第1章-自然的演化

第一章

自然的演化董傳升本章重點1、自然界以系統(tǒng)方式存在,自然系統(tǒng)具有層次結構。2、自然演化是不可逆的，進化與退化存在辯證聯(lián)系，自然演化具有自組織機制。3、人與自然具有對象性關系，必須關注自然的人化帶來的當代社會全球性生態(tài)危機。一、自然的物質性1、自然界的物質形態(tài)物質，是指獨立在人的意識之外，又可以為人的意識所反映的客觀實在。

自然界的物質形態(tài)可以劃分為生命物質與非生命物質兩大類。非生命物質的最簡單形態(tài)是基本粒子和構成宇宙介質的各種物質場——引力場、電磁場、介子場等

第一節(jié)

自然存在觀2.自然界物質形態(tài)的分類固態(tài)氣態(tài)液態(tài)等離子態(tài)超密態(tài)真空態(tài)反物質態(tài)暗物質態(tài)處于極高壓力下具有極高密度的物質。致密星中的物質即處于高密高壓狀態(tài)。白矮星物質的典型密度約為5噸/立方厘米。中子星物質的密度約為10億噸/立方厘米。超密態(tài)反物質態(tài)反物質是由反粒子構成的。例如一顆反質子和一顆反電子〈正電子〉能形成一個反氫原子。物質與反物質的結合，會導致兩者湮滅，且因而釋放出高能光子（伽瑪射線）或是其他能量較低的正反粒子對。反物質無法在自然界找，因此明顯的正反物質不對稱性成了物理的最大難題之一。暗物質態(tài)二、自然界的系統(tǒng)性1、何謂“系統(tǒng)”?美籍奧地利生物學家貝塔朗菲(Bertalanffy)將“系統(tǒng)”定義為“處于一定的相互關系中并與環(huán)境發(fā)生關系的各組成部分的總體”。錢學森則將“系統(tǒng)”表述為“由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體”。二、自然界的系統(tǒng)性系統(tǒng)概念的四個要點：其一，任何一個系統(tǒng)必須有兩個或兩個以上的要素構成；其二，“系統(tǒng)”在于“系”，即系統(tǒng)內諸要素之間、系統(tǒng)要素與系統(tǒng)整體之間的相互聯(lián)系、相互作用，形成了特定的結構；其三，“系統(tǒng)”還在于“統(tǒng)”，即要素彼此之間聯(lián)系成為一個統(tǒng)一的有機整體，其四，系統(tǒng)作為一個整體對環(huán)境表現出特定的功能。

2.系統(tǒng)的基本類型孤立系統(tǒng)，是與其環(huán)境隔絕的系統(tǒng)，亦即與其環(huán)境之間沒有物質、能量、信息交換的系統(tǒng)。

封閉系統(tǒng)，是與外界環(huán)境沒有物質交換但有能量交換的系統(tǒng)

開放系統(tǒng)，是與外界環(huán)境自由地進行物質、能量和信息交換的系統(tǒng)。每一種生物本質上都是開放系統(tǒng)。地球：一個完美的系統(tǒng)依據：物質信息能量與外界交換2.系統(tǒng)的基本類型熱力學平衡態(tài)是系統(tǒng)能量和物質流已經消除了溫度的差別和濃度的差別，系統(tǒng)的元素處于隨機的混亂無序狀態(tài)，而系統(tǒng)本身是均勻的，在動力學上是惰性的；近平衡態(tài)是一種線性非平衡態(tài)，溫度和濃度有微小的差別，只要使它保持在非平衡狀態(tài)的那些約束條件一取消，這種系統(tǒng)就立即趨向平衡，在遠離平衡態(tài)中，系統(tǒng)處于非線性的非平衡態(tài)，它可能放大某些漲落，自發(fā)形成新的有序結構——“耗散結構”。依據：系統(tǒng)所處狀態(tài)（自然界開放系統(tǒng)類型）3、自然系統(tǒng)的基本屬性整體性：系統(tǒng)的整體性是指由若干要素組成的系統(tǒng)存在加和性與非加和性兩種關系。開放性：系統(tǒng)的開放性是指，系統(tǒng)具有與外部環(huán)境不斷進行物質、能量、信息交換的性質和功能。

