第二讲 自然界的存在与演化发展
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生命世界演化发展的动力：生物和环境的矛盾
同化、异化，遗传、变异而不断变化着的物种及 个体与变化着的环境之间的相互作用是生命世界 演化发展的动力。（人类？）
自然界循环发展的周期性及其周期循环的无限性
气候发展
宇宙发展
植物生长
种子
植株
种子
周期性与无限性
“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中， 没有外界的特定干预，我们便说系统是自组织的。这 里的‘特定’一词是指，那种结构和功能并非外界强 加给系统的，而且外界是以非特定的方式作用于系统 的。”
自组织实现的条件：
• 1、系统必须处于远离热平衡状态； • 2、系统必须是一个开放系统； • 3、系统内各要素之间存在着非线形相互
ý （一）自然界的演化过程
ý 1、宇宙、天体的起源与演化 ý 2、地球的起源与演化 ý 3、生命的起源与生物进化
l ý （二）自然界演化发展的普遍性特征
ý 1、不可逆性 ý 2、自组织性 ý 3、对称性的破缺
ý （三）自然界演化发展的规律性
ý 1、矛盾是自然界演化发展的动力 ý 2、自然界运动转化的普遍性与守恒性 ý 3、自然界循环发展的周期性与无限性
一、自然界的物质形态
（一）物质的客观实在性与可知性 （二）物质形态的多样性和统一性
• 相信有一个离开知 觉主体而独立的外 在世界，是一切自 然科学的基础。
• 相信世界在本质上 是有秩序的和可认 识的这一信念，是 一切科学工作的基 础。
（一）物质的客观实在性与可知性
列宁的物质定义：
物质是标志客观实在的哲学范畴，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，为我们的感觉所复写、摄影、 反映。
• 当然，在实际过程中，这三种过程总是呈现交互作用的 情形。
德国科学家哈肯在《协同学》一书中曾经举过一个通俗 的比喻说明了“自组织”与“组织”概念的差别。
他写道：“比如说有一群工人，如果每个工人在工头发 出的外部命令下按完全确定的方式行动，我们称之为 组织，或更严格一点，称它为有组织的行为。”“如 果没有外部指令，而是靠某种相互默契，工人们协同 工作，各尽职责来生产产品，我们把这种过程称为自 组织。”
第二讲 自然界的存在与演化发展
H一、自然界的存在图景 H二、自然界的演化图景
为自然科学的观念预设
• 自然界是物质的，物质的自然界是可知 的；自然界物质以系统方式存在，系统 方式存在的自然界有其层次结构；自然 界物质是运动、演化、发展着的，运动、 演化、发展有其内在动力和规律性。
人与自然应当而且可以协调发展。
具有粒子性
具有波粒二象性
运动与参考系有关 运动与参考系无关
别 受力产生加速度 不因受力而加速
联 实物与场不可分离
系 实物与场在一定条件下相互转化
自然界物质统一性表现：
• 1、化学元素上具有统一性； • 2、基本粒子（夸克）层次统一； • 3、物理学基本规律上统一； • 4、相互转化上体现统一性。
二、自然界的系统存在方式
• 第一过程是从非组织到组织，从混乱到有序，它意味着 组织的起源；第二过程是组织层次上升的跃升过程，是 有序程度通过跃升得以提升的过程，如从分子到细胞， 从细胞到生命有机体等；第三过程是组织结构与功能在 相同组织层次上从简单到复杂的水平增长，如从单细胞 到多细胞体系，从低等哺乳动物到高等哺乳动物等。
自然界物质具体形态的多样性
• 1、两种基本形态：实物和场的多样性 • 2、实物七种凝聚状态 • 3、非生命世界的多样性：微观、宏观、
宇观(渺观、胀观) • 4、生命世界的多样性:(30,150,10)*10 • 5、人工自然物的多样性
关系
实物
场
具有不可入性
