生命如何避免衰退呢?明面上的答案是:吃、喝、呼吸以及(对于植物来说)同化。术语叫做新陈代谢。新陈代谢为何如此神奇?因为生物依靠负熵为生,而新陈代谢的本质是让生物成功地释放掉生命活动中不可避免产生的熵。
生命的神秘之处恰恰体现在它能够避免迅速衰退成惰性的“平衡态”。这太神秘了,以至于有史以来,人们就认为存在某种特殊的非物理或超自然力量(“活力”“生机”等),是它们在操控着生命。即使现在,仍有人觉得如此。
生命如何避免衰退呢?明面上的答案是:吃、喝、呼吸以及(对于植物来说)同化。术语叫做新陈代谢。这个希腊语单词“μεταβάλλειν”的意思是改变或者交换。那交换什么呢?毫无疑问,这个词背后最早的含义就是交换物质(例如,德语中,新陈代谢叫做 Stoffwechsel)。但是,认为事情的本质就是物质交换,这很荒唐。氮原子、氧原子、硫原子等,任何原子和其同类都一样;交换它们能够得到什么呢?
过去有一段时间,我们以为交换的是能量,然后就没有继续探究这个问题了。在某些发达国家的餐厅里(我记不清是美国还是德国,还是两个国家皆有之),你在菜单上除了能看到菜品的价格,还能看到菜品所含的能量。毫无疑问,这也荒唐透顶。因为对成年生物个体所包含的能量,和它所包含的物质一样稳定。既然不管来自哪里的卡路里都一样,那单纯交换卡路里,似乎就并不能改变什么。
那么,食物中究竟包含了什么珍贵的东西,能够不让我们死亡呢?答案很简单。总而言之,大自然中每发生一件事情——随便你把它叫做过程、事件或者正在发生的事情——都意味着那个地方的熵在增加。因此,生物个体的熵在持续增加。或者你也可以称之为产生正熵。这么一来,生物就在趋向于最大熵,这种危险的境况就是死亡。
想要活着,远离最大熵,生物就必须不断从环境中摄取负熵——我们很快就会看到这件事情的重要性。生物依靠负熵为生。或者换个不那么矛盾的说法,新陈代谢的本质是让生物成功地释放掉生命活动中不可避免产生的熵。
熵是什么?首先需要强调,熵不是一个模糊的概念,而是一个可以测量的物理量,就和木棒的长度、身体中任何一点的温度、某种晶体的熔化热以及任何一种物质的比热一样。任何物质在绝对零度(大约是 -273℃)下的熵都为 0。当你缓慢地、可逆地一点点改变物质的状态,就可以计算出增长的熵。计算的方法是,在物质状态的转变过程中,把你每次提供的微量的热,除以当时物质所处的绝对温度,然后把所有这些微小的贡献都累加起来。
趋于混乱的倾向。我也必须介绍一下熵的专业定义,这纯粹是为了揭开常常笼罩在熵上的神秘面纱。对我们来说,更重要的是有序和无序的统计学概念。玻尔兹曼和吉布斯的统计物理学研究揭示了这种关系。它也是一个非常精确的定量关系,表达为:熵 = k log D。其中 k 是玻尔兹曼常数(1.38065×10-23 J/K),而 D 是一个衡量考察对象中原子无序度的定量值。
生命摄取负熵。活生物能够延缓衰退到热力学平衡(死亡)状态的脚步。我们如何用统计理论的语言来描述生物的这种了不起的能力呢?我们此前说过:“生命摄取负熵”。这其实是说,生命在为自身汲取一股负熵流,用以补偿生命活动产生的熵增,从而将自身维持在稳定的、相对较低熵的状态。
向环境中排出多余的熵。我对“负熵”的论述遭到了物理学同行的质疑和反对。首先我想说明,如果我迎合他们的意见,我就会把讨论的主题改为自由能。在这个语境下,自由能是更为人熟知的概念。但是自由能是非常专业的术语,而且从语言学上似乎太接近于能量,这使得普通读者可能意识不到两者之间的区别。
译者注。薛定谔可能没发过福,也没减过肥。当然,他这里实际的意思是,只从摄入能量的角度考虑的话,并不能解释人为什么要专门摄取食物,而不是饿了就用火烤一烤,摄取环境中的热或者其他形式的能量。