物理常数对生命有什么用

A. 究竟如何用物理学中的“熵”去解释生命的生和死

熵他其实是德国物理学家鲁道夫在1850年的时候提出的一个概念，用热力学第二定律来测量系统的混沌程度。所以这个定律也被称为熵增定律，据说在自然社会中，高温在任何时候都会自动转化为低温，也就是说，在一个封闭的系统中，热平衡最终会实现，没有温差就无法完成任何工作，而且这个过程称为熵增加，最终状态为熵死亡，也称为热静默，所有自发过程总是朝着熵增加的方向发展。

因为熵的概念也应用于计算机领域，信息技术领域，生物学领域等领域，几乎每一门科学学科都已得到应用，并已成为现代科学中广泛应用的一个基本概念，关于熵的概念，它是指孤立的热力学系统的熵，它不会自发地减少，并且将始终增加或保持不变。

关于究竟如何用物理学中的熵去解释生命的生和死的问题，今天就解释到这里。

B. 怎么用物理学中的“熵”去解释生命的生和死

熵是热力学中的一个统计概念，其意味着粒子系统的变化总是朝着路径最多的状态发展。例如，当瓶中的香水挥发成香气时，这些芳香气体分子倾向于跑到瓶外。因为，随机运动的气体分子，在瓶外的路径远多于留在瓶中的路径。毕竟，瓶子的体积远小于房间的大小。所以，熵是可能性的对数。熵增原则，就是事物的演变，总是朝着可能性大的方向发展。

于是，在自然界中的所有事物，都可以被划分为两大类。其一是平衡的状态，其熵已经达到了最大值；其二是非平衡的状态，其熵值较小。因此，第一种状态表现为动态平衡，在宏观上没有变化；而第二种状态则表现为，事物会朝着平衡的状态演化。

对此，你会问，不平衡的状态是如何产生的？否则的话，久而久之，不就达到平衡，成为热寂的状态了吗？答案是，自然界的变化存在着质变，是有层次的，因而其变化的发展总是不平衡的。

比如，宇宙大爆炸时，其内部只有单一的最小粒子——量子，处于等离子状态，就内部而言达到了熵的最大化。然而，宇宙是一个相对独立的封闭系统，其内外部量子空间的能量密度（压强）并不相同。由于宇宙的被压缩，其处于熵减的状态。于是，该状态导致了宇宙的极速膨胀。此时，宇宙的膨胀速度远大于其内部空间的传播速度，在宇宙的内部出现了熵减的过程，随着宇宙的膨胀会变得越来越不平衡。

这实际上就是将宇宙外部的不平衡部分地转移到了其内部的不平衡，从而在整体上实现了熵的增大。于是，在宇宙的内部，出现了局部远离平衡态的情况，从而产生了耗散结构，即形成了量子的封闭体系。这就是能量转化为质量的过程。其本质，是将宇宙内部的熵减，转化为局部的熵减即产生了物质。

因此，物质的存在违背了熵增原则，是不稳定的。当宇宙的膨胀速度小于其内部的传播速度时，宇宙内部的量子空间就会服从熵增原则，逐渐地达到平衡。于是，作为熵减的物质开始逐步解体，由封闭的量子还原为离散的量子。这就是质量转化为能量的过程。所以，物质是宇宙的能量缓释器，其起到了平衡的作用，是宇宙极速膨胀的副产品。

对此，也许你会提出疑问，为什么现在依然存在着大量的物质，而且有些物质还会进一步地生长壮大？这是因为，维持耗散结构的条件是需要不断地补充能量，以弥补其能量的流失。对于生物而言，就是需要新陈代谢，不断地吃食物。食物的本质是负熵，以食物的熵增来换取生物的熵减。

于是，对于生物而言，其生命的意义就在于不断地吃负熵以维持其耗散结构的存在。而死亡则意味着该生物无法补充能量，从而导致其耗散结构解体，由质量还原为能量，其自身实现了熵的增大。

