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【求助】生命与熵的关系
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| 生命与熵的关系（从物理角度剖析）。 |
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1864年法国物理学家克牢修斯提出了一个物理量和新函数——熵，熵是热力学系统的态函数，在绝热系统中熵变永远不会为负。统计物理学研究表明,熵就是混乱度的量度。20 世纪60 年代,比利时普利高津提出了耗散结构理论（把那些在非平衡和开放条件下通过体系内部耗散能量的不可逆过程产生和维持的时-空有序结构称为耗散结构）,将熵推广到了与外界有能量交换的非平衡态热力学体系。熵的内涵不断扩大,逐渐形成了热力学熵,黑洞熵、信息熵等概念［1］。这种广义熵的提出, 阐明了非平衡态与平衡态热力学体系熵的本质是一致的,均受熵定律支配,从而也揭示了物理系统与生命系统的统一性［2］。 各生命体的生命活动过程是具有耗散结构特征的、开放的非平衡系统, 生命现象也与熵有着密切关系, 生命体和一切无机物的一个根本区别是它具有高度有序性。根据这一特点用“熵”来描述生命是较为恰当的。引入广义熵的概念来度量生命活动过程的质量, 称为生物熵。本研究将耗散结构理论用于生命过程的研究,建立了生物熵随年龄正常变化的宏观数学模型, 用以描述生命过程的熵变。 1 生命的自组织过程中的公式模拟 一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。但是生命体是"耗散结构"，耗散结构认为一个远离平衡态的开放体系，通过与外界交换物质和能量，在一定条件下，可能从原来的无序状态转变为一种在时间、空间或功能上有序的状态，这个新的有序结构是靠不断耗散物质和能量来维持的。生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵，可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。生物进化是个熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。 一个系统由无序变为有序的自然现象称为自组织现象。自组织现象可以通过下面过程说明： ① 蛋白质大分子链由几十种类型的成千上万个氨基酸分子按一定的规律排列起来组成。这种有组织的排列决不是随机形成的，而是生命的自组织过程［4］。这表明生命体的有序自组织的形成与随物质、能量和信息带进生物体而引起的负熵有关。大的负熵状态,必然有利于有序自组织的形成。而自组织有序度的提高, 也必然会导致生物熵的进一步减少。 ②生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于0的过程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。 ③衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律［5］。 生命过程是一个开放的热力学系统，熵变可以用一个耗散型结果进行描述。 dS=dSi+dSe 式中, dS为微熵即熵变,表示热力学体系在某一状态时的熵变；dSi 为系统内不可逆过程产生的熵,dSi ≥0；dSe 是开放系统与外界环境交换物质、能量产生的熵流,其符号可正可负。 根据生命过程可以建立一个简单数学模型描述生命过程的熵变。 