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宇宙揭秘:解讀生命的本質,生命存在的意義到底是什麼?


宇宙探索天體生物學家麥可-羅素曾經說過:「生命的意義就是為了讓二氧化碳和氫化合」。而一位諾貝爾獎得主也曾說:「生命不過是一個想安分下來的電子」。雖然這些名言都不是我們想找的那種「生命的意義」,但他們的點在於生物最終會依賴和促進宇宙中熵增長的趨勢(熵,物理意義是...

- 2017年12月13日13時26分
- 科學文摘 / 宇宙探索

宇宙探索

天體生物學家麥可-羅素曾經說過:「生命的意義就是為了讓二氧化碳和氫化合」。而一位諾貝爾獎得主也曾說:「生命不過是一個想安分下來的電子」。雖然這些名言都不是我們想找的那種「生命的意義」,但他們的點在於生物最終會依賴和促進宇宙中熵增長的趨勢(熵,物理意義是體系混亂程度的衡量,簡單說熵越高越混亂,熵越低越有序)。

宇宙揭秘:解讀生命的本質,生命存在的意義到底是什麼?圖片

乍一看這似乎不合常理,因為生命體本身是高度有序的,而熵衡量的是無序程度。但我們知道,複雜度並不等於有序度,所有生物,只要活著和呼吸就會增加宇宙的熵。

比如太陽發出的一個攜帶可用能量的光子,任何植物和微生物都能捕捉到它,並通過光合作用把能量以糖的形式儲存下來,但是糖里的可用能量並沒有之前光子裡的多,一部分能量被用來加熱植物和它周圍的環境。

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而像人類這種生物吃了糖,就能用其中的能量合成ATP分子(即三磷酸腺苷)。ATP就像一個小能量包,可以輸送到身體里任何需要它的地方,但ATP中的可用能量也沒有原來糖里的多,一部分能量消散於生產ATP的細胞機器里,你肌肉里的蛋白質利用ATP的能量進行收縮,讓你能舉起啞鈴,但並不是ATP中所有可用能量都被用來舉啞鈴了,和之前一樣,一部分能量轉化成了噪聲和熱量。

除此之外,ATP的可用能量還能用來修復壞掉的細胞和器官,同樣,能量會變得越來越不可用,這個過程非常明顯,每一步過程中,原先光子裡的能量都會被逐漸轉化消耗,熵會增加,最後只剩下一些只稍微熱的一點的,有序的植物,細胞和肌肉,還有一些輻射到太空含熵更高的紅外線。

能量為了讓我們生存,從有序變成了無序。事實上,生命能夠出現很可能就是因為熵。

早期的地球存在一些充滿可用能量的底熵區域,比如海底的鹼性熱泉,但沒有簡單的化學反應能夠利用這些能量,物盡其用並使熵增加。

然而,倒是由許多更為複雜的一系列反應能做到這一點。在合適的條件下,某個有效的化學反應可能會摸索出一個通過利用周圍可用能量來維持自身穩定的方法,可能一些反應網絡能夠發展穩定在分子膜里,這就是細胞壁的前身,並從這裡開始演化,變成了最早的「活的」生物,或許這就是生命的起源,也就是一些列複雜化學反應的組合,自己摸索出了能使用之前用不到的可用能量的方法。

同樣的,也可用恆星發光來舉例說明。氫原子核能釋放出非常多的可用且低熵的核能,前提是能把它們聚變成氦,但要這麼做有個很大的障礙,聚變是很難的。

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然而恆星的內核卻能神奇地做到這一點,所以像生命一樣,恆星也因為宇宙中熵不斷增長而得以存在。我們的太陽用的是一個低熵的燃料,即氫原子核,並把它轉化成一個更高熵的能量,可見光光子,而生命利用這個更高熵的能量作為能源,並把它轉化成熵還要高的能量,紅外線光子。

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如此看來,真正意義上來說,生命的意義就是為了延續宇宙星辰的征途,從底熵到高熵的征途!


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