第一篇 自然观与可持续发展

1、 第一篇自然观与可持续发展自然观与可持续发展2 第一部分第一部分 自然观自然观开始结束3第一部分：自然观第一部分：自然观n教学内容n自然界物质系统的存在方式；n自然系统的演化方式；1.人与自然的协调发展。4目录目录第一章第一章 自然界物质系统的存在方式自然界物质系统的存在方式第二章第二章 自然系统的演化自然系统的演化第三章第三章 人与自然的关系与可持续发展人与自然的关系与可持续发展返回教学计划思考题及参考书5第一章第一章 自然界物质系统的存自然界物质系统的存在方式在方式6第一章第一章 自然界物质系统的存在方式自然界物质系统的存在方式n教学目标1.了解历史上自然观演变的主要形式及其与科学发展的内

2、在联系。2.了解自然界的物质性及物质联系的系统方式；明确物质系统及其层次结构的主要特点；确立用系统观点认识自然界的基本立场。7第二章自然系统的演化方式第二章自然系统的演化方式教学目标1.明确自然界是一个历史过程；2.了解自然界物质系统演化的方向性、周期性，尤其是自然系统自组织演化的依据、条件、诱因及主要形式8第一节自然系统演化的科学图景第一节自然系统演化的科学图景一、宇宙的起源二、恒星的演化三、地球的演化四、生命的起源和演化宇宙与人 wav 60 分钟9一、宇宙起源中的哲学问题一、宇宙起源中的哲学问题n几个宇宙模型n人择原理10古代的几种宇宙模型古代的几种宇宙模型n埃及人的宇宙埃及人的宇宙n印

3、度人的宇宙印度人的宇宙n菲洛劳斯的宇宙模型菲洛劳斯的宇宙模型n欧多克索的宇宙模型欧多克索的宇宙模型11埃及天神图12印度教的宇宙13早期希腊平坦宇宙n乌龟背上的平板n罗素天文学讲演14地球是球体的证据地球是球体的证据n亚里士多德亚里士多德在论天中谈到：地球是圆球而不是平板的证据n由于月食是由地球运行到太阳和月亮之间造成的，而地球在月亮上的阴影总是圆的，故如果是圆盘，则投影可能是椭圆。n越往南看星空，北极星越靠近地平线。亚甚至根据北极星在埃及和在希腊呈现出的位置差异，估计地球的大圆长度为400斯特迪亚。n第三个证据：第三个证据：从地平线外驶来的船，总是先见帆，后从地平线外驶来的船，总是先见帆，后

4、见船身。见船身。15n亚里士多德认为地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动。n在公元后两世纪，这个思想被托勒密精制成一个完整的宇宙学模型。地球处于正中心，包围着它的是八个天球，这八个天球分别负载着月亮、太阳、恒星和五个当时已知的行星：水星、金星、火星、木星和土星。n最外层的天球被镶上固定的恒星，它们总是停在不变的相对位置，但是总体绕着天空旋转。最后一层天球之外为何物一直不清楚，但有一点是肯定的，它不是人类所能观测到的宇宙的部分。 16菲洛劳斯的宇宙模型n他主张“宇宙的中心有炽热的火焰，10个天球环绕着它运行”。于是，他们把天球分为10层。但是，地球、太阳、月亮、水星、金

5、星、火星、木星、土星，再加上恒星，才只有9重天，还缺少一重天，怎么办呢？他假定在地球和中央火之间，还有一个“反地球”，这个所谓反地球以和地球同样的角速度绕中央火运行，因此地球上的人永远看不到它。这样，终于凑够了10重天。17欧多克索的宇宙 在这个模型中，地球位于宇宙的中心。地球外面有27个同心球，其中恒星球位于最外层。从外到里依次分布着土星、木星、火星、太阳、金星、水星和月亮。每个行星占了4个同心球，太阳和月亮各占3个。欧多克索认为每颗行星都镶嵌在一个同心球的赤道上，这个球的两极又镶嵌在外面一层同心球上，依此类推。每层球的轴指向、旋转速度、旋转方向各不相同，于是形成了天体复杂的运动轨迹。18n

6、现代宇宙学是以广义相对论为基础的理论，以哈勃定律为观测依据，并在宇宙学原理的假设下，研究宇宙整体的结构、运动和演化规律的一门学科。n几个宇宙模型 牛顿均匀无限的宇宙模型n爱因斯坦静态有限无边宇宙模型n弗里德曼膨胀宇宙模型n标准宇宙模型n恒稳态宇宙模型现代的几种宇宙模型19牛顿均匀无限的宇宙模型1692 牛顿根据万有引力定律提出的。认为宇宙是无限的，恒星均匀地分布在无限的虚空之中。但是却存在两个疑难：一是“光度佯谬”既然宇宙无限，恒星均匀的分布既然宇宙无限，恒星均匀的分布在空中，那不论在任何时候，天空的每个角落都应该是光辉灿在空中，那不论在任何时候，天空的每个角落都应该是光辉灿烂的，可为什么夜晚

7、是黑暗呢？烂的，可为什么夜晚是黑暗呢？一 是“引力佯谬”如果宇宙中存在着无限多的天体，如果宇宙中存在着无限多的天体，那每个天体都应该受到无限大的引力，产生无限大的加速度，那每个天体都应该受到无限大的引力，产生无限大的加速度，可事实并非如此。可事实并非如此。20爱因斯坦静态有限无边的宇宙模型1917n这是历史上第一个关于宇宙运动自洽而统一的动力学模型。由于当时尚未发现河外星系普遍退行现象，爱因斯坦相信宇宙在大尺度上的特征是不应该随时间而变化的。n1929年哈勃红移发现后，这个模型被抛弃。但这个模型开创了现代宇宙学研究。21弗里德曼膨胀宇宙模型1922n弗里德曼在解爱因斯坦引力场方程时，得到一个均

