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生命的法则(之十) ​演化与生命的意义

 不求甚解2017 2020-05-08

导读:在生命层面,有许多从演化中涌现出来的复杂性,比如人的内心感受、自由意志和价值观等,虽然它们都只是演化的副产品,只是适应环境的手段而非目的,但它们却是客观存在的。我们不该单纯以熵、自由能、原子分子、化学反应等等,这些机械的视角来观察世界,而更应当从演化的角度,来理解客观世界和生命现象。

 生命的法则(之十)

演化与生命的意义

文 | 立峰

1、能量与信息

据科学家推测,我们现在的宇宙,来自于距今138亿年的一场大爆炸。从大爆炸到地球诞生,从地球上第一个单细胞生物到人类出现,人类从原始部落到现在的全球化,宇宙生命起源和演化的奇迹,竟如此不可思议。而整个过程之中,究竟贯穿着什么样的恒常不变的力量呢?

在《起源的故事:万物大历史》一书中,历史学家大卫·克里斯蒂安David Christian,在宇宙与生命的起源过程中,找到了两种穿透历史的力量——能量与信息

宇宙中的能量物质,造就了星辰大海,并孕育出生命;而生命,也同样依赖着能量信息,才能够生存繁衍、不断进化。

那么,物质又是什么呢?爱因斯坦的质能方程式E=mc²清楚地表明:能量与物质,是可以相互转换的。物质,是能量的一种形式,确切地说,物质是能量被高度压缩的形式。

比如宇宙中的恒星,源源不断向外辐射的能量,就是通过核聚变产生的。越是质量轻的元素,发生聚变时产生的能量越多。比如太阳内部的核反应,是在两个氢原子聚变成一个氦原子时,释放出大量能量的过程。而同时损失掉的,只是很小的质量。

核聚变产生能量的效率之高、令人乍舌:只要1克氢原子发生核聚变反应,就能释放高达6300亿焦耳的能量。这相当于同等质量的煤炭燃烧,所释放能量的2000万倍。

(我们知道,放射性重元素通过核裂变,同样会产生巨大的能量。有趣的是,在核裂变时,却是越重的元素,释放的能量越高。)

宇宙中氢氦两种原子,因万有引力聚合成恒星;而恒星内部的核聚变,又将能量源源不断地释放出来;等到氢元素渐渐耗尽,恒星因收缩产生斥力而发生爆炸,会将重元素散播到宇宙中,从而提供了构成行星的元素。(请参看上篇 生命从哪里来?)

宇宙的形成,离不开能量物质而生命的存在与演化,同样一刻都离不开能量信息

1、生命需要不断从周围环境获取能量,以维持新陈代谢,并时刻对抗着混乱和无序。正如薛定谔所说:生命以负熵为生

2、但对生命来说,与能量同等重要的,还有信息。信息同样能减少不确定性抵抗各种混乱无序

生命体要自我复制,就需要有能记录遗传信息的核苷酸,即DNA。而生命的演化,就是一个不断收集外界信息、并适应环境的过程。

关于地球生命

地球生命自38亿年前诞生,就曾经历过多次的生物大灭绝。比如25亿年前的氧气大屠杀、7亿年前的彗星撞地球、以及许多次地球气候的突变。

35亿年前,原核生物学会了光合作用。光合作用把太阳变成了取之不尽、用之不竭的能量宝库。但光合作用却产生了大量氧气,意外酿成了一场氧气大屠杀;不但如此,光合作用还消耗了大量二氧化碳等温室气体,致使地球温度急剧下降,给地球生命造成另一重劫难。

