自辩第三讲自然观.ppt

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1、自然观l 自然观是人们对自然界总图景的一种认识或把握。它包含如下的内容：自然界的本体论组成，自然界的结构，自然界的秩序，自然界的变化及其原因，以及人与自然界的关系，等等。自 然 观系统层次观进化历史观持续发展观自然观的历史发展以哲学观点的差异为标准对自然观进行分类：1、自发唯物论和朴素辩证法的自然观2、唯心主义宗教神学的自然观3、形而上学机械唯物主义自然观4、辩证唯物主义自然观自然界的存在、演化和发展第第一一、微微观观物物理理学学连连续续突突破破了了原原子子结结构构、核核结结构构、甚至基本粒子结构等几个层次；甚至基本粒子结构等几个层次；第第二二、在在微微观观物物理理学学的的基基础础上上，宇宇观

2、观物物理理学学则则连连续突破了银河系、星系团、总星系团层次；续突破了银河系、星系团、总星系团层次；第三，生物学则连续突破了细胞结构、亚细胞结第三，生物学则连续突破了细胞结构、亚细胞结构、分子结构等几个层次。构、分子结构等几个层次。科学研究取得的突破性进展对宇宙空间的认识 宇观：宇观：指恒星、行星、星云、星系等宇观指恒星、行星、星云、星系等宇观客体；客体；宏观：宏观：大于一亿分之一厘米（分子的大小）大于一亿分之一厘米（分子的大小）的物体的物体微观：微观：小于一亿分之一厘米的夸克、基本小于一亿分之一厘米的夸克、基本粒子、原子、分子等微观客体粒子、原子、分子等微观客体渺观：渺观：小于小于101034

3、34厘米的希格斯场。厘米的希格斯场。胀观：胀观：宇宙是逐步膨胀、宇宙是逐步膨胀、“爆胀爆胀”的。的。宇宙空间自然界的存在、演化和发展自然界的存在、演化和发展一、自然界的存在图景一、自然界的存在图景物质性、物质性、系统性和层次性系统性和层次性 二二、自自然然界界形形成成的的动动力力机机制制对对称称性破缺性破缺三、自然界形成的过程三、自然界形成的过程宏观和微宏观和微观协同进化观协同进化四、自然界演化发展的方向四、自然界演化发展的方向可逆可逆与不可逆与不可逆第一节 自然界的物质形态l 广义 整个宇宙l自然界l 狭义 与人类社会相区别的物质世界l这里指的是狭义自然界，它包括天然自然和人工自然。l1、古

4、代关于物质的唯物主义定义l2、16、17世纪的原子论复兴和关于物质的实体观念l3、18世纪对于物质的机械唯物论理解l4、近代对于物质的具有自然科学唯物主义倾向的理解l5、19和20世纪之交关于物质的辨证唯物主义理解 列宁关于物质的定义，列宁关于物质的定义，“物质是标志客观物质是标志客观实的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉实的哲学范畴，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。我们的感觉所复写、摄影、反映。”它揭示了物质的根本性是客观实在性。它揭示了物质的根本性是客观实在性。爱因斯坦：爱因斯坦：“相信有一个

5、离开知觉主体而相信有一个离开知觉主体而独立存在的外在世界，是一切自然科学的基独立存在的外在世界，是一切自然科学的基础。础。”是否承认这一命题是科学上划分实在论和是否承认这一命题是科学上划分实在论和实证论的一个标准。实证论的一个标准。对物质概念的理解过程说明：对物质概念的理解过程说明：1、世界的真正统一性在于它的物质性，、世界的真正统一性在于它的物质性，而这种物质性是由哲学和自然科学长期而这种物质性是由哲学和自然科学长期和持续研究的成果来证明的。和持续研究的成果来证明的。2、科学进步与人们对物质的唯物主义、科学进步与人们对物质的唯物主义理解是互动的。理解是互动的。第二节第二节 自然界的存在图景自

6、然界的存在图景系统性和层次性系统性和层次性（一）（一）自然界的系统性自然界的系统性 自然界的任何物质都是作为系统而存在的。从基本粒子、原子、分子、地球上的宏观物体，到行星、恒星、星系；从生物大分子、细胞、个体、种群、群落，到生态系统，都是各种物质系统。系统系统 是一种联系方式，是是一种联系方式，是由若干具有特定属性的要由若干具有特定属性的要素，相互联系、相互作用素，相互联系、相互作用构成的具有特定功能的有构成的具有特定功能的有机整体。机整体。l L.贝塔朗菲把系统定义为：“处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分的总体”。l 系统构成：要素、结构、环境和功能、系统方式的基本特征、系统方

7、式的基本特征、系统方式的基本特征、系统方式的基本特征、自然界物质系统的类型、自然界物质系统的类型、自然界物质系统的类型、自然界物质系统的类型、系统中整体与部分的关系、系统中整体与部分的关系、系统中整体与部分的关系、系统中整体与部分的关系、系统的稳定性、系统的稳定性、系统的稳定性、系统的稳定性(一一)自然界的系统性自然界的系统性1、系统的基本特征 系统系统是由若干是由若干要素要素组成的组成的 系统的各要素之间存在着特定的关系统的各要素之间存在着特定的关系，形成特定的系，形成特定的结构结构 系统的结构使它成为一个有特定系统的结构使它成为一个有特定功功能能的整体的整体 功能是系统在与外部功能是系统在

