第二講自然界的存在與演化

第二講自然界的存在與演化第一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四(一)物質(zhì)形態(tài)的差異性與多樣性

自然界的物質(zhì)不僅具有客觀實(shí)在性和統(tǒng)一性，而且其形態(tài)是千姿百態(tài)、無限多樣的，同時，這種物質(zhì)形態(tài)的差異性和多樣性也是其統(tǒng)一性的前提條件。第1節(jié)、自然的存在第二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、根據(jù)能否自我新陳代謝和遺傳變異據(jù)此可以把自然界中各種各樣的物質(zhì)形態(tài)劃分為：非生命世界和生命世界。第三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四(1)非生命世界

1)宇觀世界中有：星云、行星、恒星、星系、星系團(tuán)、超星系團(tuán)、類星體、總星系等不同的物質(zhì)形態(tài)。2)宏觀世界包括：有機(jī)物、無機(jī)化合物(100多萬種)、單質(zhì)等形式。3)微觀領(lǐng)域中有：110多種元素；400多種基本粒子(含兩大類：輕子類，包括光子族和輕子族；重子類，包括介子族和重子族)。第四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四（2）生命世界

從生物大分子、細(xì)胞、微生物到植物、動物、生物圈更是五彩繽紛、形態(tài)萬千。目前，人們已發(fā)現(xiàn)其存在的動物(含昆蟲)就有150多萬種；植物30多萬種；微生物8～9萬種。第五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四2、依據(jù)不同的物質(zhì)聚集狀態(tài)

據(jù)此自然界的物質(zhì)形態(tài)可以劃分為：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)；等離子態(tài)；超密態(tài)；真空場反物質(zhì)(其根據(jù)是所有的基本粒子都有反粒子)。第六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(二)自然界的物質(zhì)統(tǒng)一性

自然界的物質(zhì)形態(tài)盡管多種多樣，各不相同。但不同形態(tài)的物質(zhì)客體又具有統(tǒng)一性。第七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、化學(xué)元素上的統(tǒng)一性

經(jīng)光譜分析發(fā)現(xiàn)宇宙萬物在化學(xué)元素上具有統(tǒng)一性：其一，宇觀世界都是由在地球上均可找到的化學(xué)元素所組成；其二，無機(jī)物與生命物質(zhì)在化學(xué)成分上也有著同一性；最后，對微觀領(lǐng)域物質(zhì)形態(tài)統(tǒng)一性的論證已深入到基本粒子層次，而且在基本粒子之間也有著相互轉(zhuǎn)化。第八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四2、物質(zhì)基本形態(tài)上的統(tǒng)一性

自然界的物質(zhì)形態(tài)可歸結(jié)為實(shí)物和場兩種基本形態(tài)，其間存在著統(tǒng)一性。一方面，實(shí)物與場之間相互聯(lián)系，不可分割，有實(shí)物存在就有實(shí)物之間相互作用的場，任何場都是某種實(shí)物之間的相互作用。另一方面，實(shí)物與場之間在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。如電子和正電子相遇時可“湮滅”而轉(zhuǎn)化為光子，即轉(zhuǎn)化為電磁場；反之，在核子場中光子的能量足夠大時，光子也可以轉(zhuǎn)化為正、負(fù)電子。第九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

3、質(zhì)能守恒定律

質(zhì)量守恒定律和能量守恒與轉(zhuǎn)化定律也是自然界物質(zhì)形態(tài)統(tǒng)一性的一個有力證據(jù)。核物理在研究核聚變反應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)有“質(zhì)量虧損”的現(xiàn)象?！百|(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量真的丟失了，而是指靜止質(zhì)量的減少，但與此同時運(yùn)動質(zhì)量則相應(yīng)增加，或?qū)嵨餇顟B(tài)的物質(zhì)以能量的形式轉(zhuǎn)化成場狀態(tài)的物質(zhì)，虧損的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化成場的質(zhì)量，所以整個系統(tǒng)的總質(zhì)量仍然守恒。這種守恒通常表現(xiàn)為質(zhì)能守恒。第十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四二、自然界物質(zhì)系統(tǒng)的整體性

整個自然界中的各種物質(zhì)客體，從微觀粒子到宇宙天體，從生物大分子到整個生物圈，無不以系統(tǒng)的方式存在著。系統(tǒng)是由若干相互聯(lián)系、相互作用的諸要素所組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體，是自然界的一種根本屬性和存在方式。第十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、整體性

所謂整體性是指物質(zhì)系統(tǒng)所具有的不可還原的整體性質(zhì)，即作為物質(zhì)系統(tǒng)的整體，出現(xiàn)了它的組成部分所沒有的性質(zhì)或者失去了組成部分所具有的性質(zhì)。物質(zhì)系統(tǒng)的“整體”與“堆”有著顯著的區(qū)別。系統(tǒng)的整體性是系統(tǒng)中整體與部分之間非加和性關(guān)系的表征。第十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