8、匀、各向同性的宇宙动态时空度规。由此得到宇宙空间随时间膨胀的观念，哈勃红移发现后，这个模型受到重视。n哈勃定律：星系的红移量与它们离地球的距离成正比。这一定律被随后的进一步观测所证实。哈勃定律就展示了一幅宇宙整体退移也就是整体膨胀的图景：从宇宙中任何一点看，观察者四周的天体均在四处逃散，这就像是一个正在胀大的气球，气球上的每两点之间的距离均在变大。22标准宇宙模型（大爆炸宇宙说）n G伽莫夫（1948）认为我们的宇宙起源于温度极高密度极大的“原始火球”的一次大爆炸。但是因为它只能够解释10-2秒（温度1011 K）到现在（3X 1017秒）宇宙的演化，但对10-2前的宇宙演化，存在问题。n 后

9、来古斯提出暴胀宇宙论，进一步说明了爆炸之初1035秒之内的演化过程。23标准宇宙模型（大爆炸宇宙说）大爆炸理论的主要观点：n宇宙早期，1010 K，密度极大，宇宙处于热平衡，主要是基本粒子（亚核粒子），如质子、中子、电子、光子、中微子等形态物质构成。温度很快降低。n当温度降到109K时，中子开始失去自由态，要么衰变，成为质子和电子，要么和质子结合成为重氢、氦等元素，化学元素就是从这一阶段开始形成。n当温度继续降低到108K时，早期化学元素形成结束，宇宙中主要是质子、电子、光子、弱相互作用粒子和一些较轻的原子核。n当温度下降到103K时，辐射退居次要位置，宇宙主要是气态物质，气体逐渐聚成星云，再

10、进一步形成各种恒星体系，包括星系、恒星、行星以及生命的出现，一直演变到今天我们看到的宇宙。24n何以成为标准模型成就n由于所有恒星都是在宇宙温度下降后产生的，故宇宙天体年龄小于200亿年。n观测到天体有系统的光谱线红移n在各种天体上氦丰度大多约为25-30%，只有在早期大爆炸时期才能产生如此多的氦（后被证实为25%）n根据宇宙膨胀和氦丰度等数据，可以具体算出宇宙每一时期的温度，伽莫夫曾经估计，今天的宇宙已经很冷，只有几K左右（后被证实）。n1965年彭齐亚斯和威尔逊探测到热幅射的微波背景辐射，温度约为3K。美国探测者卫星探测的结果是2.7K.。25功绩 论证了物质世界的统一性，揭示了宇宙的演化

11、，推动了关于宇宙有限或无限问题的探讨。26恒稳态宇宙模型n1948年英国天文学家H邦迪、霍伊尔、戈尔德共同提出。n这个模型认为宇宙是不断膨胀的，其密度保持不变，好处在于不存在奇点问题，但困难在于如何说明物质从虚空中产生。n这个模型已经证明是错误的。27霍金的宇宙创生量子理论n时间简史n果壳中的宇宙n阅读霍金，懂不懂都是收获返回一28 斯蒂芬霍金为这片浩淼的星空给出了一条崭新的索引。他将爱因斯坦的相对论和20世纪的另一伟大理论量子理论相融合，提出空间与时间起源于大爆炸，并将以黑洞的形式结束的理论。他认为，宇宙是一个在空间上无限广袤，在时间上不尽绵延的背景，宇宙连同其孕育的生命、精神只不过是从无中

12、创生而又圆寂于无的短暂现象。29 他在科普著作时间简史中写道，科学的终极目的在于提供一个简单的理论去描述整个宇宙。然而，大部分科学家遵循的方法是将这问题分成两部分。首先，是一些告诉我们宇宙如何随时间变化的定律；（如果我们知道在任一时刻宇宙是什么样子的，则这些定律即能告诉我们以后的任一时刻宇宙是什么样子的。）第二，关于宇宙初始状态的问题。有些人认为科学只应过问第一部分，他们认为初始状态的问题应是形而上学或宗教的范畴。他们会说，全能的上帝可以随心所欲地启动这个宇宙。也许是这样。但是，倘若那样，他也可以使宇宙以完全任意的方式演化。可是，看起来他选择宇宙以一种非常规则的、按照一定规律的方式演化。所以，

13、看来可以同样合理地假定，也存在着制约初始状态的定律。 我们的宇宙是有限的，但无法找到边际解释空间上无限广袤，在时间上不尽绵延，这如同地球表面积有限，但无法找到边际一样。时间也是有开始的，大约始于150亿至200亿年前。30 美国数学家杰弗里威克斯的最新宇宙模型令科学界震惊：一个大小有限、形状如同足球的镜子迷宫；宇宙之所以令人产生无边无界的“错觉”，是因为这个有限空间通过“返转”效应无限重复映现自身。宇宙其实是有限的，相对说来其实并不大，大约只有70亿光年宽度，形状为五边形组成的12面体，有如足球。人们之所以感觉宇宙是无限的，是因为宇宙就像一个镜子迷宫，光线传过来又传过去，让人们发生错觉，误以为

14、宇宙在无限伸展。 威克斯认为，由于宇宙存在“返转”效应，我们观察到的宇宙其实是一种幻觉，这个12面体在无休无止地重复映现它自身，如果你从其中一个五边形中走“出去”，你将从其另一面重新回到同一个地方，并一再观察到同样的天空、同样的星系。 最新宇宙模型令科学界震惊宇宙有最新宇宙模型令科学界震惊宇宙有限形如足球？限形如足球？ 31人择原理（Anthropic Principle）n由来： 物质形态具有无限的多样性：从月球到茫茫星云，从漠漠平川到高山、大海，如花似锦的生命世界，精微奥妙的思维器官然而，构成这一切的化学元素的种类却是极其有限的，天然存在的元素一共是九十二种，加上极少量的人造元素，也不过一

