第3章　科學發(fā)展與自然觀的變革

3.1　復習筆記

一、古代自然觀與中世紀自然觀

1史前神話自然觀和古希臘自然觀

（1）史前神話自然觀

①史前人類已經能制造工具，進行狩獵等活動，但是，那時沒有任何具有嚴格確定性特征的理論知識，沒有文字，只有口頭文化。

②這種狀況使得他們只有通過想象來認識事物，把宇宙萬物看成是自己生命生活的一部分。

③他們往往把人和生物的特性投射到那些在人們看來不但與人性無關而且與生命無關的物體或世界上去，認為自然是一個茫茫有生命的、自我運動的、有感覺和有意識的有機體，其中人類和其他生物被置于滲透一切的靈魂實體的中心。

④宇宙中所發(fā)生的事情是由那些看不見的力量，如神所控制的，對這種力量進行某種儀式操作，就能夠控制自然和社會。

⑤在他們的自然觀中，擬人化的神對自然以及人類的干涉具有無限性，因此對任何事情不可能得到可靠的預測，世界反復無常，自然現(xiàn)象被人格化和神化了，被看作是神意下的壯舉。

（2）古希臘自然觀

到了公元前6世紀，在神話宗教自然觀盛行的同時，一種新的哲學思維模式——古希臘哲學誕生了。

①科學還處于萌芽狀態(tài)，人們對自然的認識是以思辨和直觀的方式進行的，自然哲學和自然科學沒有區(qū)分開來，最古老的希臘哲學家同時也是自然科學家。

②他們探尋世界的成分、組成和它的運行等，開始仔細思考、推論和證明自然的法則，形成了對自然的獨特的看法。

③早期希臘哲學（又稱前蘇格拉底哲學）開始于公元前6世紀之初的米利都。在這里產生了古希臘哲學的第一個哲學流派——米利都學派。該學派的泰勒斯（Thales，約公元前624～前547）提出了第一個真正意義上的哲學命題——“萬物的本原是水”，即萬物的開端、開始和起源是水；水是生命的本原，滲透在萬事萬物之中，使得宇宙成為有機體。根據(jù)他的這一命題，宇宙作為生長、生成、生活的生命整體的本質就揭示出來了。

④自然中的事物有其內在的固有本性，由本性或本原生長而來。萬物皆為有機體，皆在生長，皆有靈魂。世界是一個有其自身生命、滲透著神性、處于生長過程中的有機體，世間萬物都由其生長出來。這是希臘人“自然”觀念的原型和要旨，是一種有機論的世界觀。

2古希臘本質論自然觀的肇始

（1）泰勒斯的學生、富有科學探索精神的阿那克西曼德認為世界的本原不是水，而是“無規(guī)定者”。這是一個在總量上無限、在性質上沒有特殊規(guī)定性的東西，它是能動的，從中可以分離出冷與熱、干與濕，由此形成萬物及其運動。這樣一個東西在現(xiàn)實中是不存在的，這是哲人的超越經驗思維的抽象，是一種真正意義上的理性思考。

（2）米利都學派的最后一位重要代表人物是阿那克西米尼。他在吸收了老師阿那克西曼德的“無規(guī)定者”的思想之后，將世界的本原歸結為“無規(guī)定的氣”。氣蒸發(fā)就生成火，凝結時就變成風，然后形成云，再凝結就化成水，繼而是土，最后變成石頭，其他一切事物如太陽、月亮、星辰等都在此基礎上生成，眾神和神圣的東西也不例外。

（3）畢達哥拉斯創(chuàng)立了畢達哥拉斯學派。這個學派把數(shù)當作世界的本原，主張“萬物皆數(shù)”，數(shù)是現(xiàn)實的基礎，是決定一切事物的形式和實質的根據(jù)，是世界的法則和關系。不僅如此，這個學派把自然界和人類社會的奧秘更多地歸結為數(shù)學奧秘。

（4）赫拉克利特認為，萬物的本原是“火”，萬物都按照對立的斗爭和必然性生成，“一出于萬物，萬物出于一”。

（5）巴門尼德提出了不同的哲學思想，他聲稱，只存在一樣東西，那就是不可分的整體。它沒有時間和變化。他反對感覺證據(jù)，認為感覺是人們產生變化和獨立于唯一者的存在的幻象。他認為，自然雖然處在不斷的生滅變化之中，但是支配這種表象的是一種根本的存在，即現(xiàn)象背后的本質。

（6）德謨克利特提出了“原子論”。其主要內容是：宇宙的本原是原子和虛空，原子不可再分，原子有兩種屬性：大小和形狀。它們在數(shù)量上是無限的；原子按一定的形狀、次序和位置結合與分離，形成萬物；存在著靜止的、絕對的虛空，原子在其中運動。

