薛定谔说了：生命的本质就是吃

生命是什么？

对于这个问题，可能大部分人的答案都来自于生物教材上的定义：生物体会新陈代谢，生长发育，并会繁殖产生新的生命。

而在 1943 年，曾有一位物理学家对这个问题产生了兴趣，并将自己的想法写成了一本书。

这位物理学家就是诺贝尔物理学奖得主，量子力学奠基者 --埃尔温·薛定谔。

薛定谔在书中对生命做了这样的定义：

有生命的物体会避免变成混乱和无序的状态。

这是什么意思呢？

热力学第二定律告诉我们，万物都有向着混乱和无序发展的趋势。

比如一个炽热的铁块，会自动的将热量传递进周围的环境中，让整个系统变得更加混乱。

一滴墨水滴入一杯清水中，随着时间的流逝，这滴墨水会变得越来越混乱直至均匀地分散在整杯水中。

这时，生命的特殊性就体现出来了：

生命具有极其有序的结构，进行着极其有序的生命活动，并且可以通过繁衍创造更多相似的有序个体。

可以这么说：虽然我们的宇宙正在走向混乱和无序，但生命却在其中发展出了极高的秩序性。

在物理学中，我们用熵（shang）来衡量一个系统的混乱程度：一个系统越混乱，它的熵也就越大。

宇宙的熵是在不断地增加的，而生命却在其中保持着低熵的状态。

那么生命是怎么做到这点的呢？

答案显而易见：那就是通过不断地进食。

生物学上对这个过程有个专门的词汇，叫做新陈代谢。

起初人们认为：生命的新陈代谢过程，目的就是和外界交换物质，并在这个过程中补充生命活动所消耗的能量。

但在薛定谔看来，生命个体内的一个碳原子和食物中的一个碳原子是一样的，生物体内的一卡路里能量和体外的一卡路里能量也是等价的。

所以，单纯的物质交换和能量获取并没有什么意义。

薛定谔认为，生物作为我们宇宙的一部分，它自身的混乱程度也有着不断增加的自然趋势。

生物的每次一呼吸，每一个动作，都在产生着熵，正是这些熵将生物体一步步的带向死亡。

为了维持生存，生命必须设法持续地摄入秩序，也就是负的熵，同时排放代谢废物和废热，以这种方式将产生的熵释放回环境当中。

因此，生物进行新陈代谢最根本的目的，是摄入秩序。

也就是说，生命以负熵为食。

接下来，我们将从熵的角度重新认识我们所在的生物圈：

我们的太阳是一个熵极低的存在，是地球最大的负熵来源。

地球接受着来自太阳的太阳光，并将这些低熵太阳光转化为了高熵的红外线再辐射回宇宙空间。

在这个过程中，植物通过光合作用汲取了其中的一部分负熵，高等动物则会通过进食获得原本存在于植物体内的负熵，而动物的排泄物虽然被大大地降解，但其中的负熵仍然有一定的余量，因此植物和微生物依然可以利用它。

所以，从根本上讲，所有的生物都是在靠着汲取负熵来维持生存，而整个生物圈其实是一个负熵“传递”的过程。

薛定谔认为：生命这种从合适环境中汲取负熵的“天赋”，与其所具有的遗传物质有着密切的关系。

虽然遗传物质和宇宙中的其他物质一样，只是一团原子而已，但这团原子本身具有极低的熵，最终可以通过复杂的物理和化学过程，生产出蛋白质等物质。

这些物质构成了一个个细胞，并十分严格地控制着各项生命活动。

其实，生命的诞生或许也与熵有关：

在机缘巧合之下，有一系列特殊的化学反应发生在了一个小的范围内，不断汲取环境中的负熵，并将产生的熵排放回环境当中。

这就相当于在一个小的范围内创造了一个稳定的低熵系统，也就是生命的雏形。

这么看来，生命就像是一台纯粹的机器，遵循着宇宙运行的规律。

这样，我们就回到了最初的问题：生命是什么？

生命是一个美好的巧合。

是宇宙在奔向熵最大的死寂过程中，为自己创造的观众。

注释：

1.《生命是什么》一书是由薛定谔的一次公开演讲整理编辑所得（那时 DNA 还没有被发现）。薛定谔从物理学角度分析了生物的遗传变异等现象，推测了遗传物质是一种十分有序”非周期性晶体“。这本书为生物学的研究提供了一种新的思路，吸引了一批物理学家投身遗传学的研究，弗朗西斯 · 克里克就是其中之一。1953 年，克里克和沃森一同发现了 DNA 双螺旋结构，叩开了分子生物学大门。

2. 本书的一半篇幅是薛定谔关于意识和物质的哲学层面的思考，另外一半篇幅的大部分在以物理原理解释生命现象，”负熵“只是本书内容的很小一部分，但也是本书精髓所在。

3. 熵是一个系统混乱程度的度量，但混乱和复杂是不同概念。比如一杯碎冰和一杯水，碎冰的复杂程度大于水，但水的混乱程度却是大于碎冰的。这是因为在水的平静外表下，内部的水分子相比冰有着更加混乱的运动状态。

4. 薛定谔表示：“负熵”的概念曾一度遭到物理学界的批判和质疑，用“自由能”来描述秩序可能更加严谨。但是“自由能”这一概念从语言学的角度上讲，跟“能量”太过接近了，相比之下“取负号的熵”具有更好的表达效果。

5. 万物都有熵增的趋势，所以负熵并不能凭空产生；一个局部范围熵的减少，必然以另一处的熵增为代价。就比如生命通过进食维持自身的低熵状态，就需要把自身产生的熵以代谢废物和废热的形式排放回所在环境中，增加所在环境的熵。严格来讲，生命不生产负熵，生命是宇宙中熵的搬运工。