自然辯證法自然界的演化發(fā)展

自然界的演化發(fā)展谷曉蕓1目前一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)自然界的演化過程自然界不僅是存在著，而且是生成著并消逝著。自然界是由一系列轉(zhuǎn)化過程構(gòu)成的“過程的集合體”，一切事物都有其產(chǎn)生發(fā)展滅亡的過程。這里以下面幾個為例來說明一、宇宙的起源與演化二、恒星的起源與演化三、生命的起源與進(jìn)化四、人類的產(chǎn)生與發(fā)展2目前二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)一、宇宙的起源與演化現(xiàn)代宇宙學(xué)是以廣義相對論為基礎(chǔ)的理論，以哈勃定律為觀測依據(jù)，并在宇宙學(xué)原理的假設(shè)下，研究宇宙整體的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和演化規(guī)律的一門學(xué)科?，F(xiàn)代宇宙學(xué)關(guān)于宇宙的模型較多，如愛因斯坦靜態(tài)有限無邊宇宙模型弗里德曼膨脹宇宙模型恒穩(wěn)態(tài)宇宙模型大爆炸宇宙模型大爆炸宇宙模型為大多數(shù)科學(xué)家所接受，通常稱為“標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型”。這里著重講這個模型3目前三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)愛因斯坦靜態(tài)有限無邊的宇宙模型（1917）這是歷史上第一個關(guān)于宇宙運(yùn)動自洽而統(tǒng)一的動力學(xué)模型。由于當(dāng)時尚未發(fā)現(xiàn)河外星系普遍退行現(xiàn)象，愛因斯坦相信宇宙在大尺度上的特征是不應(yīng)該隨時間而變化的。1929年哈勃紅移發(fā)現(xiàn)后，這個模型被拋棄。但這個模型開創(chuàng)了現(xiàn)代宇宙學(xué)研究。4目前四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)弗里德曼膨脹宇宙模型（1922）弗里德曼在解愛因斯坦引力場方程時，得到一個均勻、各向同性的宇宙動態(tài)時空度規(guī)。由此得到宇宙空間隨時間膨脹的觀念，哈勃紅移發(fā)現(xiàn)后，這個模型受到重視。奇點(diǎn)是演化態(tài)宇宙學(xué)的難題。注：哈勃定律：

V0=cZ=H0D其中V0是星系退行速度，c是光速，Z是譜線的移量，D是星系離我們的距離，H0是哈勃常數(shù)。

H0=15（千米/秒）/百萬光年5目前五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)恒穩(wěn)態(tài)宇宙模型1948年英國天文學(xué)家H·邦迪、霍伊爾、戈爾德共同提出。這個模型認(rèn)為宇宙是不斷膨脹的，其密度保持不變，好處在于不存在奇點(diǎn)問題，但困難在于如何說明物質(zhì)從虛空中產(chǎn)生。這個模型已經(jīng)證明是錯誤的。6目前六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)勒梅特的大爆炸假說1927年，比利時天文學(xué)家勒梅特發(fā)表大爆炸(BigBang)理論，認(rèn)為宇宙在此之前是零體積，就是說宇宙內(nèi)任何兩點(diǎn)之間是零距離，物質(zhì)密度是無限大，宇宙在此之前沒有“從前”。突然間，這個零體積的原始原子發(fā)生爆炸(點(diǎn)無大小)，不僅物質(zhì)出現(xiàn)，時間－空間的結(jié)構(gòu)也存在了。勒梅特的假說是大爆炸理論的開始。7目前七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)伽莫夫的大爆炸假說1948年，美國物理學(xué)家伽莫夫等人受奧本海默的核爆炸研究工作的啟發(fā)，把核物理知識與宇宙膨脹理論結(jié)合起來，提出宇宙起源于一個溫度極高（約150億度）、密度極大、由中子組成的"原始火球"的假說，這個假說發(fā)展了勒梅特的大爆炸理論，并說明了化學(xué)元素的起源。伽莫夫8目前八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)伽莫夫的大爆炸假說伽莫夫認(rèn)為：“原始火球”充滿了輻射和基本粒子，后來由于球內(nèi)的基本粒子的相互作用發(fā)生核聚變反應(yīng)，引起了爆炸，并向外膨脹；后來輻射溫度和物質(zhì)密度急速下降，熱核反應(yīng)停止，其間產(chǎn)生了各種元素，這些元素的演變便形成了今天宇宙中的各種物質(zhì)。9目前九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)根據(jù)大爆炸宇宙論，宇宙的演化經(jīng)歷了以下幾個階段：1）、基本粒子形成階段2）、輻射或核合成階段3）、實(shí)物階段從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史：大爆炸宇宙論（big-bangcosmology）：10目前十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)大爆炸開始時150－200億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。大爆炸后10-43秒宇宙從量子背景出現(xiàn)。大爆炸后10-35秒同一場分解為強(qiáng)力、電力、弱力和引力。大爆炸后10-5秒10萬億度（1013K），質(zhì)子和中子形成。大爆炸后0.01秒1000億度（1011K），光子、電子、中微子為主，質(zhì)子中子僅占10億分之一，熱平衡態(tài)，體系急劇膨脹，溫度和密度不斷下降。大爆炸后0.1秒后300億度（3×1010K），中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。11目前十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)大爆炸后1秒后100億度（1010

