宇宙进化的8个层次结构

生物小分子。１９８２年王文清在模拟原始大气中引入三氢化磷,鉴定出１９种氨基酸［５］。此外,我们在陨石中也发现了这些生物小分子,这是又一个证明。

５ 生物大分子的合成有了氨基酸、磷酸、戊糖和４种生物碱等生物小分子,就能组成生命的基础物质———蛋白质和脱氧核糖核酸等生物大分子。

６ 人工合成数以千万计的新分子和新材料当有了人类以后,化学进化则更会发展下去,导致不断合成新的分子和材料。１９５３年,Ｗｏｏｄｗａｒｄ合成叶绿素,１９６５年我国合成牛胰岛素。现已能合成各种蛋白质、ＤＮＡ、酶等,实现了死分子到活分子的飞跃。在人工自然进化层次中,目前,各种为人类需要的新分子、新药物、新材料以及分子器件的合成和组装,已经逐步成为化学的主流。１９９９年１２月３１日美国《化学文摘》登记的“泛分子（Ｐａｎ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）［６］已有２３４０万种,大概每隔１０年要翻一番。

四、宇宙进化的第三层次———天体演化

宇宙进化的第三层次是天体演化。根据天体形成的过程,又可分为３个时期。

１ 第一时期:原星系和原星系团形成期时间大约在大爆炸后１０～３０亿年,此时由中性原子和分子组成的气体尘云在引力场作用下逐渐凝聚为原星系和原星系团。

２ 第二时期:第一代恒星形成期时间大约在大爆炸后３０～４０亿年。此时原星系的气体尘云中密度较高的部分在自身的引力作用下会形成如太阳系大小的气尘盘,盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。在收缩过程中不断释放出的引力能使原恒星变热。当中心温度升到１０００万度、足以引发热核反应时,一颗恒星就诞生了。这就是第一代恒星。恒星的质量范围在０ １～１００个太阳质量之间,更小的质量不足以引发核反应,更大的质量会因核反应太剧烈而分解。恒星的光和热来源于氢聚变为氦的核反应。它是一颗高温高压的气体火球。当核反应产生的辐射压力与引力平衡时,恒星的体积和温度不再明显变化,进入一个相对稳定的演化阶段。现在宇宙中恒星有９０%处于这一阶段。这一阶段的恒星的寿命长短与它的质量的平方成反比。以第二代恒星太阳作比较,太阳的寿命约为１００亿年,质量比太阳大１倍以上的第一代恒星,其寿命在２５亿年以下,它们早已不存在了。质量比太阳小的第一代恒星如室女座Ｗ,现在还存在。当恒星的氢全部聚变为氦后,产能过程停止、辐射压力下降,星核将在引力作用下收缩,叫做第一次引力坍缩。其中心温度升高,引发３个氦原子核聚变成碳的反应,重新大量释放能量。恒星的坍缩是一次剧变,亮度突然升高到１００万倍,这就是天空中突然出现的新星,若干年后就消失。氦烧光后,第二次坍缩使温度升得更高,碳原子核进一步聚变成越来越重的元素,直到生成最稳定的铁为止。恒星核燃料烧光,发生第三次大坍缩,温度剧烈上升。第一代恒星的初始质量为太阳质量的８～５０倍,在核燃料耗尽后会发生极猛烈的爆炸,在短短几天内亮度增加到太阳的几亿至几十亿倍,称为超新星。历史上银河系上大多数超新星是由中国人记录的,如宋朝（１０５４年）记录的超新星,它爆发的时间约１年,其残迹就是现在的蟹状星云。它的中心有一颗体积极小（约北京城一样大）而质量大于太阳的星核,几乎全由中子紧紧堆成,称为中子星。中子星的密度高达每立方厘米１亿吨。中子星及其外围的气云就是恒星死亡的残骸。质量更大的恒星最终将变为黑洞。黑洞是一种引力强大到连光线都无法“逃”出的天体。太阳和初始质量小于太阳８倍的恒星,可以不经过超新星爆炸而平稳地变为白矮星。

３ 第三时期:第二代恒星的形成期时间大约在大爆炸后１００亿年。超新星爆炸中产生大量中子,引发各种核反应,生成各种铁以上的重元素直到铀。由超新星爆炸形成的原子气云重新凝聚形成第二代星系（如银河系）和第二代恒星。太阳就是第二代恒星。第二代恒星和第一代恒星最大的不同在于元素的组成。第二代恒星含有９８%的氢和氦,２%的各种重元素,而第一代恒星只有氢、氦和极少量的锂等轻元素,不含重元素。

