熵增、自组织与生命体
在物理学的世界里，熵是一个非常重要的概念，描述了一个系统的无序程度。热力学第二定律告诉我们，孤立系统的熵永远随着时间而增加。物理学过程是有方向的。英国天体物理学家埃丁顿在《物理世界的本质》一书中将熵比喻为时间之矢。
然而，当我们把目光投向生物世界，尤其是生命现象时，我们发现生命体的存在似乎与熵增定律存在着某种矛盾。因为生命体具有高度有序的结构，并能克服熵增维持高度有序不会趋于热平衡。生命体是如何做到的呢？
首先，熵增定律是对孤立系统而言的，生命体不是个孤立系统，是远离平衡态的开放系统。生命体是通过从外界汲取“负熵”抵抗自身熵增维持自身有序的结构——“耗散结构”。从热力学的观点来说，“耗散结构”是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息，而不断地降低自身的熵含量，提高其有序度的过程。“耗散结构”理论是由比利时科学家伊里亚·普里戈津于20世纪70年代提出的，由于这一成就，普里戈津荣获1977年诺贝尔化学奖。
对于远离平衡态的开放系统，在一定外界条件下，由于系统内部非线性相互作用，可以经过突变而形成新的有序结构，这种行为叫做“自组织”。地球上生命的出现就是一种“自组织”的结果。
物理学中典型的“自组织”例子是“贝纳特流”。在一扁平容器内充有一薄层液体，液层的宽度要远大于其厚度。从液层底部均匀加热，液层顶部保持温度均匀，此时底部与顶部存在温度差。当温度差较小时，热量传递模式为热传导，液层中不会产生任何结构。但当温度差达到某一特定值时，液层中自动出现许多六角形小格子，液体从每个格子的中心涌起、从边缘下沉，形成规则的贝纳特对流。从上往下可以看到蜂窝状贝纳特花纹图案。
自组织理论是20世纪60年代末期开始建立并发展起来的一种系统理论，它包括耗散结构理论、协同学和突变论。
自组织理论对于研究生命体出现与进化，贯通物理学与生物学乃至社会学提供了一种良好的思路。
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来自：云淡风轻Sci