15、百多种。整个宇宙大厦，就是由这些种类不多的“砖块”建造起来的 32人择原理（Anthropic Principle）n由来： 地球的地壳中，氧是最丰富的，按重量来说，它几乎占了各种元素的一半，达49.13%；第二位是硅，占26%；第三位是铝，占7.45%；其次是铁、钙、钠、钾、镁等，氢元素只占1%。上面提到的这几种元素，占了地壳各种元素的98%以上，而其他八十多种元素总共不到2% 33人择原理（Anthropic Principle）n由来： 然而，在宇宙中，质量最轻的氢才是最丰富的元素，按原子数目来说，它占了将近93%。在地壳中含量很少的氦，是宇宙中的第二“大户”。按原子数量来说，占了将近7

16、%。氢和氦几乎垄断了整个宇宙的全部天地。从锂到铀九十种元素只占有剩下的那微不足道的一点份额。那些最重的元素，按原子数目来说，只占万分之一，简直可以忽略不计了! 看看宇宙“砖块”搭配的比例，我们人类，就是在宇宙中一个极其难得的环境里诞生并发展起来的。 34n弱人择原理（RH迪克）n虽然我们在宇宙中的位置并不是中心，但我们作为观测者存在，需要特定的物理、化学环境，在这方面却具有某种程度的优越地位。n强人择原理（B卡特）n宇宙以及它所依赖的基本参数，必须允许在某一阶段产生出作为观察者存在的有机生命。人择原理（Anthropic Principle）35人择原理的科学成就n（1）确定待测物理量的数量级

17、。）确定待测物理量的数量级。n人的存在可以导出某些物理量，例如生命的存在要求比氢更重的元素存在，重元素要热核反应，由热核反应合成对人生命必不可少的重元素需要109年的时间。宇宙是不断膨胀的，其大小取决于它的年龄。如果年龄太小，则不可能有人类，而其年龄过大，则形成生命的重元素可能烧尽，故宇宙的直径应在1010光年左右。（2）估计生命存在的天体重量）估计生命存在的天体重量（3）否定恒稳态宇宙模型）否定恒稳态宇宙模型如果任何时间宇宙的状态都是相同的，那为什么智慧生命是在某个特定的时间，而不是在此之前或在此之后产生？如果宇宙存在永恒不变、均匀的结构，那么生命就有可能到处产生，或者宇宙根本不产生生命。3

18、6人择原理的哲学问题n认识论问题n人择原理预言了多宇宙的存在，那么我们是否可以认识其他宇宙规律？n我们以地球为中心的局域性规律，是否能扩展到整体的宇宙？n方法论意义n一般方法是由因求果（归纳演绎）n人择原理是借助人存在这个事实，推论在此之前和在此之后的宇宙状态，是一种由果求因的研究方法。37二、恒星的演化 幼年期幼年期-引力收缩阶段引力收缩阶段 青壮年期青壮年期-主序星阶段主序星阶段 老年期老年期-红巨星阶段红巨星阶段 衰亡期衰亡期-高密恒星阶段高密恒星阶段 38二、恒星的演化幼年期幼年期-引力收缩阶段引力收缩阶段 星云由于万有引力作用收缩，其中势能转变为热能，温度升高。当温度升高到108K或

19、109K时，发生热核反应，2个氘聚合成1个氦，此正如地球上的氢弹。温度升高气热运动加剧产生气体压力排斥力慢收缩，当斥力与引力相平衡的时候就进入主序星阶段。39二、恒星的演化青壮年期青壮年期-主序星阶段（主序星阶段（时间最长、相时间最长、相对稳定、活力最强对稳定、活力最强） 其内部引力与斥力势均力敌，当其中心温度到500万度时，氢合成氦的热核反应，其巨大能量以向外辐射发光发热，温度持续增高（比如太阳） 40二、恒星的演化老年期老年期-红巨星阶段红巨星阶段 当主序星内部核聚变导致核材料用光时，其就不再反应，但其内部剩余能量还能辐射，只不过波长长、能量小而已，就到了红巨星阶段，那时太阳的直径将是现在

20、的250倍。其间，由于氦元素烧完，又开始新的收缩，温度升高，碳和氦又聚变成氧，随后又是硅燃烧、铁燃烧。 41二、恒星的演化衰亡期衰亡期-高密恒星阶段高密恒星阶段 红巨星剩余能量用光之后，其残骸根据其质量有三种情况： 白矮星和黑矮星 、超新星（中子星） 、 黑洞 （比太阳小8倍）（比太阳大8-50倍）（50倍以上）42二、恒星的演化白矮星和黑矮星 比太阳质量小8倍的恒星，体积小、密度大、光度小、发白光-白矮星；白矮星中核能枯竭黑矮星（宇宙的垃圾） 43二、恒星的演化超新星（中子星） 铁最稳定，不能释放能量还要吸收能量，而由于继续收缩使吸引与排斥失去了平衡，大量的物质向恒星中心急剧倾泻。难以想象的

21、巨大压力竟然把原子核外的电子都挤到原子核里，形成一个由中子构成的高温、高密度的核心。比太阳质量大850倍的恒星其内部高温造成辐射压和大气压冲破外壳，瞬间爆发，濒临灭亡-超新星，其残骸便是中子星。在其爆发的过程中，形成了后来的重元素。44二、恒星的演化黑洞 比太阳大50倍恒星终将变成黑洞。它密度更大、质量更大，引力也更大，能吸进它周围所有的物体（包括光），而其内部的物质能量不能辐射出来。 但是，黑洞尽管不向外辐射任何能量又吸引周围他物，可它也不是万古长存的，由于量子效应，它会蒸发。据说10117或1089年后就会蒸发完。45返回第二章46三、地球的演化天文时期-地球内部圈层的形成地质时期-地壳运

