專題1補(bǔ)充資料辯證唯物主義自然觀及發(fā)展系統(tǒng)自然觀.doc

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第四節(jié) 辯證唯物主義自然觀的發(fā)展：系統(tǒng)自然觀 系統(tǒng)自然觀是辯證唯物主義自然觀的現(xiàn)代形式之一。本章力求概括和總結(jié)20世紀(jì)以來自然科學(xué)發(fā)展的重大成果，論述系統(tǒng)自然觀產(chǎn)生的自然科學(xué)基礎(chǔ)、系統(tǒng)自然觀的基本觀點(diǎn)及其思維方式，展現(xiàn)自然界的系統(tǒng)存在方式和演化的不可逆性與序向，揭示自然界演化的自組織機(jī)制和循環(huán)發(fā)展的無限性。 第一節(jié) 現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展和系統(tǒng)自然觀的產(chǎn)生 一、系統(tǒng)自然觀產(chǎn)生的現(xiàn)代自然科學(xué)基礎(chǔ) 1．現(xiàn)代自然科學(xué)革命概況 19世紀(jì)末20世紀(jì)初，由于發(fā)生了物理學(xué)的革命，自然科學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段即現(xiàn)代自然科學(xué)發(fā)展階段。這場(chǎng)革命起源于19世紀(jì)末的經(jīng)典物理學(xué)危機(jī)。物理學(xué)經(jīng)典理論體系的建立，曾使不少科學(xué)家認(rèn)為，物理學(xué)的主要框架已經(jīng)構(gòu)成，剩下的工作只是把一些物理常數(shù)測(cè)得更準(zhǔn)確，并將一些基本定律應(yīng)用于各種具體問題。然而，正當(dāng)他們認(rèn)為物理學(xué)已到了頂峰而陶醉于“盡善盡美”的境界時(shí)，物理學(xué)的晴朗天空中卻出乎意料地出現(xiàn)了“兩朵烏云”，這就是當(dāng)時(shí)用經(jīng)典物理學(xué)理論無法解釋的邁克爾遜一莫雷實(shí)驗(yàn)和黑體輻射實(shí)驗(yàn)。20世紀(jì)初，愛因斯坦、普朗克等科學(xué)家在解決新實(shí)驗(yàn)事實(shí)同舊理論之間的矛盾的過程中，創(chuàng)建了以相對(duì)論和量子力學(xué)為支柱的現(xiàn)代物理學(xué)理論體系。之后，以物理學(xué)革命為先導(dǎo)，涌現(xiàn)出了分子生物學(xué)、控制論、系統(tǒng)論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)理論、分形理論、混沌理論等一系列在自然觀上具有根本變革性質(zhì)的新學(xué)科、新理論。 20世紀(jì)的科學(xué)革命廣泛地發(fā)生在宇觀、宏觀、微觀三大層次上，使整個(gè)自然科學(xué)形成一個(gè)前沿不斷擴(kuò)大的多層次的綜合的整體。概要說來，由相對(duì)論表征的科學(xué)革命是關(guān)于高速及宇觀領(lǐng)域的；由量子力學(xué)和分子生物學(xué)學(xué)表征的科學(xué)革命是關(guān)于微觀領(lǐng)域的；由分形理論、混沌理論等一系列學(xué)科表征的科學(xué)革命，則是介于兩者之間的宏觀的領(lǐng)域的。它們分別從觀、微觀、宏觀三大層次上揭示了自然界的本質(zhì)和規(guī)律。 2．相對(duì)論、量子力學(xué)和分子生物學(xué) (1)相對(duì)論 1905年愛因斯坦創(chuàng)建的狹義相對(duì)論，從相對(duì)性原理、光速不變?cè)砗涂臻g與時(shí)間均勻性出發(fā)，導(dǎo)出了同時(shí)性的相對(duì)性、尺縮效應(yīng)、時(shí)間延緩效應(yīng)、質(zhì)增效應(yīng)、質(zhì)能關(guān)系式等重要結(jié)論，揭示了空間與時(shí)間之間、空間和時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間、質(zhì)量與能量之間的統(tǒng)一性。1916年他創(chuàng)建的廣義相對(duì)論，提出在任何參考系中，自然規(guī)律都可以表示為相同的數(shù)學(xué)形式(廣義協(xié)變?cè)?；引力場(chǎng)對(duì)物體的引力作用與物體的加速運(yùn)動(dòng)是等效的(“等效原理”)；推斷出在引力場(chǎng)中，時(shí)鐘要變慢，光的路程要彎曲；指出時(shí)問與空間不能離開物質(zhì)而獨(dú)立存在，時(shí)空的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)取決于物質(zhì)的分布，從而揚(yáng)棄了牛頓的絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)問觀念，愛因斯坦的相對(duì)論揭示了空間、時(shí)間與物質(zhì)之間存在的辯證聯(lián)系。 (2)量子力學(xué) 1900年普朗克提出的量子假說，1913年玻爾建立的量子化的原子結(jié)構(gòu)模型,1923年德布羅意提出的物質(zhì)波概念，925年海森堡建立的矩陣力學(xué)，1926年薛定諤(SchrSdinger，1887—1961)建立的波動(dòng)力學(xué)，以及之后玻恩對(duì)量子力學(xué)和波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋，揭示了嶄新的、不同于宏觀客體規(guī)律的微觀客體規(guī)律，闡明了連續(xù)性與間斷性、波動(dòng)性與粒子性的對(duì)立統(tǒng)一，突現(xiàn)了量子(微觀)世界的概率隨機(jī)性，從而根本改變了精確確定的連續(xù)軌跡的經(jīng)典概念，經(jīng)典理論中的嚴(yán)格決定論，被因果律僅作為一種近似的和統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)的概念所代替。貝爾定理的證實(shí)，確認(rèn)了量子關(guān)聯(lián)的實(shí)在性。這種量子關(guān)聯(lián)是非定域性的，它既存在于人與自然之間、主體與客體之間，又表現(xiàn)在宇宙的過去與現(xiàn)在之間，說明自然界是一個(gè)統(tǒng)一的、不可分割的整體，這個(gè)整體中的各部分是普遍關(guān)聯(lián)著的。 量子力學(xué)的建立，使自然科學(xué)進(jìn)入到人類日常感性經(jīng)驗(yàn)以外的微觀世界。它反映了人和自然相互作用的特征，表明了人只有通過儀器裝置才能觀察和描述自然，人只有在同自然的相互作用中才能達(dá)到認(rèn)識(shí)自然的目的；人絕不是自然之外的與之分離的觀察者或存在者，而是作為自然界的一部分參與到自然現(xiàn)象中去。 “量子關(guān)聯(lián)”這一思想，最初是玻爾在1935年發(fā)表的一篇論文《能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理 實(shí)在的描述是完備的嗎?》中提出來的。