2、整體與部分的關(guān)系

整體與部分的關(guān)系包括：加和性與非加和性關(guān)系兩種。所謂加和性關(guān)系，是指各部分可以用簡單相加的辦法逐漸建立整體的特性，即整體的特征能夠分解為各個要素的特征之和。但由各部分之間的相干性造成的非加和性關(guān)系的存在，卻使系統(tǒng)出現(xiàn)其組成部分所沒有的新屬性，使系統(tǒng)與其構(gòu)成要素之間出現(xiàn)質(zhì)的差異。相干性是指一種耦合關(guān)系。耦合各方經(jīng)過物質(zhì)、能量、信息的交換而彼此約束、選擇、協(xié)同和放大。約束和選擇意味著耦合各方原有自由度的減少乃至部分屬性的喪失；協(xié)同和放大意味著耦合各方在一種新的模式下協(xié)調(diào)一致地活動，其原有的屬性可以被拓寬放大。它們交錯重疊在一起，共同導(dǎo)致屬性不可分割的整體的形成。第十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

非加和性關(guān)系成因例證

在一個原子中，原子核與電子之間的制約使電子受到時空狀態(tài)、隨機(jī)性、自由度等方面的約束；由于約束，排除了一部分可能的狀態(tài)，保留了另一部分可能的狀態(tài)，這便意味著選擇，最終使得核與核外電子協(xié)同構(gòu)成原子，使原子具有了金屬性、非金屬性等原子核與核外電子所不具有的新屬性。如果整體由于部分的相干性出現(xiàn)新屬性，則整體(已成為系統(tǒng))在相關(guān)的屬性上，便表現(xiàn)出非加和性。這種非加和性特征表明，物質(zhì)系統(tǒng)的整體特性既不能歸結(jié)為它的組成部分的特性，也不是其組成部分的簡單“堆積”。它所反映的是某種具有新質(zhì)的聯(lián)系，是標(biāo)志物質(zhì)系統(tǒng)具有整體性的一種必不可少的聯(lián)系方式。第十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四三、自然界物質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性

物質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指物質(zhì)系統(tǒng)在一定環(huán)境條件下能夠保持某種狀態(tài)的特性，它體現(xiàn)了物質(zhì)系統(tǒng)與環(huán)境的相互作用關(guān)系。依據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系，物質(zhì)系統(tǒng)可以分為孤立、封閉和開放系統(tǒng)三類。孤立系統(tǒng)與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換，又無能量交換；封閉系統(tǒng)與環(huán)境之間僅有能量交換，而無物質(zhì)交換；開放系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量交換。在這三類系統(tǒng)中，開放系統(tǒng)具有更大的普遍性。第十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、系統(tǒng)穩(wěn)定性的衡量標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)的穩(wěn)定性可通過漲落衡量。系統(tǒng)的狀態(tài)變量對平均值的一定偏離或起伏即漲落。只有經(jīng)受漲落后能恢復(fù)自身狀態(tài)的物質(zhì)系統(tǒng)，才有存在的可能。這種對漲落的不變性就是系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，并非系統(tǒng)的每種狀態(tài)都是穩(wěn)定的。按照對漲落的不同反應(yīng)可以區(qū)分出三種狀態(tài)：恒穩(wěn)態(tài)——對漲落保持不變的狀態(tài)；亞穩(wěn)態(tài)——在一定范圍內(nèi)對漲落保持不變的狀態(tài)；不穩(wěn)定態(tài)——在漲落下即行消失的狀態(tài)。第十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

2、系統(tǒng)的穩(wěn)定性與耗散結(jié)構(gòu)

物質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的產(chǎn)生和耗散結(jié)構(gòu)的存在是密切相關(guān)的。一個遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷與外界交換物質(zhì)與能量，在外界條件的變化達(dá)到一定閾值時，可能從原來的無序混亂狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時空或結(jié)構(gòu)有序的新狀態(tài)，這種有序狀態(tài)需要不斷地與外界交換物質(zhì)和能量才能維持，并保持一定的穩(wěn)定性。這種在遠(yuǎn)離平衡情況下形成的新的有序結(jié)構(gòu)，稱為“耗散結(jié)構(gòu)”。耗散結(jié)構(gòu)作為一種時空有序結(jié)構(gòu)，正是在一個自我保持和自我修復(fù)的系統(tǒng)中維護(hù)各部分之間關(guān)系的一種特定構(gòu)型。因而其存在就標(biāo)志著系統(tǒng)處于“穩(wěn)定狀態(tài)”。耗散結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生過程也是一種自組織形成的過程，其形成機(jī)制在一定程度上反映了系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生并得以保持的內(nèi)在原因。第十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