8、与外部环境环境的相互作的相互作用中表现出来的用中表现出来的1、系统的基本特征当代有影响的哲学家邦戈指出当代有影响的哲学家邦戈指出：“所有具体事物不是一所有具体事物不是一个系统就是某一个系统的组成部个系统就是某一个系统的组成部分分。”2、自然界系统的类型 从系统与环境的关系分析从系统与环境的关系分析 孤立系统、封闭系统与开放系统孤立系统、封闭系统与开放系统 从人对自然界参与的程度分析从人对自然界参与的程度分析 天然系统、人工系统与复合系统天然系统、人工系统与复合系统 从系统内部要素间相互关系的特点分析从系统内部要素间相互关系的特点分析 线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统 从人对自然的认识程

9、度分析从人对自然的认识程度分析 黑系统、白系统与灰系统黑系统、白系统与灰系统 从系统所处的状态分析从系统所处的状态分析 平衡态系统、近平衡态系统与远离平衡态系统平衡态系统、近平衡态系统与远离平衡态系统3、系统中整体与部分的关系 加和性关系 加和性是指一个复合体能够把原来分离的要素集合、集中起来而建立起来，反之，复合体的特征能够完全分解成各个要素的特征。33、系统中整体与部分的关系系统中整体与部分的关系 非加和性关系非加和性关系非加和性关系非加和性关系 非加和性表征着新属性的出非加和性表征着新属性的出现，表征着系统与其构成部分之间现，表征着系统与其构成部分之间的质的差异。的质的差异。3、系统中整

10、体与部分的关系 非加和性关系非加和性关系 非加和性表征着新属性的出现，表征着系统与其构成部分之间的质的差异。3、系统中整体与部分的关系 相干性关系相干性关系 相干性是指一种耦合关系耦合关系，耦合各方经由物质、能量和信息的交换而彼此约束和选择、协同和放大。涨落涨落涨落涨落 宏观量对于平均值的起伏叫涨落宏观量对于平均值的起伏叫涨落。稳定稳定稳定稳定 对涨落的不变性就是系统的稳定性对涨落的不变性就是系统的稳定性。系统稳定性三种状态系统稳定性三种状态系统稳定性三种状态系统稳定性三种状态4、系统的稳定性（二）自然界的层次、层次结构的基本特点、层次结构的基本特点、自然界的基本层次、自然界的基本层次、层次结

11、构的结合度、层次结构的结合度、层次结构的因果链、层次结构的因果链1、层次结构层次结构的基本特点低层次对高层次具有构成性关系低层次对高层次具有构成性关系 （系统间的纵向关系）（系统间的纵向关系）同一层次之间存在着相干性关系同一层次之间存在着相干性关系 （系统间的横向关系）（系统间的横向关系）2、自然界的基本层次非生命世界物质的基本层次非生命世界物质的基本层次夸克夸克基本粒子基本粒子原子核原子核原子原子分分子子物体物体行星行星恒星恒星星系星系星系团星系团总星系总星系2、自然界的基本层次生命世界物质的基本层次生命世界物质的基本层次蛋白质、核酸细胞组织器官系统生物个体生物种群生物群落生态系统生物圈3、

12、层次结构的结合度结合度层次结构的基本特点决定：随着层次由低向高逐层推进，各个层次中相互结合的程度由大到小逐级递减。相对强度作用力程（米）强相互作用11015电磁相互作用102长长弱相互作用1012 1017引力相互作用1040长长四种相互作用强度力程比较四种相互作用强度力程比较四种相互作用强度力程比较四种相互作用强度力程比较3、层次结构的结合度4、层次结构的因果链 上向因果链上向因果链 低层系统作为原因在高低层系统作为原因在高层系统中引起一定结果，这种关层系统中引起一定结果，这种关系就叫作上向因果链。系就叫作上向因果链。4、层次结构的因果链 下向因果链下向因果链 高层系统作为原因在低层系统高层

13、系统作为原因在低层系统中引起某些结果，这种关系叫下中引起某些结果，这种关系叫下向因果链。向因果链。4、层次结构的因果链层次结构的因果链l 层次结构中的双向因果链既表明了低层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支配调节作用。高层系统对低层系统的支配调节作用。l双向因果链的存在，既是我们用分析双向因果链的存在，既是我们用分析的方法和综合的方法研究事物的客观基础的方法和综合的方法研究事物的客观基础和内在根据，也是我们批判还原主义和特和内在根据，也是我们批判还原主义和特创主义的理论基础。创主义的理论基础。二、自然

