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肉體不能決定靈魂去思維，靈魂也不能決定肉體去運(yùn)動(dòng)、靜止或從事其他活動(dòng)。 ——斯賓諾莎《倫理學(xué)》第三部分，命題2 54. 從模型得出的一個(gè)值得注意的一般結(jié)論 讓我引用第46節(jié)最后的一句話(huà)，在那句話(huà)里，我試圖說(shuō)明的是，根據(jù)基因的分子圖來(lái)看，“微型密碼同一個(gè)高度復(fù)雜而特定的發(fā)育計(jì)劃有著一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并包含著使密碼發(fā)生作用的手段”，這至少是可以想象的。這很好，那么它又是如何做到這一點(diǎn)的呢？我們又如何從“可以想象的”變?yōu)檎嬲牧私饽兀?br> 德?tīng)柌艨说姆肿幽Ｐ停谒麄€(gè)概論中似乎并未暗示遺傳物質(zhì)是如何起作用的。說(shuō)實(shí)話(huà)，我并不指望在不久的將來(lái)，物理學(xué)會(huì)對(duì)這個(gè)問(wèn)題提供任何詳細(xì)的信息。不過(guò)，我確信，在生理學(xué)和遺傳學(xué)指導(dǎo)下的生物化學(xué)，正在推進(jìn)這個(gè)問(wèn)題的研究，并將繼續(xù)進(jìn)行下去。 根據(jù)上述對(duì)遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一般描述，還不能顯示出關(guān)于遺傳機(jī)制的功能的詳細(xì)信息。這是顯而易見(jiàn)的。但是，十分奇怪的是，恰恰是從它那里得出了一個(gè)一般性的結(jié)論，而且我承認(rèn)，這是我寫(xiě)這本書(shū)的唯一動(dòng)機(jī)。 從德?tīng)柌艨说倪z傳物質(zhì)的概述中可以看到，生命物質(zhì)在服從迄今為止已確定的“物理學(xué)定律”的同時(shí)，可能還涉及到至今還不了解的“物理學(xué)的其他定律”，這些定律一旦被揭示出來(lái)，將跟以前的定律一樣，成為這門(mén)科學(xué)的一個(gè)組成部分。 55. 秩序基礎(chǔ)上的有序 這是一條相當(dāng)微妙的思路，不止在一個(gè)方面引起了誤解。本書(shū)剩下的篇幅就是要澄清這些誤解。在以下的考慮中，可以看到一種粗糙的但不完全是錯(cuò)誤的初步意見(jiàn)： 我們所知道的物理學(xué)定律全是統(tǒng)計(jì)學(xué)定律，這在第一章里已作了說(shuō)明。這些定律同事物走向無(wú)序狀態(tài)的自然傾向是大有關(guān)系的。 但是，要使遺傳物質(zhì)的高度持久性同它的微小體積協(xié)調(diào)一致，我們必須通過(guò)一種“虛構(gòu)的分子”來(lái)避免無(wú)序的傾向。事實(shí)上，這是一種很大的分子，是高度分化的秩序的杰作，是受到了量子論的魔法保護(hù)的。機(jī)遇的法則并沒(méi)有因這種“虛構(gòu)”而失效，不過(guò)，它們的結(jié)果是修改了。物理學(xué)家很熟悉這樣的事實(shí)，即物理學(xué)的經(jīng)典定律已經(jīng)被量子論修改了，特別是低溫情況下。這樣的例子是很多的?？磥?lái)生命就是其中一例，而且是一個(gè)特別驚人的例子。生命似乎是物質(zhì)的有序和有規(guī)律的行為，它不是完全以它的從有序轉(zhuǎn)向無(wú)序的傾向?yàn)榛A(chǔ)的，而是部分地基于那種被保持著的現(xiàn)存秩序。 對(duì)于物理學(xué)家－－僅僅是對(duì)他來(lái)說(shuō)－－我希望，這樣說(shuō)了以后，能更清楚地講明我的觀點(diǎn)，即生命有機(jī)體似乎是一個(gè)宏觀系統(tǒng)，它的一部分行為接近于純粹機(jī)械的（與熱力學(xué)作比較），當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度，分子的無(wú)序狀態(tài)消除的時(shí)候，所有的系統(tǒng)都將趨向于這種行為。 