自然界的演化过程
【正式版】自然界的演化过程PPT
• 4.伽莫夫的宇宙大爆炸模型(1948)， 和宇宙各向均性现象的矛盾。
• 5.固斯的宇宙暴涨模型(1971)，和起始 点的数学奇点问题。
• 引力扰动悖论示意图
• 3.弗利德曼的动态宇宙模型(1922) 和勒 梅特的宇宙膨胀轮。哈勃发现的红移现象
(1922-1929)，证明宇宙是膨胀的。
牛顿的无限无界静态宇宙模型
哈勃发现的红移现象(1922-1929)，证明宇宙是膨胀的。 牛弗顿利的 德无曼限的无动界态静宇态宙宇模宙型模(19型22) 和勒梅特的宇宙膨胀轮。 核1）合量成子结引束力，阶根段据(0质<子t<1与0中-44子秒比)：从宇理宙论由上一可个估不算存出在氦的核时的空质量量子约态为(宇t=0宙，总温质度量为的无1穷/4。大)自发跃迁(即所谓“大爆炸”)到具有虚时空的量 爱子因态斯 ，坦四的种有力限不无可界区的分静，态在宇量宙子模引型力阶(19段1的9)，末和期引(t<力10扰-4动4秒悖，论温。度是1032K)，虚时空发生超统一相变形成实时空，进入普朗克阶段。 T哈=勃10发-3现6秒的，红温移度现降象到(11902228-1K9时29，)，发证生明了宇大宙统是一膨时胀空的相。变，强力划分出来，进入电弱统一阶段。 爱1）因量斯子坦引的力有阶限段无(0界<的t<1静0态-44宇秒宙)：模宇型宙(1由91一9)个，不和存引在力的扰时动空悖量论子。态(t=0，温度为无穷大)自发跃迁(即所谓“大爆炸”)到具有虚时空的量 2子）态普，朗四克种阶力段不(t可p<区t<分10，-3在6秒量)子：引具力有阶了段实的时末空期，(并t<且10产-4生4秒出，粒温子度，是但1夸03克2K和)，轻虚子时可空以发相生互超转统换一。相变形成实时空，进入普朗克阶段。 41）夸量克子－引轻力子阶阶段段(0<(1t<01-302-4秒4<秒t<)：10宇-6宙秒由)：一轻个子不和存夸在克的相时互空独量立子。态(t=0，温度为无穷大)自发跃迁(即所谓“大爆炸”)到具有虚时空的量 固 子斯态的，宇 四宙 种暴 力涨 不模 可型 区分(19，7在1)，量和子起引始力点阶的段数的学末奇期点(t<问10题-4。4秒，温度是1032K)，虚时空发生超统一相变形成实时空，进入普朗克阶段。 牛弗顿利的 德无曼限的无动界态静宇态宙宇模宙型模(19型22) 和勒梅特的宇宙膨胀轮。 固5）斯强的子宇－宙轻暴子涨阶模段型(1(109-67秒1)，<t<和1起秒始)：点当的t=数10学-6奇秒点，问温题度。降至1012K时，夸克被禁闭，凝聚成重子和介子。 5牛）顿强的子无－限轻无子界阶静段态(1宇0宙-6秒模<型t<1秒)：当t=10-6秒，温度降至1012K时，夸克被禁闭，凝聚成重子和介子。 3弗）利大德统曼一的阶动段态(1宇0宙-36模秒型<(t<191202-3)2和秒勒)：梅强特核的力宇、宙弱膨核胀力轮和。电磁力不可区分。 弗霍利金德 的曼虚的时动间态宇宇宙宙模模型型。(1922) 和勒梅特的宇宙膨胀轮。 哈固勃斯发 的现宇的宙红暴移涨现模象型(192721)-1，9和29起)，始证点明的宇数宙学是奇膨点胀问的题。。 并 1）且量在子相引变力过阶程段中(0释<放t<1出0的-44巨秒大)：能宇量宙，由使一时个空不指存数在暴的涨时，空宇量宙子暴态涨(一t=0直，持温续度到为1无0-3穷2大秒)最自后发完跃成迁了(即大所统谓一“相大变爆。炸”)到具有虚时空的量 1子）态量，子四引种力力阶不段可(0区<分t<1，0在-44量秒子)：引宇力宙阶由段一的个末不期存(t<在10的-4时4秒空，量温子度态是(t=100，32温K度)，为虚无时穷空大发)自生发超跃统迁一(相即变所形谓成“实大时爆空炸，”进)到入具普有朗虚克时阶空段的。量 子哈态勃， 发四现种的力红不移可现区象分(19，2在2-1量9子29引)，力证阶明段宇的宙末是期膨(t胀<1的0-。44秒，温度是1032K)，虚时空发生超统一相变形成实时空，进入普朗克阶段。 伽莫夫的宇宙大爆炸模型(1948)，和宇宙各向均性现象的矛盾。 牛顿的无限无界静态宇宙模型
