生命，如果不是因為其确實存在，本來可以很容易地證明其不可能存在。——劉慈欣

亞裡士多德認為，生命的特殊性就是“生命擁有靈魂”——植物、動物、人都是有靈魂的。

中國人稱之為“氣”。

什麼叫做“活”的？

這套理論看似解釋了一切，但從另一角度來說，所謂“靈魂”隻不過把人人都能看到的東西，換了個抽象的名詞重新說了一遍而已。

笛卡兒卻提出了完全相反的理論——“生命就是冷冰冰的科學定理”，人就是生物機械體。

這其實是兩個極端。

不過，從純物理學的角度，可以看出一些明确的規律。薛定谔寫過一本“跨界著作”——《生命是什麼》，在本書中指出——“盡管在高度複雜的生命系統中會湧現出全新的定律，但是它們絕不會違背物理定律”。

薛定谔——從物理角度看生命

薛定谔在書中提出了很多條自信的預言，比如他設想“遺傳物質是一種非周期性晶體”、“遺傳變異可能是基因分子量子躍遷”，他還提出一條很敏銳的觀點——“生命必須從環境中攝取負熵”。

熵，就是“一個系統的混亂程度”，無序狀态就比有序狀态有更高的熵值。

熱力學第二定律告訴我們一個大自然的真理——孤立系統的熵一定會越來越大的，也就是自然力是趨向于變得更混亂的。

簡單地比喻，無人照顧的大樓，一定會慢慢腐蝕、分解、傾頹、化為灰塵，這是大自然的大趨勢。

Entropy——熵

從熵的角度講，從混亂中産生秩序是非常困難的事情，像人類誕生這樣的概率幾乎就可以認為是不可能的。

有個很好的比喻，宇宙中産生人類的概率，就如同你把一塊瑞士手表700多個小零件小齒輪散落在一個泳池中，而完全依靠水浪的波動重新組裝為一塊完整的手表。

就是這樣的概率。

不過，我們也很容易想到，如果一個大廈有人維護、一塊手表有人裝配，不就是可以“維持有序”麼？是的，那麼這個系統就不是熱力學第二定律中的孤立系統了，這是定律給我們開的一個小口子。

所以，生命系統想要維持生存（有序），唯一的途徑就是以“負熵”為生，輸入能量、物質與信息。

生命是脆弱的，環境的變化很容易導緻生命的喪生。拿人來說，空氣中的氧氣含量少一些，就會出現缺氧；氧氣含量大一些，又會出現氧中毒。

并且，環境中的意外時有發生，因此，生命之所以奇迹般地綿延不絕，最主要的原理就在于——生命是可以“自我複制”的。

科學家已經了解生命複制的基本原理，稱為“中心法則”——

從名字中的“中心”二字，也能看出這個法則的重要性

不過，這裡有個明顯的疑點。自然之道，是傾向于簡單的，因為簡單意味着高效、節約、更易自發産生，但是，如何解釋在DNA與蛋白質中間，為什麼憑空多出一個第三者“RNA”呢？為什麼地球生命都不約而同地選擇了這樣一種複制方式呢？

按理說，DNA是遺傳信息的存儲器，蛋白質是生物機械的元件，那RNA有什麼用呢？

結合現在的研究，最有可能的情況是，RNA在生命誕生之初，既可以像DNA一樣存儲遺傳信息，也可以像蛋白質一樣作為一種生物機器。而可能在RNA世界出現甚至統治地球之後，DNA與蛋白質才嶄露頭角，它們利用各自的優勢，從RNA那裡搶走了原本屬于它的榮耀。

從這個角度講，地球生命誕生之前，數不清的RNA大分子中有這樣一種組合恰好産生了自我複制的催化能力，于是它就“活”了，成為了當世的“生命”，是真正生命誕生的前夜。

如果我們單純地認為，在地球上“成功”的生物一定是複雜的，或者說，為了搶占更多的資源，生命不得不演化出更多的機能，那就錯了。

從整個生物演化史、地球生物圈來看，生物的“成功”與否與複雜程度沒有什麼必然關系。無論從數量還是種類，從能量利用的效率還是自我複制的速度，人類完全無法與單細胞的細菌真菌相提并論。所以，其實地球真正的主人還是人家單細胞生物。

