自然辩证法学习笔记-中科院刘二中老师

自然辩证法学习笔记-中科院刘二中老师 科院刘二中自然辩证法学习笔记

ChapⅠ绪论

一 什么是自然辩证法？

自然辩证法是关于自然界、自然科学发展的普遍规律的科学，是马克思主义自然观和科学技术方法论，由恩格斯首先提出。

二 发展过程

恩格斯-> 列宁-> 于光远

ChapⅡ自然观

一 古代自然观

1. 中国古代自然观

i>. 五行 金，木，水，火，土；

ii>. 八卦：乾，离，兑，震，巽，坎，艮，坤

对应：天，泽，火，雷，风，水，山，地

iii>. “元气”：宇宙天地和世界万物都是由“气”构成的。

iv>. “浑天”

v>. “宣夜”

2. 赫拉特利特：认为火为本源。

罗格斯：“一个人不能走进同一条河流”。

第 2 页 认识到对立物的同一，转化和斗争；

3. 毕达哥拉斯：

i>. 灵魂转世说；

ii>. 数（有理数）即万物；

补充：毕达哥拉斯发现了勾股定理之后，其一名弟子提出，等腰直角三角形的斜边与直角边之比，不是有理数。毕达哥拉斯认为该弟子与其哲学观相左，将这名弟子扔进大海杀害。

iii>. 和谐说；

4. 诡辩学派，世界即“存在”。存在是永恒的，唯一的，不运动的，不变化的。

代表人物：芝诺。

二分辨 运动场辩 追龟辩 飞矢辩

5. 苏格拉底

i>. 目的论

世界之所以如此，是因为“神”有“目的”的安排。为什么世界如此“和谐”？是因为神的特殊安排，不可能是随机的。人无法也不应该研究事物的原因，而应当研究事物的目的，借此领会神的智慧和意志。

补充：苏格拉底从研究事物的起源开始， 第 3 页 由于当时认知手段的局限性，在遇到困难后，转而向有神论妥协。

ii>. 辩证法 (实际上是辩论法)

双方一问一答，互相诘难，使对方陷入矛盾，承认自身的无知，逐步修正意见，从而导致真理。——因为过程之痛苦，又被称为“催产术”。

6. 柏拉图 （师从苏格拉底）

理念说/理念世界 著作：《理想国》

柏拉图：“人的正确思想是从哪里来的？”“为什么人的观念和世界事物一致？”

i>. 存在一个纯粹的理念世界，无任何物质，只有精神；

ii>. 感觉世界的事物，是理念世界的摹本或映像；

iii>. 物质世界后于理念世界，从“善”出发，以理念世界为蓝图，将“混沌(chaos)的泥土”塑造成感觉世界的事物；

iv>. 认知即回忆。人从出生到懂事，是一个回忆理念世界的过程。

7. 德谟克里特

原子论，古希腊最接近现代科学的论断。

第 4 页 一切事物均是由原子和虚空组成的，原子位于虚空之中。原子是运动的，其大小和形状不变。各种原子组成了世界。

补充：现代的原子和分子理论由道尔顿阐述

8. 亚里士多德 (师从柏拉图，亚历山大皇帝的老师，代表希腊文明的顶点)

著作：《形而上学》

i>. 逻辑学的贡献：

矛盾律，一个命题可以是真命题或假命题，但不可能即真又假；

排中律，任何正确的思维都有明确性，相互矛盾的判断不能同时为真。

同一律，在同一思维过程中，在什么意义上使用该概念，自始至终在这个唯一确定的意义上使用这个概念。防止“偷换概念”。

内涵/外延/三段论；

并非用单一哲学来解释世界。

亚里士多德是严密逻辑学的开创者，也是辩证思维的先驱。对比古代中国由于缺少严密的逻辑学，因此数学较落后。

ii>. 亚里士多德反对“理念说”，因为“理 第 5 页 念说”难以解释变化的事物，该点与其老师柏拉图的观点相左。

亚里士多德：“吾爱吾师，吾更爱真理。”

