第二章自然界的演化发展
第二章 自然界的存在方式和演化发展1
关于太阳系的起源有两个基本问题： 一是行星的物质来源， 二是行星的形成方式 。
• 关于行星物质来源的假说不下数十种之 多，择其要者不外四大类。 • 一是分出说（包括各种灾变说、爆发说 和抛出说）。
• 二是俘获说。
代表人物：施密特（前苏联）
• 三是大爆炸宇宙说。 这是西方比较流行的 一种假说，主要观点 来自伽莫夫等。他们 认为宇宙始于一次大 爆炸，整个范围出现 一种热平衡，物质成 分由平衡条件而定。
根据
• 黑箱方法的根据是结构与功能的辩 证联系。结构深藏于内，功能表现 于外，结构是功能的基础，功能是 结构的表现，功能对结构也有反作 用，我们通过研究系统的功能就可 以推测和认识其结构。
黑箱方法有重要意义和作用 （1）它提供了研究复杂系统和不能打开或不便 打开的黑系统的研究方法。 （2）科学面对的原初系统，一般都是黑箱，如 早期的人体、人脑、细胞、原子、地球等。随 着使用黑箱方法对这些黑系统的研究，使许多 研究对象逐步转化为灰系统或白系统，人们的 认识就是一个不断地接触黑箱、研究黑箱、转 化黑箱的过程。
一、天体的起源和地球的演化
• （一）天体的起源 • 什么是天体？ 宇宙间各种星体，例如，星云、恒星、 卫星、彗星和流星等，包括地球在内统 称天体。
• 天体演化和物质结构、生命起 源属于自然科学的三大基本问 题。
太阳系的起源
什么是太阳系？太阳 系是太阳、行星、卫 星、小行星、流星体 及星际物质组成的天 体系统。
• 结构与功能的相互制约 • 一方面表现为结构决定功能 • 另一方面表现为功能对结构的反作用
• 例子：猿的劳动 直立行走 手的进化 • 尾巴的退化
4、系统处在一定的环境之中
（二）系统整体与部分的关系
1、整体与部分的相互制约关系 • 整体由部分组成，整体必须依赖部分； • 部分是整体的部分，必须受到整体的控 制和支配。
《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
自然界演化发展的规律性
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
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。
自然辩证法(江南大学课件)
第四章 辩证唯物主义自然观的发展 第一节 系统自然观
一、系统自然观的产生 1、系统自然观产生于系统科学的兴起 系统科学是把对象作为组织性、复杂性系 统从整体上进行研究，以揭示其运动规律和实 际处理这类系统的科学。
20世纪初，奥地利理论生物学家贝塔朗菲 创立系统论。 40年代后，系统论在美国兴起。
一、古代的自然哲学 古代人类曾以自然哲学的形式，达到了对自然 界自发的唯物主义和朴素的辩证法的理解。 特点是：自发、朴素、直观、思辨、猜测。
二、古代朴素的唯物自然观 人们从实际的生活经验中朴素、直观地体验到了自然 界的物质性。如古希腊哲学家泰勒斯的“水” 、赫拉克 利特的“火” ；中国先秦的五行说。
笛卡儿
三、机械唯物论自然观的特点 成就：克服了古代自然哲学的直观、思辨与猜测 性，强调经验、实证、还原和细分的方法；否认了中 世纪的神学自然观，强调自然界的外在独立性。 局限性：机械性、形而上学性。用机械力学的观 点看待一切问题。这就易形成孤立、静止看问题的思 维方法。
第三节 辩证唯物主义自然观
三、古代朴素的辩证自然观 人们从实际的生活经验中朴素、直观地体验到了自然 界的运动与变化。如古希腊哲学家赫拉克利特“人不能两 次踏进同一条河” ；中国古代“卵有毛” 、“飞矢不动” 等。
泰勒斯
柏拉图
亚里斯多德
老 子
墨 子
第二节 近代机械唯物论自然观
一、中世纪的神学自然观
在中世纪，宗教神学的自然观以及经院哲 学占统治地位。
2、主要特征
第一，唯物论与辩证法相统一。 第二，自然史与人类史相统一。
第三，天然自然与人化自然相统一。
第四，人与自然的对象性关系是能动性和 受动性的统一。
3、重大意义
第一，实现了自然观发展史上的革命性变革 第二，为辩证唯物主义的科学技术观、科学技术 方法论以及科技与社会的研究奠定了理论基础 第三，为科学技术发展提供了世界观、认识论、 方法论与价值观的理论前提 第四，为科学技术与人文社科的结合提供了理论 依据
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
F=md²r/dt² 把t –t，方程形式不变，对 时间反演对称，意味时间无方向性
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2
演化物理学：时间不再是描述系统运动的外 在参量，而是和系统的演化相联系的，从而 是有物理内容的时间。
热力学中的傅立叶方程
әT(x¸t)
ә²T(x¸t)
әt
= -λ әx²
把t –t，方程形式变化，时间反演不对称
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4
我们越是深入地 分析时间的自然 性质,我们就越加 懂得时间的延续 性意味着发明,就 意味着新形式的 创造,就意味着一 切新鲜事物连续 不断地产生.