負熵與正熵：系統(tǒng)的開放需要把握開放度問題。開放度為“零”，系統(tǒng)封閉，就不可能發(fā)展；開放度為“1”，系統(tǒng)與環(huán)境沒有邊界，融為一體，系統(tǒng)自身就沒有了存在可言。3、自然系統(tǒng)的基本屬性層次性：系統(tǒng)均服從“層次越高，結合度越弱”的結合度遞減規(guī)律。結合度是指系統(tǒng)內部要素之間結合的牢固程度，通?？梢杂靡亻g的結合力或使該系統(tǒng)解體所需的結合能來衡量。

上層系統(tǒng)與下層系統(tǒng)之間以雙向因果鏈的方式相互作用。下層系統(tǒng)就是上層系統(tǒng)的結構基礎，而上層系統(tǒng)則是下層系統(tǒng)的環(huán)境。動態(tài)性：（1）任何系統(tǒng)都普遍存在著漲落現象。所謂漲落，就是刻畫系統(tǒng)整體狀態(tài)的宏觀瞬時值對平均值的起伏。（2）系統(tǒng)客觀上存在著新舊結構更替的可能。

三、自然界的層次結構低級高級自然界的層次結構三、自然界的層次結構低級高級層次結構基本特征縱向等級構成性橫向多元相干性間斷性與連續(xù)性分層遞階秩序的穩(wěn)定性程度是由結合能的大小決定一、自然界演化的圖景第二節(jié)