3、系統(tǒng)穩(wěn)定性的相對性

物質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是相對于一定范圍而言的。超出這個范圍，原有的穩(wěn)定態(tài)就會失穩(wěn)，漲落將支配系統(tǒng)的行為。當(dāng)這種漲落被一定條件所鞏固時，就會出現(xiàn)新的穩(wěn)定態(tài)。即隨著外界控制參量的變化，系統(tǒng)會經(jīng)歷穩(wěn)定—失穩(wěn)—再穩(wěn)定的演化歷程。普利高津提出的結(jié)構(gòu)—功能—漲落圖(見下圖)，就是這種過程的形象表述。按這個圖式，隨機(jī)漲落會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)制的改變(普利高津稱這種機(jī)制為“功能”)。如果這種改變不是發(fā)生在臨界點(diǎn)附近，那么系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會平息漲落，系統(tǒng)依然是穩(wěn)定的。如果漲落被放大到臨界點(diǎn)附近，結(jié)構(gòu)無法調(diào)整這些機(jī)制，穩(wěn)態(tài)將轉(zhuǎn)化為失穩(wěn)，宏觀時空結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化。而在變化了的時空結(jié)構(gòu)中，又會有新的漲落。第十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

普利高津結(jié)構(gòu)—功能漲落圖

（決定論的）

功能

結(jié)構(gòu)

漲落

（隨機(jī)的）第十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四四、自然界物質(zhì)系統(tǒng)的層次性

一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)都是按層次結(jié)構(gòu)組織起來的，即每個物質(zhì)系統(tǒng)都是較高一級系統(tǒng)的一個要素，同時它作為較高一級系統(tǒng)的要素本身，通常又是較低一級的系統(tǒng)，這樣便形成了自然界物質(zhì)系統(tǒng)的層次性（如下圖）。第二十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

圖2-2非生命世界物質(zhì)層次圖2-3生命世界物質(zhì)層次 總星系 ↑ 星系團(tuán)生物圈 ↑ ↑ 星系 生態(tài)系統(tǒng) ↑ ↑ 恒星 生物群落 ↑ ↑ 行星(包括衛(wèi)星)種群 ↑ ↑ 生物個體地面上的宏觀物體 ↑ 第二十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

圖2-2非生命世界物質(zhì)層次圖2-3生命世界物質(zhì)層次

地面上的宏觀物體生物個體 ↑ ↑ 分子 系統(tǒng) ↑ ↑ 原子 器官 ↑ ↑ 原子核 組織 ↑↑ 基本粒子 細(xì)胞 ↑↑ 夸克 生物大分子 第二十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四(一)層次結(jié)構(gòu)的基本特征

層次結(jié)構(gòu)指的是，若干要素經(jīng)相互作用構(gòu)成的系統(tǒng)，再通過新的相互作用而構(gòu)成新系統(tǒng)的逐級構(gòu)成的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在這種關(guān)系中，參與構(gòu)成的系統(tǒng)稱為低層系統(tǒng)，構(gòu)成后的新系統(tǒng)稱為高層系統(tǒng)。第二十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四1、構(gòu)成性：層次結(jié)構(gòu)特征之一

層次結(jié)構(gòu)的一個顯著特征是，低層系統(tǒng)對高層系統(tǒng)具有構(gòu)成關(guān)系：低層系統(tǒng)必須是高層系統(tǒng)的構(gòu)成部分，而高層系統(tǒng)也只能以低層系統(tǒng)為存在基礎(chǔ)。層次結(jié)構(gòu)中的構(gòu)成性關(guān)系是物質(zhì)系統(tǒng)之間的縱向的或垂直的有序關(guān)系，即子系統(tǒng)與母系統(tǒng)、各個子系統(tǒng)之間的相互包含和相互作用，它反映出不同層次之間是相互依存的。第二十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

2、相干性：層次結(jié)構(gòu)特征之二

層次結(jié)構(gòu)中的相干性關(guān)系是物質(zhì)系統(tǒng)間的橫向關(guān)系。只有通過相干性關(guān)系，它們才能結(jié)合起來構(gòu)成高一級系統(tǒng)，導(dǎo)致縱向?qū)哟伍g質(zhì)的差異。隨著每一個新物質(zhì)層次的形成，總會有新質(zhì)的突現(xiàn)和新功能的問世。相干性關(guān)系所造成的新層次往往在自身結(jié)構(gòu)上更簡單一些，從而為低層系統(tǒng)能夠并入高層次的活動模式創(chuàng)造條件。第二十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(二)層次結(jié)構(gòu)的結(jié)合度