总之，根据熵增原则，事物的变化总是朝着概率最大化的平衡方向发展。生物的诞生与成长，其本身是一个熵减过程，需要由其他物质的熵增来予以补偿。一旦这一补偿机制被终止了，该生物就走向了死亡，从而逐渐地解体，与外部环境达到平衡的状态。

熵，是一个有趣且意义深刻的抽象概念，很多物理学家都对它有不同的注解。

熵的概念最早源于热力学第二定律（second law of thermodynamics），是热量与温度的比值（△S=△Q/T），其物理意义是对封闭体系整体混乱程度的度量。

1850年，克劳修斯(T.Clausius) 表述为：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。1851年，开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。这两种表述的完全等价的。

1854年，克劳修斯首次提出entropie，1923年，我国物理学家胡刚复根据“热温商之意”把entropie译为“熵”。

有名的“熵增原理”：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小，表达公式为：△ S ≥ 0。

熵看似来源于热力学，但其本质其实体现的是统计学原理，描述得是一个封闭系统的整体混乱程度。

宇宙万物都可以看出大小不同的系统，所以熵的普适性极强。爱因斯坦也笃信没有人能推翻热力学第二定律，以及延展的熵增原理。

一场统计力学革命，揭示了“熵”概念更微观表述。

路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann）创立的统计力学起源于他的气体动理论。该理论将热力学行为解释为牛顿运动定律下微小粒子个体运动的总和结果。

那么给你一定规模的微小粒子观察量，它们会多少种组合方式？这决定于微观粒子的排列位置、速度等微观态，而温度、压力、体积这些热力学概念则是这些微粒子特定“排列组合”的宏观态表现。

而一种宏观态下，可能存在大量不同的微观态。

最核心的一点是：如果一个系统自行运行，它最终会尝试所有可能的微观态。所以一些有价值的微观态永远占少数，大多数情况下都是混乱的无用状态。

这一解释也能很好的对应热力学现象。一个系统内的热力学现象，主要由空间内的能量分布来决定。能量分布的情况决定了这个系统的热力学性质。当一个系统自动运行足够长时间，系统中的粒子和能量在所有可能不同形态的呈现中，绝大多数可能的能量分布会使系统非常接近一个宏观状态，就是热平衡状态。

基于以上的理解，玻尔兹曼将熵表述为： “熵”=体系的符合宏观态的微观态个数的对数×玻尔兹曼常数 ，即S=klnΩ（体系微观态Ω是大量质点的体系经统计规律而得到的热力学概率，玻尔兹曼常量k=1.3807x10-23J·K-1）。

总之，一种宏观态与微观态的对应方式，不是一对一，而是一对多。对宏观态的一些定义越宽泛，其对应的微观态也越多。比如“生”“死”的宏观定义，都包含了大量微观态数量，但总体来说，“死 ”的微观态数量远大于“生”。

从统计学的角度来看，系统中能产生的微观态数量越少，熵值就越小；能产生的微观态数量越多，熵值就越大。而没有什么比系统的平衡状态，可包容的微观态数量更多的了，所以平衡态往往都是熵值最大。

一个生命体就可以看成一个系统，不过它不是封闭的，所以能从周围环境中吸取低熵的能量，一维持生命，但当个体衰老，身体机能下降，我们会越来越难以再吸收低熵的能量，难以维持人与环境的不平衡，不平衡才有生命的存在。一旦平衡意味着死亡，意味着回归自然。

那个虐猫的薛定谔还写过一本大名鼎鼎的科普书《生命是什么》。在书中，他就阐述了这样一个观点： 生命以负熵为食，有能力从环境中抽取序，以减少自身的混乱。

熵增原理，揭示了世界万物都会从有序化，走向无序化，在封闭系统内必定越来越混乱，这是死亡的天命本质。

要成为生命，就必须具备抵抗这种无序化进程的能力。也就是说，世界上每一个生命体，实际上都是在与无序抗争。逆天改命，并不只是魔童哪咤的命。在熵增的宇宙中，身而为人，就是要行逆天改命之事。