iii>. 实体论：所有哲学观念均有其实体；

iv>. 四因说：形式因，质料因，动力因和目的因；

v>. 宇宙观——地心说宇宙体系，“以太”概念的提出；

vi>. 生物阶梯论，分为三类：动物，植物和人；

二 中世纪神学自然观

1. 教父哲学

提出者：古罗马圣奥古斯丁，补充：著作有《天空之城》《上帝之城》

最早阐述了基督教的三位一体思想

i>. 创世说：耶和华创造世界，见《旧约.创世纪》；

ii>. 原罪说：亚当和夏娃由于在伊甸园偷食禁果，因此人出生就带有“原罪”(sin)；

iii>. 救赎说：追随救世主，信奉上帝，忍受上帝，来世可以得救；

iv>. 来世赏罚说：行善上天堂，作恶下 第 6 页 地狱；

v>. 天启说：一切同信仰抵触的都是无用的，一切信仰和真知，都是天启的结果；

2. 经院哲学

托马斯.阿奎那，上帝存在的五大论证：

i>. 不动之推动者；

ii>. 最终因；

iii>. 自身必然性；

iv>. 真实性等级：事物都是真实的，但真实的等级不一样；(上帝的真实性最高)

v>. 目的因；

这五大论证，最终指向上帝的存在。

三 机械唯物论的自然观

背景：力学和机械技术的发展；

伽利略发现摆的等时性。

牛顿发现微积分，万有引力，三大定律，《自然哲学的数学原理》(Philosophies Naturals

Principia Mathemetica)，1687

机械唯物论：否认一切偶然性，认为一切都是必然的。

形而上学的研究方法：暂时分解，简化。如科学问题的局部线性化，对于自然科学研究有重大 第 7 页 的意义。但是，形而上学的方法不能作为自然观，只能用于简化的方法，毕竟不准确比没有强。

恩格斯认为，即存在必然性，又要承认偶然性。

四 辩证唯物主义的自然观

第一次产业革命之后，出现了自然科学的三大突破：

1. 德国的康德、拉普拉斯，

《宇宙系统论》——从“星云”到“星系”的演进；

拉普拉斯(法国数学家，天文学家，法国科学院院士)在积分变换、矩阵和概率论方面的贡献，天体力学主要奠基人，天体演化学的创立者，应用数学的先驱

2. 维勒，合成尿素，从无机物合成了有机物，打破了“有机物来自生命体”的论点；

3. 地质学的突破，掌握了地球形成的规律，“上帝”从自然观中退位；

三大发现：

1. 动物和植物统一于细胞；

2. 不同能量之间的转化；

3. 达尔文的生物进化论，使得“上帝”从生物学范围中退位

恩格斯：一切僵硬的东西融化了，一切固定的东西消散了，一切被当作永久 第 8 页 存在的特殊的东西变成了转瞬即逝的东西，整个自然界被证明是指永恒的流动和循环中运动的。

破解芝诺悖论

一 追龟辩

追龟辩的论点：飞毛腿（阿喀琉斯）永远追不上乌龟。

假设阿喀琉斯每秒钟跑10米，乌龟每秒钟爬行1米，二者的初始位置为A0和B0,相距100米，开始时间的t=0。当阿喀琉斯跑到B0位置的时候花了10秒钟，此时乌龟又前进了10米；阿喀琉斯追上这10米的时候，乌龟又前进了1米……如此循环，看起来，似乎是阿喀琉斯和乌龟的距离不断缩小，但就是追不上乌龟。这就是有名的芝诺悖论中的“追龟辩”。

“追龟辩”的逻辑漏洞在于，它的假定是，无限个数相加必然是无穷大。事实上，学过无穷递缩等比数列求和的同学，都能够看穿这背后的本质。

现假设，阿喀琉斯的速度为va，乌龟速度为vb，二者距离为s。由小学数学知识可得，阿喀琉斯追上乌龟所需的总时间

ts/vavb(1)而“追龟辩”描述的追击过程是这样的：

第 9 页 阿喀琉斯跑到乌龟的位置的时候，耗费的时间是

t0s/va(2)在t0时间里，乌龟前进的距离s1 = vb·t0。阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为