他強(qiáng)調(diào)把經(jīng)典物理學(xué)體系分離為各個(gè)部分的處理方法在量子領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)失效，因?yàn)橹灰獌蓚€(gè)體系合成一個(gè)單一的體系，即使只在一段有效的時(shí)間內(nèi)，這樣的一個(gè)組織過程就不再能夠分離。之后，經(jīng)過玻姆和貝爾的研究與分析，使得量子關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)成為可能。自1972年以來物理學(xué)界所完成的實(shí)驗(yàn)表明，量子關(guān)聯(lián)確實(shí)存在。 （3）分子生物學(xué) 1953年美國(guó)生物學(xué)家沃森、英國(guó)生物學(xué)家克里克和威爾金斯關(guān)于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生，它將生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究水平，推進(jìn)到了大分子層次，并在生物大分子層次上闡明了生物界結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的高度一致性。分子生物學(xué)表明，所有生物，包括非細(xì)胞的生物——病毒，都有著共同的遺傳物質(zhì)——核酸，而核酸也有共同的核苷酸鏈的分子結(jié)構(gòu)和基本相同的遺傳機(jī)制。其后在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來DNA重組技術(shù)、克隆技術(shù)，表明現(xiàn)代生命科學(xué)已發(fā)展到足以改造人類自身、改變?nèi)说淖匀槐拘缘某潭取Ｗ匀唤绲娜嘶^程，同時(shí)也是人的“自然化”的過程，“作用于他身外的自然并改變自然時(shí)，也就同時(shí)改變他自身的自然”。分子生物學(xué)向人們呈現(xiàn)了一幅將人的力量也包含其中的更為現(xiàn)實(shí)的自然圖景。 3．系統(tǒng)科學(xué) 系統(tǒng)科學(xué)是把對(duì)象作為組織性、復(fù)雜性系統(tǒng)從整體上進(jìn)行研究，以揭示其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和實(shí)際處理這類系統(tǒng)的科學(xué)。20世紀(jì)40年代末興起的控制論、信息論、系統(tǒng)論，是系統(tǒng)科學(xué)研究的第一批成果。美國(guó)的維納(Norbert wiener，1894—1964)所創(chuàng)立的控制論是最早把對(duì)象作為系統(tǒng)考察的學(xué)科，為研究系統(tǒng)的性質(zhì)提供了廣泛有效的概括形式和處理方法。加拿大籍地利理論生物學(xué)家貝塔朗菲(190l—1972)創(chuàng)立的系統(tǒng)論，第一次定義了“系統(tǒng)”為“相互作用的若干要素的復(fù)合體”，提出了“整體不可分性”的“機(jī)體論”和“整體論”原則，使科學(xué)研究的對(duì)象從孤立的部分轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體及其規(guī)律的研究。美國(guó)數(shù)學(xué)家申農(nóng)(c．E．Shannon，1916—2001)創(chuàng)立的信息論，則為人們提供了研究系統(tǒng)組織化程度和信息在系統(tǒng)中如何有效的傳輸?shù)睦碚??？刂普?、信息論和系統(tǒng)論以“系統(tǒng)”的觀點(diǎn)看自然界，提出了系統(tǒng)與要素、結(jié)構(gòu)與功能等新的范疇，揭示了自然界物質(zhì)系統(tǒng)的整體性、層次性、動(dòng)態(tài)性和開放性。 20世紀(jì)70年代前后相繼出現(xiàn)的耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論、超循環(huán)論等自組織理論以及分形理論和混沌理論，則是系統(tǒng)科學(xué)的新進(jìn)展。普里戈金提出的耗散結(jié)構(gòu)理論，闡明了系統(tǒng)新結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的條件和機(jī)制，論證了系統(tǒng)進(jìn)化的可能性。德國(guó)物理學(xué)家哈肯（1927一) 創(chuàng)立的協(xié)同學(xué)，探討了在突變點(diǎn)上，系統(tǒng)如何通過內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的協(xié)同、競(jìng)爭(zhēng)即自組織而形成新的有序結(jié)構(gòu)。法國(guó)數(shù)學(xué)家托姆建立的突變論，超越了“自然界無飛躍”的漸進(jìn)進(jìn)化思想，使突變現(xiàn)象成為科學(xué)研究的對(duì)象，給系統(tǒng)科學(xué)提供了新的數(shù)學(xué)工具。德國(guó)生物化學(xué)家艾根(Manfred Eign)提出的超循環(huán)論，揭示了生物大分子形成的自組織形式，架設(shè)了從無生命向生命過渡的橋梁。非平衡系統(tǒng)自組織理論勾畫了自然從存在到演化的畫面，展示了自然演化的不可逆性和序向，不僅指出自然界的演化是自組織的、自己運(yùn)動(dòng)的，而且揭示了自然演化的自組織機(jī)制。由美國(guó)氣象學(xué)家洛侖茲、生物學(xué)家R．梅、物理學(xué)家費(fèi)根鮑姆(Mitchell Feigenbaum)等人創(chuàng)立的混沌理論，揭示了以往科學(xué)未曾料想到的隱藏在混亂現(xiàn)象深處的驚人秩序以及自然萬物生長(zhǎng)演化的普適規(guī)律，提供了一種關(guān)于系統(tǒng)演化的分叉與混沌方式，它揭示了確定性系統(tǒng)的“內(nèi)在隨機(jī)性”，體現(xiàn)了隨機(jī)性存在于確定性之中，確定性自己規(guī)定自己為不確定性——確定性系統(tǒng)自己產(chǎn)生了隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。它從根本上消除了拉普拉斯決定論的可預(yù)測(cè)性這一觀念。 二、系統(tǒng)自然觀的基本內(nèi)涵和思想 系統(tǒng)自然觀植根于相對(duì)論、量子力學(xué)、分子生物學(xué)以及以系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論、超循環(huán)理論、分形理論、混沌理論為代表的系統(tǒng)科學(xué)等現(xiàn)代自然科學(xué)理論，為人們描繪出一幅從基本粒子、原子、分子化合物直到人類，從微觀領(lǐng)域直至宇觀天體系統(tǒng)演化的自組織、自我運(yùn)動(dòng)、自我創(chuàng)造的辯證的演化發(fā)展的自然圖景，深入揭示了自然界的本質(zhì)和規(guī)律，認(rèn)為“‘系統(tǒng)’是總的自然界的模型”。系統(tǒng)自然觀最深層、最基本的內(nèi)涵，在于它揭示了自然系統(tǒng)不僅存在著，而且演化著；自然系統(tǒng)不僅是確定的，而且會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性；自然系統(tǒng)不僅是簡(jiǎn)單的、線性的，而且是復(fù)雜的、非線性的，闡發(fā)了自然界是確定性與隨機(jī)性、簡(jiǎn)單性與復(fù)雜性、線性與非線性的辯證統(tǒng)一的思想。 