另外，“ 熵增 ”还给物理学界带来了关于时间的新见解。这些见解在原来的基本物理定律中未涉及的，比如描述运动的牛顿定律还是量子力学都不关注时间走向。但脱胎于热力学第二定律的“熵增”却能清晰地描述了过去和未来，给宇宙插入了一把时间之箭。

熵是指代一个系统的无序程度。要用熵的观念来解释生与死，就是要理解生与死各自的边界。

每个生命个体都是一个具备了一定程度的独立性的系统，一定程度的独立性就是指在有限指标范围的环境条件下可以存续下去。而当环境参数超出这个有限范围时，生命系统就会失去他的稳定状态，相应的生命系统的存续就会受到极大威胁，直至系统崩溃，也就是生命活动的停止。

每个生命系统通常又是由若干功能系统组成，每个功能系统又是由若干功能各异的器官组成，每个器官又是由许多相似的细胞组成，每个细胞又由功能各异的细胞器组成。细胞就到是最小的生命单位了，因为在一定条件下一个细胞可以独立存续下去。在一个生命个体中，一个两个少数细胞的死亡、衰老或者流失都不会造成该个体的完全崩溃，直至到一定比例数量的细胞死亡、衰老或流失造成存续条件的边界被突破就会造成该个体的生命功能无法维持进而完全崩溃。细胞的死亡、衰老或流失就是熵增，熵增是持续不断在发生的，我们为了抵御熵增就需要及时从环境中摄取负熵（有序能量）以补偿熵增所引起的空缺。这个过程中的补偿行为都无法完全使系统等同于原来的样子，完全随着时间的推移，补偿次数增加，偏差累积，系统的协作性减弱，也即无序性增加，达到一定程度时该个体就完全无法维持也就崩溃了。

“熵”不是万能的钥匙

C. 生命是什么活细胞的物理学观

生命是什么活细胞的物理学观
生命是什么？这个古老而深刻的问题自从人类有了意识就被提出了，却直到现在还没终极答案。物理学家当然也从来没有放弃过思考生命，并成功地用物理原理来解释生命，他们是最靠近上帝的人!其中最着名的莫过于薛定谔和他的《生命是什么》。而这篇文章也是也是受此书启发，在这里分别从熵和量子力学简要介绍一下有关生命的问题。
一.生命与负熵
在提及生命前首先先介绍一下负熵的概念。
我们应该都听说过S=k lnΩ这个波尔兹曼的着名公式。其中Ω是系统的一个宏观态包含的微观态数，它可以用来描述宏观态的混乱度，k是波尔兹曼常数，S是熵。也就是说熵可以度量系统的无序度，当系统趋向与宏观平衡态时，此时系统拥有的微观态数最大，而熵也最大，由此可得出熵增原理。而负熵，顾名思义，在熵前面加上负号，用来度量系统的有序度。
与负熵最先扯上关系的应该算是着名的“麦克斯韦妖”（可以和“薛定谔的猫”齐名）
1867年，麦克斯韦曾设想过一个能观察到所有分子速度的小精灵把守着一个容器中间隔板上小阀门，当看到右边的高速分子来到阀门时就打开让高速分子进入左室，当看到左边低速分子来到阀门时也打开让低速分子进入右室。设想阀门无摩擦，于是一个小精灵无需做功可使左室越来越热，右室越来越冷，从而使整个容器的熵降低了。这个小精灵被人们称为麦克斯韦妖。当时科学家对其展开了激烈的讨论，因为若这个模型成立就似乎违背了热力学第二定律（熵增原理）。后来在1929年，希拉德分析妖精若想控制开关，必须获得信息，而为获得信息所付出的代价就是系统熵的产生，而这额外的熵的产生抵消了整个容器的熵的减少，总的说起来，总的熵还是增加的。此时信息表征为负熵。信息虽然可以在很低的能量代价下传递，但要获得准确信息所需的能量则因为海森堡测不准原理而多得多。（在这个模型中可以看到生命的影子，而这个麦克斯韦的妖可以看成是酶）
但真正负熵概念的引进还是要追溯到薛定谔在上世纪四十年代写的《生命是什么》书中。
之前当时存在一种矛盾：热力学第二定律指出自然界的所有过程运动都将最终趋向无序化，而这与生命本身的高度有序化和已经在生物界广为接受的进化论显然不可调和，甚至可以说是两个 “风马牛不相及”的极端。
为此薛定谔提出生物有机体在吃喝、呼吸时是一个摄取“负熵”的过程，而又为了不违背熵增原理，生物有机体又不断地排放代谢终产物和散发热，把熵排放到环境中，而排放的熵要大于摄取的负熵，所以满足熵增原理。
而动物在利用食物时，排泄出来的是大大降解了的东西。然而还不是彻底的降解，因为植物还能利用它（当然，对植物来说，太阳光是负熵的最有力的供应者）。
需要强调的一点是散热这个过程不是可有可无的，而是必不可少。因为这正是我们去除生理过程中不断产生的剩余熵的方式。因此，温血动物的体温较高有利于以较快的速率排除熵，因而能产生更强烈的生命过程。（现在已经知道这和酶的活性有关，酶在这个温度效率最高）