以S(t) 表示t 时刻的生物熵值,那么1/S dS/dt 表示t 时刻生物熵的相对生长率, 从宏观上分析它应用由两部分组成：一部分是由于生命体内部发生的不可逆过程所引起的熵增加f(t) >0 ； 另一部分是该生命体生命过程中自组织生成的熵流g(t)，所以 1/S dS/dt=f(t) + g(t)［6］ 分析生命体的发育过程,我们知道由生命体内部发生的不可逆过程所引起的熵增流f(t) 总是先增加(生命体的出生到逐步成熟) 再减少(逐步衰老)［7］。生命过程中自组织生成的负熵流g(t) 也总是先增加(生命体的出生到逐步成熟) 再减少(逐步衰老)。根据生命活动的全过程可以等到dS的解为： dS=S0b(1-e-dt)-S0a(1-e-ct) 对比公式： dS=dSi+dSe 其中：负熵dSe=-S0a(1-e-ct) ，熵增 dSi=S0b(1-e-dt) a,b是婴儿出生时的负熵、熵增系数，不考虑后天影响a,b应该是常量，起始时a b ；c、d分别是的时间变化系数，在生命过程中随时间有小的变化，且有d c 。其中, S(0) = S0 表示生命体刚出生时的熵值,也就是模型的初值, 一般认为其值较大。 假定以35岁为平衡点，即dS=0，可以得到：在小于35岁区间，dS由负值（较大）先快后慢减为0；大于35岁区间，dS由0先慢后快增加为正值（较大）；只是后期dS增加过程较前期变化过程慢许多。 2 对正常生命过程中的熵变分析 0岁左右~10岁左右，这是生命成长发育的过程，负熵大于熵增，这时，且从大到小变化。从公式可以看出婴儿出生时的熵变为负熵且较大，促进婴儿快速生长（生物组织的增加，有序的扩大）。在生命成长中熵增也在增加，并且比负熵增加的快，造成生命成长是从出生到长成过程中是逐渐变缓的，这与生命成长过程是相符合的。这个时期由于生命组织的快速正常发育，组织细胞大量增长，代表熵减的有序组织快速增加。由于生命组织的快速增加，伴随生命活动的呼吸、新陈代谢等生理活动引发的熵增也必然增加。但总体来说，生物熵在快速下降中，熵变为负且有一定数值，生命在快速成长中。 10岁左右~20岁左右，这是生命基本长成的过程，负熵大于熵增，负熵与熵增从有一定差值到20岁左右接近相等，熵变为负，且逐渐接近零。到20岁左右，生命基本长成，这时负熵约等于熵增，熵变约等于零，生物熵进入低熵状态，生命开始进入巩固时期。这个时期由于生命组织的较快的正常发育，组织细胞继续大量增长，代表熵减的有序组较快的增加。由于生命组织的增加，伴随生命活动而引发的熵增也继续增加。生物熵已经降下来了，熵变为负，从一定数值下降到约等于零，生命在继续成长中。 20岁左右~35岁左右，这是生命的巩固时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，生命处在一个熵比较低的平衡状态中。这个时期负熵和熵增都处于比较大的平衡状态，生命的各项指标也都在最佳状态，生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大。 35岁左右~50岁左右，这是生命的衰老的预备时期。负熵从与熵增相等到约等于和小于熵增，熵变为微正，从等于零到约等于零，生命仍处在一个熵比较低的平衡状态中。生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大，生命体征同前一阶段比较略有下降。 50岁左右以后，生命开始进入衰老时期。负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经开始缓慢增加了。这个时期由于人体各项功能的下降，组织再造能力下降，人体组织中自由基等垃圾成分增加，组织的有序度开始下降，负熵流下降，熵增流也下降，但熵变是增加的。随着时间的推移生物熵渐渐增大起来，有序度也渐渐降下来了。 3 环境、疾病、死亡与生物熵 负熵是人体生命过程中产生的，正常情况下有较高的负熵流，当生理功能由于某种原因失常，生命过程的负熵流将下降，生物熵的上升必然造成生命体许多不适与损害。