第3章(1 / 1)

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生命是什么强烈推荐:

衰退到เ原子混乱ກ--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ใ所以似乎有道理,无疑ທ地是由á于我们汲取了有关社ุ会组织的经验和涉แ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ๆ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ฐ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ไ言这个ฐ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เ一小群原子,或者甚至是单个ฐ原子的命运。有时我们是能观察到เ的,只有平均统扯一下才能ม产生规则ท性。第一章里我们举过一个例子。悬浮在液体中ณ的一颗微粒的布朗运动,是完全不规则ท的。可是,如果有许多同样的微粒,它们将通过不规则ท的运动引起有规则的扩散现象。

单个ฐ放射性原子的蜕变是观察得到的它射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ม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ม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ฐ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。只存在于一个副本中的单个ฐ原子团有秩序地产生了一些事件,并根据最微妙的法则ท,在相互之间以及同环境之间作难以置信的的调整。我说只存在于一个副本中,是因为ฦ我们毕竟还有卵和单细胞有机体的例子。在高等生物育的以后阶段里,副本增多了,那ว是确实的。可是,增加到什么程度呢?我知道,在长成的哺乳动物中ณ有的可达1้0่的14๒次方。那是多少呢?只有一立方แ吋空气中的分子数目的百万分之一。数量虽然相当大,可是聚结起来时它们只不过形成了一小滴液ຂ体。你再看看它们实际分布的方แ式吧。每一个ฐ细胞正好容纳了这些副本中的一个或二个ฐ,如果我们还记得二倍体,既然我们知道这个小小的中ณ央机关的权力是在孤立的细胞里,那么,每个细胞难道不象是用共同的密码十分方แ便地互通消息的、遍布全身的地方政府的分支机构吗?

这真是个异想天开的描述,有点象出自诗人的而不是科学家的手笔。然而,这并不需要诗人的想象,而只需要有明确而严肃的科学反映去认识我们现在面对着的事件,就是说,指挥这些事件有秩序地、有规则地展开的“机制”同物理学的“概率机制”完全是两码事。这些还只不过是观察到的事实而已๐,即每个ฐ细胞中的单个ฐ原子集合体之中,现在一份有时是两份副本中ณ的单个ฐ原子集合体之中ณ,而且它产生的事件却是有序的典范。对此,我们感到เ惊异也罢,认为它好象很有道理也罢,反正一个很小的可是高度组织化的原子团是能够以这种方式起作用的,这是新奇的情况,是生命物质以外任何地方都还不知道有的情况。研究无຀生命物质的物理学家和化学家们,从来没有看到过他们必须ี按这种方式来进行解释的现象。正因为以前没有提出过这种事例,所以我们的漂亮的统计学理论没有包括它,我们的统计学理论是很值得骄傲的,因为它使我们看到了幕后的东西,使我们注意到从原子和分子的无序中提出精确的物理学定律的庄严å的有序;还因为它揭示了最重要的、最普遍的、无຀所不包的熵增加的定律是无需特殊的假设就可以理解的,因为熵并非别ี的东西,只不过是分子本身的无຀序而已๐。

65产生有序的两种方แ式

在生命的展中遇到的秩序性有不同的来源。有序事件的产生,看来有两ä种不同的“机制”:“有序来自无຀序”的“统计学机制”,和“有序来自有序”的一种新机制。对于没有偏见的人来说,第二个ฐ原理似乎简单得多,合理得多。这是无疑的。正因为如此,所以物理学家是如此自豪地赞成另一种方式,即赞成“有序来自无຀序”的原理。在自然界中,不仅实际上是遵循这个ฐ原理,而且只有这个原理才使我们理解自然界ศ事件的长期展,先是理解这种展的不可逆性。可是,我们不能指望由á此得出的“物理学定律”能ม直截了当地解释生命物质的行为ฦ,因为这些行为ฦ的最惊人的特点,是明显地主ว要以“有序来自有序”的原理为ฦ基础的。你不能指望两ä种全然不同的机制会提出同一种定律,正象你不能指望用你的弹簧锁钥匙去开你邻๑居的门。

因此,我们不必因为物理学的普遍定律难以解释生命而感到沮丧ç。因为ฦ根据我们对生命物质结构的了解,这正是预ไ料中ณ的情况。我们必须准备去现在生命物质中ณ、占支配地位的新า的物理学定律。这种定律,我们姑且不称它是一种物理学定律,可是难道能称之为ฦ非物理学定律吗?

