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利維坦按：

或許我們都想過這個問題：這個星球上的生命，何以“無中生有”？換言之，一團隨機混亂的粒子，究竟為何能夠形成特定有序的生命體？今天文章中的這位生物物理學家，據說9歲就已通讀霍金《時間簡史》，29歲入麻省理工從教。在他看來，生命的起源是熱力學的必然結果——他將其稱之為“耗散驅動型適應性”（文中柵欄兩側的例子可以比較形象地理解該理論）。英格蘭理論的獨特之處在於將物理學定律應用在了生物學上：進化只不過是符合物理定律的一種合理結果。如果他的理論被驗證屬實，那麼將其成為達爾文第二也還真不過分。

耗散適應的核心是熱力學第二定律，又稱熵增定律，即孤立系統的熵永不自動減少，熵在可逆過程中不變，在不可逆過程中增加。儘管孤立系統中的熵隨時間推移而增加，但在開放系統中，卻可以透過大大增加環境的熵來實現原子間不均勻地分配能量，使系統的熵保持在低水平。

pt.V- Extropy

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“想象一種語言即想象一種生命形式。”

——維特根斯坦《哲學研究》（1953）

傑里米·英格蘭（Jeremy England）很注重詞語的選擇 — 它們的含義，它們所涵蓋的範圍。他會刻意避免使用“意識”和“資訊”這類詞語：它們的含義太冗雜了，且十分不牢靠，英格蘭說。在尋找合適的語言來表達時，他的聲音停頓了一下，在跨越一兩個八度之後又恢復了以往的流暢和響亮。

生物物理學家傑里米·英格蘭。© Quanta Magazine

他的謹慎是可以理解的。這位34歲（原文寫於2016年，譯者注）的麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）物理學助理教授創立了一項名為“耗散適應”（dissipative adaptation）的新理論，它解釋了複雜的類生命功能是如何由簡單物質（包括無機質）自我組織並進化的。這一命題讓英格蘭收穫了一個不怎麼受歡迎的綽號：第二個查爾斯·達爾文。但英格蘭的故事既關乎生命也關乎語言。

現今世界上正在使用的語言多達6800種。並不是每個詞語都得到了準確的翻譯，一些含義在不同語言相互轉換時丟失了。例如，日語中的wabi-sabi（侘寂，一種以接受短暫和不完美為核心的日式美學）和德語中的waldeinsamkeit（獨自在樹林中的悽寂之感）在英語中並沒有對應的單詞。

不同的科學領域相當於不同的語言系統，所以科學解釋有時等同於一種翻譯過程。例如，“紅色”的翻譯是“620-750奈米的波長”，“溫度”的翻譯是“一組粒子的平均速度”。譯文越複雜，所表達的含義也就越多，“引力”即表示“時空幾何”。

那麼生命呢？我們看到它時自認為了解它，達爾文的理論甚至可以解釋一種生命形式是如何進化為另一種的。但既然知更鳥和石頭都遵循同樣的物理定律時，他們又有什麼區別呢？換句話說，物理學是如何闡釋生命的？有人認為“生命”無法闡釋，但也許它只是需要一個正確的譯者。

當其他12歲的男孩們還在看漫威漫畫時，英格蘭已經開始讀《遺傳學卡通入門指南》（The Cartoon Guide to Genetics）了。這本書的封面描繪了一名潛水員與真人大小的水下DNA鏈的相遇，書中講的則是從核糖體到植物性別等基礎生物知識，這立刻激起了英格蘭的興趣。

“我覺得這太不可思議了，分子們居然可以各自完成自己的職能。”英格蘭熱情洋溢地說，手不停地比劃著，頭上還戴著一頂猶太帽。

他舉了個DNA聚合酶的例子，用生物學術語來說，它的工作是透過組裝由化學鹼基、糖和磷酸組成的核苷酸來創造新的DNA分子。“當理解了面前的故事之後，你會覺得一切都有了意義—它們看起來就像是在完成一個目標，”英格蘭說，“然而，這些物質與無機物幾乎沒有區別。如果你把它們打碎成小片，它們就只能旋轉和震動了。”

