揭开生命的底层逻辑,是冷冰冰的物理定律(二)

01 好的系统结构总会留下来

我们先来看一个生活常识:如果你有一堆木材,要在野外生一堆篝火,你是不是会按照下面这样的锥形来堆砌?

为什么所有人生火都会堆成这样的形状?

那么问题来了,为什么会所有人都会不约而同这样堆砌?

因为这种方式燃烧持久且不容易熄灭,我们发现,一件很简单的事情,都会因为“有效”而被保留下来,那些无效的方法最终被淘汰,这就是演化,只要多想一步,我们就会发现,演化的结果就是形成一系列组织结构,这些组织结构被选择是因为符合环境的物理定律

如果再深入思考,复杂的生命为什么会是我们现在这个样子?有一句话“存在即合理”用在这里非常合适,我们总是看到各种神乎其神的结果,却很少去深究为什么是这样,这些演化到底都在遵循怎样的一个逻辑?

我想向大家推荐一个“构造定律”。因为刚才那个火堆,就是基于构造定律形成并保留下来的。


02 构造定律:生命演化的第一性原理

民科大师王东岳认为他的理论“递弱代偿”是万物的第一性原理,但是他的理论我无法理解,更关键的是无法证伪。

看完来自杜克大学的热力学教授阿德里安·比赞(Adrian Bejan)的《为什么世界不会失控》,我发现比赞教授的“构造定律”就简单得多,虽然我也不能肯定“构造定律”就是正确的,但是构造定律简单地基于热力学第二定律和经典牛顿力学,逻辑上很容易理解。

上一篇文章提到热力学第二定律(熵增定律)的深奥和神秘之处,如果整个系统封闭,熵只增不减,如果系统开放,系统也可以利用外部能量完成熵减,这个反复熵增、熵减的过程就形成了演化,那么所谓的“构造定律”就是指系统在熵增、熵减的过程中,能不断提升熵减的效能的系统结构最后就保留了下来。

在《为什么世界不会失控》中,前言中就提到如下观点:

生命和演化的现象,其实是能量的产生和耗散如何共同促进地球上所有物体的运动,包括有生命的和无生命的,诸如河流、风、动物、人类和机器。这是一种独特的现象,同时也是物理学的第一原理,也就是“建构定律”(也翻译做构造定律)。

从这一点来看,构造定律就非常宏大,力图寻找生命甚至是无生命系统的演化规律。对构造定律的理解,主要分为三点:

  • 1、生命系统是自由流动和扩散的
  • 2、组织结构是生命演化的结果
  • 3、生命系统需要外部能量驱动


03 生命系统是自由流动和扩散的

这点其实就是热力学第二定律,任何生命系统都会向更大的区域范围自由流动和扩散(熵增),同时耗散自己的能量,这就是生命,从这点看,“生命在于运动”是真理,一旦不再熵增,或者已经达到封闭区域的最大熵,就意味着死亡。

例如,对于人类这个系统来说,智人从非洲起源,逐渐走向能够生存的每一片土地,未来甚至是外星球;一副排列有序的扑克牌,只要你去洗,一定会变成排列更加无序的状态...

一切系统都有自由流动和扩展的趋势

我们可以看到,一切系统都有自由流动和扩展的趋势,不仅仅是有生命的,还是无生命的系统,甚至是抽象的系统,例如好的想法、语言、法律、宗教和科学也都一样。

对于我们个体来说,渴望改善、组织、参与、流动,是所有人的共有特征。


04 组织结构是生命演化的结果

这一点是构造定律的核心:任何活着的系统都会自发持续改变,从而形成多样性的、阶层性的组织结构,而能消耗更多能量,产生更高效率的组织结构会被保留下来,这就是演化。就如你想组织一拨人长期做点事情,有很多种组织方式,但是最终只有少数几种方式有效,就是我们现在看到的几种公司结构。

组织结构是演化的结果,可以简单地理解为一个“解决方案”。组织结构有两个特点:

