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从熵的角度看生命是什么,死亡是有序到无序的结果

从古至今,我们都在讨论人类何为而存在,从哪里来到哪里去的问题。而讨论的前提就是我们必须承认某件事物是真实的,不然我们将永远问下去。

随着现代科学的发展,让我们知道了许多人体的结构,我们的身体是由大量的原子来构成的,人体百分之七十的质量是水,每个水分子带有两个氢原子。而其他有机分子也带有多个氢原子,在人体内氢原子最多是毋庸置疑的,但是从质量上看自然是氧的含量最多了。

据科学家大约估计,人的身体中约含有7,000,000,000,000,000,000,000,000,000个原子。当然了这样的数据依据体重因人而异,只能作为参考。

那么你是否想过为什么人体需要那么多的原子来构成?如果我们只是一个单细胞生物,那么当然不需要那么多的原子了,但是我们的思想和身体系统必须要拥有那么大的原子数量才能维持正常的工作。让我们先考虑下面的问题:为什么像人脑这样的器官和附着在大脑上的感觉系统必须由大量的原子组成?

原因是我们的大脑和其他的器官作为一个整体,它直接同外部环境进行相互作用。让我们假设有一台机器,那么当组成这台机器的原子量不够大的时候,其中的大部分原子就会大概率的被外界干扰,从而随之从系统的有序性中偏离,从而导致这台机器无法正常工作。假如大脑成了一台精巧而灵敏的足以反应并记录来自外界的单个原子的碰撞的机器,那么这样的大脑系统是不可能存在的。

所以,我们所说的思想本身是一个有秩序的东西,它必须建立在大量的有序性的系统中,从统计学的角度看,单个原子的乃至分子都具有无序性,但是大量的这些物质将呈现宏观的有序性,这些都是经过实验论证过的。

讲到这里,我们不得不讲熵的概念。

熵是什么

熵一般是指对某些物质系统状态的度量,以及某些物质系统的状态可能出现的程度。熵的最早概念是德国物理学家克劳修斯在1865年提出的。首先,它在热力学中得到了广泛的应用,然而,在当时,熵只是一个可以用热变化来衡量的物理量,其本质至今仍未得到很好的解释。直到统计物理、信息论等一系列科学理论发展起来,熵的本质才逐渐被阐明,即熵的本质是系统的“内部混沌尺度”。

首先,我们必须强调,熵不是一个模糊的概念或概念,而是一个可测量的物理量,如一根棍子的长度、物体某一点的温度、晶体的熔化热、物质的比热等。在绝对零度(约等于-273.15摄氏度)下,任何物质的熵都等于零。

1877年前后,玻尔兹曼提出了熵的统计物理解释。他认为系统的宏观物理性质,可以认为是所有可能的微观状态的等概率统计平均值,并在一系列论文中证明了这个论点。

随后,玻尔兹曼提出了“玻尔兹曼公式”:一个系统的熵和所有可能微观状态的数目满足以下简单关系,Ω则为系统宏观状态中所包含的微观状态总数,KB是玻尔兹曼常数。

我们定义了熵的单位是:焦耳/开尔文,即 J/K。例如,当你熔化一个固体时,它的熵增加是:熔化热除以熔化温度。这说明了当一种物质通过缓慢的、可逆的、轻微的变化(包括改变物质的物理或化学性质)而进入另一种状态时,熵的增加等于:系统在过程的每一小步中吸收的热量除以被吸收热量的绝对温度,然后将每个小步的结果相加计算。

人体与机器的差别

人体是由多种物质元素组成的复杂结构(如骨骼、器官、肌肉、头发等),而机器是由单一物质元素(如金属材料、电子材料等)组成的系统。人体具有复杂的功能,而机器的复杂性远远低于人体系统。

人类细胞是有“活性”的,而构成机器的物质是没有“活性”的。人体最小的系统单位是细胞,细胞也是一个独立的系统。当然了,从大了说,我们的器官相当于机器中的模块,和机器一样,器官衰竭了,生命也将终结,就和机器终止运转一样。人的生命一旦开始,就不能停止,而机器的运转可以随意控制,因为人们控制着机器的生死。

从能源角度看,我们知道是没有永动机的存在的。我们知道机器是通过输入能量,才能不停的运转,从而向外释放余能并做功,那么人体系统是通过什么来防止我们死亡的?答案显然就是食物。

从熵的角度理解死亡

其实,一个活的有机体作为一个系统,它是不断地产生或增加自己的熵,并逐渐接近最大熵的危险状态,也就是死亡。而摆脱死亡和生存的唯一方法就是不断地从环境中吸收负熵。其实新陈代谢的本质是使有机体能够成功地消除或弥补它活着时必须产生的熵。

其实从死亡这个结果看,我们的人体是无法摆脱熵增的这个事实的。生命就是从有序到无序的过程,而死亡就是结果。

有机体在生命周期中发生的事件显示出奇妙的规律性和秩序性,这是我们所遇到的任何无生命物质所无法比拟的。我们发现了生命受一种高度有序的原子团的控制,一个有机体在它自身上集中了有序的原子团,还通过各种方式(新陈代谢)避免了原子团向无序的衰退,这样就必须在合适的环境中“汲取有序”,而这种惊人的能力是与基因(DNA)的存在是有关。人体中的每个基因都在各自发挥自己的作用。也就是说,基因(DNA)是这种有序的承载物质。

简单地说,我们生命系统就是显示了它的维持自身和产生有序事件的能力,这种能力也是为了抵抗微观粒子的无序性。

最后

简单的说,在少量原子之间的事件不能有规律地表现出来。只有在无数原子的合作中,统计学定律才开始影响和控制这些集合体(系统)的行为,它的精确性随着系统包含的原子数目的增加而增加。观测到的事件就是通过这样的途径获得了真正有序的特性。

如果学过量子论的朋友们,肯定会明白,宏观与微观是具有在非常大的差异,许多宏观定律都是微观法则的大量近似。这也解释了为什么系统的精确性(有序性)也必将在宏观下呈现。


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