非物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，被他們作為高度精確的典范的那些物理學(xué)定律，竟以物質(zhì)走向無(wú)序狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)學(xué)趨勢(shì)作為基礎(chǔ)，感到這是難以相信的。在第一章里，我已舉過(guò)一個(gè)例子。涉及到的一般原理就是有名的熱力學(xué)第二定律（熵的原理），以及它的同樣有名的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)。在第56到60節(jié)里，我想扼要地說(shuō)明熵的原理對(duì)一個(gè)生命有機(jī)體宏觀行為的意義－－這時(shí)完全可以忘掉關(guān)于染色體、遺傳等已經(jīng)了解的東西。 56. 生命物質(zhì)避免了趨向平衡的衰退 生命的特征是什么？一塊物質(zhì)什么時(shí)候可以說(shuō)是活的呢？那就是當(dāng)它繼續(xù)在“做某些事情”，運(yùn)動(dòng)，新陳代謝，等等，而且可以指望它比一塊無(wú)生命物質(zhì)在相似情況下“維持生活”的時(shí)間要長(zhǎng)得多。當(dāng)一個(gè)不是活的系統(tǒng)被分離出來(lái)，或是放在一個(gè)均勻的環(huán)境里的時(shí)候，由于各種摩擦阻力的結(jié)果，所有的運(yùn)動(dòng)往往立即陷于停頓；電勢(shì)或化學(xué)勢(shì)的差別消失了，傾向于形成化學(xué)化合物的物質(zhì)也是這種情況，溫度由于熱的傳導(dǎo)而變得均一了。在此以后，整個(gè)系統(tǒng)衰退成死寂的、無(wú)生氣的一團(tuán)物質(zhì)。這就達(dá)到了一種永恒不變的狀態(tài)，不再出現(xiàn)可以觀察到的事件。物理學(xué)家把這種狀態(tài)稱(chēng)為熱力學(xué)平衡，或“最大值的熵”。 實(shí)際上，這種狀態(tài)經(jīng)常是很快就達(dá)到的。從理論上來(lái)說(shuō)，它往往還不是一種絕對(duì)的平衡，還不是熵的真正的最大值。最后達(dá)到平衡是十分緩慢的。它可能是幾小時(shí)、幾年、幾個(gè)世紀(jì)……。舉一個(gè)例子，這是接近平衡還算比較快的一個(gè)例子：倘若一只玻璃杯盛滿(mǎn)了清水，第二只玻璃杯盛滿(mǎn)了糖水，一起放進(jìn)一只密封的、恒溫的箱子里。最初好象什么也沒(méi)有發(fā)生，產(chǎn)生了完全平衡的印象?？墒牵袅艘惶熳笥乙院?，可注意到清水由于蒸汽壓較高，慢慢地蒸發(fā)出來(lái)并凝聚在糖溶液上。糖溶液溢出來(lái)了。只有當(dāng)清水全部蒸發(fā)后，糖才達(dá)到了均勻地分布在所有水中的目的。 這些最后是緩慢地向平衡的趨近，決不能誤認(rèn)為是生命。在這里我們可以不去理會(huì)它。只是為了免得別人指責(zé)我不夠準(zhǔn)確，所以我才提到它。 57. 以“負(fù)熵”為生 一個(gè)有機(jī)體能夠避免很快地衰退為惰性的“平衡”態(tài)，似乎成了如此難解之謎，以致在人類(lèi)思想的最早時(shí)期，曾經(jīng)認(rèn)為有某種特殊的非物質(zhì)的力，或超自然的力（活力，“隱得來(lái)希”）在有機(jī)體里起作用，現(xiàn)在還有人是這樣主張的。 生命有機(jī)體是怎樣避免衰退的呢？明白的回答是：靠吃、喝、呼吸以及（植物是）同化。專(zhuān)門(mén)的術(shù)語(yǔ)叫“新陳代謝”。這詞來(lái)源于希臘字，意思是變化或交換。交換什么呢？最初的基本觀點(diǎn)無(wú)疑是指物質(zhì)的交換（例如，新陳代謝這個(gè)詞在德文里就是指物質(zhì)的交換）。