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1、 我们生存在一个奇妙无比的宇宙中。只有凭借非凡的想象力才能鉴赏其年龄、尺度、狂暴甚至美丽。史蒂芬霍金基本概念之一：自然界1、广义的自然界是宇宙中一切事物的总称，包括天然自然和人工自然。2、狭义的自然界主要是指天然自然，当然包括人在内。天然自然天然自然指人类尚未认识到的那部分自然和人类观测所及的那部分自然，前者包括总星系之外的宇观世界、基本粒子以下的微观领域和宏观世界中尚未被人了解的自然事物、自然过程、尚未探明的规律。后者从总星系到基本粒子范围内人类已经认识或者已开始认识的事物。人工自然人工自然是人类实践手段所及从而变革了的那部分自然界，包括受人类实践活动直接影响的那部分自然界（主要是生态环境）
2、和人利用自然界的材料所创造的人工自然物（如各种新材料、新工具、人工建筑、人工智能机等）。基本概念之二：自然观基本概念之二：自然观包括：1、自然界的存在方式（静态观自然）2、自然界的演化规律（动态观自然）3、人与自然的关系自然界的存在方式自然界的存在方式物质联系系统方式自然界的基本层次结构自然界的运动形式自然界存在的系统方式自然界存在的系统方式1、系统、系统是由若干有特定属性的要素经特定关系而构成的具有特定功能的整体。2、要素、要素是构成系统的组分。3、结构、结构是系统中要素间各种联系和关系的总和。4、功能、功能是系统的内部关系和外部关系中所表现出来的整体所具有的特性和能力。5、环境、环境是系统
3、赖以生存的条件。系统的类型系统的类型（从系统与环境的关系区分）1、孤立系统（与环境没有物质和能量的交换）2、封闭系统（与环境仅有能量交换）3、开放系统（与环境既有物质交换也有能量交换）系统内部矛盾分析系统内部矛盾分析1、整体与部分加和性和非加和性2、稳定与涨落涨落涨落宏观量对平均值的起伏稳定稳定对涨落的不变性稳定与涨落的关系：稳定是一定范围的；涨落被巩固则出现新的稳态。系统状态的分类1、不稳定态2、亚稳定态3、恒稳定态物质联系的层次方式物质联系的层次方式层次层次指若干系统之间经相互作用而构成新系统的逐级构成的结构关系。自然界的基本层次自然界的基本层次（非生命世界）（非生命世界）1、微观（夸克、
4、基本粒子、原子核、原子、分子）2、宏观（分子体系、凝聚态物体、卫星、小行星）3、宇观（恒星、恒星行星系、星系、星系团、总星系）自然界的基本层次自然界的基本层次（生命世界）（生命世界）1、生物大分子2、细胞3、个体（组织、器官、系统）4、群体（种群、群落）5、生态（生态系统、生物圈）层次方式的理论问题层次方式的理论问题1、规律随层次增高，结合度递减；对称性破缺；逐步开放；更加主动；功能对结构的反作用增强。2、层次之间的关系上向因果链和上向因果链和下向因果链下向因果链自然界的运动形式自然界的运动形式系统相互联系相互影响变化运动运动形式的多样性运动形式的多样性1、微观物理运动2、宏观物理运动3、宇观
5、物理运动4、化学运动5、生命运动6、社会运动和技术运动运动形式的统一性运动形式的统一性1、统一性的表现低层系统的运动形式于高层系统的运动形式之间可以经过递进相干或递阶分解而相互转化。2、转化的条件相应物理参数达到阈值；新组织形式的出现或解体。艾根的超循环理论艾根的超循环理论反应循环如化学反应中的催化剂的循环。催化剂可加快反应速度。催化循环如DNA分子的半保留复制。可造成亲代与子代之间的“通讯”。超循环如若干核酸分子和蛋白质分子所构成的循环。为物理、化学运动向生命运动的转化提供了条件。现代宇宙学简史及基本观点现代宇宙学简史及基本观点1917年，爱因斯坦发表根据广义相对论对宇宙学所作的考查一文，开
