“细胞生物学” 东北师大生命科学学院 细胞生物学教研室 段晓刚 2003
“细胞生物学” 东北师大生命科学学院 细胞生物学教研室 段晓刚 2003
第一章 绪论 物理世界生物世界文化精神世界 1是否只有一个物理世界 2物理世界和生物世界的根本性矛盾 热力学第2定律热量不可能从较冷物体转移 到较热物体去 宇宙的熵趋向于最大值-“宇宙热寂说” 达到宇宙热平衡状态不再有能量形式的 变化和多种多样的生命形式 生命世界则是相反,总是从无序到有序,在物 质世界中吸取负熵 3文化精神世界
第一章 绪论 一 物理世界 生物世界 文化精神世界 1 是否只有一个物理世界 2 物理世界和 生物世界的根本性矛盾 热力学第2定律 热量不可能从较冷物体转移 到较热物体去 宇宙的熵趋向于最大值 -- “宇宙热寂说” 达到宇宙热平衡状态 不再有能量形式的 变化和多种多样的生命形式. 生命世界则是相反, 总是从无序到有序,在物 质世界中吸取负熵 3 文化精神世界
物理进化化学进化和生命进化 →)物理进化 1宇宙“大爆炸”开始的时刻 时间空间和物质的起源我们把“大爆炸 ”开始时刻,看作我们今天观察到的宇 宙的开端。理论物理学家称这个开端为 奇点” 奇点这种状态,没有时间和空间,它实际上 是孕育着全部宇宙物质和时空的原始状 态,是最高密度的物质 奇点可以看作是4种相互作用超统一的辐 射场,它是宇宙全部物质和能量的最高 度集中。它的温度非常非常高。有人估 计未分化前的瞬间,奇点的温度远远高 于1032K(即亿亿亿亿度)
二 物理进化 化学进化和生命进化 (一) 物理进化 1 宇宙“大爆炸”开始的时刻 时间 空间和物质的起源 我们把“大爆炸 ”开始时刻，看作我们今天观察到的宇 宙的开端。理论物理学家称这个开端为 “奇点”. 奇点这种状态，没有时间和空间，它实际上 是孕育着全部宇宙物质和时空的原始状 态，是最高密度的物质. 奇点可以看作是4种相互作用超统一的辐 射场，它是宇宙全部物质和能量的最高 度集中。它的温度非常非常高。有人估 计未分化前的瞬间，奇点的温度远远高 于1032K（即亿亿亿亿度）
2、奇点的第一次相变——“超统一真空相变” 奇点发生第一次相变。现代天体物理学家把它叫 做“超统一真空相变”。在第一次相变中,有3 种表现形式:(1)时间和空间这一对范畴开始 分化出来,这是时空的起源,也是太极的完美对 称性破损的开始;(2)超大型统一相互作用开 始分为引力相互作用和大统一相互作用;(3) 辐射和粒子(夸克和电子、中微子等轻子)分化 出来。 3、奇点的第二次相变—“大统一真空相变” 此时发生第二次奇点相变,现代科学家把它叫做 “大统一真空相变”。在第二次相变中,表现为 强力相互作用与弱电相互作用的分离
2、奇点的第一次相变——“超统一真空相变” 奇点发生第一次相变。现代天体物理学家把它叫 做“超统一真空相变” 。在第一次相变中，有3 种表现形式：（1）时间和空间这一对范畴开始 分化出来，这是时空的起源，也是太极的完美对 称性破损的开始；（2）超大型统一相互作用开 始分为引力相互作用和大统一相互作用；（3） 辐射和粒子（夸克和电子、中微子等轻子）分化 出来。 3、奇点的第二次相变——“大统一真空相变” 此时发生第二次奇点相变，现代科学家把它叫做 “大统一真空相变” 。在第二次相变中，表现为 强力相互作用与弱电相互作用的分离
4、奇点的第三次相变—“电弱场相变” 此时发生第三次相变,称为电弱场相变, 电磁相互作用和弱相互作用分离, 宇宙出现4种独立的基本相互作用。 此时宇宙仍主要处于4种相互作用的辐射场形式, 物质则以电子和夸克的形态存在。 现在世界上已建成的美国费密实验室的核电子伏 加速器( Tevatron)的能量是1.2TeV, 所以电弱场统一的理论已经受检验,是相当成熟的理论。 因此在t=10-12S以后的情况是有实验室根据的。 在t=10-12S以前则只是理论的推测
4、奇点的第三次相变——“电弱场相变” 此时发生第三次相变，称为电弱场相变， 电磁相互作用和弱相互作用分离， 宇宙出现4种独立的基本相互作用。 此时宇宙仍主要处于4种相互作用的辐射场形式， 物质则以电子和夸克的形态存在。 现在世界上已建成的美国费密实验室的核电子伏 加速器（Tevotron）的能量是1.2TeV， 所以电弱场统一的理论已经受检验，是相当成熟的理论。 因此在t=10-12S以后的情况是有实验室根据的。 在t=10-12S以前则只是理论的推测