14、界形成的动力机二、自然界形成的动力机二、自然界形成的动力机二、自然界形成的动力机制制制制对称性破缺对称性破缺对称性破缺对称性破缺 宇宙图景的演化l一 宇宙图象的历史发展l二 大爆炸学说的提出l1 建立大爆炸学说的依据l2 大爆炸学说的建l3 大爆炸学说的证据l4 存在的问题淮南子淮南子齐俗训齐俗训：往古来今谓之宙，四：往古来今谓之宙，四 方上下谓之宇。方上下谓之宇。张衡张衡灵宪灵宪：宇之表无极，宙之端无穷。：宇之表无极，宙之端无穷。王勃王勃滕王阁序滕王阁序：天高地迥，觉宇宙之：天高地迥，觉宇宙之 无穷；兴尽悲来，识盈虚之有数。无穷；兴尽悲来，识盈虚之有数。古希腊的阿尔基塔：能否伸出手杖。古希腊

15、的阿尔基塔：能否伸出手杖。布鲁诺：手伸出天球外。布鲁诺：手伸出天球外。洛克：手能否伸出身体之外洛克：手能否伸出身体之外。l阿尔基塔为论证毕达哥拉斯学派阿尔基塔为论证毕达哥拉斯学派球状宇宙之外存在无限虚空的观球状宇宙之外存在无限虚空的观点点,提出了一个著名的问题提出了一个著名的问题:“如如果我到达果我到达(宇宙的宇宙的)外边即恒星天外边即恒星天层层,我能还是不能向外伸出我的手我能还是不能向外伸出我的手或手杖或手杖?”l“布尔其奥：布尔其奥：我当然认为人们必须回答如我当然认为人们必须回答如下的问题：假若一个人将他的手伸出天球下的问题：假若一个人将他的手伸出天球之外，那手就会不占据任何位置，也没有之

16、外，那手就会不占据任何位置，也没有处所，结果，它就会不存在。处所，结果，它就会不存在。”洛克（洛克（1632-1704）的问题：）的问题：“我们如果不假设物体是无限的（我想人我们如果不假设物体是无限的（我想人都不会如此说），则我们可以问，上帝如都不会如此说），则我们可以问，上帝如果把人置在有形事物底边缘上，果把人置在有形事物底边缘上，人是否能人是否能够将其手伸在自己底身体之外。够将其手伸在自己底身体之外。l哲学家康德曾写道：哲学家康德曾写道：“有两样有两样东西，我们越是持久和深沉地思东西，我们越是持久和深沉地思考着，就越有新奇和强烈的赞叹考着，就越有新奇和强烈的赞叹与敬畏充溢我们的心灵：这就是

17、与敬畏充溢我们的心灵：这就是我们头顶的星空和我们内心的道我们头顶的星空和我们内心的道德律。德律。”l 白痴的问题白痴的问题“宇宙究竟是无限伸展的呢宇宙究竟是无限伸展的呢?还是还是有限封闭的呢有限封闭的呢?海涅在一首诗中曾提过一个答案海涅在一首诗中曾提过一个答案:一个白痴才期望有一个回答。一个白痴才期望有一个回答。l这是这是1917年年3月月12日爱因斯坦给德西特日爱因斯坦给德西特(W.deSitter)的一封信中的一句话。那一年的一封信中的一句话。那一年,爱因斯坦和爱因斯坦和德西特都正致力于用广义相对论来构造宇宙模型。德西特都正致力于用广义相对论来构造宇宙模型。尽管那是第一次世界大战的动乱年代

18、尽管那是第一次世界大战的动乱年代,但他们却但他们却书信往来频繁书信往来频繁,认真地探索认真地探索杨慎杨慎升奄集升奄集辨天外之说辨天外之说：天有极乎？极之外何物也？天有极乎？极之外何物也？天无极乎？凡有形必有极。天无极乎？凡有形必有极。康德的二律背反：康德的二律背反：正题：世界在时间上有开端，在空正题：世界在时间上有开端，在空 间方面也有界限。间方面也有界限。反题：世界没有开始，在空间方面反题：世界没有开始，在空间方面 也没有界限，它在时间和空间两也没有界限，它在时间和空间两 方面都是无限的。方面都是无限的。宇宙学佯谬宇宙学佯谬l 二律背反（二律背反（antinomies）是）是18世纪德国古典

19、哲世纪德国古典哲学家学家I.康德提出的哲学基本概念。指双方各自依康德提出的哲学基本概念。指双方各自依据普遍承认的原则建立起来的、公认为正确的两据普遍承认的原则建立起来的、公认为正确的两个命题之间的矛盾冲突。个命题之间的矛盾冲突。l康德认为，由于人类理性认识的辩证性力图超康德认为，由于人类理性认识的辩证性力图超越自己的经验界限去认识物自体，误把宇宙理念越自己的经验界限去认识物自体，误把宇宙理念当作认识对象，用说明现象的东西去说明它，这当作认识对象，用说明现象的东西去说明它，这就必然产生二律背反。他在就必然产生二律背反。他在纯粹理性批判纯粹理性批判一一书中列举了书中列举了4组二律背反：组二律背反：