K），中微子向外逃逸，正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn)，核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。大爆炸后13.8秒后30億度（3×109

K），氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學(xué)元素）形成。大爆炸后35分鐘后3億度（3×108K），核過程停止，尚不能形成中性原子。大爆炸后30萬年后3000度（3×103

K），化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì)，并逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體云塊，直至恒星和恒星系統(tǒng)。12目前十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)大爆炸理論中宇宙的演化歷程13目前十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)大爆炸模型能統(tǒng)一地說明以下幾個觀測事實(shí)：1）河外星系的譜線紅移。觀測到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應(yīng)來解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。2）3K宇宙微波背景輻射。（彭齊斯、威爾遜）

3）氦的豐度。在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以說明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說明這一事實(shí)。4）天體的年齡。大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點(diǎn)。14目前十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)二、恒星的起源與演化根據(jù)彌漫說的理論（星云說），恒星的起源與演化可劃分為引力收縮、主序星、紅巨星、高密恒星等幾個階段。1、引力收縮階段（原恒星）星云物質(zhì)在演化過程中，由于自身的引力而收縮。在收縮過程中內(nèi)部溫度升高，當(dāng)云團(tuán)中心溫度達(dá)到2000K時，中心形成內(nèi)核，來自恒星內(nèi)部的輻射壓將周圍物質(zhì)驅(qū)散，恒星逐漸露出，恒星“嬰兒”——“紅外星”就誕生了。15目前十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)2、主序星階段當(dāng)恒星中心溫度達(dá)到700萬度以上時，開始核聚變反應(yīng)，氫聚變?yōu)楹?，恒星停止收縮，形成了正常的恒星，進(jìn)入了主序星階段。主序星階段占恒星一生壽命的90%，是恒星最穩(wěn)定的階段。質(zhì)量不同的恒星，主序星階段長短不同。質(zhì)量越大壽命越短。太陽約為100億年。3、紅巨星階段隨著核聚變的進(jìn)行，恒星中心的氦核越來越多，氦核周圍的氫越來越少，當(dāng)氦核質(zhì)量占到恒星質(zhì)量的12%時，反應(yīng)便逐漸從中心區(qū)向外停止，從而輻射壓力減少，恒星再次出現(xiàn)“引力坍縮”，釋放出巨大的引力勢能，使中心溫度升高至上億度，引起三個氦核聚變?yōu)橐粋€碳核的新的核反應(yīng)。恒星外層膨脹，體積急劇增大，表面溫度降低，內(nèi)部的引力和斥力又達(dá)到平衡。恒星脫離主序星階段，進(jìn)入了老年期——紅巨星。太陽將在這階段停留約10億年。16目前十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)4、高密恒星階段質(zhì)量小于1.44太陽質(zhì)量的恒星則比較平穩(wěn)地拋出物質(zhì)，形成行星狀星云，中央殘核留有一顆致密天體——白矮星。質(zhì)量1.44<m<3.2太陽質(zhì)量的恒星就可能演化為中子星；更大質(zhì)量的恒星后期要發(fā)生塌縮或大爆發(fā)，中心成為黑洞。17目前十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)18目前十八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)19目前十九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)三、生命的起源與進(jìn)化1、生命的起源生命的起源是通過化學(xué)的途徑實(shí)現(xiàn)的。目前認(rèn)為生命的化學(xué)演化過程大致經(jīng)歷了三個階段：（1）、從無機(jī)分子到有機(jī)小分子地球的原始大氣中含有氨(NH3)、甲烷(CH4)、氰化氫(HCN)、硫化氫(H2S)、二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、水(H2O)等成分，但沒有游離的氧氣。在宇宙射線、太陽紫外線、閃電、高溫等的作用下而自然合成了一系列的小分子有機(jī)化合物，例如氨基酸、核苷酸、嘌呤、嘧啶、單糖、脂肪酸等。20目前二十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)1953年，米勒用水（H2O）、甲烷（CH4）、氨氣（NH3）和氫氣（H2）但是不包括氧氣（O2）共同混合，他假定該混合物的成分類似于原始大氣，然后一起灌入到一個特殊的玻璃裝置中，給瓶內(nèi)混合物加熱，使之不斷沸騰，產(chǎn)生氣體。氣體經(jīng)過一個裝有兩個電極的小室，室內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生火花，猶如大自然的閃電和火山爆發(fā)，然后經(jīng)過冷卻又變成液體回到原處。經(jīng)過一個星期后，米勒使用紙?zhí)咨孀C明了瓶中現(xiàn)在含有幾個氨基酸和一些其它有機(jī)物。21目前二十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)（2）、從有機(jī)小分子到生物大分子當(dāng)氨基酸、核苷酸、單糖、脂肪酸等有機(jī)小分子物質(zhì)形成之后，在適當(dāng)?shù)臈l件下，它們可以進(jìn)一步形成復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。例如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、類脂等大分子物質(zhì)。其中蛋白質(zhì)和核酸的形成對于生命現(xiàn)象具有非常重要的作用。對于它們的形成主要有兩種觀點(diǎn)。