生物演化的过程和原因
生物演化的过程和原因在自然界中，生物演化是一种不断发生的过程，它涵盖着从生命诞生到今天的所有生物种类的历史，是生命演化的基础。
生物演化是一个复杂而多样的进程，它包括了各种因素和机制。
本文将探讨生物演化的过程和原因。
1. 生物演化的过程生物演化过程是一个十分长久的历史，大约在40亿年前的自然界中出现了最早的细胞，而这些细胞是生命演化的基石。
之后，一系列分子的运作和微观的变化，慢慢地引导着生命的演化进程，从矿物到植物，从植物到动物，从简单到复杂，从单细胞到多细胞，铺展出了一幅绚丽多彩的生命画卷。
生物演化的过程中存在着多个阶段，包括了遗传变异、自然选择、基因漂变等现象。
其中，遗传变异是指在大自然中，因为繁殖过程中的自然变异而产生出多种新的个体。
某些个体比其它个体具有更好的适应性和优势表现，便被自然选择机制所保存下来。
这些个体会继续遗传其独特的基因，以保证其后代的适应能力。
自然选择是一种先天倾向，通过人为方式对物种进行选择，让物种更适合特定环境和生存所需。
基因漂变是指由于亚群体发生随机操作，导致某些随机变异基因频率上升或下降，这样的过程称为基因漂变。
2. 生物演化的原因在生物演化的原因中，环境起着重要的作用。
环境改变可以引发适应性的变化，让生命体有更好的生存条件。
当环境改变时，适应环境变化的生物时自然选择。
这种适应是通过基因的遗传和变异而产生的，并且经过多代人的选择和繁殖，最终形成了新的进化形态。
此外，生物种群结构和亲缘关系的改变也会影响生物演化的进程，同种群内部激烈竞争、对群体多样性和整体规模的调整也会影响进化。
最关键的是，生物演化还受到地理和气候的影响。
不同地理环境的生物有不同的亲缘关系、生理特征和适应性策略。
气候的影响也非常重要，多样的温度和其他气候条件会促进或限制生物的繁殖和存活能力。
3. 生物演化与人类生物演化在人类历史上扮演了一个至关重要的角色。
人类身上的各种生理特征，包括头发、颜色、视力等，都是逐渐进化出来的。
《自然辩证法》第2章 自然界的演化发展
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
自然界的演化过程
自然界的演化过程（1）宇宙、天体的起源与演化。
宇宙包罗万象，中国古代就有人做出了“四方上下曰宇，往古今来曰宙”的概括。
宇宙是自然界各种物质形态的总体。
目前人们所观测到的“宇宙”，总星系的范围约为200亿光年。
关于宇宙的起源，美国物理学家伽莫夫提出了大爆炸宇宙假说。
后来由于出现了理论困难，诸如视界问题、量度问题、磁单极子问题等无法克服，从而导致了古斯暴胀宇宙论的产生。
按照这些学说，宇宙起源于一个超高温、超高密的原始火球经过瞬时的大爆炸，膨胀而成。
当宇宙膨胀到原来的1050倍，像夸克、轻子、玻色子等最基础的基本粒子产生时，标志宇宙的形成。
（2）地球的起源与演化。
地球是在太阳系形成的过程中产生的，迄今已有46亿年。
地球内部圈层的形成和演化。
“冷”起源说认为，原始地球在形成初期温度是比较低的，后来由于压缩效应、冲击效应和放射性衰变，使原始地球温度上升，物理化学作用使物质形态相互转化。