具有可叠加性
区 具有静止质量
不具有静止质量
（一）自然界是一个物质系统 （二）物质系统的基本特征
系统与要素、结构与功能、 系统与环境、层次性。
二、自然界的系统存在方式
（一）自然界是一个物质系统
• “所有具体事物不是一个系统，就是某一 个系统的组成部分。”——邦格
• 系统=要素×关系
• 研究对象：它之所以是它，因为它是一 个系统，与其他系统不同；它由特定要 素、特定关系构成，又具有特定的结构 和功能，并且存在与特定的环境之中。
系统中的两对矛盾关系 Y 整体和部分 YY 稳定与涨落
整体与部分
物质系统的基本特征
• 1 ）系统是系统与要素的辩证统一 • 2 ）系统是结构和功能的辩证统一 • 3 ）系统是系统与环境的辩证统一 • 4 ）物质系统具有层次性
• A、层次结构 • B、层次结构的基本特征 • C、层次结构的纵向因果链 • D、层次结构的横向结合度
正与反
左与右
• 从最初的混沌状态到弥漫的星际物质再到形成星系、 恒星、太阳系、地球、地球上的生命以至人类，就是 一个从完全对称到对称性逐步丧失、非对称性逐步形 成的过程。
• 宇宙大爆炸学说和粒子物理学大统一理论就描述了这 种过程。当大爆炸的最初瞬间，温度达到1032开[尔文] 时，存在着完整的对称性，夸克和轻子不可分，强、 弱和电磁作用是统一的；当温度降到1028开[尔文]时， 对称性逐渐破缺，强相互作用分了出来，剩下了弱作 用和电磁作用的对称性，即弱电统一；当宇宙温度继 续下降到1016开[尔文]时，弱电统一也破缺了。在这一 系列的过程中，宇宙的对称性在不断地降低，而有序 程度却在不断提高。
B1
~~~~~~ ~H2O~~ ~~~~~~
B2
时间的不可逆
自组织：
• 一个物质系统在无内外 指令的情况下，自发地从无 序向有序发展的过程。
2020/6/10
• 自组织概念，作为一种过程演化的哲学上的概念抽象， 它包含着三类过程：（1）由非组织到组织的过程演化； （2）由组织程度低到组织程度高的过程演化；（3）在 相同组织层次上由简单到复杂的过程演化。
• 生命的形成和演化，也是一个对称性破缺的过程。
• 生物大分子包括各种无生命的氨基酸在内，无论从陨石发现的还 是用人工方法合成的，都有两种旋光异构体。一种是L型的（左 旋的），另一种是D型的（右旋的），它们数目相等，是左右对 称的。
• 可是组成生命的最基本物质却是左右不对称的。在地球上生命蛋 白质的组成中，其氨基酸几乎都是L型的。一旦错误地出现了D氨 基酸，生物体就会合成一种酶去分解它。
同 分 异 构
结构与功能
层次结构：
若干由要素经 特定关系构成的 系统，再经新的 特定关系而组成 更大系统的逐级 构成的等级结构。
2020/6/10
1 2一3 壹
4 二
三
物质系统的层次结构
1、纵向关系
1
——双向因果链
2
2、横向关系 ——纵向结合度
eV
结合度规律曲线
0 R
三、自然界的演化图景
%客观实在性 可知性
• 物质是可知的 • 黑洞是物质 • 所以 • 黑洞是可知的。
• 物质是无限可分的 • 夸克是物质 • 所以 • 夸克也是可分的。
常识层面
日常经验 理论
观念、信念 信仰
科学层面
神学层面
哲学层面
为什么基督徒能够作出科学成果？人精神世界的圈层解释
（一）物质的客观实在性与可知性 （二）物质形态的多样性和统一性
星族1恒星形成
原始星际云形成
行星（地球）形成
最老的地球岩石形成 富氧大气圈形成
生命起源
初期鱼类
初期陆生植物
哺乳动物
人类起源
三、自然界的演化图景
ý （二）自然界演化发展的普遍性特征
ý 1、不可逆性 ý 2、自组织性 ý 3、对称性的破缺
扩散的不可逆
热传导的不可逆 t1=5分钟
t2=15分钟
~~~~~~ ~H2O~~ ~~~~~~
• 最高的对称性就是在一切变换下都不变的状态。这样 的状态实际上对应着无序。最对称的世界是没有任何 秩序和结构的，没有任何特殊方向和特殊点，这是平 衡态的特征。