①、陸相起源。他們認(rèn)為聚合反應(yīng)是發(fā)生在火山的局部高溫地區(qū)，聚合生成的生物大分子經(jīng)雨水沖刷匯集到海洋，并在一定的條件作用下，繼續(xù)發(fā)展成為復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)。（如福克斯）

②、海相起源。認(rèn)為在原始的海洋中的氨基酸和核苷酸等小分子有機(jī)物可以被吸附于粘土一類的物質(zhì)的活性表面，而在適當(dāng)縮合劑（如羥胺類化合物）存在時，可以發(fā)生聚合反應(yīng)。（如奧巴林）22目前二十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)（3）、從生物大分子到原始生命體系的誕生生物大分子并不能獨(dú)立表現(xiàn)生命現(xiàn)象，只有形成了眾多的、乃至成百萬的以蛋白質(zhì)、核酸為基礎(chǔ)的多分子體系時，才能表現(xiàn)生命萌芽。而生物大分子在溶液中自動聚集，從而形成各種獨(dú)立的多分子體系，出現(xiàn)團(tuán)聚體或微球體。由于多分子體系可以起到有機(jī)表面的催化作用，而反過來作用于各類單體的聚合，促使產(chǎn)生更高級的蛋白質(zhì)和核酸，然后通過有序性逐漸提高的長期過程，其結(jié)構(gòu)、機(jī)能便愈益復(fù)雜和完善，由此產(chǎn)生出原始生命。這種原始生命是如何形成的，大致有兩種理論：一是奧巴林的團(tuán)聚體假說；另一種是?？怂沟奈⑶蝮w假說。23目前二十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)2、生命的進(jìn)化（1）、從非細(xì)胞形態(tài)到細(xì)胞形態(tài)的進(jìn)化①、由原始生命到原始細(xì)胞②、由原始細(xì)胞到原核細(xì)胞③、由原核細(xì)胞到真核細(xì)胞24目前二十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)（2）、從低等生物到高等生物的進(jìn)化真核細(xì)胞產(chǎn)生后，生物界分化為兩大支，出現(xiàn)了原始的單細(xì)胞植物和動物。①、植物界的進(jìn)化菌藻植物苔蘚植物和蕨類植物裸子植物被子植物(藍(lán)藻是地球上最古老的綠色植物)25目前二十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)②、動物界的進(jìn)化1）、從單細(xì)胞到多細(xì)胞2）、從二胚層到三胚層3）、從無脊椎到有脊椎4）、從水生到陸生無脊椎動物脊椎動物哺乳動物靈長類動物猿猴類動物人類動物進(jìn)化一覽表鳥類起源于恐龍26目前二十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)27目前二十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)四、人類的產(chǎn)生與發(fā)展1、人類的起源人類起源于動物界。大約在2300萬年至1800萬年前。在熱帶雨林地區(qū)和廣闊的草原上，有一種古代靈長類動物──森林古猿活躍在那里，它們是人類最早的祖先。而后來的臘瑪古猿和南方古猿是演化到人類的過渡階段。28目前二十八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)臘瑪古猿：