t1s1/vat0•vb/vat0vb(3)va 同理可知，在t1时间里，乌龟前进的距离s2 =

vb·t1。阿喀琉斯追上这一段距离需要的时间为

vbvt2s2/vat1•vb/vat1bt0vvaa(4)2这样，阿喀琉斯追击乌龟总共所需的时间，是这样一个等比数列的和：

vbtt0t0vabvbt0vavb...t0va2(5)nv将v记为λ，式(5)简化为

att0i(6)i0 根据无穷递缩等比数列求和公式得，

sts/vavast0(7)1vbvavbvavb1vvaa 显然，式(7)和式(1)得出的结果相等。

“追龟辩”的迷惑性，从数学上而言，是缺乏 第 10 页 适当的数学工具(几何级数、无穷小量的相关知识)，从哲学上而言，是犯了孤立地看问题的错误，缺乏辩证法的方法论。

在学习了微积分知识之后，“追龟辩”就不再具有迷惑性了。

二 飞矢辩

“飞矢辩”的论点是，飞行中的箭，在每一时刻都有其确定的位置，因此，飞行中的箭，在每一个时刻其实都是静止不动的。

破解“飞矢辩”需要具备一定的微分学知识。现设箭的位移为S，从发射算起的时间为t，速度为V。我们研究飞矢从时间t到t0的这段飞行过程，由物理学知识可以得到，这一段时间的平均速度

记Δt=t-t0，Δs=s-s0，式(8)变为

当Δt无限趋近于0的时候，得到的就是瞬时速度：

Vlims(10)t0t由微分学的知识可得，瞬时速度V为位移量S对世界t的导数。除非箭真的一直不动，否则V是不会为0的。

推导到这里，我们已经破解了“飞矢辩”： 第 11 页 箭的瞬时位置为S是可以确定的，而V不为0，也就是瞬间速度并不为0。

“飞矢辩”的关键所在，是芝诺偷换了一个概念：“瞬时”的位移是一个无穷小量，“瞬时”这个时间段也是一个无穷小量。芝诺认为，两个无穷小量的差就是无穷小，这点是“飞矢辩”的逻辑错误。“飞矢辩”的迷惑性，从数学上而言是缺乏研究无穷小量的工具，从哲学上来说，是犯了静止地看问题的错误。

ChapⅢ科学研究方法论

一 研究实验方法

1. 观察

i>. 什么是观察？

获取研究对象自然信息的过程。

广义的观察：除了用眼等各种感官，还包括借助各种仪器等。

ii>. 观察的过程

阶段1：感官接受事物的信息；

阶段2：大脑处理判断信息； 看见了什么？是经过判断后的。

iii>. 观察具有客观性；

iv>. 观察的易谬性；

第 12 页 a. 表现；(视错觉)

b. 易谬性产生的原因——在观察的三个阶段中：

Phase 1, 在信息的产生，传播，接受过程中出错；

Phase 2, 感觉器官的误判，局限性，错觉；

Phase 3, 习惯性印象，粗略错误的认知，或理论的误导；

v>. 人为演示的剖析

a. 眼见未必为实——错觉，障眼法

b. 事实的验证，不等于“解释”的正确

——未知的理论，科学理论暂时不能解释的方法。

c. 表演包含了专业技术——忽视专业技术，难以识破专业的表演技术；

d. 表演不成功的“托词”——最终的借口；

vi>. “气功”“特异功能”的剖析

a. 来历：孙思邈的《千金药方》

“气功”一词，是解放后出现的，文革结束后“科学的春天”，泥沙俱下。国 第 13 页 家领导人批示：不提倡，不批判——导致“气功”泛滥。

b. 气功的效能：

中医科学院，张洪林的双盲对比试验证伪。证明是心理暗示，安慰剂效应。

2. 实验——又是一种观察

i>. 什么是实验？

在控制和干预事物的情况下，获取信息。文艺复兴后，人类逐渐掌握了科学的实验方法。

ii>. 实验的特点：

a. 析因实验；

b. 探索型实验；——创造新的条件

c. 测量型实验；——依靠仪器的，更好的观察，更精密

d. 优选实验；——用较少的实验代价获取最精确的结果，正交设计使得各因素无关

e. 模拟实验

3. 观察实验的重要意义——观察实验是科学理论的突破口

i>. 突破口——引入新条件；

第 14 页 ii>. 科学精神，实事求是，依据第一手的材料，要保证实验数据的真实性，要保证实验是可重复的。

“在科学探索之外，还有其他的动力”

