第2章 自然界的演化发展

第一节 现代自然科学的发展和系统自然观的产生 三、系统自然观确立的重大意义
1、丰富和发展了辩证唯物主义自然观
一、丰富和深化了辩证唯物主义的物质观。 二、丰富和深化了辩证唯物主义的运动观。 三、丰富和深化了辩证唯物主义的时空观。 四、论证了辩证唯物主义自然观关于运动、发展的大循 环思想。
2、提供了系统思维方式
（1）恩格斯关于物质永恒循环的思想 （2）自组织理论和混沌理论：进化和退化的交替 （3）现代宇宙学对于宇宙未来演化趋势的推断
第三节 自然界的演化 自然界的进化：有序化和对称性破缺 （1）序、有序和无序 “序”，不仅表现为空间结构的某种规则性，而且反 映了时间演化过程的某种规律性。 （2）对称和破缺 “对称”，是指在一定变换下的不变性。最高的对称 性就是在一切变换下都不变的状态。 “破缺”是指在一定变换下所表现的可变性，或对称 性的降低。 复杂性和层次结构正是起源于某种对称性破缺。
二、自然界物质系统的基本特点
一、开放性 三、整体性 二、动态性 四、层次性
三、自然界物质系统的结构层次
1、自然系统的结构和功能 结构：是指自然系统的诸组成要素之间相互关系的总和， 它表现为系统内部的组织形式、联系方式和秩序。 功能：是系统与外部环境相互作用中表现出来的性质、 能力和功效。 结构是功能的内在根据，功能是结构的外在表现。 结构相对稳定，而功能因为系统的开放程度和开放方式 不同而表现出多样的可能性。 结构分为一、同时态相对稳定的空间结构
1、从存在到演化
以往的自然科学，如牛顿力学、麦克斯韦电磁理论， 包括相对论和量子力学所描述的都是可逆过程，表现 出时间反演是对称的，未来和过去没有区别。 非平衡自组织理论则将热力学定律的“时间之矢”与 动力学系统的复杂性、不可逆性联系起来，使时间从 一个外部参量转变为自然演化的内在尺度。提出了 “内部时间”的概念，表明自然科学从存在的科学走 向演化的科学。与此相关联，人们对自然界的认识， 也从认识存在深入到认识演化，即认识到自然界不仅 是存在的而且是演化的，并试图在存在和演化之间架 起一座桥梁。

可逆过程 - 一个无摩擦力、无耗散的准静态 一个无摩擦力 无摩擦力、
过程称为可逆过程 过程称为可逆过程
- 在可逆过程中，体系从始态变到 在可逆过程中，
终态，再从终态回到始态， 终态，再从终态回到始态，体系 和环境都能恢复原状
自然界是否存在真正意义上 的可逆过程？ 的可逆过程？
在昼夜温差较大的我国北方冬季， 在昼夜温差较大的我国北方冬季， 白天缸里的冰融化成水， 白天缸里的冰融化成水，而夜里 同样缸里的水又凝固成冰。因此， 同样缸里的水又凝固成冰。因此， 这是一个可逆过程。 这是一个可逆过程。你认为这种 说法对吗？为什么? 说法对吗？为什么?
t
t
熵：系统演化的重要参数
entropy，能量的变异) 熵（entropy，能量的变异) s = ∫
dQ T
熵的宏观意义表征系统能量分布的均 熵的宏观意义表征系统能量分布的均 匀状态 熵的微观意义表征系统内部粒子的无 熵的微观意义表征系统内部粒子的无 序程度 熵的信息学解释认为熵是系统无组织 熵的信息学解释认为熵是系统无组织 程度的量度
微小涨落使系统发生微小变化， 微小涨落使系统发生微小变化，这 一变化通过非线性的反馈机制而被 放大， 放大，从而使系统跃迁到一个新的 稳定有序状态
耗散结构理论
一个远离平衡态的非线性的 一个远离平衡态的非线性的开放系统 远离平衡态 不管是物理的、化学的、 (不管是物理的、化学的、生物的乃至 社会的、经济的系统) 社会的、经济的系统)通过不断地与外 界交换物质和能量， 界交换物质和能量，在系统内部某个参 量的变化达到一定的阈值时，通过涨落 涨落， 量的变化达到一定的阈值时，通过涨落， 系统可能发生突变即非无序状态转变为一种在时间上、 来的混沌无序状态转变为一种在时间上、 空间上或功能上的有序状态

自然界演化发展的规律性荀子曾说过，“天行有常，不为尧存，不为桀亡”。

自然界的演化发展是有规律的。

自然过程不是形而上学地发生，而是辩证地发生的。

矛盾是演化发展的根本动力；演化发展的实质是物质系统形态的不断转化，且这种转化是守恒的；演化发展又是无限循环的，体现了否定之否定的规律，呈现不断上升的周期运动。

对立统一规律是自然界运动发展的根本规律。

下面我们着重考察一下这一规律在非生命世界和生命世界的不同表现。

（1）吸引和排斥的矛盾是非生命世界演化发展的根本动力。

在非生命世界中充满着以吸引和排斥为对立两极而不断展开的矛盾斗争。

在总星系的起源与形成中，收缩与膨胀的相互作用体现了吸引和排斥的矛盾运动；在天体的形成、演化和运行中都存在着吸引和排斥的矛盾，引力使其收缩，自转又产生离心力。

行星绕太阳旋转就是吸引与排斥相互作用的结果。

分子引力与热运动斥力构成一对矛盾，决定了物体不同的凝聚状态间的相互转化；原子内，原子核和电子间的吸引与排斥，使其保持相对的稳定；化学中的化合与分解体现了化学运动中的吸引与排斥作用等等。

（2）生物和环境的相互作用是生物进化的动力。

生物与环境的矛盾斗争表现为自然选择的规律性。

生物体的同化与异化、遗传与变异的矛盾是生物进化的内在根据。

环境对生物的影响和选择是物种或生物个体存留与被淘汰的外部条件。

外因通过内因起作用。

生物体的变异是生物进化的基础，没有这种变异，自然选择也就没有意义；只有变异而无自然选择，也不会有生物的进化。

环境可以影响生物的发育，甚至和遗传信息一起在某种程度上决定着变异方向，二者可以相互转化。

但环境对生物类型的转化，需要遗传物质的变化相配合，生物才得以进化。

自然界演化发展的普遍性特征
经过深入研究，我们可以发现自然界演化具有三个普遍性特征：不可逆性、自组织性和对称的破缺。

首先，自然演化的不可逆性是指演化过程无法倒转，每一状态都是独一无二的，并且会带来周围环境的变化。

这个特征在自然科学中被广泛应用，因为所有实际过程都伴随着能量的耗散，无法还原。

不可逆性为自然界的演化规定了方向，包括从有序到无序和从无序到有序。

其次，自然演化的自组织性是指物质系统在无内外指令的情况下，自发地从无序向有序发展的过程。

这种现象在自然界中广泛存在，例如星系、恒星、生物的形成和演化都是自组织过程。

自组织现象出现需要具备一些条件，例如系统必须处于远离热平衡状态、是一个开放系统、各要素之间存在着非线性的相互作用、系统内部存在正反馈机制以及随机涨落和突变是自组织实现触发机制。

最后，演化机制是对称的破缺，这意味着自然界中的演化过程不满足对称性。

例如，物质系统从无序到有序的演化过程不同于从有序到无序的演化过程。

这种对称的破缺在自然界中广泛存在，例如化学反应和生物进化等。

总的来说，这三个普遍性特征揭示了自然界演化的规律和方向，对于我们深入理解自然界的演化过程具有重要的意义。