臘瑪古猿大約生活在1400萬—800萬年前，身高僅1米多一點(diǎn)，體重在15—20公斤左右。

臘瑪古猿的地位：

現(xiàn)代人類

現(xiàn)代猿類

南方古猿

臘瑪古猿

森林古猿

29目前二十九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)南方古猿：南方古猿大約生活在距今500萬—100萬年以前。我們?nèi)祟惥褪怯赡戏焦旁车囊恢а莼鴣淼?。大約200萬—300萬年前，南方古猿的一支脫離了古猿類，朝著人類的方向演化。南方古猿的地位：關(guān)于南方古猿在人科進(jìn)化中扮演的角色,有三種不同的觀點(diǎn)，如下圖所示：30目前三十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)2、人類的發(fā)展可以把史前人類的發(fā)展粗略地分為四個階段：（1）、能人階段約在200萬年前出現(xiàn)在非洲，身高大約150公分左右，以樹上的漿果為食，也會找尋獸尸或捕獵一些小動物。（2）、直立人階段約200萬年（或150萬年）開始到40萬年期間，其身高、體型和現(xiàn)代人差不多。已經(jīng)開始技術(shù)性狩獵，并已經(jīng)知道用火。東非猿人31目前三十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)北京人32目前三十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)（3）、早期智人（古人）階段大約20萬一5萬年前。特征是腦量進(jìn)一步增大，已經(jīng)達(dá)到現(xiàn)代人的水平，腦結(jié)構(gòu)比猿人復(fù)雜得多，其打制的石器也比猿人規(guī)整，有石球和各種尖狀的石器，能人工生火，開始有埋葬的習(xí)俗，已經(jīng)開始穿所謂的衣服，不再是赤身裸體。尼人的葬禮尼安德特人33目前三十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)大荔人（陜西）馬壩人（廣東）34目前三十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)（4）、晚期智人（新人）階段大約開始于5萬年以前，新人在體態(tài)上與現(xiàn)代人幾乎沒有什么區(qū)別，其打制的石器相當(dāng)精致，器形多樣，各種石器在使用上已有分工，并且出現(xiàn)了骨器和角器。新人甚至已會制造裝飾品，進(jìn)行繪畫、雕刻等藝術(shù)活動。此后，人類便進(jìn)入了現(xiàn)代人的發(fā)展階段。克羅馬農(nóng)人35目前三十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)山頂洞人柳江人（廣西）資陽人（四川）36目前三十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)人種的差異:多數(shù)人類學(xué)家現(xiàn)在將全世界人類分作蒙古人種（黃色人種）、歐羅巴人種(白色人種)和尼格魯人種(又稱尼格羅-澳大利亞人種、赤道人種，即黑色人種）三大人種。也有人認(rèn)為應(yīng)當(dāng)分為黃色人種、白色人種、黑色人種、棕色人種（從黑色人種中劃分出來）四大人種。37目前三十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)自然界演化的方向

