第七章 生命以物理定律为基础吗？76

作一番改良。

    这个一再做出的断言不可能不引起矛盾。因为确实有一些现象，其突出特征是直接基于“有序来自有序”的原理，似乎与统计学和分子的无序毫无关系。

    太阳系的秩序和行星的运动几乎被无限期地维持着。此刻的星座与金字塔时代任一时刻的星座是直接相关的；从现在的星座可以追溯到那时的星座，反过来也是如此。人们计算过历史上的日月食，发现结果与历史记录非常符合，在某些情况下甚至可以用来校正业已接受的年表。这些计算并不包括任何统计学，它们纯粹是以牛顿的万有引力定律为基础的。

    一个精确的时钟或者任何类似的机械装置的规则运动似乎也与统计学无关。简而言之，所有纯粹机械的事件似乎都明确而直接地遵循着“有序来自有序”的原理。必须从广义上来理解我们这里所说的“机械”。我们知道，有一种非常有用的时钟是通过电站规则地输送电脉冲来运转的。

    我记得马克斯·普朗克就“动力学类型和统计学类型的定律”这一主题写过一篇很有意思的小论文（德文是“Dynamische und Statistische Gesetzmässigkeit”）。两者之间的区别恰恰就是我们这里所谓的“有序来自有序”和“有序来自无序”。那篇论文旨在表明，控制宏观事件的统计学类型的定律是如何由据说支配着微观事件即单原子与单分子之间相互作用的“动力学”定律所构成的。行星或时钟的运动等宏观机械现象说明了后一类型的定律。82

    于是，被我们一本正经地当作理解生命的真正线索的“新”原理，即“有序来自有序”的原理，对物理学来说根本不是什么新东西。普朗克甚至还亮出了证明其优先权的态度。我们似乎得出了一个可笑的结论：理解生命的线索是，生命建立在纯粹机械论的基础之上，是普朗克论文中那种意义上的“钟表装置”。在我看来，这一结论既不可笑，也并非全错，但不可全信。

    67.时钟的运动

    让我们准确地分析一下实际时钟的运动。它绝不是一种纯粹机械的现象。纯粹的机械钟将不需要发条，也不需要上发条。它一旦开始运动，就会永远运动下去。而实际的时钟如果没有发条，摆动几下就会停止下来，它的机械能被转化为热能。这是一种无限复杂的原子过程。物理学家对这种运动的一般描述迫使其承认，相反的过程并非完全不可能：无发条的时钟通过消耗其自身齿轮的热能和环境的热能，可能会突然开始走动。物理学家一定会说：时钟经历了一次异常强烈的布朗运动猝发。我们在第一章（第9节）已经看到，用一种非常灵敏的扭力天平（静电计或电流计）就能发现这种事情一直在发生。对于时钟来说，这当然是极不可能的。

    应把时钟的运动归于动力学类型的还是统计学类型的合定律事件（借用普朗克的表述），这取决于我们的态度。称它为一种动力学现象时，我们的注意力是集中在了用一根较松的发条就能保证的规则运转上，这根发条克服了热运动所引起的微小扰动，所以我们可以忽略不计。但如果我们还记得，没有发条，时钟就会因为摩擦阻力而逐渐停摆，那么我们就会发现，只能把这一过程理解为一种统计学现象。83

    无论从实际的观点看，时钟中的摩擦效应和热效应是多么无关紧要，并未忽视这些效应的第二种看法无疑是更基本的一种看法，即使当我们面对着由发条驱动的时钟的规则运动时也是如此。因为绝不能认为驱动机制真的消除了过程的统计学性质。真正的物理学描述包括这样一种可能性：即使是一台正常运行的时钟，也可能通过消耗环境中的热能，突然使它的运动逆转，并且后退回去重新上紧自己的发条。这种事件的可能性甚至比没有驱动装置的时钟的“布朗运动猝发”还要小一点。

    68.钟表装置终究是统计学的

    现在我们做些评论。我们分析过的“简单”情形是其他许多例子的代表————事实上，它代表着避开了无所不包的分子统计学原理的所有那些情形。由实际物质（不是想象中的东西）制成的钟表装置并非真正的“钟表装置”。机会的要素可能被或多或少地减少了，时钟突然之间完全走错的可能性也许是无限小的，但总是保存在幕后。即使在天体运动中，也不是没有摩擦和热的不可逆影响。于是，地球的旋转因为潮汐的摩擦而逐渐减慢，与这种减慢相伴随的是月球逐渐远离地球，倘若地球是一个完全刚性的旋转球体，这种情况就不会发生。

    然而，“物理钟表装置”仍然清楚地显示了非常突出的“有序来自有序”特征————物理学家在有机体中碰到这种特征时非常振奋。这两种情形可能终究是有某种共同之处的。至于这种共同之处是什么，以及是什么明显区别使得有机体的情形成为新奇的和前所未见的，这还有待于认识。84

    69.能斯特定理

    一个物理系统————任何种类的原子结合体————何时会显示出（普朗克意义上的）“动力学定律”或“钟表装置的特征”呢？关于这个问题，量子论有一个非常简短的回答：在绝对零度。接近绝对零度时，分子的无序不再对物理学事件有任何影响。顺便说一句，这个事实并不是通过理论而发现的，而是通过认真研究广泛温度范围内的化学反应，再把结果外推到实际上无法达到的绝对零度而发现的。这就是瓦尔特·能斯特（Walther Nernst）著名的“热定理”，它有时被不无恰当地誉为“热力学第三定律”（第一定律是能量原理，第二定律是熵原理）。

    量子论为能斯特的经验定律提供了理性“基础”，也使我们能够估计出，一个系统为了显示出一种近似于“动力学”的行为必须接近绝对零度到什么程度。在任何一种具体情形中，什么温度实际上等同于绝对零度呢？

    千万不要以为这个温度一定是极低的低温。事实上，即使在室温下，熵在许多化学反应中也起着极其微不足道的作用，能斯特的发现正是由这一事实引出的。（我再重复一次，熵是分子无序性的直接量度，即它的对数。）

    70.摆钟实际上是在零度

    那么摆钟的情况如何呢？对于摆钟来说，室温实际上就等同于零度。这就是为什么它是“动力学地”工作的原因。如果将它冷却，它会一样地继续工作（只要已经除去了所有油渍）！但如果把它加热到室温以上，它就不再继续工作了，因为它最终将会熔化。85

    71.钟表装置与有机体之间的关系

    这看起来似乎无关紧要，但我认为它切中了要害。钟表装置之所以能够“动力学地”工作，是因为它由固体构成，这些固体被伦敦-海特勒力保持为一定的形状，在常温下这种力足以避免热运动的无序倾向。

    现在我认为有必要再讲几句话来揭示钟表装置与有机体的相似之处，那就是：有机体也是依靠一种固体（形成遗传物质的非周期性晶体）而大大摆脱了热运动的无序。但请不要指责我把染色体纤维称为“有机体机器的齿轮”————至少没有不考虑这则比喻所基于的深刻的物理学理论。

    事实上，用不着多少修辞就能说明两者之间的基本区别，并且证明这种比喻在生物学情形中是新奇和前所未有的。

    最显著的特征是：首先，齿轮奇特地分布在一个多细胞有机体之中，关于这一点可参见我在第64节中所做的带有诗意的描述；其次，这种单个的齿轮并非粗糙的人工制品，而是沿着上帝的量子力学路线所完成的最为精美的杰作。