由層次結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)決定了其結(jié)合度的差異性和遞減性等特征。一般隨著層次由低向高推進(jìn)，結(jié)合的緊密程度由大到小而遞減：從將夸克結(jié)合為基本粒子的力量到將中子和質(zhì)子結(jié)合為原子核的核交換力；從將原子核與電子結(jié)合的電磁力到將原子結(jié)合為分子的共價(jià)鍵或離子鍵；從將化學(xué)分子結(jié)合為生命大分子到將多細(xì)胞結(jié)合為生命整體；直至維持生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的力量，不但具有巨大的強(qiáng)弱差異，而且是依次遞減的。第二十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(三)層次結(jié)構(gòu)的因果鏈

層次結(jié)構(gòu)中存在著雙向因果鏈：上向因果鏈和下向因果鏈。其一，低層系統(tǒng)及其相干性關(guān)系作為原因，可以在高層系統(tǒng)中引起一定的結(jié)果，決定高層系統(tǒng)的特點(diǎn)和規(guī)律，此乃其上向因果鏈。其二，高層系統(tǒng)對低層系統(tǒng)的支配、影響和限制，這是其下向因果鏈。這種雙向因果鏈的存在，不僅造成了層次之間的差別，也溝通了層次之間的聯(lián)系：上向因果鏈的存在，提供了從低層次規(guī)律入手認(rèn)識高層次現(xiàn)象的可能性；而下向因果鏈的存在，則保證了從高層次規(guī)律出發(fā)對加入高層系統(tǒng)的低層現(xiàn)象進(jìn)行解釋和預(yù)言的可能性。第二十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

第2節(jié)自然界的演化

自然界不僅存在著，而且生成著并消逝著。生成與消逝的不斷更替，便構(gòu)成了自然界的演化鏈條。要揭示自然界的奧秘，展示自然界的圖景，除了把自然界作為一種存在來把握，還必須把自然界當(dāng)作一種過程來理解。第二十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

一、自然界的演化過程

根據(jù)目前已確認(rèn)的科學(xué)事實(shí)和比較公認(rèn)的科學(xué)假說，我們可對自然界的演化過程作出一個大致的描述。第二十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四(一)宇宙和天體的起源與演化

1、宇宙起源與大爆炸假說關(guān)于宇宙起源的認(rèn)識主要來自于伽莫夫“大爆炸假說”及其修正。而形成后的宇宙的演化先后經(jīng)歷了基本粒子形成階段、輻射階段或核合成階段、實(shí)物階段。2、恒星演化與彌漫說恒星的演化，按目前廣為接受的彌漫說，一般要經(jīng)歷以下幾個階段：引力收縮階段(包括快收縮階段和慢收縮階段)：主序星階段；紅巨星階段；脈動階段；爆發(fā)階段和高密階段等。在恒星演化的特殊階段和特定條件下，在宇宙之一隅出現(xiàn)了太陽系以及作為太陽系一個成員的地球。第三十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四浩瀚的宇宙第三十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四一、宇宙的演化

─由小到大彗星(Comet)—數(shù)十公里小行星(Asteroid)—數(shù)百公里衛(wèi)星(Satellite)—數(shù)千公里行星(Planet)—數(shù)萬公里恆星(Star)—數(shù)十萬公里星雲(yún)(Nebula)—數(shù)光年星團(tuán)(Cluster)—數(shù)光年

─疏散(Open),球狀(Globular)第三十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四一、宇宙的演化

─由小到大(續(xù))銀河/星系(Galaxy)—數(shù)十萬光年星系團(tuán)(Clusterofgalaxies)—數(shù)百萬光年超級星系團(tuán)(Superclusterofgalaxies)—數(shù)億光年宇宙(Universe)—一百四十億光年掌管所有「子宇宙」的「母宇宙」？第三十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四二、宇宙的運(yùn)動─由慢到快地球的自轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)太陽系繞銀河中心的公轉(zhuǎn)銀河系在本地星系群中的運(yùn)動本地星系群在室女座星系團(tuán)中的運(yùn)動淨(jìng)運(yùn)動：400km/sec(0.001c)第三十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四三、宇宙在膨脹─如何發(fā)現(xiàn)的？我們相信宇宙起源於一百二十億年前的一次高溫大爆炸（“大霹靂”）：(BigBang)支持「大爆炸學(xué)說」的證據(jù)：(1)星系奔離(VestoSlipher,EdwinHubble)(2)2.73K黑體輻射(PenziasandWilson)(3)宇宙初始的元素豐度(Abundances)第三十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四探尋星云的本質(zhì)關(guān)于星云的兩種觀點(diǎn)：1.星云是銀河系內(nèi)的星際物質(zhì)。2.幸運(yùn)是像銀河系一樣巨大的恒星集團(tuán)，只是因?yàn)樘h(yuǎn)而看起來像“云”。第三十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四Hubbl與Slipher的工作1924年，Hubbl利用威爾遜山的大望遠(yuǎn)鏡觀察仙女座大星云，發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上由許多恒星組成，并用光度方法測定了它的距離為70萬光年之外。此后的進(jìn)一步觀測使人類的視野擴(kuò)大到5億光年的范圍。1912年開始，Slipher

