第二章第二讲自然界的存在与演化

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。

自然界物质系统的稳定性，是物质系统 存在和发展的必要条件。人们也只有根 据物质系统的稳定性，才能把不同质的 物质系统区别开来，分别加以研究和利 用。
三、物质系统绝对演化与 相对稳定的辩证关系
绝对演化和相对稳定，是自然界物质系统的内 在矛盾之一。绝对演化与相对稳定之间相互依 赖；绝对演化是相对稳定的基础。没有绝对演 化就没有相对稳定；相对稳定是绝对演化的必 要条件。没有相对稳定也不可能有绝对演化。 绝对演化只有通过相对稳定才能表现出来。绝 对演化与相对稳定之间又是相互包含的。在相 对稳定中具有绝对演化的一面。从本质上说， 相对稳定只是绝对演化的一种特殊状态。同样， 在绝对演化中，也具有相对稳定的一面。绝对 演化与相对稳定，在一定条件下相互转化，从 而推动物质系统不断发展。
前进性或上升性，是物质系统演化周期 的又一重要特征。具体物质系统演化经 历了一次周期发展时，旧物质系统转化 为新物质系统，也就实现了物质系统演 化过程的一次质变。这是物质系统演化 的前进过程、上升运动。
在物质系统演化周期中，重复性和前进 性是紧密联系在一起的。重复是前进中 的重复。新物质系统不是旧物质系统的 简单重复，而是在新的基础上重复旧物 质系统的某些特征、特性。前进也总是 包含着重复的前进。新物质系统的产生， 是对旧物质系统的扬弃，是物质系统自 己发展自己，自己完善自己的过程。
自然界物质系统演化的绝对性，并不排 斥其演化过程中具有某种稳定性或静止 状态。但这种稳定或静止，只是暂时的 和有条件的，因而是相对的。
自然界物质系统稳定的相对性，主要有三方面 的表现。第一，稳定是相对于物质系统的质变 而言的。当某一物质系统的演化未达到质变时， 尽管它有着运的变化，但它还是它自己，在这 个意义上它是稳定的。第二，稳定是相对于物 质系统演化过程的不同阶段而言的。物质系统 液化过程的每一阶段，都和别的阶段有着某种 质的差别。在这个意义上，物质系统演化过程 的每一阶段，都有其质的稳定性。第三，稳定 是相对于物质系统某些状态特征而言的。根据 物质系统的状态特征是否随时问变化而变化， 可把物质系统区分为动态系统和静态系统这两 种类型。

• 但对在爆炸之后（包括从我们现在算起的未来）是否会继 续膨胀下去？这个问题却是这一模型提出者始料未及而又 无可回避的。要回答这个问题，首先必须确定膨胀的机制， 天文学家们发现，宇宙的膨胀速度和它的密度之间存在正 相关性，如果密度比一个由膨胀率决定的某临界值（该临 界值可参考印度科学家萨拉玛尼安-强德拉塞卡计算出的 强德拉塞卡极限，它可以形象化的表述为：一个大约为太 阳质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引 力。）还小，则引力太弱不足以将膨胀停住；如果密度比 这临界值大，则引力会在未来的某一时刻将膨胀停止并使 宇宙塌缩。宇宙是继续膨胀下去还是有可能塌缩？
• 1948年美国物理学家盖莫夫提出热大爆炸模型。 其主要观点是：宇宙有一个开端，原初的宇宙不 是由物质构成的，早期宇宙内什么物质也没有， 连夸克也不存在，而是一个几乎完全由热辐射充 满的宇宙，他将之比成一个“原始火球”，时间 和空间也从类似于零的奇点开始，从最大压缩、 爆炸的时刻算起，距离与时间的平方根成正比增 加，温度则与之成反比减少。在极高温度下原始 火球（复合核）分解为各种粒子，随着宇宙的膨 胀与温度下降，质子和中子开始聚合成氘、氚、 氦和更重的元素。
• 由此看来，关于宇宙的极早期状况的研究， 仍是科学探讨的前沿问题，我们在此也只 能就科学界已经无争议的热大爆炸宇宙说 和暴涨宇宙学的有关思想，描述一下宇宙 演化的轮廓。 • 二、宇宙演化的过程(观一个区域 走到另一个区域，则没有任何其他的信息 可以传递？早期宇宙又是如何协调一致， 保证宇宙不仅在空间上具有均匀的分布特 征，而且为何宇宙以这样接近于区分塌缩 和永远膨胀模型的临界膨胀率的速率开始， 如果在大爆炸后的一秒钟内，其膨胀速率 只要小十亿亿分之一，那么在它达到今天 这么大的尺度之前就已塌缩
• 霍金主张将广义相对论和量子力学结合起来，创 立新的量子引力理论来解决这个问题。但人们将 不确定性原理合并到广义相对论时，只有两个可 以调整的量：引力强度和宇宙常数的值。但是调 整它们不能消除所有的无穷大。1984年，美国加 州理工学院的约翰-施瓦兹和伦敦玛丽皇后学院的 麦克-格林发表的论文，引起了人们对弦理论的关 注，它虽然也会导致无穷大，但它们在一种类似 异形弦的变体中会被消除掉（这一点还有待确认）