1．從存在到演化 以往的自然科學(xué)，如牛頓力學(xué)、麥克斯韋的電磁場(chǎng)論，包括相對(duì)論和量子力學(xué)等，所描述的都是可逆過程，表現(xiàn)出時(shí)間反演是對(duì)稱的，未來和過去沒有差別。非平衡系統(tǒng)自組織理論則將熱力學(xué)定律的“時(shí)間之矢”與動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性、不可逆性聯(lián)系起來，使時(shí)間從一個(gè)外部參量轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀谎莼膬?nèi)在尺度，指出“時(shí)間之矢”是與物理系統(tǒng)相聯(lián)系的內(nèi)部屬性從而提出了“內(nèi)部時(shí)同”的概念，表明自然科學(xué)從存在的科學(xué)走向演化的科學(xué)。與此相聯(lián)系，人們對(duì)于自然界的認(rèn)識(shí)，也就從認(rèn)識(shí)存在深入到認(rèn)識(shí)演化，即認(rèn)識(shí)到自然界不僅是存在的而且是演化的，并試圖在存在和演化之間架起一座橋梁。 2. 確定性和隨機(jī)性的統(tǒng)一 自從1687年牛頓發(fā)表《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》以來，確定論觀點(diǎn)在自然科學(xué)領(lǐng)域一直被奉為正統(tǒng)，以致機(jī)械決定論者構(gòu)造了一個(gè)封閉的簡(jiǎn)單的宇宙模式，認(rèn)為只要人們找到一個(gè)無所不包的宇宙方程，并且知道宇宙的一切初始條件和邊界條件，那么，宇宙的過去和未來都會(huì)呈現(xiàn)在眼前。這就是前面所提到的拉普拉斯決定論。但是，混沌理論表明，對(duì)于那些原來看來完全確定的非線性系統(tǒng)，即使不受外界影響，初始條件是確定的，系統(tǒng)自身也會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)性(稱之為“內(nèi)在隨機(jī)性”)。這類情況不是稀有的特例，而是普遍行為，完全確定論的描述在牛頓力學(xué)中僅限于稀如鳳毛麟角的特例。人們終于認(rèn)識(shí)到，自然界是確定性與隨機(jī)性的辯證統(tǒng)一。 3．簡(jiǎn)單性和復(fù)雜性的統(tǒng)一 正如人的認(rèn)識(shí)發(fā)展道路是從認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單事物開始一樣，近代科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展也是從研究簡(jiǎn)單系統(tǒng)開始的。經(jīng)典科學(xué)研究的對(duì)象主要是線性的、解析的、平衡態(tài)的、規(guī)則的、有序的、確定的、可逆的、可作嚴(yán)格邏輯分析的對(duì)象，這本來是合理的、必然的，但也形成一種傳統(tǒng)觀念，即認(rèn)為復(fù)雜性只存在于生命和社會(huì)歷史領(lǐng)域，物理世界是簡(jiǎn)單的。因此，不問是否有可能，總是把復(fù)雜性完全簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單性來處理(實(shí)質(zhì)上是人為地消除復(fù)雜性)，其基本的方法是分析的、還原的。然而，從20世紀(jì)60年代以來，自然科學(xué)把注意力轉(zhuǎn)向現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性系統(tǒng)，研究非線性的、非解析的、非平衡態(tài)的、不規(guī)則的、無序的、不確定的、不可逆的、不可作嚴(yán)格邏輯分析的對(duì)象，越來越廣泛和深刻地揭示出了自然界的復(fù)雜性的一面，表明 一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不能被看做是許多要素的簡(jiǎn)單組合，而是存在著要素之間的反饋、自催化、自組織的相互聯(lián)系和協(xié)同作用。正如普里戈金在《探索復(fù)雜性》一書中所指出的：“復(fù)雜性不再僅僅屬于生物學(xué)了，它正在進(jìn)入物理學(xué)領(lǐng)域，似乎已經(jīng)植根于自然法則之中了?！比藗円呀?jīng)意識(shí)到必須將追求簡(jiǎn)單性和探索復(fù)雜性結(jié)合起來。 4．線性和非線性的統(tǒng)一 以往的科學(xué)實(shí)質(zhì)上是以線性系統(tǒng)為研究對(duì)象的線性科學(xué)。數(shù)學(xué)的發(fā)展早已線性系統(tǒng)的研究提供了包括線性代數(shù)、線性微分方程、傅立葉分析、線性算子理論和隨機(jī)過程的線性理論在內(nèi)的強(qiáng)有力的解析方法和工具。正如人的認(rèn)識(shí)發(fā)展道路是從認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單事物開始一樣，近代科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展也是從研究線性系統(tǒng)這種簡(jiǎn)單對(duì)象開始的。物理學(xué)家首先考察沒有摩擦的理想擺、沒有粘滯的理想流體，數(shù)學(xué)家首先研究線性函數(shù)、線性方程，等等。這本來是合理的、必然的。線性模型是一大批現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的良好近似。事實(shí)上，線性科學(xué)在理論和實(shí)踐上都有極其光輝的成果，迄今許多令人注目的重大理論和技術(shù)創(chuàng)造都是線性科學(xué)的貢獻(xiàn)。但在性科學(xué)成功發(fā)展的同時(shí)，也在自然觀上形成了一種線性觀，即把線性系統(tǒng)視為客觀世界的常規(guī)現(xiàn)象、正常狀態(tài)或本質(zhì)特征，把非線性系統(tǒng)視為例外情形、病態(tài)現(xiàn)象或非本質(zhì)特征，非線性系統(tǒng)僅僅是線性系統(tǒng)的擾動(dòng)等等；認(rèn)為只有線性現(xiàn)象才有普遍規(guī)律，可以提出一般原理，制定普適的方法，非線性現(xiàn)象沒有普遍規(guī)律，不能建立一般原理和普適的方法。20世紀(jì)七八 十年代，分形理論、混沌理論等研究所刮起的“非線性風(fēng)暴”，使人們終于明白：現(xiàn)實(shí)世界中的非線性問題不是少見的例外而是普遍現(xiàn)象，線性問題才是少見的例外；非線性特性不是細(xì)枝末節(jié)而是基本特征和本質(zhì)的存在，線性特性才是非本質(zhì)的存在和次要方面；線性系統(tǒng)只不過是一部分簡(jiǎn)單非線性系統(tǒng)在一定條件下的近似；自然界是線性與非線性的辯證統(tǒng)一。 三、系統(tǒng)自然觀確立的重大意義 1．豐富和發(fā)展了辯證唯物主義自然觀 系統(tǒng)自然觀的確立，是對(duì)辯證唯物主義自然觀的豐富與發(fā)展，并且成為辯證唯物主義自然觀的重要組成部分。 