• 2、对称与演化：在对称系统里具有无穷个对称元素， 在这里一切对易（对称操作）都是允许的，反演不变 的。宇宙起源于混沌、无序，起源于对称性。可以想 象，宇宙在大爆炸前的混沌状态时，空间不分上下、 前后左右，时间不分过去与未来，物质不分正反粒子 与场，是完全对称的。
自然界演化发展的方向性（分支）
• (1) 进化:无序U→有序、低序→高序的趋势和过程。 • (2) 退化:高序→低序、有序→无序的趋势和过程。
• 总体自然界；生物物种；生命个体。
• 例如：
T
• 人脑进化；自体免疫退化。
一些结论：
1、自然界不仅存在着，而且生成着和消逝着。
2、世界不是一成不变的事物的集合体，而是 一个过程的集合体。
• 正因为随机涨落在演化中起着如此重要的作用，所以进化实质上 是由偶然性与必然性的相互影响决定的。正如普里戈金所指出的： “远离平衡条件下的自组织过程相当于偶然性与必然性之间、涨 落和决定论法则之间的一个微妙的相互作用。”
• 1、对称：所谓对称，是指在一定变换下的不变性。
• 如可逆性过程的时间反演对称性（时间对称）、空间 对称（结构对称）和功能对称等。
3、破缺：是指在一定变换下所表现的可变性， 或对称性的降低。它实际上是对应着系统的有 序状态。
4、破缺与演化：复杂性和层次结构正是起源于 某种对称性的破缺。自然界的有序是对称破缺 的结果，正是由于对称破缺才使系统向有序化、 组织化和复杂化演化。
自然界演化发展的物理学机制是对称性的破缺
时间
空间
过程
三、自然界的演化图景
ý （一）自然界的演化过程
ý 1、宇宙、天体的起源与演化 ý 2、地球的起源与演化 ý 3、生命的起源与生物进化
宇宙、天体的起源与演化
地球的起源与演化
生命的起源与生物进化
宇
宙 （
宇宙时
两
0秒
百
亿
10-43~10-30秒
年
10-分钟
化 链
1~2×109年
4.1~5×109年
10~15.2×109年
15.4×109年 16.1~18×109年 19~19.55×109年
19.6~19.95×109年 20×109年
物质形态
原始火球大爆炸
宇宙量子化
宇宙暴胀、夸克、轻子产生
质子-反质子对湮灭
电子-正电子对湮灭
氦合成
星系形成
第一代恒星形成
类星体星族2恒星形成
作用； • 4、系统内部存在正反馈机制； • 5、随机涨落和突变的触发。
• 下图清楚地显示了涨落在形成新结构过程中的作用。在图中，作 为系统失稳触发器的涨落是随机的，带有偶然性。它提供了新结 构的“种子”，并被系统的内部作用机制（普里戈金称其为功能） 鉴别、选择；或者被平息，系统恢复稳定性；或者被放大，按照 内部非线性机制决定的方向，系统宏观时空结构向某一分支演化。 当系统被驱使更加远离平衡态时，系统会逐级分叉，出现各种结 构。
系统：
若干有特定属性的要素经 特定的关系而构成具有特定 功能的有机整体。
2020/6/10
• 系统内的规定性：
• 物质要素：任何物质具体形态均可 • 物质关系：时间、空间、数量，制约性、
相干性 • 物质系统：宇观、宏观、微观，孤立、
封闭、开放，黑、灰、白
二、自然界的系统存在方式
（一）自然界是一个物质系统 （二）物质系统的基本特征
• 系统的许多功能都来自这种对称性的破缺。没有这种左右对称性 的破缺就没有生命世界，正如没有质子与反质子的对称性破缺就 没有实物世界一样。
• 所以著名生物学家巴斯德在1860年出版的《关于分子不对称的研 究》一书中断言：“生命向我们显示的乃是宇宙不对称性的功能。 宇宙是不对称的……生命受不对称作用支配。
3、世界万物都有其产生、成长、衰落、消 亡的全过程。
三、自然界的演化图景
ý （三）自然界演化发展的规律性
ý 1、矛盾是自然界演化发展的动力 ý 2、自然界运动转化的普遍性与守恒性 ý 3、自然界循环发展的周期性与无限性