D. 有几个问题请大家讨论------宇宙 生命

建议‘问者’看看人择原理的相关着作：

人择宇宙学原理Anthropic Cosmological Principle（简称人择原理Anthropic Principle） 概括的讲是尝试从物理学的角度解释“为什么我们的宇宙是这样的”，而人择原理的答案是，“某程度上是因为这样的宇宙才允许类似人类的智慧物种存在，才有可能会有生物意识到有宇宙这个概念”。这条原理很复杂，但简而言之，即谓正是人类的存在，才能解释我们这个宇宙的种种特性，包括各个基本自然常数。因为宇宙若不是这个样子，就不会有我们这样的智慧生命来谈论他。
人择原理的最早起源不明，大多数可查证的资料都在上世纪，同时也被认为和意识形态有关，哲学家们似乎并不意外物理学家提出的人择原理。1973年英国天体物理学家布兰登·卡特（Brandon Carter）在哥白尼诞辰500周年时提出了人择原理并将其分为两种：弱人择原理和强人择原理。弱人择原理认为：作为观察者的我们之所以存在于这个时空位置，是因为这个位置提供了我们存在的可能。而强人择原理则认为：我们的宇宙（同时也包括那些基本的物理常数）必须允许观察这在某一阶段出现。卡特提出人择原理后，很多人对其作了解读和发展，其中最引人注目的是宇宙学家约翰·巴罗（John D. Barrow）和物理学家弗兰克·提普勒（Frank J. Tipler）。同时，理论物理学家斯蒂芬·威廉·霍金也在《时间简史》一书中提到了人择原理，他把它称作“人存原理”。人择原理被分为三种，弱人择原理、强人择原理和终极人择原理。

原理介绍
人择宇宙学原理（简称人择原理）由鲍罗和泰伯拉提出。人择原理其中又分为弱的人择原理和强的人择原理。弱人择原理认为人们生存在众多个宇宙演化模型中一个，假如我们不是身处现在这模型，即宇宙会以不同方式演化，我们也不会在这里。而强人择原理就更肯定宇宙一定会生出有智慧生物，不允许宇宙以其他不能够令我们生存之选择出现。当我们出现后，文化将会以一种有智慧的形式存在下去并传遍宇宙，并终会达到极点和其他宇宙进行交流。多数物理学家都不大喜欢强人择原理。
这个原理采取的观点同完美宇宙学原理正好相反，宣称人类是在一个特定时期观察着宇宙的，尽管目前的宇宙从空间任何点看去显得一样。假设这个特定时期是因为需要产生那些有利于生命演化的特殊条件，比方说，假如宇宙比现在炽热得多或稠密得多，星系就不能形成；假如引力的强度和我们的观测值大不相同，行星系统就不能形成，或不适合于我们所知的生命形式存在。现已查明，地球的年龄和天文学家发现的最老恒星或星系的年龄相仿（顶多差4倍），这毕竟是一个惊人的符合。人择宇宙学原理用“许可”来解释这种相似性。宇宙本来可以比它实际的情形不规则和无序得多。人择宇宙学原理断言，若是那样的话，各种条件就不能容许生命存在了。因此，作为观察者，我们是生活在一个非常特殊的宇宙中，并且这个宇宙必须是均匀各向同性的。“人择”是一个非常基本的论据，因为它试图对哥白尼宇宙学原理作出解释，而后者几乎是所有有生命力的宇宙论的核心。