当地球内部温度超过铁的熔点时，构成地球的物质开始熔融、分化。
在吸引和排斥的相互作用下，铁、镍等重元素组成的物质开始下沉，逐渐形成地核，而较轻的物质硅酸盐等上浮形成地幔。
地幔进一步分化，更轻的物质从地幔中上浮到地表，形成原始地壳。
地球外部圈层的形成和演化。
当地球内部重力分异时，大量气体放出地面，在地球引力作用下，附着在地球周围，形成原始大气圈。
其中主要成分是342NH CH CO CO 、、、和O H 2蒸汽。
地壳运动。
根据板块构造学说，整个地壳被划分为若干个大的板块，板块不受海底地壳或大陆地壳的限制，板块驮在地幔的软流圈上，随着软流圈的热对流发生移动。
因此，不仅大陆在飘移，海底也在飘移，整个地壳都由于板块的移动而进行着大规模的水平运动。
（3）生命的起源与生物的进化。
恩格斯说：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断自我更新。
”这个定义是依据19世纪的自然科学成就做出来的。
从现代分子生物学的角度看，蛋白质应该是指蛋白质和核酸两大类生物大分子的复杂体系。
自然界的系统演化
环境对生物体的适应性进行选择，有利于生存和 繁衍后代的变异个体得以保留。
协同进化
不同物种之间相互影响，共同演化，形成复杂的 生物种间关系。
种群动态与生态平衡
种群动态
种群数量随时间变化而呈现出生存、增长、稳定或衰 退的趋势。
生态平衡
生态系统内各物种之间相互制约、相互依存，维持相 对稳定的动态平衡状态。
生态平衡
生态系统的演化过程中，各种生 物通过竞争、共生等关系达到相 对稳定的生态平衡，这种平衡随 着环境变化而调整。
人类活动影响
人类活动对生态系统演化产生重 要影响，如过度开发、污染等行 为可能导致生态失衡和生物多样 性丧失。
地球系统演化
地球历史
地球系统演化是指地球从形成至今的漫长历史中，各个组成部分 （如大气、水圈、岩石圈等）相互作用的复杂过程。
随着科学技术的不断进步和跨学科研究的深入，人们对系统演化的认识越来越深入，研究领域也在不断扩展和深 化，为解决实际问题提供了更多思路和方法。
02
CHAPTER
自然界的系统演化过程
物种起源与演化
物种起源
物种起源是自然界系统演化的基 础，指生物种类的起源和形成， 包括新物种的产生和旧物种的灭
绝。
演化机制
地球系统的自适应性
地球系统具有自我调节和修复的能力，以应对外界压力和变化。例如，气候系统可以通 过自然界的碳循环来调节温度，生态系统可以通过物种演化和迁徙来适应环境变化。
天体系统的复杂性与自适应性
天体系统的复杂性
天体系统是由星系、恒星、行星等天体 构成的庞大网络，这些天体按照一定的 规律和相互作用形成复杂的结构和运动 模式。
地球系统科学的发展与应用
地球系统科学
形成和演化的自然界和地质历史
形成和演化的自然界和地质历史自然界是一个充满生命力的巨大系统，它包含了各种生物和自然环境的元素，这些元素在漫长的历史中一直在相互作用。
地质历史上，自然界的形成和演化蕴含着许多奥秘，这些奥秘令人惊叹不已。
首先，我们来看看自然界的形成。
众所周知，自然界最早的起源可以追溯到大约46亿年前的宇宙大爆炸。
随着时间的推移，不断形成和消失的天体终于形成了我们熟知的太阳系。
在这个系统中，地球的出现是一个十分重要的事件。
据科学家们的研究表明，地球自形成以来已经经历了三个主要的地质时期。
第一个地质时期是古生代，大约持续了3亿年。
这个时期是生命爆发的关键时期，各种生物开始在地球上出现，并且蜕变出各种独特的形态。