首先，系統(tǒng)自然觀揭示了自然界的系統(tǒng)性、整體性和層次性，指出整個(gè)自然界是以系統(tǒng)方式存在著的有機(jī)整體，整體性是自然界最基本的屬性；自然界物質(zhì)系統(tǒng)都是由不同的層次結(jié)構(gòu)組成的，這種層次結(jié)構(gòu)是無限的；世界的統(tǒng)一性表現(xiàn)為系統(tǒng)客體的物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞的相互依賴、相互補(bǔ)充即物質(zhì)、能量、信息三個(gè)基本要素的統(tǒng)一性，系統(tǒng)自然觀 豐富和深化了辯證唯物主義的物質(zhì)觀。 其次，系統(tǒng)自然觀揭示了自然界物質(zhì)系統(tǒng)的開放性、動(dòng)態(tài)性和自組織性，指出自然界的一切物質(zhì)客體都是不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的開放系統(tǒng)，亦即自然界的任何客體都是動(dòng)態(tài)的開放系統(tǒng)，同外界不發(fā)生物質(zhì)、能量和信息交換的絕對(duì)封閉系統(tǒng)是不存在的；自然界物質(zhì)系統(tǒng)不是被動(dòng)的，而是主動(dòng)的，它能夠自發(fā)地或自主地有序化、組織化和系統(tǒng)化，即具 有自組織性,從而更具體、更生動(dòng)地闡明了諸如運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的存在方式、矛盾是運(yùn)動(dòng)的源泉、運(yùn)動(dòng)方式的多樣性和絕對(duì)性等思想，極大地豐富和深化了辯證唯物主義的運(yùn)動(dòng)觀。 再次，系統(tǒng)自然觀揭示了時(shí)間的不可逆性，提出了“內(nèi)部時(shí)問”的概念。指出“時(shí)間之矢”是與物理系統(tǒng)相互聯(lián)系的內(nèi)部屬性；以系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能、層次、有序、無序、整體等概念對(duì)物質(zhì)存在的空問形式、物質(zhì)的廣延性作了定性和定量的描述，更具體、更生動(dòng)地闡明了空間和時(shí)間是物質(zhì)存在的基本形式以及空間、時(shí)間與物質(zhì)相互聯(lián)系、不可分割的思想，進(jìn)一步豐富和深化了辯證唯物主義的時(shí)空觀。 最后，系統(tǒng)自然觀揭示了自然界在循環(huán)發(fā)展中有序與無序、進(jìn)化與退化的辯證統(tǒng)一，論證了辯證唯物主義自然觀關(guān)于運(yùn)動(dòng)、發(fā)展的大循環(huán)思想。非平衡態(tài)自組織理論證明，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，通過與外界環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息，從環(huán)境中獲得負(fù)熵流來抵消系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生，就可能在一定條件下使系統(tǒng)從一種混亂無序的狀態(tài)演化成為一種穩(wěn) 定有序的結(jié)構(gòu)。同樣，混沌理論也揭示了通向混沌的道路，說明了系統(tǒng)從有序向無序的轉(zhuǎn)化過程。在自然界的演化過程中，正是由于混沌可以產(chǎn)生有序，有序又將復(fù)歸于混沌，才使得自然界經(jīng)歷了“混沌一有序一新的混沌一新的有序”的循環(huán)發(fā)展過程。 2．提供了系統(tǒng)思維方式 隨著系統(tǒng)自然觀的確立，形成了一種探索組織性、復(fù)雜性問題的思維方式——系統(tǒng)思維方式?！敖裉煳覀冋慷靡粓?chǎng)思維方式的轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)向謹(jǐn)嚴(yán)精細(xì)而又是整體論的理論。這就是說，要構(gòu)成擁有它們自己的性質(zhì)和關(guān)系集成的集合體，按照同整體聯(lián)系在一起的事實(shí)和事件來思考?！毕到y(tǒng)自然觀突破了傳統(tǒng)的科學(xué)思維方式，為人們提供了系統(tǒng)思維這樣一種嶄新的科學(xué)思維方式。 所謂系統(tǒng)思維方式，是把對(duì)象當(dāng)做一個(gè)系統(tǒng)的整體加以思考的思維方式，它根據(jù)系統(tǒng)的性質(zhì)、關(guān)系、結(jié)構(gòu)，把對(duì)象的各個(gè)組成要素有機(jī)地組織起來構(gòu)成模型，研究系統(tǒng)的功能和行為，具有整體性、綜合性、定量化和精確化的特征。這種思維方式認(rèn)識(shí)對(duì)象的基本思路是： 第一，把對(duì)象作為其構(gòu)成要素以一定的聯(lián)系組成的結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一整體(系統(tǒng))來考察，從整體、部分、環(huán)境的相互聯(lián)系、相互制約、相互依賴的關(guān)系中揭示對(duì)象的整體性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它首先從整體出發(fā)，對(duì)事物進(jìn)行綜合研究，然后以綜合為指導(dǎo)，對(duì)事物的組成部分進(jìn)行分析，探討它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，最后又在分析的基礎(chǔ)上回到整體的綜合研究。 第二，認(rèn)為由各要素組成的整體，具有不同于各要素功能簡(jiǎn)單相加的新功能， 新功能，即認(rèn)為系統(tǒng)具有非加和的性質(zhì)——系統(tǒng)性質(zhì)。人們認(rèn)識(shí)系統(tǒng)就在于找出這種系統(tǒng)性質(zhì)，構(gòu)造一個(gè)新系統(tǒng)的目的就在于利用這種非加性來實(shí)現(xiàn)某種新功能。 第三，把所觀察的系統(tǒng)都看做動(dòng)態(tài)的開放系統(tǒng)，認(rèn)為任何系統(tǒng)都處于 一定環(huán)境之中，它與外界環(huán)境有著千絲萬縷的聯(lián)系。任何系統(tǒng)要得到自身的發(fā)展，必定是與環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換。 第四，系統(tǒng)思維方式對(duì)某一具體系統(tǒng)的研究側(cè)重于無序、不穩(wěn)定性、多樣性、不平衡性、非線性等方面，這與傳統(tǒng)的千方百計(jì)將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為穩(wěn)定、有序、均勻、平衡、線性作用的思維方式有很大差別。需要指出的是，系統(tǒng)思維方式與還原論、形而上學(xué)思維方式不同。它觀察事物的側(cè)重點(diǎn)不是部分而是整體；它不是立足于分析而是立足于綜合；它不是像形而上學(xué)思維方式那樣把分析與綜合分為截然不同的兩個(gè)階段的單向性思維，而是把綜合與分析通過反饋耦合形成雙向性思維。