大劫难以后,地球上终于迎来了真核生物,真核生物的特别之处,是能通过呼吸作用来消耗氧气、产生二氧化碳,并分解有机物、同时释放能量,来维持生命活动。

这样一来,地球上的氧气和温室气体(主要是二氧化碳),终于形成了一种平衡,为以后的地球生命演化,提供了稳定的气候环境。

原核生物与真核生物对照图

真核生物的出现时间,目前尚无定论,大致应该在十几亿年以前。但从那时起,直至6亿年以前,地球上所有的生物,都是单细胞生物。而多细胞生物的出现,则要等到大约5亿年前的寒武纪了。

关于人类演化

生命的演化历经了无数艰难险阻,才最终有了今天的人类。而能量信息,这两个关键力量,同样贯穿于整个人类演化的历史。

游猎部落时期,人类主要从野生动物身上获取能量。当进入农业社会,农业种植相当于通过植物的光合作用,将太阳能转化成了淀粉或糖等营养物质。这就相当于人类对于太阳能,实现了规模化利用。非但如此,人还学会了驯养动物,这同样是间接从光合作用中获得能量。

农业时代,人类利用能量的效率大大提高,相当于打开了一座能量宝库。于是,同样面积的土地上,农业能够养活的人口更多,与游猎相比,大约要高出100倍左右。

农业生产带来了剩余财富,剩余财富促进了劳动分工、提高了劳动效率,也使小部分人,有可能专门从事祭祀礼仪等工作。少数人从多数人身上汲取资源,社会便出现了等级分化,出现了占有更多资源的统治阶级,并有了专业的神职人员、哲学家、以及专职的税吏和文书。

随着社会复杂性的提高,维持社会运转所需的能量,也越来越高昂。轴心时代,在世界彼此隔绝的各个地方,不约而同产生了灿烂的文明。虽然当时平民的生活水平与游猎时代相比,并没有多少改善,但人类消耗的总能量,却增长了数倍。增长部分中,少量满足了贵族或统治阶级的奢华享受,而绝大部分,是为了维持等级社会的运转而增加的。

 只要人类社会存在 就少不了社会阶层的分化

随着近代科技的发展,人类获取能量的能力进一步加强。在工业时代,人们学会了利用煤炭的化学能,来推动蒸汽机的运转;而进入20世纪,石油被认为是一种效能更高的矿物燃料。而所有化石燃料中的能量,都是地球生物在亿万年里,通过光合作用积累下来的。

从农业社会到工业社会,人类的能量消耗又增长了几十倍。更多的能量,比如太阳能、风能、河流势能、甚至核能等,都得到了有效的利用。能量变得越来越便宜,这也鼓励了更多的商业和技术的创新。我们不但拥有了电器、火车、飞机,还普及了计算机和互联网,从工业时代一举跨入信息与智能的时代

在生命诞生的38亿年间,人类在与其它物种的竞争中脱颖而出,成为有能力主导地球演变的单一物种。规模巨大的农业、高度发达的工业、对核能的利用,能量对于人类来说,似乎变得取之不尽、用之不竭。

地球上的所有能量 除了核能 本质上都来自太阳能 

但同时,化石燃料的大规模使用,却增加了地球的温室气体,打破了地球原有的碳循环的平衡。同时,人类的活动,使其它物种灭绝的速度加剧,打破了物种间的平衡关系。最近100年地球物种的灭绝数量,甚至高于过去百万年的总和。

信息

人类的出现,即使从南方古猿算起,也只有大约区区300万年的历史。而人类却一跃而成为了地球生命的主导。这无疑得益于人类获取和利用能量的能力。但是,人类之所以能异军突起,还有一个更为关键的力量,即人类掌握信息、分享信息的能力。

与其它动物相比,褪去了毛发、光溜溜的人类,既没有尖牙利爪和庞大身躯,也不具备四足动物的快速奔跑能力,唯一的竞争优势,只剩下发达的大脑。大脑是人类战胜其它物种的最大优势。

有脑生物的出现,是生物演化中的一个飞跃。因为在生物的世界里,大脑完全是一种奢侈品。人类的大脑有1400克,约有超过1000亿的神经元,而信息在神经元之间的传导,又得消耗大量的生物电信号,这就让大脑成为了耗能大户。大脑的平均能耗,是同等体积肌肉组织的20倍。