同时，古生代也是地球表面海洋的形成时期。
在这个过程中，巨大的板块运动造成了大量的地震和火山喷发，为后续的自然演化奠定了基础。
第二个地质时期是中生代，大约持续了1.6亿年。
这个时期的最大特点是恐龙的兴起和统治。
同时，中生代还是陆地大规模分裂和板块运动的时期，这种运动使得许多岛屿和大陆陆陆续续的出现和消失。
这个时期还是一些大规模的自然事件的时期，例如侵蚀和沉积作用等，这些事件使得地球表面逐渐形成了丰富多彩的地形景观。
第三个地质时期是新生代，大约持续了6500万年。
这个时期是哺乳动物的兴起时期，同时也是全球气候变化最为显著的时期。
在这个时期，冰川活动、地球自转、以及行星运动都对地球自然环境产生了深远的影响。
另外，人类的出现也是这个地质时期的末期，这标志着地球自然环境的最后一个重大的变化。
除了各个地质时期之间的巨大变化外，自然界的演化也经历了许多让人难以置信的事件。
例如，地球上的大陆板块运动，不仅能够引起地震和火山喷发等自然灾害，还能够创造出许多奇特的地理景观，例如峡谷、冰川、火山熔岩平原等。
同时，地球上的气候变化也是自然演化中的重要环节，气候变化能够影响整个生态系统的平衡，甚至影响整个物种的灭绝。
另一个让人惊叹的自然演化事件是演化的链条。
02自然界的存在与演化
贝塔朗菲指出：亚里士多德的“整体大于 各孤立部分之和”的论点，至今仍然是 “基本的系统问题的一种表述。” （贝塔朗菲：《普通系统论的历史和现 状》，载《科学学译文集》，科学出版社， 1981年，P305）
⑵系统的层次性， 系统由一定的要素组成，一方面这些要素 是由更低一层次的要素组成的子系统；另 一方面，系统自身又是更大系统的组成要 素。
可以通过对低层系统的结构、规律等方面 的认识，来取得高层系统的一些认识； 可以从高层系统的规律出发，考虑到相应 的边界条件和对应规则，对低层系统的现 象给一些解释。
层次结构中的双向因果链，既表明了低层 系统对高层系统的基础性作用，又表明了 高层系统对低层系统的制约调节性作用。 反对还原主义，也要反对特创主义。
把历史观引入自然科学，从而形成科学基 础上的自然界历史观。
三、自然演化的科学图景
自然界的演化过程 ⑴宇宙和天体的起源与演化 第一个阶段是基本粒子形成阶段 第二个阶段是辐射阶段或核合成阶段 第三个阶段是实物阶段
恒星的演化有四个阶段： 引力收缩阶段； 主序星阶段； 红巨星阶段； 脉冲阶段
2 y( x2 ) ax2
2 y( x1 x2 ) a( x1 x2 ) 2 ax12 ax2 2ax1 x2
y( x1 ) y( x2 ) 2ax1 x2
特点： ①是各要素间具有非独立的相干性，相互依赖， 相互制约，具有相干协同性，使系统形成一 个有机联系、不可分割的统一整体； ②是具有非加和性，整体的性质和功能不等于 各孤立部分性质和功能的机械叠加，突现了 各孤立部分所不曾有的系统新质；
层次结构的结合度。 层次由低到高推进，结合的紧密程度由大 到小而递减。 一定的物质层次与一定的阈值相适应。
第二章自然界的演化发展
一、自然界的历史观
这一系列理论经过20世纪自然科学发展，得到了进一 步完善。 19世纪科学发展从总体上看，具有把各种事物发生、 发展过程结合为一个整体的、联系的科学的特征，但 科学中仍存在着两对无法解释的矛盾：一是牛顿经典 力学中没有历史性的思想(F=md2r/dt2)，与进化论及热 力学第二定律有历史性思想相矛盾。二是进化论所体 现的进化的历史观，同热力学第二定律所体现的退化 的历史观相矛盾。限于当时自然科学发展的水平，对 此，人们不可能作出统一的解释。