——普里高津
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5
实际上，自然界根本没有绝对的、无 条件的可逆变化，可逆只是一种理想化 的产物，是在略去某些变化不计的情况 下的一种科学抽象。
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二 自然界的系统演化
（一） 可逆性与不可逆性（是否有时间箭头) 1 可逆与不可逆
如果系统从某一状态变到另一状态后，能够 再回复到原来的状态，并且同时使系统的环 境也回复到原状，这样的过程就是可逆过程。
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1
2自然界的演化过程是可逆还是不可逆的？ 存在物理学与演化物理学
存在物理学：时间是从外部描述运动的一 个参量，它的变化并不影响运动的性质， 因而也无法从运动性质来判别时间。
宇宙的热寂相当于永恒的宁静。一旦宇宙达 到热寂，宇宙将呈现一幅惨淡的景象
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14
能量在那里还是有的，但它已经丧失了它全 部的转化能力，它已经不能迫使宇宙工 作，·······我们将停留在死寂的但可能是温 暖的宇宙中。————琼斯
在一个非常真实的意义上，我们都是这个 在劫难逃的星球上的失事船只中的旅客。--------------维纳
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一、自然界的历史观
《自然辩证法》中的思想： ☺一、关于自然界历史过程的思想。 ☺二、关于历史转化过程的思想。 ☺二、关于联系和过程体系的思想。 恩格斯概括了自然界历史观的基本观点： “一个伟大的基本思想，即认为世界不是一成不变 的事物的集合体。”自然界是由一系列相互联系和 相互转化的过程构成的体系。
第一节 自然界的历史性
一、自然界的历史观
此后，赖尔又把历史演化的观点带进了地质学， 提出了地质渐变论，这使人们相信，地球及其以 上的动物和植物都有时间上的历史。1859年， 《物种起源》发表，提出了生物进化论，揭示了 整个生物界的历史性。接着，物理学中能量守恒 与转化定律的发现，化学中用普通化学方法由无 机物合成有机物的成功，都从不同的侧面揭示了 自然界的历史性。恩格斯系统总结了当时自然科 学的成就，从不同角度分析了这些成就对确立自 然界历史观的重大意义，提出了以下思想：
第一节 自然界的历史性
一、自然界的历史观 近代自然科学由于牛顿的贡献，在相当长时期内
形成了机械自然观，即自然界是绝对不变的。这一情 况一直持续到18世纪中叶以后。
最早把历史观点引入自然界研究中的是康德。 1755年《宇宙发展史概论》提出了关于太阳系起源的 星云说，这是天文学史上第一个较完整的天体演化学 说。康德从历史演化的观点出发，认为太阳系是由弥 漫的原始物质，通过它本身具有的引力和斥力的相互 作用逐步收缩凝聚而成的，科学地说明了太阳系是在 时间进程中逐步生成的东西。
二、自然界的演化过程
（一）宇宙的起源和演化
宇宙是从哪里来的？是通过什么方式产生的？这 是讨论宇宙起源时所要回答的问题。能解释较多事实、 获得一定观测事实支持的是大爆炸假说。据此，宇宙 起源于一极高温，极高密状态下的“原始火球”，是 通过大爆炸或暴胀的方式产生的。在宇宙演化的极早 期，宇宙经历了按指数规律急剧膨胀的阶段，这个阶 段大约持续了10－32秒，使宇宙增大了约1050倍。在暴胀 阶段结束时，产生了夸克，轻子之类的最基础的基本 粒子。宇宙增大约1050倍和大量基本粒子的产生是宇 宙形成的标志。按大爆炸宇宙论和暴胀宇宙论的描述， 宇宙的演化经历了以下几个阶段：
