第二讲自然界的存在与演化
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2.2自然界的演化
• 三自然界演化的两个方向 不可逆过程的双重作用，导致了自然物质 在演化中会有两个方向：进化和退化。 这两个方向的辩证统一，构成了自然界 丰富多彩的演化图景。 1进化与退化： 进化一般是指物质客体演化中由无序到有 序、由低序到高序的趋势和过程。 退化一般是指物质客体演化中由有序到无 序，由高序到低序的趋势和过程。
2无序与有序： 无序表示客观事物或系统组成要素之间无 规则的联系或转化。 有序表示客观事物或系统组成要素之间由 规则的联系或转化。 自然界中存在着两类有序结构： （1）平衡有序，一旦形成，就不再随 着时间和空间的变化而变化，是“死” 的有序。 （2）非平衡有序，在非平衡条件下通过 和外界环境不断交换物质和能量才能维 持，是“活”的有序。
• 二不可逆性在演化中的作用 1不可逆过程起着破坏有序结构，使有序趋 向无序的消极作用。 在发现和研究不可逆之初，不可逆过程总 是与热力学的平衡态联系着。 2不可逆导致有序结构的产生。 贝纳德花纹 这种花纹虽然出现在实验室里，但却提供 了由不可逆而导致自组织现象的一种类 型。 启发普利高津创立耗散结构理论• 一自然界演化的不可逆性 可逆与不可逆 是自然科学在研究变化过程时广泛使用的 一对范畴。 所谓可逆，指的是一个物质系统从某一状 态出发，经过某一过程达到另一状态， 如果存在另一过程，它能够使该物质系 统和外界完全复原，则原来的过程成为 可逆过程。反之，无论用什么方法都不 能使物质系统和外界环境完全复原，则 原来的过程称为不可逆过程。
这种开放的远离平衡的系统，在与外界交 换物质和能量的过程中，通过能量的耗 散和内部非线性动力学机制形成和保持 的宏观时空有序结构称为耗散结构。 3由上可知，不可逆过程既可以导致有序结 构的破坏，也可以导致有序结构的产生。 如果说经典热力学主要研究了不可逆过 程的消极作用的话，那么非平衡自组织 理论则更加重视不可逆 过程的建设性作 用。
自然辩证法概论 第2讲 自然界的演化发展
自然辩证法-第二章
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生命的起源
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自然辩证法-第二章
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自然辩证法-第二章
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第二节 自然界演化的若干规律
▪ 一、自然界演化的周期性和不可逆性 ▪ 1、周期性 ▪ 2、 不可逆性 ▪ 可逆反应：过程可以反转、状态可以回归、系统与环
境可以复原的变化。 ▪ 单摆运动 卡变性。
▪ 后人引入玻尔兹曼常数k，
▪ 写成等式 S = klnΩ
▪ 宏观自发的过程倾向于从概率小的宏观态 向概率大的宏观态过渡。宏观概率小，熵
低，意味着整齐、有序，宏观概率大，熵
高，意味着混乱、无序。
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自然辩证法-第二章
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▪ 按照 玻耳兹曼 的微观统计解释：
▪熵的微观本质是系统
内部粒子的混乱、无
▪ 在上述方程中，将t变F换为-tm，其dd方2tr2程不改变形式。
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▪ 不可逆反应：变化过程不可反转，状态不能 回归，系统和环境不能同时复原的变化。
▪ 时间反演不对称
▪ 以热传导的付立叶方程为例：dT 2T
dt
▪ 时间反演（t→-t），方程变化为：
dT 2T
完全均匀分布，系统的熵最大，对应于
系统的平衡态。
熵增加原理
Clausius不等式 S TQ 0
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S 孤立 S 体系 S 环境 0 不可逆（自发）
自然辩证法-第二章
可逆 （平衡） 14
熵的物理意义
