经济的自然原理（7）

关于自然界的基本知识（3）

一、自然进化的过程及原理（2）

原子出现的意义重大，它是物质结构进化迈出的第一步，相当于一次质的飞跃。因为宇宙的开端是一片混沌的状态，正是原子的出现阻止了这种混乱的局面，开始朝着有序化的方向迈进。我们并不知道不可逆结构的出现是偶然的还是必然的，但至少在它出现后就不再是一种偶然的现象，而成为一种确定性的趋势，它导致宇宙的熵（系统的混乱程度）持续地减小。 “熵增定律”认为，孤立系统的熵值总是趋向于增大，系统会朝着无序的状态变化，不可逆结构显然不属于这一范畴。为什么会出现这种不可逆的现象？因为物质结构的稳定性导致宇宙中的能量不断地转化为物质形态而不会发生逆转。同时，在自然力的作用下物质结构趋向复杂化，这就导致宇宙朝着更加有序的方向转变。粒子的出现是物质结构进化的起点，其后在不同的尺度上都会出现类似的结构，而导致这个现象出现的原因是相同的。背后的这些基本原理对我们进一步分析各种复杂的结构或者系统有极大的帮助。

粒子的大量涌现造就了“粒子时代”，而粒子时代为星系时代铺垫了道路。星系起源于物质的聚集。在万有引力的作用下，粒子聚集在一起形成“原子云”；随后它们进一步聚集就形成了不规则的、密度较高的团块，被称为“星际云”。星际云包含了大量的气体、尘埃等不同形态的物质，其中大部分气体是由分散稀薄的氢原子、氦原子组成，尘埃则主要由重元素组成的固态微粒。如果这些气体与尘埃只是均匀分布的，那么无论行星还是恒星都是不可能出现的，宇宙物质就像天空中的云朵，时而聚集，时而消散，而且到处一片漆黑。星际云的出现为宇宙物质的进一步演化创造了条件，它成为恒星的诞生地。此时，不确定性的作用变得必不可少，它使得星际云分裂出很多不规则的碎片，正是这些不规则的、不均匀的碎片为恒星的出现创造了条件。宇宙物质的进化是在对抗均匀、平衡状态的过程中发生的，因为均匀意味着结构的消散。所有复杂的物质结构都是基本粒子不断聚集或者结合的结果，它们利用自然力的作用战胜了能量所带来的破坏力，构建了稳固的形态。粒子聚集的方式也并非一成不变，在不确定性发挥作用时，结构的构造方式会出现分化，形成形态各异的宇宙万物。

恒星逆转了温度、物质密度不断下降的变化趋向，同时也逆转了物质无序运动的状态。恒星通过物质的聚集以及有规律地向周围释放能量达到某种平衡，形成一个持续的物质和能量相互转化的系统。它通过核聚变反应不仅创造了光和热，而且创造了更多、更重的化学元素，如碳、氮、氧、镁、硅、铁。当核聚变反应结束后，物质和能量的转化就终结了，恒星便会发生坍缩。质量较大的恒星会发生“超新星”爆发，它所释放的能量如此巨大，以至于大量比铁轻的中等重量的重元素被猛烈地甩在一起，结合成了更重的原子，金、银、铀等稀有元素都是这个时候形成的。因此，自然界中比铁重的元素较少，这也正是它们如此昂贵的原因。太阳至少属于第二代恒星，因为它的内核已经包含了目前还不能生成的重元素。物质的聚集和爆发不断地循环着，一代代恒星不断地形成又解体，成为化学元素的锻造器。

恒星出现之后，自然会演化出行星。行星的起源与恒星一样让人感到困扰，关于行星如何开始从气体和尘埃逐步形成致密的球体，目前也没有很好的解释。从尘埃粒子的随机碰撞到粒子聚集在一起成为星子的过程中有一道门槛，这道设在微观和宏观之间的门槛在没有外力作用下似乎难以被跨越，因为能量在起着相反的作用。只要气体、尘埃聚集到一定的体积，万有引力的作用就会让它们具有足够的力量吸引其它的天体，构建行星核心的步伐就会加快起来。一旦跨越了那道门槛，物质聚集的速度就会越来越快。物理学家和计算机模型至今都无法对尘埃在无序状态下的运动方式给予描述，因为其中包含了大量的随机性因素。只有当物质的运动逐渐从无序状态转向有序状态后，人类才能够运用逻辑运算来描绘物质运动的规律。

星系、恒星的出现意味着宇宙的进化之路得到了进一步拓展。不仅在宏观层面出现了规模宏大的系统，而且在微观层面也构建了精致而复杂的结构。它们看起来有相似之处，运动的原理也是相近的。正是这些基于自然力作用下形成的不同尺度的不可逆结构占据了宇宙的空间，它们之间的相互作用又将进一步构造出更多、更复杂的结构，这种变化趋势成为了所有物质运动以及人类社会活动的基调。对于这些进化过程的观察和研究对我们有很大的启发，因为它们的所作所为主宰了宇宙时空，它们所表现出的特征和规律正是我们需要研究和应用的。

氢和氦是地球上最轻的元素，它们构成了星系和恒星时代的主体，到了行星时代各种重元素则开始涌现，例如碳、氮、氧、硅、铁等。地球上最丰富的元素是铁，它们大部分沉入到了地核中去了。地球上最引人注目的植物、动物、真菌和细菌则是许多重元素的集合体，没有重元素的存在就无法跨越物质和生命的门槛。可以说，夸克的出现造就了“粒子时代”，重元素的形成则造就了“化学物质时代”。正因为复杂的化学物质的出现，使得行星成为了宇宙进化的“高级场所”。重元素进一步构造出了复杂的分子结构，除了更重的元素外，还有许多化合物，最早出现的是无机化合物，然后是有机化合物，有机化合物的出现拉开了生命形态构造的序幕。从重元素到最简单的生命形态的出现大约花费了数亿年时间，而人类所发现的最简单的生命形态是37亿年前的蓝细菌，它是最早的原核细胞生物。

有机化合物的形成得益于地表温度的降低以及原始海洋的出现，因为高温会破坏分子间相互的结合，使得复杂的分子结构难以保持稳定的状态。温度适中的原始海洋自然成为孵化有机物的天堂，在这个环境中生成了异常丰富的有机物质。由于阳光中的紫外线能够直接辐射到地球表面，也为有机物的合成提供了重要的能量来源。原始海洋于是成为了“生命的摇篮”。漂浮在海洋里的微生物利用太阳辐射使水气和二氧化碳发生光合作用，产生了有机物和自由氧。当自由氧慢慢积累起来，便形成了主要由氮和氧所组成的大气构造。在这样的大气环境中所进化出的生命体基本都依赖于这种大气环境。