自然演化觀四大起源：宇宙起源地球起源生命起源人類起源宇宙的起源和演化150億年基本粒子核合成1秒-1萬年實物階段穩(wěn)定原子原子星系恒星引力收縮主序星紅巨星脈沖星高密階段地球的起源和演化地球的形成（50億年）地球的起源和演化生命的起源和進化生命的起源和進化人類的起源和進化二、自然界演化的方向二、自然界演化的方向進化由無序到有序、由簡單到復雜、從低級到高級不斷上升的發(fā)展方向。退化由有序到無序、由復雜到簡單、從高級到低級不斷退步的下降方向。演化方向的一般特點間斷性穩(wěn)定性重建自發(fā)性三、自然演化的規(guī)律演化的不可逆性三種時間觀：牛頓不變時間觀、熱力學退化時間觀、達爾文進化時間觀兩種沖突：可逆與不可逆沖突、進化與退化沖突演化的周期性普遍性開放性：質的多樣性、長短多樣性、環(huán)節(jié)與階段多樣性開放性演化發(fā)展的動力非生命界：吸引與排斥矛盾生物進化：生物與環(huán)境的相互作用三、自然演化的規(guī)律進化與退化的沖突熱力學第二定律：演化向下——無序和隨機（宇宙熱寂說）進化論：演化向上——有序和系統(tǒng)自然演化的自組織機制四、自然界演化的自組織機制理論耗散結構理論是研究不同事物共同特征及其協(xié)同機理的新興學科，是近十幾年來獲得發(fā)展并被廣泛應用的綜合性學科。它著重探討各種系統(tǒng)從無序變?yōu)橛行驎r的相似性。協(xié)同學突變論是強調變化過程的間斷或突然轉換的意思。突變論的主要特點是用形象而精確的數學模型來描述和預測事物的連續(xù)性中斷的質變過程。超循環(huán)理論在生命現象中包含許多由酶的催化作用所推動的各種循環(huán)，而基層的循環(huán)又組成了更高層次的循環(huán)，即超循環(huán)，還可組成再高層次的超循環(huán)。超循環(huán)系統(tǒng)即經循環(huán)聯(lián)系把自催化或自復制單元連接起來的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，每一個復制單元既能指導自己的復制，又能對下一個中間物的產生提供催化幫助。一個遠離平衡態(tài)的非線性的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換物質和能量，在系統(tǒng)內部某個參量的變化達到一定的閾值時，通過漲落，系統(tǒng)可能發(fā)生突變即非平衡相變，由原來的混沌無序狀態(tài)轉變?yōu)橐环N在時間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)。四、自然界演化的自組織機制自組織“如果一個系統(tǒng)在獲得空間的、時間的或功能的結構過程中，沒有外界的特定干涉，我們便說該系統(tǒng)是自組織的?！彼?、自然界演化的自組織機制自組織過程從非組織到組織組織程度低到組織程度高同層組織由簡單到復雜四、自然界演化的自組織機制自組織的條件開放系統(tǒng)遠離平衡態(tài)非線性相互作用正反饋放大作用巨漲落四、自然界演化的自組織機制開放系統(tǒng)與環(huán)境交換物質、能量、信息的系統(tǒng)。熵與熵流熵變公式：ds=dis+desdis系統(tǒng)內部產生的熵，叫做熵產生，根據熱力學第二定律dis>0；des表示系統(tǒng)與環(huán)境交換的熵，叫做熵流，可正可負。四、自然界演化的自組織機制（1）孤立系統(tǒng)當des=0時，ds=dis>0無序（2）開放系統(tǒng)當des>0時,ds=dis+des>0無序（3）開放系統(tǒng)當des<0時且|des|<dis時，ds=dis+des>0無序（4）開放系統(tǒng)當des<0時,且|des|＝dis時，ds＝0宏觀結構不變（5）開放系統(tǒng)當des<0時,且|des|>dis時，ds=dis+des<0有序系統(tǒng)狀態(tài)分析圖四、自然界演化的自組織機制遠離平衡態(tài)平衡態(tài)處處均勻，無序；近平衡態(tài)有一定的差異，最終會趨向無序；趨使系統(tǒng)遠離平衡狀態(tài)依靠開放及內在因素。正反饋放大系統(tǒng)內部的差異四、自然界演化的自組織機制一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國德克薩斯州的一場龍卷風。在一個動力系統(tǒng)中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統(tǒng)的長期的巨大的連鎖反應。蝴蝶效應四、自然界演化的自組織機制非線性作用普里高津：“對于耗散結構所必須的另一個基本特征是在系統(tǒng)的各個元素中存在著一種非線性機制。”線性作用相互作用非線性作用相干性非加和性多重選擇性獨立性疊加性單一性四、自然界演化的自組織機制楊子之鄰人亡羊,既率其黨;又請楊子之豎追之.楊子曰:"嘻!亡一羊,何追者之眾"鄰人曰:"多歧路."既反,問:"獲羊乎"曰:"亡之矣."曰:"奚亡之"曰:"歧路之中又有歧焉,吾不知所之,所以反也."<<列子·說符>>四、自然界演化的自組織機制巨漲落孤立系統(tǒng)和開放系統(tǒng)中的漲落其表現不同：孤立系統(tǒng)—忽略不計，開放系統(tǒng)—巨漲落。分叉點上系統(tǒng)有序結構的重新形成取決于在外部環(huán)境影響下系統(tǒng)內部快速增長的巨漲落。漲落導致有序（普利高津）舉例：貝納德對流四、自然界演化的自組織機制1900年貝納德發(fā)現了對流有序現象，他在一個圓盤中倒入一些液體。當從下面加熱這一薄層液體時，剛開始上下液面溫差不太大，液體中只有熱傳導。但當上下液面溫差△T超過某一臨界值△Tc

時，對流突然發(fā)生，并形成很有規(guī)律的對流花樣。從上往下俯視，是許多像蜂房那樣的正六角形格子。中心液體往上流，邊緣液體往下流，或者相反。貝納德對流五、運動技術系統(tǒng)演化的自組織機制運動技術，系統(tǒng)性存在？運動技術系統(tǒng)要素？運動技術系統(tǒng)結構？運動技術系統(tǒng)功能？自組織機制？？？運動技術又稱“動作技術”，是指符合人體運動規(guī)律，能充分發(fā)揮身心基本能力，有效完成動作的方法。運動技術系統(tǒng)？在運動中，由相互作用和相互依賴的若干動作要素和心理過程結合成的具有特定功能的、并與環(huán)境發(fā)生關系的動作有機整體。七大要素：身體姿勢、動作軌跡、動作時間、動作速率、動作速度、動作力量、動作節(jié)奏身體身體姿勢動作軌跡動作時間動作速率動作速度動作力量動作節(jié)奏心理