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生命是什么活细胞的物理学观

生命是什么？这个古老而深刻的问题自从人类有了意识就被提出了，却直到现在还没终极答案。物理学家当然也从来没有放弃过思考生命，并成功地用物理原理来解释生命，他们是最靠近上帝的人!其中最著名的莫过于薛定谔和他的《生命是什么》。而这篇文章也是也是受此书启发，在这里分别从熵和量子力学简要介绍一下有关生命的问题。

一.生命与负熵

在提及生命前首先先介绍一下负熵的概念。

我们应该都听说过S=k lnΩ这个波尔兹曼的著名公式来源:----https://wzwebi.com/bkjj/202412-29.html。其中Ω是系统的一个宏观态包含的微观态数，它可以用来描述宏观态的混乱度，k是波尔兹曼常数，S是熵。也就是说熵可以度量系统的无序度，当系统趋向与宏观平衡态时，此时系统拥有的微观态数最大，而熵也最大，由此可得出熵增原理来源:----https://nanren30.com/zhishi/202412-74.html。而负熵，顾名思义，在熵前面加上负号，用来度量系统的有序度。来源:----https://wzwebi.com/bkjj/202412-118.html

与负熵最先扯上关系的应该算是著名的“麦克斯韦妖”（可以和“薛定谔的猫”齐名）

1867年，麦克斯韦曾设想过一个能观察到所有分子速度的小精灵把守着一个容器中间隔板上小阀门，当看到右边的高速分子来到阀门时就打开让高速分子进入左室，当看到左边低速分子来到阀门时也打开让低速分子进入右室。设想阀门无摩擦，于是一个小精灵无需做功可使左室越来越热，右室越来越冷，从而使整个容器的熵降低了。这个小精灵被人们称为麦克斯韦妖来源:----https://wzwebi.com/cshi/202501-159.html。当时科学家对其展开了激烈的讨论，因为若这个模型成立就似乎违背了热力学第二定律（熵增原理）。后来在1929年，希拉德分析妖精若想控制开关，必须获得信息，而为获得信息所付出的代价就是系统熵的产生，而这额外的熵的产生抵消了整个容器的熵的减少，总的说起来，总的熵还是增加的来源:----https://www.wzwebi.com/bkjj/202412-4.html。此时信息表征为负熵。信息虽然可以在很低的能量代价下传递，但要获得准确信息所需的能量则因为海森堡测不准原理而多得多。（在这个模型中可以看到生命的影子，而这个麦克斯韦的妖可以看成是酶）

但真正负熵概念的引进还是要追溯到薛定谔在上世纪四十年代写的《生命是什么》书中来源:----https://wzwebi.com/zhishi/202412-132.html。

之前当时存在一种矛盾：热力学第二定律指出自然界的所有过程运动都将最终趋向无序化，而这与生命本身的高度有序化和已经在生物界广为接受的进化论显然不可调和，甚至可以说是两个 “风马牛不相及”的极端来源:----https://wzwebi.com/zhishi/202412-89.html。来源:----https://wzwebi.com/xwzx/202412-53.html

为此薛定谔提出生物有机体在吃喝、呼吸时是一个摄取“负熵”的过程，而又为了不违背熵增原理，生物有机体又不断地排放代谢终产物和散发热，把熵排放到环境中，而排放的熵要大于摄取的负熵，所以满足熵增原理。来源:----https://wzwebi.com/xwzx/202412-64.html

而动物在利用食物时，排泄出来的是大大降解了的东西。然而还不是彻底的降解，因为植物还能利用它（当然，对植物来说，太阳光是负熵的最有力的供应者）。来源:----https://nanren30.com/cshi/202501-234.html

需要强调的一点是散热这个过程不是可有可无的，而是必不可少。因为这正是我们去除生理过程中不断产生的剩余熵的方式。因此，温血动物的体温较高有利于以较快的速率排除熵，因而能产生更强烈的生命过程来源:----https://wzwebi.com/xwzx/202412-8.html。（现在已经知道这和酶的活性有关，酶在这个温度效率最高）来源:----https://62v5.com/cshi/202501-203.html

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