理论由来
首次发表这个理论的是天文物理学家布兰登•卡特，在1973年的记念哥白尼诞辰500周年的"宇宙理论观测数据"会议上。他的论文中明确阐述的人择原理，完全站在了所谓的哥白尼原理（并不是由哥白尼提出的）的反面——哥白尼原理否认了人类在宇宙中的特殊地位。（就如同哥白尼所主张的，地球并不是宇宙的中心，如今我们知道太阳是一颗位于典型银河系的典型恒星。）卡特的论文，“大数重合与宇宙论中的人择原理”包含了下列陈述：“虽然我们所处的位置不一定是中心，但不可避免的，在某种程度上处于特殊的地位。” (IAUS 63 (1974) 291)。

分类
人择原理的最早起源不明，大多数可查证的资料都在上世纪，同时也被认为和意识形态有关，哲学家们似乎并不意外物理学家提出的人择原理。1973年英国天体物理学家布兰登·卡特（Brandon Carter）在哥白尼诞辰500周年时提出了人择原理并将其分为两种：弱人择原理和强人择原理。弱人择原理认为：作为观察者的我们之所以存在于这个时空位置，是因为这个位置提供了我们存在的可能。而强人择原理则认为：我们的宇宙（同时也包括那些基本的物理常数）必须允许观察这在某一阶段出现。卡特提出人择原理后，很多人对其作了解读和发展，其中最引人注目的是宇宙学家约翰·巴罗（John D. Barrow）和物理学家弗兰克·提普勒（Frank J. Tipler）。同时，理论物理学家斯蒂芬·威廉·霍金也在《时间简史》一书中提到了人择原理，他把它称作“人存原理”。人择原理被分为三种，弱人择原理、强人择原理和终极人择原理。人们通常使用巴罗等人提出的叙述：
弱人择原理(Weak anthropic principle (WAP))：物理学和宇宙学的所有量的观测值，不是同等可能的；它们偏爱那些应该存在使碳基生命得以进化的地域以及宇宙应该足够年老以便做到这点等等条件所限定的数值。（约翰·巴罗（John D. Barrow） 和弗兰克·提普勒（Frank J. Tipler），1986）
强人择原理(Strong anthropic principle (SAP))：宇宙必须具备允许生命在其某个历史阶段得以在其中发展的那些性质。
最终人择原理(Final anthropic principle (FAP))：包含智慧的信息处理过程一定会在宇宙中出现，而且，它一旦出现就不会灭亡。
弱人择原理认为我们生存在众多个宇宙演化模型中一个，假如我们不是身处现在这模型，即宇宙会以不同方式演化，我们也不会在这里。而强人择原理就更肯定宇宙一定会生出有智慧生物，不允许宇宙以其他不能够令我们生存之选择出现。当我们出现后，文化将会以一种有智慧的形式存在下去并传遍宇宙，并终会达到极点和其他宇宙进行交流。多数物理学家都不大喜欢强人择原理。
这个原理采取的观点同完美宇宙学原理正好相反，宣称人类是在一个特定时期观察着宇宙的，尽管目前的宇宙从空间任何点看去显得一样。假设这个特定时期是因为需要产生那些有利于生命演化的特殊条件，比方说，假如宇宙比现在炽热得多或稠密得多，星系就不能形成；假如引力的强度和我们的观测值大不相同，行星系统就不能形成，或不适合于我们所知的生命形式存在。现已查明，地球的年龄和天文学家发现的最老恒星或星系的年龄相仿（顶多差4倍），这毕竟是一个惊人的符合。人择宇宙学原理用“许可”来解释这种相似性。宇宙本来可以比它实际的情形不规则和无序得多。人择宇宙学原理断言，若是那样的话，各种条件就不能容许生命存在了。因此，作为观察者，我们是生活在一个非常特殊的宇宙中，并且这个宇宙必须是均匀各向同性的。“人择”是一个非常基本的论据，因为它试图对哥白尼宇宙学原理作出解释，而后者几乎是所有有生命力的宇宙论的核心。