温 度 分子平动能 热力学能 系统内部所有微观粒子的能量总和 压 力 表层粒子的运动
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02自然界讲义的存在与演化
▪ 古猿（南方古猿）阶段 ▪ 猿人（直立人）阶段 ▪ 早期智人（古人）阶段 ▪ 晚期智人（新人）阶段
2、自然演化的方向：进化与退化 ▪ 19世纪出现了关于自然界演化问题的两股
思潮，即创立了两种演化理论。
▪ 克劳修斯等人提出的热力学第二定律及其 推广
▪ 达尔文为代表创立的生物进化论。
▲热力学第二定律有两种表述：
▪ 开尔文：不可能从单一热源吸收热量使之 完全变为有用的功而不产生其他影响。
▪ 克劳修斯：不可能把热量从低温物体传到 高温物体而不引起其他变化。
▪ 它们反映了自然界与热现象有关的宏观过 程的一个总的特征，即热传导的过程或功 变热的过程都是不可逆的。
▪ 这种不可逆过程的结果，不可能借系统内 部的任何其他过程而自动复原。
二、自然界
以系统方式存在着的有机整体
1、系统：自然界物质存在的普遍形式
▪ 其一，一个系统必须有两个以上的要素组成； ▪ 其二，系统内各个要素之间、系统要素与系统整体之
间的相互联系、相互作用，形成了特定的结构； ▪ 其三，系统要素彼此之间联系成一个统一整体； ▪ 其四，系统作为整体对环境表现出特定的功能。 ▪ 系统是由两个以上相互联系与相互作用的要素组成的
▪ 生命有机体之所以能处于有组织的活动状 态，就是由于生命系统能不断地与外界进 行物质、能量和信息的交换。
▪ 自然界的物质系统都是非孤立系统、非封 闭系统，总是与环境存在相互作用的开放 系统。
▪ 整个自然界就是由各种动态的开放系统组 成的。
3、自然界的整体性与层次性
▪ 自然系统的基本属性
▪ ⑴系统的整体性
▪ 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
⑵地球的演化 地球是在太阳系形成的过程中诞生的。 ▪ 首先是地球内部圈层的形成和演化 ▪ 其次是地球外部圈层的形成和演化 ▪ 再是地壳运动
2、自然演化的方向：进化与退化 ▪ 19世纪出现了关于自然界演化问题的两股
思潮，即创立了两种演化理论。
▪ 克劳修斯等人提出的热力学第二定律及其 推广
▪ 达尔文为代表创立的生物进化论。
▲热力学第二定律有两种表述：
▪ 开尔文：不可能从单一热源吸收热量使之 完全变为有用的功而不产生其他影响。
▪ 克劳修斯：不可能把热量从低温物体传到 高温物体而不引起其他变化。
▪ 它们反映了自然界与热现象有关的宏观过 程的一个总的特征，即热传导的过程或功 变热的过程都是不可逆的。
▪ 这种不可逆过程的结果，不可能借系统内 部的任何其他过程而自动复原。
二、自然界
以系统方式存在着的有机整体
1、系统：自然界物质存在的普遍形式
▪ 其一，一个系统必须有两个以上的要素组成； ▪ 其二，系统内各个要素之间、系统要素与系统整体之
间的相互联系、相互作用，形成了特定的结构； ▪ 其三，系统要素彼此之间联系成一个统一整体； ▪ 其四，系统作为整体对环境表现出特定的功能。 ▪ 系统是由两个以上相互联系与相互作用的要素组成的
▪ 生命有机体之所以能处于有组织的活动状 态，就是由于生命系统能不断地与外界进 行物质、能量和信息的交换。
▪ 自然界的物质系统都是非孤立系统、非封 闭系统，总是与环境存在相互作用的开放 系统。
▪ 整个自然界就是由各种动态的开放系统组 成的。
3、自然界的整体性与层次性
▪ 自然系统的基本属性
▪ ⑴系统的整体性
▪ 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
⑵地球的演化 地球是在太阳系形成的过程中诞生的。 ▪ 首先是地球内部圈层的形成和演化 ▪ 其次是地球外部圈层的形成和演化 ▪ 再是地壳运动
自然辩证法 第二章_自然界的演化与发展
第二章自然界的演化与发展（2008年11月5日）自然界不仅是存在着，而且是生成着并消逝着，也就是说，“存在和演化并非都是彼此对立的，它们表达出现实的两个有关方面。
”①现代自然科学的巨大成就，不仅深刻地揭示了作为存在自然界的物质性、系统性和层次性，而且揭示了作为演化自然界的过程性、方向性和自组织性。
为了全面理解自然界的辩证法，需要在把握其存在方式的基础上，进一步讨论它的演化发展问题（下面我们先来区分六个概念）。