吸引和排斥
天行有常，不为 尧存，不为桀亡。
荀子
非生命世界演化发展的动力：吸引和排斥的矛盾
同化、异化，遗传、变异而不断变化着的物种及 个体与变化着的环境之间的相互作用是生命世界 演化发展的动力。（人类？）
自然界循环发展的周期性及其周期循环的无限性
气候发展
宇宙发展
植物生长
种子
植株
种子
周期性与无限性
“如果系统在获得空间的、时间的或功能的结构过程中， 没有外界的特定干预，我们便说系统是自组织的。这 里的‘特定’一词是指，那种结构和功能并非外界强 加给系统的，而且外界是以非特定的方式作用于系统 的。”
自组织实现的条件：
• 1、系统必须处于远离热平衡状态； • 2、系统必须是一个开放系统； • 3、系统内各要素之间存在着非线形相互
ý （一）自然界的演化过程
ý 1、宇宙、天体的起源与演化 ý 2、地球的起源与演化 ý 3、生命的起源与生物进化
l ý （二）自然界演化发展的普遍性特征
ý 1、不可逆性 ý 2、自组织性 ý 3、对称性的破缺
ý （三）自然界演化发展的规律性
ý 1、矛盾是自然界演化发展的动力 ý 2、自然界运动转化的普遍性与守恒性 ý 3、自然界循环发展的周期性与无限性
一、自然界的物质形态
（一）物质的客观实在性与可知性 （二）物质形态的多样性和统一性
• 相信有一个离开知 觉主体而独立的外 在世界，是一切自 然科学的基础。
• 相信世界在本质上 是有秩序的和可认 识的这一信念，是 一切科学工作的基 础。
（一）物质的客观实在性与可知性
列宁的物质定义：
物质是标志客观实在的哲学范畴，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，为我们的感觉所复写、摄影、 反映。
• 当然，在实际过程中，这三种过程总是呈现交互作用的 情形。
德国科学家哈肯在《协同学》一书中曾经举过一个通俗 的比喻说明了“自组织”与“组织”概念的差别。
他写道：“比如说有一群工人，如果每个工人在工头发 出的外部命令下按完全确定的方式行动，我们称之为 组织，或更严格一点，称它为有组织的行为。”“如 果没有外部指令，而是靠某种相互默契，工人们协同 工作，各尽职责来生产产品，我们把这种过程称为自 组织。”
第二讲 自然界的存在与演化发展
H一、自然界的存在图景 H二、自然界的演化图景
为自然科学的观念预设
• 自然界是物质的，物质的自然界是可知 的；自然界物质以系统方式存在，系统 方式存在的自然界有其层次结构；自然 界物质是运动、演化、发展着的，运动、 演化、发展有其内在动力和规律性。
人与自然应当而且可以协调发展。
具有粒子性
具有波粒二象性
运动与参考系有关 运动与参考系无关
别 受力产生加速度 不因受力而加速
联 实物与场不可分离
系 实物与场在一定条件下相互转化
自然界物质统一性表现：
• 1、化学元素上具有统一性； • 2、基本粒子（夸克）层次统一； • 3、物理学基本规律上统一； • 4、相互转化上体现统一性。
二、自然界的系统存在方式
• 第一过程是从非组织到组织，从混乱到有序，它意味着 组织的起源；第二过程是组织层次上升的跃升过程，是 有序程度通过跃升得以提升的过程，如从分子到细胞， 从细胞到生命有机体等；第三过程是组织结构与功能在 相同组织层次上从简单到复杂的水平增长，如从单细胞 到多细胞体系，从低等哺乳动物到高等哺乳动物等。
自然界物质具体形态的多样性
• 1、两种基本形态：实物和场的多样性 • 2、实物七种凝聚状态 • 3、非生命世界的多样性：微观、宏观、
宇观(渺观、胀观) • 4、生命世界的多样性:(30,150,10)*10 • 5、人工自然物的多样性
关系
实物
场
具有不可入性
具有可叠加性
区 具有静止质量
不具有静止质量
（一）自然界是一个物质系统 （二）物质系统的基本特征