20、ll正题：世界在时间上有开端，在空间上有限；反题正题：世界在时间上有开端，在空间上有限；反题：世界在时间上和空间上无限。世界在时间上和空间上无限。l正题：世界上的一切都是由单一的东西构成的；正题：世界上的一切都是由单一的东西构成的；反题：没有单一的东西，一切都是复合的。反题：没有单一的东西，一切都是复合的。l正题：世界上有出于自由的原因；反题：没有自正题：世界上有出于自由的原因；反题：没有自由由，一切都是依自然法则。，一切都是依自然法则。l正题：在世界原因的系列里有某种必然的存在体；正题：在世界原因的系列里有某种必然的存在体；反题：里边没有必然的东西，在这个系列里，一切都是反题：里边没有必然的

21、东西，在这个系列里，一切都是偶然的。偶然的。l 康德强调，这康德强调，这4组二律背反不是任意捏造组二律背反不是任意捏造的，它建筑在人类理性的本性上，是不可的，它建筑在人类理性的本性上，是不可避免的。康德由此看到了理性认识的辩证避免的。康德由此看到了理性认识的辩证性，看到了哲学史上各对立派别主张的冲性，看到了哲学史上各对立派别主张的冲突，指出独断认识的片面性，为德国唯心突，指出独断认识的片面性，为德国唯心主义的发展奠定了理论基础。主义的发展奠定了理论基础。l同时，康德还认为二律背反的揭露同时，康德还认为二律背反的揭露，是，是从另一个侧面证明他自己哲学的正确性，从另一个侧面证明他自己哲学的正确性，

22、证明人决不可能超越现象去认识物自体。证明人决不可能超越现象去认识物自体。宇宙起源理论的发展线索：宇宙起源理论的发展线索：l牛顿认为：宇宙若是有限的，由于万牛顿认为：宇宙若是有限的，由于万有引力的作用，必然会坍缩，因此宇有引力的作用，必然会坍缩，因此宇宙是无限的。宙是无限的。l光度佯谬：光度佯谬：l1820年，奥尔伯斯（年，奥尔伯斯（Olbers）指出，）指出，如果宇宙是无限的，那么就有无限多如果宇宙是无限的，那么就有无限多的恒星的恒星，宇宙的背景就应该是亮的。l引力佯谬：引力佯谬：l1894年西利格尔（年西利格尔（Seeliger）指出，在）指出，在宇宙空间的每一点，引力势都无限大，宇宙空间的

23、每一点，引力势都无限大，任何物质都受到无限大的力的作用，任何物质都受到无限大的力的作用，因而每个物体都要获得无限大的加速因而每个物体都要获得无限大的加速度和速度。度和速度。宇宙起源理论的发展线索：宇宙起源理论的发展线索：19051905年，爱因斯坦建立相对论年，爱因斯坦建立相对论 19171917年提出静态宇宙模型年提出静态宇宙模型 19271927年，年，勒梅特提出宇宙膨胀假说勒梅特提出宇宙膨胀假说19291929年，哈年，哈勃发现了哈勃定律勃发现了哈勃定律19301930年，爱丁顿把年，爱丁顿把哈勃定律与宇宙膨胀假说联系起来哈勃定律与宇宙膨胀假说联系起来19321932年，勒梅特提出年，勒

24、梅特提出“原初原子原初原子”新新概念概念19481948年，伽莫夫提出大爆炸宇宙年，伽莫夫提出大爆炸宇宙论论以后又提出暴胀宇宙论。以后又提出暴胀宇宙论。19171917年，爱因斯坦建立年，爱因斯坦建立“有限无有限无界界”宇宙模型。为保持宇宙的稳宇宙模型。为保持宇宙的稳定，引入一个定，引入一个“宇宙项宇宙项”，以其，以其所具有的斥力与引力相平衡。这所具有的斥力与引力相平衡。这是一个静态的宇宙模型。是一个静态的宇宙模型。19221922年，弗里德曼得出了非静态的宇年，弗里德曼得出了非静态的宇宙模型宙模型。河外星系的谱线红移：河外星系中的恒星的光谱与银河系一样具有吸收的特征线族，但这些线族都向光谱的

25、红端移动。多普勒效应：声源迎面而来，声音的频率变高，声源远离时，声音的频率变低。用多普勒效应解释红移，表明河外星系退行。哈勃定律：V=DH星系退行的速度与距离成正比。哈勃哈勃(Hubble,EdwinPowell)(1889-1953)，美國天文學美國天文學家。他對星系、宇宙膨脹和宇宙的大小的研究貢獻良家。他對星系、宇宙膨脹和宇宙的大小的研究貢獻良多。他發現漩渦狀的星雲其實是好像我們銀河系般的多。他發現漩渦狀的星雲其實是好像我們銀河系般的星系。他又確認出仙女座大星系星系。他又確認出仙女座大星系(AndromedaGalaxy)中的造父變星，證明河外星系的存在，並把它們分類，中的造父變星，證明河