在哈佛大學讀本科期間，他與生物物理學家尤金·薩科諾維奇（Eugene Shakhnovich）一起進行對蛋白質摺疊的研究，發現了更多類似的情況。蛋白質資料庫中儲存了許多詳細的“優美的帶狀和片狀物”，都按屬性用顏色進行了編碼。解開來看，每個蛋白質都由相同的20個氨基酸組成，然而，一旦這些蛋白質摺疊成型，它們就能執行維持生命所必需的特定功能。

“氨基酸雖然不能給你寫一首十四行詩，”英格蘭說，“但當上百個氨基酸連成一串時，你會發現，一個看起來像有特別用途的機器就這樣形成了。”

維特根斯坦認為，一個詞的含義取決於它存在的語境，而語境是由應用它的人決定的。

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不知何故，在盲目轉動的齒輪中，某種類似“意志”的東西出現了。每個單獨的部分都只是遵循基礎的物理法則，但當它們聚集在一起之後就能產生特定的功能。

物理學界似乎沒有關於“功能”的概念：時間與空間並不因某種原因而存在，它們只是存在而已。在生物學界，系統需要不斷調整來運動、催化和合成。“功能”這個詞搖擺在生命體和非生命體之間，那麼，它究竟是我們人為賦予僅僅看起來是有生命的物體的，還是其與生俱來的？正如英格蘭2014年在瑞典卡羅林斯卡醫學院（Sweden’s Karolinska Institutet）告訴聽眾的那樣，物理學並不區分生命體和非生命體，但在生物學中卻有此概念。

在獲得博士學位之後，英格蘭來到普林斯頓大學做研究。他有時會開車去紐約拜訪一位主修哲學的老朋友。這位朋友會帶他去下東區自己最愛的一些地方，和他長談英國籍奧地利哲學家路德維希·維特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）。

維特根斯坦在挪威的森林裡過了一段孤獨的生活（正如上文提及的德語waldeinsamkeit），他寫過所謂的“語言遊戲”，也就是一些語言規範。一些哲學家認為，一個詞的含義源自於這個世界上存在的物理物件。而維特根斯坦認為，一個詞的含義取決於它的語境，而語境是由應用它的人決定的。

玩語言遊戲有點像用密碼說話—如果兩人參加一場雙方都能理解的的活動，那麼他們可以用更少、更簡單的詞語來讓對方明白。音樂家、政治家、科學家等不同群體的人都需要透過語言遊戲來滿足各自的需求，新的語言遊戲在不斷產生，語言的含義改變著形態，而詞彙也在不斷適應這種變化。

“朋友用我可以理解的內容闡釋了這個觀點，此外，《希伯來聖經》（Hebrew Bible）也給予了我很大的幫助。”英格蘭說道。

“起初，上帝創造了天地......”這句話中的“創造”在希伯來語中是bara，“天”是shamayim，“地”是aretz，但英格蘭說，這三個詞的實際含義只有跟下文的語境聯絡在一起時才能體現出來。

例如，“創造”這個詞bara意為給事物命名的過程，那麼創造世界就是創造一種語言遊戲。“神說，要有光，於是就有了光。”上帝在說出光的名字之後才創造了光。“這句話我們已經聽過很多次了，以至於真正開始思考這句話時，往往容易忘記它最簡單的含義，”英格蘭說，“讓我們看見這個世界的光，來自於我們口中談論的光。”英格蘭認為，如果你想嘗試用物理語言來描述生物學的話，這一點可能很重要。

他其實是別無選擇的。作為麻省理工學院的一名青年科研人員，他既不想停止研究生物學，也不想放棄理論物理學。“如果你拒絕放棄你很感興趣但卻存在分歧的兩樣東西，”他說，“那麼你就必須學會在兩者之間進行翻譯。”

