自然界的存在與演化

1、自然界的存在與演化1自然觀中有兩個(gè)問(wèn)題是最重要的： 自然界是如何構(gòu)成的？ 自然界是如何發(fā)展的。 2一、自然界的物質(zhì)形態(tài)一、自然界的物質(zhì)形態(tài) 物質(zhì)形態(tài)的多樣性和統(tǒng)一性 固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、等離子態(tài)、超密態(tài)、真空?qǐng)?、反物質(zhì)3 真空?qǐng)觯嚎偰芰刻幱谧畹蜖顟B(tài)的場(chǎng)，即基態(tài)的量子場(chǎng)。 沒(méi)有實(shí)物粒子，但具有真空漲落、真空相變、真空對(duì)稱自發(fā)破缺等特性，真空?qǐng)鍪沁@些性質(zhì)的載體，說(shuō)明它是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)。 4 反物質(zhì)：由反粒子（正電子、反質(zhì)子等）構(gòu)成。 從理論上講存在著反電子、反質(zhì)子和反中子等“反”粒子構(gòu)成的“反”物質(zhì)，但尚無(wú)觀測(cè)上的直接證據(jù)。 5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想： 低能反質(zhì)子環(huán)形加速器的形狀如同田徑場(chǎng)的跑道，有彎

2、道和直道；反質(zhì)子流與氙原子核在直道上對(duì)撞，可能產(chǎn)生反氫原子；由于反氫原子不帶電，不會(huì)受到磁場(chǎng)的影響，那么若在直道與彎道結(jié)合處安裝上探測(cè)器，就可以記錄下直線飛行的粒子。 6二、自然界以系統(tǒng)方式存在著的有機(jī)整體以系統(tǒng)方式存在著的有機(jī)整體1、系統(tǒng)：自然界物質(zhì)存在的普遍形式、系統(tǒng)：自然界物質(zhì)存在的普遍形式 其一，一個(gè)系統(tǒng)必須有兩個(gè)以上的要素組成； 其二，系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)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)； 其三，系統(tǒng)要素彼此之間聯(lián)系成一個(gè)統(tǒng)一整體； 其四，系統(tǒng)作為整體對(duì)環(huán)境表現(xiàn)出特定的功能。 系統(tǒng)是由兩個(gè)以上相互聯(lián)系與相互作用的要素組成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體。 7

3、 整個(gè)自然界可以看作是一個(gè)系統(tǒng)，自然界中的一切物質(zhì)客體都自成系統(tǒng)。 系統(tǒng)就是自然界物質(zhì)存在的普遍形式。 82、系統(tǒng)與環(huán)境：自然界是一個(gè)動(dòng)態(tài)的開放系、系統(tǒng)與環(huán)境：自然界是一個(gè)動(dòng)態(tài)的開放系統(tǒng)統(tǒng) 環(huán)境是系統(tǒng)存在的必要條件，系統(tǒng)的性質(zhì)和功能是通過(guò)環(huán)境顯現(xiàn)出來(lái)的。 系統(tǒng)通過(guò)輸入與輸出對(duì)環(huán)境發(fā)生影響。 9 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)：與環(huán)境隔絕的系統(tǒng)，它們之間沒(méi)有任何交換。 封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)：與外界環(huán)境只有能量的交換的系統(tǒng)。 開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)：是與環(huán)境自由地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的系統(tǒng)。 10 開放系統(tǒng)被定義為在同環(huán)境交換物質(zhì)的過(guò)開放系統(tǒng)被定義為在同環(huán)境交換物質(zhì)的過(guò)程中呈現(xiàn)出輸入和輸出、自身物質(zhì)組分的程中呈現(xiàn)出輸

4、入和輸出、自身物質(zhì)組分的組建和破壞的系統(tǒng)。組建和破壞的系統(tǒng)?！?奧L.V.貝塔朗菲著：一般系統(tǒng)論（基礎(chǔ)發(fā)展應(yīng)用），社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，1987年，P11811 生命有機(jī)體之所以能處于有組織的活動(dòng)狀態(tài)，就是由于生命系統(tǒng)能不斷地與外界進(jìn)行物生命系統(tǒng)能不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換質(zhì)、能量和信息的交換。 12 自然界的物質(zhì)系統(tǒng)都是非孤立系統(tǒng)、非封閉系統(tǒng)，總是與環(huán)境存在相互作用的開放系統(tǒng)。 整個(gè)自然界就是由各種動(dòng)態(tài)的開放系統(tǒng)組成的。 133、自然界的整體性與層次性、自然界的整體性與層次性 自然系統(tǒng)的基本屬性 系統(tǒng)的整體性 系統(tǒng)的各個(gè)要素按一定方式構(gòu)成的有機(jī)整體，系統(tǒng)是各個(gè)要素的有機(jī)集合，而不是