自然界任何物質(zhì)系統(tǒng)都要經(jīng)歷產(chǎn)生、發(fā)展、衰落、滅亡的歷史過程。所有這些演化均可以歸為兩大類：進(jìn)化與退化。一般認(rèn)為：進(jìn)化對物質(zhì)世界更具有積極意義，而人類最早精確認(rèn)識并深入研究的演化現(xiàn)象卻是退化。38目前三十八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)進(jìn)化與退化退化:是指物質(zhì)系統(tǒng)由有序向無序、由高序向低序的演化過程和趨勢。退化的理論根據(jù)就是熱力學(xué)第二定律。這一定律指出，在一個孤立系統(tǒng)中，任何物理過程或化學(xué)過程總是導(dǎo)致熵的增加，系統(tǒng)最終達(dá)到一個具有極大熵值的平衡態(tài)，而且這種熵增過程是一個不可逆的自發(fā)過程?？梢姡嘶^程就是熵增過程。克勞修斯的熱寂說。39目前三十九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)進(jìn)化與退化進(jìn)化:進(jìn)化是指物質(zhì)系統(tǒng)由無序到有序、由低序到高序的演化過程和趨勢。進(jìn)化的根據(jù)則是生物進(jìn)化論與自組織理論。根據(jù)自組織理論，一個系統(tǒng)具備以下條件就會進(jìn)入有序狀態(tài)。必須是一個開放系統(tǒng)；必須處于遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)；各要素之間存在著非線性的相互作用；漲落和突變是產(chǎn)生有序狀態(tài)的條件。40目前四十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)進(jìn)化與退化的關(guān)系進(jìn)化和退化是自然界中廣為存在的兩種趨勢和過程。當(dāng)代科學(xué)研究表明，進(jìn)化與退化是不可分割、辯證統(tǒng)一的。進(jìn)化與退化相互包含；進(jìn)化與退化互為條件；通過引進(jìn)負(fù)熵和正反饋循環(huán)進(jìn)化與退化依據(jù)一定條件以互相轉(zhuǎn)化。41目前四十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)有序與無序的熵增原理指出世界無序增加的一面；自組織理論指出，物質(zhì)系統(tǒng)除了熵增的一面，同樣也存在熵減的一面。既存在著無序增加的退化，同時也存在著有序增加的進(jìn)化。地球作為一個開放系統(tǒng)，與外界不斷進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，本身也有一定的自凈能力。特別是地球是人類活動的場所，人類可以根據(jù)自己的生存需要有目的地利用和改造自然環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自然、社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，即使按照熵增原理，地球也不會越來越走向無序。42目前四十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)自然界演化的規(guī)律性矛盾是自然界運(yùn)動與演化的根本動力吸引和排斥的矛盾是非生命世界運(yùn)動發(fā)展的動力；生物和環(huán)境的相互作用是生物進(jìn)化的動力。漸變與突變是自然界演化發(fā)展的基本方式自然界運(yùn)動轉(zhuǎn)化的守恒性各種運(yùn)動形式之間的轉(zhuǎn)化；量上的守恒；質(zhì)上的守恒。自然界演化的周期性43目前四十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)結(jié)語有關(guān)研究終將揭示彌散的物質(zhì)和能量重新聚集起來的途徑，從而從根本上揭示自然界的演化不但存在周期性，而且存在無限循環(huán)的可能。如恩格斯指出，當(dāng)自然科學(xué)的發(fā)展水平難以解決這個問題的時候，必須借助哲學(xué)思維的幫助才能使自己的自然觀成為一個和諧的整體。如果我們從質(zhì)的不滅性方面來理解物質(zhì)不滅原理和運(yùn)動不滅原理，自然界的演化圖景就只能是周期性的無限循環(huán)發(fā)展。44目前四十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)1028K10-35s1012K10-6s1011K10-2s1s108K3分鐘以后3×103K100萬年10億年100億年101億年120億年138億年140億年109K4s以后

爆漲

強(qiáng)子時代

輕子時代中子14％質(zhì)子86％遺留大量的中子和質(zhì)子核合成退耦代星系、恒星開始形成銀河系、太陽系形成始生代原生代中生代智人基本粒子形成階段核合成階段

實(shí)物階段溫度∞時間01032K10-43s

奇點(diǎn)真空場●45目前四十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙的未來：宇宙臨界密度的估計值是：ρc

=4.7×10-27㎏/m3若ρ＞ρc；震蕩式或脈動式宇宙。若ρ≤ρc；開放式宇宙…46目前四十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙和天體的起源和演化多普勒效應(yīng)：光源遠(yuǎn)離我們時，光譜線會紅移（波長變長，頻率變小，能量變?。?，反之紫移（波長變短，頻率變大，能量變大）。這一效應(yīng)在天文學(xué)上應(yīng)用很廣泛，是測量天體運(yùn)動速度的手段。47目前四十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙和天體的起源和演化宇宙膨脹1929年，美國天文學(xué)家，埃德溫·哈勃作出了一個具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)，即不管你往哪個方向看，遠(yuǎn)處的星系正急速地遠(yuǎn)離我們而去，宇宙正在不斷膨脹。這意味著，在早先星體相互之間更加靠近。事實(shí)上，似乎在大約100億至200億年之前的某一時刻，它們剛好在同一地方，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)暗示存在一個叫做大爆炸的時刻，當(dāng)時宇宙無限緊密。48目前四十八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙和天體的起源和演化哈勃常數(shù)哈勃通過測量星云的光譜紅移計算它們的速率，并于２０年代末提出了著名的哈勃常數(shù)。哈勃常數(shù)的速率就是星系的速度同距離的比值；星云與地球的距離越遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)離速度越高。隨著對宇宙的探測范圍越來越廣，哈勃獲得了一項更大的發(fā)現(xiàn)：所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去。宇宙在日益膨脹，似乎是在曾經(jīng)是高度集中的基礎(chǔ)上彼此分離而去（膨脹理論）。49目前四十九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙和天體的起源和演化愛因斯坦的遺憾當(dāng)時天文學(xué)家普遍認(rèn)為宇宙是靜止的。因此，當(dāng)愛因斯坦提出廣義相對論假設(shè)的時候，為了回避爭論，他在自己的理論中加進(jìn)了宇宙靜止論，盡管其理論本身也表明宇宙必須是日益膨脹或收縮的。1931年，愛因斯坦在威爾遜山天文臺參觀的時候緊緊握住哈勃的手，承認(rèn)他犯了一生中最大的錯誤。50目前五十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙和天體的起源和演化哈勃的遺憾哈勃在天文學(xué)研究方面取得的巨大成就，使他獲許多榮譽(yù)，甚至連羅馬教皇庇護(hù)12世也對他的成就給予高度評價。哈勃渴望能獲得諾貝爾獎，終因該獎未設(shè)天文學(xué)獎項而未能如愿。在他1953年逝世的時候，諾貝爾評獎委員會正考慮授予他諾貝爾物理學(xué)獎。人們在他逝世以后授予他多種榮譽(yù)，其中包括1990年發(fā)射的以他的名字命名的哈勃大空天文望遠(yuǎn)鏡。51目前五十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)“哈勃”