（二）恒星的起源和演化
在康德－拉普拉斯星云说基础上发展起来的新 星云说认为，太阳系起源于50亿年以前的原始星云， 原始星云是由庞大星云碎裂出来的星云块组成的， 由于原始星云是在旋涡中形成的。因此它从一开始 就进行着缓慢的自转运动。随着体积的收缩，星云 的自转速度不断加快，赤道外的惯性离心力不断增 大。由于离心力的作用，星云逐渐变为扁球体，并 且由于旋转，逐渐形成了星云盘。星云盘中心部分 的物质不断收缩形成了太阳，周围的物质形成了太 阳系的其他天体，包括我们的家园－地球。
（三）地球的演化
1．地球内部圈层的形成和演化。大多数天文学家认 为，地球是由温度很低的弥漫物质演化而来的。由于 引力势能转化而来的热能特别是放射性物质蜕变产生 的热能的不断积聚，地球内部温度升高到超过铁的熔 点而呈熔融状态。在吸引和排斥（重力和热）作用下， 地球内部物质发生分化，以铁、镍等重元素为主组成 的物质下沉形成地核，硅酸盐等较轻的物质上浮形成 地幔，地幔进一步分化形成原始地壳。 2．地球外部圈层的形成演化。内部重力分异的过程 导致大量气体逸出地表，气体在重力作用下依附于地 球的周围，形成原始大气圈。CO，CO2，CH4，NH4 和水蒸气，水的光解和植物的光合作用产生了O2，演 化形成了今天以氧和氮为主的现代大气。
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牛顿的无限无界静态宇宙模型
• 任何一颗恒星上下左右的所受引力都相等
奥勃斯的光学悖论
• 地球将无日夜之分
• 2.爱因斯坦的有限无界的静态宇宙模型 (1919)，和引力扰动悖论。
• 引力扰动悖论示意图
• 3.弗利德曼的动态宇宙模型(1922) 和勒 梅特的宇宙膨胀轮。哈勃发现的红移现象 (1922-1929)，证明宇宙是膨胀的。
• 4）夸克－轻子阶段(10-32秒<t<10-6秒)：轻子和夸 克相互独立。最初弱核力和电磁力不可区分，直到 t=10-12秒，温度降至1016K时，发生时空相变，－轻子阶段(10-6秒<t<1秒)：当t=10-6秒， 温度降至1012K时，夸克被禁闭，凝聚成重子和介子。
• 3）大统一阶段(10-36秒<t<10-32秒)：强核力、弱核 力和电磁力不可区分。 T=10-36 秒，温度降到 1028K 时， 发生了大统一时空相变， 强力划分出来 ，进入电 弱统一阶段。并且在相变过程中释放出的巨大能量， 使时空指数暴涨，宇宙暴涨一直持续到 10-32秒最后完 成了大统一相变。宇宙也在瞬间增大了 1050 倍，在这 期间产生的重子数略多于反重子数，因而今天的世界 是以正物质为主的世界。
• 8）未来阶段：
• 4.伽莫夫的宇宙大爆炸模型(1948)， 和宇宙各向均性现象的矛盾。
• 5. 固斯的宇宙暴涨模型 (1971) ，和起始 点的数学奇点问题。 • 6.霍金的虚时间宇宙模型。
膨胀
再收缩
收缩 再膨胀
2、宇宙的起源与演化
• 1）量子引力阶段(0<t<10-44秒)：宇宙由一个不 存在的时空量子态(t=0，温度为无穷大)自发跃迁(即 所谓“大爆炸”)到具有虚时空的量子态，四种力不 可区分，在量子引力阶段的末期 (t<10-44秒，温度是 1032K) ，虚时空发生超统一相变形成实时空，进入 普朗克阶段。 • 2 ） 普朗克阶段 (tp<t<10-36 秒 ) ：具有了实时空， 并且产生出粒子，但夸克和轻子可以相互转换。在 普朗克阶段的末期 (t=10-36 秒，温度是 1028K) ，发生 超大统一时空相变， 引力分划出来 ，进入了大 统一阶段。