6、始了现代宇宙学。他提出有限无边静态宇宙模型。1917年，荷兰天文学家德西特提出另一个宇宙模型有运动而无物质的空虚宇宙模型。1922年，前苏联数学家弗里德曼再解爱因斯坦场方程，得出三个宇宙模型平模型、闭模型和开模型。1927年，比利时天文学家勒梅特提出了大尺度空间随时间膨胀的概念，建立了勒梅特宇宙膨胀模型。1929年，美国天文学家哈勃发现了哈勃定律。1930年，英国天文学家爱丁顿把哈勃定律与勒梅特的宇宙膨胀假说联系起来星系的普遍红移被解释为正是宇宙的膨胀。1932年，勒梅特进一步发展了自己的假说，提出了“原始原子”说。1948年，美国天文学家伽莫夫修正并发展了勒梅特的宇宙膨胀论，提出宇宙热大爆炸
7、学说。宇宙热大爆炸学说的预言1、氦丰度2、3K微波背景辐射3、河外星系的谱线红移宇宙的起源宇宙从哪里产生出来原始火球（高温、高密、高压）宇宙通过什么方式产生大爆炸宇宙的演化1、基本粒子形成阶段（、基本粒子形成阶段（01秒）秒）当宇宙时为10-36秒时，轻子（如电子、中微子、介子等）、夸克和质子生成。当宇宙时为10-6秒时，强子（如质子、中子、介子、超子等）生成。当宇宙时为10-2秒时，宇宙温度为1011K，物质密度为1011克/立方厘米，轻子其主导作用阶段。2、辐射阶段或核合成阶段（1秒1万年）当宇宙时为1秒钟时，物质密度为107K/立方厘米，宇宙以辐射为主。当宇宙时为13分钟时，宇宙温度为1
8、09K，开始进行核反应，形成化学元素。核合成结束时，根据计算氦原子核的含量约占25%（氦丰度）。3、实物阶段（1万年至今）宇宙时1万年后，温度下降到大约105K时，自由电子开始被原子核所俘获，形成稳定的原子。大约在宇宙时70万年左右，开始形成原始星系。当宇宙时为50亿年时，开始形成第一代恒星。4、未来阶段？恒星的起源和演化恒星的起源和演化1、引力收缩阶段2、主序星阶段3、红巨星阶段4、脉冲阶段或爆发阶段或高密阶段：产生中子星、白矮星、黑洞等地球演变和生命起源地球演变和生命起源1、地球内部圈层的形成和演化2、地球外部圈层的形成和演化3、地壳运动4、简单分子合成生物小分子5、生物小分子合成生物大分
9、子6、生物大分子结合为原始生命自然界的演化规律自然界的演化规律自然界演化的不可逆性自然界演化的不可逆性1、经典力学是可逆的；2、热学、化学不可逆；3、量子力学中测量不可逆；4、相对论运用于宇宙演化研究时是不可逆的；5、不可逆代表了过程、刻画了时间，说明自然界的历史性。自然界演化的两个方向自然界演化的两个方向1、进化、进化指整个自然界中物质层次由低级向高级推进的过程。2、退化、退化指整个自然界中物质层次由高级向低级的下降过程。3、进化与退化的辩证关系：相互包含、同存共生、相互交替。4、进化的条件和根据：系统必须开放；必须远离平衡态；是非线性系统；必须通过涨落实现有序。矛盾是自然界运动发展的根本动力矛盾是自然界运动发展的根本动力1、吸引与排斥（非生命界）2、同化与异化（生命界）自然界运动转化的守恒性自然界运动转化的守恒性1、量的守恒：即运动在量上的不灭性。2、质的守恒：即运动在质上的不灭性，是指自然界中任何一种运动形式都有转化为另一种运动形式的能力；这种能力是无限的；而且其转化的条件都是运动着的物质所固有的。自然界循环发展的周期性自然界循环发展的周期性1、周期性在自然界中普遍存在2、周期有大有小3、周期形成的机制：非平衡自组织理论揭示出从无序到有序的机制，也揭示了通向混沌的道路。4、自然界循环发展的无限性：宇宙演化途径（闭模型、开模型、平模型）