中的发展是否也是如此呢？第三章 自然界的系统性67四、层次划分是否无限（讨论）四、层次划分是否无限（讨论）第三章 自然界的系统性68