通常而言，低熵态对应着比较有序的状态，即体内有效能高转化状态［2］。 天气变化与生物熵：正常情况下，由于生命已经适应了正常的气候变化，所以正常的天气变化对生命过程的负熵没有影响，只有发生突变时，人体的正常生理调节功能无法适应变化造成负熵下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。 环境污染与负熵：环境污染必定造成生命组织的损害，结果使人体正常生理功能失常，负熵流下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。 一般疾病与生物熵：当生物体患病的时候,输入生物体内的各种无序的物质在细胞和机体中堆积起来,细胞和肌体的新陈代谢能力减弱,不能将它们分解消除掉. 随着时间的推移，负熵流下降, 生物熵上升，若得不到很好的改善,无序物的堆积就会越积越多, 生物熵增大，生命就越来越弱。 肿瘤与生物熵：熵增加原理也可以解释肿瘤在人体内的发生、扩散。现代医学研究表明，癌基因以原癌基因的形式存在于正常生物基因组内，没被激活时，不会形成肿瘤。原癌基因是一个活化能位点，在外界环境的诱导下，细胞可能发生癌变，即肿瘤的形成是非自发的。非自发的过程是一个熵减的过程，也就是说肿瘤细胞的熵小于正常细胞的熵［8］。然而肿瘤细胞是在体内发生物质、能量交换的，人体这个体系就相当于肿瘤细胞的外部环境，正是由于肿瘤细胞的熵减小，导致了人体这个总体系熵增大。越恶性的肿瘤，熵值越小，与体系分化越明显，使人体的熵增也相对越大，对生命的威胁越大［6］。 生命死亡与生物熵：理论上生物熵大到极值，生命过程就结束了。事实上绝大多数死亡人群都不是衰老至死的，而是在生物熵值较大时，由于疾病等意外原因使生物熵迅速增加到极值而死亡的。可以说生物熵值较大时，生命即进入一个危险时期，这也就是新生生命容易死亡的原因［9］。 4 总结 在生命系统中，负熵流是生命自组织过程中自主产生的，保持正常的负熵流是人体健康的保证。人衰老就是负熵流减少造成的，亚健康状态也是负熵流减少的一种表现，维持正常的负熵流可以增加人的寿命。对生命熵的研究为我们提供了认识和研究生命过程的新思路和新方法。 |
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动物生命的意义 生命的意义就是生命存在的意义，就是“生命的存在有什么意义？”现在的人们普遍接受存在主义的观点，认为存在先于本质，生命本无意义，不存在任何先决的意义，我们活着就是要去创造出这个意义。从这个角度说，意义是主观的，人自己定义的。这样一来，生命的意义就变成了每个人自己的观点。 生命是否有意义？这个意义是什么？要回答这个问题，还是让我们先看看动物。 几千万年前，当一只恐龙思考这个问题的时候，它可能看到活着就是猎食、争夺配偶、晒太阳、享受，有什么意义？生活本身就是意义。它也会看到所有的争斗也好、配偶也好、美味佳肴也好不过如此，几千年后不过一堆粪土。存在只是存在而已，没有意义。它应该关心的是如何好好地存在，而不是空费脑筋地想什么存在的意义。除了发疯，它不可能想出什么结果。于是，这只恐龙同我们现在的许多人一样，看看眼前、看看周围、看看历史、看看未来，得出结论：生命不存在什么永恒的意义。 几千万年过去了。当年的恐龙打破脑袋也想不到，自然界一种神秘的力量使地球上出现了智慧生命——人类，一种完全不同于以往任何一种生物的物种。只有人类才有可能真正思考生命的意义这个问题。 恐龙看不到它存在的意义。可是，假如没有恐龙的存在、没有地球上数亿年数以亿计的其它生命的存在，人类是不可能出现的。过去存在过的生命，无论恐龙也好、三叶虫也好、剑齿象也好，它们的存在看起来好像除了生命本身以外似乎没有什么意义，但它们决不是存在就存在了、死去就死去了、毫无意义，它们的后代不断地进化才有了后来更高级的物种，直到产生人类。 