應(yīng)用還原分析方法，要取決于兩個(gè)條件：一是“部分”之間的相互作用不存在或者微弱到某些研究任務(wù)可以不考慮的程度；只有在這種情況下，部分才能實(shí)際地、邏輯地、數(shù)理地“求出”來，然后“放在一起”。二是描述部分的行為的關(guān)系式是線性的；只有這樣才有累加性條件，即描述總體行為的方程和描述部分行為的方程具有相同形式，可以通過部分過程相加來取得總體過程。因此，傳統(tǒng)的思維方式對(duì)于內(nèi)部聯(lián)系不緊密、相互作用較弱、局部行為與整體行為相差不大的事物是基本適用的，但對(duì)于多因素、復(fù)雜系統(tǒng)就不能適用。只有用系統(tǒng)思維的方式，才能把握事物的整體功能。 第二節(jié) 自然界的系統(tǒng)存在方式 一、系統(tǒng)：自然界物質(zhì)存在的普遍形式 1．何謂“系統(tǒng)”? “系統(tǒng)”一詞，源于古希臘語，表示“站在一起”(stand together)或“安置在一起”(place together)的意思。這個(gè)意思與偶然堆積的意思相反，表示按一定的關(guān)系結(jié)合起來的意思。 在現(xiàn)代一般系統(tǒng)論的研究中，貝塔朗菲將“系統(tǒng)”定義為“處于一定的相互關(guān)系中并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成部分（要素）的總體（集合）?！敝袊?guó)科學(xué)家錢學(xué)森則主張把極其復(fù)雜的研究對(duì)象稱為“系統(tǒng)”，將“系統(tǒng)”表述為“由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體”。概而言之，所謂“系統(tǒng)”，是由若干相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的具有特定結(jié)構(gòu)與功能的有機(jī)整體。這一概念包含著以下四個(gè)要義： 第一，系統(tǒng)是由若干要素組成的，要素是構(gòu)成系統(tǒng)的組分或單元，單一要素不能成為系統(tǒng)，即系統(tǒng)內(nèi)部具有可分析的結(jié)構(gòu)； 第二，“系統(tǒng)”在于“系”，即系統(tǒng)內(nèi)諸要素之間、系統(tǒng)要素與系統(tǒng)整體之間的相互聯(lián)系、相互作用，形成了特定的結(jié)構(gòu)； 第三，“系統(tǒng)”還在于“統(tǒng)”，即要素彼此之間聯(lián)系成為一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體； 第四，系統(tǒng)作為一個(gè)整體對(duì)環(huán)境表現(xiàn)出特定的功能，功能之所以為整體所具有，是由于功能以結(jié)構(gòu)為載體，并在系統(tǒng)諸要素的功能耦合中突現(xiàn)出來。 2．系統(tǒng)是自然界物質(zhì)存在的普遍形式 在古希臘時(shí)代，人們就確認(rèn)系統(tǒng)是自然界物質(zhì)存在的普遍形式。公元前6世紀(jì)，赫拉克利特在《論自然》一書中寫道：“世界是包括一切的整體?！惫?世紀(jì)，德謨克利特著有《宇宙大系統(tǒng)》一書，明確地把整個(gè)宇宙或自然界看做一個(gè)巨大的系統(tǒng)。 在18世紀(jì)，萊布尼茨認(rèn)為，宇宙是“預(yù)定和諧”的、“被規(guī)范在一種完滿的秩序中的統(tǒng)一體系”。狄德羅指出，自然界是由各種元素所構(gòu)成的物質(zhì)的總體。1755年康德發(fā)表的《自然通史和天體理論》和1796年拉普拉斯出版的《宇宙體系論》，明確提出了物質(zhì)的宇宙是一個(gè)整體、體系的觀念。1770年，霍爾巴赫在《自然的體系》中寫道：自然就是“由不同的物質(zhì)、不同的配合，以及我們?cè)谟钪嬷兴吹降牟煌倪\(yùn)動(dòng)的組合而產(chǎn)生的一個(gè)大的整體”。 19世紀(jì)，恩格斯明確指出系統(tǒng)是自然界物質(zhì)的存在方式。他說：“我們所面對(duì)著的整個(gè)自然界形成一個(gè)體系，即各種物體相互聯(lián)系的總體，而我們?cè)谶@里所說的物體，是指所有的物質(zhì)存在，只要認(rèn)識(shí)到宇宙是一個(gè)體系，是各種物體相互聯(lián)系的總體，是各種物體相互聯(lián)系的總體，那就不能不得出這個(gè)結(jié)論來?！? 確認(rèn)系統(tǒng)是自然界物質(zhì)存在的普遍形式，不僅要把整個(gè)自然界看做一個(gè)系統(tǒng)，而且要認(rèn)識(shí)到自然界中的所有物質(zhì)客體都自成系統(tǒng)。從微觀的基本粒子到宇觀的總星系，從無機(jī)界到有機(jī)界，從天然自然到人工自然，從人類社會(huì)到人類思維，宇宙間的一切事物，都無一不自成系統(tǒng)。在非生物界如基本粒子、原子、分子、地上物體、地球、太陽系、銀河系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)、總星系等等，在生物界如生物大分子、細(xì)胞、個(gè)體、群體、生態(tài)系等等，都是由其內(nèi)部若干要素按一定規(guī)則相互聯(lián)系、相互依賴而組成的、具有確定結(jié)構(gòu)與功能的相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。 自然界的一切物質(zhì)客體不僅自成系統(tǒng)，而且又互成系統(tǒng)。這也說明了自然界物質(zhì)系統(tǒng)的普遍性。大系統(tǒng)中有小系統(tǒng)，小系統(tǒng)中有更小的系統(tǒng)，若干小系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互作用組成大系統(tǒng)，一些大系統(tǒng)則又相互聯(lián)系、相互制約組成更大的系統(tǒng)，如原子系統(tǒng)可看做是由粒子子系統(tǒng)構(gòu)成的，而分子系統(tǒng)又可看做是由原子子系統(tǒng)構(gòu)成的，由此類推，直至宇宙系統(tǒng)。 顯然，系統(tǒng)與要素的規(guī)定是相對(duì)的。系統(tǒng)之成為系統(tǒng)，要素之成為要素，只是在特定的聯(lián)系中才能成立。要素在自身的內(nèi)在聯(lián)系中成為系統(tǒng)，系統(tǒng)又在自身的外在聯(lián)系中成為要素。因此，任何一個(gè)系統(tǒng)都是較高一級(jí)系統(tǒng)的要素，同時(shí)任何一個(gè)系統(tǒng)的要素本身又是較低一級(jí)的系統(tǒng)。譬如，相對(duì)于地球、行星而言，太陽系是一個(gè)大的系統(tǒng)，而相對(duì)于銀河系來說，太陽系就只不過是一個(gè)要素了。 二、自然界物質(zhì)系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 1．開放性 自然系統(tǒng)具有物質(zhì)、能量、信息“三要素”。依據(jù)系統(tǒng)與外界環(huán)境之間是否存在物質(zhì)、能量和信息的交換，可以將其區(qū)分為孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)。 孤立系統(tǒng)，是與其環(huán)境隔絕的系統(tǒng)，與其環(huán)境之間沒有物質(zhì)、能量、信息的交換。