有人說,如果只能留一條定律,那就是熵增定律。
熵和生命活力,就像兩支時間之矢,一頭兒拖拽著我們進入無窮的黑暗,一頭兒拉扯著我們走向永恒的光明。
華為內部曾發布《華為之熵,光明之矢》,講述任正非關于“熵減”的觀點。
熵增揭示了世界不可逆的趨勢:一切都會從有序走向無序,混亂度不斷增加,直到最終歸于平衡。
然而,生命似乎是個例外,它不斷維持自身結構,仿佛在與熵增對抗。為此,人活著的意義似乎就是不斷對抗熵增的過程。
這就是薛定諤在《生命是什么》中提出的大膽的說法:生命依靠“負熵”為生。生命從環境中獲取能量,排出無序,以維持自身的高度組織化。
“生命以負熵為食”的觀點,脫胎于薛定諤在愛爾蘭都柏林三一學院的系列講座
更驚人的是,他在書中預測了生命的遺傳密碼可能存在于某種“非周期性晶體”中,這一設想后來被DNA雙螺旋的發現所印證。
《生命是什么》不僅是一本科學經典,更是一場關于生命本質的哲學探索。它跨越物理、生物、信息論的邊界,告訴我們生命如何在宇宙的熵增浪潮中逆流而上。
年輕時的薛定諤及1944年出版的《生命是什么》,薛定諤提出了三個深刻觀點,這就是”負熵”“遺傳密碼“和“非周期性晶體”。
一、熵增定律為什么讓人頓悟?
熵增定律告訴我們,世界的本質是走向無序的。在一個封閉系統中,混亂會自發增加,秩序需要能量去維持。
生命本身,就是局部對抗熵增的過程。所有生物都必須不斷獲取能量,以維持內部的有序結構。植物依賴光合作用吸收太陽能,動物通過進食獲取養分,人類則借助知識和勞動來構建文明。
生命是一種局部降低熵的奇跡。
雖然熵增定律最終支配整個宇宙,但在局部范圍內,我們仍然可以建立起暫時的秩序,比如一座城市的運轉、一本書的寫作、一項技術的發明,甚至一個人的成長。只要不斷輸入能量,我們就能短暫地與混沌對抗,塑造更有意義的結構。
但這場對抗從來不是容易的。歷史上,一個社會的興起,往往是因為它找到了維持秩序的方式,而衰落則往往伴隨著熵的失控——權力體系崩壞,管理效率降低,最終陷入混亂。
熵增不僅影響物質世界,也深刻影響人的精神世界。一個人的認知如果不被結構化地整理,就會碎片化;一個人的思維如果不接受挑戰,就會退化。
那些不斷學習、思考、創造的人,實際上是在用知識和邏輯抵抗熵的侵蝕。
熵增定律帶給我們的最深刻啟示是:混亂是常態,而創造秩序才是例外。生命的意義,也許就在于有限地對抗熵增,在短暫的時光里,盡力讓世界變得更有序一點,無論是通過知識、藝術、科技,還是人與人之間的溫暖聯系。
薛定諤指出,熵是對系統內部混亂程度的度量,對于生命而言,熵就是“混亂度”,負熵就是“序”。有生命的物體通過“新陳代謝”來避免很快衰退為惰性的平衡態,不斷有新事件、新可能,這就是所謂的生命活性。
生物自發地汲取負熵,以消除它生命活動中產生的熵增。
二、當談論生命時談論的是什么?
生命以負熵為食解釋了生命如何維持低熵狀態,防止自身走向無序崩解,而生命自身又是如何綿延下去的呢?
在這本書中,薛定諤以物理學的視角對基因的本質進行了深入分析,提出基因可能是一種“非周期性晶體”,它就像是一幅精心設計的刺繡,其中的每一個原子和分子都承載著獨特的信息,而不是簡單重復。
“非周期性晶體”解釋了基因的穩定性、突變性等特征,并第一次從微觀層次上揭示出基因分子的結構特點及其實質。
正是這種非周期性,使得基因能夠儲存和傳遞大量的信息,同時保持足夠的穩定性。DNA 雙螺旋結構的發現證實了這一推測,DNA 堿基序列的排列方式正是一種高度有序、非周期性的分子結構,為生物遺傳提供了信息載體。
在基因的穩定性問題上,薛定諤轉向量子力學的解釋。他認為,基因的持久性并非由經典力學的穩定結構所決定,而是基于量子力學的結合力。分子中的原子排列是穩定的,除非獲得足夠的能量使其躍遷至更高的能級,因此,基因能夠在代際傳遞中保持不變。
然而,這一穩定性并非絕對的,基因仍然會發生突變,而突變的本質很可能是分子內部的量子躍遷。由于量子狀態是離散的,因此基因突變呈現出“跳躍式”變化,即突變個體與未突變個體之間沒有中間狀態。
除了作為遺傳信息的載體,薛定諤認為基因具有更復雜的功能。在書中,他形象地將染色體比喻為“遺傳密碼本”,其中包含了個體發育與成長所需的全部信息。
“非周期性晶體”與“負熵攝取”兩個概念之間內在地結合起來,共同構成了生命現象的核心邏輯:即生命利用環境提供的能量和秩序,持續抵抗熵增定律帶來的混亂傾向,并通過穩定且復雜的分子結構長期保留信息。
三、薛定諤科學思想的影響之深遠
今天回過頭來看,薛定諤的思想不僅對物理學家產生了深遠影響,也引導了一批年輕科學家進入生物學領域,為 DNA 結構的發現提供了理論啟發。
因揭示DNA結構而獲得諾貝爾獎的三人——沃森、克里克和威爾金斯——都聲稱《生命是什么》在他們通向雙螺旋之路上發揮了重要作用。
從左至右分別為:沃森、克里克、威爾金斯
盡管薛定諤的許多推測是在實驗證據尚不充分的情況下提出的,但他對基因的量子物理學性質、非周期性結構、穩定性和編碼能力的洞察,都在后來得到了證實。
他的《生命是什么》促使生物學與物理學結合,推動了分子遺傳學的發展,并為現代生命科學奠定了重要的理論基礎。
奧地利先令上的薛定諤頭像
-End-
觀點資料來源:《生命是什么》
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.