《自然界的演化发展》PPT课件

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1、第2章自然界的演化发展2.1自然界演化的科学图景2.3自然界演化的机制和条件关键词：不可逆性自组织性2.1自然界演化的科学图景何谓“自然演化具有历史性”？自然处于发展变动之中，而非一成不变自然界的发展具有时序性、指向性自然的演化过程具有规律性自然是如何演化发展的？1、自然的演化发展是否周期性的、可以回复的？2、用什么来描述自然的演化方向？3、自然演化发展的过程机制是什么？这一机制给予我们什么启示？1、自然的演化是否可以循环回复？（1）“时间”箭头在描述自然的演化中有什么意义？（2）什么是不可逆变化？该过程是否具有普遍性？（1）“时

2、间”箭头在描述自然的演化中有什么意义？在本周三与上周三看到的车是同一辆车的可能性有多大？在本周三与上周三看到的比赛是同一场比赛的可能性有多大？实体与过程通过什么描述的？实验结果表明：同一实体在不同时空下有60%的可能性仍然为同一实体事件在不同空间仍然同一的可能性是25%，在不同时间下仍然同一可能性是7%。实验推论：实体与事件的界定是根据什么标准？-实体——大多通过属性（如外形）来判断-事件——少用属性，通常是根据时空特征来作出判断牛顿方程：F=md2xdt2时间t只是一个外在的几何参数，没有方向，过去与未来是对称的“对我们这些信念

3、坚定的物理学家来说，过去、现在与未来之间的差别只是一种幻觉，虽然是一种长久不变的幻觉。”dT=λ▽2TdT=-λ▽2TdtdtdC=D▽2CdC=-D▽2Cdtdt时间反演下，方程发生变化Fourier方程与Fick方程(2)不可逆变化运动可逆变化(reversible）变化不可逆变化（irreversible)（演化）-时间反演变换：t→-t可逆过程与不可逆过程热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后它能使系统和外界完全复原，如果存在另一过程，，即，使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则

4、原来的过程称为可逆过程。反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。可逆过程一个无摩擦力、无耗散的准静态过程称为可逆过程在可逆过程中，体系从始态变到终态，再从终态回到始态，体系和环境都能恢复原状自然界是否存在真正意义上的可逆过程？在昼夜温差较大的我国北方冬季，白天缸里的冰融化成水，而夜里同样缸里的水又凝固成冰。因此，这是一个可逆过程。你认为这种说法对吗？为什么?实现可逆过程必需包括两个基本条件：（1）过程进行时体系内部状态变化应始终保持在准静态过程（2）对外界不留下任何影响不可逆变化的特点过程

5、与环境不能同时完全复原自发进行的变化，不可能自发地回到原来的状态，而对外界不发生任何影响时间对称性破缺tt熵：系统演化的重要参数熵（entropy，能量的变异)s=∫熵的宏观意义表征系统能量分布的均匀状态熵的微观意义表征系统内部粒子的无序程度熵的信息学解释认为熵是系统无组织程度的量度dQTM2△QT1>T2△S1=-△Q<0T1M1△S2=△Q>0T2△S=△S1+△S2=-△Q+△Q>0T1T2热力学第二定律：热量不可能自动地从较冷的物体转移到较热的物体（克劳修斯）熵的增加表明系统中存在着自发不可逆的过程2、自然界的演化方向演化

6、（evolution)－是一种具有不可逆性的运动形态－系统的结构、特性行为、功能等随着时间的推移而发生的变化，称为系统的演化用什么来描述自然的演化方向？序有序无序进化与退化雪花骨架图案花岗岩中的环状结构序：体现为系统元素之间的关系确定有序：系统诸要素和系统之间在时间、空间、结构、功能上有规则的联系与转化无序有序与无序是相对的什么是序？进化与退化进化是指事物从无序到有序的不可逆过程，或复杂性和多样性的增长过程进化与退化是系统演化的两个重要方向进化标准的判定自然系统进化的标准：系统内部及其对环境的反应能力非自然系统进化的标准：系统的功

7、能及其满足人类目的的程度进化与退化的关系-相互包含-同存共生-相互交替序（进化）的度量1、对称性与序对称操作越多或对称元素增多（越对称），就越无序2、熵与序系统的熵增加则有序程度降低（走向无序），熵减则走向有序-从进化的时间箭头上来看：熵增（退化）意味着系统无序程度的提高负熵（与宏观意义的熵的反向量度）的增加表征系统的进化自然界演化的核心机制自组织机制什么是自组织（self-organization)？系统依靠自身的机制形成有序结构的过程系统的要素通过相干协同，而非通过外界特定干预形成特定结构与功能的过程其实质在于系统内部组分的相

8、干与协同他组织系统的要素按照特定指令而形成特定结构与功能的过程其实质在于执行指令自然演化的自组织机制1、开放是系统进化的先决条件2、非平衡是有序之源3、系统进化的内在根据:非线性机制4、系统进化的直接诱因：随机涨落系统的三种状态平衡态近平衡态远离平