第1章-自然的演化

第一章

自然的演化董傳升本章重點(diǎn)1、自然界以系統(tǒng)方式存在,自然系統(tǒng)具有層次結(jié)構(gòu)。2、自然演化是不可逆的，進(jìn)化與退化存在辯證聯(lián)系，自然演化具有自組織機(jī)制。3、人與自然具有對(duì)象性關(guān)系，必須關(guān)注自然的人化帶來的當(dāng)代社會(huì)全球性生態(tài)危機(jī)。一、自然的物質(zhì)性1、自然界的物質(zhì)形態(tài)物質(zhì)，是指獨(dú)立在人的意識(shí)之外，又可以為人的意識(shí)所反映的客觀實(shí)在。

自然界的物質(zhì)形態(tài)可以劃分為生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)兩大類。非生命物質(zhì)的最簡單形態(tài)是基本粒子和構(gòu)成宇宙介質(zhì)的各種物質(zhì)場——引力場、電磁場、介子場等

第一節(jié)

自然存在觀2.自然界物質(zhì)形態(tài)的分類固態(tài)氣態(tài)液態(tài)等離子態(tài)超密態(tài)真空態(tài)反物質(zhì)態(tài)暗物質(zhì)態(tài)處于極高壓力下具有極高密度的物質(zhì)。致密星中的物質(zhì)即處于高密高壓狀態(tài)。白矮星物質(zhì)的典型密度約為5噸/立方厘米。中子星物質(zhì)的密度約為10億噸/立方厘米。超密態(tài)反物質(zhì)態(tài)反物質(zhì)是由反粒子構(gòu)成的。例如一顆反質(zhì)子和一顆反電子〈正電子〉能形成一個(gè)反氫原子。物質(zhì)與反物質(zhì)的結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致兩者湮滅，且因而釋放出高能光子（伽瑪射線）或是其他能量較低的正反粒子對(duì)。反物質(zhì)無法在自然界找，因此明顯的正反物質(zhì)不對(duì)稱性成了物理的最大難題之一。暗物質(zhì)態(tài)二、自然界的系統(tǒng)性1、何謂“系統(tǒng)”?美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲(Bertalanffy)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)系的各組成部分的總體”。錢學(xué)森則將“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)合成的具有特定功能的有機(jī)整體”。二、自然界的系統(tǒng)性系統(tǒng)概念的四個(gè)要點(diǎn)：其一，任何一個(gè)系統(tǒng)必須有兩個(gè)或兩個(gè)以上的要素構(gòu)成；其二，“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)；其三，“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，其四，系統(tǒng)作為一個(gè)整體對(duì)環(huán)境表現(xiàn)出特定的功能。

2.系統(tǒng)的基本類型孤立系統(tǒng)，是與其環(huán)境隔絕的系統(tǒng)，亦即與其環(huán)境之間沒有物質(zhì)、能量、信息交換的系統(tǒng)。

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)

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)。每一種生物本質(zhì)上都是開放系統(tǒng)。地球：一個(gè)完美的系統(tǒng)依據(jù)：物質(zhì)信息能量與外界交換2.系統(tǒng)的基本類型熱力學(xué)平衡態(tài)是系統(tǒng)能量和物質(zhì)流已經(jīng)消除了溫度的差別和濃度的差別，系統(tǒng)的元素處于隨機(jī)的混亂無序狀態(tài)，而系統(tǒng)本身是均勻的，在動(dòng)力學(xué)上是惰性的；近平衡態(tài)是一種線性非平衡態(tài)，溫度和濃度有微小的差別，只要使它保持在非平衡狀態(tài)的那些約束條件一取消，這種系統(tǒng)就立即趨向平衡，在遠(yuǎn)離平衡態(tài)中，系統(tǒng)處于非線性的非平衡態(tài)，它可能放大某些漲落，自發(fā)形成新的有序結(jié)構(gòu)——“耗散結(jié)構(gòu)”。依據(jù)：系統(tǒng)所處狀態(tài)（自然界開放系統(tǒng)類型）3、自然系統(tǒng)的基本屬性整體性：系統(tǒng)的整體性是指由若干要素組成的系統(tǒng)存在加和性與非加和性兩種關(guān)系。開放性：系統(tǒng)的開放性是指，系統(tǒng)具有與外部環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息交換的性質(zhì)和功能。

負(fù)熵與正熵：系統(tǒng)的開放需要把握開放度問題。開放度為“零”，系統(tǒng)封閉，就不可能發(fā)展；開放度為“1”，系統(tǒng)與環(huán)境沒有邊界，融為一體，系統(tǒng)自身就沒有了存在可言。3、自然系統(tǒng)的基本屬性層次性：系統(tǒng)均服從“層次越高，結(jié)合度越弱”的結(jié)合度遞減規(guī)律。結(jié)合度是指系統(tǒng)內(nèi)部要素之間結(jié)合的牢固程度，通常可以用要素間的結(jié)合力或使該系統(tǒng)解體所需的結(jié)合能來衡量。