太空望遠(yuǎn)鏡

哈勃望遠(yuǎn)鏡是有史以來最大、最精確的天文望遠(yuǎn)鏡。它上面的廣角行星相機(jī)可拍攝到幾十到上百個恒星照片，其清晰度是地面天文望遠(yuǎn)鏡的10倍以上，其觀測能力等于從華盛頓看到1.6萬千米外悉尼的一只螢火蟲。哈勃望遠(yuǎn)鏡長13.3米，直徑4.3米，重11.6噸，造價近30億美元，于1990年4月25日由美國航天飛機(jī)送上高590千米的太空軌道。

52目前五十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)伽莫夫的大爆炸假說宇宙微波背景輻射預(yù)言

1948年科學(xué)家伽莫夫在一篇和拉夫·阿爾法合作的論文中作出驚人的預(yù)言，宇宙形成早期階段的輻射迄今還應(yīng)該留在周圍。就是說，我們的宇宙正沐浴在早期高溫宇宙的殘余輻射中，其溫度約為6K。正如一個火爐雖然不再有火了，還可以冒一點(diǎn)熱氣。53目前五十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)伽莫夫的大爆炸假說宇宙微波背景輻射證實(shí)1964年，美國貝爾電話公司的工程師彭齊亞斯和威爾遜，在調(diào)試他們那巨大的喇叭形天線時，出乎意料地接收到一種無線電干擾噪聲，各個方向上信號的強(qiáng)度都一樣，而且歷時數(shù)月而無邊化。難道是儀器本生有毛病嗎？或者是棲息在天線上的鴿子引起的？他們把天線拆開重新組裝，依然接收到那種無法解釋的噪聲。這種噪聲不是來自人造衛(wèi)星，也不可能來自太陽、銀河系或某個河外星系射電源，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動天線時，噪聲強(qiáng)度始終不變。后來，經(jīng)過進(jìn)一步測量和計算。得出輻射溫度是2.7K，一般稱之為3K宇宙微波背景輻射。54目前五十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)伽莫夫的大爆炸假說3K宇宙微波背景輻射發(fā)現(xiàn)的意義因?yàn)榕睚R亞斯和威爾遜等人的觀測竟與理論預(yù)言的溫度如此接近，正是對宇宙大爆炸論的一個非常有力的支持！這是繼1929年哈勃發(fā)現(xiàn)星系譜線紅移后的又一個重大的天文發(fā)現(xiàn)。宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，為觀測宇宙開辟了一個新領(lǐng)域，也為各種宇宙模型提供了一個新的觀測約束，它因此被列為20世紀(jì)60年代天文學(xué)四大發(fā)現(xiàn)之一。彭齊亞斯和威爾遜于1978年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。瑞典科學(xué)院在頒獎決定中指出：這一發(fā)現(xiàn)，使我們能夠獲得很久以前宇宙創(chuàng)生時期所發(fā)生的宇宙過程的信息。55目前五十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)恒星的起源與演化：原始星云→原恒星→恒星引力收縮約1萬度，開始發(fā)光。8×105K，氫燃燒生成氦。8×106K，穩(wěn)定。主序星穩(wěn)定階段，氫燃燒生成氦。紅巨星較重的元素形成。高密恒星白矮星（M＜1.44M⊙）

彌漫狀星云超新星爆炸中子星（1.44M⊙＜M＜3.2M⊙）

黑洞（M＞3.2M⊙）

中子星和白矮星→紅矮星→黑矮星…56目前五十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)