26、外星系的存在，並把它們分類，同時又發現星系光譜中的紅移現象，證明星系間正互同時又發現星系光譜中的紅移現象，證明星系間正互相遠離，這發現給予相遠離，這發現給予宇宙膨脹宇宙膨脹理論極大的支持。理論極大的支持。1927年，勒梅特提出膨胀宇宙模型1948年，伽莫夫提出宇宙大爆炸假说将元素的生成与宇宙的诞生联系在一起。从102秒起描述，爆炸后3分钟，质子与电子结合成氢。20世纪80年代，提出暴胀宇宙论，从1046秒开始描述。10亿1个正粒子,10亿个反粒子。英国理论物理学家史蒂芬霍金提出宇宙起源是无中生有。大爆炸加暴胀，称为标准宇宙模型l道生一，一生二，二生三，三生万物。道道生一，一生二，二生三，三生万

27、物。道者，无也。者，无也。老子老子道德经道德经l宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约没有物质和能量。大约150亿年前，在这四亿年前，在这四大皆空的大皆空的“无无”中，一个体积无限小的点中，一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量爆炸了。时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的宇宙的实际年龄为137亿年按大爆炸和暴胀宇宙论的观点，形成后的宇宙经历以下几个演化阶段：1、基本粒子形成阶段2、辐射阶段或核合成阶段3、实物阶段 恒

28、星演化经历四个阶段：引力收缩阶段；主序星阶段；红巨星阶段；脉冲和高密 阶段恒星世界:从年青、炽热到死亡新星和超新星新星和超新星蟹状星云:1054年超新星爆炸遗迹银河系的诞生l科学家宣称精确测定出宇宙膨胀速度科学家宣称精确测定出宇宙膨胀速度l美国女天文学家温迪美国女天文学家温迪弗里德曼领弗里德曼领导的一个国际科研小组最近宣布，他导的一个国际科研小组最近宣布，他们经过们经过11年的艰苦工作，利用哈勃宇年的艰苦工作，利用哈勃宇宙天文望远镜的观察资料，终于精确宙天文望远镜的观察资料，终于精确地测定了宇宙膨胀速度。地测定了宇宙膨胀速度。ll天文学家哈勃发现宇宙在不断地膨胀，从天文学家哈勃发现宇宙在不断地

29、膨胀，从20世世纪纪70年代末期起，天文学家就对此取得了共识，年代末期起，天文学家就对此取得了共识，没有异议，但是科学家一直未能精确测定宇宙的没有异议，但是科学家一直未能精确测定宇宙的膨胀速度膨胀速度(宇宙天文学家假想两个星体距离为宇宙天文学家假想两个星体距离为326万光年，它们之间每秒增大多少公里定为宇宙膨万光年，它们之间每秒增大多少公里定为宇宙膨胀速度胀速度)。过去天文学家只能对宇宙膨胀速度做。过去天文学家只能对宇宙膨胀速度做大致的估计，断定它在大致的估计，断定它在50公里秒和公里秒和100公里公里秒之间，弗里德曼等人测定的新数据为秒之间，弗里德曼等人测定的新数据为72公里公里秒，刚好在它

30、们之间。秒，刚好在它们之间。ll测定宇宙膨胀速度和断定宇宙发生的时测定宇宙膨胀速度和断定宇宙发生的时间，是宇宙天文学的两个重大问题，温迪间，是宇宙天文学的两个重大问题，温迪弗里德曼和其他来自美国、澳大利亚和弗里德曼和其他来自美国、澳大利亚和加拿大的加拿大的15名科学家从名科学家从11年前哈勃宇宙天年前哈勃宇宙天文望远镜升天起，就一直从事他们命名为文望远镜升天起，就一直从事他们命名为“钥匙钥匙”的一项科研计划。的一项科研计划。ll弗里德曼等人是根据观察弗里德曼等人是根据观察18个星系中的个星系中的一些亮度周期变化的星体而得出结果的，一些亮度周期变化的星体而得出结果的，但也因此引起一些科学家的怀疑

31、，例如：但也因此引起一些科学家的怀疑，例如：芝加哥大学的科尔伯就认为，目前科学家芝加哥大学的科尔伯就认为，目前科学家对这些亮度周期变化的星体还没有足够的对这些亮度周期变化的星体还没有足够的完整了解，因此弗里德曼完整了解，因此弗里德曼等人的结果可能含有系统测量误差。(福清)宇宙起源于一次巨大的爆宇宙起源于一次巨大的爆炸，此后不仅连续膨胀，而且炸，此后不仅连续膨胀，而且温度也在由热到冷地逐步降低。温度也在由热到冷地逐步降低。在宇宙早期，不仅密度很高，在宇宙早期，不仅密度很高，而且温度也很高，所有的天体而且温度也很高，所有的天体以及化学元素都是在膨胀过程以及化学元素都是在膨胀过程中逐步生成的。中逐步

32、生成的。热大爆炸宇宙模型热大爆炸宇宙模型l1氦丰度氦丰度l宇宙中各星体的氦含量大约为宇宙中各星体的氦含量大约为30%l2宇宙的年龄宇宙的年龄l大爆炸宇宙论与哈勃定律推得宇宙年大爆炸宇宙论与哈勃定律推得宇宙年龄为龄为100亿年亿年200亿年。亿年。l33K微波背景辐射微波背景辐射l1964年，彭齐亚斯，威尔逊年，彭齐亚斯，威尔逊在实验室在实验室中发现并测定宇宙背景辐射，温度大中发现并测定宇宙背景辐射，温度大约为约为2.7k。l宇宙微波背景辐射的发现宇宙微波背景辐射的发现l1964年，美国贝尔电话公司在新泽西州安年，美国贝尔电话公司在新泽西州安装一架人造卫星天线。装一架人造卫星天线。l射电天文学家