5、簡(jiǎn)單地機(jī)械加和。 14 貝塔朗菲指出：亞里士多德的“整體大于各孤立部分之和”的論點(diǎn)，至今仍然是“基本的系統(tǒng)問(wèn)題的一種表述?！?（貝塔朗菲：普通系統(tǒng)論的歷史和現(xiàn)狀，載科學(xué)學(xué)譯文集，科學(xué)出版社，1981年，P305）15系統(tǒng)的層次性系統(tǒng)的層次性， 系統(tǒng)由一定的要素組成，一方面這些要素是由更低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。 1617 層次結(jié)構(gòu)的結(jié)合度層次結(jié)構(gòu)的結(jié)合度。 層次由低到高推進(jìn)，結(jié)合的緊密程度由大到小而遞減。 一定的物質(zhì)層次與一定的閾值相適應(yīng)。1819 在認(rèn)識(shí)自然物時(shí)，對(duì)認(rèn)識(shí)某一層次的物質(zhì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)它的低層系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)可視為黑箱。 20 低層系統(tǒng)與

6、高層系統(tǒng)之間的因果聯(lián)系低層系統(tǒng)與高層系統(tǒng)之間的因果聯(lián)系 低層次系統(tǒng)作為原因可以在高層次系統(tǒng)中引起一定的結(jié)果；而高層次系統(tǒng)作為原因也會(huì)在低層次系統(tǒng)中引起某些結(jié)果； “雙向因果鏈雙向因果鏈”21 可以通過(guò)對(duì)低層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)律等方面的認(rèn)識(shí)，來(lái)取得高層系統(tǒng)的一些認(rèn)識(shí)； 可以從高層系統(tǒng)的規(guī)律出發(fā)，考慮到相應(yīng)的邊界條件和對(duì)應(yīng)規(guī)則，對(duì)低層系統(tǒng)的現(xiàn)象給一些解釋。22 層次結(jié)構(gòu)中的雙向因果鏈，既表明了低層系統(tǒng)對(duì)高層系統(tǒng)的基礎(chǔ)性作用，又表明了高層系統(tǒng)對(duì)低層系統(tǒng)的制約調(diào)節(jié)性作用。 反對(duì)還原主義，也要反對(duì)特創(chuàng)主義。 23三、自然演化的科學(xué)圖景三、自然演化的科學(xué)圖景 把歷史觀引入自然科學(xué)，從而形成科學(xué)基礎(chǔ)上的自然界歷

7、史觀。 24 自然界的演化過(guò)程 宇宙和天體的起源與演化宇宙和天體的起源與演化 第一個(gè)階段是基本粒子形成階段 第二個(gè)階段是輻射階段或核合成階段 第三個(gè)階段是實(shí)物階段 25 恒星的演化有四個(gè)階段：恒星的演化有四個(gè)階段： 引力收縮階段； 主序星階段； 紅巨星階段； 脈沖階段26地球的演化地球的演化 地球是在太陽(yáng)系形成的過(guò)程中誕生的。 首先是地球內(nèi)部圈層的形成和演化 其次是地球外部圈層的形成和演化 再是地殼運(yùn)動(dòng) 27生命的起源和生物的進(jìn)化生命的起源和生物的進(jìn)化 從無(wú)機(jī)小分子合成有機(jī)小分子 從有機(jī)小分子合成生物大分子 從生物大分子組成多分子體系 從多分子體系演變?yōu)樵忌?28 原始生命經(jīng)歷了從非細(xì)胞到