唯物辩证法是关于物质世界普遍联系和永恒发展的一般规律的科学，是具有普遍指导意义的世界观和方法论。
由此可知，联系是运动、变化、发展的前提，正因为一切事物都是处于相互联系、互相作用之中，所以世界上的一切事物都是运动、变化、发展的。
1、运动——是物质的固有属性和根本存在方式，是标志物质的变化和过程的哲学范畴。
从简单的位置变动到复杂的人类思维活动都是物质运动的表现。
2、变化——是指事物在位置上、形态上或性质上发生了新的状况。
所以，恩格斯说：“运动，就最一般的意义来说，就它被理解为存在的方式，被理解为物质的固有属性来说，它包括宇宙中发生的一切变化和过程，从简单的位置移动起直到思维。
”②因此，我们可以这样说：运动是一般的变化，变化是具体的运动。
它们是同一系列的范畴，具有基本相同的含义。
3、发展——不是同一事物的简单重复，也不是指事物单纯的数量变化，更不是指事物向后倒退的变化；而是指新事物的产生和旧事物的灭亡，是事物由简单到复杂，由低级到高级，由低序到高序的前进上升运动，是标志物质运动的整体趋势和方向性的范畴。
“演化”和“进化”同源于英文“evolution”，有“发展”、“展开”之意。
但实际上，二者是有区别的。
4、演化——是一种具有不可逆性的运动形态，而进化则是一种具有特定方向的演化。
5、进化——是指事物的上升的、从无序到有序、从低序到高序的不可逆过程或复杂性和多样性的增长。
它是开放系统通过与外界环境进行物质、能量和信息的交换，以及子系统或要素之间的协同作用，经过渐变或突变而发生在远离平衡态下的复杂化和有序化的过程。
自然界的存在和演化
（1）宇宙万物在化学元素上具有统一性
太阳系中的太阳、行星都有相同的化学元素。
人们对生命物质基础进行化学分析，发现构成生命的元 素并不多，主要有C、H、O、N四种，还有S、P及其他 一些微量元素。我们知道组成生命的主要物质是蛋白质、 水分和无机盐三大类。元素分析表明，蛋白质一般含碳 50%～55%、氧20%～23%、氮15%～18%、氢6%～ 8%、硫0%～4%，有些蛋白质还含有微量的P、Fe、Zn、 Cu等。
二、物质系统的辩证原理
1、系统是系统与要素的辩证统一 系统和要素的关系，表现为也服从于整体与部分的关系。 2、系统是结构和功能的辩证统一 结构，是系统内各要素之间内在的关系和组织方式，是要 素间相互作用的结果和表现。 功能，是特定结构的物质系统在内部和外部的联系与关系 中，表现出来的特性和能力。 结构和功能的关系：结构是功能的内部根据，是相对稳定 的；功能是结构的外部表现，它随系统与环境的关系而呈 现多样性和易变性。 3、系统是系统与环境的辩证统一
自然界演化发展的普遍性特征
对称与对称破缺：对称是指事物或运动以一定的中介进 行变换时所保持的不变性。 非对称是指事物或运动以一定的中介变换时出现的变化 性，非对称又称为对称破缺（Symmetry breaking)。
二、自然界演化的方向
有退化和进化两个分支 进化一般是指物质客体演化中由无序到 有序、由低序到高序的趋势和过程；退 化一般是指物质客体演化中由有序到无 序、由高序到低序的趋势和过程。 自然过程是有序与无序、进化与退化彼 此消长，交替出现。
自然系统的基本特征
系统是以各要素的属性为基础经由特定关系 而形成的属性不可分割的整体。 1、物质要素、物质关系、物质系统 物质要素包括自然界中各种各样的具体的物 质形态。 物质关系包括时间关系、空间关系、数量关 系等。 物质系统是由若干要素经过相互联系、相互 作用而组成的具有特定功能的有机整体。
第2讲 自然界的演化发展.ppt
2019/10/30
自然辩证法-第二章
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蝴蝶效应
上个世纪的70年代，美国一个名叫 洛伦兹的气象学家提出了著名的蝴蝶效 应理论。那就是南美洲亚马逊河流域热 带雨林中一只蝴蝶偶尔扇动几下翅膀， 所引起的微弱气流对地球大气的影响可 能随时间增长而不是减弱，甚至可能在 两周后在美国得克萨斯州引起一场龙卷 风。
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自然辩证法-第二章
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2、进化和退化
进化：有序程度提高，混乱程度减少. 退化：无序程度提高，混乱程度增加 病菌或害虫 进化与退化的统一性