1、组织结构是多样性的
因为有多种解决方案都能让耗能运动变得更好,这就是为什么我们可以看到身边有这么多物种。

2、组织结构多是阶层性的
任何事物运动形式的演进,都会自然趋向阶级分层的结构。自然形成的阶层结构体现了系统内部各阶层的协同机制,而且总是少数大的带领着多数小的,它们互相依赖、彼此协助,才能有效、持久地发挥作用。就如江河的干流和支流,人体的动脉、静脉、毛细血管等等,自然形成了阶层结构,社会也自然形成了精英、中产、平民的阶层结构,同样,我们的公司不也是这样的结构吗?

组织结构是演化的结果

但是组织结构(现状)总是不完美的,组织结构总是在向着消耗更多、效率更高的方向演化,演化也永无止境。

这里有一个关键点,即组织结构是自我利益实现的基本单位,组织结构遵循个体“消耗更多能量,产生更高效率”这样一个简单原则(也就是“自私”)进行演化,驱使组织合作结构形成的动力源自于利己!说到底,自私就是大家“嘴上说不要,身体很诚实”的东西,协同,不过是为了获取格局更大的自私而已


05 生命系统需要外部能量驱动

只要存在温度、压力等的不同,生命这个系统就会处于推拉、加热和冷却的物理运动中。根据热力学第二定律,封闭系统只能“熵增”,要做到“熵减”,生命系统就需要从外部获取能量。

人体是一个生命系统,需要从外部的大自然的其他植物和动物中获取能量,如果我们不吃饭补充新能量,那么几天内,我们这个生命系统内部就会不断“熵增”,最终达到最大熵,也就是死亡。从这个角度上看,我们“吃老本”就相当于“熵增”,所以要跳出舒适圈,不断学习为自己补充新的知识能量,不断增加自己可以“熵增”的资本,是一个很浅显的道理。

我们的大自然这个系统也从地热和太阳获取能量,如果把视角再放大,问题就会出现了:如果我们这个宇宙是一个封闭系统的假说成立(现在的科学家也是这么认为的),那么,宇宙无法从外部获取额外的能量,那么整个宇宙的熵增将永不可逆,终有一天一切能量都会耗散殆尽,宇宙达到“最大熵”,这就是科学家所预言的“热寂”,这也是宇宙死亡的那一天。

我们的宇宙会达到“热寂”吗?

经济学范畴也是类似,据统计,世界越富裕的国家,消耗的能源越多,美国人均耗能是中国的3~4倍,有人认为如果中国人均能耗赶上美国,那么将耗尽地球已有的能源。下图是各国能源消耗量与GDP对比,虽是2000年数据,我后来查了 bp Statistical Review of World Energy 2020,中国数据有提升

统计数据来源于《为什么世界不会失控》


06 物理定律下的生命

这篇文章其实说的都是废话,谁都不会否认:物理定律本来就是我们这个世界的底层规律。

但是我们每天总会被各种精美的表象所吸引,每个人心中都有属于自己的那一片幻像,这些幻想有时候甚至是支撑我们活下去的意义,以至于我们忘记了我们本来应遵循的规律。

我们总以为生命是神圣的,我们也以为演化是无规律的,但是仔细去思考,生命的设计再如何精巧,也不过是基于构造定律演化出来的结果!

构造定律为我们形成了一个宏大的演化视角框架,上百亿年的宇宙演化、数十亿年的生命演化都在遵循“构造定律”的描述,组织结构按照“消耗更多的能量,更高效地输出价值”的趋势,形成了多样性和阶层性,并不断进行不可逆的演化,可以说构造定律描述的演化就是第二支时间之箭。

那么,生命到底是怎样符合这些物理定律的?最终,我们终将揭示生命的本质,下篇文章会专门描述。

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参考文献:
[1] 阿德里安·比赞《为什么世界不会失控》

扩展阅读:
[1] 揭开生命的底层逻辑,都是冷冰冰的物理定律(一)

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