自然界的演化图景

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1、第二章自然界的演化图景辩证唯物主义自然观的基本逻辑是：世界是物质构成的，物质又是以系统的方式存在着，物质系统更是处于变化发展之中。无数科学事实已充分证明：“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，都处于永久的产生和消灭之中，处于不间断的流动中，处于无休止的运动和变化中”。（恩格斯：《自然辩证法》第15页，人民出版社1984年版。）那么，自然界是如何变化发展的呢？历来的哲学家和科学家都给出了不同的解释，我们将尽可能博采众长，依据最新科研成果，对宇宙、恒星、地球和生命的起源和演化历程，作一概述性阐述。第一节宇宙的演化一、宇宙演化的

2、理论基础宇宙是神创造的，还是自生的？这一问题在近代科学发展史上已经获得了解决。但对宇宙是静止的，还是运动的这个宇宙学难题，直到20世纪初也没有一个正确的解答。从牛顿到爱因斯坦，都毫无例外地认为宇宙是均匀静止的，但自19世纪德国天文学家奥伯斯提出光度佯谬以来，静态宇宙模型就一直面临着难以自圆其说的尴尬，爱因斯坦的引力场方程中假设的宇宙项也受到了理论和观察两方面的挑战。1922年前苏联数学家弗里德曼设宇宙常数∧=0（爱因斯坦的∧=1/R2，R为宇宙半径），得出引力场方程的动态解，并导出了演化的均匀各向同性宇宙模型。1927年比利时天文学家勒梅特导出了∧>0的

3、演化的均匀各向同性的宇宙模型。两个模型都有一个共同的宇宙膨胀的概念。这个理论预言后来得到了观测的验证。1929年，美国天文观察家哈勃在斯里弗的研究基础上进一步确证，所有的河外星系都具有红移现象，而且红移（准确的说是星系退行的速度）与距离之间有近似的线性关系。即星系的距离越远，其谱线的红移量越大。根据光的多普勒效应，可以逆推红移程度越强的星系，离开我们的距离越远，退行速度越快。1930年英国天文学家爱丁顿把星系谱线的普遍性红移现象看作是非静态宇宙的膨胀效应，爱因斯坦也建议取消他的引力场方程中的宇宙项。至此，宇宙是静止的观念被科学界放弃，一个新的宇宙模型呼之

4、欲出。勒梅特在他的宇宙膨胀概念的基础上，于1932年关于宇宙起源的大爆炸宇宙模型。他认为宇宙物质起源于某个原子的蜕变。最初物质高度密集，宇宙斥力使他快速膨胀，由于引力的作用，随后出现一个减速期，星系的原始物质就是在这个阶段形成的，然后斥力超过引力，膨胀继续进行，于是宇宙的原创物——原子或者它的蜕变物均匀地充满整个空间，此空间的半径由起始时的零值永远增加着。1948年美国物理学家盖莫夫提出热大爆炸模型。其主要观点是：宇宙有一个开端，原初的宇宙不是由物质构成的，早期宇宙内什么物质也没有，连夸克也不存在，而是一个几乎完全由热辐射充满的宇宙，他将之比成一个“原始

5、火球”，时间和空间也从类似于零的奇点开始，从最大压缩、爆炸的时刻算起，距离与时间的平方根成正比增加，温度则与之成反比减少。在极高温度下原始火球（复合核）分解为各种粒子，随着宇宙的膨胀与温度下降，质子和中子开始聚合成氘、氚、氦和更重的元素。把宇宙演化和元素起源结合起来是该理论的一大特色。他和他的同事贝特(Bethe)、学生阿尔法(Alpher)联名发表了《α、β、γ理论：化学元素的起源》指出：宇宙中的氦主要是宇宙大爆炸早期合成的，原来充满宇宙的热辐射今天应仍然有残余迹象。根据宇宙的氦丰度和膨胀速度，他推算宇宙残留辐射的温度大约在5K左右。1964年美国射电

6、天文学家彭齐亚斯与威尔逊在测量银晕气体射电辐射时，发现有消不掉的背景噪声。这些微波噪声的相当于3.5K,1965年订正为2.7K。这种微波辐射的重要特征是具有黑体辐射谱。而黑体辐射谱只有通过辐射与物质的相互作用才能形成，现今宇宙的辐射与物质相互作用极小，可根据大爆炸假说推测宇宙早期辐射与物质相互作用极大，所以，这种宇宙背景辐射必定起源于那时，是早期宇宙辐射的残余。这样就在实践的意义上验证了宇宙大爆炸学说的预言。但是，按照标准宇宙大爆炸模型来解释宇宙的起源和演化，仍有许多问题。这个模型可以简单地表述为：宇宙在空间上具有均匀的各向同性的特征，所有的星系都直接

7、互相离开，这情形很像一个画上好多斑点的气球被逐渐吹胀。当气球膨胀时，任何两个斑点之间的距离加大，但是没有一个斑点可认为是宇宙的中心。与前所述，这一点已得到了观察上的支持，但是接踵而来的问题是：这个膨胀受哪些因素影响和制约？在大爆炸之前是怎样的状况？为何在大尺度上宇宙是均匀的呢？按照相对论，如果连光都不能从一个区域走到另一个区域，则没有任何其他的信息可以传递？早期宇宙又是如何协调一致，保证宇宙不仅在空间上具有均匀的分布特征，而且为何宇宙以这样接近于区分塌缩和永远膨胀模型的临界膨胀率的速率开始，如果在大爆炸后的一秒钟内，其膨胀速率只要小十亿亿分之一，那么在它

8、达到今天这么大的尺度之前就已塌缩这些问题在后来美国麻省理工学院的古斯提出的暴涨宇