《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃

 2019年03月04日  134 次 0 条 3  


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生命是什么?

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对于这个问题,可能大部分人的答案都来自于生物教材上的定义:生物体会新陈代谢,生长发育,并会繁殖产生新的生命。

而在1943年,曾有一位物理学家对这个问题产生了兴趣,并将自己的想法写成了一本书。

这位物理学家就是诺贝尔物理学奖得主,量子力学奠基者--埃尔温·薛定谔

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第1张

  薛定谔在书中对生命做了这样的定义:

有生命的物体会避免变成混乱和无序的状态。

这是什么意思呢?

图文版

热力学第二定律告诉我们,万物都有向着混乱和无序发展的趋势

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第2张

  比如一个炽热的铁块,会自动的将热量传递进周围的环境中,让整个系统变得更加混乱。

一滴墨水滴入一杯清水中,随着时间的流逝,这滴墨水会变得越来越混乱直至均匀地分散在整杯水中。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第3张

  这时,生命的特殊性就体现出来了:

生命具有极其有序的结构,进行着极其有序的生命活动,并且可以通过繁衍创造更多相似的有序个体。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第4张

  可以这么说:虽然我们的宇宙正在走向混乱和无序,但生命却在其中发展出了极高的秩序性。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第5张

  在物理学中,我们用熵(shang)来衡量一个系统的混乱程度:一个系统越混乱,它的熵也就越大。

宇宙的熵是在不断地增加的,而生命却在其中保持着低熵的状态。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第6张

  那么生命是怎么做到这点的呢?

答案显而易见:那就是通过不断地进食。

生物学上对这个过程有个专门的词汇,叫做新陈代谢

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第7张

  起初人们认为:生命的新陈代谢过程,目的就是和外界交换物质,并在这个过程中补充生命活动所消耗的能量

但在薛定谔看来,生命个体内的一个碳原子和食物中的一个碳原子是一样的,生物体内的一卡路里能量和体外的一卡路里能量也是等价的。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第8张

  所以,单纯的物质交换和能量获取并没有什么意义。

薛定谔认为,生物作为我们宇宙的一部分,它自身的混乱程度也有着不断增加的自然趋势。

生物的每次一呼吸,每一个动作,都在产生着熵,正是这些熵将生物体一步步的带向死亡。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第9张

  为了维持生存,生命必须设法持续地摄入秩序,也就是负的熵,同时排放代谢废物和废热,以这种方式将产生的熵释放回环境当中。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第10张

  因此,生物进行新陈代谢最根本的目的,是摄入秩序。

也就是说,生命以负熵为食

接下来,我们将从熵的角度重新认识我们所在的生物圈:

我们的太阳是一个熵极低的存在,是地球最大的负熵来源。

地球接受着来自太阳的太阳光,并将这些低熵太阳光转化为了高熵的红外线再辐射回宇宙空间。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第11张

  在这个过程中,植物通过光合作用汲取了其中的一部分负熵,高等动物则会通过进食获得原本存在于植物体内的负熵,而动物的排泄物虽然被大大地降解,但其中的负熵仍然有一定的余量,因此植物和微生物依然可以利用它。

所以,从根本上讲,所有的生物都是在靠着汲取负熵来维持生存,而整个生物圈其实是一个负熵“传递”的过程。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第12张

  薛定谔认为:生命这种从合适环境中汲取负熵的“天赋”,与其所具有的遗传物质有着密切的关系。

虽然遗传物质和宇宙中的其他物质一样,只是一团原子而已,但这团原子本身具有极低的熵,最终可以通过复杂的物理和化学过程,生产出蛋白质等物质。

这些物质构成了一个个细胞,并十分严格地控制着各项生命活动。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第13张

  其实,生命的诞生或许也与熵有关:

在机缘巧合之下,有一系列特殊的化学反应发生在了一个小的范围内,不断汲取环境中的负熵,并将产生的熵排放回环境当中。

这就相当于在一个小的范围内创造了一个稳定的低熵系统,也就是生命的雏形。

  《生命是什么》丨薛定谔说了:生命的本质就是吃 百科知识 第14张

  这么看来,生命就像是一台纯粹的机器,遵循着宇宙运行的规律。

这样,我们就回到了最初的问题:生命是什么?

生命是一个美好的巧合。

是宇宙在奔向熵最大的死寂过程中,为自己创造的观众。

-end

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