相关理论
人择原理的支持者提出，我们之所以活在一个看似调控得如此准确，以至能孕育我们所知的生命的宇宙之中，是因为如果宇宙不是调控得如此准确，人类便不会存在，更遑论观察宇宙。 若任何一个基本物理常数是跟现在的有足够的差异，那么我们所知的生命便不能存在，更不会有智慧生物去思考宇宙。有论文指出，(弱)人择原理能解释精细结构常数、宇宙的维数、和宇宙常数等物理常数。
需要分辨人择原理的弱、强、最终和其他版本，因为字眼上的些微变化便会令含意产生巨大的不同。人择原理的主要版本有:
“人择原理”最初表达：自然定律惊人地适合生命的存在。
弱人择原理(Weak anthropic principle (WAP)): "物理学和宇宙学的所有量的观测值，不是同等可能的；它们偏爱那些应该存在使碳基生命得以进化的地域以及宇宙应该足够年老以便做到这点等等条件所限定的数值。" (约翰•D•巴罗和弗兰克•J•蒂普勒， 1986) 韦氏字典给出了下列定义：被观测的宇宙的环境，必须允许观测者的存在。
强人择原理(Strong anthropic principle (SAP)): Barrow和Tipler提出的强人择原理的版本是“宇宙必须具备允许生命在其某个历史阶段得以在其中发展的那些性质。”
另一版本的强人择原理仅仅是古典设计理论披上了现代的宇宙学外衣。它暗示道生命的产生是宇宙形成意图的一部分，而自然法则和基本常数都被设定为保证我们所知的生命得以产生。("The Rejection of 帕斯卡赌注") 最终人择原理(Final anthropic principle (FAP)): “包含智慧的资讯处理过程一定会在宇宙中出现，而且，一旦它出现了就不会灭亡。” (Barrow和Tipler，1986) 马丁•加德纳在对Barrow和Tipler着作的评论中嘲笑了人择原理的这一最终版本，以完全荒谬人择原理(Completely ridiculous anthropic principle (CRAP))为题：“生命将会掌握所有的物质和力量，不止在一个宇宙，而是在所有逻辑上可能存在的宇宙；生命将会传播到逻辑上可能存在的所有宇宙的每一个角落，而且将会储有所有逻辑上可能被理解的、无限的知识。”
在卡特最初的定义中，弱人择原理仅仅涉及到确定的“宇宙学”参数，即我们在宇宙中空间和时间上的位置，而没有牵涉到后来属于强人择原理的基本物理常数的值。他同样也只是提到“观测者”而不是“碳基生命”。不过这些模棱两可的话却是导致无休止的对于各种版本人择原理误解的原因。
智慧设计的支持者声称得到了强人择原理的理论支持。一方面，多宇宙理论或称为多选择宇宙理论的存在是基于另一些理由，而弱人择原理提供了一个貌似正确的理由，来解释我们宇宙的良好秩序。假定存在可以支援智慧生命的宇宙，那么实际上这种宇宙必定存在，而我们的宇宙无疑也是其中之一。然而，多选择的智慧设计并不仅限于多选择宇宙理论的假定。不过有些进化论的支持者同样声称得到了人择原理的理论支持，例如Ikeda and Jefferys (2006)就认为人择原理是表面上支持实际上否定了智慧设计。(discussed in more detail under fine tuning).

