6.6 负熵

我再次登上屋后的山丘,漫步至一小片桉树林,本地的4-H俱乐部[1]曾在这里放养蜜蜂。每日的此时,小树林都在特有的水汽笼罩下打盹儿;树林所处的面向西方的山丘,挡住了早晨温暖的阳光。

我想象历史开篇时这山谷瘦石嶙峋的贫瘠模样——满山裸露的石英岩和长石,荒凉而闪亮。十亿年倏忽而过。而今,岩石披上了如织的草毯。生命用成片高过我头顶的树木填补了一片小树林的空间。生命正努力填满整个山谷。下个十亿年,它会不断尝试新造型,并在所有能找到的缝隙或空地勃发成长。

广告:个人专属 VPN,独立 IP,流量大,速度快,连接稳定,多机房切换,每月最低仅 5 美元

在生命出现之前,宇宙中没有复杂的物质。整个宇宙绝对简单,盐、水、元素,乏味之极。有了生命之后,就有了许多复杂物质。根据天体化学家的观点,在生命之外的宇宙中,我们无法找到复杂分子团(或大分子)。生命往往劫持所有它能接触到的物质并把它复杂化。经由某种离奇的术数,生命向这山谷注入的活力越多,它给未来生命创造的空间就越大。最终,这片加利福尼亚北部海岸蜿蜒的小山谷将会变成一整块坚实的生命。如果任它随意飘摇,生命最终会渗透所有物质。

为何从太空看到的地球不是莽莽苍苍?为何生命尚未遍及海洋并充满天空?我相信假使由它自生自灭,地球总有一天会绿成一体。生物体对天空的侵入是相对较近的事件,而且事情还没完结。海洋的完全饱和有待巨藻铺天接地,进化到能抵御风浪的撕扯。但最终,生命将凌驾一切,海洋会变为绿色。

将来某一天,银河系也可能变为绿色。现在不利于生命的那些行星不会永远如此。生命会进化出别的形式,在目前看来并不适宜的环境里繁盛起来。更重要的是,一旦生命的某个变体在某处有了一席之地,生命固有的改造本性就会着手改变环境,直到适合其他物种的生存。

二十世纪五十年代,物理学家欧文·薛定谔[2]将生命活力称为「负熵」,意即与热力学的熵增是反向的[3]。二十世纪九十年代,一个活跃在美国的科技主义亚文化群体把生命力称作「外熵」[4]

外熵概念的鼓吹者自称为「外熵族」。基于生命外熵的活力论本质[5],他们发表了关于生活方式的七点声明。声明第三点是纲领性条文,申明他们「无疆界扩展」的个人信仰——即生命会一直扩张,直至充满整个宇宙。那些不这么认为的人,被他们贴上「死亡主义者」的标签。从他们的宣传来看,这一信条不过是盲目乐观者的自我激励:「我们无所不能!」

但我仍有些固执地把他们的鼓吹当作一个科学主张:生命将会充满宇宙。没有人知道生命所引起的物质扩散的理论极限在哪里,也没有人知道我们的太阳最多能支持多少带有生命印记的物质。

二十世纪三十年代,俄罗斯地球化学/生物学家沃尔纳德斯基写道:「最大化扩张的属性是活物与生俱来的,就如同热从温度较高的物体传到温度较低的物体,可溶性物质溶入溶剂,以及气体扩散到空间。」沃尔纳德斯基称之为「生命的(物理)压力」并且以速率来度量这种扩张。他认为大马勃菌的扩张速度是生命中最快的。他说,大马勃菌产生孢子的速率极快,如果能够快速地为其发育提供原料,那么只须繁殖三代,大马勃菌的体积就能超过地球。按照他晦涩难懂的算法,细菌生命力的「传输速度」大约为每小时一千公里。以这样的速度,生命填满宇宙就要不了太久。

当还原至其本质时,生命很像是计算用的函数。与众不同的思想家爱德华·弗雷德金[6]曾在麻省理工大学工作过,他构思出一个异类的理论,说宇宙是一台计算机。不是比喻意义上的电脑,而是说物质和能量也是信息处理的形态,其对信息处理的方式与一台麦金塔电脑里的内部处理方式相同。弗雷德金不认同原子的不可分性,他坦率地说:「世界上最具体的东西就是信息。」在多种计算机算法领域做出过开拓性工作的数学天才斯蒂芬·沃尔夫拉姆[7]对此表示赞同。他是首批将物质系统视为计算性处理过程的人之一,其后这个观点便在一些物理学家和哲学家的小圈子里盛行起来。根据这个观点,生命达成的极小工作,其物理与热力学性质与计算机中达成的极小工作类似。弗雷德金及其合作者会说,知道了宇宙能够进行的最大的计算量(如果我们将其中的全部物质视做一台计算机),我们就能够知道,在给定我们所看到的物质和能量的分布下,生命是否能够充塞宇宙[8]。我不知道是否有人作过那个计算。[9]