无机世界发展的过程是一个熵增的过程，根据热力学第二定律，无机世界将趋向更加的无序和混乱，最终达到热寂的平衡。而有机界生命发展的过程是一个熵减的过程，是一个趋向更加有序的过程。生物进化是熵减过程的具体体现。熵减的力量是生物进化的动力。生命存在的意义就在于实现这个熵减的过程、向更有序更高级更复杂的方向发展。没有生命的存在，熵减过程不可能发生，熵减过程只有通过生命才能实现。同时由于熵减力量的作用，生命的进化和有序发展也是必然的。 到底是什么力量使生物从低级向高级进化并最终产生了人，也就是什么力量促成了熵减过程，目前仍不清楚。达尔文的进化论有两个要点：一、物种是可变的，生物进化是一个事实。二、进化的机制是自然选择——生存竞争，适者生存。关于第一点，科学界没有什么异议。越来越多的证据表明，地球上的生物具有同源性，即所有的物种都有一个共同的起源。目前利用生物DNA和蛋白质分子的序列可以分析物种间的亲缘关系。化石研究表明，生物是从低级向高级进化的，越古老的生命越简单。然而，对于第二点，自然选择虽然可以解释生物的适应现象和变异现象，却无法解释生物是怎么从低级向高级进化的。 自然选择可以解释为什么恐龙灭绝了，哺乳动物却活了下来，却不能解释为什么活下来的哺乳动物一定比恐龙更高级。按照自然选择理论，假如地球的环境非常稳定、永不变化，生物就会完全适应地球上的所有环境而不必发生进化。这是不可能的。一定存在着另外的进化机制，这个机制使得生物必然地从低级向高级进化，而不是单单适应环境。 没有生命的存在，就没有生物的进化和人类的产生。这个生命的意义超越生物的个体和一生，超越生物个体之外而存在。不论生物承认也好、不承认也好，愿意也好、不愿意也好，都不能阻止进化的进程。所有的生命不过是整个生命进化历史长河中的一环。 人生命的意义 动物生命的意义是进化——实现熵减过程，人类生命的意义也是如此，只不过对人类来说，实现熵减过程的方式有所不同。人与动物最大的不同在于人有智慧，这个不同根本地改变了人类和整个世界。虽然我就像几千万年前的恐龙一样，打破脑袋也想不出几千万年后发生的事，但我可以根据现有的发展趋势作一些预测。 动物实现熵减过程的方式是进化，这靠进化机制起作用。进化的机制深藏动物体内，无论动物愿意与否，都要朝着进化的方向发展。 对人来说，实现熵减过程的方式不是自然进化，而是靠人类自身改造世界的能力。动物只有适应环境的能力，人却有改造环境的能力.对人类来说，熵减过程是通过社会发展来实现的。人类社会的发展过程相当于生物的进化过程。人类社会发展的历史证明，社会一直在朝着更有序更完善的方向发展。从两千多年前人类有文字记载开始，人类的历史记载了人怎样从物质匮乏走向物质丰富、怎样从人口稀少走向人口众多、怎样从疾病走向健康、从愚昧走向文明、从专制走向民主、从无知走向科学、从算盘走向电脑、从步行走向飞机、从战争走向和平，其中绝大多数是最近才发生的。这说明社会发展越来越快，是一个加速的过程。社会发展的过程也是使世界更完美的过程。 人类幸福是社会发展的基础，没有人类幸福就谈不上社会发展。社会发展首先是为了人类幸福，但社会发展不仅包括人类幸福。人类幸福可以是静态的，而社会发展则是动态的过程，静止就意味着死亡。社会发展的含义是：探索和改造宇宙自然环境使之更适合人类生存；创造出更多的物质财富以满足人的各种需要；改进社会制度和结构使之更有利于生活在其中的每个人的幸福；增强人自身的能力，产生超人；使整个世界更符合理性、更理想，朝着完美的极限前进。 社会的发展方向是不以人的意志为转移的。正如动物不能扭转进化的方向，人也同样不能扭转社会发展的方向。进化不依赖个别的动物，社会发展也不依赖单个的人。