如何看待「生命體生長發育和生物進化熵減小卻自發，因此是違背熱力學第二定律的」這句話？

01-13

來自藍皮《無機化學》P234，5-41。
（這是課後判斷題）

孤立系統

然而外部輸入負熵

生命體不是封閉系統，會從外界輸入能量使內部熵減小，並沒有違背熱力學第二定律，也就是說，這個判斷題答案是錯誤～

熵的概念對生命的認識特別有意義。生命體既不是孤立系統，也不是封閉系統，而是一個開放系統。生命體與環境不斷交換著物質（物質流）和能量（基本上是熱流），而且還交換著熵（熵流）。單從機體攝入的食物是蛋白質、澱粉、核苷酸等高分子量的結構複雜的熵很小的物質，排泄的卻是小分子代謝產物，它們的熵很大的角度看，設排泄物總量等於攝入物總量時，攝入物來自環境，排泄物回到環境，機體的生命活動將使環境的熵增大。單從機體不斷向環境釋放生化反應產生的熱的角度說，機體的生命活動也在使環境的熵增大。那麼，與此同時，機體的熵發生什麼變化？單從機體產生新的複雜的結構（發育成長）看，是熵減小，而細胞的死亡以及代謝過程不斷將結構複雜的生化物質轉化為簡單小分子的角度則是熵增大，其總的熵變則取決於年齡的增長，從生長發育身高增長的年輕人（熵減小）到發育成熟處於穩態的成年人（熵變近乎等於零）到細胞衰老的老年人（熵增大），最終老死則是熵增至極大。正如量自化學奠基人薛定諤在1956年出版的《生命是什麼？》一書指出的那樣：「一個生命有機體不斷地……產生正的熵， ……因此就勢必接近具有極大熵值的危險狀態，即死亡。 ……新陳代謝作用最基本的內容是有機體成功地使自身放出它活著時不得不產生的全部熵。」此話不但精闢地指出熵這一熱力學概念對理解生命的意義，而且也啟示了熵的概念對所有過程的重要意義。

以上論述來自你所說的那本《無機化學》教材

所以，課本是個好東西，還是要好好看一看的。

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我的一些理解：

傳統的熱力學主要著眼於isolate system（孤立系統）和closed system（封閉系統）在靠近equilibrium state（平衡態）的情況下的行為，而對open system（開放系統）和遠離equilibrium state的情況並沒有深入討論。因此很多圖樣的初學者（比如我）看來就會覺得很奇怪，地球可以演化出生命，生命可以演化出結構，球形胚胎可以變成一個asymmetric的人，宇宙過了150億年還沒有熱寂......所以the second law就是bullshit？答案很顯然，初學者的YY是不成立的。上述幾個系統，除了整個宇宙是什麼系統尚有爭議，其他全都是open system，是不能直接拿second law硬套的，畢竟second law只描述isolate system。

實際上，在上世紀70年代，就有科學家研究這一過程的熱力學內涵了。Prigogine(1917～2003)，中文通常譯作普里戈金，就是第一個提出傳說中的dissipative structure theory（耗散結構理論）來描述一部分處於這一特定state的系統的狀態。得益於B-Z reaction的研究，prigogine拿到了非常好的研究素材---一個簡單的dissipative system（這麼複雜的題目，如果用人體之列的複雜系統做素材，那也太坑了= =）。關於B-Z反映的簡要介紹可以看我的另一個答案：

讓你印象深刻的化學反應有哪些？ - 朱一凡的回答

在dissipative structure中，最重要的一環就是，open system本身通過消耗有序的能量（比如人體消耗食物中的化學能，地球消耗太陽能），並向surrounding排除大量entropy（比如人要拉臭臭，要撒尿，要流汗，要各種排出廢物）（這一部分entropy又叫negentropy，即negative entropy，負熵），來保持system內部的有序性。如果把這個open system和旁邊的surrounding連起來做一個isolate system，這個system里的entropy一定是增加的，而且是增加的很厲害的。

雖然這個比喻可能不太恰當，但是有點像，美帝在中東大力「維和」，把大量的disorder都輸入到了中東（輸出negentropy），然後consume了從中東搶來的石油（消耗能量），自己就變得很order了。

如果想進一步了解，可以去wiki：

Ilya Prigogine

Dissipative system

Negentropy

如果上網方法不夠科學，百度百科也湊合~不得不說這百度百科的幾個詞條還是可以看的。

最後強力安利一發：上文中提到的《生命是什麼》也是非常值得一看的。畢竟跨界學者薛定諤在只有突變數據的情況下，就富有創新性和前瞻性的預測了gene的結構特徵；又從熱力學等傳統學科的角度對（當時）新興的生物學做出了充滿想像力的闡釋。可以說這本書雖然是「門外漢之作」，但是真的開啟了分子生物學的大門，對於生物和物理之外的各種跨界研究都有很好的參考意義。

一句錯話而已，劃掉就行

如果你說的是高教的那本，我是看過的不記得有這麼句話……

但我覺著如果真的有的話，他的主要意思是：「我要開始教你們如何到生物領域騙經費了！」

百度百科，熱力學第二定律，某表述的等價表述。

「在自然過程中，一個孤立系統的總混亂度（即「熵」）不會減小」

而題目中的

「生命體生長發育和生物進化熵減小」

這不是孤立系統，不滿足熱力學第二定律的前提條件，所以無所謂是否違反熱力學第二定律

剛寫了一篇關於「熱寂說」的論文，「熱寂」就是將熱二定律推廣到宇宙體系，熵不斷增加最後宇宙會被熱死。看上去很有趣，但這個理論一提出就被麥克斯韋、波爾茲曼等大牛攻擊，甚至連恩格斯都寫信給馬克思說，這是典型的形而上學唯心主義……現在呢，我們暫以大爆炸理論說明了熱寂是不會發生的，倒是可能走向冷寂……說遠了，有興趣的可以自己研究研究，不過很重要的一點就是熱二定律適用條件啦，孤立體系。人體能否當作孤立體系？宇宙能否當做孤立體系？

小兄弟，你不要以為科學能解釋一切。科學還早得很呢，有些問題只能自慰式地解釋。

看到這麼多人都回答的不錯，我就放心了

也表示忘記有這句話了，封閉系統若不處在平衡態，局部自組織的熵減是有可能的，不違背熱力定律啊

當然就「生命體」來說多數時候也不應看成封閉系統，外界輸入這麼多負熵（食物）產生點逆熵流就不奇怪了噻

居然是課後題！應該去問老師啊做基礎課老師很寂寞的說

宇宙大爆炸就違背了熵增定律，因為按照熵增定律就不會發生宇宙大爆炸；

可能有人會說，大爆炸只是推論不是真的，那麼請問：

宇宙的熵最小的是什麼時候？這個最小熵的時刻之前的宇宙是怎樣的？

散耗結構論

生命是開放耗散結構

錯

薛定諤:生命賴負熵流。