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,开始用科学的方法推测宇宙和生命的起源。

我们生活的外部宇宙是如此空旷,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,位于边缘的冥王星只相当于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。而进入微观世界,我们发现由分子、原子的组成的世界同样浩瀚而空旷,和课堂上所用的分子模型不同,即便一块密实的石头,其内部景象也是超乎我们的旧有观念的。再打个比方,如果一个原子的范围有一个足球场那么大,其实原子核只相当于放在球场中央的一颗葡萄。造成石块坚硬的原因不是原子之间挤在一起,而是彼此远离的原子之间的引力和斥力。要知道,宇宙中有很多微观粒子是可以轻易从石头中航行通过。

在这些已知科学观测的基础上,人们设想出很多新的宇宙创世模型。比如就有很多人想呀,我们眼中浩瀚的宇宙,是不是只是某个大巨人手中的一粒石子呀?这种想法在古人的宇宙观中也曾经出现过,佛教认为:一粒沙中有无数三千大世界;道教认为:其大无外其小无内。


宇宙大爆炸宇宙大爆炸


当然,目前关于宇宙起源最主流的科学模型是诞生于20世纪20年代的“大爆炸论”。这种学说认为,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没有维度的点,我们把这个在空间和时间上都没有尺度,但却包含了宇宙全部物质的点叫奇点。不知道为什么,奇点爆炸了。大爆炸以后,物质先是向外不断的膨胀,后来在引力的作用下,稀薄的微粒(比如氢原子、氦原子)不断聚集,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。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。

在大爆炸后,那些较轻的元素因为引力聚集坍缩成恒星,就会在核聚变反应中生成更重的元素,包含我们常见的金、银、铜、铁这样的重元素。恒星有它自身的生命周期,一些大质量的恒星最后会发生超新星爆炸,这时候会把这些重元素喷射到宇宙当中,其中一部分又聚集形成了地球这样的行星。迄今为止,天文学家在宇宙中大约只发现了220种化合物或分子,几乎所有在地球上都能找到。

生命与负熵生命与负熵

但我们的宇宙中还存在着一个和熵有关的规律。熵指的是一个系统中无序状态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。打个比方,往一杯水里面加一滴墨水,随着时间的推移那滴墨水会慢慢地在水中扩散,本来水是水,墨水是墨水,是有序状态,混在一起慢慢地变成无序。再比如,当你不小心把一个精美的杯子摔到地上,它会从有序的形状变成无序的一片残渣,而且这个过程不可逆。再比如,我们掷色子,它的结果每次都是随机的,这也可以看作从有序到无序的过程。

我们恰恰就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产生的原因。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。这就是猜想宇宙终极命运的热寂理论(Heat death)。

而诺贝尔奖获得者薛定谔,却因此提出了一个革命性观点,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”,消除自身活着的时候产生的熵。将无序做到了有序,并能够生生不息。比如,植物可以利用水、空气和太阳能,按照基因长出规则的枝叶;动物可以猎取食物,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。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,残存的一些负熵。

不得不说,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。

天外来客天外来客

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。这能很好地解释从原始生物到人类的发展脉络,但还不能很好的解释生命的起源问题,也就是这一章提出的第二问题。更为棘手的问题是,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。

主流学派认为,组成地球生命体的基础是复杂的氨基酸分子,它们很可能是在闪电等特殊条件下,通过化学作用偶然生成的。早期的氨基酸又经过若干年代,偶然的组合成了蛋白质,最后再次偶然的结合成可以自我复制的核酸分子,于是生命就开始了。看看这个过程中有多少个偶然。

但现在也有越来越多的科学家认为,导致生命产生的最初有机物是天外来物。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,好像丢雪球一样,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。


而我也认为,我们的宇宙在走向无序的过程中,如果“负熵”是广泛存在的,那么,依靠吸收“负熵”,逆向制造有序的生命,在宇宙中也一定是广泛存在,只不过它们形态不一,在各个区域发展的文明阶段不同罢了。

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