哲学原理
巴罗和蒂普勒详细地阐述了看起来无法相信的巧合，这些巧合使我们的宇宙具有特色，并使我们人类进化。他们认为只有人择原理能搞清楚这大量的巧合的意义。无论是原子的能量级还是弱核力的精确力量都好像是为了适应我们的生存。宇宙中碳基生物的存在可能与一些引数参数值有关，假设这些参数值变化很少，那碳基生物就可能不存在了。尽管巴罗和蒂普勒的作品属于理论物理学，它仍然讨论了化学和地质学的多种相关话题。
在1983年，布兰登修正了他1974年的论文，认为人择原理在最初的形式上只是要引起天体物理学家和宇宙学家的警惕，那就是如果他们没有考虑观察者的生物本性所导致的呈上升趋势的限制，天文学和宇宙学的资料翻译工作将会出现错误。反过来，卡特还警告发展生物学家，当他们翻译报告的时候也要考虑天文学和宇宙学的因素。由此，卡特总结，介于对于宇宙年龄的最好估计（当时是150亿年，现在是137亿年），发展链可能只允许一个或两个的低可能链。A.Feoli和S.Rampone（"强人择原理是否太弱" 1999)介于宇宙的大小和可能的星球数量，认为有更多的低可能链。有更多的低可能链的数量和生命的出现以及随后的进化需要智慧设计不太相符。
观察宇宙论和量子引力理论的最新着作使得人们对于人择原理重新感兴趣。量子引力试图把其他的力量统一到引力上。然而，一旦有了有前途的理论，这些理论却又会出现问题，那就是基本物理常数是不受限制的。这种观察的诱导更多地来自于对于数量的精确估计，比如说是宇宙密度。最近对于宇宙的密度估计是0.3，同时宇宙论里从这个估测中预测了一个和这个0.3几乎差不多的结论。
对于人择理论有了些不一样的选择，大多数存在一些乐观的理论认为万物学说最终会被发现，这个学说联合了宇宙中所有的力量，通过获取所有颗粒的特性而获得。万物学说包括了M-理论和量子引力的多种理论，虽然所有的这些理论都被认为是演绎性的。另一种就是李•斯莫林的宇宙论的自然选择模型，这也被认为是多重宇宙，这个理论认为如果这些宇宙和我们的宇宙有相同的性质的时候，那么这些宇宙就会更丰富。这也能在加德纳和他的"利己主义生物宇宙学假说"中见到。

有些人批评一些形式的人择原理，他们争论人择原理中估计生命的化学本质是碳的化合物和液体水是一种诉诸无知。（有时候被称为碳沙文主义或生物化学），允许碳基生物进化的物理常数的界限也预想的要少了很多限制。(Stenger 2000)。
弱人择原理的支持者和反对者都批评他是一种赘述。它陈述的不是些容易理解的东西而是些琐碎的真理。人择原理的讨论暗暗假设了，若我们有能力思考宇宙学，那么一些基本的物理常数只能落在特定的区间。批评者认为这简直赘述了一个事实，那就是“如果事情本来就是不同的，那它就是不同的”。如果这种批评是成立的，那么弱人择原理就理所当然变得没有意义了。因为这就意味着宇宙为了使我们能存在来思考它，它就必须要使自己变得让我们生存。Peter Schaefer否认了这种观点，他认为虽然弱人择原理是讲的大家都知道的道理，但却不能推翻它，因为人们不能因为这个理论本来就是对的就驳斥这个理论。还有，很显然，人择原理中强调的因果关系的方向是错误的。人类进化是为了适应当前的宇宙、宇宙常数和所有的一切，而不是宇宙适应人类，那就是说是因为我们适应了宇宙，宇宙却不是专门为了适应我们的。
强人择原理的批评者认为它既不是可试验的也不是可证伪的。FAP在最终人择原理中被详尽的讨论了。巴罗和蒂普勒（1986）认为虽然最终人择原理是一个站得住脚的物理学观点，它也还是“和道德价值非常接近”。
霍金认为我们所处的宇宙并不如人择原理的拥护者所说得这般“特别”。他认为有98%的可能，一个宇宙大爆炸会产生同我们一样的宇宙。然而，诸如霍金所使用的这些方程式是否能得出这样的结论，什么样的宇宙可被称为是“和我们一样”，这些问题在科学上都是重要的。 霍金的波函数（一些关于数学方程的物理意义的争论就连作者本人薛定谔都不能理解）陈述了宇宙在与比它先出现的事物没有联系的情况下是如何形成的，也就是说，它是怎样从零产生的。然而，从2004年起，这个理论就在不断地被争论，而且，正如霍金在1988年所写的，“是什么打破了这种平衡从而创造了一个宇宙去解释它们？……为什么宇宙要不遗余力地去打扰现有的东西？”“从无到有”是形而上学的一个根本问题。