因此,即便拥有发达大脑的人类,平时用以支配行动、做出反应的,多半依然是情感好恶、或日常习惯;一般人们只在能量供应充足的非紧急状态,才会去调动理性、深入思考。所以,大卫·休谟说,理性是感性的奴隶。

早期的人类,在竞争激烈、危机四伏的严酷环境里,全靠人类大脑超强的信息获取与分享能力,才得以生存。

人类大脑的过人之处,除了它高效的信息处理能力,还在于对信息的分享。语言的出现,是智人赢得竞争的决定性优势。语言除了能增进相互间的情感,还能让个人独享的信息,成为族群共享的信息。而更多的信息,则意味着更多的能量和资源。


对于一般动物来说,随着个体的死去,它终其一生获得的认知和信息,也会就此终结。但人类,却能够用语言和文字,将先辈所有的经验、领悟和发明记录下来、学习积累,在前人认知的基础上,进一步加以改进、创造。

从古至今,人的大脑组织并没有太多变化,但是人类的知识、信息和文化传承,却能够在积累前人经验的基础上,日新月异、迅猛发展。信息,是一种关键的力量,让人类这个物种,在残酷的自然竞争中,不但得以生存繁衍,还拥有了改变世界的力量。

2、描述世界的方式

   与生命意义

对知识与信息的分享和传承,让人类从其他物种中脱颖而出。而当今时代,干脆被称为信息时代;科学、技术和信息,也当之无愧成为了第一生产力。

当年的牛顿,在刚刚揭开经典力学的奥秘时,还曾惊叹于上帝所预设的宇宙规律,竟如此精妙。在牛顿所设想的宇宙体系,上帝只不过轻轻做了下第一推动,宇宙便按照上帝所设定的物理法则,自行运转起来,再也无需任何插手和干涉。

虽然牛顿笃信宗教,然而,由他亲自开启的科学时代,还是一点一滴、无情摧毁了宗教的事实基础;因宗教而建立的价值观,也面临崩塌。随科学对宇宙生命的研究和解释日益深入人心,现代人越来越多地转向了唯物主义人文主义的价值观。

畅销书《未来简史》的作者尤瓦尔·赫拉利说:

今天,人文主义成为一种现代宗教。在宗教统治一切的年代,人人都必须遵从神的意志;而现代所提倡的,却是以人为本、个人主义,一切遵从人的意志。

但是,正当人文主义渐渐被现代社会普遍接受,量子力学又跑出来告诉我们,世界上大到宇宙、小到原子的一切存在,本质上都是一堆基本粒子、以及粒子间的相互作用;你只要能掌握一些量子力学的抽象规则,便可以描述一切的宇宙现象。

量子力学,一下子又成了人们理解世界的底层视角。从这个视角甚至还能推导出,凡所有相,皆为虚妄,这样的纯佛学观点。

忒修斯之船

古希腊有个著名的思想实验,叫做忒修斯之船The Ship of Theseus:

想象有一条船,当它远洋航行时,每隔一段时间,船的木板和桅杆会出现腐烂,船身就会被换掉一些木头。那么,船还是原来的船吗?几年后,当船返航时,船上所有的木头几乎都被换过了。那么现在的船,是否还是原来那艘忒修斯之船呢?