（7）柏拉圖認為，存在著兩個世界：一個是理念或相的世界，它包含著任何個別事物的完美的理念；另一個是經驗的或物質的世界，這是理念或相的不完美的復制?，F(xiàn)實中的經驗世界完全是虛假的，充滿著似是而非的假象，而只有理念世界才是真實的，是真正的世界，是通過運用概念思維所獨立建構起來的一個理論世界。現(xiàn)實世界只是理念世界的具體體現(xiàn)，現(xiàn)實事物是因為“分有”了理念才存在的。柏拉圖認為，自然界運動變化的原因寓于造物主模仿理念刨造自然界的過程之中。

（8）亞里士多德是古希臘哲學的集大成者。

①亞里士多德對“存在”有深入的研究，認為存在的意義是多重的，應當對它加以區(qū)分。他認為，像“白”“大”“小”這樣一些概念反映的是事物偶性的方面，而像“蘇格拉底”“人”“動物”等這樣一些概念反映的是事物實體方面的存在。偶性存在不能獨立存在而必須依賴于實體存在。所以，實體是“作為存在的存在”。

②亞里士多德認為，相對于一般性的實體如“人”，個別性的實體如“蘇格拉底”則更真實，應該是第一實體。

③對于這第一實體，他用“四因說”來說明它存在的原因，四因即質料因、動力因、目的因和形式因。質料因和形式因是最基本的，沒有無形式的質料，任何質料都要以特定的形式存在，也沒有無質料的形式，任何形式都以質料為物質基礎，它們兩者的結合就生成了具體的、個別的事物。宇宙萬物的生滅過程就是由質料向形式不斷生成、轉化的過程。這種轉化是有目的的。在這里，“所有的自然物都有某種本性，那就是它們的形式，形式使它們趨向于發(fā)展。這種自然發(fā)展就是目的”。

④亞里士多德認為，天上的物體與地上的物體有高低貴賤之分，地上的物體也有高低貴賤之分，它們各有自己的“自然位置”，并且自然地運動到這一位置上面。

⑤亞里士多德的世界不是一個偶然的世界，而是一個有序的、有組織的、有目的的世界，其中的所有事物都有內在的運動趨向，向著由它們的本性決定了的目標運動發(fā)展。

3中世紀神學自然觀

（1）公元4世紀，作為中世紀思想的先驅者，哲學和基督教教義的奠基人，西羅馬主教奧古斯丁詛咒泰勒斯等人關于物質始基的觀點，把柏拉圖的理念變成了在造物之前就永恒存在的思想——上帝的原型，認為由于永恒思想的運動，才從虛無中產生了水、火、土、氣、原子以至宇宙萬物。上帝是終極的、全能的造物主。他認為，上帝創(chuàng)世之前沒有時間和空間，時空是從上帝創(chuàng)世開始的，時空是有限的，上帝是永恒的并超越于時空之外。

（2）隨著公元4世紀末基督教的勝利，“至公元500年，基督教會攫取了絕大多數(shù)有才華的人來為它服務，包括傳教、組織管理事務、教義探討及純粹的思辨活動，榮耀不再來自客觀和科學地理解自然現(xiàn)象，而是來自實現(xiàn)教會的目標”。從此，神學自然觀占據(jù)了主導地位，自然哲學被改造成為神學和宗教的婢女，柏拉圖和其他古人的宇宙論和物理學被用于闡明創(chuàng)世紀。對自然及其運動變化的本性、原理或形式的探討的最終目的也是為了證明上帝的全能、至上和仁慈。

（3）到了11世紀末，十字軍東征后，歐洲人開始把阿拉伯文的希臘、印度科學著作譯本以及阿拉伯人自己的著作大量譯成拉丁文，特別是1200年至1225年，亞里士多德全集被發(fā)現(xiàn)并翻譯，他的自然哲學和科學被宗教神學所接受，成為了宗教神學的教條。

（4）意大利的托馬斯·阿奎那研究并注釋了亞里士多德的著作，并對之加以神學改造。他把亞里士多德的自然觀用來作為表述神學自然觀的根據(jù)，同時又把古羅馬天文學家托勒密的地心學和天主教的教義結合起來，以形成他的自然觀。在他看來，自然是一個由目的論制約的等級制的有序整體。在這個上帝——天使——人——動物——植物——山川江河從高級到低級的實體等級體系中，每一等級都以趨向上一等級作為自身完美的目的，而起始的原因和終極的目標就是上帝。自然界的一切運動和變化都合乎造物主的目的。世界上的萬物都是上帝按照一定的目的創(chuàng)造出來的。