肽鍵氨基酸蛋白質(zhì)的形成：57目前五十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)…DNA的結(jié)構(gòu)：A：腺嘌呤；G：鳥嘌呤；C：胞嘧啶；T：胸腺嘧啶58目前五十八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律能量不能無中生有，也不能無形消失，自然界中能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，總能量不變。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生，第一類永動機(jī)是不能造成的。高溫物體低溫物體Q不會自動發(fā)生高溫物體低溫物體Q會自動發(fā)生59目前五十九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律能量不能無中生有，也不能無形消失，自然界中能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，總能量不變。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生，第一類永動機(jī)是不能造成的。氣體自由膨脹會自動發(fā)生氣體自動收縮不會自動發(fā)生60目前六十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律能量不能無中生有，也不能無形消失，自然界中能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，總能量不變。違背熱力學(xué)第一定律的過程都不可能發(fā)生，第一類永動機(jī)是不能造成的。功轉(zhuǎn)變成熱量會自動發(fā)生熱量自行轉(zhuǎn)變成功不會自動發(fā)生61目前六十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)第一類永動機(jī)魔輪:右側(cè)重垂在重力作用下遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動軸，力矩隨之增大，驅(qū)動魔輪轉(zhuǎn)動，但由于左側(cè)重垂數(shù)量更多，平衡了系統(tǒng)力矩，永動無法實(shí)現(xiàn)。上世紀(jì)20年代德國的一張明信片，拿愛因斯坦開玩笑。62目前六十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)可逆與不可逆過程可逆過程

一個熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達(dá)末態(tài)后，如果還存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原（即系統(tǒng)回到初態(tài)，又同時消除了原過程對外界引起的一切影響），則原過程稱為可逆過程?？赡孢^程是一種理想過程。不可逆過程一個熱力學(xué)系統(tǒng)由某一初態(tài)出發(fā)，經(jīng)過某一過程到達(dá)末態(tài)后，如果不存在另一過程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原過程稱為不可逆過程。自然界的一切過程都是不可逆的。63目前六十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律不可能將熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化，即熱量不會自動地從低溫物體傳到高溫物體。第二類永動機(jī)也是不可造成的。64目前六十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)第二類永動機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩醇傧氲淖詣觽鳠嵫b置卡諾熱機(jī)等價于高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩?5目前六十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義以氣體的自由膨脹為例孤立容器用隔板分成AB兩格，A中四個理想氣體分子，即N=4，微觀上可分，宏觀上不可分。B中真空。取消隔板，氣體自由膨脹，每一個分子有兩種可能的等概率微觀分布狀態(tài)（在A或B），即：n=2四個可區(qū)分的分子出現(xiàn)在A、B兩半的可能分布方式，即系統(tǒng)的微觀分布狀態(tài)總數(shù)目是各分子微觀態(tài)數(shù)目的乘積：即：nN=16具體分析如下表：隔板66目前六十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)分子位置的分布分子數(shù)的分布（微觀態(tài)）（宏觀態(tài)）微觀態(tài)數(shù)目一個宏觀態(tài)對應(yīng)的宏觀態(tài)出現(xiàn)概率ABAB614411/164/164/161/166/16共16

種微觀態(tài)5種宏觀態(tài)67目前六十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義由上分析可知，四個分子全部集中到A或B的概率最小。那么我們可以分如果有1mol分子，那么全部集中于A或B的概率是多少。概率這樣小的事件在宇宙中是事會出現(xiàn)。68目前六十八頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義熱力學(xué)概率一個宏觀態(tài)對應(yīng)的微觀態(tài)數(shù)目稱為該宏觀態(tài)的熱力學(xué)概率Ω。某宏觀態(tài)出現(xiàn)的概率為：

P=Ω/nN氣體自由膨脹的不可逆性，從統(tǒng)計觀點(diǎn)解釋就是一個不受外界影響的理想氣體系統(tǒng)，其內(nèi)部所發(fā)生的過程總是向著P大或是Ω大的方向進(jìn)行69目前六十九頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義一切孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過程，總是由概率?。ò⒂^態(tài)數(shù)目少）的宏觀態(tài)向概率大（包含微觀態(tài)數(shù)目多）的宏觀態(tài)方向進(jìn)行的。70目前七十頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熵熵的微觀表達(dá)式玻耳茲曼公式S=kln

