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地球科学发现的逻辑 （第一讲） ——地球科学的演化思维 於文辉 2010年9月13 日 时 空 耦 合 关 系 与 演 化 过 程 时空演化的层次 层 次 相应学科 时 间 物质过程 物理进化 物理学 0(宇宙大爆炸)~ 3万 合成出原子 年(宇宙的婴儿期) 天体演化 天文学 3万年到现在(150亿年) 宇宙由原子云凝聚成星云、星系和现在夜 空中灿烂的星星。 地球演变 地球科学 46亿年~现在(地球青年 从无机地球到 生命地球。 期) 化学进化 化 学 3万年~34亿年(微观生 从原子到生物大分子，再到有生命的单细 命开始)(宇宙幼童期) 胞微生物（从无机到有机）。 生物进化 生物学 34亿年前~现在 不断有人工合成新分子和新材料，每隔1O 年翻一番（现在有200O多万种）。 社会进化 社会科学 400多万年前(猿人)开 始直到现在 人工自然 技术工程学 包括农业、工业、信息(IT)产业、生物工 进化 程产业等。 精神演化 人文科学 形成文化艺术、技术科学等，又由精神反 与自然科学 作用于物质 的交叉 物理进化的层次 10-43秒 10-33厘米 （普朗克时间） （普朗克长度） 时间 物理进化层次 -43 超统一相变，超统一场分化为引力场 10 秒 和大统一场，时间和空间开始分化 -36 大统一相变，大统一场分化为强场和 10 秒 电弱场，分化出夸克和电子等轻子 -12 电弱相变，分化出弱场和电磁来 10 秒 -6 夸克合成中子和质子 10 秒 到3分钟 中子和质子合成氦、氘等轻核 到3万年 合成原子 最小时间尺度问题 原子及原子以下的层次和尺度 层 次 -33 尺 度 生物的层次 普朗克长度 10 cm 轻子和夸克 10-16cm (1)细胞，(2)组织，(3)器官， 中子和质子 10-13cm (4)机能系统，(5)生物个体 原子核 10-13cm到10-12cm -8 原子 10 cm