（5）至于事物運動的原因，宗教神學繼承了亞里士多德的目的論。認為事物的本性是該事物具備它自身特征和行為方式的內在原因，正是本性引起了事物所有的、自然的變化。自然作為一個集合概念，包括了擁有這一本性的所有事物。物理學家就是考察這些事物及其自然變化的人。這是中世紀物理學與近代物理學共用“物理學”這一名稱的原因，也是中世紀物理學家不能取得成功的—個重要原因。

（6）希臘時代以后，先是關注彼岸世界——理念世界的柏拉圖主義在基督教世界中占據(jù)統(tǒng)治地位，后來亞里士多德主義逐漸代替了柏拉圖主義。接受亞里士多德的思想本身沒有過錯，錯的是將他的思想教條化、絕對化?？梢哉f，亞里士多德哲學更注重研究實際的事物，鼓勵對經驗的研究。而且，不斷增加的經驗知識又越來越與依附于基督教的亞里士多德主義發(fā)生沖突，促使人們努力去擺脫它。

4文藝復興運動時期的自然觀

（1）文藝復興時期在佛羅倫薩重新發(fā)現(xiàn)柏拉圖是一個重要事件。

①柏拉圖認為，學習數(shù)學能迫使靈魂達到抽象的數(shù)的理性，排斥可感知的對象。數(shù)學是進入哲學的階梯，是認識理念世界的工具。數(shù)是理念，甚至是最基本的理念。它是一切事物的實在的原因，并離開可感覺的事物而獨立存在。這樣，數(shù)學思維就變成了純粹的理性思維過程。

②柏拉圖學派發(fā)展了對自然界進行定量研究的自然哲學傳統(tǒng)，主張神在創(chuàng)造世界時已將數(shù)學規(guī)律放人其中，因而通過心智活動所認識到的數(shù)學規(guī)律能夠成功地說明自然現(xiàn)象。自然哲學家的任務就是找出隱藏在自然現(xiàn)象后面的數(shù)學規(guī)律，并從中認識神的偉大。

③到了文藝復興時期，柏拉圖主義再次流行起來。但這時的柏拉圖主義不再否定世俗世界和可感知世界，而是在肯定它們的基礎上，追求事物背后的數(shù)理結構或數(shù)學規(guī)律。

④文藝復興時期的科學家對觀察的依賴不斷增長，而且逐漸接近人們把實驗理解成對理論的一種精心設計的并可重復的檢驗。

（2）考察文藝復興時期的自然哲學，盛行的是自然主義泛靈論宇宙觀（或赫爾墨斯傳統(tǒng)）。

“文藝復興時期的自然主義是人類靈魂映射在自然平面上的折光，而且整個自然界被描述成是靈魂之力的一個巨大的幻影?！边@種觀點認為：

①心靈和物質，精神和肉體被看作是不能分離的統(tǒng)一體。

②就每一物體而言，終極實在是其活的要素，這種活的要素至少在一定程度上帶有心靈或精神的特征。

③所有的物質都是有生命的，宇宙中存在著各種隱秘力，自然界的各種難以理解的力可用靈魂術表達出來，它是物體運動的原因。

二、近代科學的興起與機械論自然圖景

1開普勒、伽利略和笛卡兒

（1）17世紀的科學革命的兩個主題：

①通過機械論哲學得以實現(xiàn)，極力從自然哲學體系中剔除所有帶有神秘色彩的內容。這種情況被現(xiàn)代人稱為自然的祛魅。它與古代原子論緊密關聯(lián)，沒有哪個科學領域不受到它的影響。

②第二個主題以幾何關系看待自然界，確信宇宙是按照數(shù)學秩序原理建構的。它的歷史可追溯到畢達哥拉斯學派，之后柏拉圖主義發(fā)揮了這一思想。

（2）開普勒

開普勒受惠于文藝復興時期的新柏拉圖主義，并且吸納了“宇宙按和諧原理建構”的思想。他開始尋求揭示世界真實本質的數(shù)學結構和真實的物理原因，認為，天文學理論不僅僅是說明觀察現(xiàn)象的一套數(shù)學方法，它也必須依賴于合理的物理學原理，從導致行星運動的原因推知行星的運動。開普勒提出了行星運動三定律，在天文學上擺脫了圓的限制。不僅如此，他確信自然的統(tǒng)一性，試圖運用地上力學中的相同原理來說明天上的各種現(xiàn)象。他進一步探求行星運動的原因。一開始他認為靈魂是行星運動的原因，后來就正式拋棄了泛靈論的自然觀，接受了宇宙是一部機器的觀念。他的思想發(fā)展預示著17世紀科學的進程。

