生命只能用生物学来理解吗？从物理学角度探讨生命的起源和本质

要了解生命，我们需要了解熵。构成任何系统的粒子都具有某种程度的随机运动，这种随机运动往往会推动系统朝着最常见的粒子排列方向发展。这种随机无序、非特殊的排列是一种高熵状态，而高度特定的配置是低熵状态，它们几乎不会偶然发生。所以熵在某种程度上是衡量一个系统粒子排列的普遍性。

热力学第二定律告诉我们，封闭系统只会增加熵。但是有一种系统似乎可以抵抗热力学第二定律，并保持低熵，那个系统就是生命。生命的内部熵非常低，因为它的结构极其特殊且非随机，即使是单个细胞的机制也是如此。这种情况似乎与热力学定律相矛盾，熵似乎保持不变或减少。但是让我们明确一点，它并没有违反第二定律。第二定律中的封闭系统意味着系统无法与外界环境进行能量交换，但是生命甚至地球生物圈都不是封闭的，两者都能从外部接收能量，最终整个系统的熵增加了。

另一种说法是生命以能量梯度为食，当两个具有不同能量密度的系统接触时，能量必须流动，生命以这种流动为食。事实上，能量梯度对生命的重要性可以帮助我们了解生命的真正起源及其前身。

地球上生命的起源尚不清楚，我们认为它始于一种类似于RNA的自我复制分子。在这种东西合成之后，进化开始了，第一个原始细胞开始出现。但是这一切发生在地球的什么地方呢？有几种假设，也许它在潮汐池或深海热液喷口周围，甚至在地球冰盖的下表面。这些环境共享一个关键属性，它们处于一个持续的能量梯度中，例如在海底热液喷口，来自地球内部的灼热物质与海底深处寒冷的水相遇。
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在某些时候，自然界开始进行介入。分子自催化有助于推动产生更多相同的反应，在这个过程中表现得更好的分子变得更加丰富，并且在某些时候，它们成为真正的自我复制者，最终成为生命。生物非常擅长耗散能量，更一般地说，自我复制系统可能是所有能量耗散器中最好的。事实上，这是麻省理工学院生物物理学家杰里米·英格兰提出的一个新想法，他在数学上证明了自我复制的分子和单细胞生命在繁殖过程中非常擅长散热。