尽管社会发展的过程是复杂的、不平衡的，个人、民族、国家为了各自的利益相互冲突，发生战争、流血和破坏，但人类从错误中学习，总的方向是不会改变的，这就象河流千回百转最终还是要流向大海。 社会发展时快时慢，有时甚至可能停止和倒退。人类仍然面临着核战争、环境污染和破坏、气候变暖、森林消失、沙漠化、人口爆炸、吸毒、爱滋病、恐怖主义的威胁。尽管核武器已经裁减，但目前剩下的核武器仍然足以毁灭全人类。尤其是环境的破坏和武器杀伤力的提高，是否意味着人类正在走向与有序发展相反方向的混乱和毁灭？环境破坏和核武器是人类社会发展过程中的现象，是会给人类带来毁灭，但人类并不是没有能力控制环境的破坏和核武器的使用，实际上正是人的理性和克制才避免了第三次世界大战全面核战争的爆发。所以，以上种种威胁的所可能导致的毁灭并不是人类社会发展的不可避免的必然方向。 很多偶然性的因素也会影响社会发展的进程。假如希特勒晚二十年出生，或等待研制出核武器以后再发动世界大战，人类社会可能会是另外一个样子。同样，假如没有第二次世界大战，也就没有全世界殖民地的全面解放，世界可能仍然是白人统治的殖民时代。但是，尽管有这些偶然因素，尽管历史有可能倒退，尽管人类社会发展过程中出现的种种问题，社会前进的方向并不会改变。战争给人类社会带来破坏，但战争之后常常是社会大发展。即使是破坏性极强的蒙古人征服战争，也没有摧毁一切，世界照样前进，太阳照样升起。只要人类仍然存在，社会就会继续向前发展。 第三节 生命到底有没有意义？ 无机界是一个熵增的过程，而有机界是一个熵减的过程，其主要表现在生物的进化史和人类社会的发展史，生命的存在不过是为了实现这个过程。否定生命的意义，就必须否认生命界是一个熵减的过程、否定进化论、否定人类社会一直是在向着更好的方向发展，这显然是与事实相违背的。然而，由于存在主义的影响，很多人仍然否认生命有意义，认为意义是人所赋予的。 不错，意义是人所赋予的，自然界任何东西就其本身来说都没有意义，除非人赋予其意义。一块石头有意义吗？没有。石头就是石头，没有意义。然而，当我们用这块石头来盖房子时，当我们用它来雕刻时，或用它来作为宝石首饰时，这块石头就有意义了，其意义是从其用途而来的。例如，当石头用来盖房子时，石头在我们眼里就是建筑材料，石头的意义就是建筑材料。 意义是相对于其自身之外的世界而言的。一块石头的意义是相对于人、地球、或任何其它东西而言的，石头对于其本身无所谓意义。石头有意义就是对于人或其它东西有用处、有关系，没有意义就是对于其它东西没有用处、不发生关系。一个与我不发生任何关系的东西，对于我来说，是没有意义的；而与我有关系、对我有用的东西，对我来说，则是有意义的。的确，这个意义是人根据需要所赋予的，是为了更好地认识和理解世界。 纯粹就生命来说，象石头一样，也可以说生命是没有意义的。然而，从进化的角度来看，没有生命就没有进化，生命对于进化是有用途的，生命是进化的载体。如果没有过去生命的存在和进化，就不会有现在的生命。所以，过去的生命对于现在的生命是有用的、有关系的，因而是有意义的。同样，现在的生命对于将来的生命也是有意义的。过去的人们创造了我们现在所享受的物质文明和社会文化，他们的生命对于我们来说是有意义的，如果没有过去的人们的努力，我们决不会有今天的成就。同样，我们的生命对于我们的后代是有意义的，因为没有我们现在的存在和努力，也不会有人类社会更美好的将来。 不同的用途、相对于不同的其它物体，生命可以有不同的意义。对于基督教来说，人是上帝创造的，上帝造人及一切万事万物是有他的目的的，所以生命的存在是上帝的意图。对于上帝来说，人生来就是实现上帝造人的目的，人生命的意义就是完成上帝的使命，这就是不同的生命意义。 对于生命我们可以说没有意义也可以说有意义，就看怎样使我们更好地解释世界。哥白尼发现了“日心说”，推翻了统治人们思想千年之久的常识“地心说”。可是，我们知道，运动是相对的。