兩種太陽能裝置：一棵樹和一塊太陽能電池板都能吸收並轉化太陽能，然後將熱量釋放到它們周圍的環境中。物理學家會怎樣解釋只有樹是生命體呢？© Shutterstock

在猶太人的傳統中，奇蹟並非一定是違背自然規律。它並沒有那麼誇張——相反，奇蹟只是一種在過去被認為不可能發生的現象現在發生了而已。奇蹟的目擊者往往需要重新構建之前的假設來解決矛盾，簡而言之，他們必須從一個新的視角來觀察這個世界。

對於一個精通統計力學的物理學家來說，生命就是奇蹟。熱力學第二定律表明，在一個封閉的系統中—比如盒子裡的氣體，或是作為一個整體的宇宙—混亂程度會隨時間的推移而增加。雪可以融化成一灘水，但一灘水不會自發地聚整合雪花。如果你看到了水坑變成雪花，你一定認為自己在看一部倒放的電影，就像時間倒流一樣。熱力學第二定律使大量原子的行為具有不可逆性，因此我們才會有“過去”、“現在”和“未來”。

時間的箭頭指向無序的方向。然而，生命的箭頭卻指向相反的方向。從一粒暗淡無光的種子長成結構複雜的花朵，從毫無生機的土地裡長出茂密的森林，為何支配“生命”原子的法則與支配宇宙中其他原子的法則會如此不同呢？

時間的箭頭指向無序的方向。然而，生命的箭頭卻指向相反的方向。© Tenor

1944年，物理學家埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrödinger）在一本名為《生命是什麼？》（What is Life?）的書中解釋了這個問題。他認識到，生命體與盒子中封閉的氣體不同，前者是一個開放的系統。也就是說，生命體允許自身與更大的環境之間進行能量轉化。生命體在維持其內部秩序的同時，也會將自身損失的熱量釋放到環境中，使得宇宙的熵整體增加，這與熱力學第二定律相一致。

蛋白質和酶的生成比我們想象得更容易。

與此同時，薛定諤又指出了第二個謎題。他說，產生時間箭頭和生命箭頭的機制一定是不同的，時間箭頭來自於對大量原子的統計——當你有足夠多的混亂原子在周圍旋轉時，其中無序排列會比有序排列多得多，所以這些原子形成有序狀態的機率為零。但對於生命來說，即使在顯微鏡下觀察，原子也是排列有序且不可逆的，因為參與其中的原子很少。

在這種條件下，原子不會大量聚集，也就不會產生像熱力學第二定律那樣的規律。例如，生命的基本組成成分、RNA和DNA的構成單位——核苷酸，僅由30個原子組成。然而，薛定諤注意到，遺傳密碼可以儲存地如此完好簡直不可思議，有時甚至能夠以“近乎奇蹟的持久力”延續數百萬代。

那麼，基因是如何抵禦衰退的？脆弱的原子結構又是如何做到不崩潰的呢？這其中一定有比統計學更深奧的原理在起作用，它使得少量原子能夠自力更生地完成不可逆過程並最終成為鮮活的生命。

半個世紀後，線索出現了，一位名叫加文·克魯克斯（Gavin Crooks）的英國化學家第一次用數學方法解釋了微觀不可逆性。在1999年發表的文章中，克魯克斯用一個公式說明，一個由外部能源驅動的小型開放系統只要在變化的同時不斷耗散自身能量，就可以發生不可逆的改變。

（journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.60.2721）

英格蘭和他的同事用計算機模擬了一個粒子系統，這個系統被限制在一種粘性流體中，在這種流體中，綠色粒子受到振盪力的驅動。隨著時間的推移（從左到右） ，這個力觸發了粒子間更多的鍵的形成。© Jeremy England

想象你站在柵欄前，你想到達它的另一邊，但柵欄太高了跳不過去，你的朋友遞給你一個彈簧高蹺，你可以利用它跳到柵欄的另一邊。但當到達另一邊之後，你仍可以用彈簧高蹺再次跳過柵欄，回到一開始的地方。外部的能量源（彈簧高蹺）幫你做出改變，但這一改變是可逆的。

