第六章 有序、无序和熵67

    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》，第三部分，命题2

    54.从模型得出的一个值得注意的一般结论

    让我引用第46节最后一句话，当时我试图说明，基因的分子图使我们至少可以设想，“微型密码精确对应于一个极为复杂的特定的发育计划，并且包含着使密码起作用的途径”。那么，它是如何做到这一点的呢？我们如何从“可以设想”转变为真正理解呢？

    德尔布吕克的分子模型因其完全的一般性，似乎没有暗示遗传物质是如何起作用的。事实上，我并不指望物理学能在不久的将来对这个问题提供任何详细信息。在生理学和遗传学指导下的生物化学正在推进这个问题的研究，我相信这种推进还会继续。

    根据上述对遗传物质结构的一般描述，显然还无法给出关于遗传机制如何运作的详细信息。但很奇怪，由此恰恰可以得出一个一般性的结论，我承认，这正是我写这本书的唯一动机。68

    从德尔布吕克对遗传物质的一般描述可以看出，生命物质虽然遵循业已确立的“物理定律”，但可能还涉及尚不为人所知的“其他物理定律”，这些定律一旦被揭示出来，将和以前的定律一样，成为这门科学必不可少的组成部分。

    55.基于秩序的秩序

    这种思路相当微妙，在不止一个方面容易招致误解。本书余下的部分就是要澄清这一思路。由以下思考可以看出一种粗浅但并不完全错误的初步见解：

    第一章已经说明，我们所知道的物理定律全都是统计学定律。 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。我在第一章已经举过例子。其中涉及的一般原理就是著名的热力学第二定律（熵原理）及其同样著名的统计学基础。我将在第56到60节中简要概述熵原理对生命有机体宏观行为的意义————请暂时忘掉关于染色体、遗传等等所了解的一切。

    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，第二只玻璃杯盛满糖水，把它们放入一个密封的恒温箱中。起初好像什么也没有发生，产生了完全平衡的印象。但过了一天左右的时间，可以发现清水由于蒸汽压较高，慢慢蒸发出来并凝聚在糖溶液上。糖溶液溢出来了。只有当清水全部蒸发后，糖才实现了均匀分布于所有水中的目的。70

    绝不能误把这类最终缓慢趋向平衡的过程当作生命，这里可以不去理会。我提到它只是为了避免有人指责我不够准确。

    57.以“负熵”为生

    有机体能够避免很快衰退为惰性的“平衡”态，这似乎成了难解之谜，以至于从很早的时候开始，人类就曾声称有某种特殊的非物理的或超自然的力（“活力”，“隐得来希”）在有机体中起作用，现在仍然有人这样主张。

    生命有机体是如何避免衰退的呢？一个显而易见的回答是：通过吃、喝、呼吸以及（植物的）同化。专业术语叫“新陈代谢”（metabolism）。这个词来自希腊词μεταβ?λλειν，意为“变化”或“交换”。交换什么呢？最初的基本观点无疑是物质交换（例如，新陈代谢所对应的德文词Stoffwechsel的字面含义就是物质交换）。认为物质交换应该是本质性的，这种看法是荒谬的。任何一个氮原子、氧原子、硫原子等等和其他任何一个氮原子、氧原子、硫原子都是一样的，交换它们能得到什么呢？曾有人对我们说，我们是以能量为生的，这暂时平息了我们的好奇心。在一些发达国家（我记不清是德国还是美国，或者两个国家都是）的饭馆里，你会发现菜单上除价目外还标明了每道菜的能量含量。不用说，这实在很荒唐。对于一个成年有机体来说，能量含量和物质含量一样都是固定不变的。既然任何一个卡路里与其他任何一个卡路里的价值是一样的，我们确实看不出单纯的交换有什么用处。71

    那么，我们的食物中到底含有什么宝贵的东西使我们能够免于死亡呢？这个问题很容易回答。每一个过程、事件、偶然发生的事————无论叫它什么，简言之，自然界中正在发生的一切，都意味着它在其中发生的那部分世界的熵的增加。因此，生命有机体在不... -->>
本章未完，点击下一页继续阅读