33、彭齐亚斯和威尔逊发现射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现“噪噪声声”，证明是，证明是3k左右微波背景辐射。与大左右微波背景辐射。与大爆炸宇宙学的预言完全符合，爆炸宇宙学的预言完全符合，1978年获诺年获诺贝尔奖。贝尔奖。大爆炸学说遇到的问题大爆炸学说遇到的问题l 1 1 出现谱线蓝移现象出现谱线蓝移现象l 2 2 有反物质、暗物质存在有反物质、暗物质存在l19371937年年 狄拉克提出大数假说，狄拉克提出大数假说，“自自然界中出现的没有量纲的非常大的数然界中出现的没有量纲的非常大的数是彼此相关的。是彼此相关的。”l19611961年年 迪克提出人择原理迪克提出人择原理l1937年，英国著名物理学

34、家狄拉克曾比较一年，英国著名物理学家狄拉克曾比较一些基本的自然常数，提出了大数假说，由此断定些基本的自然常数，提出了大数假说，由此断定宇宙是一个和谐的系统。简单的说，由有量纲常宇宙是一个和谐的系统。简单的说，由有量纲常数（光速数（光速C，普朗克常数，普朗克常数h，电子电荷，电子电荷e，原子质，原子质量量Mp，电子质量，电子质量Me，牛顿引力常数，牛顿引力常数G，哈勃常，哈勃常数数H）通过组合得到的比值，即无量纲常数往往）通过组合得到的比值，即无量纲常数往往表现出（表现出（1039）a这个极大的数。（这个极大的数。（l其中其中a=1或或2）。由此，狄拉克断定，自然界中）。由此，狄拉克断定，自然界

35、中出现的没有量纲的这个非常大的数是彼此相关的，出现的没有量纲的这个非常大的数是彼此相关的，这个数连接了宏观与微观两个世界的本质，他将这个数连接了宏观与微观两个世界的本质，他将这个原理称作大数假设。这个原理称作大数假设。l1光穿过一个原子所需的时间与宇宙的光穿过一个原子所需的时间与宇宙的年龄相比可以得到比值年龄相比可以得到比值7（1039）l2宇宙中的总质量与质子质量的比值是宇宙中的总质量与质子质量的比值是1.2（1039）2l3以原子尺度与可观测宇宙半径的比值以原子尺度与可观测宇宙半径的比值也是也是（1039）l 狄拉克的狄拉克的 大数假大数假说 认为一些一些 大数大数 之之间存在着数量存在着

36、数量级大致相等的关系大致相等的关系,而迪克的而迪克的 人人择原理原理 则认为这种相等是基于我种相等是基于我们现在的宇宙正在的宇宙正处于适于人于适于人类生存的生存的这个个阶段段的的缘故故.它它们包含着某种人包含着某种人类与宇宙相与宇宙相统一一的思想的思想.l宇宙微波背景辐射的发现宇宙微波背景辐射的发现l1964年，美国贝尔电话公司在新泽西州安装年，美国贝尔电话公司在新泽西州安装一架人造卫星天线。一架人造卫星天线。l射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现射电天文学家彭齐亚斯和威尔逊发现“噪声噪声”，证明是，证明是3k左右微波背景辐射。与大爆炸左右微波背景辐射。与大爆炸宇宙学的预言完全符合，宇宙学的预言完

37、全符合，1978年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。暴胀宇宙论暴胀宇宙论l 暴胀宇宙论是一种关于宇宙形成的理论。暴胀宇宙论是一种关于宇宙形成的理论。l 按按暴暴胀胀宇宇宙宙论论的的观观点点，在在宇宇宙宙演演化化的的极极早早期期（宇宇宙宙年年龄龄处处于于101035 35 秒秒的的瞬瞬间间），宇宇宙宙经经历历了了按按指指数数规规律律急急剧剧膨膨胀胀的的阶阶段段暴暴胀胀阶阶段段，这这个个阶阶段段持持续续了了大大约约101032 32 秒秒，宇宇宙宙增增大大了了约约101050 50 倍倍。在在暴暴胀胀阶阶段段结结束束时时，产产生生了了象象夸夸克克、轻轻子子和和玻玻色色子子之之类类的的最最基基础础的的基基本

38、本粒粒子子。宇宇宙宙增增大大101050 50 倍倍和和大大量量基基本本粒粒子子的的产产生生标标志志着着宇宇宙宙的形成。的形成。宇宙的原始状态是完全对称的宇宙的原始状态是完全对称的 在宇宙大爆炸后一瞬间，例如，在大爆炸在宇宙大爆炸后一瞬间，例如，在大爆炸后还不到后还不到1010-44-44秒的时间里，宇宙所有的物质秒的时间里，宇宙所有的物质都集中在一个极小的区域中，密度异常地大都集中在一个极小的区域中，密度异常地大（10109494克克/厘米厘米3 3），温度难于想象地高（），温度难于想象地高（10103232K K以上）。那时的自然界处于一种极为简单、以上）。那时的自然界处于一种极为简单、极