現在想象一下，你的朋友遞給你的是噴氣揹包，而不是彈簧高蹺。你點燃揹包並翻越柵欄。在你越過柵欄的同時，噴氣揹包耗盡了燃料並將燃料釋放到空氣中，所以當你著陸時，揹包裡已經沒有足夠的能量讓你再次越過柵欄，你被困在了另一邊，此時你的改變便是不可逆的。

克魯斯克證明，一組原子同樣可以利用外界能量將自身轉變為新的結構—就像是跨越柵欄。如果原子在轉變過程中耗散了能量，那麼這個過程將是不可逆的。它們通常會利用另一波能量爆發轉變回來，但有時它們會藉助下一波能量爆發轉變成一種全新的狀態，不斷消耗自身能量並一步一步地改變自己。就這樣，能量耗散不一定是不可逆的，但不可逆過程一定會產生能量的耗散。

克魯克斯得出的結論具有普遍性，適用於任何一個平衡系統的轉變，可能也包括生命。但英格蘭說：“對於一個內部存在大量耗散活動的大型混亂多體系統而言，我們在解釋該問題時應該更加謹慎。這些結論看起來似乎是對的，但實際計算起來可能很難操作。”

2013年，英格蘭在加利福尼亞理工學院做演講期間，他一直在賓館房間裡研究克魯克斯方程的變數。從克魯克斯方程可以清晰地看出，如果要達到生命的特徵不可逆性，那麼一個系統必須很擅長吸收和耗散熱量。但英格蘭知道這並不是全部事實。

“這就像在同一個基點附近徘徊，”他說，“然後你暫時放下它去睡覺，開始思考其他的事情。當你再回過頭來看時，就會發現問題的突破口。隨著時間的流逝，你會開始接受不同的事物。”

最終，他恍然大悟。假如某些特殊排列的原子會比其他原子更善於吸收和消耗某種特定的能量源，這些原子的排列就更容易進行不可逆轉變。隨著時間的推移，如果某些系統相對來說更適合這個過程，那麼一系列不可逆的轉變就會成為一種自我執行的合成作用。英格蘭用鉛筆在紙上寫下了在考慮系統耗散歷史條件下的熱力學第二定律概論，該定律闡明瞭生命結構和功能的起源。在去年年底發表的一篇論文中，他解釋說：

“雖然系統中任何既定的改變大多數都是隨機的，但當系統恰巧可以更好地吸收和耗散能量時，最持久的不可逆轉變就會產生。隨著時間流逝，這些不可逆變化被優先積累了下來，於是在耗散發生時系統更傾向於形成類似的構型。回顧這一非平衡過程的可能形成歷史，我們會發現這一結構已經自我組織成一種可以很好地適應環境條件的狀態，這就是耗散適應現象。”

（www.nature.com/articles/nnano.2015.250）

一個原子系統自然不會嘗試做任何事情，它只是盲目地、隨機地改變自己。然而，在從一種形態到另一種形態的轉變過程中，伴隨一系列化學變化，這種自我組織構成某種形態的過程，對我們來說就像是“適應”。

維特根斯坦說：“語言是座迷宮。”對英格蘭來說，這個“翻譯”是正確的。物理學是如何闡釋生命的呢？英格蘭稱之為“耗散適應”。

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儘管這個理論聽起來就像我們陷入了太陽能冷卻塔，但它的意義遠不止如此。達爾文的自然選擇學說可以被重新定義為耗散適應這一更為普遍的現象中的一個特例，就像是一種基本語言的方言。自然選擇是宏觀上的自我複製，而耗散適應發生在微觀世界裡，且自我複製是一種消耗和耗散能量的好方式。在耗散適應的語言中，像“適應度”（Fitness）這樣的詞有了新的含義。

東北大學（Northeastern University）的物理學助理教授梅尼·瓦努努（Meni Wanunu）說：“適應度並不是由最理想的機能定義的，而是指系統與環境中可用能量的‘互讓’關係。”當系統耗散能量時，它會像不可逆的方向發生變化，並因此成為了“特例”，用英格蘭的話來說就是不完美的或不理想的。“鳥類並不是世界上最適合飛行的物種，”他說，“它們只是比石頭和昆蟲更適合飛行而已。”

