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换了主题,回归原生评论系统。

生命与负熵

2011-05-12 . 阅读: 8,936 views

这是EagleFantasy写的一篇物理小论文,我很喜欢,能让我对熵有点儿了解,为什么要了解熵,因为在我的头脑里一直存在着一个平衡系统(从长趋势周期看,今天所做的何事、说的何话都会对将来产生叠加结果,通俗一点讲就是任何的谎言都会有被拆穿的一天),至于靠不靠谱就得进一步去证实。

原文:生命与负熵

热力学第二定律说道:在孤立热力学系统中,系统的熵永不减少。熵是用来表征系统混乱程度的物理量,因此这条定律实际上是在说,孤立系统的混乱程度永远是在增 加的。直到达到热平衡,系统的熵达到了极大值,系统状态将不再改变,归于沉寂。“落叶永离,覆水难收;欲死灰之复燃,艰乎其力;愿破镜之重圆,冀也无端; 人生易老,返老还童只是幻想;生米煮成熟饭,无可挽回。”【1】无数自然现象,无不印证着熵增原理的正确性。

然而,生命现象却似乎是个例外。生命是一种总是维持低熵的奇迹。一个生命,在它活着的时候,总是保持着一种高度有序的状态,各个器官各个细胞的运作井井有条。它并不会立即达到一种类 似热力学平衡的不再活动的状态,相反,生物能够主动“做某些事情”、运动以及不断与外界进行物质能量交换恰恰是生物区别于普通物体的一个重要因素。而一个 生命一旦死去,就会很快被熵增原理的强大威力给收服,很快将趋于热平衡状态,变成一片死寂的一堆极其无序的物质。那么,究竟是什么原因使得生命看似违背了 普适的熵增原理呢?

问题的根源就在于,热力学第二定律只是用于“孤立系统”,即与外界没有物质、能量交换的系统。而生命之所以能长时间维持自身处在低熵有序状态,其秘诀正是在于它与外界的物质能量交换,即新陈代谢。

我们要搞清楚的是,新陈代谢的目的本质并不是交换物质。构成我们身体的原子,无非就是碳氢氧氮磷硫,和外界的普通原子没有什么区别,仅仅交换原子并不能给生命带来直接好处。

更应该明确的是,新陈代谢的目的本质也不是交换能量。似乎很长一段时间里,人们一直把吃饭喝水看成是单纯的吸收能量,认为生命以能量为生,而且至今大部分没 有学过物理学的人也是这么看待的,人们满足于这样一种简单的理解。但是,“其实这非常荒唐,因为一个成年有机体所含的能量跟所含的物质一样,都是固定不变 的。既然体内一个卡路里跟体外一个卡路里的价值是一样的,那么,确实不能理解单纯的能量交换究竟有什么用处。”【2】

那么,新陈代谢的本质究竟是什么呢?到底是怎样一种物理过程使得生命得以维持低熵,避免死亡呢?其答案就是,从环境中不断地汲取负熵,生命以负熵为生。或者说新陈代谢的本质就是,从外界不断地汲取负熵,以抵消生命运作过程中不得不产生的熵增。

负熵就是熵的对立,熵代表的是无序,而负熵表示的则是有序。汲取负熵,可以简单的理解为从外界吸收了物质或者能量之后,使系统的熵降低了,变得更加有序了。 因此,我们吃的东西必须本身非常有序,即食物必须低熵,所以我们动物只能吃生命。植物则有所不同,对于植物来说,最根本的负熵来自太阳的阳光。阳光是整个 地球上所有生物所汲取的负熵的根本来源。因此,我们以后不要只感谢太阳带给我们的无限能量,一定要在后面加上一句,感谢太阳带给我们的负熵~!与此同时, 我们的身体不断地向外界辐射红外线,这就是带走生命运作增加的熵的一种方式;另一种方式是排泄,显然排泄物的混乱程度是比我们的食物更高的。

有人可能会问,钻石之类的晶体,它们的熵也是很低的,如果新陈代谢只是为了汲取负熵,为什么人们不能吃钻石为生呢?我们所能给出的回答是这样的,钻石确实是 处在一种低熵的状态,这点大家都承认。但是生物体本身的熵很低,要维持这样一种低熵状态本身一定是一件很难的事情,需要很复杂的机制才能做到这一点,所以 人们能吃的东西就不仅仅低熵就可以了,而是通过自然选择,仅仅只有某一小部分低熵的物体是可以被吸收利用的。真实自然选择的结果就是,钻石不能成为食物, 而肉、菜之类的东西就可以。但是我们也不能排除在科技高度发达的未来会存在某种机器人,单靠吃晶体就能活…

生命以负熵为生,也许,这就是生命的本质吧。

参考文献:

【1】赵凯华《新概念物理学教程热学》高等教育出版社

【2】薛定谔《生命是什么》湖南教育出版社

【3】熵,还可以参阅李淼的“关于熵

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左岸

爱读书,爱生活!

