906.讀書77~《生命是什麼》

來自專欄摹喵居士

2018.08.01

薛定諤的演講錄，據說直接啟蒙了後來發現DNA雙螺旋結構的年輕人。

2018.03.31（周六）

《生命是什麼》 - 01

序言

自由的人絕少思慮到死：他的智慧，不是死的默念，而是生的沉思。——斯賓諾莎《倫理學》第四部分，命題67

生命是什麼

PartA生命是什麼

本書是一位理論物理學家對大約400名聽眾所作的一次公開演講。

薛定諤的演講

較少使用數學推理，並不是說這個問題簡單；相反，這個問題太過複雜以至於無法用數學語言來表達。

生命過於複雜

活細胞的最重要部分是染色體纖絲，我們也可以稱之為非周期性晶體。直到現在，我們遇到的大多是周期性晶體。

在一個普通的物理學家眼裡，周期性晶體就已經是十分複雜的物質了——它們構成的極具吸引力和最複雜的結構使得無生命的自然界變幻莫測。

然而，如果拿它們與非周期性晶體相比的話，其複雜程度便遜色了許多。兩種不同物質的結構差別，就像是糊牆紙和刺繡的不同；一個是重複同一的花紋，一個是絢麗多彩的刺繡。

活細胞是非周期性晶體，比自然界周期性晶體還複雜

一般而言，突變的發生往往都是有害的，只是由於它們是潛在的，因而自然選擇一直沒有消除它們。從某種程度上來說，長時間積累起來的有害突變是不會立刻造成明顯的損害的。不幸的是，它們一定會把這種有害的基因傳遞給後代中的一半個體。

突變往往有害

只有具有同樣有害的隱性基因的個體互相雜交，後代的身上才會明顯地表現出這種有害的危險。

近親結婚危險

2018.04.01（周日）

《生命是什麼》 - 02

有一種比較乏味的建造方式，是同一種結構在空間的三個方向上不斷重複。正在生長中的晶體就是以這種方式建造起來的。

周期性晶體

還有另一種方式能夠改變第一種方式的枯燥乏味風格，那就是有機分子在其中發揮著關鍵作用。它是不用那種乏味的重複來建造逐漸擴大的集合體。在越來越複雜的有機分子里，單個的原子和原子團都各自發揮著作用。這與在周期性結構那裡的原子或原子團是不相同的。以這種方式來逐漸擴大的集合體，我們可以稱它為非周期性的晶體或固體。

非周期性晶體，有機分子發揮作用

我們前文論述過的同分異構，可能的原子排列數量很大以至於一個複雜的「決定性」系統的所有特徵在一個很小的空間範圍內即被囊括。於是，在這種結構里，只需要很少的原子就可以衍生出無窮的排列組合。

遺傳物質

那麼，生命有機體是如何避免衰退到平衡的呢？毫無疑問，顯然是靠吃、喝、呼吸以及（植物的）同化。生物學中有一個專門的術語叫「新陳代謝」，說的就是這個意思。這個詞來源於希臘字，意思是交換或變動。

生命在於什麼？

最初大部分人都認為是指物質的交換，其實這種看法是錯誤的。因為我們知道，生物體中的氧、氮、硫等任何一個原子與環境中的同類原子都是一樣的，那麼把它們進行交換又有什麼意義呢？

不是為了物質交換

後來有人認為能量是我們賴以生存的基礎。然而，一個成年有機體所含的物質與所含的能量都是固定不變的。既然體外一個卡路里與體內一個卡路里的價值是相等的，那麼，這樣的單純交換是為了什麼呢，能有什麼樣的益處呢？可見，能量說也是一個荒唐的結論。

也不是能量

自然界中的每一個過程、事件以及突發事變等等，它們在發生的過程中意味著在其中的與之相對應的那部分熵在增加。

因此，一個生命有機體無時無刻不在生產著熵或者是在增加正熵，同時它們不斷趨近熵的最大值，在這一緩慢過程之後就是生命有機體的危險狀態，即死亡。

那麼，如何才能擺脫死亡，一直保持生命的存在狀態？從環境里孜孜不倦地汲取負熵恐怕是唯一的辦法了。

生命在於獲取負熵，減少自己無序性，增加自己有序性

熵是什麼？首先聲明的是，這個物理量是可以進行測量的，而不是一個模糊的概念或思想。

比如你熔解一種固體，它熔化時所需要的熱量除以熔點溫度就是它的熵增加量。

前文所舉的糖和水分子的混合就是後一種無序。玻耳茲曼公式在這個例子中算是得到了完美闡釋。隨著糖在水中的慢慢散開，系統的無序性D也隨之增加。於是熵也隨著增加。

熵是混亂

我們在前文曾說過：「生命以負熵為生」，這就好比生命有機體藉助於外界的負熵來消除它體內的正熵的增加量。

如果覺得「負熵」這種公式表達比較拗口的話，我們可以這樣來表達它：取負號的熵正是序的一個量度。

我們可以知道有機體使其自身維持在一個有序水平的辦法，無一不是從外界的環境中汲取這樣的序。

高等動物完全就是汲取序來維持生命的。這是由於作為它們食物的不同複雜程度的有機體的狀態是極為有序的。

高等動物吃了這些食物後，排泄出來的是大大降解的物質；當然並沒有完全降解，因此這些物質中含有一定量的序，因此植物還可以利用它。

吸收負熵，排出熵

為什麼我們賴以生存的不是木炭或者金剛石礦漿，而是「複雜性有異的有機物的非常有序狀態中」的物質？

這個問題可以如此證明：在燃燒和反應的過程中，煤炭會產生大量的熱；通過將熱散發於周圍環境，由於反應而增加的很多的熵就從這個系統中去掉了，由此達到了與此前基本一致的熵的狀態。

我們的食物中含有的能量的確至關重要，我不應嘲笑菜單標明食物熱量的做法。我們的身體消耗的機械能，以及我們不斷向四周散發的熱，都要求我們必須補充能量。而散發熱這個行為也是我們生存必不可少而非可有可無的，因為正是靠了這個方式，我們才能去掉生理過程中不斷在產生的剩餘熵。

通過攝入食物，獲取負熵

PartB意識和物質

生物體的學習雖然與意識緊密相關，但是它對學習是怎樣發生的卻處於一種無意識的狀態。

學習是無意識

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