第3章自然界物质演化.ppt

第三章 物质世界的演化发展 第一节：关于演化的有关理论 18世纪中叶以来，随着近代自然科学的发展，关于自然界历史演化的观点开始形成。自然界的历史性被科学发现逐步揭示出来，成为自然界历史观产生的科学前提。 最早把历史观引入对自然界研究的是康德。1755年康德出版了《宇宙发展史概论》，提出了关于太阳系起源的星云假说，这是天文学史上第一个比较完整的天体演化学说。 康德之后，赖尔把历史演化的观点带进了地质学，提出了地质渐变论。这个学说使人确信，“不仅整个地球，而且地球今天地表面以及生活于其上的植物和动物，也都有时间上的历史。” 1859年达尔文出版了《物种的起源》，从科学的角度提出了生物进化论，揭示了整个生物界的历史性。 恩格斯在《自然辩证法》等著作中系统总结了当时自然科学的新成就，从不同角度分析了这些成就对自然界历史观确立的重大意义。 一、自然界演化的基本方向 1、序、无序、有序、混沌和负熵流 “序”是描述客观事物或系统内部组成元素之间相互关系的范畴 “无序”是指客观事物或系统内各组成部分之间联系、组合或运动的无规则性和不确定性。 “有序”指的是客观事物或系统内各组成部分之间联系、组合或运动，在空间、时间、结构功能等方面显示出一定的顺序、规则，具有某种确定性、方向性和规律性。 系统的对称性破缺状态对应着有序，自然系统的有序化是对称性破缺的结果，正是由于对称性破缺才使系统向有序化、组织化、和复杂化演化。 “混沌”是系统演化的一个方向；混沌并不等于混乱，也不是无序，是确定系统内在随机性，是看起来杂乱无章的有序状态，或说是装扮成无序的有序。是无序与有序的统一。 “熵”是系统科学的序的标度，熵是无规律程度的测量，因此负熵流或信息量是系统有序性或组织性的测度。 2、进化与退化的对立统一 进化和退化是自然界中广泛存在的两种趋势和过程。进化与退化之间具有统一性。这种统一性主要表现在以下几方面 ： 进化与退化互相包含。以进化为主的过程往往内在地包含着退化。同样，以退化为主的过程也常常内在地包含着进化。生物进化具有不可逆性，灭绝的物种不可能重新出现，但是生物进化之中也有退化，一些结构和功能的进化，同时也就意味着另一些结构和功能的退化；返祖现象的出现，也是生物进化之中的退化。 进化与退化同生共存。进化与退化常常是同时存在和同步发生的。它们往往是一个过程的两个方面。理由在于，一个系统有序程度的提高，需在以负熵流的引入为代价，这相当于系统把熵增转移到了环境之中。或者说系统的进化是以环境中某些方面的退化为代价的。 进化与退化相互转化。进化过程在一定条件下会转入退化，而退化过程在一定条件下也可以转入进化。 3.演化方向的一般特点 （1）自发性。进化和退化都是事物的自我运动、自我否定。它们不是依据外界的指令而变化，而是在一定外部条件下依据自身内在的机制进行自组织或瓦解。 （2） 稳定性重建。当原有事物出现失稳情况时，系统才会进入进化或退化过程，其结果是新的稳定状态的确立。 （3） 间断性。进化和退化主要是在连续性中断中实现的，进化或退化的完成往往要经过突变。当然，间断性并不意味着没有任何中间阶段，但这些中间阶段的稳定性没有保证。 二、自然界演化的自组织机制 1、自组织 自组织是指没有外界的特定干预，在开放的背景下，外部提供一定的条件下，系统的要素按彼此的相干性、协同性或某种默契，自发地形成一定结构和功能的过程和现象。 自组织一般包含着三类过程： 由非组织到组织的过程演化； 由组织程度低到组织程度高的过程演化； 在相同组织层次上由简单到复杂的过程演化。 2、自组织理论：系统进化的机制和条件 自组织理论是一个学科群，其中最具代表性的有耗散结构理论、协同学、超循环理论 突变论。各种自组织理论尽管背景和对象有很大的差别，但都试图解决一个普遍性的问题，即从无序走向有序的条件和机制问题，并取得了不同程度的成功。这些理论从不同侧面揭示了在远离平衡条件下的开放系统形成有序结构的可能性。 1900年，法国的贝纳德(Bernard，Henri)首次发现了蜂巢状的自组织花纹。在一个透明的碟子里加入一些液体，在炉子上加热，液体在竖直方向上便产生一个温度差。当液层顶部和底部之间的温度差达到一个阈值后，对流开始，下层较热的液体流入上面较冷的部分。这时由于浮力、热扩散、粘滞力三种作用的耦合而形成液面上大范围规则的蜂巢状花纹（“贝纳德花纹”）六边形网格。 根据热力学第二定律，孤立系统的熵总是自发地增加，直到最大熵为止，其表达式为熵增ds＞o。孤立系统不可能自发地减熵，使系统通过自组