基本粒子的发现和夸克模型 目前已经发现较稳定的基本粒子30多个 寿命短的基本粒子四百多个 目前几乎所有的基本粒子的反粒子都被找到 比如 实验表明,正负电子相遇迅速湮灭转化为两个光子 夸克模型表明,所有的强子都是由三个夸克组成
基本粒子的发现和夸克模型 目前已经发现较稳定的基本粒子30多个 寿命短的基本粒子四百多个 目前几乎所有的基本粒子的反粒子都被找到 比如 实验表明,正负电子相遇迅速湮灭,转化为两个光子. 夸克模型表明,所有的强子都是由三个夸克组成
夸克结合成中子和质子的时刻 此时宇宙家庭的成员有光子、正反上下夸克 正反中微子、正负电子、正反质子和正反中子 各种粒子的总电荷等于零。正反粒子的数目 基本相等,但又不完全相等,有百亿分之一的 偏差,即: 正粒子数:反粒子数=(1010):(1010-1) (1-11) 6、正反质子和正反中子几乎完全湮灭的时刻
5、夸克结合成中子和质子的时刻 此时宇宙家庭的成员有光子、正反上下夸克、 正反中微子、正负电子、正反质子和正反中子 。各种粒子的总电荷等于零。正反粒子的数目 基本相等，但又不完全相等，有百亿分之一的 偏差，即： 正粒子数：反粒子数=（1010）：（1010 -1） （1-11） 6、正反质子和正反中子几乎完全湮灭的时刻
当t稍大于106S,正反质子和正反中子几乎完全湮灭( annihilation) 由于上述对称性的破缺,仍有未湮灭的质子和中子留存下来。 如果对称性非常完美,没有一点破缺,这样原子没有了, 天体没有了,人类也没有了, 这个宇宙将只有完全对称的辐射,就太单调了 所以完全对称并不美。据说美学上有一条趔: 对称+破缺=美 (1-12) 在t稍大于106到t=1S之间,没有发生重大事件, 宇宙家庭的主要成员是光子、中微子、正负电子、质子和中子。 我们称之为宇宙的核子时期
当t稍大于10-6S，正反质子和正反中子几乎完全湮灭（annihilation） 由于上述对称性的破缺，仍有未湮灭的质子和中子留存下来。 如果对称性非常完美，没有一点破缺，这样原子没有了， 天体没有了，人类也没有了， 这个宇宙将只有完全对称的辐射，就太单调了， 所以完全对称并不美。据说美学上有一条趔： 对称+破缺=美 （1-12） 在t稍大于10-6S到t=1S之间，没有发生重大事件， 宇宙家庭的主要成员是光子、中微子、正负电子、质子和中子。 我们称之为宇宙的核子时期
由于对称性的破缺,还留有未湮灭的电子 它的数目和带正电的质子恰好相等, 借以保持宇宙的总电荷等于零 这时宇宙家庭的成员是光子、中微子、电子、质子和中子
由于对称性的破缺，还留有未湮灭的电子， 它的数目和带正电的质子恰好相等， 借以保持宇宙的总电荷等于零。 这时宇宙家庭的成员是光子、中微子、电子、质子和中子
7氢和氦这两种原素是在宇宙发展中最早也是最容 易形成的原素,这就是为什么整个宇宙几乎全部由氢 原子(928%)和氦原子(7.1%)构成(图)。这时 化学元素的发展进入了一个查对稳定的阶段,即长期 的氢聚变阶段,我们的太阳正处在这一阶段。氢的长 期聚变最终会导致氦在星核中的积累。由于每个氦核 都锁定了四个核子(二个质子、二个中子)。星核就 会因此而收缩和受到加热。这时原来不可能发生的核 反应发生了。氢燃烧形成的氦变成了燃 料,氦核之间暂短相遇就会产生聚变事件。氢聚变转 变成了氦聚变,这奠定了转重元素生成的基础
7 氢和氦这两种原素是在宇宙发展中最早也是最容 易形成的原素，这就是为什么整个宇宙几乎全部由氢 原子（92.8%）和氦原子（7.1%）构成（图）。这时 化学元素的发展进入了一个查对稳定的阶段，即长期 的氢聚变阶段，我们的太阳正处在这一阶段。氢的长 期聚变最终会导致氦在星核中的积累。由于每个氦核 都锁定了四个核子（二个质子、二个中子）。星核就 会因此而收缩和受到加热。这时原来不可能发生的核 反应发生了。氢燃烧形成的氦变成了燃 料，氦核之间暂短相遇就会产生聚变事件。氢聚变转 变成了氦聚变，这奠定了转重元素生成的基础