认识到自然界存在进化和退化两种趋势和 过程，进化退化相互包含、共存共生和 相互交替
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自然辩证法-第二章
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问题：
（1）进化与退化是否互相排斥？
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自然辩证法-第二章
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论 宇宙热寂说
在19世纪，能够认识到热寂论谬误的科学只有 波耳兹曼和麦克斯韦两人。
早在1866年，玻耳兹曼就注意到生物的生长过 程与熵增加相拮抗的事实。他说：“生物为了 生存而作的一般斗争，既不是为了物质，也不 是为了能量，而是为了熵而斗争。植物铺开了 它的面积大得不可计量的叶片，以一种尚未探 明的方式，迫使太阳去完成我们在实验室中不 知道如何完成的化学合成。”
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自然辩证法-第二章
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“麦克斯韦妖”
麦克斯韦模模糊糊地意识到，自然界存 在着与熵增加相抗衡的能量控制机制。 但他当时无法清晰地说明这种机制。他 只能假定一种“类人妖”，能够按照某 种秩序和规则把作随机热运动的微粒分 配到一定的相格里。这就是1871年出现 的有名的“麦克斯韦妖”
自然辩证法概论
第二章 自然界存在和演化的科学
2、自然界的层次结构 、 （1）层次结构及其特点 ） （2）自然界的基本层次 ） （3）层次结构的结合度与 ） 因果链
二、自然界的演化 1、自然界演化的过程 、 2、自然界演化的特点 、 （1）方向性 ） 有序和无序 可逆和不可逆 进化和退化 （2）守恒性 ） （3）周期性 ）
3、自然界演化的机制 、 （1）非线性相互作用是系统演化的 ） 内在根据。 内在根据。 （2）远离平衡是系统演化的力量源 ） 泉。 （3）随机涨落是系统演化的直接诱 ） 因。 （4）对外开放是系统演化的前提条 ） 件。
第二章 自然界存在和演化的 科学图景
一、自然界的存在 1、自然界的物质多样的，世界统一于物质。 态是多样的，世界统一于物质。
2、自然界的系统方式 （1）系统的含义 贝塔朗菲： 贝塔朗菲：系统是处于一定的 相互关系中并与环境发生关系的各 组成部分（要素）的总体（ 组成部分（要素）的总体（集）。 钱学森： 钱学森：系统是由相互作用和 相互依赖的若干组成部分结合而成 的具有特定功能的有机整体。 的具有特定功能的有机整体。
三、自然界存在与演化的规律 1 整体突现规律 2 竞争协同规律 3 系统优化规律
对系统概念的理解： 对系统概念的理解：
其一：系统是由两个或两个以上要素构成的。 其一：系统是由两个或两个以上要素构成的。 其二：系统的各要素之间存在着特定关系。 其二：系统的各要素之间存在着特定关系。 其三： 其三：系统各要素之间的特定关系构成了系 统的特定结构。 统的特定结构。 其四：系统的特定结构使系统具有特定功能。 其四：系统的特定结构使系统具有特定功能。 其五： 其五：系统的特定功能是在系统与外部环境 的相互作用中表现出来的。 的相互作用中表现出来的。 其六：系统是一个有机整体。 其六：系统是一个有机整体。
第二讲 自然界的存在与演化发展
生命世界演化发展的动力：生物和环境的矛盾
同化、异化，遗传、变异而不断变化着的物种及 个体与变化着的环境之间的相互作用是生命世界 演化发展的动力。（人类？）
自然界循环发展的周期性及其周期循环的无限性
气候发展
宇宙发展
植物生长
种子
植株
种子
周期性与无限性
“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中， 没有外界的特定干预，我们便说系统是自组织的。这 里的‘特定’一词是指，那种结构和功能并非外界强 加给系统的，而且外界是以非特定的方式作用于系统 的。”
自组织实现的条件：
• 1、系统必须处于远离热平衡状态； • 2、系统必须是一个开放系统； • 3、系统内各要素之间存在着非线形相互
