生命是如何開始的？我們可以在早期地球的化學或第一個細胞的生物學中尋找答案。但我們知道化學和生物學是應用物理學，那麼我們能否從物理學的角度來探讨生命的起源和本質問題呢？

要了解生命，我們需要了解熵。構成任何系統的粒子都具有某種程度的随機運動，這種随機運動往往會推動系統朝着最常見的粒子排列方向發展。這種随機無序、非特殊的排列是一種高熵狀态，而高度特定的配置是低熵狀态，它們幾乎不會偶然發生。所以熵在某種程度上是衡量一個系統粒子排列的普遍性。

熱力學第二定律告訴我們，封閉系統隻會增加熵。但是有一種系統似乎可以抵抗熱力學第二定律，并保持低熵，那個系統就是生命。生命的内部熵非常低，因為它的結構極其特殊且非随機，即使是單個細胞的機制也是如此。這種情況似乎與熱力學定律相矛盾，熵似乎保持不變或減少。但是讓我們明确一點，它并沒有違反第二定律。第二定律中的封閉系統意味着系統無法與外界環境進行能量交換，但是生命甚至地球生物圈都不是封閉的，兩者都能從外部接收能量，最終整個系統的熵增加了。

生命通過增加周圍環境的熵來降低自身内部的熵。玻爾茲曼首先指出了這一點，他将生命描述為與熵的鬥争。薛定谔在他1944年的著作《生命是什麼》中，将生命描述為一個以負熵為食的過程。生命吸收了秩序，并将混亂噴射到周圍環境中。

另一種說法是生命以能量梯度為食，當兩個具有不同能量密度的系統接觸時，能量必須流動，生命以這種流動為食。事實上，能量梯度對生命的重要性可以幫助我們了解生命的真正起源及其前身。

地球上生命的起源尚不清楚，我們認為它始于一種類似于RNA的自我複制分子。在這種東西合成之後，進化開始了，第一個原始細胞開始出現。但是這一切發生在地球的什麼地方呢？有幾種假設，也許它在潮汐池或深海熱液噴口周圍，甚至在地球冰蓋的下表面。這些環境共享一個關鍵屬性，它們處于一個持續的能量梯度中，例如在海底熱液噴口，來自地球内部的灼熱物質與海底深處寒冷的水相遇。

這些地方都在努力恢複平衡，這些系統通過盡可能均勻和随機地重新分配它們的能量，盡最大努力遵守熱力學第二定律。熱能從溫度高的流向溫度低的，以尋求均勻的溫度，但能量也分散成符合物理定律的各種形式。當簡單分子通過每一個化學反應形成時，一些能量被分配到簡單化學鍵。随着這些分子的形成，這些能量被分配到日益複雜的化學鍵中。

通常，當系統達到熱平衡時，這種局部複雜性的上升将會停止。這時能量分布基本完全均勻，新分子的分裂頻率也和它們的形成頻率相同。但是，當我們的能源流入一個更大的水庫時（例如海洋），能量平衡永遠不會達到平衡。系統會努力重新分配無窮無盡的能量梯度，複雜性會無限增加。

在某些時候，自然界開始進行介入。分子自催化有助于推動産生更多相同的反應，在這個過程中表現得更好的分子變得更加豐富，并且在某些時候，它們成為真正的自我複制者，最終成為生命。生物非常擅長耗散能量，更一般地說，自我複制系統可能是所有能量耗散器中最好的。事實上，這是麻省理工學院生物物理學家傑裡米·英格蘭提出的一個新想法，他在數學上證明了自我複制的分子和單細胞生命在繁殖過程中非常擅長散熱。

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