8、細(xì)胞，從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞的演化過(guò)程。 植物沿著菌藻植物、苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物、被子植物的方向進(jìn)化； 動(dòng)物沿著無(wú)脊椎動(dòng)物、脊椎動(dòng)物的方向發(fā)展；脊椎動(dòng)物又沿著魚類、兩棲類、爬行類和哺（bu）乳動(dòng)物類的方向前進(jìn)，最后由哺乳動(dòng)物類分化出了人類。 29人類的起源和進(jìn)化人類的起源和進(jìn)化 人類是從脊椎動(dòng)物靈長(zhǎng)類中的猿分化出來(lái)的。勞動(dòng)是促成這一轉(zhuǎn)變的決定性條件。 古猿（南方古猿）階段 猿人（直立人）階段 早期智人（古人）階段 晚期智人（新人）階段302、自然演化的方向：進(jìn)化與退化、自然演化的方向：進(jìn)化與退化 19世紀(jì)出現(xiàn)了關(guān)于自然界演化問(wèn)題的兩股思潮，即創(chuàng)立了兩種演化理論。 克勞修斯等人提出的熱力學(xué)

9、第二定律及其推廣 達(dá)爾文為代表創(chuàng)立的生物進(jìn)化論。 31熱力學(xué)第二定律有兩種表述熱力學(xué)第二定律有兩種表述： 開爾文：不可能從單一熱源吸收熱量使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響。 克勞修斯：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。 32 它們反映了自然界與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程的一個(gè)總的特征，即熱傳導(dǎo)的過(guò)程或功變熱的過(guò)程都是不可逆的。 這種不可逆過(guò)程的結(jié)果，不可能借系統(tǒng)內(nèi)部的任何其他過(guò)程而自動(dòng)復(fù)原。 33 “熵”概念來(lái)表述熱力學(xué)第二定律：自然界的一切自發(fā)過(guò)程，總是沿著熵增加的方向進(jìn)行。 熵的微觀意義：微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)所引起的無(wú)序性的量度。 熵增加：無(wú)序性程度增加，系統(tǒng)更加混亂； 熵減少：

10、無(wú)序性程度減小，系統(tǒng)有序程度增大。 34 1865年，克勞修斯的兩條熱力學(xué)基本原理： 宇宙的能量是常數(shù)； 宇宙的熵趨于一個(gè)極大值。 “宇宙熱死宇宙熱死” 35生物進(jìn)化論生物進(jìn)化論： 整個(gè)生物界的物種都是通過(guò)生存斗爭(zhēng)和自然淘汰，經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)年進(jìn)化、分化、復(fù)雜化而發(fā)展起來(lái)的。 36 其進(jìn)化的方向：其進(jìn)化的方向： 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單復(fù)雜復(fù)雜 低級(jí)低級(jí)高級(jí)高級(jí) 無(wú)序無(wú)序有序有序 建設(shè)、創(chuàng)新、組織化。建設(shè)、創(chuàng)新、組織化。 37 這兩種理論一個(gè)是有序到無(wú)序，退化！一個(gè)是無(wú)序到有序，進(jìn)化！ 兩種不同的演化圖景兩種不同的演化圖景38恩格斯：自然辯證法，P22、 P23 “運(yùn)動(dòng)的不滅不能僅從數(shù)量上去把握，而運(yùn)動(dòng)的不滅不能僅

11、從數(shù)量上去把握，而且還必須從質(zhì)量上去理解。且還必須從質(zhì)量上去理解?！?“放射到太空的熱一定有可能通過(guò)某種放射到太空的熱一定有可能通過(guò)某種途徑（指明這一途徑，將是以后自然科途徑（指明這一途徑，將是以后自然科學(xué)的課題）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，在這種學(xué)的課題）轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，在這種形式中，它能夠重新集結(jié)和活動(dòng)起來(lái)。形式中，它能夠重新集結(jié)和活動(dòng)起來(lái)?！?9 科學(xué)家的基本思路是：考慮系統(tǒng)如何從無(wú)序到有序，如果能找到從無(wú)序發(fā)展到有序的自然過(guò)程，則問(wèn)題就解決了。 40 1871年，麥克斯韋提出了著名的“麥克斯韋麥克斯韋妖妖”（Maxwels demon ）的理想實(shí)驗(yàn)。 41 1929年，德國(guó)齊拉德證明麥克斯韋妖