系统与要素、结构与功能、 系统与环境、层次性。
二、自然界的系统存在方式
（一）自然界是一个物质系统
• “所有具体事物不是一个系统，就是某一 个系统的组成部分。”——邦格
• 系统=要素×关系
• 研究对象：它之所以是它，因为它是一 个系统，与其他系统不同；它由特定要 素、特定关系构成，又具有特定的结构 和功能，并且存在与特定的环境之中。
系统中的两对矛盾关系 Y 整体和部分 YY 稳定与涨落
整体与部分
物质系统的基本特征
• 1 ）系统是系统与要素的辩证统一 • 2 ）系统是结构和功能的辩证统一 • 3 ）系统是系统与环境的辩证统一 • 4 ）物质系统具有层次性
• A、层次结构 • B、层次结构的基本特征 • C、层次结构的纵向因果链 • D、层次结构的横向结合度
正与反
左与右
• 从最初的混沌状态到弥漫的星际物质再到形成星系、 恒星、太阳系、地球、地球上的生命以至人类，就是 一个从完全对称到对称性逐步丧失、非对称性逐步形 成的过程。
• 宇宙大爆炸学说和粒子物理学大统一理论就描述了这 种过程。当大爆炸的最初瞬间，温度达到1032开[尔文] 时，存在着完整的对称性，夸克和轻子不可分，强、 弱和电磁作用是统一的；当温度降到1028开[尔文]时， 对称性逐渐破缺，强相互作用分了出来，剩下了弱作 用和电磁作用的对称性，即弱电统一；当宇宙温度继 续下降到1016开[尔文]时，弱电统一也破缺了。在这一 系列的过程中，宇宙的对称性在不断地降低，而有序 程度却在不断提高。
B1
~~~~~~ ~H2O~~ ~~~~~~
B2
时间的不可逆
自组织：
• 一个物质系统在无内外 指令的情况下，自发地从无 序向有序发展的过程。
2020/6/10
• 自组织概念，作为一种过程演化的哲学上的概念抽象， 它包含着三类过程：（1）由非组织到组织的过程演化； （2）由组织程度低到组织程度高的过程演化；（3）在 相同组织层次上由简单到复杂的过程演化。
• 生命的形成和演化，也是一个对称性破缺的过程。
• 生物大分子包括各种无生命的氨基酸在内，无论从陨石发现的还 是用人工方法合成的，都有两种旋光异构体。一种是L型的（左 旋的），另一种是D型的（右旋的），它们数目相等，是左右对 称的。
• 可是组成生命的最基本物质却是左右不对称的。在地球上生命蛋 白质的组成中，其氨基酸几乎都是L型的。一旦错误地出现了D氨 基酸，生物体就会合成一种酶去分解它。
同 分 异 构
结构与功能
层次结构：
若干由要素经 特定关系构成的 系统，再经新的 特定关系而组成 更大系统的逐级 构成的等级结构。
2020/6/10
1 2一3 壹
4 二
三
物质系统的层次结构
1、纵向关系
1
——双向因果链
2
2、横向关系 ——纵向结合度
eV
结合度规律曲线
0 R
三、自然界的演化图景
%客观实在性 可知性
• 物质是可知的 • 黑洞是物质 • 所以 • 黑洞是可知的。
• 物质是无限可分的 • 夸克是物质 • 所以 • 夸克也是可分的。
常识层面
日常经验 理论
观念、信念 信仰
科学层面
神学层面
哲学层面
为什么基督徒能够作出科学成果？人精神世界的圈层解释
（一）物质的客观实在性与可知性 （二）物质形态的多样性和统一性
星族1恒星形成
原始星际云形成
行星（地球）形成
最老的地球岩石形成 富氧大气圈形成
生命起源
初期鱼类
初期陆生植物
哺乳动物
人类起源
三、自然界的演化图景
ý （二）自然界演化发展的普遍性特征
ý 1、不可逆性 ý 2、自组织性 ý 3、对称性的破缺
扩散的不可逆
热传导的不可逆 t1=5分钟
t2=15分钟
~~~~~~ ~H2O~~ ~~~~~~
• 最高的对称性就是在一切变换下都不变的状态。这样 的状态实际上对应着无序。最对称的世界是没有任何 秩序和结构的，没有任何特殊方向和特殊点，这是平 衡态的特征。