這一理論讓我們不得不重新思考那些讓生命變得如此特別的功能，英格蘭說：“在能夠發揮功能的地方，我們才擁有靈活性。”在沒有任何高度協調性的情況下，從一系列弱相互作用粒子中出現複雜功能的過程，可以被分解成若干個由外界驅動的小型不可逆轉變。

蛋白質和酶的生成，比我們想象得更容易。“它們可能不是在漫長的自我複製過程中精心挑選出的氨基酸序列，”英格蘭說，“可能只是為了更快地自我組織。如果我們能讓自己相信，生命之初看起來更像是一段指向正確的斜坡或樓梯，在進化的過程中高度不斷增加，那麼這至少能夠改變我們的思考方向。”

自我複製的微粒簇：根據哈佛大學的最新研究，在微粒表面塗色可以使它們自發地組成某個結構，比如一個四面體（紅色） ，然後觸發附近的微粒形成一個相同的結構。© Michael Brenner/National Academy of Sciences

這項理論不僅幫助我們回顧過去，還提出了新的設計和工程學方法。“如果只是模仿生命體所做的事情，也許就不必像我想象的那樣去模仿複雜的生命體本身了”。英格蘭及其實驗室成員目前正在研究的“突現計算”（emergent computation）可以算作一個例子，他們的目標是讓粒子系統在不接受任何設計指令的情況下，進化出一種“預測”環境改變的能力。畢竟要想在一個波動的環境中更好地吸收和耗散能量，需要一定程度的預測能力。

英格蘭說：“如果實驗成功，那麼我們的研究問題就會變為粒子系統是如何基於過去的統計資料來調整相互作用力，對未來進行有效計算的。”這可能會影響到一切基於預測能力的技術，不論是神經網路的執行還是告訴我們何時買機票的自動程式。

這就是“翻譯”驚人的力量。如果實驗成功，那麼它將成為耗散適應最好的證明。目前，瓦努努對此持保留態度：“英格蘭提出了一系列新的要素，但實驗的過程才是最有趣且吸引人的。”哈佛大學系統生物學副教授傑里米·古納瓦德納（Jeremy Gunawardena）也不完全贊同這種方法：“英格蘭想要避免考慮化學因素，而把生命起源的抽象本質歸結為物理的必然性，我不相信。但他能努力解決這個問題很好，並且我們一定能從中學到很多。”

這一評論足夠公允，畢竟，翁貝託·艾柯（Umberto Eco）說過：“翻譯是一門失敗的藝術。”這次全新的“翻譯”是否以失敗告終還尚未可知，歸根結底，可能有不止一種語言能夠詮釋生命的複雜性，但英格蘭想讓我們體驗一種嶄新的。去年，他在《評論》（Commentary）雜誌中說：“描述世界的語言不止一種，上帝希望人類能掌握所有。”

神的規律和自然科學是完統一相吻合的。所以百分之九十二點四拿諾貝爾獎的頂級科學家都信上帝。上帝創造什麼就是什麼，進化論就是無中生有論，信上帝就是創造論。人是上帝按他樣式造的，宇宙間任何物質離不開原子粒子，人屬動物，但區分於其動物不同之處，不是有文字，穿衣服，而是有靈魂體，死後有出處。

研究物質粒子不能找到宇宙生命的根本，因為粒子是物質的根本，不是生命的根本。生命的根本，是細胞核糖核酸細胞核。植物是分子原子原子核。

不能認知生命的根本，生命是道與器完美結合。道是說不清，道不明的，道無處不在，道無從下手。用儀器探測不到，用身體可以和道？所以宇宙的根本就是道，生命的起源也是道。感覺自己得到的人不是真的得道者。真的得道者什麼也沒得到，什麼也沒失去，就像普通人一樣，唯一的區別就是真正的得道者會看透很多表面現象，直達本質，而且會有大神通。