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主题：【原创】从物理角度谈谈为什么生命体系于其他非生命体系的不同 -- 不爱吱声
家园 【原创】从物理角度谈谈为什么生命体系于其他非生命体系的不同 首先，我们来谈谈熵。
我们知道
1。物理体系的状态可以由体系的内能以及熵与温度的乘积来共同描述。
2。在一个孤立系统内，系统的熵总是要增加。（热力学第二定律）
我们就从这两条出发，来看看生命体系与其他生命体系的不同之处。
生命体系的共同特点是，它宏观上具有遗传，变异，进化等特征，这些反应到微观上，就是组成生命体系的大分子(DNA,蛋白质)的自组装，折叠等等结构变化。研究发现，这些分子结构变化，仅仅需要很小的能量输入，但却可以导致很大的结构变化，而结构变化，简单理解就是体系发生突变，从无序走向有序。
那么我们来看，这种特点的物理机制可能在哪里呢？让我们回头来看上面的第一条。我们知道，生命体的结构发生大变化（变异，进化）的过程中，很多情况外界能量的输入是很小的，而环境温度的短期变化也是可以忽略不计的，但生命体的结构（物理体系的状态）仍然可以发生大的变化，因此我们可以断言，这种变化是因为体系熵的变化引起的。而这种“一个小的输入就能产生巨大而惊人效果”我们称其为“非线性作用”。即体系内各要素之间具有超出整体是局部线性叠加效果的非线性作用，是一种所得超所望的非线性因果关系。这样才可能使体系具有自我放大的变化机制，产生突变行为，以异乎寻常的方式重新组织自己，实现有序。相反，如果只是具有线性作用，要素间的作用只能是线性叠加即量的增长而不能产生质的飞跃和实现有序。
有意思的是这种熵的变化往往是朝熵减的方向进行，因此我们回头看看上面提到的第二条，就可以清楚知道，如果希望这种“熵减”情况发生，那么体系必须是开放体系。于是，“开放体系”成为生命体系的基本特征之一。这样生命体系才可能同外界交换物质与能量形成有序结构，也就是水风兄提到的耗散结构。至于为什么开放体系可以形成局部“熵减”的物理机制，可以参见这个帖子小议对生命进化的可能的物理解释 （和水风）。
但并不是所有开放体系都可以又“进化”成具有复杂微观结构的生命体系的。这就是水风兄提到的另两点。
1。远离平衡态
这点对于体系自发由无序到有序至关重要，是体系可以向熵减方向发展的推动力。打一个比方，如果你往咖啡里面加牛奶，如果达到平衡时你得到的只能是一碗混沌无序的灰色浑汤。但是在达到那个状态以前，你会看到白牛奶在黑咖啡里形成瞬息万变的漩涡花样和结构！可见，有序的生机（复杂结构）一定是在远离平衡态时萌动的。
2。涨落作用
只有在体系中某个变量局部行为与其平均值发生偏差的作用。体系具有涨落或起伏的变化，才能启动非线性的相互作用，使体系离开原来的状态，发生质的变化，跃迁到一个新的稳定的有序态，形成“进化”。涨落主要是由于受到体系内部或外部的一些难以控制的复杂因素干扰引起的，带有随机的偶然性，然而却可以导致必然的有序。
而水风兄提到的能量阀门对是否涨落作用可以真正促发结构变异在这里发挥了重要作用。据个例子来说，我们考虑不同结构所具有的内能，你把他画成图就象是一座连绵起伏的光滑曲面，有高峰有低谷，每个低谷实际上就对应一种“稳定结构状态”，而这个高峰就是导致结构变化的能量阀门。你如果你放一个球在曲面的任何一点，那么球最终会滑到某一个低谷处“震荡”，这时候如果你敲这个球一下，那么这个球一定会增大震荡的振幅，很可能这个振幅会高过相应的高峰，那么这个球就会“宁愿”跳过这个高峰滑向下一个低谷，这也就导致体系的结构的剧烈变化。自然界环境的变化有时候就开启这个能量阀门，但是并不是那么容易的，因此自然进化的过程十分漫长，但如果人为的输入能量迫使能量阀门打开，比如说对生命体照射紫外线或其他高能射线，那么细胞变异就要容易多了，所以人工选择可以加快生物进化步伐，可惜这种人工选择的更多的时候导致生命死亡。
大家辨别何谓生命体系的时候，对照一下上面提到的生命几个物理本质特征，自行判断也就可以了。
其他的讨论，请见水风兄的下面几个帖子：
关键词(Tags): #心爱科学， 元宝推荐：雪个,
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 花之[em07] 家园 Wheeler认为,宇宙由信息构成,物质和能量不过是附属物而已 加拿大Waterloo理论物理Perimeter学院的Lee Smolin还提出，最终理论考虑的不是场，甚至不是时空，而应该是物理过程之间的信息交换。
宇宙的本源既不是物质,也不是能量,而是信息. 对信息的基本操作,就是精神.
John Wheeler. "It From Bit". Proceedings of the 3rd International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics. Tokyo, 1989.
