文明的种子

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7.2 生命是什么?

2016-06-21 13:18:54 本文行家:吴彦鹏

敢于逆着宇宙的洪流创造奇迹,这或许正是生命的伟大意义。但棘手的问题是,在人类最近几十年的宇宙探索中,还从未发现任何有生命迹象存在的其他星球。地球上怎么就产生了生命?

上一节我们说过,世界各地的人们自古就有过各种类似的天神创世说。到了近代科学革命之后,人类对宇宙和物质构成有了更为确切的认知,开始用新的模型解释宇宙和生命的起源问题。

长期以来,给我们的观测研究带来巨大困扰的是宇宙的广袤和空旷。拿我们地球人所在太阳系来说,假设位于中心的太阳是一个1米直径的火球,位于边缘的冥王星则相当于4公里外的一粒大米,而离太阳这个火球100米外那个直径不足1厘米的蓝色小球就是我们地球。当我们站在地球上仰望星空,离我们最近的河外星系(仙女星系)也只是一个小亮点,其实它是由2亿颗以上的类似太阳的恒星系组成的,和我们相距254万光年。

不仅如此,我们所见的大多数天体还在进一步远离地球,换句话说,宇宙还在变得更加“稀疏”。

在生活中,如果站在路边,你仅凭耳朵就能听出远处的汽车是在驶近还是远离,因为它向你行驶时声音的音调会变高(频率变高),在它离你而去时音调会变得低些(频率变低)。利用同样的原理,天文学家在观测时惊讶的发现,几乎所有的遥远星系的光谱中都存在红移现象,也就是说,光谱的谱线朝红端移动,即波长变长、频率降低,这说明这些星系都在远离我们而去,即宇宙正在膨胀。

既然宇宙一直在膨胀,那反过来推理,最初的宇宙应该只是一个点呀。这就引发了目前关于宇宙起源最主流的科学模型—— “大爆炸论”。这种学说诞生于20世纪20年代,它认为,大约在137亿年前,宇宙所有的物质,包括时间在内,都高度密集在一个单独的点,我们把这个点叫奇点。不知道为什么,奇点爆炸了。大爆炸以后,所有物质先是向外不断的散开,后来在引力的作用下,稀薄的微粒(比如氢原子、氦原子)开始相互聚集,在137亿年中先后诞生了星云、星系、恒星、行星等。与其他宇宙模型相比,“大爆炸论”最贴近人类的观测事实。


宇宙大爆炸宇宙大爆炸


而这种爆炸理论的另一个极端就是热寂。宇宙好似在一桶水中滴下的一滴墨水,扩散初期它会绽放出美丽的墨花,但随着时间的推移,墨水会慢慢的均匀的分布到整桶水里,失去最初的形状,甚至连颜色也看不清了。

科学上,用“熵”的概念来解释这种现象。熵指的是在一个系统中无序或无效能状态的程度。它最早在热力学第二定律中被表述为,热量只能自发地从高温的物体向低温的物体传递。后来人们发现,在一个封闭的系统里,熵总是不断增大的,而且是单向的。再举个例子,一个精美的杯子是按照我们的审美制作的,可以理解为有序的,而当你把它摔到地上,它会从有序的形状变成无序的很多碎片,碎片的形状是随机的、不可预测的,而且这个过程不可逆。

我们正生活在一个从有序走向无序的单向宇宙中,所以熵也被认为是时间单向性的根源。从大爆炸开始,宇宙的熵就随着时间的流逝不断增加。有人就预言,早晚有一天,当宇宙的熵达到最大值时,宇宙中所有物质达到平衡,再也没有任何可以维系运动的能量存在,宇宙将变得死气沉沉,就像那滴完全融入水中的墨水一样。这就是猜想宇宙终极命运的热寂理论(Heat death)。

而生命呢?

虽然19世纪之后,“进化论”的支持者已经可以用大量资料证明地球上形形色色的生物都是利用有序的遗传和无序的变异,在自然选择中不断进化出来的。这可以很好地解释从原始生物到人类的发展脉络,但并不能很好的解释生命的起源问题,也就是我上一节提出的“人类第二问题”。甚至无法解释生命到底是什么?

诺贝尔奖获得者薛定谔,曾经提出过一个革命性的观点,他认为生命体是这样一种物质或系统,它们可以不断地从环境中汲取“负熵”。

什么是负熵呢?举个例子,在我们掷骰子的时候,哪面朝上的结果每次都是随机的,这也可以看作是“熵”,而每次骰子都往下降落,地球的重力就是“负熵”。“负熵”是宇宙中尚存的有序性或规律。

生命体恰恰能巧妙利用“负熵”资源制造更为有序的世界。比如,植物可以吸收空气中的二氧化碳,利用太阳能和水,把二氧化碳中的碳分离出来,变成有机物,沿着重力的反方向成长出枝干;动物可以猎取食物获得能量,做出有意识的行为;人类可以把石头打磨成工具,用泥土建造房屋,对信息进行编码等等。甚至可以说,人类科学进步所依赖的自然规律,其实就是宇宙在热寂过程中尚存的一些负熵。

不得不说,敢于逆着宇宙的洪流创造有序世界的奇迹,这或许正是生命的伟大意义。

生命与负熵生命与负熵


非常棘手的问题是,在人类最近几十年的宇宙探索中,还从未发现任何有生命迹象存在的其他星球。或许宇宙太空旷,其他星体离我们太遥远;或许科学家们的搜索条件还仅仅局限于适宜的温度和水的存在——这种条件设定能找到的只是类地行星。

而我认为,真正诞生生命的要素不是水或温度,而是负熵的富集程度。地球正是这样一颗环境复杂、负熵资源丰富的特殊星球:地球几乎包含宇宙中所有的元素种类,地轴倾斜形成了有规律的四季,水的存在导致了有规律的降水运动,月球的存在形成了潮汐运动,内部运动产生了磁场和火山,海底火山爆发又像化学试验场一样制造出大量复杂分子……这些负熵资源不断累积起来,最终到了诞生生命的临界值。

早就有主流学派认为,组成地球生命体的基础是复杂的大分子(氨基酸),它们很可能是在火山、雷电等特定条件下,通过化学作用偶然生成的。 当然,现在也有越来越多的科学家认为,生命最初的种子也可能是天外来物。他们推断的依据是在太阳系中与地球处在同一区域的水星、金星、火星等“内行星”上面都没有水,在很早以前,太阳的热量已经将太阳系内绝大多数水驱赶到靠近边缘的区域。但地球表面70%被海洋所覆盖,这很可能是穿梭于太阳系的某个含水的彗星或小行星,像丢雪球一样,其中一些恰好砸中了地球,这才提供了地球生命诞生需要的家园。这种学说其实无异于上帝造物。但无论如何,应该是地球特有的“负熵”资源提供了大分子获得了自我复制和进化的“土壤”,于是生命之路才就此启程。人类也是不断的探索利用地球上的负熵资源(自然规律),才创造了今天的文明。

天外来客天外来客


我们的宇宙很大, “负熵”应该依旧是广泛存在的,依靠“负熵”逆向制造有序的生命,在宇宙中也一定是广泛存在。或者更大胆的想一下,如果熵与时间正相关,“负熵”资源随着时间枯竭,在地球文明产生之前,在星星们的距离还很“近”的岁月里,那时候宇宙中的“负熵”资源更丰富,应该诞生过更高级的文明。

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