致力于恒星的光譜研究，發(fā)現(xiàn)河外星云的譜線存在著向紅端移動的現(xiàn)象。根據(jù)多普勒效應(yīng)，它們遠(yuǎn)離地球而去。1929年，Hubbl提出了哈勃定律：星系的紅移量與它們離地球的遠(yuǎn)近成正比。這就向人們展示了一幅宇宙整體膨脹的圖景。第三十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四VestoSlipherEdwinHubbl發(fā)現(xiàn)星系紅位移

確立「紅移─距離」的關(guān)係

第三十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四Hubble

原始觀測記錄近代較先進(jìn)儀器觀測結(jié)果第三十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四表象：星系奔離實(shí)際：星系間的時空增加第四十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四三、宇宙在膨脹─如何發(fā)現(xiàn)的？(續(xù))我們相信宇宙起源於一百二十億年前的一次高溫大爆炸（“大霹靂”）：(BigBang)支持“大爆炸學(xué)說”的證據(jù)：星系奔離(VestoSlipher,EdwinHubble)2.73K黑體輻射(PenziasandWilson)

宇宙初始的元素豐度(Abundances)第四十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

ArnoPenzias(left)andRobertWilson(right)

第四十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四早期的宇宙背景輻射觀測第四十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四第四十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四三、宇宙在膨脹─如何發(fā)現(xiàn)的？(續(xù))我們相信宇宙起源於一百二十億年前的一次高溫大爆炸：「大霹靂」(BigBang)支持「大霹靂學(xué)說」的證據(jù)：(1)星系奔離(VestoSlipher,EdwinHubble)(2)2.73K黑體輻射(PenziasandWilson)（3）宇宙初始的元素豐度(Abundances)第四十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四四、宇宙的未來─誰來決定？開放、臨界，還是關(guān)閉？(ToCloseornotto,isthequestion.)─由宇宙中物質(zhì)總量來決定減速參數(shù)(DecelerationParameter)：

q0

=0(Open)+1q0=1/2(Critical)0q0>1/2(Closed)-1第四十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四第四十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四第四十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(二)地球的演化

地球是在太陽系形成的過程中誕生的，迄今的歷史約46億年。在這期間，地球發(fā)生了一系列的變化。1、地球內(nèi)部圈層的演化2、地球外部圈層的演化(1)大氣圈(2)水圈（3）巖石土壤圈第四十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(三)生物圈:生命起源和生物進(jìn)化

生命是蛋白質(zhì)和核酸多分子體系存在的一種方式，它是由非生命物質(zhì)在原始地球環(huán)境中經(jīng)過長期的演化而形成的。1、原始生命的誕生在原始地球條件下，當(dāng)具有催化功能的原始蛋白質(zhì)和能起模板作用的原始核酸一旦產(chǎn)生并結(jié)合為多分子體系時，真正的原始生命就隨之誕生了。2、生物進(jìn)化與人類起源原始生命出現(xiàn)以后，又經(jīng)歷了從非細(xì)胞到細(xì)胞、從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞，再到單細(xì)胞生物進(jìn)化成多細(xì)胞生物，進(jìn)而分化成動物和植物。在適宜的環(huán)境中，植物沿著菌藻植物→苔蘚和蕨類植物→裸子植物→被子植物的方向進(jìn)化；動物則沿著無脊椎動物→脊椎動物的方向發(fā)展，直到人類的出現(xiàn)。第五十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四宇宙演化鏈(如下表)

宇宙時

物質(zhì)形態(tài)

宇宙時

物質(zhì)形態(tài)0秒原始火球大爆炸15.2×109年原始星際云形成10-43秒時空量子化15.4×109年行星(地球)形成10-35~10-30秒宇宙暴脹產(chǎn)生夸克,輕子16.1×109年最老地球巖石形成10-6秒質(zhì)子-反質(zhì)子對湮滅18×109年富氧大氣圈形成1秒電子-正電子對湮滅19×109年生命起源1~3分氦合成19.55×109年初期的魚類1~2×109年星系形成19.6×109年初期的陸地植物4.1×109年第一代恒星形成19.95×109年哺乳動物5×109年類星體誕生,星族Ⅱ恒星20×109年人類起源10×109年星族Ⅰ恒星形成第五十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

