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1、第二章 自然界的存在方式和演化发展,第一节 自然界的物质形态,一、自然界的物质性,1.自然界物质的客观实在性和可知性,什么是物质？,辩证唯物主义的物质范畴,物质范畴的含义(matter),辩证唯物主义自然观认为，物质是不依赖于意识、精神而独立存在的客观实在。,物质与意识,2.自然界物质形态的多样性和统一性,（1）宇宙万物在化学元素上具有统一性； （2）宇宙万物在基本粒子上具有统一性； （3）实物和场两种基本物质形态的统一性。,二、自然界的系统属性,系统论 贝塔朗菲 Bertalanffy，Ludwig von （19011972） 美籍奥地利理论生物学家。一般系统论的创始人。1901年9月19
2、日生于奥地利首都维也纳附近的阿茨格斯多夫，1972年6月12日卒于纽约州布法罗。,1926年获维也纳大学哲学博士学位，在该校任教。1937年起，先后在美国芝加哥大学、加拿大渥太华大学、阿尔贝塔大学、纽约州立大学等处任教。1954年，与A.拉波包特等人一起创建一般系统论研究会，出版行为科学杂志和一般系统年鉴。 贝塔朗菲的重要贡献之一是建立关于生命组织的机体论，并由此发展成一般系统论。1937年，提出了一般系统论的初步框架，1945年在德国哲学周刊 18 期上发表关于一般系统论的文章，但不久毁于战火，未被人们注意。1947年在美国讲学时再次提出系统论思想。1950年发表物理学和生物学中的开放系统理
3、论。1955年专著一般系统论，成为该领域的奠基性著作。6070年代受到人们重视。1972年发表一般系统论的历史和现状，把一般系统论扩展到系统科学范畴。,什么是系统？ 一般系统论思想认为： 系统是指由若干相互联系、相互作用的 要素组成的具有一定 的结构和功能的有机 整体。,（一）系统方式的基本特点,1.系统是由若干要素组成的,什么是要素？ 要素是对自然界物体的部分、组分、个体和单一物等共性的概括和抽象。是构成系统的基本单元，是系统的基础和实际载体。,系统与要素的关系： 系统中要素的性质、状态发生变化，必然引起系统整体功能的变化，但要素又要受到系统的控制，服从系统整体最佳状态的需要。,2、系统具有
4、一定的结构,什么是结构？ 结构是指系统的各要素之间的排列顺 序和组合方式。,3、系统具有一定的功能,什么是功能？ 功能是指系统所具有的作用、行为、能力和功效。,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。,2、整体与部分的的加和性 即系统整体等于部分之和,3、整体与部分的的非加和性,一是系统的整体在质上小于各要素之和。,三个和尚没水吃,二是系统整
5、体大于各要素之和。,人心齐，泰山移,“离开身体的手就不再具有手的功能”黑格尔,人体系统,三、物质系统的层次结构,科学的自然观认为，物质这个整体大系统所包含的具有结构和功能的各个物质系统并不是各自孤立的，而是分为不同层次，相互联接起来，构成了物质世界辩证发展和普遍联系的立体图景。,（一）自然界是有层次的 什么是层次？ 层次是自然界物质系统的一种存在状 态，就是自然界物质系统在发展过程中形成的具有不同尺度、质量和规律的阶梯或关节点。,1、非生命界的物质层次,分为三个层次，即宇观层次，宏观层次和微观层次。,微观层次,包括夸克、基本粒子、原子核、原子、分子等层次。微观系统的各个层次具有共同的基本属性-
6、波粒二象性。一般说来，它们都服从量于力学规律。,分子,原 子,包括地球上的物体、卫星、行星、恒星等层次。对宏观系统层次的运动规律则用牛顿力学、麦克斯韦电磁理论以及热力学描述。,恒星,宏观层次,包括星团、星系、星系团、超星系团、总星系等层次。它们的运动需要用广义相对论、宇宙电动力学和星系力学进行描述。,太阳系,银河系,宇观层次,2、生命界的物质层次,生物大分子层次 细胞层次 生物个体层次 群体层次 生态系统层次,（二）层次结构关系的基本规律,1、层次结构的结合能与层次尺度成反比的规律 层次尺度越小（层次越低），结合能越大，其要素间结合的密度就越大； 反之，层次尺度越大（层次越高），结合能越小，其
7、要素间结合的密度就越小。,意义： 层次越低，越难认识。 为此采用黑箱方法（控制论的方法）加以认识,黑箱方法,含义： 所谓黑箱，又称黑系统，是指人们对其内部要素和结构尚不清楚的系统。许多系统的内部组成和结构我们无法理解或不便于直接了解，这样的系统通常被称为黑箱。,特点：,1、我们只能通过信息输入和输出的变化对其考察，而不知其内部要素和结构。 2、黑箱是相对于一定的认识主体而言的。一个系统对于不同的人来说，可能是黑箱也可能是灰箱（内部要素、构造和机制部分被认识的系统）。 黑箱随着科学技术的进步和人们认识能力的提高，会逐步地在人们面前转化为灰箱和白箱。,黑箱方法:,是指在不打开黑箱的条件下，利用外部
8、观测、试验、通过考察黑系统的信息输入和输出的动态过程，研究其特性、功能或行为方式，以推测或探求系统内部结构和运动规律的科学方法。 如医生诊治疾病就是通过量体温、测血压、望、闻、问、切、触、叩、听及相关的生理、生化试验收集信息，给病人使用试探性药物或其它相应措施，再根据病人的反应来综合作出诊断的。这是较典型的黑箱方法。,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