ý （一）自然界的演化过程
ý 1、宇宙、天体的起源与演化 ý 2、地球的起源与演化 ý 3、生命的起源与生物进化
l ý （二）自然界演化发展的普遍性特征
ý 1、不可逆性 ý 2、自组织性 ý 3、对称性的破缺
ý （三）自然界演化发展的规律性
ý 1、矛盾是自然界演化发展的动力 ý 2、自然界运动转化的普遍性与守恒性 ý 3、自然界循环发展的周期性与无限性
一、自然界的物质形态
（一）物质的客观实在性与可知性 （二）物质形态的多样性和统一性
• 相信有一个离开知 觉主体而独立的外 在世界，是一切自 然科学的基础。
• 相信世界在本质上 是有秩序的和可认 识的这一信念，是 一切科学工作的基 础。
（一）物质的客观实在性与可知性
列宁的物质定义：
物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观 实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们 的感觉而存在，为我们的感觉所复写、摄影、 反映。
• 当然，在实际过程中，这三种过程总是呈现交互作用的 情形。
同化、异化，遗传、变异而不断变化着的物种及 个体与变化着的环境之间的相互作用是生命世界 演化发展的动力。（人类？）
自然界循环发展的周期性及其周期循环的无限性
气候发展
宇宙发展
植物生长
种子
植株
种子
周期性与无限性
“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中， 没有外界的特定干预，我们便说系统是自组织的。这 里的‘特定’一词是指，那种结构和功能并非外界强 加给系统的，而且外界是以非特定的方式作用于系统 的。”
自组织实现的条件：
• 1、系统必须处于远离热平衡状态； • 2、系统必须是一个开放系统； • 3、系统内各要素之间存在着非线形相互
ý （一）自然界的演化过程
ý 1、宇宙、天体的起源与演化 ý 2、地球的起源与演化 ý 3、生命的起源与生物进化
l ý （二）自然界演化发展的普遍性特征
ý 1、不可逆性 ý 2、自组织性 ý 3、对称性的破缺
ý （三）自然界演化发展的规律性
ý 1、矛盾是自然界演化发展的动力 ý 2、自然界运动转化的普遍性与守恒性 ý 3、自然界循环发展的周期性与无限性
一、自然界的物质形态
（一）物质的客观实在性与可知性 （二）物质形态的多样性和统一性
• 相信有一个离开知 觉主体而独立的外 在世界，是一切自 然科学的基础。
• 相信世界在本质上 是有秩序的和可认 识的这一信念，是 一切科学工作的基 础。
（一）物质的客观实在性与可知性
列宁的物质定义：
物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观 实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们 的感觉而存在，为我们的感觉所复写、摄影、 反映。
• 当然，在实际过程中，这三种过程总是呈现交互作用的 情形。
第二章 自然界存在和演化的规律性
⒉生命运动的基本矛盾——同化和异化、遗传 生命运动的基本矛盾——同化和异化、 ——同化和异化 和变异 ⑴同化和异化是生命体生存和生长的动力 同化是生命体从外界吸收物质和能量， 同化是生命体从外界吸收物质和能量，并把它 合成自身所需要的东西；异化是生命体分解自身， 合成自身所需要的东西；异化是生命体分解自身， 把物质和能量排放到外界。 把物质和能量排放到外界。 ⑵遗传和变异是生物种群进化的动力 遗传是子代与亲代的相似性； 遗传是子代与亲代的相似性；变异是子代与亲 代的差异性。 代的差异性。
四、自然界层次结构的因果链 低层系统作为原因可以在高层系统中引起一定的 结果，这称为上向因果链； 结果，这称为上向因果链；高层系统作为原因又会在 低层系统中引起某些结果，这称为下向因果链。 低层系统中引起某些结果，这称为下向因果链。 高层系统是由低层系统发展而来的， 高层系统是由低层系统发展而来的，低层系统是 高层系统的基础。 因此， 高层系统的基础。 因此，高层系统不仅不能违反低 层系统的规律，而且通过低层系统的规律的研究， 层系统的规律，而且通过低层系统的规律的研究，可 以帮助我们去把握高层系统的规律。 以帮助我们去把握高层系统的规律。 当高层系统形成后，低层系统并没有消失， 当高层系统形成后，低层系统并没有消失，而是 作为高层系统的一个要素而存在。因此， 作为高层系统的一个要素而存在。因此，高层系统的 规律严格限制和影响了低层系统的规律， 规律严格限制和影响了低层系统的规律，这就使我们 可以从高层系统规律出发， 可以从高层系统规律出发，对加入其中的低层系统的 现象作出解释和预见。 现象作出解释和预见。