22、动47三、地球的演化天文时期-地球内部圈层的形成 混沌的球体其内部放射性元素衰变地球旋转升温物质熔化重元素（铁、镍等）下沉形成地核较轻物质（硅酸盐等）上浮形成地幔其中比重小的（氧化物和盐类）继续上浮形成地壳。48三、地球的演化地质时期-地壳运动 由于其内部升温一些气体溢出地表由于引力固定在地球周围形成大气圈；大气中的水汽由于降温凝结成雨滴降到地面形成江河湖海、地下水和冰川并息息相通，就是水圈；大气圈和水圈为生物圈的形成奠定了基础。49有关地壳运动的假说隆起说 收缩说 膨胀说 地槽说 大陆漂移说 海底扩张说海底磁异常条带说 板块构造说返回第二章50有关地壳运动的假说 隆起说 早在早在1788 年

23、，英国地质学家赫顿年，英国地质学家赫顿(Hutton，17261797)就曾在他的名就曾在他的名 著著地球理论地球理论一书中一书中指出：指出：“地下火地下火”是使山脉崛起的内在动力。他认是使山脉崛起的内在动力。他认 为，地球内部的为，地球内部的“地下火地下火”炽热的岩浆侵入地壳炽热的岩浆侵入地壳或溢出地表，是使地壳隆起的真正原因。这就是最或溢出地表，是使地壳隆起的真正原因。这就是最早对地壳运动问题作出解释的早对地壳运动问题作出解释的“隆起说隆起说”。返回第二章51有关地壳运动的假说 收缩说 1852 年法国地质学家鲍曼年法国地质学家鲍曼(Eliede Beaumont，17981874)提出了

24、又一提出了又一 种新的学说种新的学说“收缩说收缩说”。 认为由炽热星云冷凝形成认为由炽热星云冷凝形成的原始地球，由于它不断冷却散热而不断收缩，因为散热最快的的原始地球，由于它不断冷却散热而不断收缩，因为散热最快的是地球的外部，因此在地球的是地球的外部，因此在地球的 外面首先形成一层固体外壳。但是，外面首先形成一层固体外壳。但是，地球的内部散热比它的外部慢，所以当外壳固结以后，它的内核地球的内部散热比它的外部慢，所以当外壳固结以后，它的内核还继续冷凝收缩。这样，地壳由于失去了内核的支撑，渐渐向里还继续冷凝收缩。这样，地壳由于失去了内核的支撑，渐渐向里压缩，整个地球表面缩小，岩层受挤压，形成褶皱。

25、阿尔卑斯山、压缩，整个地球表面缩小，岩层受挤压，形成褶皱。阿尔卑斯山、喜马拉雅山、落基山、安第斯山等就好似一条条大的皱纹。喜马拉雅山、落基山、安第斯山等就好似一条条大的皱纹。 收缩说由于形象生动，用它来解释山脉崛起过收缩说由于形象生动，用它来解释山脉崛起过 程，颇能言之成程，颇能言之成理，所以在理，所以在19 世纪下半叶，一直占据着统治地位。世纪下半叶，一直占据着统治地位。 返回第二章52有关地壳运动的假说 膨胀说 19 世纪末到世纪末到20 世纪初，世纪初，放射性元素放射性元素的发现，彻底动的发现，彻底动摇了摇了“收缩说收缩说” 的根基。根据放射性元素蜕变能产生大的根基。根据放射性元素蜕变能

26、产生大量热这一道理，有人认为地球不是量热这一道理，有人认为地球不是 在逐渐冷却，而是在在逐渐冷却，而是在不断增温。在地球内部有丰富的放射性元素（主要存不断增温。在地球内部有丰富的放射性元素（主要存 在在于地壳中），它在蜕变为其它元素时，可以放出热。地球于地壳中），它在蜕变为其它元素时，可以放出热。地球获得热量还有其他途径，如获得热量还有其他途径，如地球转动热、地球转动热、 重力分导热、重力分导热、化学反应热和矿物结晶热化学反应热和矿物结晶热等等。因此，地球不可能由于冷等等。因此，地球不可能由于冷却却 而不断收缩。恰恰相反，有人提出地球可能在膨胀。而不断收缩。恰恰相反，有人提出地球可能在膨胀。如

27、果真的是这样，我如果真的是这样，我 们居住的地球表面将不是布满了们居住的地球表面将不是布满了“皱纹皱纹”，而是随着地球的膨胀产生许多，而是随着地球的膨胀产生许多 裂缝，如东非裂缝，如东非大裂谷，我国的郯芦断裂带，北美的安德列斯大断裂等。大裂谷，我国的郯芦断裂带，北美的安德列斯大断裂等。 返回第二章53有关地壳运动的假说 地槽说 在相当长的时期里风靡全球。由美国地质学家霍尔在相当长的时期里风靡全球。由美国地质学家霍尔 (J.Hall,18111898）在考察美国东部的阿帕拉契山时提）在考察美国东部的阿帕拉契山时提出。阿帕拉契山在古生代是一出。阿帕拉契山在古生代是一 个巨大的坳陷，它好似一个个巨大

28、的坳陷，它好似一个橡皮袋子，里面装的东西越多，这个袋子便向下拉得越长。橡皮袋子，里面装的东西越多，这个袋子便向下拉得越长。无独有偶，美国另一位地质学家丹纳无独有偶，美国另一位地质学家丹纳(J.DDana，18131895） 也注意到了这一地质现象，并赋予更明确的概念，也注意到了这一地质现象，并赋予更明确的概念，命名为命名为“地向斜地向斜” (Ceosyncline)，中文译名为，中文译名为“地槽地槽”。从此之后，无论在什么地方，只要从此之后，无论在什么地方，只要 发现类似的况，一些地发现类似的况，一些地质学家统统称之为地槽。例如，在欧亚大陆上有分界欧亚质学家统统称之为地槽。例如，在欧亚大陆上有