66新原理并不违背物理学

不,我不那么想。因为ฦ这个ฐ涉แ及到的新原理是真正的物理学原理:在我看来,这不是别的原理,只不过是量子论原理的再次重复。要说明这一点,我们就要说得详细些,包括对前๩面作出的所有物理学定律全以统计学为基础的论断ษ作一番推敲,但不是作修正。

这个一再重复的论断,是不可能不引起矛盾的。因为确实有很多现象,它们许多突出的特点是明显地直接以“有序来自有序”的原理为基础的,并且同统计学和分子的无序看来是毫无关系的。

太阳系的秩序,行星的运动,几乎ๆ是无຀限期地维持着。此时此刻的星座是同金字塔时代的任何一个具体时刻的星座一脉ำ相承的;从现在的星座可以追溯到那时的星座,反过来也是如此。曾经预ไ测过历史上的日຅食和月食,并且现这种预测同历史上的记载几乎ๆ是完全符号的,在某些情况下,甚至用来校正公认的年表。这些预测不包括任何一种统计学,它们是以牛顿ู的万有引力定律作为唯一的依据的。

一台好的时钟,或者任何类似的机械装置的有规则ท运动,似乎跟统计学是无关的。总之,所有纯粹机械的事件,看来是明确而直接地遵循着“有序来自有序”的原理。如果我们说“机械的”,必须在广义上来使用这个名词。你们知道,有一种很有用的时钟็,是以电站有规则ท地输送电脉冲来运转的。

我记得马克斯?普朗克写过一篇很有意思的小文章,题目是《动力学型和统计学型的定律》德文是《动力学和统计学的合法性》。这两者的区别ี,正好就是我们在这里称之为“有序来自有序”和“有序来自无຀序”的区别。那篇文章旨ຈ在表明控制宏观事件的统计学型的定律,是如何由被认为ฦ是控制微观事件、即控制单原子和单分子的相互作用的“动力学”定律所组成的。宏观的机械现象,如行星或时钟的运动等,说明了后一种类型的定律。

这样看来,被我们一本正经地当作了解生命的真正线索的“新原理”,即“有序来自有序”的原理,对物理学来说,完全不是新า东西。普朗克甚至还摆出了论证它的优先权的架势。我们似乎ๆ得出了可笑的结论,即了解生命的线索是建立在纯粹机械论的基础之ใ上的,是普朗克那篇文章所说的“钟็表装置”的基础之上的。我看,这个ฐ结论既不是可笑的,也๣不是全错的,但是对它是“不可全信”的。

67钟的运动

让我们来精确地分析一台真的钟的运动。它决计不是一种纯粹机械的现象。一台纯粹机械的钟็不必有条,也不必上条。它一旦ຆ开始运动,就将永远进行下去。一台真正的钟,如果不用条,在摆动了几下以后就停摆了,它的机械能已转化为ฦ热能。这是一种无限复杂的原子过程。物理学家提出的这种运动的一般图景,迫使其承认相反的过程并不是完全不可能的:一台没有条的钟็,依靠消เ耗它自己的齿轮的热能ม和环境的热能ม,可能ม突然地开始走动了。物理学家一定会说:时钟็体验了布朗运动的一次非常灵敏的扭力天平静电å计或电流计,就能一直生这种事情。时钟当然是绝对不可能的。

一台时钟的运动能否归因于动力学型或统计学型的合法事件用普朗克的说明,这取决于我们的态度。称它为一种动力学现象时,我们是集中ณ注意于有规则的运行,一根比较松的条就可以产生这种运行,而这根条克服的热运动的干扰是很微小的,所以我们可以忽略不计。可是,如果我们还记得,没有条,时钟就会因摩擦阻力而渐渐地停摆,我们认为ฦ,这种过程只能ม理解为一种统计学的现象。

然而,认为时钟็中的摩擦效应和热效应是无足轻重的观点,也๣许是一种来自实用的观点;而没有忽视这些效应的第二种看法,无຀疑是更基本的一种看法,即使在我们面对着用条开动的时钟有规则地运动时,这也是基本的看法。因为它决不认为ฦ开动的机制ๆ真是离开了过程的统计学性质。真实的物理学图景包括了这样的可能ม性:即使是一架正常运行的时钟,通过消耗环境中的热能ม,会立刻使它的运动全部逆转过去,以及向后倒退地工作,重新上紧ู自己的条。这种事件的可能ม性,同没有动装置的时钟的“布朗运动大作”相比,正好是“半斤ภ八两”。