三、自然界物质系统的基本特点 ⒈整体性 整体性是指系统不是要素的简单相加，而是 整体性是指系统不是要素的简单相加， 出现了新的性质、功能和规律。 出现了新的性质、功能和规律。 ⒉开放性 开放性是指系统与环境不断地进行着物质、 开放性是指系统与环境不断地进行着物质、 能量和信息的交换。 能量和信息的交换。 ⒊动态性 动态性是指系统随着时间的变化而不断发展变 化着。 化着。
第二讲 演化的自然
第二讲演化的自然【知识要点】一、宇宙的起源1、宇宙概念：宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。
宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。
《淮南子·原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。
”即宇宙是天地万物的总称。
也就是空间为“宇”，时间为“宙”。
2、包括宇宙中有上千亿的星系，平均每个星系又有上千亿的恒星和各类天体。
运动着的物质将时间和空间结合在一起就成为我们所说的宇宙..目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说是大爆炸宇宙理论（勒梅特于1931年创建）。
其主要观点----大约150亿年前，我们所处的宇宙全部以粒子的形式、极高的温度和密度，被挤压在一个“原始火球”中①你所了解的关于宇宙创始的神话故事。
古代人为什么会对宇宙有这样的认识，这说明了什么？美国天文学家哈勃通过星系光谱分析发现：①所有的星系都在远离我们而去②星系离我们越远，运动的速度越快③星系间的距离在不断地扩大②我们怎么理解这个现象呢？实验：1、准备一只气球，在其表面画上一些小圆点，2、向气球吹气，使气球不断地膨胀。
3、观察气球在膨胀过程中各个小圆点间距离的变化。
分析各个小圆点间距离变化的原因。
实验表明了什么？二、太阳系的形成与地球的诞生太阳系是怎样形成的?地球的诞生与太阳的形成有什么关系?认识这些问题,人们经历了漫长而曲折的过程。
1、从“地心说”到“日心说”①“地心说”是亚里士多德的首创。
而集大成者是古希腊最伟大的天文学家托勒密。
（建立了历史上第一个完整的宇宙体系）②托勒密创立了“地心说”宇宙体系说。
③“地心说”的核心是大地是宇宙的中心，太阳和其它天体都是绕地球转动的。
④16世纪，波兰天文学家哥白尼建立了“日心说”宇宙体系。
⑤核心是“太阳是宇宙的中心，地球和行星是绕太阳转动的”。
不能因为地心说的错误抹杀托勒密的历史功绩，不能因为地心说被占统治地位的教廷利用而贬低地心说。
不能因为“日心说”反宗教而过分地迷信，作为科学的宇宙体系，是不存在“中心”的，事实上，科学独立于宗教。
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(一)层次结构的基本特征
层次结构指的是，若干要素经相互作用构 成的系统，再通过新的相互作用而构成新 系统的逐级构成的结构关系。 在这种关系中，参与构成的系统称为低层 系统，构成后的新系统称为高层系统。
1、构成性：层次结构特征之一
层次结构的一个显著特征是，低层系统对高层 系统具有构成关系：低层系统必须是高层系统 的构成部分，而高层系统也只能以低层系统为 存在基础。 层次结构中的构成性关系是物质系统之间的纵 向的或垂直的有序关系，即子系统与母系统、 各个子系统之间的相互包含和相互作用，它反 映出不同层次之间是相互依存的。
普利高津结构—功能涨落图
（决定论的）
功能
结构
涨落
（随机的）
四、自然界物质系统的层次性
一个较为复杂的系统都是按层次结构组织起 来的，即每个物质系统都是较高一级系统的 一个要素，同时它作为较高一级系统的要素 本身，通常又是较低一级的系统，这样便形 成了自然界物质系统的层次性（如下图）。
图2-2非生命世界物质层次
总星系 ↑ 星系团 ↑ 星系 ↑ 恒星 ↑ 行星(包括卫星) ↑ 地面上的宏观物体
图2-3生命世界物质层次