29、分界欧亚两洲的乌拉尔地槽、中国的天山地槽、以及祁连山地槽等两洲的乌拉尔地槽、中国的天山地槽、以及祁连山地槽等等。等。 可见，以上几种假说都是以主张地壳的垂直运动为其特可见，以上几种假说都是以主张地壳的垂直运动为其特点的点的。 返回第二章54有关地壳运动的假说 大陆漂移说（1915年） 魏格纳在提出魏格纳在提出“大陆飘移说大陆飘移说”的时候，首先先把注意力集的时候，首先先把注意力集中在材料的搜集和分析上，他在海陆的起源一书中说：中在材料的搜集和分析上，他在海陆的起源一书中说：“任何人观察南大西洋的两对岸，都会被巴西与非洲间海岸线任何人观察南大西洋的两对岸，都会被巴西与非洲间海岸线轮廓的相似所吸引

30、住轮廓的相似所吸引住如果用测量工具在地球仪上测量一下，如果用测量工具在地球仪上测量一下，就可以看到双方的大小都是准确一致的就可以看到双方的大小都是准确一致的”然后在事实的基础上，然后在事实的基础上，根据牛顿的力学的某些原理进行分析，设想根据牛顿的力学的某些原理进行分析，设想远古时代地球只是远古时代地球只是一整块陆地，周围全是海洋，后来天体引力、潮汐、地球自转一整块陆地，周围全是海洋，后来天体引力、潮汐、地球自转的离心力使它们分成小块，之后就像漂移的冰山一样逐步远离的离心力使它们分成小块，之后就像漂移的冰山一样逐步远离开去，美洲脱离了非洲和欧洲向西移动，越飘越远，在他们之开去，美洲脱离了非洲和欧

31、洲向西移动，越飘越远，在他们之间就形成了大西洋间就形成了大西洋。后来他为了进一步寻找证据，只身前往北。后来他为了进一步寻找证据，只身前往北极地区的格陵兰岛，在极地区的格陵兰岛，在50岁生日那天不幸遇难岁生日那天不幸遇难返回第二章55有关地壳运动的假说海底扩张说（1962年） 大陆漂移说遇到了理论上的困难，原始大陆何以能够漂移？其内在的机理是什么？ 对此，进行了大规模的海底调查和勘测，继美国尤因发现海岭、海沟之后，美国黑斯提出了海底扩张说。他们把新生而又不断扩张着的海底视为一个不停地运转着的传送带，大陆就好比坐在传送带上的乘客，随着它的转动而移动着位置。它说明了海底扩张的动力来自于地幔物质的对流

32、，此对流又引起大陆漂移。56有关地壳运动的假说板块构造说 海底扩张说仍有未解决的问题，如大洲现在的边界何以形成？大陆漂移和海底扩张为什么没有使大陆外表轮廓发生改变？ 板块构造说回答了此问题。这是后来一大批学者在大陆漂移和海底扩张说的基础上，又综合了其它方面的科学成果，提出了一个全新的理论。认为大陆的构造单元是板块，他们漂浮在炽热的地幔表面并向各个方向移动。在板块的连接处地壳隆起形成山脉，并伴随着造山运动、地震和火山等现象。57有关地壳运动的假说板块构造说 板块构造学说是在“大陆漂移说”的基础上发展而来的，它以“大陆漂移说”为先导，经过“海底扩张说”，逐步引伸 而成为当前世界最盛行的一种理论。有

33、人说：“大陆漂移”、“海底扩张” 和“板块构造”是一个主旋律的三部曲，它们一脉相承，都主张地壳可以发生大规模的水平移动。大陆和海洋曾经历了多次“合久必分”“分久必合”的历史画面。 板块构造学说的建立是地球科学上的一次革命，它不仅以最新的科学成果解释了海陆起源和大陆漂移的动力这一疑难问题，而且对像喜马拉雅山的崛起、青藏高原的隆升以及太平洋西岸的岛弧、海沟等许多全球性的构造系统都作出了很好的说明。 但是也存在一些疑问：地幔能不能对流？如何对流？仅仅凭海底调查的资料是否以偏概全？58四、生命的起源和演化神创论自生论生命从那里来？59返回第二章60四、生命的起源和演化自生论（化学的途径） 从无机物分子

34、到有机物小分子（已得到证明：米勒实验） 从有机物小分子合成生物大分子（已得到证明：结晶牛胰岛素） 从生物大分子到原始生命（尚未得到直接证明，但却有间接证明：将烟草病毒一分为二（蛋白质和核酸）后又合二为一）61四、生命的起源和演化原始生命的演化 动植物的共同祖先原始鞭毛藻（既能自养又能异养）-演变为两支-一支为：鞭毛脱落，叶绿体保留，形成植物；-另一支为：叶绿体脱落，鞭毛保留，形成动物。 植物的进化方向：菌藻植物苔藓植物和蕨类植物裸子植物被子植物； 动物的进化方向：无脊椎脊椎鱼类两栖类爬行类哺乳类。62 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵

35、增、熵减的问题 1、19世纪科学界存在两大矛盾 2、问题的解决63 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 1、19世纪科学界存在两大矛盾 当普利高津根据自己的科学实践把热力学第二定律放在科学史上予以重新考察时，他发现由克劳修斯从热力学第二定律引出的结论与达尔文创立的生物进化论存在着尖锐的矛盾。因为，热力学第二定律告诉人们：物质的演化总是朝熵增加、向混乱的方向进行。可是，进化论则告诉我们：生物的进化总是由低级到高级，朝熵减少、向有序的方向进行。前者给出了“宇宙热寂说”的结论，即退化的时间箭头，而后者则与之相反，给出了进化的时间