相对于太阳来说，地球围绕太阳转，然而，相对于地球来说，却是太阳围绕地球转。我们生活在地球上，以地球为主体，说太阳围绕地球转并没有错。为什么我们非要站在太阳的立场上说话？况且这与我们的生活常识“太阳东升西落”是相悖的。那么，为什么“日心说”比“地心说”更有意义呢？ 假如我们仅仅考虑太阳和地球，那么“日心说”和“地心说”都没有错，都是正确的。然而，假如我们还考虑到其它行星，那么“日心说”比“地心说”能够更好地解释其它行星的运动。按照“日心说”，所有的行星包括地球都在围绕太阳的椭圆形轨道上运动，其理论非常简洁明白。而按照“地心说”，行星的运动非常复杂，而且矛盾之处极多。所以，“日心说”比“地心说”更有意义是因为能够更好地解释说明世界。同样，说生命有意义也是为了更好地解释说明世界，为了更好地理解生命发展进化的过程。 假如说人的生命没有意义，对于自己之外的其他人没有用途、不发生关系，这显然不符合实际。我们知道每个人的生命对于亲人朋友都是有价值的，对于我们来说，他们的生命当然是有意义的，失去他们，我们会感到悲痛。而且我们正是从这些关系中感受到我们生命存在的意义。假如人的生命没有永恒的意义，那么当我们死后，我们的生命对于后人就没有用途、不发生关系，这从进化和社会发展的历史来看，显然也不是事实。如果我们死了便灰飞烟灭、不会对后世产生影响，我们的后人也将和我们一样永远生活在原始社会，甚至根本不会有人类产生。 假如说人的生命没有意义、每个人赋予自己生命任意的意义，人只为今生今世活着，死后万事皆空、一切都没有意义，就像路易十六所说的“我死后，哪怕洪水滔天。”，那么，由于每个人所赋予自己生命不同的意义，这些意义可能是相互冲突的、不稳定的，由每个人的生命意义共同作用所产生的人类社会的发展方向将是漫无目标的、忽东忽西的，全凭人们对于意义的理解，这样的结果不可能产生稳定一致的前进方向，社会不可能持续向前发展。这与人类社会发展史是相矛盾的。 而假如我们说生命是有意义的，我们可以更好地认清生命在有机界进化发展过程中的作用，认识到进化发展的趋势以及我们在其中的位置，更好地理解在持续进化发展的生命长河中我们的生命不过是其中小小的一段而已。 生命的意义或人生的意义是人们常常谈论的话题，人们希望自己的生活有意义，总是在寻找生命的意义。仔细考察人们找到的意义，可以看出与上面分析的从进化发展的角度总结出的生命意义是吻合的。 纵观历史，我们可以发现，历史上那些伟人、那些为人们所怀念和称颂的人、那些被认为实现了人生意义的人，都是对社会发展做出了极大贡献的人；而历史上那些坏人之所以是坏人，就是因为他们被认为是对社会发展起到破坏作用的人。这个衡量的标准藏在人们心底，而且随着时间的流逝，功过是非日益明显，就越发清楚。这就是历史的公正性。科学家之所以伟大是因为科学家发现了自然规律，使人们能够更好地认识自然，从而促进了社会的发展。对政治家、君王的评价也是如此，君王的统治如果使人民的生活不幸，使社会发展停滞或倒退，那一定不是好君王。战争一般来说意味着破坏，但站在历史的立场上，从人类整体的角度来看，过去的战争对整个社会而言并非是坏处。很多战争是以先进打败落后，促进了统一，有利于先进文化的传播。这就是征服者、军事家能够得到肯定的原因。 可见，人们通常所说的生命意义或人生意义实际上就是隐含地从生命进化发展的角度说的，是天然的生命意义的不自觉、潜意识的流露，是熵减力量的自然体现。 存在主义认为存在先于本质，在人出生前，人没有先天固定不变的本质，所以生命是没有意义的。可是，从进化发展的角度看，人在出生前就已经决定了人的生命是实现熵减过程的载体和工具，人的本质先于存在。既然存在着先于存在的本质，那么人的生命就是有意义的，其意义就是其本质。 |
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