认真考虑过生命的最后命运的科学家很少,理论物理学家弗里曼·戴森[10]是其中之一。戴森做过粗略的计算,以估计生命和智力活动是否能够存活到宇宙最终完结之时。他的结论是,能。他写道:「我计算的数值结果显示,永久生存和信息交流所需的能量不算很大,这令人惊讶……这强有力地支持了对生命潜力持乐观态度的观点。无论我们向未来走得有多远,总会有新鲜事物发生,有新信息进入,有新世界去开发,有可供不断拓展的生命、意识、知觉和记忆的疆域。」

戴森将这个观念推进到我不敢想象的程度。我操心的只是生命的动力,以及它如何渗透所有的物质,还有为何已知万物没有一个能够阻止它。然而正如生命不可逆转地征服物质,类似生命的,我们称之为心智的更高级的处理能力,也一发不可收地征服了生命,并因而征服了所有物质。戴森在他抒情而又形而上学的书——《全方位的无限》(InfiniteinAllDirections)中写道:

在我看来,心智渗透及控制物质的倾向是自然定律……这种渗透深入宇宙,不会被任何灾难或我所能想象的任何藩篱永久阻挡。假如我们这个物种不走在前头,别的物种就会带头,也许已经走在前头了。假如我们这个物种灭绝,其它物种会更聪明更幸运。心智是有耐心的。它在奏响第一阙弦乐四重奏之前,在这个星球上等待了三十亿年。或许还需要三十亿年它才能遍布整个银河系。我认为不会等这么久。但是如果需要的话,它有此耐心。宇宙就像在我们周边展开的沃土,准备好等待心智的种子萌芽、生长。或迟或早,心智终将践行传承。当它知会并控制宇宙之后会选择做什么?这个问题我们不能奢望回答。

4-H:头(Head),心(Heart),手(Hands),健(Health)。4-H Club又作四健会。

欧文·薛定谔(Erwin Schr?dinger):著名的奥地利理论物理学家,量子力学的重要奠基人之一,同时在固体的比热、统计热力学、原子光谱及镭的放射性等方面的研究都有很大成就。

负熵(negentropy):自然万物都趋向从有序到无序,即熵值增加。而生命需要通过不断抵消其生活中产生的正熵,使自己维持在一个稳定而低的熵水平上。生命以负熵为生。——摘自《生命是什么-活细胞的物理学观》,薛定谔。

外熵(extropy):系1988年1月由汤姆·比尔杜撰,并由马克斯·摩尔定义为「生命系统或有组织系统内的智力、功能秩序、活力、能量、生活、经验以及能力还有改进和成长的动力。」外熵只是一种隐喻,还未成为技术名词,故此,它不是熵的反义(反义词是负熵),尽管也有考虑将它作为专用反义词的。马克斯·摩尔撰写的《外熵的哲理》,其原意旨在阐述其超人主义。——译自「维基百科」

活力论和还原论:两者的纷争由来已久,鉴于逐渐意识到生命体独特的复杂性和整体性,近年来科学界已不再象过去那样排斥活力论了。

爱德华·弗雷德金(Ad Fredkin):曾任麻省理工学院计算机实验室主任,鼓吹「宇宙就是一台电脑」的思想。

斯蒂芬·沃尔夫拉姆(Stephen Wolfram, 1959.08.29~):生于伦敦,美国物理学家,数学家,商人。以其在理论粒子物理学、宇宙学、格状自动机、复杂性理论及计算机代数方面的成就著称,是计算机程序Mathematica的创建人。

宇宙的总质量:有机体的基本构成粒子都来源于宇宙物质,来自恒星和星云。宇宙的粒子总数是一定的,约为1080,一个人体约为1028。那么,根据维持生命存活所必须环境温度、压力、日光等物理变量计算出符合要求的恒星系统的大小、分布和类型以及其所需的基本粒子数量,也许就能推测生命能否奢侈到布满宇宙各个角落。

关于宇宙所能进行的最大计算量:2000年麻省理工学院的赛斯·劳埃德给出了计算值(本书成书于1994年),他依据光速、普朗克常数、万有引力常数等物理规律,按信息论把所有基本粒子看成可储存并计算0和1的二进制运算单元。根据宇宙所包含的总能量,劳埃德算出宇宙计算机可以执行10120次基本运算。而它能存储的信息则大约有1090比特。考虑到计算还需要能量和时间,上述数值已按爱因斯坦的质能方程和量子物理理论作了修正。

弗里曼·戴森(Freeman Dyson, 1923.12.15~):优秀的理论物理学者,早年作为量子电动力学的巨擘,与诺贝尔物理奖擦肩而过。1956年发表的《自旋波》论文被无数次引用,堪称物理学史上的重量级论文之一。戴森称,「自旋波」或许是他一生最重要的贡献。