36、箭头。于是出现了“时间悖论”。 64 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 1、19世纪科学界存在两大矛盾 之一：时间的可逆与否 牛顿认为时间是可逆的，因为在他的公式中无论是T还是-T，结果都没有改变。所以时间是周而复始的，像单摆、地球绕太阳转一样。爱因斯坦也不止一次的强调：时间的不可逆只是个幻觉。但是，热力学第二定律提出后，却发生了变化。65 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 1、19世纪科学界存在两大矛盾 之一：时间的可逆与否 热力学第二定律认为，

37、在一个封闭的体系内，热向冷传递而最终趋于平衡，而冷却不能向热传递，得出不可逆的结论。此结论导致了“宇宙热寂说”。66 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 1、19世纪科学界存在两大矛盾之二：热力学第二定律与生物进化论的矛盾 热力学导致熵增的结论 进化论导致熵减的结论（熵是对系统无序度的度量的状态量，熵最大则无序度最大，而有序度最小，熵增则退化；熵减则进化） 热力学第二定律认为熵只能增加而不能减少，热平衡是熵最大的状态。而进化论中，人类的出现是不断走向有序的过程，从概率的角度是最不可几的事件。67 第二节第三节第二节第三节

38、关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 2、问题的解决麦克斯韦妖麦克斯韦妖Maxwell demon 假想的能识别并控制单个分子运动的小精灵、小妖怪。J.C.麦克斯韦设想，用隔板隔开的两个盒子内盛有相同温度的气体，隔板上开一小孔，小孔上装一扇可以自由开合且无摩擦的小门，小精灵把门。它只允许快速的分子从左盒进入右盒；只允许低速运动的分子从右盒进入左盒。因此，如果存在这种小精灵，就能使分子动能从左盒转移到右盒，形成温差，建立秩序，实现熵的自发减少，从而似乎推翻了热力学第二定律。68 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵

39、减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 2、问题的解决 麦克斯韦妖麦克斯韦妖引出的疑问：如果存在麦克斯韦妖麦克斯韦妖，则热力学第二定律错了；如果不存在麦克斯韦妖麦克斯韦妖，那么为什么不，那么为什么不存在？存在？ 20世纪50年代，利用信息熵概念，才弄清楚麦克斯韦妖并不违背热力学第二定律。即使它存在，也无法辨别分子速度，分不出快慢分子，显然，小精灵为了完成分子动能的有效转移，必须获得分子运动的信息。其实，麦克斯韦妖只是开放系统的一个组成部分，靠外界输入能量或信息执行某种任务，生物化学中的酶就是一个实例，并不违背热力学第二定律。麦克斯韦妖其实就是耗散结构的一个雏形69 第二节第三节第二节第三节 关于自然

40、界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 2、问题的解决 薛定鄂提出生命负熵说 20世纪40年代，薛定鄂把新陈代谢观点作了进一步发展，提出了“负熵说”生命定义，认为生命是一种依靠新陈代谢持续面对热力学第二定律的系统。生命就是通过“吸收负熵”（消耗能量使无序变成有序）才得以持续的。在某种程度上解决了热力学第二定律与生物进化论之间的矛盾。 新陈代谢的本质就是有机体成功地在活着的同时使它自己从它必然产生的熵中摆脱出来。70 第二节第三节第二节第三节 关于自然界可逆、关于自然界可逆、不可逆和熵增、熵减的问题不可逆和熵增、熵减的问题 2、问题的解决 普列高津耗散结构论 耗

41、散结构理论是研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论。 一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态，即自组织。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为耗散结构。 这样就解决了热力学第二定律与进化论之间的矛盾。既：热力学是针对封闭系统而言的；进化论是针对开放系统而言的。71第三章 人与自然的关系与可持续发展战略n第一节第一节 自然界的全面人化与生态危机自然界的全面人化与生态危机

42、n第二节第二节 人与自然关系的哲学思考人与自然关系的哲学思考n第三节第三节 实现可持续发展实现可持续发展返回主目录72第一节 自然界的全面人化与生态危机自然界的全面人化与生态危机人与自然的对象性关系n人与自然的最基本关系对象性关系n作为自然物的人存在n气候和环境迫使古猿下地，形体结构和生活习性的改变直立行走、杂食、群居、n心理感受性的加强：感觉知觉记忆表象n劳动创造人本身n劳动器官人手的形成n直立行走神经系统完善n交流需要产生语言返回第三章73天然自然、人化自然与人工自然n自然、天然自然和人工自然n天然自然指人类尚未认识到的那部分自然n人化自然包括人类观测所及并能感知其信息的那部分自然和人工自

43、然两部分n人工自然是人类实践手段所及从而改变了的那部分自然界。包括n人工控制的自然n人工培育的自然n人造自然74 人工自然的扩大及其两重性1、人工自然的扩大的必然性2、人工自然创造了物质文明，促进了人的进化3、人工自然扩大的二重性 一方面促进了人类文明的进步 另一方面造成了生态危机75 人工自然的扩大及其两重性1、人工自然的扩大的必然性原因有二： 一为：人的财富直接或间接从自然界获取，而人口的增长又必须利用和改造自然； 二为：人的贪欲76 人工自然的扩大及其两重性2、人工自然创造了物质文明，促进了人的进化体外进化：感官延长；体内进化：知识增长、思维方式改变77 人工自然的扩大及其两重性3、人工

44、自然扩大的二重性 一方面促进了人类文明的进步 另一方面造成了生态危机78生态危机的表现形式n1 人口问题n2 不可再生资源耗竭n3 环境污染加剧n4 生物多样性减少n5 土地荒漠化加速n6 有毒化学品的越境转移n7 全球气候变暧、臭氧层耗竭和破坏n8 森林面积急剧减少返回第三章7980人口问题人口问题n（1）世界人口增长速度n当前人口：1999年6月16日 世界“60亿人口日”n加速翻番：n（2）老龄化n社会保障n目前全国有1.32亿60岁以上的老人。也就是说，老人在13亿人口中占10%以上。而且老人的数量以每年3.2%的速度不断增加。因此，国家将面临各种经济和社会问题。 n（3）2050年