二、自然界的演化方向

自然界的任何物質(zhì)系統(tǒng)都要經(jīng)歷產(chǎn)生、成長、衰落、毀滅的歷史過程。所有這些演化均可以歸為兩大類：進(jìn)化與退化。一般認(rèn)為，進(jìn)化對物質(zhì)世界更具有積極意義。但是，人類最早精確認(rèn)識并深入研究的演化現(xiàn)象卻是退化。第五十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(一)退化及其根據(jù)

所謂退化，是指物質(zhì)系統(tǒng)由有序向無序、由高序向低序的演化過程和趨勢。退化的理論根據(jù)就是熱力學(xué)第二定律。這一定律指出，在一個孤立系統(tǒng)中，任何物理過程或化學(xué)過程總是導(dǎo)致熵的增加，系統(tǒng)最終達(dá)到一個具有極大熵值的平衡態(tài)，而且這種熵增過程是一個不可逆的自發(fā)過程。

可見，退化過程就是熵增過程。第五十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(二)進(jìn)化的根據(jù)和條件

進(jìn)化是指物質(zhì)系統(tǒng)由無序到有序、由低序到高序的演化過程和趨勢。進(jìn)化的根據(jù)則是生物進(jìn)化論與自組織理論。根據(jù)自組織理論，一個系統(tǒng)具備以下條件就會進(jìn)入有序狀態(tài)。(1)系統(tǒng)從無序走向有序，必須處于遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)。(2)產(chǎn)生有序結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，必須是一個開放系統(tǒng)。(3)形成有序結(jié)構(gòu)的各要素之間存在著非線性的相互作用，這種相互作用使各要素之間產(chǎn)生相干效應(yīng)與協(xié)調(diào)動作，從而可以使系統(tǒng)從雜亂無章變?yōu)榫挥行颉?4)系統(tǒng)中的正反饋可以促使系統(tǒng)的變化被放大和加劇，從而推動系統(tǒng)的質(zhì)變，加速系統(tǒng)自復(fù)制自組織的過程。(5)漲落和突變是產(chǎn)生有序狀態(tài)的條件。第五十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(三)進(jìn)化與退化的關(guān)系

進(jìn)化和退化是自然界中廣為存在的兩種趨勢和過程。當(dāng)代科學(xué)對進(jìn)化的深入研究表明，進(jìn)化與退化是不可分割、辯證統(tǒng)一的。1、進(jìn)化與退化相互包含2、進(jìn)化與退化互為條件3、進(jìn)化與退化依據(jù)一定條件以互相轉(zhuǎn)化第五十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

三、自然界演化的規(guī)律性

自然界的演化不是雜亂無章，而是遵循著一定的規(guī)律。這些規(guī)律主要是演化的不可逆性和周期性。第五十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(一)自然界演化的不可逆性

自然界的演化是以物質(zhì)系統(tǒng)的要素、結(jié)構(gòu)、功能等方面的新舊交替為標(biāo)志的，這種新舊交替有不可完全逆轉(zhuǎn)的性質(zhì)，且具有普遍性。一個物質(zhì)系統(tǒng)從某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程達(dá)到另一狀態(tài)，如果存在一個反過程，它能夠使該物質(zhì)系統(tǒng)和外界環(huán)境完全恢復(fù)，即物質(zhì)系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，同時消除了原來過程對外界環(huán)境引起的影響，則原來的過程為可逆過程。反之，用任何方法都不可能使物質(zhì)系統(tǒng)和外界環(huán)境完全復(fù)原，則原來的過程為不可逆過程。第五十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

(二)自然界演化的周期性

自然界演化發(fā)展中有序與無序的不斷轉(zhuǎn)化，進(jìn)化與退化的不斷交替，便使其呈現(xiàn)出周期性規(guī)律。周期性是事物隨時間的變化，表現(xiàn)出形態(tài)的相似、性質(zhì)的相同、結(jié)構(gòu)的重復(fù)、過程的重演等向其原來出發(fā)點(diǎn)的回歸現(xiàn)象。自然界演化的不可逆性，決定了這種回歸不是簡單的重復(fù)，而是辯證的否定之否定過程。第五十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、周期性的表現(xiàn)

物質(zhì)系統(tǒng)演化的周期性，在自然界中是普遍存在的。恒星經(jīng)歷的“星云—恒星—星際彌漫物質(zhì)—新一代恒星”的演化，海底地殼經(jīng)歷的“地殼—地?！碌牡貧ぁ钡难莼?，全球氣候經(jīng)歷的“溫暖期—寒冷期—溫暖期”的演化，都體現(xiàn)出這種周期性。至于像天文學(xué)中太陽黑子爆發(fā)的周期，生物學(xué)中生物世代繁衍的周期等，則在自然界中隨處可見。第五十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

2、周期性的證據(jù)

