第六章 有序、无序和熵67_生命是什么

身体不能决定心灵去思考，心灵也不能决定身体去运动、静止或从事其他活动。

——斯宾诺莎，《伦理学》，注22 它们与事物走向无序状态的自然倾向密切相关。

然而，要使遗传物质的高度持久性与它的微小尺寸协调一致，就必须通过“发明分子”来避免无序的倾向。事实上，这种分子大得异乎寻常，必定是高度分化的秩序的杰作，受到了量子论魔法的保护。机会的法则并没有因这种“发明”而失效，只是结果被修改了。物理学家都知道，经典物理学定律已经被量子论修改了，尤其是低温情况下。这样的例子有很多。生命似乎就是其中一例，而且特别引人注目。生命似乎是物质的有序和有规律的行为，它不是完全基于从有序走向无序的倾向，而是部分基于得到保持的现存秩序。

对于物理学家——仅仅是对他——来说，我希望这样来澄清我的观点：生命有机体似乎是一个宏观系统，它的一部分行为接近于纯机械行为（与热力学行为相反），随着温度趋近绝对零度，分子的无序被消除，所有系统都将趋向于这种行为。69

非物理学家觉得很难相信，被他视为高度精确之典范的日常物理定律，竟然以物质走向无序状态的统计学倾向为基础。我在 56.生命物质避免了向平衡衰退

生命的典型特征是什么？一块物质什么时候可以说是活的呢？回答是当它继续“做某种事情”，运动，与环境交换物质等等的时候，而且可以指望它比无生命物质在类似情况下“持续下去”的时间要长得多。当一个不是活的系统被孤立出来或者被置于均匀的环境中时，由于各种摩擦力的影响，所有运动通常都很快静止下来；电势或化学势的差别消失了，倾向于形成化合物的物质也是如此，温度因热传导而变得均一。此后，整个系统逐渐衰退成一块死寂的、惰性的物质，达到一种持久不变的状态，可观察的事件不再出现。物理学家把这种状态称为热力学平衡或“最大熵”。

实际上，这种状态通常很快就会达到。从理论上讲，它往往还不是一种绝对平衡，还不是真正的最大熵。但最后趋近平衡的过程非常缓慢，可能是几小时、几年、几个世纪……。举个趋近平衡还算比较快的例子：倘若一只玻璃杯盛满清水， 关于 负熵 的说法遭到过物理学家同事的怀疑和反对。我首先要说，如果只是为了迎合他们，我就会转而讨论 自由能 了。在这一语境中，它是更为人所熟知的概念。但这个十分专业的术语在语言学上似乎与 能量 太过接近，致使一般读者无法察觉两者的区别。他可能会把“自由”理解成没有多大关系的一个修饰词。然而实际上，这是一个相当复杂的概念，要找出它与玻尔兹曼的有序-无序原理的关系，并不见得比用熵和“带负号的熵”（顺便说一句，熵和负熵并不是我的发明）来得更容易。它恰好是玻尔兹曼最初论证的关键。

但西蒙（F.Simon）非常中肯地向我指出，我那些简单的热力学思考还不能说明，我们赖以为生的为什么是“较为复杂的有机化合物中那种极为有序状态”下的物质，而不是木炭或金刚石矿浆。他是对的。但我必须向普通读者解释一下，正如物理学家所知道的，一块没有烧过的煤或金刚石连同燃烧时所需的氧，也处于一种极为有序的状态。对此的证明是，煤在燃烧过程中会产生大量的热。通过把热散发到周围环境中，系统就处理掉了因反应而引起的大量熵增，并且达到了与以前大致相同的熵的状态。

然而，我们无法以反应生成的二氧化碳为生。所以西蒙非常正确地向我指出，我们食物中所含的能量的确很重要；因此，我对菜单标明食物能量的嘲笑是不适当的。不仅我们身体消耗的机械能需要补充能量，我们向周围环境不断散发热也需要补充能量。我们散发热不是偶然的，而是必不可少的。因为我们正是以这种方式处理掉了我们物质生命过程中不断产生的多余的熵。

这似乎暗示，温血动物的较高体温有利于较快地除去熵，因此能够产生更强烈的生命过程。我不敢肯定这一论证中有多少正确的成分（对此应该负责的是我，而不是西蒙）。人们可以反对说，有许多温血动物都用皮毛来防止热的迅速散失。因此，我相信存在的体温与“生命强度”之间的平行也许可以用第50节末尾提到的范特霍夫定律来更直接地解释：较高温度本身加速了生命活动中的化学反应。（事实确是如此，这在以周围环境温度为体温的物种身上已经有了实验验证）75