45、中国将人口总数控制在14亿以内（世界90亿）。81世界人口快速增长82能源危机能源危机n石油危机：n当前世界能源消耗n如在过去的年中，世界的能源消耗增加了，而到年，还将增加。又据美国矿产局统计，按年的生产速度，世界黄金储备只够用年，钢为年，铝为年，石油探明储量只可供开采年，天然气为年。 83环境污染加剧84一粒钮扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量。一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。目前，全国几乎每个城市都认识到了废旧电池潜伏的污染危害。但是如何建立起周密的回收网络和如何处理这些“污染小炸弹”，是各地共同的难题。85生物多样性的减少n被灭绝的和濒危的n生物物种在地

46、球上的灭绝速率竟比其自然过程加快了约1000倍恐鸟：1800年彻底灭绝 美国缅因洲海鼬：1880年灭亡 北美旅鸽：1930年灭绝 巴墓斯坦沙猫：1940年灭绝 台湾云豹：1972年灭绝 86土地荒漠化加速87有毒化学品的越境转移n巴塞尔公约巴塞尔公约对危险废物跨越国境的转移和处置作出了较为全面的规定。它规定了危险废物越境转移及其处置所应遵循的原则，主要包括：各国应尽量减少危险废物的产生量；对于不可避免产生的危险废物，应尽可能以对环境无害方式处置，并尽可能在产生地处置；只有在特别情况下，即当危险废物产生国没有合适的处置设施时，才允许将危险废物转移到其他国家以对环境更为安全的方式处置。88有毒化学

47、品的越境转移 广东贵屿镇 虽然中国已禁止电子垃圾的进口，但电子垃圾在我国的蔓延趋势仍令人担忧。电子垃圾集散处理地主要有广东贵屿镇、清远龙塘镇、南海大沥镇、浙江台州地区、河北黄骅市、湖南省及江西省等地；尤以广东和浙江最严重。广东贵屿镇超过八成儿童感染呼吸道病症。很多民工都感染了呼吸道疾病，皮肤出现溃疡，另一种常见疾病是肾结石。相关人士认为，贵屿的问题，在中国只是冰山一角。89气候臭氧层破坏，大气变暖90森林面积减少，草原退化91几种观点： 人口过多造成了资源短缺与环境恶化（人口问题是最基本的全球问题）。 生态危机产生的原因生态危机产生的原因（1）传统的发展观与消费观 人类面临的困境是科学技术的发

48、展造成的。 A人类在使用技术时大多是抱着美好的愿望 B有些技术的负面影响，人类是不能预测的 C人类应该负责任的是：他不该打开潘多拉的盒子 人类面临的困境主要是由人类的错误观念错误观念造成的。 发展等于GDP的增长，不计自然成本地追求经济的高速增长；高消费、高浪费的生活方式。（2）人与自然关系上传统的价值观人类中心主义 92第二节 对人与自然关系的哲学反思人与自然关系的演进1、人对自然关系的依赖性和能动性2、走进还是走出人类中心主义？3、自然界有内在价值吗？4、科技进步是导致生态危机的根源吗？93人与自然关系的演进n一、人与自然关系的原始和谐一、人与自然关系的原始和谐n1 从采集狩猎社会到原始农

49、业社会返回第三章94n（1）原始农业技术及相应的生产能力对自然系统的稳定性和影响，完全可以通过系统的自我调节而消除。人在本质上屈从于自然。n（2）在消费结构方面，饥饿与半饥饿决定了人口增长缓慢。极低消费结构和人口规模决定了原始农业对自然系统的压力不会超过其承载限度。95n2 传统农业社会96n（1）传统农业社会使用生物能源、大量利用气候、土地、生物资源，初级社会产品满足基本的衣食往行，人服从自然。n（2）传统社会人与自然的冲突体现在消费结构与自然资源不平衡之间。n技术进步和社会经验增长导致人口规模扩大，并未导致人均消费水平提高n以农业技术的不断改进来缓解人口压力带来的人与自然冲突n消费结构方面

50、，人均低消费；97二、人与自然的对立n1 工业社会出现的问题n人口增长和规模过大，人口就业困难和老化、资源短缺、能源危机、人口增长和规模过大，人口就业困难和老化、资源短缺、能源危机、水土流失、粮食紧缺，荒漠化、干旱、洪涝、盐渍化、森林减少、水土流失、粮食紧缺，荒漠化、干旱、洪涝、盐渍化、森林减少、土地退化、生物多样性减少、大气污染、噪声、电磁污染、核放射土地退化、生物多样性减少、大气污染、噪声、电磁污染、核放射性污染、固体废弃物污染、城市生活垃圾等。性污染、固体废弃物污染、城市生活垃圾等。n2 技术结构与自然系统的本质对立的协调n技术结构解决途径：提高资源利用效率；寻找替代物；降低废物排放及可

51、再生利用；环保n消费结构方面的调整：不是降低人均消费，而是控制人口规模n政府的参与98第二节 对人与自然关系的哲学反思1、人对自然关系的依赖性和能动性人的生存发展离不开自然（物质、精神）人在自然界面前的能动性与受动性99第二节 对人与自然关系的哲学反思2、走进还是走出人类中心主义？人类中心主义形成的过程（远古时期自然中心主义农业文明人与自然的和谐工业革命人类中心主义）人类中心主义与反人类中心主义100人类中心主义与反人类中心主义（生态中心主义） 人类中心主义认为，人类影响自然环境的行为是正当的，当且仅当这些行为有利于人类道德责任来自地球生命和生态系统的内在的福利或有利于保护与高扬人类的正义与人

