生物的出现与热力学第二定律并不相逆

――与饶毅教授商榷

作者:朱如曾(中国科学院力学研究所)

  今天收到微信朋友转来饶毅教授在北大2015年毕业典礼上作为教师代表所作致辞(见附件)。

  此致辞确实很简洁、精干和深刻,但是存在一点瑕疵:

  辞稿第二段的第一句话的前半句是“从物理学来说,无机的原子逆热力学第二定律出现生物是奇迹”。这句话是明显错误的,会给学生们带来不必要的困扰。解释如下:

  热力学第二定律说的是对于封闭系统,其总的熵值只能增加不能减少。可是无机原子演变为生物体,并不发生在一个封闭系统中,而是在开放的环境中发生的。所以热力学第二定律不适用于无机原子演变为生物体的过程。后者也就谈不上逆着还是顺着前者了。

  当然你也可以说,无机原子演变为生物体总是在整个宇宙中发生的吧?整个宇宙不是封闭的吗?不错,但是热力学第二定律说的是封闭系统的总熵只增不减,并没有规定其中部分子系统的熵的增减规律。所以无机原子演变为生物体作为宇宙间的无数种现象中的一种现象,不属热力学第二定律直接管辖。

  那么,从物理上看,无机的原子究竟是逆着或顺着什么规律而发展出生物的呢?回答是耗散结构理论!

  耗散结构的概念,是由比利时物理化学家普里高津在长期研究非平衡态热力学所取得成果的基础上,于1967年提出来的。结构一词泛指那些包含有大量结构单元(原子、分子、细胞等)的复杂系统在空间、时间或功能上呈现出来的某种宏观的有序行为。耗散结构一词强调能量耗散过程在建立和维持有序结构方面所起的积极作用。生物的有序结构属于耗散结构的范畴。生物体的新陈代谢就是一种典型的能量耗散过程。因此耗散结构理论从原则上为从物理-化学的原理出发认识生物有序现象以及与之相关的生物进化现象开辟了一条途径。

  因此普里高津在1977年获得诺贝尔化学奖。

  说到这里,我想辞稿的那半句话应该以修改为“从物理学来说,无机的原子按耗散结构理论组成生物是奇迹”为好吧?

—————————————————————– 附件:

饶毅在北大2015年毕业典礼上作为教师代表所作致辞:

  在祝福裹着告诫呼啸而来的毕业季,请原谅我不敢祝愿每一位毕业生都成功、都幸福;因为历史不幸地记载着有人成功的代价是丧失良知,幸福的代价是损害他人。

 从物理学来说,无机的原子逆热力学第二定律出现生物是奇迹;

  从生物学来说,按进化规律产生遗传信息指导组装人类是奇迹。

  超越化学反应结果的每一位毕业生都是值得珍惜的奇迹;

  超越动物欲望总和的每一位毕业生都应做自己尊重的人。

  过去、现在、将来,能够完全知道个人行为和思想的只有自己;

  世界很多文化借助宗教信仰来指导人们生活的信念和世俗行为;

  而对无神论者――也就是中国大多数人――来说,自我尊重是重要的正道。

  在你们加入社会后看到各种离奇现象,知道自己更多弱点和缺陷,可能还遇到大灾小难后,如何在诱惑和艰难中保持人性的尊严、赢得自己的尊重并非易事,但却很值得。

  这不是:

  自恋、自大、自负、自夸、自欺、自闭、自缚、自怜;

  而是:

  自信、自豪、自量、自知、自省、自赎、自勉、自强。

  自尊支撑自由的精神、自主的工作、自在的生活。

  我祝愿:

  退休之日,你觉得职业中的自己值得尊重;

  迟暮之年,你感到生活中的自己值得尊重。

  不要问我如何做到,50年后返校时告诉母校你如何做到:在你所含全部原子再度按热力学第二定律回归自然之前,它们

  既经历过物性的神奇,

  也产生过人性的可爱。

(XYS20160610)

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