家园 按照不爱兄提到的几条特征, 星系就是有生命的. (除非不爱兄所提的只是必要条件而不是充分条件. 谁能给个生命的充分条件?)
家园 充分条件? 是不是佛说它有它就有，说它没有它就没有？？
家园 送了你一枚通宝 家园 倒，一夜不见，跟贴如此之多 为了不影响文章所要表达的真正意思，先把那个有争议的改一下，改成：“大家辨别何谓生命体系的时候，对照一下上面提到的生命几个物理本质特征，自行判断也就可以了。”
原本画蛇添足是为了调侃一下纳子的。没想到，大家抓住小辫子不放。结果对于原文99%的论述，只有海天兄一人发表看法。汗一个。
这里简要说明一下，纯粹的能量形式（遵照科学上的定义）目前看主要包括光能，原子能，化学能，机械能，电能，内能。。。能量原本是一个描述系统过程的量，传统意义上是与功分不开的，也就是即便当我们说“原子能”的时候，我们也可以考虑它是一个从原子能为零的状态对它做功、使它达到现在状态的功的总和。
既然提到做功，那么实际上谈能量脱离了具体物质就没有意义了，这也是我为什么加了那一句话的原因。我的本意是，“谈纯粹的能量没有意义，何来生命体之说。”至于大爆炸起点，理论上那是个齐点，抛开具体的不说，我们在谈论那个起点的时候，我们指的是“质能”而非“能量”。
对于大家诸多疑问，我会挑我自己有能力回答的回答一下，确实无法一一作答，因为有些问题确实我想不到。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 嘻嘻,调侃妖僧,backfire了吧.主贴95%的论述大家早已耳熟能详 (修改前的)原文的最后那段话才是不爱的着力点所在. 人民群众的眼睛是雪亮滴.
光能，化学能，机械能，电能 都是电磁场的能量, 电磁场的量子是光子. 原子能是强相互作用的能量, 其量子是介子.
总之, 粗略地说，费米子是构成“物质”的粒子，而玻色子则是承载“作用力”的粒子(作用力等于场,场的量子是种玻色子).
与其谈纯粹能量形式不能构成复杂的稳定体系,不如说玻色子不能构成复杂的稳定体系.
家园 这样多好 我觉得你像这样做些真正有实际意义的“科普”更好一些。要不就白瞎了你这个人儿了。
粒子四大基本属性，质量、能量、磁矩和自旋。
你说
：“费米子是构成“物质”的粒子，而玻色子则是承载“作用力”的粒子(作用力等于场,场的量子是种玻色子)”，这当然是对的。但我也知道区分“费米子”和“玻色子”是靠粒子自旋。那么，他们到底与能量关系是什么呢？我谈能量的时候，特别是谈生命系统能量交换的时候，将其定义局限于在传统物理的基础上我认为是恰当的。但话又说回来，如果我们真要较真“质量”，“能量"的本质到底是什么，恐怕真不是那么容易的。这个我是无能为力，恐怕要请教真正搞粒子物理的专家了。
不知你如何看？
家园 呵呵，花，不爱的贴，可不能看了不回阿 否则会被无数网友堵到小黑屋里拿棍子打的，^_^。
仔细的看了大大的帖子和楼下几位大大的回帖，真是汗颜阿，有的地方看不懂只能囫囵吞枣了。怪不得我们学engineering的总是被学science的鄙视。
其实两个问题感觉比较模糊：
1。什么是纯粹能量形式？毕竟我们大部分能量形式的定义就包含了物质的存在。光么？激光算不算稳定的复杂结构？大大文中说“物理体系的状态可以由体系的内能以及熵与温度的乘积来共同描述”，但是如果是纯能量构成的物理体系，它有温度这个物质才具有的属性么？这还是大大定义的物理体系所能包容的么？
2。和齐纨素网友的问题一样，任何“能量”形式无法形成稳定的复杂结构是被归纳证明的还是演绎证明的？如果只是因为现在找不到而归纳证明，我觉得说服力还不足。以“能量”形式形成稳定的复杂结构会于现行物理结构发生冲突么？
家园 大胆，哪个敢鄙视我们学工程的 1。什么是纯粹能量形式？毕竟我们大部分能量形式的定义就包含了物质的存在。光么？激光算不算稳定的复杂结构？大大文中说“物理体系的状态可以由体系的内能以及熵与温度的乘积来共同描述”，但是如果是纯能量构成的物理体系，它有温度这个物质才具有的属性么？这还是大大定义的物理体系所能包容的么？2。和齐纨素网友的问题一样，任何“能量”形式无法形成稳定的复杂结构是被归纳证明的还是演绎证明的？如果只是因为现在找不到而归纳证明，我觉得说服力还不足。以“能量”形式形成稳定的复杂结构会于现行物理结构发生冲突么？请看我顶上的跟贴对这两个问题的统一答复。多余的那句话如果不看前因后果确实比较让人费解，已经从原文中删除。
另外，我的专业是不折不扣的属于工程类，如果兄对力学，材料科学，或者工程中计算方法特别感兴趣，欢迎交流，定知无不言，保证范的错误会少于谈物理。说实话，物理只是我的爱好而已，不过我发现研究物理对我专业研究很有帮助。你知道，现在各学科在融合，而物理成为之间的桥梁。从我目前兴趣来看，把自己以后的研究方向定在了“生物力学”，所以多看了些闲书，有点心得就来这儿献丑了。
家园 哈,记的不爱也是学工程的 不过特别喜欢物理.