認(rèn)為物質(zhì)的交換應(yīng)該是本質(zhì)的東西的說(shuō)法是荒謬的。氮、氧、硫等的任何一個(gè)原子和它同類(lèi)的任何另一個(gè)原子都是一樣的，把它們進(jìn)行交換又有什么好處呢？過(guò)去有一個(gè)時(shí)候，曾經(jīng)有人告訴我們說(shuō)，我們是以能量為生的。這樣，使我們的好奇心暫時(shí)地沉寂了。在一些很先進(jìn)的國(guó)家（我記不清是德國(guó)還是美國(guó)，或者兩個(gè)國(guó)家都是）的飯館里，你會(huì)發(fā)現(xiàn)菜單上除了價(jià)目而外，還標(biāo)明了每道菜所含的能量。不用說(shuō)，這簡(jiǎn)直是很荒唐的。因?yàn)橐粋€(gè)成年有機(jī)體所含的能量跟所含的物質(zhì)一樣，都是固定不變的。既然任何一個(gè)卡路里跟任何另一個(gè)卡路里的價(jià)值是一樣的，那么，確實(shí)不能理解純粹的交換會(huì)有什么用處。 在我們的食物里，究竟含有什么樣的寶貴東西能夠使我們免于死亡呢？那是很容易回答的。每一個(gè)過(guò)程、事件、事變－－你叫它們什么都可以，一句話(huà)，自然界中正在進(jìn)行著的每一件事，都是意味著它在其中進(jìn)行的那部分世界的熵的增加。因此，一個(gè)生命有機(jī)體在不斷地增加它的熵－－你或者可以說(shuō)是在增加正熵－－并趨于接近最大值的熵的危險(xiǎn)狀態(tài)，那就是死亡。要擺脫死亡，就是說(shuō)要活著，唯一的辦法就是從環(huán)境里不斷地汲取負(fù)熵，我們馬上就會(huì)明白負(fù)熵是十分積極的東西。有機(jī)體就是賴(lài)負(fù)熵為生的?；蛘撸_切地說(shuō)，新陳代謝中的本質(zhì)的東西，乃是使有機(jī)體成功地消除了當(dāng)它自身活著的時(shí)候不得不產(chǎn)生的全部的熵。 58. 熵是什么？ 熵是什么？我首先要強(qiáng)調(diào)指出，這不是一個(gè)模糊的概念或思想，而是一個(gè)可以計(jì)算的物理學(xué)的量，就象是一根棍棒的長(zhǎng)度，物體的任何一點(diǎn)上的溫度，某種晶體的熔化熱，以及熔化一種物體的比熱等。在溫度處于絕對(duì)零度時(shí)（大約在-273℃），任何一種物體的熵等于零。當(dāng)你以緩慢的、可逆的、微小的變化使物體進(jìn)入另一種狀態(tài)時(shí)（甚至因此而使物體改變了物理學(xué)或化學(xué)的性質(zhì)，或者分裂為兩個(gè)或兩個(gè)以上物理學(xué)或化學(xué)性質(zhì)不同的部分），熵增加的總數(shù)是這樣計(jì)算的：在那個(gè)步驟中你必須供給的每一小部分熱量，除以供給熱量時(shí)的絕對(duì)溫度，然后把所有這些求得的商數(shù)加起來(lái)。舉一個(gè)例子，當(dāng)你熔解一種固體時(shí)，它的熵的增加數(shù)就是：熔化熱除以熔點(diǎn)溫度。由此，你可看到計(jì)算熵的單位是卡/度（攝氏）（就象卡是熱量的單位或厘米是長(zhǎng)度的單位一樣）。 59. 熵的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 為了消除經(jīng)?；\罩在熵上的神秘氣氛，我已簡(jiǎn)單地談到了這個(gè)術(shù)語(yǔ)的定義。這里對(duì)我們更為重要的是有序和無(wú)序的統(tǒng)計(jì)學(xué)概念的意義，它們之間的關(guān)系已經(jīng)由玻爾茲曼和吉布斯在統(tǒng)計(jì)物理學(xué)方面的研究所揭示。這也是一種精確的定量關(guān)系，它的表達(dá)式是：熵＝klogD，k是所謂的玻爾茲曼常數(shù)（＝3.2983E-24卡/℃），D是有關(guān)物質(zhì)的原子無(wú)序狀態(tài)的數(shù)量量度。