生命是指一種“東西”的存在,同時,也是人類對生命現象存在的詮釋。
有限的生命是人類發展史一直以來最大困擾,古時候多少的帝王將相為何獲得永生無所不用其極,但都沒有得償所願。時至今日,儘管我們目前的科技水平、生物技術如此先進,也沒有突破生來病死的限制。這是為什麼?組成我們身體的原子看似是可以永生的,那生命為什麼不可以?我想更多的從物理學的方面回答這個問題!
宇宙的基本守恆定律一個人的身體含有大量的化學元素,其中包括碳、氫、氧,及一些微量元素。據估計,一個70公斤的人,身體內包含10^28個原子,這些原子都來自同一個地方,就是天空中那些發光發熱的恆星。
一個原子由質子、中子及電子組成。其中質子和中子為亞原子粒子,我們稱之為重子,由更加基本的夸克和膠子組成,電子為基本粒子,不可再分,我們稱之為輕子。原子的基本性質由原子核中質子數來決定,不同的質子數就創造了不同的元素,不同的元素又擁有不同的化學性質和不同的物理特性。
我們曾經認為生命雖然不是永恆的,但物質(品質)是永恆的,因為我們發現,不管物質經歷多長時間,不管是它們被外界環境侵蝕、或者發生任何化學反應,其反應生成物的品質和參與反應的物質品質相等,我們高中時期就根據這個原理來平衡化學方程式。所以人們就得出了一個定理叫:物質(品質)守恆定理。
但隨著核物理的發展,以及愛因斯坦著名的質能方程的提出,我們才發現,不管是化學反應,還是核反應,反應前後都會存在品質損失,而這部分品質就會轉化為能量被釋放出來。由於之前的化學反應損失的能量比較低,所以人們無法察覺。因此人們又發現之前所說的:物質守恆定律並不正確,而宇宙的基本守恆定律為能量守恆。
按照此基本定理,我們就可以知道,原子(質子、中子、電子)作為一種物質形式並不是守恆,也就是說原子只是能量的一種表現形式,它可以被創造也可以被毀滅。一個連原子都不能永生的宇宙,談何生命守恆,宇宙中也沒有生命守恆這個道理。
下面就說下,原子是怎麼被創造和毀滅的
在138億年前,宇宙中根本不存在任何組成物質的基本要素,也就是說沒有任何原子,就連組成原子的質子、中子、電子也不存在,空間中只存在波動的真空能量,大約在10^-36秒,真空能量導致空間呈指數膨脹,這時的膨脹速度遠遠超過了光速,這種速度是我們人類無法想象的,在大約10^33秒,空間暴漲結束,此時的真空能量就被封存到了物質中,產生了大量高能基本粒子的物質和反物質對,包括我們目前標準模型已知和未知的任何粒子,我們稱這個時期為熱大爆炸。
這時的空間中,高能輻射相撞會自發的產生粒子和反粒子對,包括質子和反質子、中子和反中子、輕子和反輕子,而這些粒子又會瞬間自發的湮滅(毀滅)把能量歸還給宇宙。按理來說,反物質和正常物質同時等量的被創造出來,也會完全湮滅,不會存在我們現在看到的物質。
如果一個宇宙的重子數是守恆的,也就是說質子和中子的數量守恆,它們永遠都不會被創造出來,永遠都會保持為0,也就沒有我們看到的宇宙萬物。正是重子數的不守恆,導致了正常物質多與反物質,反物質完全湮滅後,質子和中子才可以被保留下來。
經過宇宙的膨脹冷卻,殘留的質子和中子結合成原子核,隨後又於電子結合形成中性原子。經過漫長的物質演化,才誕生了恆星、行星、星系,甚至是智慧生命。
之前我們一直認為,宇宙中的重子數是守恆的,中子衰變產生質子,質子和正電子結合可以產生中子,不管怎麼變重子數都不會變,也就是原子可以永生,但是如果真的是這樣,那麼宇宙中的第一批重子就不會出現。而且,我們現在認為(大統一理論認為)現存的質子也可以發生衰變,但質子的半衰期為10^35年,比宇宙現存的年齡都要長得多。但我們人體中存在10^28個原子,也就是說不到兩年的時間,我們身體內的一個質子就會發生衰變。質子數決定了原子的性質,質子的衰變就意味著原子的死亡。
所以原子並不能永生,它既可以被創造也可以被毀滅。
原子都不守恆,生命談何永恆
關於生命永恆就涉及到了生物學,其實科學家關於生命為何不能像物質、或者原子那樣擁有很長的壽命,也給不出終極的答案。因為我們認為只要給細胞提供充足的能量,細胞也能無限的分裂下去,它的分裂過程無法就是消耗的點能量而已,但是事實卻不是這樣的。
一個細胞的分裂次數是有限的,人體細胞相當於每2.4年更新一代。經實驗發現,人體細胞在培養條件下平均可培養50代,每一代相當於2.4年,稱為弗列克係數。 據此,人的平均壽命應為2.4乘50=120歲。
還有一種解釋是,人體細胞染色體的端粒,每分裂複製一次就會縮短一些,直到端粒縮短到無法再縮短的情況,細胞就會凋亡,細胞生到死的過程就是生命衰老的過程。
但是不管怎樣解釋,這些都只是解釋人為何會衰老,而沒有解釋生命為何不能在供給能量的情況下與原子同壽。
這也許就是自然的法則,一切都逃不過時間之熵,熱力學定律告訴我們,一個系統會從有序到無序發展,一堆沙子最終會被大自然抹平,一座高樓最後都會坍塌,一個生命體最終都會歸於塵土。