揭开生命的底层逻辑,是冷冰冰的物理定律(一)

01 生命和演化到底有没有规律?

有一个理论叫做“蝴蝶效应”,意思是亚马逊流域的蝴蝶拍拍翅膀,最终导致了美国的飓风。这个理论说明:即初始条件下微小的变化,也能产生巨大的影响。

蝴蝶效应让我曾经认为演化就是没规律,不可预测,所以那些所谓的规划都是瞎扯淡。确实,在复杂系统中,过多的因子以及因子与因子之间的复杂关系,让我们难以预知演化的方向。

如果演化思维就是这样,不会给我们带来什么好处,因为大部分普通人的行事准则,就是每天都在等待事情发生了结果以后,然后再去处理。如果你不想每天再这样下去,我认为你应该去了解这个演化思路。

如果你从演化的过程去探索,跟踪整个飓风的形成过程,你会发现里面的每一步都合情合理,而且符合物理规律。

本文将揭开生命的底层逻辑,或许你看完后心里是“哇凉哇凉”的,原来我们自己脑中的那点花花肠子,遵循的不过是冷冰冰的物理定律!

《揭开生命的底层逻辑,是冷冰冰的物理定律》分为三部分:

(一)、热力学第二定律

(二)、生命演化的第一性原理:构造定律

(三)、来自生命起源的感悟


02 生命演化不是“物竞天择,适者生存”那么简单

生命的演化遵循什么底层规律?

最容易想到的就是:“物竞天择,适者生存”。但是达尔文并没说过这样的话,这是中国近代启蒙思想家严复翻译过来的句子,原文来自英国著名学者赫胥黎的作品。

“物竞天择,适者生存”用词非常优美,也符合我们看到的一些常识,但用来解释演化的底层规律,还不够全面:这个我在《一个很重要、很高级的思维,你可能还没真正理解》中说到过。

一方面,演化的主题是“合作共生”,而不是“物竟”,我们总是关注到竞争中你死我活的残酷,但是大自然中合作共生的场景远远多于弱肉强食的场景。

大自然的合作共生无处不在

另一方面“适者生存”没那么严格,很多“无用”的东西,在演化中也并没有被淘汰而是生存了下来,在基因中,科学家发现了很多“搭便车”的情形,很多基因编码本身并没有什么实质作用,但是也在演化中留存了下来,例如一个不会动的、没有思维能力的洋葱的基因组数量是人类的 5 倍,爬行动物蝾螈的基因组数量则是人类的 10 倍,其中一定存在很多“搭便车”的废物基因。

所以,无论“物竞天择,适者生存”也好,还有前面提到的“蝴蝶效应”混沌理论也好,都是经验主义的下的产物,很难成为一种普世的,可预测事物的第一性原理。

相反,我们会仔细发现演化的规律也并不是不可捉摸的,我们知道草原、狼和食草动物就是一个生态系统,滥杀狼对草原是一种破坏,我们也都知道服用抗生素,会导致病毒产生抗药性变异。

这一切都在说明,演化有着自己的内在规律。


03 深奥的“热力学第二定律”

那么,生命的底层规律是什么?下面就要轮到深奥的“热力学第二定律”闪亮登场了。

高中学“热力学第二定律”时,只知道热力学第二定律就是:

热量会从温度高的系统流至温度低的系统

这似乎一点也不深奥,但是后来才知道这里有一个逼格很高的概念:“熵”,热力学第二定律也叫熵增定律,可以表述为:

孤立系统内的熵只增不减

这里的熵可以理解为系统内的混乱无序的程度,从无序程度来理解熵增,虽然不完全准确,但是容易理解。下图中,左边的熵较少,右边的熵较多,左边的情况会自发地向右边的情况转变,就如你长期不打理的房子会变乱,这就是熵增:

图片来自王立铭《生命是什么》

当然,要把“熵”说清楚,本文篇幅是不够的,大家可以参考相关资料,我们只要关注三点即可:

一是“封闭系统”,熵只增不减有一个前提条件,就是系统是封闭的,不能借助外力。

二是“有方向性的自由运动”,是指不借助系统外的力量而在系统内自由运动,运动的方向符合力学定律,即从温度(压力、浓度等)高的地方运动到温度(压力、浓度等)低的地方,直到达到平衡,即最大熵,这个过程就是“熵增”。想象将几滴墨水滴入一盆清水中,最终墨水可以将整盆水染色。

三是“不可逆”,这一点就厉害了,上例中,已染色的一盆水,无法再回到最初的状态,热力学第二定律深奥之处就在这里,因为熵增不可逆特性产生了“时间”的概念。

如下图所示,一个自由运动的封闭系统中,熵只会不断增加,不借助外力干预,是无法自行复原的。

熵增不可逆(图片来自网络)


04 不可逆的时间之箭

从上图中,我们可以发现,当 ENTROPY (熵的英文)还存在的时候,系统的熵是最小的,随着字母被打乱,整个系统的熵不断增加,我们会发现,再也无法出现整齐字母的状态。 如果这是有个相机拍下这个过程,用正向回放和反向回放,我们是能够分辨出来是正向还是反向回放的。

当系统内的熵达到最大化时,小球变成杂乱无章的运动,这时候我们会发现,我们已经无法分辨正向回放和逆向回放了。

这个结论说明,只有熵增,我们才能分得清先后顺序,隐约中我甚至看到了生命的定义。当熵达到最大的时候,系统已经不再演化,我们也可以认为这个系统已经“死”了。

至此,因为“熵增”不可逆,我们才有了一个伟大的概念:“时间”,我们一直敬仰的时间,其概念居然是因为一个热力学定律而存在的!

时间之箭(图片来自网络)

热力学第二定律自 1850 年发表以后,多少科学家想做成“第二类永动机”来推翻它,都无法成功,热力学第二定律已成为当今最难被推翻的定律之一,就连自创体系的民科大师王东岳,在他的“递弱代偿”理论中也不敢抛弃热力学第二定律。


05 热力学定律是演化的底层逻辑

热力学第二定律描述的是封闭系统的规律,而我们现实中的系统大都是开放的,也就是说可以借助外力来进行“熵减”,“熵增”、“熵减”的反复循环,就构成了我们所看到的演化,那么演化的第一性原理是什么呢? 下篇文章将进行描述。

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参考文献:
[1] 阿德里安·比赞《为什么世界不会失控》
[2] 王立铭《生命是什么》

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