如何看待帶著時間之箭屬性的「熵增」和以吸收負熵且具有自組織行為的「生命」,如此的矛盾為什麼能夠共存?

時間 2021-05-30 22:24:39

1樓:過天涯

區域性負熵流就是為了總體熵增。

總體熵增過程中,必然形成區域性負熵流

和生物進化的牆壁溝壑論近似,簡單方向有極限,所以必將往複雜方向去。

正熵流促使環境負熵,不被環境容納。必然產生負熵系統,同時該系統必將越來越複雜。

考慮到負熵流即是有序資訊,有序資訊越複雜,維持資訊傳遞需要的負熵越流越多。

估計宇宙熱寂之前,將消耗全宇宙的能量不平衡儲存的負熵流,形成乙個極限巨大的資訊。

這簡直像是神在培養皿放了點營養液,等營養液消耗完看能長出多複雜的菌落。

生命是物理學的必然結果?

2樓:lkq

關於怎麼理解生命的有序和物理世界的熵增?每乙個生命都自成乙個系統,生命這個系統的形成本身經過很複雜的行為(陰陽交合量子漲落)和漫長的進化,也很難說清到底熵增熵減。有可能和一直為零。

有電子,也有正電子等等,區域性和為零整體看起來和大於零。單看乙個人的生命系統,她將大量原子分子有序排列起來是一種熵減,但不要忘了她還需要吃飯,需要補充能量,將這個飯消化需要能量,糧食的獲得需要運動需要大量的能量,這是一種熵增。通過不斷吃飯運動她長大了,比較一下前後的她發現:

體重增加了,分子排序更加複雜了。單看她這個系統是熵增加了。最後她死了,她向環境釋放了能量(她被分解了)這是一種有序重新回到無序,是熵增加了。

綜合分析乙個生命或者乙個系統的生與死,生是環境向系統注入能量,死是系統向環境返回能量。從勢能角度來說,生的時候她是一種低勢能,環境向她湧入能量,死的時候變成一種高勢能,向環境釋放能量。對整個環境來說,她的生是一種熵減,死是一種熵增。

她生的熵減是由於她的母系統消耗了大量的能量,增加了自己的熵值使得子系統逆熵生成。

世界就是如此神奇。

3樓:

題主追加了問題描述,這裡就更新一下。造成題主疑惑的點有兩個,第一是統計平均與統計漲落的聯絡和區別,第二是自組裝系統正反饋和負反饋的差別。另外,以下描述的只是生命起源的一種理論,僅作為參考。

我們假定生命的產生是自發的化學過程,在「原始湯」裡,各種原子分子相互之間隨機成鍵,形成的鍵也會被隨機打斷。首先要明確熱力學第二定律是乙個統計規律,「熵增」是粒子數足夠大的系統(一般以阿伏伽德羅常數為參考)的平均行為,但這並不阻止系統內可能偶然會出現區域性有序,出現稍微複雜一些的分子的情況。這就像是乙個公認的爛中學,某年可能突然出了個天才考上了清華,這也並不改變這個學校是爛學校的事實。

套用那個經典的例子,只要有足夠長的時間,猴子也能在打字機上敲出一部哈姆雷特。當然哈姆雷特複雜性太高,猴子敲到宇宙毀滅可能也敲不出來。然而生命的基礎是核酸、氨基酸之類的小分子,這種小分子在「原始湯」的隨機漲落之內是有一定概率出現的,這一點已經被實驗驗證(公尺勒-尤里實驗)。

接下來是關鍵:出現各種各樣的有機分子以後,有些小分子可能就會相互連線成有自我複製的能力的較大分子。這個概率也很小,但在以億年計的時間尺度內,還是可以出現的。

至於這種分子是什麼,有人說是RNA,有人說是蛋白質,反正就是個先有雞還是先有蛋的問題,目前尚無定論。這時就有兩個速率在競爭,乙個是分子自我複製的速率,另乙個是分子自發分解的速率。如果前者佔了優勢,就會形成正反饋,有機分子不斷複製,種類越來越多,越來越複雜,最終出現生命。

如果後者佔優勢,則為負反饋,這些作為生命基礎的分子只能在系統中一閃而過,成不了規模。究竟是哪一種反饋,取決於系統的具體引數,比如溫度,壓強,系統中元素的構成等等。比如金星上溫度太高,分子分解速率太快,複雜分子無法存在太久;冥王星上溫度太低,絕大多數物質都被凍成了固體,分子之間發生反應的機率太小,即使碰巧有複雜分子,也難以進行複製;木星上全是氫和氦,無法形成複雜的化合物……只有早期的地球正好具備了產生正反饋條件。

正反饋並不能永遠持續下去。複雜分子的自我複製過程是要耗散能量的,能量的耗散造成了整個系統的熵增。乙個孤立系統的自由能(可以用來做功的能量)總是有限的,生命需要不斷將系統的自由能轉化為內能(被耗散,無法再利用的能量)來維持自身的存在。

如果系統的自由能被耗盡,生命也就無法繼續維持了。這麼說可能聽起來有點文縐縐的,其實道理和把人關進一間牢房又不給吃的會餓死人是一樣的。如果宇宙的終點是熱寂(這個也還沒有共識),那麼生命就只能是宇宙發展過程中的漣漪,最終也逃不過消散的命運。

沒有那麼玄乎。熱力學第二定律即熵增定律成立的前提是描述物件為「孤立系統」,也就是與外部沒有物質和能量交換的系統。生命體不是孤立系統,動物要吃東西,植物要吸收Sunny,這些都是從外部吸收能量來維持自身高度有序的狀態。

另外,對於生命的起源,雖然目前尚無統一的理論,但從統計學角度來看概率要比風中成堡要高多了,因為原始生命包含的原子數量比沙堡要低許多個數量級。

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