化学时空概念在化学进化中的发展

来源:互联网发布时间:2009-09-23

化学进化与化学变化是两种不同的过程,因而,化学进化过程的时空观念也有别于化学变化过程。当代大爆炸宇宙论认为,我们观测到的宇宙是起源于一次大爆炸,从物质的进化上看主要倾向是化学元素的进化。大爆炸的早期,主要是形成1H和2H等物质,然后则是生成氦。因此,在我们所观测到的早期宇宙中,氦和氢的丰度最高。此后,比较重的所有元素及其同位素,都是在恒星内部通过一系列进化过程完成的。在宇宙的演化中,逐渐形成了星系,包括地球。在地球上,进一步出现了化学进化。原始地球的还原型大气,是在自然条件下通过化学进化生成氨基酸和核苷酸,进而生成蛋白质和核酸等生物大分子,直到再进化而出现生命现象。人们对化学进化的认识落后于对化学变化的认识。化学进化的过程比一般的化学变化较为复杂。从研究的对象看,一般的化学变化只是研究地球上现存的物质变化规律,而化学进化则需要研究地球上过去的物质变化规律,以至地球以外的物质变化规律。此外,化学变化的前后物质属于同一层次,不分高低,化学进化则反映了物质从低级向高级的历史发展进程,以至时间进程。反应物是作为“过去”时间的低级物质,生成物则作为“现在”或“未来”时间的高级物质。这里不仅有复杂的质变,而且还记录了时间的进程。
     所以,化学变化是相对较为简单的过程,而化学进化则是相对较为复杂的过程。对于化学进化的研究要在研究化学变化的基础上进行,后者为前者提供了理论依据。可见,化学进化与化学变化是两种不同的化学过程。因此,化学进化过程的时空概念也不同于化学变化过程。过去化学家曾长期忽视了对于化学进化的研究,只把化学过程看作是物质之间的转化,而不管化学物质的起源如何,即忽视了化学变化过程中的时空进程。普里戈金提出的耗散结构理论的时空观,为理解化学进化的时空概念提供了基础。普里戈金提出了内部时间概念(见第一节),把时间作为一个算符,时间就不再仅仅是一个几何参量了。它的本征函数集构成了一个向量空间,每一维都代表着不同的年龄。在这样空间分布中的物质,不仅在均匀地流逝中,还有年龄和历史。普里戈金称为“空间的时间”。空间变化有年龄,各种不同年龄呈现出一个空间分布。总之,化学进化是一种物质向更高级物质的演化,也就是说,化学进化是化学物质有着不同年龄构成的演化。一切在时间流中(时间进化),化学物质才具有活性,空间才具有不同的年龄结构。因此,在化学进化过程中就把时空的进化与化学物质的进化统一起来,时间和空间具有了物质进化的含义。

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