实验要“公开，公平，公正”。——接受质疑和检验，观察易谬性

4. 观察实验中的机遇问题

i>. 偶然发现的机遇；

ii>. 捕捉机遇非常重要，有一定的难度；

iii>. 捕捉机遇对科研人员的要求

以高歌发明沙丘驻窝火焰稳定器为例。

a. 留心意外之事；

b. 抓住意外之事的规律；

c. 不要遗漏有价值的机遇；

d. 机遇总是偏爱有准备的头脑；

二 归纳和演绎

1. 归纳和演绎的定义；

i>. 归纳

ii>. 演绎

2. 亚里士多德的归纳演绎方法

i>. 归纳和归纳法

a. 归纳过程是找原因的过程

第 15 页 b. 简单枚举法：

A1具有性质P；

A2具有性质P；

A3具有性质P；

……………………

——————————————————

所有的A均具有性质P。

c. 直观归纳法：依靠洞察力，在感觉经验资料中看到本质

ii>. 演绎和演绎法

a. 演绎，依靠解释性原理；

b. 演绎法：三段论

大前提 所有的M是P

小前提 所有的S是M M是中项，中项必须周延

结论 所有的S是P

三段论的关键是在大前提和小前提中，寻找一个中项。

3. 亚里士多德对“前提”的科学解释中，对前提的要求：

i>. 前提必须为真——必须由各种事实归纳出的真命题；

第 16 页 ii>. 前提是无法证明的——如几何公理；

举例：欧几里德几何学的三大公理和五大公设

iii>. 前提必须比结论更为人所知；

iv>. 前提必须是结论的原因。

4. 归纳法的扩展：

i>. 穆勒五法：求同法，差异法，求同差异法，共变法和剩余法；

ii>. 作图法；

iii>. 相关性分析；

三 分析与综合

1. 背景

伽利略逝世，牛顿诞生，拉瓦锡、胡克和哈雷对自然科学的贡献；

2. 牛顿的分析方法

在实验和观察的基础上，用归纳法进行论证，从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，从普遍原因到最一般的原因

3. 牛顿的综合方法

假定原因已经找到，并将它们列为原理，再由这些原理解释发生的现象，并用观察和实 第 17 页 验，证明这些解释的正确性。

4. 牛顿分析综合方法的特点

i>. 从对少数对象深入研究入手，然后在推而广之，“解剖麻雀”；

ii>. 通过观察实验来决定观察结果的取舍，大大提高科研效率；

5. 牛顿分析综合方法对原因的要求

——所有牛顿时代的“自然科学家”，都认为自己是“哲学家”。

“除了那些真实的，已经能解释现象的原因之外，不需要更多原因；自然界不做无用之事，因为自然界喜欢简单化，不爱用什么多余的来夸耀自己；对于自然界同一类结果，尽可能归于同一类原因。”

四 公理化方法

1. 从欧几里德到牛顿

毕达哥拉斯的数学体系；

托勒密的“地心说”体系；

古希腊文化学术成就，在中世纪前传播到了阿拉伯，因此避免了轶失

2. 自然科学公理化的条件

i>. 严格明确的基本概念；

第 18 页 具有极高的概括性，而且是必不可少的；

ii>. 严格一致的公理和法则；

作用力/反作用力，加速度，矢量合成/分解；……

iii>. 相应的数学工具；

3. 公理化系统的优越性

i>. 形式简明，逻辑性强；

ii>. 数值严格，运算方便；

iii>. 普遍性高；

iv>. 可靠性高；

ChapⅣ 创造性原理

一 历史的回顾

从30年代起，考证“牛顿发现万有引力”等，苏美军备竞赛等

二 创造及相关研究

1. 创造——什么叫“创造”