（3）伽利略

伽利略的思想和工作可能就更有意義了。在科學史上，伽利略可以看作是在科學實踐中建立科學方法、打開科學大門的第一人。他不墨守成規(guī)，不盲目迷信，而是向自然學習，對自然進行直接的研究，努力打破亞里士多德學說以及經院哲學和圣經的教條。他拒絕“目的論”和亞里士多德的“四因說”，將研究重心轉移到物質的外在物理特征上面，對事物進行機械論的因果解釋?！霸谫だ缘姆治鱿?，色、聲、熱化為單純的感覺，實在的世界只不過是運動中的物質微粒而已，表面上同真、善、美或其反面沒有關系?！痹谒难壑?，宇宙不僅失去了目的，而且也失去了直接的趨向、價值、意義和變化。隨著在第一性（形狀、尺寸、重量）和第二性（味道、質地、氣味等）之間的區(qū)分，自然被還原成為一個呆滯的存在：沒有聲音，沒有感覺，沒有顏色，僅僅是一個匆匆離去的、無窮盡的、毫無意義的物質。

（4）笛卡爾

在著名的笛卡爾的二元論哲學中，他用形而上學的理由反對文藝復興時期的自然主義。他認為，人是由精神和肉體組成的，精神是不朽的和永存的，肉體是短暫的和易逝的。人類的精神——自由意識和自由意志可以擺脫自然的束縛，認識把握自然的奧秘。而自然不具有精神，是一部機器，自然中的具體事物僅由惰性的物質微粒構成，這些微粒的運動引起了所有的自然現(xiàn)象，這種現(xiàn)象均可由因果性的機制來解釋；自然界中的事物按物理必然性運動變化；一切運動變化都可歸結為物質的機械運動，與各種思維存在物無關。他宣稱：“給我物質和運動，我就能造出整個世界?！?/p>

2牛頓機械論綱領的確立

正確地提出力的概念，并由此對機械論哲學作了根本上的修改并賦予其以更深刻思想的是偉大的英國科學家牛頓。

（1）牛頓所提出的“力”并不是一個像文藝復興時期自然主義中“愛”和“憎”一樣含糊的、起定性作用的詞，也不完全是那種解釋碰撞作用的“一個物體對另一個物體的壓力”，而是改變物體機械運動狀態(tài)的、能夠精確度量的力學上的一種物理量。

（2）牛頓不僅根據(jù)“自然的一致性（或簡單性）原則”“同因同果的線性因果決定論原則”“物體屬性的普遍性原則”和“歸納主義原則”，從現(xiàn)象中推出普遍的規(guī)律，而且明確提出了他的核心研究綱領。

（3）牛頓在他的著作中很好地貫徹了他的研究綱領。他在其經典名著《自然哲學的數(shù)學原理》中清楚地定義了涉及物質運動的“質量”“動量”“慣性”“時空”等基本概念，提出了運動三定律和萬有引力定律，從而將天上的運動和地上的運動統(tǒng)一了起來，構建起嚴謹?shù)慕浀淞W體系。而且他開始把表面看來并非力學現(xiàn)象的“自然界的其余現(xiàn)象”也與力學原理聯(lián)系起來，要從力學原理中導出它們。

3機械論綱領的成長和影響

為了進一步“合理地”貫徹牛頓的機械論綱領，18、19世紀的許多杰出的科學家們力圖構建隱藏在現(xiàn)象背后的某種假想實體，并賦予這種實體以純機械的（力學的）性質，以便對復雜的自然現(xiàn)象作出統(tǒng)一的機械論解釋。

（1）考察18世紀科學發(fā)展的歷史，不難發(fā)現(xiàn)，科學中幾乎每一個重大發(fā)現(xiàn)都是對牛頓自然哲學及他的科學綱領的支持，都在證實著機械自然觀而不是相反，在科學家中沒有出現(xiàn)重要的機械論的反對派。不過，就機械論的社會影響來說，在18世紀，它還只是少數(shù)科學家和先進學者的信念，在廣大群眾和知識階層中流行的，仍然是中世紀的世界觀。要使機械論成為時代的精神，還需要那一時期的哲學家將它發(fā)展成熟并加以宣傳。

（2）與牛頓幾乎同時，英國唯物主義哲學家霍布斯和洛克把科學中的機械論自然觀上升為機械唯物論哲學，使機械觀的概念范疇，如物質、運動、組成等得到進一步的概括和精練，并發(fā)展成為經典形態(tài)的成熟的機械觀。