一般說來，孤立系統(tǒng)只是一種理想或近似的狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在孤立系統(tǒng)中，物質(zhì)的微觀狀態(tài)可能性總是趨向最大的數(shù)，從而達(dá)到熵最大。 封閉系統(tǒng)，是與外界環(huán)境沒有物質(zhì)交換但有能量交換的系統(tǒng)。根據(jù)質(zhì)能關(guān)系式E=mc2，能量是可以換算為物質(zhì)的質(zhì)量的。與外界絕對(duì)沒有物質(zhì)交換的系統(tǒng)，自然與外界也就不會(huì)能量交換。不過，在能量交換中所涉及的物質(zhì)交換數(shù)量極小，有時(shí)可以忽略不計(jì)，在這種情況下我們便有了一個(gè)封閉系統(tǒng)。例如，如果忽略掉從宇宙空間中落入地球上的流星和宇宙塵埃，就可以把地球近似地看做一個(gè)封閉系統(tǒng)，它接收太陽及其他恒星的輻射能，這些輻射能所代表的物質(zhì)質(zhì)量與地球質(zhì)量相比是微乎其微的。 開放系統(tǒng)，是與外界環(huán)境自由地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的系統(tǒng)。開放系統(tǒng)有許多非一般的特性。第一，開放系統(tǒng)具有“等結(jié)果性”。在任何封閉系統(tǒng)中，最終狀態(tài)是初始條件決定的，如在化學(xué)平衡中，反應(yīng)物的最終濃度決定于初始濃度。如果初始條件或過程有所改變，最終狀態(tài)也要改變。而對(duì)于開放系統(tǒng)，不同的初始條件可能以不同的方式達(dá)到相同的最終狀態(tài)，這就是所謂的“等結(jié)果性”。例如，一個(gè)正常的海膽個(gè)體可以來自一個(gè)完整的卵，也可以來自半分開的卵，還可以來自兩個(gè)整卵合成的卵，等等。第二，開放系統(tǒng)被定義為在同環(huán)境交換物質(zhì)的過程中呈現(xiàn)出輸入和輸出、自身物質(zhì)組分的組建和破壞的系統(tǒng)。這就是說，開放系統(tǒng)的外部特征是存在輸入和輸出，同環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換；內(nèi)部特征是不斷破壞自身舊物質(zhì)組分，不斷組建新的物質(zhì)組分，可以稱為廣義的“新陳代謝”。這兩方面互為條件。由于內(nèi)部不斷進(jìn)行組分的建構(gòu)與破壞，故需與環(huán)境不斷交換物質(zhì)、能量；由于物質(zhì)的輸入和輸出不斷進(jìn)行，系統(tǒng)內(nèi)部才可能有組分的不斷破壞與組建。每一種生物本質(zhì)上都是開放系統(tǒng)，生命有機(jī)體之所以能處于有組織的活動(dòng)狀態(tài)，即具有新陳代謝、生長(zhǎng)、發(fā)育、自我調(diào)節(jié)、刺激反應(yīng)和天然的能動(dòng)性等基本特征，就是由于生命系統(tǒng)能夠不斷地與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換。 事實(shí)上，自然界不存在嚴(yán)格意義上的孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)，任何系統(tǒng)都與外界環(huán)境有千絲萬縷的聯(lián)系，都或多或少、或快或慢地同環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息。自然界實(shí)際存在的系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，只是不同系統(tǒng)的開放程度有很大不同。一個(gè)系統(tǒng)的開放性微弱到相對(duì)于一定的目的可以忽略不計(jì)的程度，作為一種抽象，可以視為一個(gè)孤立的或封閉的系統(tǒng)。自 然界的物質(zhì)系統(tǒng)都是與環(huán)境存在相互作用的開放系統(tǒng)，而整個(gè)自然界就是由各種動(dòng)態(tài)的開放系統(tǒng)組成的。 2．動(dòng)態(tài)性 現(xiàn)實(shí)的自然系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，都有物流、能流、信息流不斷地運(yùn)動(dòng)，任何自然系統(tǒng)都有一個(gè)從孕育、產(chǎn)生、發(fā)展、成熟到衰退、消亡的過程，自然系統(tǒng)的這種運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化過程，就是它的動(dòng)態(tài)性。從本體論看，自然界是物質(zhì)的，二物質(zhì)是系統(tǒng)的；不論能量和運(yùn)動(dòng)還是信息與控制，都是物質(zhì)系統(tǒng)的屬性。既然沒有不運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，那么自然界物質(zhì)系統(tǒng)便是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，靜態(tài)僅是動(dòng)態(tài)的特例，所以物質(zhì)系統(tǒng)是隨時(shí)間不斷變化的。系統(tǒng)的變化發(fā)展有兩個(gè)方向，一是進(jìn)化的方向，一是退化的方向。封閉系統(tǒng)由于熵增加必然從有序走向無序，朝著退化的方向發(fā)展，最終達(dá)到熱平衡而“死寂”，而開放系統(tǒng)由于與外界有物質(zhì)、能量、信息的交換，從外界輸入負(fù)熵流，依據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論與協(xié)同學(xué)關(guān)于非平衡態(tài)系統(tǒng)自組織理論，在一定條件下可以從無序走向有序，朝著進(jìn)化的方向發(fā)展。 3．整體性 整體性是自然系統(tǒng)最突出、最基本的特征。所謂系統(tǒng)的整體性，是指系統(tǒng)的各個(gè)要素按一定的方式構(gòu)成的有機(jī)整體，系統(tǒng)是諸要素的有機(jī)集合而不是各要素的簡(jiǎn)單地機(jī)械加和，系統(tǒng)的性質(zhì)、功能和規(guī)律不同于它的各個(gè)組成要素的性質(zhì)、功能和規(guī)律，即系統(tǒng)具有各組成要素所沒有的新的性質(zhì)、功能和規(guī)律；另一方面，處于系統(tǒng)整體中的組成要素的性質(zhì)、功能和 規(guī)律，也異于它們?cè)诠铝顟B(tài)的性質(zhì)、功能和規(guī)律。 整體性是一切自然系統(tǒng)的普遍屬性。從基本粒子到總星系，從核酸、蛋白質(zhì)到人體，天然自然物到人工自然物，每一具體物質(zhì)形態(tài)都是以系統(tǒng)的方式存在的有機(jī)整體，呈現(xiàn)出各種不同的整體性。例如，由許多核苷酸單體按一定方式連接組成的核酸，具有儲(chǔ)存和傳遞生物遺傳信息的特性，而單個(gè)的核苷酸則不具備這一特性。而當(dāng)以核酸為主的遺傳體系與蛋白質(zhì)為主的代謝體系之間出現(xiàn)了偶聯(lián)作用，多分子體系內(nèi)部建立了信息傳遞、控制與調(diào)節(jié)的新關(guān)系時(shí)，也就出現(xiàn)了新陳代謝、自我繁殖、生長(zhǎng)發(fā)育和遺傳變異等生命特征。