39、为统一和极为对称的状态之中。可以想象，极为统一和极为对称的状态之中。可以想象，在宇宙大爆炸之前，空间不分上下、前后和在宇宙大爆炸之前，空间不分上下、前后和左右，时间不分过去、现在和未来，物质不左右，时间不分过去、现在和未来，物质不分正负粒子和场，是完全对称的。分正负粒子和场，是完全对称的。诞生的宇宙：大爆炸诞生的宇宙：大爆炸自然界的复杂性和层次性结构来自然界的复杂性和层次性结构来源于对称性的破缺源于对称性的破缺 宇宇宙宙膨膨胀胀本本身身是是一一个个不不可可逆逆转转的的过过程程，它它本本身身就就是是时时间间对对称称性性的的破破缺缺，也也就就是是说说，是是区区别别过过去去、现现在在和和将将来来的的

40、过过程程。没没有有这这种种对对称称性性的的破破缺缺，就就没没有有宇宇宙宙的的膨膨胀胀与演化与演化。三、自然界形成的过程三、自然界形成的过程宏观宏观和微观协同进化和微观协同进化 自然界的演化存在着两大序列：自然界的演化存在着两大序列：第一是宏观演化序列，包括宇观第一是宏观演化序列，包括宇观进化链和生态进化链；进化链和生态进化链；第二是微观演化序列，包括物理第二是微观演化序列，包括物理进化、化学进化和生物进化进化、化学进化和生物进化链。链。空空间间时间时间奇奇点点超星系团星系团星系星团恒星行星行星大气生物圈系统异氧生态系统有分工的生物社会种群人类社会光子轻子重子轻核轻原子重原子分子原核生物真核生物

41、多细胞有机体复杂动物对称性破缺生态进化链宇观进化链宏观进化链生物进化链化学物理进化链微观进化链系统的进化具有两个特点系统的进化具有两个特点 1.1.两个演化序列之间密切联两个演化序列之间密切联系、相互依赖、相互对应。系、相互依赖、相互对应。2.2.宏观演化序列和微观演化宏观演化序列和微观演化序列是交替地占据着主导地序列是交替地占据着主导地位的。位的。演化过程演化过程在在宇宇宙宙演演化化的的最最初初几几分分钟钟，微微观观演演化化占占据据着着主导地位。主导地位。在在此此后后的的五五十十亿亿年年内内，微微观观演演化化停停滞滞，进进展展不不大大，而而宏宏观观演演化化占占据据主主导地位。导地位。宇宇宙宙

42、开开端端5050亿亿年年后后，恒恒星星内内部部的的演演化化开开始始，微微观观演演化化又又占占据据了了主主导导地位。地位。空空间间时间时间奇奇点点超星系团星系团星系星团恒星行星行星大气生物圈系统异氧生态系统有分工的生物社会种群人类社会光子轻子重子轻核轻原子重原子分子原核生物真核生物多细胞有机体复杂动物对称性破缺生态进化链宇观进化链宏观进化链生物进化链化学物理进化链微观进化链演化过程演化过程恒恒星星演演化化进进行行到到一一定定阶阶段段，各各种种元元素素在在恒恒星星中中合合成成，并并被被恒恒星星抛抛射射到到太太空空中中，这这时时微微观观演演化化停停滞滞，宏宏观观演化开始。演化开始。地地球球形形成成早

43、早期期，微微观观演演化化占占据据主主导导地地位位，形形成成具具有有各各种种无无机机小小分子的原始大气。分子的原始大气。空空间间时间时间奇奇点点超星系团星系团星系星团恒星行星行星大气生物圈系统异氧生态系统有分工的生物社会种群人类社会光子轻子重子轻核轻原子重原子分子原核生物真核生物多细胞有机体复杂动物对称性破缺生态进化链宇观进化链宏观进化链生物进化链化学物理进化链微观进化链演化过程演化过程在在此此后后的的2020亿亿年年内内，生生物物的的微微观观进进化化近近乎乎完完全全停停止止。宏宏观观演演化化又占据了主导地位。又占据了主导地位。此此后后，停停滞滞了了2020亿亿年年的的生生物物微微观观进进化化又

44、又开开始始了了，在在以以后后的的1515亿亿年年里里，从从原原始始细细胞胞一一直进化到人。直进化到人。空空间间时间时间奇奇点点超星系团星系团星系星团恒星行星行星大气生物圈系统异氧生态系统有分工的生物社会种群人类社会光子轻子重子轻核轻原子重原子分子原核生物真核生物多细胞有机体复杂动物对称性破缺生态进化链宇观进化链宏观进化链生物进化链化学物理进化链微观进化链1、恒星的起源与演化2、地球的起源与演化3、生命的起源和进化4、人类的起源与发展自然界形成的过程自然界形成的过程四、自然界演化发展的方向四、自然界演化发展的方向（一）可逆与不可逆（一）可逆与不可逆、可逆与不可逆、可逆与不可逆、可逆与不可逆、可逆