正在遊泳的小細菌

那麼問題來了，更複雜的生物如何産生的呢？

首先我們要先理解一個基本的原理——“尺度效應”。尺度效應是導緻單細胞生物不可能很大的核心原因，當一個細胞變得很大，那麼相對它的内容物來說，細胞膜就太小了；另外，細胞内空間的增加必然導緻對蛋白質分子的需求會以直徑三次方的速度增加，但DNA模闆卻僅有一套，除非發展出難以想象的超高工作效率，否則就不可能完成任務。

這些都導緻一個結論：細胞大不起來。

因此，如果想要成為更大的生物，唯一的途徑就是用很多細胞組裝起來。最直觀的産生方式，就是細胞分裂後，細胞與細胞之間不分離開，整體體型就會變大，成為一個多細胞的生物。

體型變大有什麼好處呢？

不容易被吃掉啊，這就是最大的好處，也很有可能是多細胞生物最初誕生的原因。

細胞越來越多，生物體為了提高效率，自然向細胞分工進化，不同的細胞完成不同的工作，最終産生了複雜的生命形式。

我們可以通過各種神奇的感觀認知世界，這是多麼的讓人不可思議。尤其是通過視覺看到世界的五彩斑斓，這麼複雜的感知是如何實現的呢？

事實上，人類目前已經可以理解視覺的原理，在電子顯微鏡下可以看到（下圖），視網膜上密布着感光的細胞，特别是棒狀的視杆細胞（綠）和尖尖的視錐細胞（紫），這些細胞上密布着能夠吸收光的蛋白質，将光信号轉換為化學信号與電信号，這樣才能實現生物體對于光的真正的感知。

電鏡下的視網膜細胞

但是，這些感知歸根結底還隻是一個個的光斑，而我們看到的卻是整個世界呀！

其實，光點信号被彙合一次就能産生關于朝向的信息，那麼方向信息再彙合一次就能産生形狀的信息，形狀再疊加色彩，對能形成對于五彩世界的感知。而這些所謂的彙合，其實就是大腦對信息的處理。

換句話說，視覺是我們對于感知到的光點的腦補後的結果。

記住，看到的，未必是真實的。

我們必須承認，以上所有的結論，都遠不足以為“智慧”這個詞給出一個完整的描繪。

那麼，在一台精緻複雜、可自我複制、能采集環境信息的機器，與智慧的人類之間，到底還差什麼東西呢？

答案也許就是那一個字——“我”。

科學家們研究動物是否具有自我意識的方法也是簡單可愛，就是讓動物“照鏡子”——

判斷自我意識的鏡子實驗

有些動物馬上可以認出“鏡子裡的動物是自己”，而有些動物卻會把鏡子裡的形象當成是另一個同類。

當然，這種實驗的方式也有諸多争議。假如我們制造出一個人工智能可以從鏡子裡識别出自己，難道它就有意識了麼？當然不是。

人類智慧中的自我意識，是一種和我們為人工智能設定的所謂自我意識截然不同的東西。我們的意識豐富龐雜，時刻經曆着微妙的變化，驅動着閃耀着智慧光芒的人類情感、記憶、交流和對未知世界的探索。

對于地球生命和智慧，别說今天的我們遠沒有做到深入理解，即便是要給出一個關于我們到底能不能最終理解、什麼時候能最終理解、可能通過什麼思路和途徑得到這一理解的猜測，都顯得過分輕狂和盲目。

生命

關于生命，關于智慧，關于我們自己，我們知道一些，我們不知道許多，還有更多東西遠在想象之外。

但是，我們一定會知道，我們必須知道。

科技千裡眼頭條号，長期緻力于以最易懂的講解诠釋科學技術知識，與中國所有自我教育者一同學習、理解科技、認識世界。已發布專欄包括線性代數、微積分、概率統計、理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、傳熱學、MATLAB、有限元、多物理場、材料科學、計算機原理等各個方面，抓住核心思想，提煉學科精華，重構知識體系，用生動極簡的語言，極速理解理論力學學科精要，輕松掌握學科應用。

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