9、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。,黑箱方法的局限性,它只研究系统的功能和行为方式，进而推测内部的结构及机制，却不能真正理解其功能的结构基础。特别是由于系统的功能与系统的结构之间并非总是单值对应关系，还存在着异构同功的情况，因而运用黑箱方法对系统的内部要素、结构和机制的推测结论具有或然性 。,2、高层次系统和底层次系统具有双向 因果关系的规律 低层次系统是高层次系统的基础和根 源（上向因果关系）； 高层次系统对低层次系统的
10、控制和支 配作为原因，在低层次系统中引起某 些结果（下向因果关系）。,意义： 上向因果关系的存在，为科学研究提供了从低层次系统的规律入手阐明高层次现象的可能性； 下向因果关系的存在，保证了从高层次系统的规律出发，对组成高层次系统的低层次系统的规律和现象做出解释和预言的可能性。,第二节 自然界的演化发展,现代自然科学证明，自然界是一个历史过程，是一个永恒发展着的物质世界。“整个自然界，从最小的东西到最大的东西，从沙粒到太阳，从原生生物到人，都处于永恒的产生和消灭中，处于不断的流动中，处于无休止的运动和变化中。”,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
11、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。,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。,四是原始星云说。
12、 这一假说的创始人是康德及其后的拉普拉斯 又为近代学者所修正补充。包括苏联的施密特和中国的戴文赛在内，对原始星云作出过贡献。原始星云说是更广泛地被学者接受的假说。,根据这一假说，恩格斯指出：“形成我们宇宙岛的太阳系的炽热原料，是按自然的途径、即通过运动的转化产生出来的，而这种转化是运动着的物质本来具有的，从而转化的条件也必然要被物质再生产出来”。 恩格斯还把天体起源归结为天体物质的收缩和膨胀、凝聚和扩散的相互转化。,随着宇宙学的发展，康德拉普拉斯星云假说中暴露了不少缺点。一些天文学家提出的关于天体起源的其它假说，对天体的演化和发展作了进一步的说明。恩格斯关于天体起源是物质自身演化过程的思想对现
13、代宇宙学的研究仍具有指导意义。,恒星的起源和演化,恒星的起源有两种假说。 一是超密说，认为宇宙起源于一种高温、超密的物质，温度高达150亿度，密度为水的1亿亿倍。这种超密物质猛烈爆炸，方向相同和速度相等地扩散物质，最后便集聚成恒星。此说实际是大爆炸宇宙说。,二是弥漫说 认为恒星也是由星云形成的，恒星的原始材料是星际弥漫物质。由于星际物质的密度不均匀，各部分的湍动速度也不均匀，密度大的部分成为吸引中心，形成星云。星云在旋转中互相碰撞，发展为团块。一部分团块吸引周围的微粒越来越大，形成一个球体。,恒星的形成经历了星际物质-星云-球状体的阶段。恒星的演化经历了幼年-壮年-老年阶段。 幼年期-即引力收
14、缩阶段。 成年期-即主序星阶段。 中年期-即红巨星阶段。 老年期-即高密恒星阶段。,（二）地球的演化,地球的历史大概是46亿年的历史,这些圈层包括地核、地幔、地壳、水圈、气圈。,1、地球内部圈层的形成和演化,在天文时期，由于地球内部温度上升，以铁、镍等重金属元素组成的物质向地心沉聚，形成地核；以硅酸盐等组成的比较轻的物质上升，形成具有可塑性的地幔，随着地幔的冷却、表层凝聚形成了坚硬的原始地壳。在原始地壳分化过程中，由于高温作用，氢、氦、氖等物质蒸发，形成了原始地球的大气圈；以后，大气圈中的一部分水蒸汽随着温度的下降，变成液态水，落到地球表面形成水圈。,2、地球外部圈层的形成和演化,在地质时期，
15、地球上发生了造山运动和海陆分化，发生了三次剧烈的气候变化。即三次大冰期。在三次大冰期之间有两次间冰期，第三次冰期发生在距今200万年前，一直延续到今天。地球表面的造山运动和海陆分化是地壳运动的结果。,3、地壳运动和海陆变迁,（三）生命的起源和生物的进化,1、生命的起源 生命起源是现代自然科学研究的一大基本问题。,我从哪里来？,恩格斯在总结十九世纪自然科学成就的基础上，对生命的本质，作了精辟的论述。他指出：“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的自我更新”。 恩格斯指出：“生命起源必然是通过化学的途径实现的”。,这一演化过程经历过五个大的阶段。 第一阶段
16、，从无机物到有机物。形成机体的有两类物质，即致生元素和致生分子。致生元素有氢、碳、氮、磷、硫以及少量的钙、镁和铁等，在元素演化过程中又是最早生成的。致生分子有氮、甲烷、二氧化碳、甲醛和水蒸气。 第二阶段，从简单的有机物到复杂的有机物。月球岩石可分离出多种氨基酸，殒石中可分离出二、三十种氨基酸，而氨基酸又是蛋白质的基本单位。 第三阶段，从复杂的有机物到生命的基础物质-氨基酸和核酸。 第四阶段，从生物大分子（核酸分子和蛋白质分子）到有代谢机能的团聚体或类蛋白微球体。这是原始生命的过渡形态。 第五阶段，从过渡型的团聚体到原始生命。这是前细胞形态的生物，它在结构上比团聚体复杂，在化学成分上可能跟病毒接近。 生命起源的化学进化阶段，经历了十几亿年之久，原始生命诞生之后，就进入了生物进化阶段。生命的演化分为两大支，一支沿着