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39 Comments On 生命与负熵

  1. 还是有难度的。

  2. 传说中的沙发?#^_^…

  3. 每天到这里来阅读似乎成了必不可少的事情 左岸兄的世界观和我的极其相似 但我还需要慢慢沉淀 期盼每天能多发点 少了读起来不过瘾啊!!!

    • @微笑的葵 @微笑的葵, 还有一个问题就是日志分类不够细,对于刚进来的读者想了解更有针对性的知识的效率非常低。

      • @super0825 @super0825, 有两个方法可以解决这个问题,一个是标签,别一个关键字搜索。

  4. 和我的生命观也基本相同。不知左岸可读过刘慈欣的《三体》三部曲,虽然是科幻,但以“潮水一般的细节”渲染了低熵体与热力学第二定律的对抗,如果有兴趣但没读过则强烈推荐。

    • @C. Minos Niu @C. Minos Niu, 关注了一下,刘慈欣,他是当前中国科幻小说创作的领跑人,科幻小说的可看性在于它不像魔幻小说一样瞎掰,它要有很强的理论做基础,表现得更具有前瞻性。

  5. Pingback: ZT:生命与负熵 — 直立行走的日子(目标5%)

  6. 哈哈,用物理来解释生活,有点意思

  7. 生命在于运动

  8. 慢慢消化中…

  9. 请问楼主,生命与负熵一句的最后一字怎么念?

  10. 那岂不是生命对于整个宇宙来说,起到了加快熵增的作用?杯具啊

  11. 科普文章?呵呵,新看点啊!

  12. 有趣…对于吃钻石的想法、呵呵~我表示吃不起

  13. 本质很难说明白

  14. 这个很深奥啊,,不是很明白。。。

  15. 好吧,煮个蛋吃,维持低熵继续学习

    • @占白 @占白, 哈哈,我也承认这是个好主意。

  16. 生命可以用这样的创意来解释。高深。

  17. 把热能和熵孤立起来研究没有什么意义。

    化学反应有熵增也有熵减,有放热也有吸热。
    能否进行完全要看哪方压倒另一方。

    应该说生命维持了热能、熵的平衡。
    生命是维持了熵基本不变的,于是我们需要负熵。怎样将负熵纳入生命体系,通过能量的交换,然后实现原子的重组。

    很难想象,如果没有能量,怎么实现物质的变化,又怎么将负熵物质利用形成熵增物质排泄出去。

    另外,关于人有选择的利用部分有机物,其实可以这样理解。
    C、H、O这三种元素能组成的物质是世界上最多的。而最简单的物质是像单质C,或者像CO2这样的物质。
    有机物的各种高分子组合是有序的,而经过人的系统,会变成熵大大增加的小分子物质。
    这同样解释了,为什么,人需要O2和H2O,因为高分子有机物中,C、H、O的比例与小分子C、H、O化合物不同的。
    以CH化合物为例。CH4,C2H6,C3H8就是一1:4,1:3,3:8在变化。也就是说,如果需要从高分子变成小分子,势必需要多余的H,O。

  18. 吃饭的时候,又想到植物。

    对于植物来说,吸收的是H20,CO2等无机物,而产生的是有机物。明显是熵减的过程。

    这进一步说明了,如果没有太阳提供的能量,植物的系统不可能做到熵减。
    所以不可以把熵变与能量孤立开来。

    • @empworm @empworm, 所以为什么破镜难圆,就是找不到能给它熵减的物质。

      • @左岸 @左岸, 破镜可重圆的,重熔再造,呵呵,外界做功减熵复原!

        • @fivejin @fivejin, 规则啊,有木有,有木有,跳出去了达內。

  19. 哇!这个对于我这个文科生太难了!睡前看,云里雾里……以后慢慢看……今晚有点累了~

    • @As @As, 那可以不看原理看吃饭,看推理。

      • @左岸 @左岸, 嗯!今晚脑子比较清晰,认真详细地看完了全文,感觉很神奇!原来生命活动是这样的!第一次听说“熵”这个东西,像是一种极限~
        看了大家的留言,觉得@empworm 的观点很有道理,生命活动应该离不开能量的吧~

  20. 让我对“熵”有了进一步的了解。

  21. 无序,有序……
    在学习知识的时候也可以认为是吸收熵,如果有序的学习的话那么知识会刻在脑子里,如果是无序的学习那么过一段时间就会忘记。

  22. 并非此文的观点就是对的,但我们可以从中悟出些自己想要的东西,如cracy所说!

  23. 觉得好玄乎呀,实在不是寻常人,不从寻常角度呀

  24. empworm跟这篇文章的作者都很 有智商啊

  25. 从不同的角度看人生,居然会有如此美妙的发现,真是赞!

  26. 到底还是说熵,只是用生命来说明,其实没什么必然联系

  27. 呵呵 把物理化学整合在文章中 很好 有点像自然科学的哲学原理

  28. 我想用熵增原理的普适性解释人的情绪,却一直没有找到合理的角度。求解释!