进化论和熵理论矛盾吗?熵与生物有何关系,物理学家如何看待生命

生命体通过摄取负熵、排出正熵,从而维持身体平衡的方式只是暂时的,从长远来看,熵的增加是一个不可逆的过程,无论是一个生命个体,还是整个宇宙,熵总是增加的。

宇宙之内,一切的物质,宇宙天体、山石楼阁,乃至生命,都必须要遵循一个定律,那就是熵增原理。

熵增原理也就是我们熟知的热力学第二定律。熵理论向我们讲述了这样一个事实,那就是热运动的过程是不可逆的,在一个封闭的系统内部,能量的分布会逐渐趋近于均衡,举例而言,我们将一个烧热的铁块放入一盆温水中,铁块的温度会下降,而水温会上升,最终二者的温度趋向于一致,热量总是从高温物体向低温物体转移,最终实现均衡,这个过程就是熵增。

热量绝不会从低温物体向高温物体转移,在上述的例子中,温水不会把自己的热量传递给铁块,让铁块变得更热,而自己变为一盆冷水,这样就违背了熵增原理。

热平衡状态是一个孤立系统的最终状态,一个孤立的系统内部的任何位置的温度最终都会变得一模一样,而我们的宇宙就是这样一个孤立系统,所以也就有了“热寂说”,最终宇宙中所有的恒星都会熄灭,任何一个地方的温度毫无差别,这种热平衡就是宇宙的最终归宿。

熵增的概念最初诞生于1864年,而在25年之后,1889年一种关于熵增的微观解释出现了,那就是熵描述了一个孤立系统内部的无序程度,越无序,熵值就越大,而越有序,熵值就越少。在没有外在干扰的情况下,系统内部的能量差总是趋向于消除的,比如铁块和水的热量差会最终消失,二者变得温度一致,同样的,在一个孤立系统内部,有序性会不断减少,最终熵值变为最大,一切变得极度无序。

宇宙之间的一切都遵循熵增原理,宇宙天体、山石楼阁、乃至生命皆是如此,而生命似乎有些特殊。

关于生命起源与发展最权威的学说就是达尔文所提出的进化论了,而进化论似乎与熵增原理格格不入。根据进化论的描述,生命最初是简单的,而后通过不断的演化,变得越来越复杂,变得越来越高级,也变得越来越有序。

进化论从无序到有序的进化过程似乎与熵增原理所描述的从有序到无序的变化过程格格不入,也正是因为如此,而后有大量的物理学家开始研究起了生命科学,而其中一个不得不提的人就是薛定谔了,对,就是那个提出“薛定谔的猫”思想实验的人。薛定谔所提出的理论将进化论与熵理论实现了完美的融合。

生命体与其它任何物质并无不同,它同样要遵循熵增原理。

在生命体的内部,熵值不断增加,无序程度不断提高,当熵增至最大值时,也就代表了生命体的死亡。那么生命体怎么才能避免死亡呢?那就是对抗熵增,而对抗熵增的方式就是从周围的环境中摄入负熵,正熵代表无序,而负熵则标志了有序。

生命体自身的熵增过程是自发的且不间断的,如果任其发展,熵很快就会达到最大,生命体就会死亡,所以必须要持续从外界引进负熵,而引进负熵的方式就是呼吸以及饮食,之后,再通过排泄的方式将正熵排出体外。一方面摄入负熵,另一方面排出正熵,这样就能够有效减缓体内熵增的过程,保持自身的有序性,也就维持着生命的存在。

通过摄入负熵来抵御熵增的关键,是要保持收支的平衡,而不是越多越好。

摄入食物也就是摄取负熵,然而如果食物的摄取不加节制,就会产生相反的效果,因为摄入体内的负熵最终会变为正熵,比如超过需求的能量会转化为脂肪在体内堆积,摄入大量负熵,导致体内生成了大量的正熵,而这些正熵无法从体内排出,就会加速身体的无序化进程,于是各种因肥胖而发生的疾病就会悄然而至,身体的熵增会迅速增加,一旦熵值达到最大,生命也就宣告终结。

生命体通过摄取负熵、排出正熵,从而维持身体平衡的方式只是暂时的,从长远来看,熵的增加是一个不可逆的过程,无论是一个生命个体,还是整个宇宙,熵总是增加的。

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