（3）牛頓的經典力學和英國的機械論哲學傳到法國后，對18世紀法國思想界的啟蒙運動起了決定性的影響。他們將公開的、戰(zhàn)斗的無神論思想引入機械論，使經典的機械論進一步發(fā)展為極端化的機械唯物論。他們把物質看作是唯一的實體，是存在和認識的唯一根據(jù)，不依賴于思維和造物主而存在；把物質的運動歸結為機械運動，具有機械的因果必然性；把人對物質世界的認識看作是刺激反應式的反映論，把人看作是機器，從而走向了機械論的一元論。

（4）到了19世紀，情況就有所不同了。不但那些從事科學研究的絕大多數(shù)自然科學家對于機械論深信不疑，而且機械論自然觀也獲得了廣泛的社會影響，成為了人們普遍接受的世界觀。正因為這樣，19世紀的科學，特別是物理學和化學的那些最偉大的成就，也幾乎都是在機械論自然觀的指導下取得的。對于任何稍有科學教養(yǎng)的知識階層來說，相信自然現(xiàn)象最終應當從力學角度上獲得解釋，被看成是一種常識。不但在光學、統(tǒng)計力學等領域建立起了機械論科學的楷模，而且整個物理科學也都已建立于力學原理的基礎之上，以至于已能合理地把力學科學看做是整個經典物理學的理論基礎。

4統(tǒng)—物理學的基礎

下列四方面的進展為建立統(tǒng)一的物理學奠定了可靠的基礎：

（1）拉普拉斯及其追隨者，建立了一種既適用于力學，又適用于熱學和光學現(xiàn)象的關于粒子間的力的普遍的數(shù)學理論。

（2）1822年傅立葉關于熱的數(shù)學理論的發(fā)表，把原先只適用于力學問題的數(shù)學分析方法，應用于熱學的研究之中。這一工作對建立統(tǒng)一的物理學產生了深遠和廣泛的影響。19世紀40年代，湯姆孫在熱學和電學、質點力學與流體力學及彈性力學之間所作的數(shù)學相似性和物理類似性的比較，加深了人們對物理現(xiàn)象統(tǒng)一性的認識。

（3）菲涅耳關于光的波動說，他假定光是依靠以太的振動進行傳播的，因而光學又被納入到力學自然觀的范疇之中了。光以太的機械論又為力學解釋提供了一個典型的普遍性事例。

（4）19世紀40年代的能量守恒定律的建立又加強了物理學的統(tǒng)一性，它使熱、光、電、磁的現(xiàn)象都被歸并到力學原理的框架之中。

519世紀科學的發(fā)展對機械論自然觀的挑戰(zhàn)

（1）這種挑戰(zhàn)首先來自于光學偏振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，曾迫使托馬斯·楊和菲涅耳作出了光是橫波的假定，橫波假說仍然是從機械論框架中提出來的，然而一旦引入這一假定，機械論框架就失去了內部的和諧，由此產生了它無法擺脫的“以太悖論”困境。這個“以太悖論”終于在這個僵硬的機械論框架（機械論自然觀）內部爆發(fā)出來，并打開了它的第一個巨大的缺口。機械論在光學領域遇到了第一個沉重打擊之后，在電磁領域它又遭到了接二連三的致命打擊。

（2）機械論自然觀面臨危機的真正標志是出現(xiàn)了一種新的自然圖景與之相對抗，這就是以法拉第和麥克斯韋為代表的科學家所提出的“場”的觀念。雖然在這個“場”的觀念的形成和發(fā)展過程中，機械論自然觀曾經起過重大的，甚至是非常杰出的作用，但“場”的觀念的形成和發(fā)展，最終卻導致了機械論自身的衰落。

6場的觀念

到了19世紀90年代前后，對物理“場”的概念有多種多樣的解釋：

（1）洛倫茲認為，能夠給物理學提供概念基礎的是電動力學，而不是力學。他明確指出，“場”完全擺脫了力學的所有性質并與普通物質完全分離了，“場”完全是一種獨立的物理實在。這對20世紀的科學家產生了很大的影響。

（2）普朗克強調指出，從氣體分子運動論導出的熵是很難解釋和理解的。熵的概念是絕對合理的，但玻爾茲曼用統(tǒng)計概念來解釋熵的觀點是不對的。對這種用物質運動的力學原理來解釋對熵的觀點的否定，又構成了對力學解釋的全部原則的威脅。　 