同样,我们日常生活中的许多概念,如果用科学彻底拆解一下,其实都很虚幻。比如,人的意识不过是神经网络的一种活动;神经活动不过是一堆蛋白质分子的生化反应;蛋白质分子不过是一群原子的集合;而原子,也不过是一些基本粒子、通过几种基本力的相互作用,而形成的特定结构。

如果单纯从物理学角度考虑,忒修斯之船,本质上就是一群原子组成的特定形态,只是人类将其赋予了“船”这个概念而已。至于这条船存在与否,并不是必然的。

就好像物理学告诉我们:在宇宙诞生之初,不但没有上帝所创造的人,甚至连原子都没有,世间只存在基本粒子。而现在所有的天体、物质与生命,都是从当初那堆基本粒子中、通过粒子间的相互作用力,一点一滴演化而来的。

认知科学又告诉我们:人其实并不真正清楚自己想要什么。人的意志,不过是受体内化学物质控制的、由神经传导的一些生物电信号而已。人类与其它生物没什么两样,人类所有的求生、觅食、生儿育女的行为,不过是基因预先设定好的程序,只是些生物本能而已。而所谓自由意志,不过是一个误会。

现代科学,似乎正在不断侵蚀着现代人的价值观基础,人们就像《猫和老鼠》里的汤姆猫,正得意洋洋、昂首向前时,殊不知脚下踩的,已经不是大地、而成了空气。若再不想法自救,就很可能会从空中跌落下去。

一个真实的世界

那么,当我们从科学的角度,了解了现象下面的底层逻辑,是否就该像佛家所说的那样,将一切都视为虚幻呢?——当然不是。

回到忒修斯之船,如果说,船不过是一堆原子,但当我们聊起这条船时,肯定无法仅仅以原子的特性来描述它,我们还是只能用“船”的概念,来指代那堆以特定结构结合起来的原子。

同样,当我们谈论起某人时,是将他描述成一堆蛋白质、神经元、或分子原子?还是用他的名字、外貌、出身、经历等特征来谈论他,并以此将他与其他人加以区别?

这些都说明,我们平时所熟悉的那些概念,全都是真实存在的。一个真实的世界,除了底层的物理世界,还有生命在历史演化的过程中,所涌现出来的概念。并且,这些涌现的概念同样真实存在,而并非幻象。否则这个世界将是不可描述、无法理解的。 

1、我们描述世界的方法可以有很多种。比如忒修斯之船,它既可以被认为是一条船,也可以是一堆纤维素分子,或者,索性被想象成一堆以特定结构结合成的碳氢氧原子。

2、虽然描述世界,可以用很多种方式,但必须逻辑自洽、相互应证。比如,船是木头做的;木头的主要成分是纤维素;而组成纤维素分子的,就是碳氢氧这三类原子。

3、人们对世界之所以会有不同的描述和解释,是由当事人的意图决定的。忒修斯之船的建造,是纪念传说中雅典国王忒修斯。如果你叙述的是历史事件,便可以直接用船的概念;而当你要研究船腐烂的原因时,纤维素分子的概念会更好用。

多了解些天体物理、量子力学,不会导致价值观的坍塌。因为在底层的物理世界、与顶层的人文世界之间,还有一个中间层,即在生物演化和社会发展的过程中,所涌现的概念。而这些概念,都是真实存在的。

这就好像一艘忒修斯之船,虽然,它的确是由原子构成的,但在人的观念里,船却真实存在,即便所有木头都被更换以后,它仍然是那艘名为忒修斯的船。

再比如你自己,从5岁的你、长到40岁的你时,全身上下几乎所有的细胞,都已更新过了N多次;但是,你还是原来的你,并不会因为身体细胞的新陈代谢,而变成另一个人。

现实世界中,尽管熵总是在增加、自由能总是在减小,尽管热力学第二定律永远都成立,但在自由能减小的过程中,各种各样的复杂性,却常常会自发地涌现出来。

在38亿年前某个海底的热泉口,一些消耗自由能的化学反应,在不经意中发生了,并由此诞生了一种新的复杂性。它既要消耗热量、新陈代谢;又能复制自己、生殖繁衍。而这种在偶然中涌现出来的复杂性,就是生命

生命有意义吗

生命的意义,取决于我们看待生命的方式: 