• 2、对称与演化：在对称系统里具有无穷个对称元素， 在这里一切对易（对称操作）都是允许的，反演不变 的。宇宙起源于混沌、无序，起源于对称性。可以想 象，宇宙在大爆炸前的混沌状态时，空间不分上下、 前后左右，时间不分过去与未来，物质不分正反粒子 与场，是完全对称的。
自然界演化发展的方向性（分支）
• (1) 进化:无序U→有序、低序→高序的趋势和过程。 • (2) 退化:高序→低序、有序→无序的趋势和过程。
• 总体自然界；生物物种；生命个体。
• 例如：
T
• 人脑进化；自体免疫退化。
一些结论：
1、自然界不仅存在着，而且生成着和消逝着。
2、世界不是一成不变的事物的集合体，而是 一个过程的集合体。
• 正因为随机涨落在演化中起着如此重要的作用，所以进化实质上 是由偶然性与必然性的相互影响决定的。正如普里戈金所指出的： “远离平衡条件下的自组织过程相当于偶然性与必然性之间、涨 落和决定论法则之间的一个微妙的相互作用。”
• 1、对称：所谓对称，是指在一定变换下的不变性。
• 如可逆性过程的时间反演对称性（时间对称）、空间 对称（结构对称）和功能对称等。
3、破缺：是指在一定变换下所表现的可变性， 或对称性的降低。它实际上是对应着系统的有 序状态。
4、破缺与演化：复杂性和层次结构正是起源于 某种对称性的破缺。自然界的有序是对称破缺 的结果，正是由于对称破缺才使系统向有序化、 组织化和复杂化演化。
自然界演化发展的物理学机制是对称性的破缺
时间
空间
过程
三、自然界的演化图景
ý （一）自然界的演化过程
ý 1、宇宙、天体的起源与演化 ý 2、地球的起源与演化 ý 3、生命的起源与生物进化
宇宙、天体的起源与演化
地球的起源与演化
生命的起源与生物进化
宇
宙 （
宇宙时
两
0秒
百
亿
10-43~10-30秒
年
10-分钟
化 链
1~2×109年
4.1~5×109年
10~15.2×109年
15.4×109年 16.1~18×109年 19~19.55×109年
19.6~19.95×109年 20×109年
物质形态
原始火球大爆炸
宇宙量子化
宇宙暴胀、夸克、轻子产生
质子-反质子对湮灭
电子-正电子对湮灭
氦合成
星系形成
第一代恒星形成
类星体星族2恒星形成
作用； • 4、系统内部存在正反馈机制； • 5、随机涨落和突变的触发。
• 下图清楚地显示了涨落在形成新结构过程中的作用。在图中，作 为系统失稳触发器的涨落是随机的，带有偶然性。它提供了新结 构的“种子”，并被系统的内部作用机制（普里戈金称其为功能） 鉴别、选择；或者被平息，系统恢复稳定性；或者被放大，按照 内部非线性机制决定的方向，系统宏观时空结构向某一分支演化。 当系统被驱使更加远离平衡态时，系统会逐级分叉，出现各种结 构。
系统：
若干有特定属性的要素经 特定的关系而构成具有特定 功能的有机整体。
2020/6/10
• 系统内的规定性：
• 物质要素：任何物质具体形态均可 • 物质关系：时间、空间、数量，制约性、
相干性 • 物质系统：宇观、宏观、微观，孤立、
封闭、开放，黑、灰、白
二、自然界的系统存在方式
（一）自然界是一个物质系统 （二）物质系统的基本特征
• 系统的许多功能都来自这种对称性的破缺。没有这种左右对称性 的破缺就没有生命世界，正如没有质子与反质子的对称性破缺就 没有实物世界一样。
• 所以著名生物学家巴斯德在1860年出版的《关于分子不对称的研 究》一书中断言：“生命向我们显示的乃是宇宙不对称性的功能。 宇宙是不对称的……生命受不对称作用支配。
3、世界万物都有其产生、成长、衰落、消 亡的全过程。
三、自然界的演化图景
ý （三）自然界演化发展的规律性
ý 1、矛盾是自然界演化发展的动力 ý 2、自然界运动转化的普遍性与守恒性 ý 3、自然界循环发展的周期性与无限性
吸引和排斥
天行有常，不为 尧存，不为桀亡。
荀子
非生命世界演化发展的动力：吸引和排斥的矛盾