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物理学家揭秘生命的本质:不是能量,不是物质,而是秩序!

 秋水共蓝天 2023-11-08 发布于广西

当我们思考生命是什么时,我们可能会想到生物学上的定义:生命是一种能够进行新陈代谢、生长发育、繁殖和适应的现象。但是,这些特征真的能够揭示生命的本质吗?有没有一种更深刻、更普遍的原理来解释生命呢?

物理学家揭秘生命的本质:不是能量,不是物质,而是秩序!

在上个世纪,一位著名的物理学家,埃尔温·薛定谔,对这个问题提出了一个独特而富有启发性的看法。他在他的著作《生命是什么》中,从物理学和化学的角度,探讨了生命的基本特征和本质。他认为,生命是一种抵抗熵增的过程,是一种以负熵为食的现象。

物理学家揭秘生命的本质:不是能量,不是物质,而是秩序!

什么是熵呢?熵是一个物理学概念,用来衡量一个系统的混乱程度。一个系统越混乱,它的熵就越大。热力学第二定律告诉我们,自然界中任何一个孤立系统(不与外界交换物质和能量的系统)的熵都会不断地增加,直到达到最大值。这就意味着,自然界中所有的事物都有向着无序和混乱发展的趋势。

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但是,生命却与此相反。生命具有极其有序的结构,进行着极其有序的活动,并且可以通过繁殖创造出更多相似的有序个体。生命在不断地从环境中汲取负熵(也就是秩序),并将产生的正熵(也就是无序)排放回环境中。这样,生命就能够维持自身的低熵状态,抵抗自然界的熵增趋势。

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薛定谔认为,这种从环境中汲取负熵的能力,是生命最根本的特征。他说:“我们可以说:生命以负熵为食。”这也就意味着,进食并不仅仅是为了获取能量和物质,而更重要的是为了获取秩序。只有获取了足够的秩序,生命才能够维持自己复杂而精密的结构和功能。

那么,生命又是如何获取秩序的呢?薛定谔认为,这与生命所具有的遗传物质有着密切的关系。遗传物质是一种由大分子组成的非周期性晶体,它具有极低的熵,并且能够通过复杂的物理和化学过程,产生出蛋白质等物质。这些物质构成了一个个细胞,并且十分严格地控制着各项生命活动。遗传物质还能够通过自我复制和变异来实现遗传和进化。

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薛定谔还指出,遗传物质中存在着一种遗传密码,它决定了生物体、遗传性状以及生物体未来发育的模式。这种遗传密码是由复杂的化学物质的空间排列体现的,它具有极高的信息量和稳定性。薛定谔甚至将遗传物质比作一本书,他说:“这本书是用四种字母写成的,这四种字母就是碱基。它们的顺序决定了书中所包含的信息。”

薛定谔的这些观点,在当时是非常前瞻性和创新性的。他从物理学和化学的角度,提出了一种新的生命观,为生命科学的发展提供了一种新的思路和方法。他的著作《生命是什么》深深地影响了后来一批物理学家,如克里克、沃森等,他们投身于分子生物学的研究,并最终发现了DNA双螺旋结构,揭示了遗传物质的真实面貌。

薛定谔的思想也引发了我们对生命本质的思考。生命是一个抵抗熵增的过程,是一个以秩序为食的现象。那么,生命又是如何诞生的呢?生命又是如何意识到自己存在的呢?生命又是如何创造出更高级的文化和艺术的呢?这些问题都值得我们进一步探索和思考。

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