五、宇宙进化的第四层次———地质演变的５个时代

地质演变时期的划分,最大的单位是“代”,“代”又分为“纪”,“纪”又分为“世”。

地质演变有５个代。

１ 冥古代是从距今４６亿年前开始的,那时太阳外的星云坍缩,行星形成,其中包括地球诞生。这一事件一直持续到距今３８亿年前,历时８亿年。冥古代是地质演变中的化学进化时期,即生命尚未产生的时期。

２ 太古代太古代始于３８亿年前,即最老的地岩形成的时期,延续到２５亿年前,共历时１３亿年。之后是元古代,始于距今２５亿年前,即富氧大气开始出现时,延续到距今６亿年前,历时１９亿年。

３ 古生代开始于６亿年前,一直到距今２.２５亿年前,共３.７５亿年。

４ 中生代从距今２.２５亿年前山脉形成开始,到距今６５００万年前,共１.６亿年。 ５ 新生代始于距今６５００万年前恐龙灭绝到现在,是哺乳动物和被子植物的时代。３００～４００万年前开始有猿人。２５０万年前开始新生代第四纪。

六、宇宙进化的第五层次———生物进化的１１个时期

１ 第一时期:微观生命开始３８亿年前地质演变中的太古代是生命发生和最初分化的时期。在南非发现原核藻类微生物化石,测定年代为３４亿年前,微观生命开始。那时地球大气中缺少氧气,最初的藻类微生物是不需要氧气的。

２ 第二时期:蓝藻微生物时期距今２５亿年前,出现蓝藻微生物。它在光合作用中释放氧气,由此大气中的氧气开始积聚起来,慢慢形成富氧大气。这在生物进化中是最重要的里程碑。

３ 第三时期:宏观生命开始形成距今１０亿年前,是宏观生命开始形成的时期。

４ 第四时期:动物开始出现的时期距今５.８亿年前是最原始的动物开始出现的时期。 ５ 生物大爆炸时期距今５.４亿年前是古生代寒武纪生物大爆炸开始的时期。 ６ 陆生植物时期距今４.５亿年前是早期陆生植物开始出现的时期。 ７ 鱼类开始出现的时期距今４亿年前是鱼类开始出现的时期。

８ 两栖动物开始出现的时期距今３.５亿年前是两栖动物开始出现的时期。 ９ 针叶树和爬行运动时期距今２.２５亿年前,开始有针叶树和爬行动物。

１０ 哺乳动物和被子植物时期从距今６５００万年前恐龙灭绝到现在,是哺乳动物和被子植物的时代。

１１ 人类开始时期距今３００～４００万年前,开始有猿人。 七、宇宙进化的第六层次———社会进化至今的６个时期

１ 原始猿人和人群时期大约从３００万年前到１０万年前,例如１７０万年前的元谋猿人,８０～１００万年前的蓝田猿人,５０万年前的北京猿人,１０万年前的丁村人、金牛山人。

２ 母系氏族社会原始共产社会———母系氏族社会大约从１０万年前到１万年前,例如１２０００年前的山顶洞人、河套人。

３ 父系氏族社会原始共产社会———父系氏族社会,大约从１００００年到５０００年前,例如６０００年前的西安半坡遗址。

４ 城邦奴隶社会城邦奴隶社会大约从５０００年前到２４００年前。 ５ 封建社会大约从２４００年前开始。６ 资本主义社会与社会主义社会初级阶段长期存在的时期。

八、宇宙进化的第七层次———人工自然进化至今的４个时代和未来可能出现的４个时代

人与自然的关系即人工自然进化可分为至今的４个时代和未来的４个时代。 １ 渔猎时期或旧石器时期时间上大约相当于社会进化的前３个时期。在此时期,人与自然的关系是“依赖自然,听天由命”。

２ 畜牧、农业和手工业经济时代大约从１万年前新石器时代开始到１８世纪７０年代的欧洲,此时期人与自然的关系是“适应自然,顺天知命”。

３ 工业经济时代是从１８世纪７０年代的蒸汽机革命到２０世纪。在此时期,人与自然的关系是“征服自然,天听人命”。特别是在２０世纪下半叶,全世界物质生产的高度发展造成资源耗竭、环境污染、物种灭绝、生态失衡。如按现代工业掠夺自然资源的速度,则化几十亿年形成的地球资源将在不到１０００年内耗尽,这是不能容忍的。因此２１世纪必须发展回收金属和再生资源的科学技术,这是大势所趋。