创造就是产生新颖而且有特殊效果的活动。

2. 创造性思维

人们从事创造时，头脑中的思维活动。

3. 创造的过程

i>. 发现事实阶段。发现什么事实？

a. 问题；

b. 解决问题的优势，所需要的资源；

第 19 页 c. 是否适合创新解决这个问题

——寻找合适，能够解决的问题，以及有关的材料

ii>. 发现思想阶段find thought

iii>. 发现解决方案阶段

——很多“发明”都停留在第二阶段，没有进化到现在的阶段。

4. 创造度，衡量创造的标准

某种创造性思维富含创造性的程度

i>. 思维/创造的新颖性和独特性；

ii>. 要解决的问题，应当具有一定的未知性、独特性和不确定性；

iii>. 涉及的问题的难度——提出后在多久时间内未解决；

iv>. 解决方案提出的效果——最为重要；

三 创新能力的相关因素

1. 创新能力与智力；

i>. 认知能力；

ii>. 记忆力——人脑保存和检索已有知识的能力；

iii>. 发散思维——思路向多方向发展

第 20 页 特征：丰富性，灵活性，新颖性和惊喜性

iv>. 联想，想象与形象思维；

v>. 收敛思维，大大提高了形成方案的效率；

vi>. 评价能力，做出评价决策的能力。随着年龄增长而增加；

vii>. 智商，19世纪中后期出现的概念。同创造力关系正相关，相关系数约0.3；

2. 创新能力与个性；

i>. 强烈的好奇心和求知欲；

ii>. 独立性与自主精神；

iii>. 批评与怀疑精神；

iv>. 富于冒险精神；

v>. 决心/毅力/责任感；

vi>. 兴趣广泛，知识面宽，富于幽默感——幽默与创造性的关系

(不能仅限于一个方面优秀，而需要多方面的杰出)