上層系統(tǒng)與下層系統(tǒng)之間以雙向因果鏈的方式相互作用。下層系統(tǒng)就是上層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，而上層系統(tǒng)則是下層系統(tǒng)的環(huán)境。動(dòng)態(tài)性：（1）任何系統(tǒng)都普遍存在著漲落現(xiàn)象。所謂漲落，就是刻畫系統(tǒng)整體狀態(tài)的宏觀瞬時(shí)值對(duì)平均值的起伏。（2）系統(tǒng)客觀上存在著新舊結(jié)構(gòu)更替的可能。

三、自然界的層次結(jié)構(gòu)低級(jí)高級(jí)自然界的層次結(jié)構(gòu)三、自然界的層次結(jié)構(gòu)低級(jí)高級(jí)層次結(jié)構(gòu)基本特征縱向等級(jí)構(gòu)成性橫向多元相干性間斷性與連續(xù)性分層遞階秩序的穩(wěn)定性程度是由結(jié)合能的大小決定一、自然界演化的圖景第二節(jié)

自然演化觀四大起源：宇宙起源地球起源生命起源人類起源宇宙的起源和演化150億年基本粒子核合成1秒-1萬年實(shí)物階段穩(wěn)定原子原子星系恒星引力收縮主序星紅巨星脈沖星高密階段地球的起源和演化地球的形成（50億年）地球的起源和演化生命的起源和進(jìn)化生命的起源和進(jìn)化人類的起源和進(jìn)化二、自然界演化的方向二、自然界演化的方向進(jìn)化由無序到有序、由簡單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)不斷上升的發(fā)展方向。退化由有序到無序、由復(fù)雜到簡單、從高級(jí)到低級(jí)不斷退步的下降方向。演化方向的一般特點(diǎn)間斷性穩(wěn)定性重建自發(fā)性三、自然演化的規(guī)律演化的不可逆性三種時(shí)間觀：牛頓不變時(shí)間觀、熱力學(xué)退化時(shí)間觀、達(dá)爾文進(jìn)化時(shí)間觀兩種沖突：可逆與不可逆沖突、進(jìn)化與退化沖突演化的周期性普遍性開放性：質(zhì)的多樣性、長短多樣性、環(huán)節(jié)與階段多樣性開放性演化發(fā)展的動(dòng)力非生命界：吸引與排斥矛盾生物進(jìn)化：生物與環(huán)境的相互作用三、自然演化的規(guī)律進(jìn)化與退化的沖突熱力學(xué)第二定律：演化向下——無序和隨機(jī)（宇宙熱寂說）進(jìn)化論：演化向上——有序和系統(tǒng)自然演化的自組織機(jī)制四、自然界演化的自組織機(jī)制理論耗散結(jié)構(gòu)理論是研究不同事物共同特征及其協(xié)同機(jī)理的新興學(xué)科，是近十幾年來獲得發(fā)展并被廣泛應(yīng)用的綜合性學(xué)科。它著重探討各種系統(tǒng)從無序變?yōu)橛行驎r(shí)的相似性。協(xié)同學(xué)突變論是強(qiáng)調(diào)變化過程的間斷或突然轉(zhuǎn)換的意思。突變論的主要特點(diǎn)是用形象而精確的數(shù)學(xué)模型來描述和預(yù)測事物的連續(xù)性中斷的質(zhì)變過程。超循環(huán)理論在生命現(xiàn)象中包含許多由酶的催化作用所推動(dòng)的各種循環(huán)，而基層的循環(huán)又組成了更高層次的循環(huán)，即超循環(huán)，還可組成再高層次的超循環(huán)。超循環(huán)系統(tǒng)即經(jīng)循環(huán)聯(lián)系把自催化或自復(fù)制單元連接起來的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，每一個(gè)復(fù)制單元既能指導(dǎo)自己的復(fù)制，又能對(duì)下一個(gè)中間物的產(chǎn)生提供催化幫助。一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量，在系統(tǒng)內(nèi)部某個(gè)參量的變化達(dá)到一定的閾值時(shí)，通過漲落，系統(tǒng)可能發(fā)生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時(shí)間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。四、自然界演化的自組織機(jī)制自組織“如果一個(gè)系統(tǒng)在獲得空間的、時(shí)間的或功能的結(jié)構(gòu)過程中，沒有外界的特定干涉，我們便說該系統(tǒng)是自組織的?！彼摹⒆匀唤缪莼淖越M織機(jī)制自組織過程從非組織到組織組織程度低到組織程度高同層組織由簡單到復(fù)雜四、自然界演化的自組織機(jī)制自組織的條件開放系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)非線性相互作用正反饋放大作用巨漲落四、自然界演化的自組織機(jī)制開放系統(tǒng)與環(huán)境交換物質(zhì)、能量、信息的系統(tǒng)。熵與熵流熵變公式：ds=dis+desdis系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熵，叫做熵產(chǎn)生，根據(jù)熱力學(xué)第二定律dis>0；des表示系統(tǒng)與環(huán)境交換的熵，叫做熵流，可正可負(fù)。