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？…