（3）“19世紀物理學概念含義——能量守恒、物理場的理論、電磁以太振蕩的發(fā)光理論，熵的概念——都不可能再執(zhí)意表示為‘牛頓的’了”。

（4）辯證自然觀主要內容是：

①自然界中的各種事物是普遍聯(lián)系的。

②自然界的物質和運動是不可分離的，物質和運動不僅有量的差別和變化，還有機械論者不愿意承認的質的差別和變化，是多樣性的統(tǒng)一。

③高級運動形式由低級運動形式轉化而來，它包含低級運動形式，但不能完全還原為低級運動形式。

④物質是發(fā)展演化和永恒循環(huán)的，在這個循環(huán)中，物質的任何有限的存在方式，不論是太陽或星云，個別的動物或動物種屬，化學的化合或分解，都同樣是暫時的，而且除永恒變化著、永恒運動著的物質以及這一物質運動變化所依據(jù)的規(guī)律外，再沒有什么永恒的東西。

三、當代科學突破與自然觀的新探索

1自然的簡單性與復雜性

（1）大多數(shù)古代的哲學家和科學家都認為自然的本質是簡單的，而不是復雜的。這種簡單性主要反映在兩個方面：一是物質構成上的簡單性；二是物質運動上的簡單性。自然的簡單性主要表現(xiàn)在以下幾方面：

①自然的規(guī)律性。它表明自然具有機械性的確定性、固有的秩序、決定性、必然性和單一因果關聯(lián)等。它在古代就被人們所持有，并且植根于一神教的思想和社會管理的實踐中。

②自然的外在分離性。它包括兩個方面：一是自然與人是完全分離和獨立的，二者之間只存在外在關系，而沒有內在關聯(lián)；二是自然可以盡可能地還原成一組基本要素，其中一要素與另一要素之間僅有外在關系而無內在關聯(lián)，它們不受周圍環(huán)境中事物的內在影響。系統(tǒng)的性質等于各要素之和。

③自然的還原性。它包含兩個方面：一是以無限可分的思想探求物質的基本構成。如分子可以分成原子，原子可以分成原子核和核外電子，原子核又可分為質子和中子……由此走向無窮；二是認為整體或高層次的性質可以還原為部分的或低層次的性質，認識了部分的或低層次的性質，也就可以認識整體的或高層次的性質。

④自然的祛魅。一般而言，自然的經驗性與復雜性是緊密相關的，也是人們難以認識的。近代科學正是在一定程度上消除了自然的經驗性的基礎上產生和發(fā)展起來的。

⑤自然的簡單性除了表現(xiàn)在上述幾方面外，還表現(xiàn)在下列一些方面：絕對的時空觀；時間的外在性、非生命性和對稱性；自然的對稱性、可逆性、相似性、最優(yōu)性等。所有這些方面都表明自然在本體論意義上是簡單的。

（2）自然界存在結構的復雜性、邊界的復雜性、運動的復雜性，具體體現(xiàn)在不穩(wěn)定性、多連通性、非集中控制性、不可分解性、非加和性、涌現(xiàn)性、進化過程的多樣性以及進化能力上。自然具有一些不同于簡單性特征的復雜性：不可分離性、不可還原性、不可完全祛魅等。

（3）愛因斯坦的相對論時空觀和量子力學的建立為人們打破這種絕對的時空觀創(chuàng)造了條件：

①同時性的相對性。絕對時間能獨立存在而與任何特定的客觀事件和物理過程無關。但是，愛因斯坦的相對論認為，時間并非處處相同，而是隨運動情況的不同而不同。對于整個宇宙來說，不存在同一的時間。以有限速度傳播的相互作用，使得在某一坐標系中同時發(fā)生的兩個事件，在另一相對于此坐標系運動的坐標系中，將不同時，因此，是否“同時”與所選擇的參照物有關，參照系變化時，不同時的事件可能變得同時，同時的事件也可能變得不同時。　 

②時間與空間不可分離。時間離不開空間，時間通過空間的變動來測量。如古代的觀象授時就是這樣。反過來，空間的測量也可以用來表示時間。在天文學家的觀念里，天體之間的空間距離就是時間，即光年。在現(xiàn)實世界中，時空又是不可分割地聯(lián)系在一起的，人們說明一個物體在一個地點時，無不處于一定的時刻；說明某一物體在某一時刻時，無不位于一定的地點。因此，傳統(tǒng)的三維空間結構存在著嚴重的缺陷，如果沒有時間作為第四維的時空，那么，三維空間結構便是靜止的、不動的、呆滯的，而這樣的時空不能反映客觀存在著的真實世界。在一個真實的、運動著的世界中，時空是統(tǒng)一的，兩者之間不存在本質的差別。