木星是太阳系九大行星中最大的一个，它的体积可以容纳1300多个地球。它的 质量是地球质量的300多倍。把太阳系所有其他行星的质量加起来还不及木星 质量的一半。 木星在椭圆轨道上绕太阳运行一周需要11.86年，与太阳平均距 离是7.78亿千 米。由于木星离太阳遥远, 木星表面温度比地球表面低得多—— 约为-150°C。 木星自转很快，自转一周只需9小时50分30秒，是太阳系中自 转最快的一个。木星圆面上有许多带状纹。在离木星几十万千米处围绕木星赤 道的区域，有一个由黑色碎石块构成的环，叫做木星环。木星环的外缘距离木 星中心约12.8万千米处有一个颜色明亮而鲜艳的大红斑。300多年来，大红斑 的形状几乎没有变化，大小和颜色却经常变幻，有时鲜红，有时略带棕色或淡 玫瑰色。木星探测器探明：大红斑原来是木星大气云层中的一个大旋涡，其中 飘浮着五颜六色的云，主要由红磷化合物构成，而且不停地激烈运动。科学家 们指出，这实际上是木星大气中的带电粒子，在木星旋转磁场作用下形成的猛 烈风暴。
位于人马座的银心区域
气体星云与尘埃星云
星云与恒星系
轨道长半径(天文距离单位)
轨道长半径(千万公里)
0.387
57.9
公转的恒星周期(日)
87.70
116 0.206 7.0 47.9 76.8 47.89 2439 0.0 0.0553
公转的会合周期(日) 轨道偏心率 轨道倾角(度) 升交点黄经(度) 近日点黄经(度)
1.000 149.6 365.26 0.017 0.0 0.0 102.3 29.79 6378 0.0034 1.000 5.52 1.00 11.2 0.9973 23.44 0.40 1
地球在茫茫宇宙中是个很不起眼但又 得天独厚的星球。地球是太阳系中唯 一适宜生命存在的天体。 地球是一个 三轴椭球体，赤道处略为隆起，两极 略为扁平，赤道半径比极半径长20多 公里。通过研究地震波、地磁波和火 山爆发，一般认为地球内部有四个同 心球层：内核、外核、地幔和地壳。 地壳是由多块断裂的块体组成，大陆 地壳平均厚约30公里，海洋地壳仅5至 8公里。地壳上层主要由硅铝氧化物构 成，下层为玄武岩层，主要由硅镁氧 化物构成。地幔厚度约2900公里，放 射性元素集中蜕变放热，将岩石熔融， 是岩浆的发源地，物质呈可塑性固态， 推动地壳板块的运动。地核平均厚度 约3400公里，外核呈液态，内核为固 态，主要由铁镍等金属元素构成，中 心温度达6600℃，与太阳表面温度相 当，压力可达370万个大气压。