家园 其实我没说灵魂依附于"纯粹"的能量形式,我说的是能量场 这个场自然也可以和实物粒子相耦合. 我写那个关于灵魂的帖子时, 心中想的例子是等离子体.
不爱可能把它理解成"纯"能量形式, 所以在主贴中种了那棵桑树.
下面回答您的一个问题, 黑体辐射(纯能量的例子)就有温度, 因为光子在不同能级(或:频率)上有个分布.
其实纯粹能量形式这个定义本身就靠不住. 能量等于质量, 质量又可以使光线弯曲. 这就是非线性效应(广义相对论是非线性的),可以满足水风所强调的非线性, 作为"复杂"系统的必要条件.
家园 色既是空，空既是色 色是玻色子的色，空是时空的空。厄弥陀佛，厄弥陀佛！悟了，悟了。
家园 再继续解释一下 其实在生命的形成上，估计衲兄和水风不爱等没什么根本分歧。主要的分歧在于灵魂的问题上。
不爱对灵魂的定义是这样：
我认为我们在讨论“灵魂”这个概念是否可以用科学来证明的前提假定是，“灵魂”确实是一种“客观存在”，我们现在不承认它，是因为我们没有理解它的客观本质。水风估计是同意的。衲兄也表示赞同红字部分，并且继续阐述自己的观点：
我认为,灵魂固然是一种客观存在,但它不是第一性的、恒常不变的东西. 第一性的是"能见"的功能(不是能量), 在这种功能的驱动下,导致依附于能量场的某种特定的运动形态,这就是人们所说的灵魂. 如果这种功能导致了依附于以高分子为基的生物体, 这就成了地球上所谓的'活'的生物个体. (如果该生物体被毁坏,这个功能便脱离,可能暂时依附于别的什么能量场,这就是灵魂/鬼魂.) 灵魂/鬼魂不是世界的本体.这里衲兄提出了“能见”。“能见”，按俺的理解就是“能够见到，能够理解”。衲兄把这种功能上升到第一性，凌驾于物质与灵魂（精神？）之上。
这里得扯一下“灵魂”这个问题的来由。导致灵魂这个问题的直接问题是：我是谁？这个问题可能也是人之所以为人的最重要的一个问题，即：人为什么会意识到“我”的存在？动物们一天忙忙碌碌，最终的目的就是为了个繁衍，它们知道自己是谁吗，知道自己在生存吗？没人是动物，所以也没人能确切回答这个问题。但人是确确实实知道自己是存在于这个世界的。
有了“我是谁？”这个问题，顺理成章就有了“我从哪里来？到哪里去？”这个问题。“我”是会随着肉体的死亡而消失，还是会继续存在？如果不承认因死亡而消失，那自然就有了“灵魂”一说。通常对“灵魂”的理解是：独立于肉体而存在的一种东西（这里用东西这个词而不用“客观存在”会在后面解释，另外说东西是为了强调它是一种物质或者精神）。估计不爱和水风假设的灵魂是这种。
但是衲兄理解的灵魂不是这样。前面他说了第一性的是“能见”。要解释这个，还得回到“我是谁？”这个问题。对这个问题的一个很有名的回答是“我思故我在”，也就是说：不是因为有了我才思考，而是因为有了思考才有我。那这个回答怎么回答“我从哪里来？到哪里去？”这个问题？很简单：如果“我”死了，只要这个世界还被人感知，被人思考，那么“我”就继续存在，也就是说，“我”又复活了。在这个死而复活的过程中，不需要前面所说的那种独立肉体存在的灵魂，只要有“思考”，只要“能见”就行。换言之：如果这个世界所有的人都变成了行尸走肉，没有思想，那么“我”也就不再复活了。佛教是这种解释，因此佛教否认灵魂的存在，只是因为“我”不间断的死而复活，保持一种延续性，所以仿佛有个“灵魂”客观存在。这种客观存在怕是不同于不爱水风的客观存在，它只是一个过程，就像客观存在的行星轨道一样。
但是“能见”这种“东西”本来就很玄。俺现在都不明白它到底是个什么东西，或者它本来就不是个东西。但有一个有关的问题倒是可以思考一下。人类的思考，不受时间空间的约束，念头与念头之间，刹那相续，远胜光速。如果说思考只是大脑的化学反应，任何化学反应，从一个状态到另外一个状态都需要时间。那我们如何能够如此快速的思考？这个问题比较具体，也比较有科学性，大伙可以讨论讨论哈，呵呵。
好了，我的砖头先扔到这里，大伙继续砸玉