４ 信息和知识经济时代自从２０世纪下半叶以来,集成电路、计算机、通讯和信息网络技术有惊人的发展,使人类进入信息和知识经济时期。它的特征是科学技术和知识信息成为第一生产力,即经济发展的第一要素。在此时期,人与自然关系开始进行大调整,符合东方的哲学主张:“天人和谐”。

展望未来,笔者认为可能还会有下面的时代。

５ 生物经济时代可能从２０２０年开始,生物基因工程在经济发展和人类健康方面将起越来越重要的作用。２０５０年后,它的重要性可能超过信息技术,从而进入生物经济时代。

６ 新能源经济时代１００年后,煤、石油和天然气,将留作宝贵的化工原料,不再作为燃料。太阳能、可控核聚变等将成为主要能源,从而进入新能源经济时代。

７ 海洋经济和海洋移民时代２００年后,世界人口将大大增加,陆上资源将耗尽,海底锰核将成为主要金属来源,海底水合甲烷将成为主要能源之一,海底将建设城市,从而进入海洋经济和海洋移民时代。

８ 太空移民时代１０００年后,地球资源将不够人类使用,从而进入太空移民时代。在人工自然进化层次,与其它层次可以相互穿插交叉。例如,现在人工合成的元素,有些是天然不存在的,这是物理进化的继续;又如,人工合成许多天然不存在的新分子,这是化学进化的继续;再如,通过基因重组可以诞生天然不存在的新生命,这是生物进化的继续。

九、宇宙进化的第八层次———物质产生精神、文化（含科学技术）,又反作用于物质 宇宙进化到了有人类以后,就产生思想和文化,这就是物质（人的大脑）产生精神。反过来,精神又反作用于物质,即精神、文化（包括自然科学、技术科学、社会科学、语言和文学、音乐和艺术、哲学等等）推动了人工自然进化,产生了物质的东西。这一过程经过多次反复,推动人类的进步。

由物质产生精神、精神又反作用于物质的过程,可从不同的时间跨度,如５０００年、２０００年、１０００年或１个世纪来考察。例如在２０世纪这１００年中,继承了几个世纪以来科学的发展,现代物理学提出了“四大”理论:狭义相对论、广义相对论、量子力学和规范场（杨振宁—米尔斯场方程）。在此基础上,有可能在２１世纪建立统一场论。在这些理论支柱上,２０世纪的现代科学建立了“六大”模型:（１）物理学中粒子结构的规范模型;（２）天文学中的大爆炸宇宙模型;（３）化学中的原子分子结构和化学键模型,包括ＤＮＡ分子的双螺旋模型;（４）生物学中的基因和遗传密码模型;（５）地质学中的板块模型;（６）认知科学中的由思维的机器模拟的图灵-冯诺依曼模型。在科学的先导下,２０世纪发展了“八大”尖端技术:（１）合成氨技术,国外传媒把这一技术评为２０世纪最重要的发明,因为如果没有用它来生产化肥,世界上６０亿人口将有一半要挨饿;（２）高分子、药物和各种新材料的合成技术;（３）核技术;（４）半导体、集成电路、计算机、信息和网络技术;（５）航空、导弹和航天技术;（６）激光技术;（７）基因重组和克隆技术;（８）化学芯片和生物芯片技术。上述科学技术的发展,引起以微电子信息技术为核心的第三次产业革命的浪潮,使人工自然进化由工业经济时代转向信息和知识经济时代。

以上仅是论及自然科学与技术这一类的文化对物质的反作用。其实,社会科学、哲学、文学、艺术等的反作用亦是非常大的。在所有这些精神、文化与物质的相互作用中,人类的

社会和物质生活,正以前所未有的高速度前进。

参考文献

［１］ＳｔｅｐｈｅｎＷ．Ｈａｗｋｉｎｇ著 许明贤,吴忠超译 时间简史———从大爆炸到黑洞》 湖南科技出版社,１９９２

［２］周光召 若干基础科学的发展趋势 科学,１９９６,４８（５）:４-６ ［３］徐光宪 从宇宙进化链的８个层次结构看２１世纪科学发展的大趋势 浙江大学百年校庆两院院士科学报告会论文专集 浙江大学科研处,１９９７,１６-２８

［４］钱学敏 试论钱学森的“大成智慧学” 首都师范大学学报（社会科学版），２００１（３）:１１-２３

［５］贾兰坡，张树政，殷鸿福，王文清等 生命的历程 广西师范大学出版社,２０００,２７

［６］徐光宪 ２１世纪化学的内涵,四大难题和突破口 科学通报,２００１,４６（２４）（责任编辑蔡德诚）

科技导报９／２００２:8-13