45、与不可逆、不可逆在演化中的作用、不可逆在演化中的作用、不可逆在演化中的作用、不可逆在演化中的作用时间之矢时间之矢人们关于时间的观念经历了几次重大的人们关于时间的观念经历了几次重大的变革。变革。2020世纪前，人们相信经典物理学的时间世纪前，人们相信经典物理学的时间概念，时间与物质运动的性质没有内概念，时间与物质运动的性质没有内在联系，时间仅仅是从外部描述运动在联系，时间仅仅是从外部描述运动的任何一个几何参量，与参考系无关。的任何一个几何参量，与参考系无关。时间是对称的，它没有方向，没有箭时间是对称的，它没有方向，没有箭头，可正可负，未来与过去等价。头，可正可负，未来与过去等价。l两大矛盾：l1

46、、牛顿力学中没有体现历史性。l2、达尔文进化论与牛顿力学矛盾。2020世纪初，相对论彻底否定了牛顿的绝世纪初，相对论彻底否定了牛顿的绝对时空观。爱因斯坦指出，时间和空对时空观。爱因斯坦指出，时间和空间都是相对的，时间和空间并非与物间都是相对的，时间和空间并非与物质及其运动无关，时间和空间随着物质及其运动无关，时间和空间随着物体运动速度的变化而变化，时间不再体运动速度的变化而变化，时间不再是系统演化的外部因素，而是内部因是系统演化的外部因素，而是内部因素。但是爱因斯坦仍然认为时间时可素。但是爱因斯坦仍然认为时间时可逆的，它没有方向，没有箭头。逆的，它没有方向，没有箭头。2020世纪世纪7070年

47、代，英国宇宙学家霍金试图年代，英国宇宙学家霍金试图统一引力理论和量子力学时，引入了统一引力理论和量子力学时，引入了“虚时间虚时间”的概念，虚时间是时间乘的概念，虚时间是时间乘以负一的平方根。时间类似于一个空以负一的平方根。时间类似于一个空间维，而不仅仅是实时间。间维，而不仅仅是实时间。“虚时间虚时间和空间的方向是不能互相分辨的。一和空间的方向是不能互相分辨的。一人能在虚时间中向前走，也能转身向人能在虚时间中向前走，也能转身向后走，这意味着在虚时间向前和向后后走，这意味着在虚时间向前和向后的方向上不能有重要的不同。的方向上不能有重要的不同。”但是人们看到的时间，向前向后有很大不同，自然界中的实际

48、发生的过程都是不可逆的，有时间箭头。不可逆过程是无条件的、绝对的。至少有以下几种时间之矢1、热力学、统计物理学的时间之矢：熵增加的方向。2、生物学的时间之矢：生物进化的、生物学的时间之矢：生物进化的时间方向。由低级向高级、由简时间方向。由低级向高级、由简单到复杂的进化图景。这是一个单到复杂的进化图景。这是一个复杂性不断增加的不可逆过程，复杂性不断增加的不可逆过程，与热力学演化的时间箭头相反。与热力学演化的时间箭头相反。3、电磁学的时间之矢：以电磁振荡所产生的电磁、电磁学的时间之矢：以电磁振荡所产生的电磁波的传播方向来表征时间的单方向性。实验表明，波的传播方向来表征时间的单方向性。实验表明，点源

49、辐射球状电磁波只能向无限远传去，称为点源辐射球状电磁波只能向无限远传去，称为“推迟波推迟波”。4、量子力学的时间之矢：原子的自发辐射的时间、量子力学的时间之矢：原子的自发辐射的时间方向。原子内部，电子从高激发能级自发跃迁到方向。原子内部，电子从高激发能级自发跃迁到低能级，而不能自发从低能级跃迁到高能级，除低能级，而不能自发从低能级跃迁到高能级，除非从外界吸收能量，这是不可逆过程。非从外界吸收能量，这是不可逆过程。45、宇宙学的时间之矢：即自大爆炸起、宇宙学的时间之矢：即自大爆炸起的宇宙不断膨胀的方向。反映宇宙起的宇宙不断膨胀的方向。反映宇宙起源与大爆炸的宇宙学是有时间方向性源与大爆炸的宇宙学是

50、有时间方向性的。的。美国天文学家累泽尔等人认为，以宇美国天文学家累泽尔等人认为，以宇宙膨胀的的运动方向作为时间箭头应宙膨胀的的运动方向作为时间箭头应该是更普遍的。该是更普遍的。（二）自演界演化方向中的进化自演界演化方向中的进化和退化和退化l1、进化和退化、进化和退化l进化：是事物的从简单到复杂、由无序到进化：是事物的从简单到复杂、由无序到有序、由低级到高级不断上升、进步、发有序、由低级到高级不断上升、进步、发展的趋势。展的趋势。l退化：事物由复杂到简单，由有序到无序、退化：事物由复杂到简单，由有序到无序、由高级到低级不断下降、退化、衰败的趋由高级到低级不断下降、退化、衰败的趋势。势。进化和退化