這些具體物質(zhì)系統(tǒng)演化周期的形成機(jī)制，已由相應(yīng)的各門自然科學(xué)加以闡明。而系統(tǒng)科學(xué)尤其是自組織理論的發(fā)展，又為解釋一般周期的形成機(jī)制提供了新的富有啟發(fā)意義的思考途徑。耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)等非平衡自組織理論認(rèn)為，一個遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)，通過與外界環(huán)境交換物質(zhì)和能量，從環(huán)境中獲得負(fù)熵流來抵消系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生，就可能從一種混亂無序的狀態(tài)演化成為一種穩(wěn)定有序的結(jié)構(gòu)。同樣，非平衡自組織理論也揭示了通向混沌的道路，說明了系統(tǒng)從有序向無序的轉(zhuǎn)化過程。第六十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

3、結(jié)語

有關(guān)研究終將揭示彌散的物質(zhì)和能量重新聚集起來的途徑，從而從根本上揭示自然界的演化不但存在周期性，而且存在無限循環(huán)的可能。正如恩格斯指出，當(dāng)自然科學(xué)的發(fā)展水平難以解決這個問題的時候，必須借助哲學(xué)思維的幫助才能使自己的自然觀成為一個和諧的整體。如果我們從質(zhì)的不滅性方面來理解物質(zhì)不滅原理和運(yùn)動不滅原理，自然界的演化圖景就只能是周期性的無限循環(huán)發(fā)展。第六十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

第3節(jié)人和自然界

人是自然界演化發(fā)展到特定階段的產(chǎn)物，是自然界的一個組成部分。在人出現(xiàn)的同時，也就出現(xiàn)了人和自然的關(guān)系。這種關(guān)系，既影響著由人所構(gòu)成的社會的發(fā)展，也影響著除人類社會之外的自然界的演化，成為自然界演化發(fā)展中的新因素。第六十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

一、人與自然的對象性關(guān)系

人不僅是自然界的人，是一種自然存在物，是自然界長期演化的產(chǎn)物；而且是有意識、有意志、能動的自然存在物，而是按照自己的主觀愿望主動地、積極地適應(yīng)和改造周圍的自然界，使其順應(yīng)自己日益增長的需要。第六十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四（一）人的受動性及其表現(xiàn)

人首先是自然界的人，是一種自然存在物，即自然界是人產(chǎn)生、存在、發(fā)展的自然基礎(chǔ)。人的受動性的表現(xiàn)：第一，人是自然界的產(chǎn)物。正是自然界在其發(fā)展過程中，經(jīng)由一般物質(zhì)——有機(jī)物——原始生命體——高等動物——人，最終把人（通過勞動）“創(chuàng)造”出來。因此，沒有自然界的長期發(fā)展，就沒有人的產(chǎn)生。第二，人的生存離不開自然界。即自然界為人類生存和發(fā)展提供充足的自然資源。第三，人的社會關(guān)系形成和發(fā)展離不開人與自然的關(guān)系。即其為人類提供寬廣的活動空間。第六十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

（二）人的能動性及其表現(xiàn)人不僅是一種自然存在物，而且是有意識、有意志、能動的自然存在物。第一，人在改造自然的同時，也改造自身的自然，促進(jìn)自身自然的進(jìn)化與發(fā)展。第二，人作用于自然界，不斷改變自然界的面貌，推動自身需要的發(fā)展。第六十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

二、人工自然的擴(kuò)大

與人工自然相對應(yīng)的還有自在或天然自然及人化自然。天然自然指未受到人類影響的那部分自然界，即人類認(rèn)識和作用手段還未觸及的那部分自然界，“是一個絕對非人的存在物”(列寧選集Vol.2,1964:81)。其實(shí)質(zhì)只是一種抽象或思維上的把握，并無現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，也不給人以知識或信息。而其一旦成為認(rèn)識對象，便不再是純自在。 人化自然指人類觀測所及從而能夠感知其信息的那部分自然界，包括從總星系到基本粒子范圍內(nèi)(1028cm-10-16cm)所有人類已經(jīng)認(rèn)識或已開始認(rèn)識到的自然物、自然現(xiàn)象和過程。它是自然界人化的結(jié)果，是已被納入了人類(社會)活動范圍的自然界。它以天然自然為基礎(chǔ)，是人和自然構(gòu)成的通信系統(tǒng)。第六十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、人工自然的本質(zhì)

人工自然是人類實(shí)踐活動所變革了的那部分自然界，它主要指：(1)受人類實(shí)踐活動直接影響的那部分自然界(主要指生態(tài)環(huán)境)；(2)人利用自然界的材料創(chuàng)造出自然界中本來沒有的人工自然物(如各種新材料、新工具、人工建筑、人工智能機(jī)、新生物物種等)。人工自然是人們按照自己的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)踐創(chuàng)造的對象化的世界，其實(shí)質(zhì)就是人的本質(zhì)力量的外化展現(xiàn)。隨著人類生產(chǎn)水平的不斷提高和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類改造自然的能力不斷增強(qiáng)，人工自然的范圍不斷地?cái)U(kuò)大。第六十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