要用簡(jiǎn)短的非專(zhuān)業(yè)性的術(shù)語(yǔ)對(duì)D這個(gè)量作出精確的解釋幾乎是不可能的。它所表示的無(wú)序，一部分是那種熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序，另一部分是存在于隨機(jī)混合的、不是清楚地分開(kāi)的各種原子或分子中間的無(wú)序。例如，上面例子中的糖和水的分子。這個(gè)例子可以很好地說(shuō)明玻爾茲曼的公式。糖在所有水面上逐漸地“溢出”就增加了無(wú)序D，從而增加了熵（因?yàn)镈的對(duì)數(shù)是隨D而增加的）。同樣十分清楚的是，熱的任何補(bǔ)充都是增加熱運(yùn)動(dòng)的混亂，就是說(shuō)增加了D，從而增加了熵。為什么應(yīng)該是這樣情況呢？只要看下面的例子就更加清楚了，那就是，當(dāng)你熔化一種晶體時(shí)，因?yàn)槟阌纱硕茐牧嗽踊蚍肿拥恼R而不變的排列，并把晶格變成了連續(xù)變化的隨機(jī)分布了。 一個(gè)孤立的系統(tǒng)，或一個(gè)在均勻環(huán)境里的系統(tǒng)（為了目前的考慮，我們盡量把它們作為我們所設(shè)想的系統(tǒng)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狀態(tài)?，F(xiàn)在我們認(rèn)識(shí)到，這個(gè)物理學(xué)的基本定律正是事物接近混亂狀態(tài)的自然傾向（這種傾向，跟寫(xiě)字臺(tái)上放著一大堆圖書(shū)、紙張和手稿等東西表現(xiàn)出的雜亂情況是同樣的），除非是我們?cè)谑孪阮A(yù)防它。（在這種情況下，同不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)相類(lèi)似的情況是，我們不時(shí)地去拿那些圖書(shū)雜志等，但又不肯化點(diǎn)力氣去把它們放回原處。） 60. 從環(huán)境中引出“有序”以維持組織 一個(gè)生命有機(jī)體通過(guò)不可思議的能力來(lái)推遲趨向熱力學(xué)平衡（死亡）的衰退，我們?nèi)绾胃鶕?jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論來(lái)表達(dá)呢？我們?cè)谇懊嬲f(shuō)過(guò)：“以負(fù)熵為生”，就象是有機(jī)體本身吸引了一串負(fù)熵去抵消它在生活中產(chǎn)生的熵的增加，從而使它自身維持在一個(gè)穩(wěn)定的而又很低的熵的水平上。 假如D是無(wú)序的度量，它的倒數(shù)1/D可以作為有序的一個(gè)直接度量。因?yàn)?/D的對(duì)數(shù)正好是D的負(fù)對(duì)數(shù)，玻爾茲曼的方程式可以寫(xiě)成這樣：負(fù)熵＝klog(1/D)。 因此，“負(fù)熵”的笨拙的表達(dá)可以換成一種更好一些的說(shuō)法：取負(fù)號(hào)的熵，它本身是有序的一個(gè)量度。這樣，一個(gè)有機(jī)體使它本身穩(wěn)定在一個(gè)相當(dāng)高的有序水平上（等于熵的相當(dāng)?shù)偷乃缴希┑霓k法，確實(shí)是在于從它的環(huán)境中不斷地吸取秩序。這個(gè)結(jié)論比它初看起來(lái)要合理些。不過(guò)，可能由于相當(dāng)繁瑣而遭到責(zé)難。其實(shí)，就高等動(dòng)物而言，我們是知道這種秩序的，它們是完全以此為生的，就是說(shuō)，被它們作為食物的、復(fù)雜程度不同的有機(jī)物中，物質(zhì)的狀態(tài)是極有序的。動(dòng)物在利用這些食物以后，排泄出來(lái)的是大大降解了的東西，然而不是徹底的分解，因?yàn)橹参镞€能利用它。（當(dāng)然，植物在日光中取得“負(fù)熵”的最有力的供應(yīng)） |
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