68钟็表装ณ置毕竟是统计学的

现在我们来作一番๘回顾。我们已经分析过的“简单”例子是代表了许多其他的例子--事实上,是代表了所有这些逃脱了分子统计学的无຀所不包的原理的例子。由á真正的物理学的物质不是想象中ณ的东西构成的钟表装置,并不是真正的“钟表装ณ置”。机遇的因素可能是或多或少地减少了,时钟็突然之间全然走错了的可能ม性也许是极小的,不过,它们总还是保留在背地下。即使在天体运行中ณ,摩擦和热力的不可逆影响也不是没有的。于是,由á于潮汐的摩擦,地球的旋转逐渐地减慢,随之ใ而来的是月球逐渐地远离地球,如果地球是一个坚硬无຀比的旋转着的球体,就不会生这种情况。

事实上,“物理学的钟็表装ณ置”仍是清楚地显示了十分突出的“有序来自有序”的特点——物理学家正是在有机体遇到เ这种特点时,使他们深受鼓舞的。这两者看来毕竟还有某些共同之处。可是,共同点是什么เ,以及究竟是什么เ样的差别才使得有机体成为ฦ新奇的和前所未有的例子,这些还有待于了解。

69能ม斯脱๳定理

一个物理学系统--原子的如何一种结合体--什么时候才显示ิ出“动力学的定律”在普朗克的意义上说或“钟表装ณ置的特点”呢?量子论对这个问题๤有一个ฐ简短的回答,就是说,在绝对零度时。当接近零度时,分子的无序对物理学事件不再有什么意义แ了。顺便说一下,这个ฐ事实不是通过理论而现的,而是在广泛的温度范围内仔细地研究了化学反应,再把结果外推到零度--绝对零度实际上是达不到的--而现的。这是沃尔塞?能斯ั脱๳的著名的“热定理”,毫不夸张地说,这个ฐ定理有时授予“热力学第三定律”的光荣称号第一定律是能量原理,第二定律是熵的原理。

量子论为能斯脱๳的经验定律了理性的“基础”,也使我们能够估计出,一个系统为了表现出一种近似于“动力学”的行为必须ี密切地接近绝对零度到เ什么เ程度。在任何一种具体的情况下,多少温度是实际上等于绝对零度呢?

你千万别认为这个ฐ温度一定是极低的低温。其实,就是在室温下,熵在许多化学反应中都是起着极其微不足道的作用,能斯脱的现就是由这种事实引起的让我再说一遍,熵是分子无序的直接量度,即它的对数。

70่摆钟实际上是在零度

对于一台摆钟又能说些什么呢?对于一台摆钟来说,室温实际上就等于零度。这就是它为什么是“动力学地”工作的理由。你如果把它冷却,它还是一样地继续进行工作假如你已经洗清了所有的油渍!可是,你如果把它加热,加热到室温之ใ上,它就不再继续工作了,因为它最后将要熔๶化了。

71钟็表装ณ置与有机体之间的关系

看上去这似乎是无຀关紧要的,不过,我认为它确实是击中了要害。钟็表装ณ置是能够“动力学地”工作的,因为ฦ它是固体构成的,这些固体靠伦敦-海特勒力而保持着一定的形状,在常温下这种力足以避免热运动的无序趋向。

我认为ฦ现在有必要再讲几句话,来揭示钟็表装ณ置同有机体之间的相似点,简单而又唯一的相似点就是后者也是依靠一种固体--构成遗传物质的非周期性具体--而大大地摆脱了热运动的无序。可是,请不要指责我把染色体纤维称为ฦ“有机的机器的齿轮”--这个比喻,至少不是没有深奥的物理学理论作为依据的。

最明显的特点是:第一,齿轮在一个多细胞有机体里奇妙的分布,这点我在第64节中曾作了诗一般的描述;其次,这种单个的齿轮不是粗糙的人工ื制ๆ品,而是沿着上帝的量子力学的路线完成的最精美的杰作。

死

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