第12章（1 / 1）

要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境里不断地汲取负熵，我们马上就会明白负熵是十分积极的东西。有机体就是赖负熵为生的。或者，更确切地说，新陈代谢中的本质的东西，乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的熵。

58. 熵是什么？

熵是什么？我首先要强调指出，这不是一个模糊的概念或思想，而是一个可以计算的物理学的量，就象是一根棍棒的长度，物体的任何一点上的温度，某种晶体的熔化热，以及熔化一种物体的比热等。在温度处于绝对零度时（大约在-273℃），任何一种物体的熵等于零。当你以缓慢的、可逆的、微小的变化使物体进入另一种状态时（甚至因此而使物体改变了物理学或化学的性质，或者分裂为两个或两个以上物理学或化学性质不同的部分），熵增加的总数是这样计算的：在那个步骤中你必须供给的每一小部分热量，除以供给热量时的绝对温度，然后把所有这些求得的商数加起来。举一个例子，当你熔解一种固体时，它的熵的增加数就是：熔化热除以熔点温度。由此，你可看到计算熵的单位是卡/度（摄氏）（就象卡是热量的单位或厘米是长度的单位一样）。

59. 熵的统计学意义

为了消除经常笼罩在熵上的神秘气氛，我已简单地谈到了这个术语的定义。这里对我们更为重要的是有序和无序的统计学概念的意义，它们之间的关系已经由玻尔兹曼和吉布斯在统计物理学方面的研究所揭示。这也是一种精确的定量关系，它的表达式是：熵＝klogD，k是所谓的玻尔兹曼常数（＝3.2983E-24卡/℃），D是有关物质的原子无序状态的数量量度。要用简短的非专业性的术语对D这个量作出精确的解释几乎是不可能的。它所表示的无序，一部分是那种热运动的无序，另一部分是存在于随机混合的、不是清楚地分开的各种原子或分子中间的无序。例如，上面例子中的糖和水的分子。这个例子可以很好地说明玻尔兹曼的公式。糖在所有水面上逐渐地“溢出”就增加了无序D，从而增加了熵（因为D的对数是随D而增加的）。同样十分清楚的是，热的任何补充都是增加热运动的混乱，就是说增加了D，从而增加了熵。为什么应该是这样情况呢？只要看下面的例子就更加清楚了，那就是，当你熔化一种晶体时，因为你由此而破坏了原子或分子的整齐而不变的排列，并把晶格变成了连续变化的随机分布了。

一个孤立的系统，或一个在均匀环境里的系统（为了目前的考虑，我们尽量把它们作为我们所设想的系统的一部分），它的熵在增加，并且或快或慢地接近于最大值的熵的惰性状态。现在我们认识到，这个物理学的基本定律正是事物接近混乱状态的自然倾向（这种倾向，跟写字台上放着一大堆图书、纸张和手稿等东西表现出的杂乱情况是同样的），除非是我们在事先预防它。（在这种情况下，同不规则的热运动相类似的情况是，我们不时地去拿那些图书杂志等，但又不肯化点力气去把它们放回原处。）

60. 从环境中引出“有序”以维持组织

一个生命有机体通过不可思议的能力来推迟趋向热力学平衡（死亡）的衰退，我们如何根据统计学理论来表达呢？我们在前面说过：“以负熵为生”，就象是有机体本身吸引了一串负熵去抵消它在生活中产生的熵的增加，从而使它自身维持在一个稳定的而又很低的熵的水平上。

假如D是无序的度量，它的倒数1/D可以作为有序的一个直接度量。因为1/D的对数正好是D的负对数，玻尔兹曼的方程式可以写成这样：负熵＝klog(1/D)。

因此，“负熵”的笨拙的表达可以换成一种更好一些的说法：取负号的熵，它本身是有序的一个量度。这样，一个有机体使它本身稳定在一个相当高的有序水平上（等于熵的相当低的水平上）的办法，确实是在于从它的环境中不断地吸取秩序。这个结论比它初看起来要合理些。不过，可能由于相当繁琐而遭到责难。其实，就高等动物而言，我们是知道这种秩序的，它们是完全以此为生的，就是说，被它们作为食物的、复杂程度不同的有机物中，物质的状态是极有序的。动物在利用这些食物以后，排泄出来的是大大降解了的东西，然而不是彻底的分解，因为植物还能利用它。（当然，植物在日光中取得“负熵”的最有力的供应）