以下是不利于创造的个性：

viii>. 从众性，自觉或不自觉与大多数他人保持一致的性格；

从众性是可测验的，是人类的天性，是人 第 21 页 类群体生活的必要因素。从众性对创造是有阻碍的，创造时需要对从众性进行适当的调节；

ix>. 偏执：指性格的片面和狭隘，判断问题过于片面和极端，没有辨证地，实事求是地看待问题；

x>. 刻板：主要表现为对新变化的抵抗，或对新事物的反感；

xi>. 自私：总是极端为自己打算；

创新需要对个性进行自我调节，发挥个性中有利一面的优势，规避个性中不利的一面对创新造成的负面影响。

4. 创新能力与年龄、性别；

i>. 年龄，人有智力顶峰和体力顶峰的自然规律；

ii>. 性别，男女心理是有区别的；

ChapⅤ 技术创新方法

一 技术创新的基本过程

1. 典型过程：——技术创新过程的线性模型

i>. 发现目标

ii>. 确定任务

iii>. 寻找方法

第 22 页 iv>. 实验

v>. 确定设计

vi>. 申请专利

vii>. 实施和投产

viii>. 开拓市场

例子：自来水笔的发明

2. 复变过程

i>. 步骤次序可能有变化；

ii>. 各步骤可能反复并行；

3. 技术创新与一般技术过程的区别

i>. 技术创新的不确定性，难以确定规划；

ii>. 发明创造的突出标志：专利权的获得；

iii>. 新技术需要比旧技术优越，才能称为成功；

二 技术创新的目标

1. 需求是发明之母

i>. 需求比兴趣更重要；

ii>. 大多数的需求来自于市场；

iii>. 需求的可实现性，需求与可能的统一；

第 23 页 iv>. 实现需求的代价和该需求的相称；

2. 来源之一：幻想与愿望

i>. 幻想成真，例：莱特兄弟发明飞机；

ii>. 不切实的愿望，例：拍立得照相机；

3. 来源之二：解决问题

i>. 搜罗问题——推拉门槽滑带；

ii>. 懒惰带来问题——锅炉自动控制；

iii>. “娇气”的启示——船尾外挂马达；

4. 来源之三：消除缺点

i>. 抓住对手的毛病——碳精话筒；

ii>. 愤怒是发明之母——密纹唱片；

iii>. 体会顾客心理——密封卫生毛巾；

iv>. 挑剔产品细节——胶靴透气孔；

v>. 吝啬节约——海绵乒乓球拍；

三 创新构思的技巧

1. 创新任务的表述与思路

2. 观察，分析与联想——将观察到的问题存在大脑中。

不要忽略意外的机会。例：近视手术的发明

3. 活用科学技术原理

i>. 掌握技术原理；

ii>. 关注最新前沿技术发展；

第 24 页 iii>. 综合利用多重原理；

4. 组合法——（一般只有少数能够最后成功）

i>. 元件组合；——滤波器

ii>. 功能组合；——照相手机

iii>. 材料组合；——材料组合

iv>. 方法组合；——“鸡尾酒”治疗爱滋病

v>. 概念组合；——某些玩具

组合法的关键：1+1>2的效果。

5. 变化法：长短，粗细，大小，材料……

变功能，变方法……

6. 转换观察问题的角度

i>. 改变用途：治病药->耗子药；

ii>. 逆向思考；

iii>. 移情及换位思考；

7. 转用法：将A领域中的技术，用在B领域中；

8. 类比法（仿生法），最著名例子：尼龙粘扣，对“苍耳子”的仿生

四 灵感及其捕捉方法

1. 定义：

发散思维中，自由联想产生出来的，具有特 第 25 页 殊价值的想法；

2. 特点：

处于头脑的边缘状态而不容易产生，或与大量其他种种可能混杂在一起，没有什么明显特征可以使它被优先考虑到。它正是我们在发明创造（或其他活动中），极力追求的思想和概念。

3. 浮现的几率：

床上：38%

阅览室：17%

步行：21%

乘车：17%

4. 灵感捕捉的方法

i>. 创造灵感产生的环境——有张有驰

ii>. 有灵感，要及时记录下来

五 创新中的“头脑风暴”法

1. 定义

一个小组汇集其成员，自动贡献的全部思想，以便寻找某一问题的解决办法的开会技巧（韦伯斯特国际词典）

2. 四条规则

i>. 禁止批评——消极批判必须留在最 第 26 页 后；

ii>. 欢迎“畅所欲言”——主意越怪越好；

iii>. 要求数量——数量越大，出现有用主意可能性越大；

iv>. 寻求综合和改进；

3. 会前准备

主持人（召集人）起关键作用

确定主题，确定参加人，通知，备忘录，准备时间

4. 会议进行，需要主持人、记录人

5. 会后的分析/筛选/实验

6. 行之有效的原因

i>. 思想、主意的出现，主要依赖于联想及其链式反应；

ii>. 竞争的气氛促使灵感的出现；

iii>. 轻松幽默的气氛；

六 创新构思评判的参考原则

1. 尊重科技原理，例：永动机的不可能性；

2. 实际可行性，例：特斯拉无线传输电能；

3. 市场接受的程度决定成败；

4. 相对最优原则，例：高铁和磁悬浮的优劣；

第 27 页 5. 机理简单原则，例：检测肥皂盒是否空盒；

6. 构思独特原则

7. 防止轻率推断

七 文献资料与互联网的利用

1. 文献资料的重要性

i>. 防止“重新发明轮子”；

ii>. 便于站在前人肩膀上，更高的起点；

2. 利用好各种资料

3. 专利文献

i>. 及时性；

ii>. 详尽性；

iii>. 新颖性；

4. 互联网的利用

互联网的出现，使得查询学术，专利文献极其便利。

优先级：中文>美国>欧洲和日本

八 创新与研制

1. 创新研制的必要性——实践是检验真理的唯一标准；

2. 创新研制的过程

i>. 基本机理的验证，低成本原型；

ii>. 初步设计和优化实验；

iii>. 制出样品与评价；

第 28 页 iv>. 解决生产工艺问题；

3. 创新研制的策略（以莱特兄弟研制飞机为例）

i>. 量力而行，精打细算；

ii>. 掌握方案设计与实验的平衡；

iii>.

合理地安排研制步骤；

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