③時間、空間與物質不可分離。愛因斯坦的狹義相對論所揭示的尺縮鐘慢效應表明，時間、空間與物體的運動狀態(tài)有關；而他的廣義相對論所揭示的時空彎曲效應表明，時間、空間與物質有著內在的聯(lián)系，物質密度越大的地方引力場的強度越大，黎曼空間的曲率越大，時間節(jié)奏的變化越快，時空彎曲得也就越厲害。時空隨物質存在的不同而不同。

2時間測量觀上的革命

時間、空間與物質的不可分離性帶來了時間測量觀上的革命，具體表現(xiàn)在以下三方面：

（1）時間測量與時鐘運動狀態(tài)是相關的。狹義相對論表明，對某個觀察來說，時鐘相對于觀察者靜止時走得最快，相對于觀察者運動時會變慢。運動越快，它的時針、分針、秒針就走得越慢。也就是說，時間膨脹了。

（2）時間測量與時鐘所處場所是有關的。廣義相對論認為，時間的流逝與引力場有關，引力場越強，鐘也就走得越慢。這樣，離一個大質量天體如太陽（或地球）很近的鐘，比起另一放置很遠的鐘來，要走得慢。　

（3）時聞測量的精度會受到被測對象的限制。對一個處在某一特定量子態(tài)的原子，能量測得越準，時間將測得越不準；能量測得越不準，時間將測得越準，但不可能達到絕對精確的程度。這不是由于時鐘的精度所限，而是由于客觀對象（如基本粒子）的本性限制使然。

3自然的構成性與生成性

（1）構成論的基本思想

宇宙及其萬物的運動、變化、發(fā)展都是宇宙中基本構成要素的分離和結合?？梢哉f，古希臘自然觀和機械論自然觀都含有這種思想。它們否定宇宙萬物真正意義上的“生成”思想，把宇宙看作是機械決定論的，否定了事物本身的隨機性，否定了世界的歷史性和創(chuàng)造性，由此在自然科學中表現(xiàn)為無時間性（無論是牛頓力學還是量子力學，方程兩邊的時間t都可消去）。

（2）事實是怎樣的呢？康德的星云演化學說、達爾文的進化論沖擊著這種自然觀，相對論量子力學所揭示的客體的性質與在其環(huán)境的整體關系中的生成性，粒子物理和場論所揭示的大多數(shù)基本粒子的不穩(wěn)定性和生滅轉化性；非平衡態(tài)熱力學所揭示的系統(tǒng)開放和遠離平衡態(tài)條件下借以形成新的穩(wěn)定的宏觀有序結構的自組織性，尤其是宇宙大爆炸理論在對宇宙早期熱歷史的“考古”中所揭示的物質的種種形式（如粒子、輻射、真空等）和性質（不對稱、時空等）的生成和演化，都回應著古希臘“自然”一詞的本義，成為生成論轉向的標志。

（3）現(xiàn)代科學對于實體論和還原論的拒斥，就是對于空間化思維和表態(tài)的結構分析、性質闡明的拒斥。現(xiàn)代科學轉而去關注四維流形中隨著時間而來的事件序列、動態(tài)的關系網(wǎng)絡、生成的量子現(xiàn)象、演進的整體動力學機制等，也就是說，去關注更為具體的、本真的、具有某種主動性的自然。

4粒子生成的新觀念

（1）19世紀末通過研究放射性，發(fā)現(xiàn)一個原子核發(fā)生β衰變，放出一個電子。當時的物理學家按照傳統(tǒng)的構成論的觀點，認為觀察到的電子必定就是原來那個原子核的組成部分，或者說先前的原子核中必定含有那個電子。正是由于這種觀念，在1932年發(fā)現(xiàn)中子之前的20年里，一些人認為原子核是由質子和電子構成的。

（2）1934年，費米發(fā)明了用量子場論方法處理β衰變的工作方法。這是場論里的產生算符和湮滅算符的第一次成功運用。費米說，在他的理論里，“電子可以創(chuàng)生也可以消滅”。此后，物理學家們就開始使用舊粒子吸收和新粒子產生的語言，配上適當?shù)氖睾愣?，去描寫各種微觀過程。在新的理論中，不再認為現(xiàn)今看到的東西早先必定已經存在。這是關于新粒子生成的新觀念。如在外場的影響下，一個γ光子可以轉化為電子一正電子對：

