05自然物质系统的演化发展

第五讲自然物质系统的演化发展一、自然物质系统的演化过程二、演化与自组织三、自然物质系统演化的方向性四、自然物质系统演化的规律五、自然物质系统中的人类宇宙图景的演化一宇宙图象的历史发展二大爆炸学说的提出1建立大爆炸学说的依据2大爆炸学说的建立3大爆炸学说的证据4存在的问题《淮南子·齐俗训》：往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。张衡《灵宪》：宇之表无极，宙之端无穷。王勃《滕王阁序》：天高地迥，觉宇宙之无穷；兴尽悲来，识盈虚之有数。古希腊的阿尔基塔：能否伸出手杖。布鲁诺：手伸出天球外。洛克：手能否伸出身体之外。•杨慎《升奄集·辨天外之说》：天有极乎？极之外何物也？天无极乎？凡有形必有极。•康德的二律背反：•正题：世界在时间上有开端，在空间方面也有界限。•反题：世界没有开始，在空间方面也没有界限，它在时间和空间两方面都是无限的。宇宙学佯谬•牛顿认为：宇宙若是有限的，由于万有引力的作用，必然会坍缩，因此宇宙是无限的。•光度佯谬：•1820年，奥尔伯斯（Olbers）指出，如果宇宙是无限的，那么就有无限多的恒星，宇宙的背景就应该是亮的。•引力佯谬：•1894年西利格尔（Seeliger）指出，在宇宙空间的每一点，引力势都无限大，任何物质都受到无限大的力的作用，因而每个物体都要获得无限大的加速度和速度。•1917年，爱因斯坦建立“有限无界”宇宙模型。为保持宇宙的稳定，引入一个“宇宙项”，以其所具有的斥力与引力相平衡。这是一个静态的宇宙模型。•1922年，弗里德曼得出了非静态的•宇宙模型。••河外星系的谱线红移：河外星系中的恒星的光谱与银河系一样具有吸收的特征线族，但这些线族都向光谱的红端移动。•多普勒效应：声源迎面而来，声音的频率变高，声源远离时，声音的频率变低。•用多普勒效应解释红移，表明河外星系退行。•哈勃定律：V=DH•星系退行的速度与距离成正比。•1927年，勒梅特提出膨胀宇宙模型•1948年，伽莫夫提出宇宙大爆炸假说•将元素的生成与宇宙的诞生联系在一起。从10－2秒起描述，爆炸后3分钟，质子与电子结合成氢。•20世纪80年代，提出暴胀宇宙论，从10－46秒开始描述。10亿1个正粒子,10亿个反粒子。•英国理论物理学家史蒂芬·霍金提出宇宙起源是无中生有。•大爆炸加暴胀，称为标准宇宙模型按大爆炸和暴胀宇宙论的观点，形成后的宇宙经历以下几个演化阶段：1、基本粒子形成阶段2、辐射阶段或核合成阶段3、实物阶段恒星演化经历四个阶段：引力收缩阶段；主序星阶段；红巨星阶段；脉冲和高密阶段1氦丰度宇宙中各星体的氦含量大约为30%2宇宙的年龄大爆炸宇宙论与哈勃定律推得宇宙年龄为100亿年——200亿年。33K微波背景辐射1964年，彭齐亚斯，威尔逊在实验室中发现并测定宇宙背景辐射，温度大约为2.7k。大爆炸学说遇到的问题1出现谱线蓝移现象2反物质、暗物质3膨胀与密度4膨胀与收缩5原始状态地球的演化一、地球内部圈层的形成和演化二、地球外部圈层的形成和演化三、地壳运动地壳活动的三部曲：大陆飘移假说、海底扩张学说、板块构造理论。引力势能反应加快冷起源温度升高超过铁的熔点放射性蜕变物质熔融分化铁、镍重元素下沉地核硅酸盐上浮地幔引力与斥力作用更轻元素从地幔分离地壳COCO2大气从地球原始大气NH3紫外线内部逸出CH4光合作用H2OO2O2增加氧化作用N2大气圈H2O水圈1912年，魏格纳（A.L.Wegener）提出大陆漂移假说提出大陆漂移学说的依据：1大西洋两岸的古生物化石和现存的生物种群之间存在着亲缘关系。2大西洋两岸地质构造的岩层相同，海岸线相似，山脉古代褶皱方向一致。3极地存在热带植物和热带沙漠遗迹，赤道附近和南半球发现冰川遗迹。魏格纳AlfredLotharWegenar1880－19301915年出版了《海陆的起源》提出了板块学说。1930年11月1日，他50岁生日那天，在格陵兰领队探险遇难。大西洋两岸明显的对称性1915年，德国气象学家魏格纳发表了一篇关于大陆飘移的学说，表述说：现有的这些大陆最开始是由一片超大陆（联合古陆）分解而成，由于缺乏有利证据，40多年来他的理论一直不为人所接受。板块移动图大陆漂移学说存在的缺陷1大陆漂移的动力机制是地球自转所产生的离心力和潮汐摩擦力2认为海洋是平坦的硅镁层，而当时人们对海洋几乎一无所知支持大陆漂移学说的新的科学事实1古地磁学研究2海洋中脊山脉的发现3对海洋地震震中的研究取得实质性突破•20世纪50年代，古地磁学的研究。•1954年，布莱克特认为自第三叠纪以来，英格兰顺时针方向转了30o，并且向北移动了一个相当大的距离。•侏罗纪以来印度半岛每年以几厘米的速度向北移动了7000公里。•兰康(S.K.Runcon)小组测定了欧洲从前寒武纪以来的每一地质时期的古地磁北极的位置，把它们顺序连接起来，画出了“磁极游动曲线”。然后画出北美大陆的“磁极游动曲线”。比较欧洲和北美大陆的两条“磁极游动曲线”，虽然形状基本相似，但在经度上差30o。如果把美洲大陆向东移动30o，让这两条曲线重合，大西洋就会消失，美洲大陆和欧洲大陆就连在一起。•1965年，用计算机将大西洋两岸大陆拼合•1969年，用计算机将南极洲、大洋州和印度拼合1960年美科学家H·赫斯提出海底扩张学说大洋中有一条裂谷，地幔中炙热的熔岩从这个裂缝中溢出，到达顶部后向两侧分流，有的流入海底，有的深入大陆，把大陆向外推，使海底向两边扩张。1968—1969美J·摩根法勒比雄英麦肯齐提出板块构造理论3亿多年前，地球是整块，既“泛大陆”。1亿年前开始漂移，后分离成6大板块：欧亚、美洲、非洲、南极洲、澳洲、太平洋板块。板块本身是刚性的，比较稳定，边界不稳定，存在三种边界：汇聚型、分离型和平错型。生命的起源及生物的进化1从无机小分子生成有机小分子1953年美米勒证实了这一过程。2从有机小分子形成有机大分子1965年我国科学家首次人工合成牛胰岛素。3从有机大分子组成自我维持稳定与发展的多分子体系4从多分子体系演变为原始生命人类的产生1937年狄拉克提出大数假说，“自然界中出现的没有量纲的非常大的数是彼此相关的。”一1961年迪克提出人择原理：狄拉克提出的这两个大数并不是永远相同的，只有当宇宙恰好演化到人类生存的时期，这两个大数才是相同的；反之，正当宇宙演化到使这两个大数相同的时期才有可能出现人类，因而才有人类对宇宙的认识，发现两个大数的特征。所以这个时期的宇宙是人的宇宙，这个时期出现的人也是宇宙的人。