第七章 生命是以物理学定律为基础的吗？

如果一个人从不自相矛盾的话，一定是因为他从来什么也不说。——乌那木诺

61. 在有机体中可以指望有新的定律

总之，在这最后一章中我希望阐明的是，根据我们已知的关于生命物质的结构，我们一定会发现，它的活动方式是无法归结为物理学的普遍定律的。这不是由于有没有什么“新的力量”在支配着生命有机体内单一原子的行为，只是因为它的构造同迄今在物理实验室中试验过的任何东西都是不一样的。浅显地说，一位只熟悉热引擎的工程师，在检查了一台电动机的构造以后，会发现它是按照他还没有懂得的原理在工作的。他会发现，他很熟悉的制锅用的铜，在这里却成了很长的铜丝绕成了线圈；他还会发现，他很熟悉的制杠杆和汽缸的铁，在这里却是嵌填在那些铜线圈的里面。他深信这是同样的铜和同样的铁，服从于自然界的同样的规律，这一点他是对的。可是，不同的构造却给他准备了一种全然不同的作功方式。他是不会认为电动机是由幽灵驱动的，尽管它不用蒸汽只要按一下开关就运转起来了。

62. 生物学状况的评述

在有机体的生命周期里展开的事件，显示出一种美妙的规律性和秩序性，我们碰到过的任何一种无生命物质都是无法与之匹敌的。我们发现，它是受一群秩序性最高的原子所控制的，在每个细胞的原子总数里，这种原子团只占了很小的一部分。而且，根据我们已经形成的关于突变机制的观点，我们断定，在生殖细胞的“占统治地位的原子”团里，只要很少一些原子的位置发生移动，就能使有机体的宏观的遗传性状中出现一个明显的改变。

这些事实无疑是当代科学所揭示的最感兴趣的事实。我们也许会发现它们终究还不是不能接受的。一个有机体在它自身集中了“秩序之流”，从而避免了衰退到原子混乱－－从合适的环境中“吸取秩序”－－这种惊人的天赋似乎同“非周期性固体”，即染色体分子的存在有关。这种固体无疑代表了我们所知道的最高级的有序的原子集合体－－比普通的周期性晶体的有序高得多－－它是靠每个原子和每个自由基在固体里发挥各自的作用。

简单地说，我们亲眼看到了现存的秩序显示了维持自身和产生有序事件的能力。这种说法听上去似乎是很有道理的。然而它之所以似乎有道理，无疑地是由于我们汲取了有关社会组织的经验和涉及到有机体活动的其他事件的经验。所以，它有点象一种恶性循环的论证。

63. 物理学状况的综述

不管怎样，必须反复强调的一点是，对于物理学家来说，这种事态非但不是似乎有道理的，而且是最令人鼓舞的，因为它是新奇的。同一般的看法相反，受物理学定律支配的事件的有规律的进程，决不是原子的一种高度有序的构型的结果－－除非原子构型本身不象在周期性晶体里，也不象在由大量相同分子组成的液体或气体里那样地多次重复。

甚至在化学家离体处理一种很复杂的分子时，还总是面临着大量的同样的分子。他把化学定律应用于这些分子。比如，他会告诉你，在某个开始了一分钟以后，有一半的分子起了反应，二分钟后四分之三的分子起了反应。可是，你如果能盯住某一个分子的进程，化学家也就无法预言这个分子究竟是在起了反应的分子中间，还是在还没有起反应的分子中间。这纯粹是个机遇的问题。

这并不是一种纯理论性的推测。也不是说我们永远无法观察到一小群原子，或者甚至是单个原子的命运。有时我们是能观察到的，只有平均统扯一下才能产生规则性。第一章里我们举过一个例子。悬浮在液体中的一颗微粒的布朗运动，是完全不规则的。可是，如果有许多同样的微粒，它们将通过不规则的运动引起有规则的扩散现象。

单个放射性原子的蜕变是观察得到的（它发射出一粒“子弹”，在荧光屏上会引起一次可见的闪烁现象）。可是，如果把单个放射性原子给你，它可能的寿命比一只健康的麻雀要短得多。真的，关于单个放射性原子只能这样说：只要它活着（而且可能活几千年），它在下一秒钟里毁灭的机会，不管机会是大还是小，总是相同的。这种明显地不存在单个的决定，结果还是产生了大量的、同一种放射性原子衰变的精确的指数定律。

64. 明显的对比

在生物学中，我们面临着一种完全不同的状况。