人腦有幾千億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元。神經(jīng)元間的聯(lián)結(jié)方式極其復(fù)雜，極其精細(xì)，正是這些連接所構(gòu)成的基本神經(jīng)回路成為腦功能的基礎(chǔ)。 由于系統(tǒng)整體性的特點(diǎn)，組成系統(tǒng)的各個(gè)要素不能一一分解成獨(dú)立于系統(tǒng)的要素。如果要這樣分解，那么分解出來的要素就不再具備其在系統(tǒng)整體中所具有的性質(zhì)、功能和規(guī)律。也就是說，組成部分(要素)是在整體制約下的相對(duì)獨(dú)立的成分，一旦脫離了系統(tǒng)整體，就會(huì)喪失作為整體組成要素所表現(xiàn)出來的特性、功能和行為。 由于系統(tǒng)的整體必然出現(xiàn)新的特性，以及一個(gè)要素和結(jié)構(gòu)合理的人工或復(fù)合系統(tǒng)的整體功能或整體效應(yīng)總是大于它的各組成部分之和，所以系統(tǒng)的整體性又被表述為“整體大于它的各部分的總和”?！罢w大于各孤立部分之和”是古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出的哲學(xué)命題，原意是強(qiáng)調(diào)整體不等于它的各構(gòu)成部分之和，整體除了它的部分(要素)外，還加上它的形式，亦即為了理解一個(gè)整體或系統(tǒng)不僅須了解其各個(gè)部分，而且同樣還須了解它們之間的關(guān)系這就是說，要從事物的關(guān)系中、相互作用中去了解系統(tǒng)整體的規(guī)律性。 4．層次性 所謂自然系統(tǒng)的層次性，是指一方面系統(tǒng)由一定的要素組成，這些要素是由更小一層次的要素組成的子系統(tǒng)，另一方面系統(tǒng)自身又是更大系統(tǒng)的組成要素。在一般系統(tǒng)論中，是用“等級(jí)性”、“等級(jí)秩序”來描述這一現(xiàn)象的。一般認(rèn)為，自然系統(tǒng)的層次性主要是自然界物質(zhì)系統(tǒng)的縱向聯(lián)系的體現(xiàn)，它揭示了物質(zhì)系統(tǒng)之間縱向的或垂直的有序關(guān)系。實(shí)際上，自然系統(tǒng)的層次性還包括兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)在某一等級(jí)上又可以分為多側(cè)面的層次，即同一級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)，可從橫向上分為若干互相聯(lián)系、互相制約又各自相互獨(dú)立的平行層次；二是一個(gè)高度復(fù)雜的自然系統(tǒng)以縱向?qū)哟魏蜋M向?qū)哟螢榛A(chǔ)，還可以構(gòu)成縱橫交錯(cuò)的立體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成交叉層次。 層次性是自然界的基本屬性。從宇觀到微觀，從無機(jī)界到有機(jī)界，人們都能見到這種層次性。在宇觀世界，存在著行星系、恒星系、星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)、總星系等層次；在微觀世界，有分子、原子、原子核和基本粒子等層次。在生物界，則存在著生物大分子、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈等層次。 自然系統(tǒng)的這種層次性特征，實(shí)質(zhì)上是自然系統(tǒng)普遍差異性的表現(xiàn)，而系統(tǒng)的等級(jí)層次恰恰是在差異形成的“關(guān)節(jié)點(diǎn)”上被區(qū)分開來的。在兩個(gè)層次之間往往存在著“關(guān)節(jié)點(diǎn)”，兩個(gè)“關(guān)節(jié)點(diǎn)”之間屬于一個(gè)層次?！瓣P(guān)節(jié)點(diǎn)”之外屬另一個(gè)層次。在“關(guān)節(jié)點(diǎn)”處，系統(tǒng)的性質(zhì)出現(xiàn)質(zhì)的飛躍，系統(tǒng)的層次隨之發(fā)生轉(zhuǎn)換。正如恩格斯所指出的，各個(gè)非連續(xù)的部分 (層次)“是各種不同的關(guān)節(jié)點(diǎn)，這些關(guān)節(jié)點(diǎn)決定一般物質(zhì)的各種不同的質(zhì)的存在形式”。 自然系統(tǒng)不同層次之間具有不同的質(zhì)的規(guī)定性和量的規(guī)定性，是部分與整體、連續(xù)性與間斷性的統(tǒng)一。系統(tǒng)連續(xù)性的中斷形成相互異質(zhì)的層次。橫向結(jié)構(gòu)連續(xù)性的中斷，形成橫向?qū)哟位蚱叫袑哟?；縱向過程的中斷，形成過程層次。中斷的關(guān)節(jié)點(diǎn)，即是相鄰層次的分界線。層次與系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是相對(duì)的，系統(tǒng)是多質(zhì)、多量、多層次、多向的復(fù)合結(jié)構(gòu)，而層次只具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中一部分特定質(zhì)的結(jié)構(gòu)內(nèi)容。系統(tǒng)與層次結(jié)構(gòu)上的對(duì)立，引起了兩者在功能上質(zhì)與量的根本差異。系統(tǒng)與層次的統(tǒng)一性表現(xiàn)在：系統(tǒng)與層次相互依存、彼此作用，并在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。 三、自然界物質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次 1．自然系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 所謂自然系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，是指自然系統(tǒng)的諸組成要素之間相互關(guān)系的總和，它表現(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)部的組織形式、聯(lián)系方式或秩序。所謂自然系統(tǒng)的功能，是指系統(tǒng)與外部環(huán)境相互作用中表現(xiàn)出來的性質(zhì)、能力和功效。自然系統(tǒng)的功能體現(xiàn)了系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的物質(zhì)、能量、信息的輸入與輸出的變換關(guān)系。自然系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能之間存在著一定的聯(lián)系。對(duì)于一個(gè)自然系統(tǒng)來說，結(jié)構(gòu)是功能的內(nèi)在根據(jù)，功能是結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)。沒有內(nèi)部的聯(lián)系，就不會(huì)形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；而沒有外部的聯(lián)系，也不會(huì)有系統(tǒng)的功能。