生物圈 ↑ 生态系统 ↑ 生物群落 ↑ 种 群 ↑ 生物个体
图2-2非生命世界物质层次
地面上的宏观物体 ↑ 分子 ↑ 原子 ↑ 原子核 ↑ 基本粒子 ↑ 夸克
图2-3生命世界物质层次
生物个体 ↑ 系统 ↑ 器官 ↑ 组织 ↑ 细胞 ↑ 生物大分子
一、自然界的物质统一性
自然界是物质的，从基本粒子到天体，从具 有生命活性的生物大分子到人，都是物质的不 同形态。 自然界就存在于各种不同的物质形态之中。
(一)物质形态的差异性与多样性
自然界的物质不仅具有客观实在性和统一 性，而且其形态是千姿百态、无限多样的。 同时，这种物质形态的差异性和多样性也 是其统一性的前提条件。
(三)层次结构的因果链
层次结构中存在着双向因果链：上向因果链和下向因果链。 其一，低层系统及其相干性关系作为原因，可以在高层系统 中引起一定的结果，决定高层系统的特点和规律，此乃其上 向因果链。 其二，高层系统对低层系统的支配、影响和限制，这是其下 向因果链。这种双向因果链的存在，不仅造成了层次之间的 差别，也沟通了层次之间的联系： 上向因果链的存在，提供了从低层次规律入手认识高层次现 象的可能性；而下向因果链的存在，则保证了从高层次规律 出发对加入高层系统的低层现象进行解释和预言的可能性。
2、相干性：层次结构特征之二
层次结构中的相干性关系是物质系统间的横向关系。 只有通过相干性关系，它们才能结合起来构成高一级 系统，导致纵向层次间质的差异。 随着每一个新物质层次的形成，总会有新质的突现和 新功能的问世。 相干性关系所造成的新层次往往在自身结构上更简单 一些，从而为低层系统能够并入高层次的活动模式创 造条件。
3、系统稳定性的相对性
物质系统的稳定性是相对于一定范围而言的。超出这个范围， 原有的稳定态就会失稳，涨落将支配系统的行为。 当这种涨落被一定条件所巩固时，就会出现新的稳定态。即随 着外界控制参量的变化，系统会经历稳定—失稳—再稳定的演化 历程。 普利高津提出的结构—功能—涨落图(见下图)，就是这种过程的 形象表述。 按这个图式，随机涨落会导致系统内部机制的改变(普利高津称 这种机制为“功能”)。如果这种改变不是发生在临界点附近， 那么系统的结构会平息涨落，系统依然是稳定的。如果涨落被 放大到临界点附近，结构无法调整这些机制，稳态将转化为失 稳，宏观时空结构也会发生变化。而在变化了的时空结构中， 又会有新的涨落。
二、自然界物质系统的整体性
整个自然界中的各种物质客体，从微观粒子到宇 宙天体，从生物大分子到整个生物圈，无不以系 统的方式存在着。 系统是由若干相互联系、相互作用的诸要素所组 成的具有一定结构和功能的有机整体，是自然界 的一种根本属性和存在方式。
1、整体性
所谓整体性是指物质系统所具有的不可还原 的整体性质，即作为物质系统的整体，出现 了它的组成部分所没有的性质或者失去了组 成部分所具有的性质。 物质系统的“整体”与“堆”有着显著的区 别。 系统的整体性是系统中整体与部分之间非加 和性关系的表征。
(二)层次结构的结合度
由层次结构的基本特点决定了其结合度的差异性和
递减性等特征。
一般随着层次由低向高推进，结合的紧密程度由大到小 而递减： 从将夸克结合为基本粒子的力量到将中子和质子结合为 原子核的核交换力；从将原子核与电子结合 的电磁力 到将原子结合为分子的共价键或离子键；从将化学分子 结合为生命大分子到将多细胞结合为生命整体；直至维 持生物群落和生态系统的力量，不但具有巨大的强弱差 异，而且是依次递减的。
非加和性关系成因例证
在一个原子中，原子核与电子之间的制约使电子受到时空状态、 随机性、自由度等方面的约束；由于约束，排除了一部分可能的 状态，保留了另一部分可能的状态，这便意味着选择，最终使得 核与核外电子协同构成原子，使原子具有了金属性、非金属性等 原子核与核外电子所不具有的新属性。 如果整体由于部分的相干性出现新属性，则整体(已成为系统)在 相关的属性上，便表现出非加和性。 这种非加和性特征表明，物质系统的整体特性既不能归结为它的 组成部分的特性，也不是其组成部分的简单“堆积”。 它所反映的是某种具有新质的联系，是标志物质系统具有整体性 的一种必不可少的联系方式。
（2）生命世界
从生物大分子、细胞、微生物到植物、动 物、生物圈更是五彩缤纷、形态万千。 目前，人们已发现其存在的动物(含昆虫) 就有150多万种； 植物30多万种； 微生物8～9万种。
2、依据不同的物质聚集状态