γ→e+e⁺

這就是粒子對產生的過程。這一對電子并不是原先那個γ光子的構成成分，而是在這一過程中生成的。

（3）在哲學上，法國哲學家柏格森試圖用嶄新的時間觀念表達一種全新的進化觀念。

①柏格森分析批判了達爾文的進化論，認為達爾文的進化論過分強調了生物體對外界環(huán)境的依賴作用而徹底忽視了有機體的自主性力量。

②柏格森認為，達爾文的進化概念雖然是一個簡單明晰的概念，但是，他將適應現(xiàn)象的產生完全歸于外在的原因，即環(huán)境對不適者的淘汰，而沒有考慮有機體內在的主動性；達爾文的物種變異則是建立在偶然性、隨機性基礎之上的，變異的發(fā)生與有機體的整體功能無關。

（4）由英國數(shù)學家、哲學家和教育理論家懷特海創(chuàng)立并由建設性的后現(xiàn)代主義者繼承和發(fā)揚的過程哲學對上述思想做了進一步的發(fā)揮。它的基本要義是：

①“事件”這一術語表明現(xiàn)實的基本單位不是“永久不變”的事物或物質，而是瞬間事件。

②那些在現(xiàn)代哲學看來是“永久不變”的事物，諸如一個電子、一個原子、一個細胞或一種精神，實際上都是一種短暫性的社會，是由一系列瞬間事件所構成的。

③每一事件都接受了先前事件的影響。

5世界的決定性與非決定性

（1）機械論自然觀是決定論的自然觀。

①法國數(shù)學家和天文學家拉普拉斯看到牛頓力學不僅把天上和地上的物體的運動統(tǒng)一到力學原理之中，而且根據(jù)力學大量地數(shù)學地推導出其他自然現(xiàn)象，因此，他認為，可以“用相同的分析表達式去理解宇宙系統(tǒng)的過去狀態(tài)和未來狀態(tài)。

②把同一方法應用于某些其他的知識對象。它可能將觀察到的現(xiàn)象歸結為一般規(guī)律，并且預見到在給定的條件下應當產生的結果”。在他看來，一切事物的運動變化都存在著確定的、必然的聯(lián)系，都服從某種規(guī)律。

③這種機械論自然觀隨著科學的發(fā)展日益表現(xiàn)出它的局限性。19世紀發(fā)展起來的統(tǒng)計物理學表明，由大量微觀客體組成的宏觀客體所服從的是概率論規(guī)律，而不是牛頓力學定律。 

④1850年，德國物理學家克勞修斯發(fā)現(xiàn)了熱力學第二定律，并將此表述為“熵增原理”，它說明自然界中存在不可逆過程，而牛頓力學方程關于時間反演是對稱的，即過程是可逆的。

⑤這樣，拉普拉斯所斷言的，知道系統(tǒng)目前狀態(tài)，就可以推知它過去的狀態(tài)以及未來的狀態(tài)，就不再適用了。相對論表明，牛頓力學不適用于物體宏觀高速運動的情況，這直接沖擊了建立在牛頓力學基礎上的拉普拉斯機械決定論自然觀，說明它沒有反映物體在高速運動情況下的時間空間新特性。

⑥量子理論在表明牛頓理論在宏觀領域有效性的同時，也暴露了在新的亞原子的領域非決定論的普遍存在。在亞原子世界中，實在的最基本構成不可能像它們真正所是的那樣被分離，被準確地鑒定、預言或者理解。在認識和分析亞原子粒子的過程中，測不準原理起著基本的作用。如此由經典物理學所倡導的準確的預言以及觀測對象的中立性和客觀世界的穩(wěn)定性就不可能獲得了。

（2）混沌學

①混沌運動具有內在隨機性、對初值的敏感依賴性和奇異性。

a．內在隨機性是指，混沌的產生既不是因為系統(tǒng)中存在的隨機力或受環(huán)境外噪聲源的影響，也不是由于無窮多自由度的相互作用，更不是與量子力學不確定性有關，而是來自確定性系統(tǒng)內部的隨機性。

b．對初始值的敏感依賴性是指，當初始值出現(xiàn)微小偏差時，便引起軌道按指數(shù)速度分離，“蝴蝶效應”就是其生動體現(xiàn)。

c．奇異性是指，從整體看，系統(tǒng)是穩(wěn)定的，但從局部看，吸引子內部的運動又是不穩(wěn)定的，即相鄰運動軌線互相排斥，而且按指數(shù)速率分離；混沌吸引子具有無窮層次的自相似結構；它的空間圖形具有分形的幾何結構，其綜合利用數(shù)一般是非整數(shù)維。

②混沌學表明，非線性確定論方程存在著內在隨機性，或者說必然性中潛藏著偶然性；由于混沌運動具有對初始條件的敏感性，所以使得預測變得不可能。

這就從根本上動搖了機械決定論的理論基礎。它表明拉普拉斯機械決定論只能適用于日常生活和線性科學。