1、从量子力学角度看,生命就是一大堆的基本粒子、按特定方式组合而成的特定结构。

2、从生物学角度看,生命既要汲取能量、新陈代谢,也要复制自己、生殖繁衍。

3、从演化学的角度看,生命要生存繁衍,就得更好地适应环境、获取能量,因而渐渐演化出能够采集信息的敏锐感官;又逐渐有了专门处理信息的发达大脑。当信息越来越多时,大脑便进一步演化出了记忆、思维、想象等更复杂的功能。于是,生物体就产生了意识。意识是演化的副产品。

量子力学的角度观察,一大堆毫无秩序的基本粒子,在一些基本力的作用下,按照特定的方式组合,形成了相对稳定的原子、分子、及更为复杂的化合物,这就是意义。

生物学的角度来看,生命要新陈代谢、要自我复制,这就是意义。

演化,则让生命产生了越来越多的复杂性。生命体不但演化出感官和大脑,还演化出了记忆、思维、想象等意识,这难道不是意义吗?

在生命的层面,许多从演化当中涌现出来的复杂性,比如人的内心感受、自由意志和价值观等,虽然它们都只是演化的副产品,只是些适应环境的手段、而非目的,但它们却是客观存在的。我们不该单纯以熵、自由能、原子分子、化学反应等等,这些机械的视角来观察世界,而更应当从演化的角度,来理解客观世界和生命现象。

顶层的人文世界、与底层的科学描述并不冲突;而科学,只是我们观察和描述现实世界的一种视角或方法。

所以,我们不能说人的内心感受、自由意志和价值观,不过是神经网络的一些活动,能够被量子力学还原成一堆基本粒子,人生便没有意义。

或者,因为科学告诉了我们,所有的生命活动皆可被总结为一系列的生物化学反应,那么做一个善良的人、好好对待亲人和朋友,便都没有意义。

当汤姆猫的双脚悬空,如果我们无法帮它抬升地平线,那么就试着给它背上个喷气式背包,让它即便双脚悬空,也依然可以保持稳定。

人类探索宇宙、探究生命的奥秘,就是一个由现象到本质、再从细节到全局,去找寻事物内在逻辑的过程。当我们明白了其中的道理,了解了演化所遵从的客观规律,才能用更宏观全面、更宽容自由的眼光,来看待这个世界。

这个过程,就是所谓看山是山、看山不是山、看山又是山的过程。

而我们每个人,都应该用自己的认知和行动,去亲自构建一种既有人文精神、又不背叛科学逻辑的价值观。我们既不该不假思索地接受被强行灌输的观念;也不该盲从权威,专门拣取让人消极逃避的借口,从而陷入人生意义的虚无。

英国物理学家、兼作家斯诺Snow C.P,曾在《两种文化与科学革命》一书里,说过一句相当有名的话:

一位对热力学一无所知的人文学者与一位对莎士比亚一无所知的科学家,会同样糟糕。

也许,正是科学与人文,两种文化的断裂,才是造成战争、瘟疫等种种灾害的真正源头。自然科学并不万能,它需要人文精神的引领和浇灌。人类文明的真正前途,在于心与脑的联结。

季羡林先生晚年所作的《季羡林谈人生》中说:青年时代的日记,特别爱用的一个词是——一塌糊涂。既形容别人、也形容自己。他说:对于绝大多数人来说,人生既没有意义,也没有价值,只不过是在昏昏沉沉地追求一点儿享受,没想过自己为什么活。

在季老的感悟清单里,没什么高深的道理,只是他98岁的人生所奉行的准则。他说:人生的起点肯定不一样,然而多知道一些,就多自由一些。我们总是穿过糊涂才能逐渐明白:生活的意义,就是完成这一代人该负担的责任。

1、《起源的故事》Origin Story:A Big History of Everything,作者:大卫·克里斯蒂安David Christian,历史学家。他2011年在TED演讲上,用18分钟讲完了138亿年的宇宙演进史。

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