二、自然界的演化过程
现代宇宙创生学主要研究：宇宙的起源和 演化；天体的起源和演化；地球的起源和演化； 生命的起源和演化。自然的历史性已为日益增 多的科学观测事实所证明。虽然科学还没有把 自然界演化的所有细节都搞清楚，但据已确认 事实和某些提到较多支持的假说，大致可勾画 出自然界随时间变化而产生的历史过程。
（一）宇宙的起源和演化
3．实物阶段。在宇宙时为104年后，深度下降到约为 105开，自由电子开始被原子核俘获，形成稳定的原子。 随着原子的形成，宇宙中自由电子渐渐消失，辐射退 居次要地位，实物占居主要地位，宇宙中辐射压的作 用大大减少，实物间的万有引力开始起主要作用。在 宇宙时70万年左右，宇宙中稀疏的气状物质开始形成 原始星云。在宇宙时为50亿年时，开始形成第一代恒 星。然后第一代恒星爆炸所抛出的物质形成第二代恒 星。宇宙形成至今200多亿年的时间，主要是属于这 个阶段。
（一）宇宙的起源和演化
1．基本粒子形成阶段：在宇宙时为10－6秒时，强子生 成；10－2秒时，轻子产生。特点：粒子的分解和正反 粒子的湮灭。这个反应不断进行，因而产生大量光子 和中微子，当温度降到1016开时，光子占优势。
2．辐射阶段或核合成阶段：从1秒开始持续到104年。 有两个特征：一是辐射占优势，实物只占次要地位； 二是当温度下降到109开，宇宙时为1－3分种时，开始 核反应，形成化学元素。自由中子和自由质子合成氘 核，进而合成氦核。核合成结束时，氦的含量25％－ 30％，氘占1％，其余大部分是氢核。在这个阶段，随 着空间的不断膨胀，实物密度下降比辐射密度慢，到 了某一时刻，实物密度占了优势，宇宙进入实物阶段
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。
一、自然界的历史观
20世纪相对论和量子力学的发展突破了牛顿力学 的框架，虽然相对论和量子力学中也没有历史性的观 念，但把相对论用于宇宙学研究却促进了大爆炸宇宙 论和暴胀宇宙论的产生，按照这两个理论，现在所观 测到的宇宙是在剧烈的膨胀中产生和演化来的。宇宙 中现存的一切既是演化的产物又都处在一定的演化阶 段之中。耗散结构理论和协同学证明，在不违反热力 学第二定律的前提下，非平衡系统可以在一定条件下 经历从无序到有序，从低序到高序的演化，这就为解 决进化历史观与退化历史观的矛盾提供了科学依据， 从而在当代科学的水平上深化了自然界的历史观。
一、自然界的历史观
恩格斯还根据天文学、地质学、物理学、化学和 生物学各方面的成就系统地描绘了自然界发展史的辩 证图景：
（1）自然界一切有限事物产生和发展过程的清晰图 画。通过这些描绘，得出了物质形态从简单到复杂的 转化、物质运动形式从低级到高级的发展以及物质分 化等基本观点。
（2）描绘了自然界无限发展的辩证图景。指出自然界 中一切有限的事物都是有生有灭的，运 的转化与分化，无数次地展开其全部多样性；在这个 永恒的循环中，物质不灭，运动不灭。
第二章 自然界演化发展的 辩证观
第二章 自然界演化发展的辩证观
复习思考题 1．宇宙的起源和演化经历了哪些阶段？ 生命的起源和演化经历了哪些阶段？ 2．支持宇宙大爆炸假说的主要科学事实 有哪些？ 3．怎样理解自然界物质系统演化的阶段 性？
第二章 自然界演化发展的辩证观
第一节 自然界的历史性 一、自然界的历史观 二、自然界的演化过程 第二节 自然界演化的基本特征 一、物质系统演化的发展性 二、物质系统演化的阶段性 三、物质系统演化的守恒性