有人说,如果只能留一条定律,那就是熵增定律。
熵和生命活力,就像两支时间之矢,一头儿拖拽着我们进入无穷的黑暗,一头儿拉扯着我们走向永恒的光明。
华为内部曾发布《华为之熵,光明之矢》,讲述任正非关于“熵减”的观点。
熵增揭示了世界不可逆的趋势:一切都会从有序走向无序,混乱度不断增加,直到最终归于平衡。
然而,生命似乎是个例外,它不断维持自身结构,仿佛在与熵增对抗。为此,人活着的意义似乎就是不断对抗熵增的过程。
这就是薛定谔在《生命是什么》中提出的大胆的说法:生命依靠“负熵”为生。生命从环境中获取能量,排出无序,以维持自身的高度组织化。
“生命以负熵为食”的观点,脱胎于薛定谔在爱尔兰都柏林三一学院的系列讲座
更惊人的是,他在书中预测了生命的遗传密码可能存在于某种“非周期性晶体”中,这一设想后来被DNA双螺旋的发现所印证。
《生命是什么》不仅是一本科学经典,更是一场关于生命本质的哲学探索。它跨越物理、生物、信息论的边界,告诉我们生命如何在宇宙的熵增浪潮中逆流而上。
年轻时的薛定谔及1944年出版的《生命是什么》,薛定谔提出了三个深刻观点,这就是”负熵”“遗传密码“和“非周期性晶体”。
一、熵增定律为什么让人顿悟?
熵增定律告诉我们,世界的本质是走向无序的。在一个封闭系统中,混乱会自发增加,秩序需要能量去维持。
生命本身,就是局部对抗熵增的过程。所有生物都必须不断获取能量,以维持内部的有序结构。植物依赖光合作用吸收太阳能,动物通过进食获取养分,人类则借助知识和劳动来构建文明。
生命是一种局部降低熵的奇迹。
虽然熵增定律最终支配整个宇宙,但在局部范围内,我们仍然可以建立起暂时的秩序,比如一座城市的运转、一本书的写作、一项技术的发明,甚至一个人的成长。只要不断输入能量,我们就能短暂地与混沌对抗,塑造更有意义的结构。
但这场对抗从来不是容易的。历史上,一个社会的兴起,往往是因为它找到了维持秩序的方式,而衰落则往往伴随着熵的失控——权力体系崩坏,管理效率降低,最终陷入混乱。
熵增不仅影响物质世界,也深刻影响人的精神世界。一个人的认知如果不被结构化地整理,就会碎片化;一个人的思维如果不接受挑战,就会退化。
那些不断学习、思考、创造的人,实际上是在用知识和逻辑抵抗熵的侵蚀。
熵增定律带给我们的最深刻启示是:混乱是常态,而创造秩序才是例外。生命的意义,也许就在于有限地对抗熵增,在短暂的时光里,尽力让世界变得更有序一点,无论是通过知识、艺术、科技,还是人与人之间的温暖联系。
薛定谔指出,熵是对系统内部混乱程度的度量,对于生命而言,熵就是“混乱度”,负熵就是“序”。有生命的物体通过“新陈代谢”来避免很快衰退为惰性的平衡态,不断有新事件、新可能,这就是所谓的生命活性。
生物自发地汲取负熵,以消除它生命活动中产生的熵增。
二、当谈论生命时谈论的是什么?
生命以负熵为食解释了生命如何维持低熵状态,防止自身走向无序崩解,而生命自身又是如何绵延下去的呢?
在这本书中,薛定谔以物理学的视角对基因的本质进行了深入分析,提出基因可能是一种“非周期性晶体”,它就像是一幅精心设计的刺绣,其中的每一个原子和分子都承载着独特的信息,而不是简单重复。
“非周期性晶体”解释了基因的稳定性、突变性等特征,并第一次从微观层次上揭示出基因分子的结构特点及其实质。
正是这种非周期性,使得基因能够储存和传递大量的信息,同时保持足够的稳定性。DNA 双螺旋结构的发现证实了这一推测,DNA 碱基序列的排列方式正是一种高度有序、非周期性的分子结构,为生物遗传提供了信息载体。
在基因的稳定性问题上,薛定谔转向量子力学的解释。他认为,基因的持久性并非由经典力学的稳定结构所决定,而是基于量子力学的结合力。分子中的原子排列是稳定的,除非获得足够的能量使其跃迁至更高的能级,因此,基因能够在代际传递中保持不变。
然而,这一稳定性并非绝对的,基因仍然会发生突变,而突变的本质很可能是分子内部的量子跃迁。由于量子状态是离散的,因此基因突变呈现出“跳跃式”变化,即突变个体与未突变个体之间没有中间状态。
除了作为遗传信息的载体,薛定谔认为基因具有更复杂的功能。在书中,他形象地将染色体比喻为“遗传密码本”,其中包含了个体发育与成长所需的全部信息。
“非周期性晶体”与“负熵摄取”两个概念之间内在地结合起来,共同构成了生命现象的核心逻辑:即生命利用环境提供的能量和秩序,持续抵抗熵增定律带来的混乱倾向,并通过稳定且复杂的分子结构长期保留信息。
三、薛定谔科学思想的影响之深远
今天回过头来看,薛定谔的思想不仅对物理学家产生了深远影响,也引导了一批年轻科学家进入生物学领域,为 DNA 结构的发现提供了理论启发。
因揭示DNA结构而获得诺贝尔奖的三人——沃森、克里克和威尔金斯——都声称《生命是什么》在他们通向双螺旋之路上发挥了重要作用。
从左至右分别为:沃森、克里克、威尔金斯
尽管薛定谔的许多推测是在实验证据尚不充分的情况下提出的,但他对基因的量子物理学性质、非周期性结构、稳定性和编码能力的洞察,都在后来得到了证实。
他的《生命是什么》促使生物学与物理学结合,推动了分子遗传学的发展,并为现代生命科学奠定了重要的理论基础。
奥地利先令上的薛定谔头像
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观点资料来源:《生命是什么》
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人活着的意义就是不断对抗熵增的过程