與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有相對(duì)的穩(wěn)定性相反，系統(tǒng)的功能由于系統(tǒng)開放程度和開放方式不同而表現(xiàn)出多樣的可能性。例如，由20種氨基酸和4種核苷酸組成的生命系統(tǒng)，由于它們相互組合方式不同，而形成了各種不同的結(jié)構(gòu)(生命個(gè)體)，導(dǎo)致了地球上200多萬種動(dòng)物、30多萬種植物和10多萬種微生物的存在，出現(xiàn)了功能各異、絢麗多姿的生物世界。 自然系統(tǒng)具體的結(jié)構(gòu)紛繁復(fù)雜，但總的看來可分為兩種基本形式：其一，同時(shí)態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)諸要素在空間上的聯(lián)系與組合秩序。例如DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。有的自然系統(tǒng)盡管存在十分短暫(某些共振態(tài)粒子的壽命為10-23秒)，也有其相對(duì)穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，并且正是結(jié)構(gòu)使得該系統(tǒng)具有其他系統(tǒng)相區(qū)別的屬性。其二，歷時(shí)態(tài)的運(yùn)動(dòng)演化的時(shí)間結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)隨著時(shí)間的延伸而呈現(xiàn)的流動(dòng)性、變動(dòng)性秩序。如某些自然系統(tǒng)隨時(shí)問的周期振蕩，生命系統(tǒng)中存在的時(shí)間節(jié)律等。由于任何事物都具有廣延性和持續(xù)性，因此系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)形式和時(shí)間結(jié)構(gòu)形式一般是交織在一起的，系統(tǒng)諸要素不僅在空間上有相互結(jié)合的關(guān) 系，而且在時(shí)間上有前后更替的順序。 “相互作用是事物的真正的終極原因?！备鶕?jù)目前科學(xué)所達(dá)到的認(rèn)識(shí)，自然界中各種物質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要是由引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用構(gòu)成的。在質(zhì)量巨大的天體系統(tǒng)之間，由于引力相互作用起著決定的作用，所以才構(gòu)成星系團(tuán)的結(jié)構(gòu)、恒星系的結(jié)構(gòu)、行星系的結(jié)構(gòu)等。由于原子內(nèi)部的電子與原子核之問、各種不同狀態(tài)的電子之間、分子內(nèi)部各原子之間以及物體內(nèi)部諸分子之間存著實(shí)質(zhì)上是電磁相互作用，于是才構(gòu)成了原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、物體的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)；而原子內(nèi)部的核結(jié)構(gòu)、強(qiáng)子結(jié)構(gòu)等則只要是電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用的的綜合結(jié)果的具體表現(xiàn)?，F(xiàn)代分子生物學(xué)和量子生物學(xué)也力圖用這四種相互作用來解釋生物大分子的結(jié)構(gòu)。因此，從這個(gè)意義上說，自然界的基本相互作用是一切物質(zhì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)與根源，而自然界的各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)則是這些相互作用的具體表現(xiàn)形式和實(shí)現(xiàn)方式。 2．無窮嵌套的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自然圖景 自然界物質(zhì)系統(tǒng)之間及其與子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的縱向聯(lián)系與橫向聯(lián)系，形成了無窮嵌套的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的圖景。這一圖景一方面表現(xiàn)為無數(shù)相同等級(jí)的系統(tǒng)相互依存，構(gòu)成水平網(wǎng)絡(luò)，另一方面還表現(xiàn)為不同等級(jí)的系統(tǒng)在縱的方向上相互聯(lián)系構(gòu)成的垂直層次結(jié)構(gòu)。所謂“立體網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)，還包含著這樣兩個(gè)意思：一是每一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)并不一定由緊接著的下一個(gè)層次的物質(zhì)系統(tǒng)所構(gòu)成，它可能由其底下相隔若干層次的某一層次或幾個(gè)層次的系統(tǒng)組成，例如原子是由下一層次系統(tǒng)的原子核與再下一層次的電子所組成；有一些恒星如中子星則是直接由基本粒子組成。二是某一層次的系統(tǒng)組成高一級(jí)層次時(shí)，并不一定組成唯一的高層次系統(tǒng)，而是可以組成兩種以上的不同層次，因而層次之間的聯(lián)系出現(xiàn)了分支的現(xiàn)象。例如，分子這一層次既可以組成凝聚態(tài)物體、行星系、星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)等層次的系列，也可以組成生物大分子、細(xì)胞、生物個(gè)體、種群、生態(tài)系統(tǒng)、生物圈等層次系列。這種關(guān)于物質(zhì)系統(tǒng)在垂直方向相互疊加形成的自然圖景，拉茲洛曾給予了這樣的生動(dòng)而形象的描繪：“自然界的組織結(jié)構(gòu)就像一座復(fù)雜的、多層的金字塔，——在它的底部是許多相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，在它的頂部是幾個(gè)(極頂是一個(gè))復(fù)雜的系統(tǒng)。所有自然的系統(tǒng)占據(jù)了這些界限之間的位置；它們同上面和下面的層次連接在一起。就它們的組成部分來說，它們是整體，但就更高層次的整體來說，它們又是部分。” 值得注意的是，自然系統(tǒng)等級(jí)序列的最上層和最下層都不是封閉的，也就是說它既無上限，亦無下限。我們既不能把整個(gè)宇宙看做是目前所知道的總星系，也不能把已知的基本子看做是構(gòu)成宇宙的最小單元。物質(zhì)層次是不可窮盡的，自然界是無限的。 思考題： 1、自然界物質(zhì)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)？ 2、系統(tǒng)自然觀的意義何在？