2、人工自然與生態(tài)平衡

人工自然的每一步擴(kuò)大，都意味著人的活動介入了自然界的一個新領(lǐng)域，也意味著這個領(lǐng)域中原有的穩(wěn)定狀態(tài)受到干擾甚至被改變?？梢哉f，隨著從農(nóng)業(yè)社會、工業(yè)社會向現(xiàn)代社會的過渡，自然界原有的平衡在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)被改變了。這里所謂的自然界的平衡不是熱力學(xué)意義上的平衡態(tài)，而是自然本身形成的遠(yuǎn)離熱平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。第六十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

3、生態(tài)系統(tǒng)

所謂生態(tài)系統(tǒng)，是指由生物群落及其地理環(huán)境相互作用所構(gòu)成的功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)按作用又可分解成無機(jī)環(huán)境、生物的生產(chǎn)者、生物的消費(fèi)者、生物的分解者四個基本要素，它們共同發(fā)揮作用并形成一個整體。生態(tài)系統(tǒng)是開放的非平衡態(tài)系統(tǒng)，它吸收太陽能并經(jīng)由光合作用而轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，同時又通過蒸發(fā)、呼吸、微生物分解等多種渠道向外界輸出物質(zhì)和能量，其中的生物與生物之間、生物及其無機(jī)環(huán)境之間有著源源不斷的物質(zhì)、能量、信息流。生態(tài)系統(tǒng)中存在著復(fù)雜的反饋機(jī)制，這種機(jī)制可以使系統(tǒng)穩(wěn)定在一定的狀態(tài)下，這被稱為自然平衡。但是，如果系統(tǒng)中出現(xiàn)了某種漲落，當(dāng)漲落被放大到失穩(wěn)的臨界點(diǎn)時，自然平衡的打破是不可避免的。在人工自然中，人的活動正是一種不可忽視的引起和放大漲落的力量，它所引起的自然平衡的改變有時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然原因引起的自然平衡的改變。第六十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

4、生態(tài)規(guī)律

所謂生態(tài)規(guī)律，簡單地說是指：(1)從環(huán)境(自然界)中索取的資源，不能超過其自我增殖能力；(2)排放到環(huán)境中的廢棄物，不能超過其自我凈化能力。其具體包括：①“物物相關(guān)”律；②“能流物復(fù)”律；③“負(fù)載有額”律；④“相生相克”律；⑤“協(xié)調(diào)穩(wěn)定”律；⑥“時空有宜”律。第七十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

三、人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展

迄今日益嚴(yán)重的“全球性問題”表明，人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展不僅是緊迫而必要的，而且在指導(dǎo)思想、協(xié)調(diào)方式和途徑等方面，人類必須作出深刻的反思和慎重的選擇。第七十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四(一)人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的必要性

20世紀(jì)以來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命所帶來的人對自然的干涉能力的巨增，現(xiàn)代人類對自然平衡的干預(yù)已超過了自然界的再生能力和自我調(diào)節(jié)能力，使不同水平的自然平衡都已瀕臨自我修復(fù)的極限，而這種平衡的改變又明顯地帶來了不利于人類生存發(fā)展的后果，從而引出了所謂的“全球性問題”。第七十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

1、人口問題

它是引發(fā)其他一系列問題的基本問題。人是生產(chǎn)者，又是消費(fèi)者。對于生物圈來說，種群結(jié)構(gòu)的惡化首先是人口的增長，由于地球上的資源和環(huán)境都是有一定限度的，人口的增長就必然受到限制。地球上一系列環(huán)境問題，都是由于人口劇增對物質(zhì)、能量的需求擴(kuò)大，而又尚未找到滿足需求的有效途徑所造成的。第七十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期四

2、環(huán)境問題

目前，人類賴以生存的空氣、水、土壤以及各種食物都已受到不同程度的污染。環(huán)境污染主要是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的一些有害物質(zhì)、生產(chǎn)排放的廢物(廢水、廢氣、廢渣)、農(nóng)藥和化肥的使用以及人們生活消費(fèi)中產(chǎn)生的廢物造成的。無節(jié)制的排放超出了區(qū)域性自然環(huán)境的自凈能力，從而釀成了一系列危及人類生存發(fā)展的災(zāi)害，其中突出的有煙霧事件、酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層空洞等問題。這些事件不僅已經(jīng)和正在導(dǎo)致大量人員的致病和死亡，而且還引發(fā)了另外一些生態(tài)問題，如森林生產(chǎn)力降低，魚類大