自然界物质的系统性

二节、系统的规定 系统在一定环境条件下由相互作用着的若干要素所构成的有特定功能的 整体 要素结构环境功能 要素 特指构成系统的基本组元，而不进一步追溯组元的组成。 要素分析的描述性 属性、能接受什么输入，提供什么输出，可建立什么关系。不关心属性的实体。 结构 结构：各种要素之间关系的总和。包括数量结构、空间结构、时间结构和相 互作用结构。 要点： 阐明要素之间的相互作用， 进而用这种相互作用揭示其数量结构和时空结 构，达到对结构的完整理解。 相互作用：通过物质、能量、信息的交换而实现；结构的本质上是物质、能量、 信息的交换方式。 交换：有差异、不对称。结构就意味着差异、非平衡和对称破缺。 环境 原则上，凡是与系统发生相互作用而又不属于系统的所有事物。一般指直接 与系统相互作用的诸因素。 环境与系统的关系：物质、能量、信息 环境的选择机制地球的特殊环境 软控制：通过控制环境而使系统行为自发变化。 功能 功能：系统在与环境相互作用中所表现出的整体性能。 功能不能还原为要素属性的叠加。功能以结构为载体， 是要素相互作用的宏观结 果。 结构蕴含着功能的可能性，环境则把可能变为现实。 “同功系统”或“相似系统” 功能：要素、结构、环境共同决定的一种整体属性。 内部解释；外部解释； 还原主义；单值决定论；环境决定论； 三节、系统中新质的突现 新质:系统的功能 突现： 外部条件—环境， 内部根据—系统中的相干性， 独立性与相干性 基于相干性的新质突现 独立性与相干性 独立性：整体等于部分之和。 相干性：每个要素的活动方式不仅与自己相关，更与其它要素相关。 相干性的特点： 交互影响 ：约束 交叉效应[相机胶卷] [空调风扇] 单因单果的线性关系已经不存在 长程相干：协同 “分子通信”机制或“扩散”机制 长程传递 ：拟制收敛----自稳机制长程放大----演化机制 例如：电流（电位非平衡） ，食物链（能量级的差异） 反馈调节：强化（自稳；演化） 相干性的复杂形式---反应环 （正、负反馈） “反映环” ： 相干关系中， 一个要素所引起的其他要素的变化会反过来影响自身。 两个以上的反应环再构成新的反应环---超循环 例如：DNA----蛋白质----能量和酶促 基于相干性的新质突现 约束限制：交互影响 自由度的减少；活动方式的定向化 交互影响的各方构新的活动方式－－功能 （调整要素的活动方式----秩序和规律） 基于相干性的新质突现 协同一致：长程相干 非线形协同一致，有序的集体活动模式 序参量：集体活动模式有序程度，新质 反馈：对约束和协同的强化 与相关性无关的要素：整体等于部分之和 自组织现象：在一定条件下系统通过自我组织而自发形成一种“有序结构”的现 象。 (一)层次结构的基本特征 层次结构指的是，若干要素经相互作用构成的系统， 再通过新的相互作用而构 成新系统的逐级构成的结构关系。 在这种关系中， 参与构成的系统称为低层系统， 构成后的新系统称为高层系统。 1、构成性：由下而上逐级构成 层次结构的一个显著特征是，低层系统对高层系统具有构成关系：低层系统必 须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。 层次结构中的构成性关系是物质系统之间的纵向的或垂直的有序关系， 即子系 统与母系统、 各个子系统之间的相互包含和相互作用， 它反映出不同层次之间是 相互依存的。 多极构成、多级环境、多级功能 2、相干性：层层相干，层层有新质突现 层次结构中的相干性关系是物质系统间的横向关系。 处于同一层的子系统之间相互限制、相互协同。 只有通过相干性关系，它们才能结合起来构成高一级系统，导致纵向层次间质 的差异。 随着每一个新物质层次的形成，总会有新质的突现和新功能的问世。 层级的增加以结构的简化为代价， 为底层系统并入高层系统的活动模式创造条 件。理解复杂现象 逐级构成，逐级递进；逐级相干，逐级集约（依赖于层级结构中结合度逐级递 减） (二)层次结构的结合度 1、结合度极其递减趋势 结合度：泛指相互作用的强度，可以用势能、结合能、键合力、信息量加以计 量。 交换物质能量---空间临近程度 交换信息 ----压缩时空 一般随着层次由低向高推进，结合的紧密程度由大到小而递减 2、结合度递减的存在论意义 层级结构存在的必要条件 只有结合度递减，下层子系统才会以单体稳定的方式发生相干效应，从 而造成上层系统的出现。 上层系统稳定存在的范围较下层系统狭小 低层系统在宇宙中的分布远远超过高层系统。 3、结合度递减的进化论意义 复杂物质形态大多是在稳定低层系统的基础上经过聚合方式产生的。 选择聚合方向，提供聚合“原料” ，加快聚合速度 高层系统解体，低层子系统的稳定性依然存在进化速度快，成功几率高 （组合式家具，拆分拼装） 层级结构普遍存在 ；多层级的层级结构罕见 (四)层级间的因果链 因果链：因果关系的传递方式。 长程链、复合链、反馈链 层次结构中存在着双向因果链： 其一， 低层系统及其相干性关系作为原因， 可以在高层系统中引起一定的结果， 决定高层系统的特点和规律，此乃其上向因果链。 其二，高层系统对低层系统的支配、影响和限制，这是其下向因果链。 上向因果链的存在，提供了从低层次规律入手认识高层次现象的可能性； 下向因果链的存在， 则保证了从高层次规律出发对加入高层系统的低层现象 进行解释和预言的可能性。 上向因果链与递进性解释 递进性解释 从低层系统的规律出发，考虑低层系统过渡到高层系统的相干条件以及环境 因素，对高层系统的行为特征作出递进性解释。 逻辑要素 低层规律 低层过渡到高层的相干条件 环境陈述 下向因果链与扩展性解释 扩展性解释 加入高层，自由度减少，活动范围受限、活动方式受选择，新特点。 逻辑要素 高层规律 低层子系统的结构条件 环境陈述 扩展性解释低层偶然，高层必然 双向因果链： 低层对高层的基础性作用递进性解释 高层对底层的支配调节作用扩展性解释 二、自然界演化的基本特征与规律 演化的不可逆性 演化的两种分支：进化与退化 演化的根据和条件 演化的不可逆性 自然界的演化是以物质系统的要素、结构、功能等方面的新旧交替为标志的， 这种新旧交替有不可完全逆转的性质，且具有普遍性。 一个物质系统从某一状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果存在一个反 过程，它能够使该物质系统和外界环境完全恢复，即物质系统回到原来状态，同 时消除了原来过程对外界环境引起的影响，则原来的过程为可逆过程。 反之， 用任何方法都不可能使物质系统和外界环境完全复原，则原来的过程为 不可逆过程。 可逆性 刻画过程的概念两种以上状态构成的过程 刻画过程可复原性的概念状态及其环境均可复原 逆过程 不可逆不意味其逆过程不存在 逆过程环境以环境变迁为代价 可逆过程 时间反演对称过去、现在、未来无差异没有历史，也无演化 不可逆过程 时间对称破缺新现象、新结构不断出现 有了真正的历史 演化的两种分支：进化与退化 自然界的任何物质系统都要经历产生、成长、衰落、毁灭的历史过程。 所有这些演化均可以归为两大类：进化与退化。 一般认为，进化对物质世界更具有积极意义。 但是，人类最