四、自然界演化的自組織機(jī)制（1）孤立系統(tǒng)當(dāng)des=0時(shí)，ds=dis>0無序（2）開放系統(tǒng)當(dāng)des>0時(shí),ds=dis+des>0無序（3）開放系統(tǒng)當(dāng)des<0時(shí)且|des|<dis時(shí)，ds=dis+des>0無序（4）開放系統(tǒng)當(dāng)des<0時(shí),且|des|＝dis時(shí)，ds＝0宏觀結(jié)構(gòu)不變（5）開放系統(tǒng)當(dāng)des<0時(shí),且|des|>dis時(shí)，ds=dis+des<0有序系統(tǒng)狀態(tài)分析圖四、自然界演化的自組織機(jī)制遠(yuǎn)離平衡態(tài)平衡態(tài)處處均勻，無序；近平衡態(tài)有一定的差異，最終會(huì)趨向無序；趨使系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)依靠開放及內(nèi)在因素。正反饋放大系統(tǒng)內(nèi)部的差異四、自然界演化的自組織機(jī)制一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動(dòng)幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國德克薩斯州的一場龍卷風(fēng)。在一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中，初始條件下微小的變化能帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的長期的巨大的連鎖反應(yīng)。蝴蝶效應(yīng)四、自然界演化的自組織機(jī)制非線性作用普里高津：“對(duì)于耗散結(jié)構(gòu)所必須的另一個(gè)基本特征是在系統(tǒng)的各個(gè)元素中存在著一種非線性機(jī)制?！本€性作用相互作用非線性作用相干性非加和性多重選擇性獨(dú)立性疊加性單一性四、自然界演化的自組織機(jī)制楊子之鄰人亡羊,既率其黨;又請(qǐng)楊子之豎追之.楊子曰:"嘻!亡一羊,何追者之眾"鄰人曰:"多歧路."既反,問:"獲羊乎"曰:"亡之矣."曰:"奚亡之"曰:"歧路之中又有歧焉,吾不知所之,所以反也."<<列子·說符>>四、自然界演化的自組織機(jī)制巨漲落孤立系統(tǒng)和開放系統(tǒng)中的漲落其表現(xiàn)不同：孤立系統(tǒng)—忽略不計(jì)，開放系統(tǒng)—巨漲落。分叉點(diǎn)上系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的重新形成取決于在外部環(huán)境影響下系統(tǒng)內(nèi)部快速增長的巨漲落。漲落導(dǎo)致有序（普利高津）舉例：貝納德對(duì)流四、自然界演化的自組織機(jī)制1900年貝納德發(fā)現(xiàn)了對(duì)流有序現(xiàn)象，他在一個(gè)圓盤中倒入一些液體。當(dāng)從下面加熱這一薄層液體時(shí)，剛開始上下液面溫差不太大，液體中只有熱傳導(dǎo)。但當(dāng)上下液面溫差△T超過某一臨界值△Tc

時(shí)，對(duì)流突然發(fā)生，并形成很有規(guī)律的對(duì)流花樣。從上往下俯視，是許多像蜂房那樣的正六角形格子。中心液體往上流，邊緣液體往下流，或者相反。貝納德對(duì)流五、運(yùn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)演化的自組織機(jī)制運(yùn)動(dòng)技術(shù)，系統(tǒng)性存在？運(yùn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)要素？運(yùn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)？運(yùn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)功能？自組織機(jī)制？？？運(yùn)動(dòng)技術(shù)又稱“動(dòng)作技術(shù)”，是指符合人體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能充分發(fā)揮身心基本能力，有效完成動(dòng)作的方法。運(yùn)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)？在運(yùn)動(dòng)中，由相互作用和相互依賴的若干動(dòng)作要素和心理過程結(jié)合成的具有特定功能的、并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的動(dòng)作有機(jī)整體。七大要素：身體姿勢、動(dòng)作軌跡、動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作速率、動(dòng)作速度、動(dòng)作力量、動(dòng)作節(jié)奏身體身體姿勢動(dòng)作軌跡動(dòng)作時(shí)間動(dòng)作速率動(dòng)作速度動(dòng)作力量動(dòng)作節(jié)奏心理