12、麥克斯韋妖其實(shí)是一個(gè)有智力的有智力的存在物，它能記憶記憶和識(shí)別識(shí)別。 42 1948年，信息論創(chuàng)始人申農(nóng)定義信息熵為信息量的缺損，即信息量相當(dāng)于負(fù)熵。 麥克斯韋妖獲得了信息就是獲得了負(fù)熵。 43 1967年，比利時(shí)科學(xué)家普里高津提出了“耗散結(jié)構(gòu)理論” 一個(gè)處于遠(yuǎn)離熱平衡態(tài)的開放系統(tǒng)（無(wú)論是力學(xué)的、物理的、化學(xué)的、生物的還是社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、文化的系統(tǒng)）可以通過(guò)不斷地與外界環(huán)境交換物質(zhì)、能量和信息，能夠從原來(lái)的混沌無(wú)序的混亂狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時(shí)間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。44 1944年，德國(guó)物理學(xué)家薛定諤指出：如果如果有一種機(jī)構(gòu)，它是開放系統(tǒng)，能夠不斷地有一種機(jī)構(gòu)，它是開放系統(tǒng)，能夠不斷地從外

13、界獲得并積累自由能，它就產(chǎn)生從外界獲得并積累自由能，它就產(chǎn)生“負(fù)負(fù)熵熵”。生命體就是這樣的機(jī)構(gòu)。他說(shuō)：“要擺要擺脫死亡，就是說(shuō)要活著，唯一的辦法就是脫死亡，就是說(shuō)要活著，唯一的辦法就是從環(huán)境中不斷地汲取負(fù)熵。從環(huán)境中不斷地汲取負(fù)熵?！保ㄉ鞘裁?， P78）45 一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，其總熵的變化由兩部分組成： ：系統(tǒng)本身由于不可逆過(guò)程引起的熵的增加，熵產(chǎn)生，永正； ：系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量引起的熵流，可正可負(fù)。sdsddseisdisde46 根據(jù)熱力學(xué)第二定律，恒有 （等號(hào)對(duì)應(yīng)于平衡態(tài)） 在孤立系統(tǒng)中，沒(méi)有熵流， 則系統(tǒng)沒(méi)有熵變； ，系統(tǒng)只能由有序走向無(wú)序。0ds0sde0sddsi

14、47 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)存在熵流，即 時(shí)，要做具體分析： 當(dāng) ，則 ，加速了系統(tǒng)趨向無(wú)序； 當(dāng) ，且當(dāng) 時(shí)， 可以小于0， 即 ；這時(shí)系統(tǒng)的總熵隨時(shí)間變化而逐漸減小。 0sde0sde0ds0sdesdsdieds0sdsddsei48 耗散結(jié)構(gòu)理論指出在開放條件下，系統(tǒng)如何在不違反熱力學(xué)第二定律的情況下，經(jīng)過(guò)自組織過(guò)程，從無(wú)序演化為有序結(jié)構(gòu)。 493、自然界演化的動(dòng)力（內(nèi)在根據(jù)）、自然界演化的動(dòng)力（內(nèi)在根據(jù)） 自然系統(tǒng)進(jìn)化的內(nèi)在根據(jù)非線性相互作用。 非線性相互作用是物質(zhì)世界的本質(zhì)，是事物運(yùn)動(dòng)的真正“終極原因”。 50 線性方程 11)(axxy22)(axxy)()()()(21212121xyxy

15、axaxxxaxxy51 特征特征 ： 一是加和性：各要素彼此獨(dú)立，互不干涉，整體就等于各組成部分之和，根本不可能有新質(zhì)突觀生成。 二是具有對(duì)稱性： 的反函數(shù) 仍為線性函數(shù)。 axy xay152 三是具有均勻性： 的導(dǎo)數(shù) 為常數(shù)，表示變化率恒定，不隨時(shí)空而變。 在線性相互作用條件下，事物完全按照確定的規(guī)律發(fā)展，沒(méi)有任何隨機(jī)性，只要知道了初始條件，根據(jù)線性微分方程就可以測(cè)算出它在未來(lái)任一時(shí)刻的位置和狀態(tài)。axy adxdy53 非線性相互作用有著本質(zhì)的不同 211)(axxy222)(axxy2121212221221212)()(2)()(xaxxyxyxaxaxaxxxaxxy54 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 是各要素間具有非獨(dú)立的相干性各要素間具有非獨(dú)立的相干性，相互依賴，相互制約，具有相