据此自然界的物质形态可以划分为： 固态、液态、气态； 等离子态； 超密态； 真空场 反物质(其根据是所有的基本粒子都有反粒子)。
1、根据能否自我新陈代谢和遗传变异
据此可以把自然界中各种各样的物质形 态划分为： 非生命世界和生命世界。
(1)非生命世界
1)宇观世界中有：星云、行星、恒星、星系、 星系团、超星系团、类星体、总星系等不同的物 质形态。 2)宏观世界包括：有机物、无机化合物(100多 万种)、单质等形式。
3)微观领域中有：110多种元素；400多种基本 粒子(含两大类：轻子类，包括光子族和轻子族； 重子类，包括介子族和重子族)。
1、系统稳定性的衡量标准
系统的稳定性可通过涨落衡量。系统的状态变量对平 均值的一定偏离或起伏即涨落。只有经受涨落后能恢 复自身状态的物质系统，才有存在的可能。这种对涨 落的不变性就是系统的稳定性。 然而，并非系统的每种状态都是稳定的。按照对涨落 的不同反应可以区分出三种状态： 恒稳态——对涨落保持不变的状态；亚稳态——在一定范 围内对涨落保持不变的状态；不稳定态——在涨落下即 行消失的状态。
2、系统的稳定性与耗散结构
物质系统的稳定性的产生和耗散结构的存在是密切相关的。 一个远离平衡态的开放系统通过不断与外界交换物质与能量，在外 界条件的变化达到一定阈值时，可能从原来的无序混乱状态，转变 为一种时空或结构有序的新状态，这种有序状态需要不断地与外界 交换物质和能量才能维持，并保持一定的稳定性。 这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，称为“耗散结构”。 耗散结构作为一种时空有序结构，正是在一个自我保持和自我修复 的系统中维护各部分之间关系的一种特定构型。因而其存在就标志 着系统处于“稳定状态”。 耗散结构的产生过程也是一种自组织形成的过程，其形成机制在一 定程度上反映了系统稳定性产生并得以保持的内在原因。
2、物质基本形态上的统一性
自然界的物质形态可归结为实物和场两种基本形态，其 间存在着统一性。 一方面，实物与场之间相互联系，不可分割，有实物存 在就有实物之间相互作用的场，任何场都是某种实物之 间的相互作用。 另一方面，实物与场之间在一定的条件下可以相互转化。 如电子和正电子相遇时可“湮灭”而转化为光子，即转 化为电磁场；反之，在核子场中光子的能量足够大时， 光子也可以转化为正、负电子。
2、整体与部分的关系
整体与部分的关系包括：加和性与非加和性关系两种。
所谓加和性关系，是指各部分可以用简单相加的办法逐渐建立整体的特性， 即整体的特征能够分解为各个要素的特征之和。 但由各部分之间的相干性造成的非加和性关系的存在，却使系统出现其组 成部分所没有的新属性，使系统与其构成要素之间出现质的差异。 相干性是指一种耦合关系。 耦合各方经过物质、能量、信息的交换而彼此约束、选择、协同和放大。 约束和选择意味着耦合各方原有自由度的减少乃至部分属性的丧失； 协同和放大意味着耦合各方在一种新的模式下协调一致地活动，其原有的 属性可以被拓宽放大。 它们交错重叠在一起，共同导致属性不可分割的整体的形成。
摘要幻灯片
第2讲 自然界的存在与演化 第1节 自然界的系统性存在 一、自然界的物质统一性 （一）物质形态的差异性与多样性 1、根据能否进行自我新陈代谢和遗传变异 2、依据物质的聚集状态 （二）自然界的物质统一性 1、化学元素上的统一性 2、物质聚集形态上的统一性 3、质能守恒定律
摘要幻灯片续一
二、自然界物质系统的整体性 1、系统的整体性 2、整体与部分的关系 三、自然界物质系统的稳定性 1、系统稳定性的衡量标准 2、系统稳定性与耗散结构 3、系统稳定性的相对性 四、自然界物质系统的层次性 （一）层次结构的基本特征
第二讲 自然界的存在与演化
自然界有广义和狭义之分。 广义的自然界是指整个宇宙，包括非生命世 界、生命世界和人类社会。 狭义的自然界则是指与人类社会相区别的物 质世界，即人类社会生活的自然环境。 自然界是人类一切知识的来源。
第1节
自然界的系统性存在
现代科学研究成果表明，自然界是 由各种不同的物质实体组成的，而 所有的物质实体又是以系统的方式 存在着。
摘要幻灯片续二
1、构成性 2、相干性 （二）层次结构的结合度 （三）层次结构的因果链 第2节 自然界的演化 一、自然界的演化过程 （一）宇宙和天体的起源与演化 （二）地球的演化 （三）生命的起源与演化：生物圈