生命与非生命之间，究竟有什么本质区别？

伟大物理学家薛定谔的《生命是什么》系列演讲（薛定谔：生命以负熵为生）已过去了三代人的时间，然而，生物学与物理学之间仍然存在着巨大的鸿沟。

生命与非生命之间的“missing-link”（缺失的连接）

人们曾经认为，只要将生命拆分研究，直至分解到分子原子，就可以使用原子和分子的物理学来解释一切（“强还原论”），然而，许多科学家并不这么认为，比如薛定谔曾写道：“生物体可能涉及我们迄今尚未发现的‘其它物理规律’。”

这是一种“新的物理”，这种新物理将发现更加微妙的东西，它将物质与信息、整体与部分、简单性与复杂性交织起来。

“当与生物打交道时，人们就能深刻地感受到物理学有多么原始。”——爱因斯坦

“生命力”的本质是“信息”

人们曾经认为，生命与非生命的区别，在于具有“生命力”（“活力论”）。

而从科学的视角来看，其背后的统一概念就是“信息”。

注意，这里的信息，与通常意义上的信息不同；这里的信息是更为抽象的概念，与物质同构，能让物质形成生命，的一种“信息流模式”。

所以，“生命力”的本质，是包含了“物质-能量-信息”的三位一体的复杂概念，单纯用“信息”这个词尚不准确，我们中国人可以姑且使用一个几乎与这个概念完美一致的词——“气”。

比如，一只刚死的老鼠和它在前一秒的化学复杂性是一样的，但我们不会说前者活着的程度是99.9%。我们会说，它“没气了”，意思是说，这个生命在这个“物质-能量-信息”的三位一体的复杂概念上，失效了。

信息对这个世界产生着巨大的影响，它具有“因果关系的力量”。而科学的挑战就在于，如何将抽象的信息与具体的物质联系起来。

“信息就是物质的！”——兰道尔

人类不能直接感知信息，只能感知它所在的物质结构。

我们可以把熵看成是一种无知状态，那么，信息就是关乎你知道什么；所以，信息是熵的对立面。

无序，是大量事物聚集在一起的集体属性，所以，说单一分子处于无序或随机状态是没有意义的。无论何时，只要取平均，有些信息就会损失掉。

生命是一个“复杂系统”

我们知道，仅仅罗列出生命的“属性”，并不等同于解释了生命是什么，但是可以帮助我们理解。

生命必定涉及到比原子和分子物理学更多的东西。从复杂系统科学的视角来看，这几乎是必然的；我们称这种“更多东西”的出现为——“涌现”（emerge）。

还原论的反面就是涌现——新的性质和原则会在更高的级别上涌现，但这些性质和原则本身却相对简单，并不需要借助低级别来理解。

中科院特聘教授吴家睿研究员的《生物学是什么》一书极为精彩地诠释了生物学的真谛，科技千里眼也做了精华解读，感兴趣的读者可移步——生物学是什么？

生命是一个“耗散结构”

有些系统可以呈现出有组织的复杂性的自发样态，伟大的化学家普里高津（Prigogine）称之为“耗散结构”（dissipative structure），这是一种远离热平衡态的开放系统。

生物就是典型的耗散结构，它从环境中吸收能量和物质，也向环境中放出熵，从而保持自稳态。

“城市”和“气旋”，也都是典型的耗散结构。

耗散结构会自发产生“对称性破缺”，并走向“混沌”（chaos）。

生命是一个“无标度网络”

生物学表明，生物系统中往往不存在简单的因果关系，更多是一种“网络结构”，比如下图所示的“控制酵母菌细胞周期的基因网络”，其中实线代表“激活”（“生”），虚线代表“抑制”（“克”）。

控制酵母菌细胞周期的基因网络

科学家们发现，生命中的网络结构并不是“随机网络”，而是一种“无标度网络”，大大提升了信息处理的品质。

无标度网络（Scale-free network），特点是“少数节点的连接数远高于平均值”，在自然和社会中具有极其普遍的适用性。无标度网络的结构决定了它能以分形的方式自然地扩张，与生命的演化过程高度一致。（生物学是什么？）

同样的网络理论也很好地解释了生物群体（蚁群、鸟群、鱼群）的行为，单个节点通过简单的规则的大量复用，可以产生难以想象的复杂有序行为，一般被称为“群体智能”。

纳斯在他的文章《生命、逻辑和信息》中前瞻性地说：“支配信息的原则在不同层级上具有相似性，即使它们的元素完全不同。”

结语：“missing-link”的补完时代

生物学与物理学之间的鸿沟将由“新物理学”补完，而我们正处于揭示和利用这些新物理学的伟大时代；这种补完很可能从“信息”的视角切入，从而建立一套全面的理论框架。

真正的问题是，信息究竟是一种依附于物质的事物，还是一种独立存在的事物呢？

要知道，我们现在的物理定律都是关于物质的，而并没有关于信息的。为了将生命纳入物理定律的范畴，并且，为信息本身作为一种基本实体的基础，《生物与新物理学》的作者戴维斯主张，我们需要对物理定律的性质进行彻底的重新评估。

我不仅仅是科学家的事，还对了解人类存在的本质和我们在宇宙中的位置而言，意义重大。

如果生命（也许还有心灵）的涌现被视为自然界中注定会发生的事，这就会使我们作为活生生的、会思考的存在，拥有一种宇宙层面上的意义。

这样的话，我们就会在宇宙中真正获得“家的感觉”。

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