52、权。因此人类只对人类有道德责任，并且只有人类才有道德权利。我们关心（with regard to）动物、关心生命、关心自然只是为了人类的利益，而不是为了其他生物的利益，我们没有道德责任去保护和提高非人的生物的利益或内在的价值。 非人类中心主义认为，人类影响自然环境的行为是正当的，当且仅当这些行为有利于生态系统生态系统或生命共同体生命共同体的稳定、繁荣与发展，有利于尊重、保护和提高生命的内在价值与权利。因此作为生物世界一个部分的人类有责任维护生物世界的利益，维护生态系统的完整性，保护野生物种免受人类干扰而灭绝，保证地球生命尽可能不受人类造成环境污染的危害。这些价值，是独立于并复加在对人类的道德责

53、任之上的。101第二节 对人与自然关系的哲学反思3、自然界有内在价值吗？102第二节 对人与自然关系的哲学反思4、科技进步是导致生态危机的根源吗？103第三节 可持续发展问题n一、人类面临的全球性问题一、人类面临的全球性问题(人类面临人类面临的困境的困境)n人口剧增资源短缺环境恶化n为什么叫全球性问题？为什么叫全球性问题？可从这些问题产生的时间、空间以及问题的影响、解决等方面来说明。返回第三章104二、反对人类中心主义，坚持可持续发展超越人类中心主义超越人类中心主义n人类中心主义的历史n利奥波得：克制物欲，尊重自然 走向生态中心主义？走向生态中心主义？ . 从工业文明走向生态文明 . 生态文明

54、是人与自然和睦共处、协调发展的文明n生态中心主义的思想基础1、任何一个生命物种（包括人类）都不能离开生物圈而独立存在2、任何一个生命物种对生物圈系统功能的完善都作出了贡献，在生物链中都有它的地位与作用3、生物圈的利益包含并高于人类的利益。105三、可持续发展内涵及其由来三、可持续发展内涵及其由来n1 、1962年，卡逊寂静的春天年，卡逊寂静的春天n2、1972年，罗马俱乐部增长的极限年，罗马俱乐部增长的极限n3、1972年，斯德哥尔摩人类环境会议，年，斯德哥尔摩人类环境会议，人类环境宣言人类环境宣言n4、1983年，环发委员会成立，挪威首相布年，环发委员会成立，挪威首相布兰特夫人为首。兰特夫人

55、为首。n5、1987年，环发委员会我们共同的未年，环发委员会我们共同的未来，提出可持续发展概念来，提出可持续发展概念n6、1992年，巴西里约热内卢，联合国环发年，巴西里约热内卢，联合国环发会议，会议，21世纪议程等世纪议程等106 美国海洋生物学家卡逊，认真调查和研究美国官方和民间使用DDT等农药对人体和生物造成危害的结果，向人们昭示保护环境和生态系统的重要性、紧迫性。1 、1962年，卡逊寂静的春天1072、1972年，罗马俱乐部：增长的极限n20世纪中叶以来，资源、环境、人口等社会、经济和政治问题日益尖锐和全球化，所谓“人类困境”问题吸引了越来越多的研究者。其中，罗马俱乐部的研究成果最引

56、人注目。n罗马俱乐部成立于1968年4月，是一个由知名科学家、经济学家和社会学家组成的小团体，宗旨是促进和传播对人类困境的理解，同时激励那些能纠正现有问题的新态度、新政策和新制度。1972年3月，梅多斯领导的一个17人小组向罗马俱乐部提交了一篇研究报告，题为增长的极限。他们选择了5个对人类命运具有决定意义的参数：人口、工业发展、粮食、不可再生的自然资源和污染。n这项耗资25万美元的研究最后得出地球是有限的，人类必须自觉的抑制增长，否则随之而来的将是人类社会的崩溃这一结论。这篇报告发表后，立刻引起了爆炸性的反响。这一理论又被称为“零增长”理论。1083、1972年人类环境宣言n斯德哥尔摩联合国人

57、类环境会议n“我们应该做些什么，才能保持地球不仅成为现在适合人类生活的场所，而且将来也适合子孙后代居住”。n只有一个地球1094、1983年，环发委员会成立。 挪威首相布兰特夫人为首，此委员会成立具有重大的意义。1105 5、19871987世界环境与发展大会我们世界环境与发展大会我们共同的未来共同的未来n可持续发展可持续发展是指“既满足当代人的需要，又不损害后代人满足需要能力的发展”。n可持续发展的内容可持续发展的内容n经济可持续发展（基础）n鼓励经济在不损害环境条件下质的增长n生态可持续发展（条件）n有限制的增长才能实现持续的发展n社会可持续发展（目标）n社会公平，健康、自由、平等、人权n

58、可持续发展的原则可持续发展的原则111可持续发展的原则n公平性n代内公平和代际公平n持续性原则n共同性原则n自然资源价值性原则n公众性原则n法制性原则112可持续发展的原则 然而，放眼全球，代内不平等现象相当严重。美国只占世界人口的，却消耗掉占全球的商业资源，排放出占全球的温室气体。发达国家只占世界人口总数的，消耗掉的能源却占世界总量的，木材的，钢材的，其人均消耗量是发展中国家的倍。与此同时，他们在工业化的过程中也严重的污染了环境。可谓最先享用了地球，也最先破环了自然的生态平衡。特别是海湾战争和对南联盟的狂轰滥炸中，肆放了大量有毒气体，严重污染了环境和造成生态失衡。因此，发达国家对“全球生态赤字”理应负有更大责任。发展中国家也要结束杀鸡取卵，竭泽而鱼的开发行为，避免走“先污染后治理”的老路。 113可持续发展的原则