表示系統(tǒng)處于某一宏觀態(tài)的熱力學(xué)概率

S是系統(tǒng)處于該宏觀態(tài)時的熵

k玻耳茲曼常量玻耳茲曼熵公式可以求出系統(tǒng)任一宏觀態(tài)（不管是否是平衡態(tài)）的熵；71目前七十一頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熵熵的宏觀表達(dá)式克勞修斯熵公式熵變計算：關(guān)于熵值ds≥0不可逆過程取“>”可逆過程取“=”克勞修斯熵公式只對系統(tǒng)的平衡態(tài)才有意義；克勞修斯熵是玻耳茲曼熵的最大值。72目前七十二頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)墑增原理熵是反映一個系統(tǒng)宏觀態(tài)所具有的微觀態(tài)數(shù)目，它與熱力學(xué)幾率的對數(shù)成正比，由于熱力學(xué)幾率愈大表示系統(tǒng)處于愈混亂的狀態(tài)，所以熵是系統(tǒng)無序的量度。孤立系統(tǒng)與外界無物質(zhì)和能量交換，因而，系統(tǒng)從一個平衡態(tài)經(jīng)一絕熱過程到達(dá)另一平衡態(tài)，它的熵永不減少。如果過程是可逆的，則熵的數(shù)值不變；如果過程是不可逆的，則熵的數(shù)值增加。73目前七十三頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)宇宙熱寂說1867年，克勞修斯《關(guān)于熱力學(xué)第二定律》一文把熵增原理推廣到整個宇宙，指出整個宇宙中的熱運(yùn)動，必然遵循熵增原理，宇宙中的熵總是只增不減，隨著時間的推移，總有一天會達(dá)到最大值，到那時，宇宙中的一切變化都不會發(fā)生，就會進(jìn)入一個死寂的永恒狀態(tài)。此即所謂的宇宙熱寂說。74目前七十四頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熵的哲學(xué)理解熵的增加是能量退化的量度退化的能量是與熵成正比的；熱源溫度愈高它所輸出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臐摿陀螅摧^高溫度的熱能有較高的品質(zhì)。當(dāng)熱量從高溫?zé)嵩床豢赡娴膫鞯降蜏責(zé)嵩磿r，盡管能量在數(shù)量上守恒，但能量品質(zhì)降低。一切不可逆過程實(shí)際上都是能量品質(zhì)降低的過程，熱力學(xué)第二定律提供了估計能量品質(zhì)的方法。自然界的實(shí)際過程都是不可逆過程，即熵增加的過程，大量能源的使用加速了這一過程。而熵的增加導(dǎo)致了世界混亂度的增加。每利用一份能量，就會得到一定的懲罰——把一部分本來可以利用的能量變?yōu)橥嘶哪芰浚豢梢宰C明：退化的能量實(shí)際上就是環(huán)境污染的代名詞。節(jié)約能源就是保護(hù)環(huán)境。而保護(hù)環(huán)境就是保護(hù)人類的生存條件，非同小可。75目前七十五頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熵的哲學(xué)理解熵是事物無序度的量度熵與微觀狀態(tài)的對數(shù)成正比的，微觀狀態(tài)數(shù)越大，混亂度就越大。相反熵減小則有序度增加。以一個N個分子的物質(zhì)系統(tǒng)為例：讓其冷卻，放出熱量，先是碰撞次數(shù)減少，引起混亂的平均速率減小。繼而變?yōu)橐后w時這時分子以振動為主，平動為輔，位置相對固定，有序度增加，溫度再降低時，分子在平衡位置附近振動更加序。事實(shí)上平衡態(tài)是最無序。76目前七十六頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)熵與耗散結(jié)構(gòu)無機(jī)界、無生命的世界總是從有序向無序變化，但生命現(xiàn)象卻越來越有序，生物由低級向高級發(fā)展、進(jìn)化。以致出現(xiàn)人類這樣高度有序的生物。意大利科學(xué)家普里高津提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，解釋了這個問題。原來生命是一開放系統(tǒng)。其熵變由兩部分組成，開放系統(tǒng)---與外界有物質(zhì)和能量的交換的系統(tǒng)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熵，總為正值。與外界交換的熵流，其值可正可負(fù)。當(dāng)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)時系統(tǒng)不斷消耗能源與物質(zhì)，從熵流中獲取負(fù)熵，從而使系統(tǒng)在較高層次保持有序。薛定諤指出來的：“生命之所以免于死亡，其主要原因就在于他能不斷地獲得負(fù)熵”。77目前七十七頁\總數(shù)八十四頁\編于十八點(diǎn)自組織理論統(tǒng)科學(xué)理論包括“老三論”：信息論、系統(tǒng)論、控制論；“新三論”：耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、突變論；自組織理論：20世紀(jì)70年代以后興起，研究自然物質(zhì)系統(tǒng)演化過程中普遍存在的無序狀態(tài)和有序狀態(tài)相互轉(zhuǎn)化的機(jī)制和條件問題。研究一個混亂無序的系統(tǒng)，在什么條件下，通過什么樣的方式