生命與死亡的連結（生命與非生命之間的）

2023-09-18 21:06:00 1

生命與非生命之間，究竟有什麼本質區別？

偉大物理學家薛丁格的《生命是什麼》系列演講（薛丁格：生命以負熵為生）已過去了三代人的時間，然而，生物學與物理學之間仍然存在著巨大的鴻溝。

生命與非生命之間的「missing-link」（缺失的連接）

人們曾經認為，只要將生命拆分研究，直至分解到分子原子，就可以使用原子和分子的物理學來解釋一切（「強還原論」），然而，許多科學家並不這麼認為，比如薛丁格曾寫道：「生物體可能涉及我們迄今尚未發現的『其它物理規律』。」

這是一種「新的物理」，這種新物理將發現更加微妙的東西，它將物質與信息、整體與部分、簡單性與複雜性交織起來。

「當與生物打交道時，人們就能深刻地感受到物理學有多麼原始。」——愛因斯坦

人們曾經認為，生命與非生命的區別，在於具有「生命力」（「活力論」）。

而從科學的視角來看，其背後的統一概念就是「信息」。

注意，這裡的信息，與通常意義上的信息不同；這裡的信息是更為抽象的概念，與物質同構，能讓物質形成生命，的一種「信息流模式」。

所以，「生命力」的本質，是包含了「物質-能量-信息」的三位一體的複雜概念，單純用「信息」這個詞尚不準確，我們中國人可以姑且使用一個幾乎與這個概念完美一致的詞——「氣」。

比如，一隻剛死的老鼠和它在前一秒的化學複雜性是一樣的，但我們不會說前者活著的程度是99.9%。我們會說，它「沒氣了」，意思是說，這個生命在這個「物質-能量-信息」的三位一體的複雜概念上，失效了。

信息對這個世界產生著巨大的影響，它具有「因果關係的力量」。而科學的挑戰就在於，如何將抽象的信息與具體的物質聯繫起來。

「信息就是物質的！」——蘭道爾

人類不能直接感知信息，只能感知它所在的物質結構。

我們可以把熵看成是一種無知狀態，那麼，信息就是關乎你知道什麼；所以，信息是熵的對立面。

無序，是大量事物聚集在一起的集體屬性，所以，說單一分子處於無序或隨機狀態是沒有意義的。無論何時，只要取平均，有些信息就會損失掉。

我們知道，僅僅羅列出生命的「屬性」，並不等同於解釋了生命是什麼，但是可以幫助我們理解。

生命必定涉及到比原子和分子物理學更多的東西。從複雜系統科學的視角來看，這幾乎是必然的；我們稱這種「更多東西」的出現為——「湧現」（emerge）。

還原論的反面就是湧現——新的性質和原則會在更高的級別上湧現，但這些性質和原則本身卻相對簡單，並不需要藉助低級別來理解。

中科院特聘教授吳家睿研究員的《生物學是什麼》一書極為精彩地詮釋了生物學的真諦，科技千裡眼也做了精華解讀，感興趣的讀者可移步——生物學是什麼？

有些系統可以呈現出有組織的複雜性的自發樣態，偉大的化學家普裡高津（Prigogine）稱之為「耗散結構」（dissipative structure），這是一種遠離熱平衡態的開放系統。

生物就是典型的耗散結構，它從環境中吸收能量和物質，也向環境中放出熵，從而保持自穩態。

「城市」和「氣旋」，也都是典型的耗散結構。

耗散結構會自發產生「對稱性破缺」，並走向「混沌」（chaos）。

生物學表明，生物系統中往往不存在簡單的因果關係，更多是一種「網絡結構」，比如下圖所示的「控制酵母菌細胞周期的基因網絡」，其中實線代表「激活」（「生」），虛線代表「抑制」（「克」）。

控制酵母菌細胞周期的基因網絡

科學家們發現，生命中的網絡結構並不是「隨機網絡」，而是一種「無標度網絡」，大大提升了信息處理的品質。

無標度網絡（Scale-free network），特點是「少數節點的連接數遠高於平均值」，在自然和社會中具有極其普遍的適用性。無標度網絡的結構決定了它能以分形的方式自然地擴張，與生命的演化過程高度一致。（生物學是什麼？）

同樣的網絡理論也很好地解釋了生物群體（蟻群、鳥群、魚群）的行為，單個節點通過簡單的規則的大量復用，可以產生難以想像的複雜有序行為，一般被稱為「群體智能」。

納斯在他的文章《生命、邏輯和信息》中前瞻性地說：「支配信息的原則在不同層級上具有相似性，即使它們的元素完全不同。」

生物學與物理學之間的鴻溝將由「新物理學」補完，而我們正處於揭示和利用這些新物理學的偉大時代；這種補完很可能從「信息」的視角切入，從而建立一套全面的理論框架。

真正的問題是，信息究竟是一種依附於物質的事物，還是一種獨立存在的事物呢？

要知道，我們現在的物理定律都是關於物質的，而並沒有關於信息的。為了將生命納入物理定律的範疇，並且，為信息本身作為一種基本實體的基礎，《生物與新物理學》的作者戴維斯主張，我們需要對物理定律的性質進行徹底的重新評估。

我不僅僅是科學家的事，還對了解人類存在的本質和我們在宇宙中的位置而言，意義重大。

如果生命（也許還有心靈）的湧現被視為自然界中註定會發生的事，這就會使我們作為活生生的、會思考的存在，擁有一種宇宙層面上的意義。

這樣的話，我們就會在宇宙中真正獲得「家的感覺」。

科技千裡眼頭條號，長期致力於用最易懂的講解詮釋科技，創作系列科普專欄，與中國所有自我教育者一同理解科技、認識世界。