在2002年，尼克•博斯特罗提出：“有没有可能把观察选择效应总结成简单的表述？”他认为这是可能的。但是，许多人择原理是非常令人疑惑的。特别是一些从卡特的重要论文中得到灵感的，虽然是不错的，但是他们太缺乏说服力，不能作为真正的科学作品。尤其是我认为现存的一些方法不允许任何由同时代的宇宙学理论中得到的观测结果，尽管这些理论根据经验显然能被而且已经被天文学家检验着，一种更充分的关于观察选择效应该如何加以考虑的政策才能够打破这种方法上的鸿沟。
他的自我选样假定是“你必须把自己想象成一个适合的参考组中的随机观察员”，在我们不知道自己在宇宙中所处的位置，甚至不知道我们是谁的前提下，他引伸了人择原理偏见和人择原理推论。这也许还能够成为克服多种认知偏见的方法，这种认知偏见限制了人类天生的观察以及运用数学了解宇宙模型的能力，这在数学认知科学中也有提到。
一名网友 Santorahxeon 将人择原理定为自神论，他说道：‘在每一个生命体都存在一个自己的世界，在每一个世界身边的人和事只是历史的重演，原因是在人类存有的第六灵感能预知未来，每个生命体都沿着自己的命运走，而世界上的事物却围着他而作出逻辑上的改变。我相信人择原理可以解开各种自欺欺人的思想。也许人择原理的哲学威力将会改变人类以后的生活。’并引用罗勃特•勃朗宁的名句：“God's in his heaven. All's right with the world.”指出世界的运作受决定论而改变。

巴罗原理
人们通常使用巴罗等人提出的叙述：
弱人择原理(Weak anthropic principle (WAP))：物理学和宇宙学的所有量的观测值，不是同等可能的；它们偏爱那些应该存在使碳基生命得以进化的地域以及宇宙应该足够年老以便做到这点等等条件所限定的数值。（约翰·巴罗（John D. Barrow） 和弗兰克·提普勒（Frank J. Tipler），1986）
强人择原理(Strong anthropic principle (SAP))：宇宙必须具备允许生命在其某个历史阶段得以在其中发展的那些性质。 最终人择原理(Final anthropic principle (FAP))：包含智慧的信息处理过程一定会在宇宙中出现，而且，它一旦出现就不会灭亡。
弱人择原理认为我们生存在众多个宇宙演化模型中一个，假如我们不是身处现在这模型，即宇宙会以不同方式演化，我们也不会在这里。而强人择原理就更肯定宇宙一定会生出有智慧生物，不允许宇宙以其他不能够令我们生存之选择出现。当我们出现后，文化将会以一种有智慧的形式存在下去并传遍宇宙，并终会达到极点和其他宇宙进行交流。多数物理学家都不大喜欢强人择原理。
这个原理采取的观点同完美宇宙学原理正好相反，宣称人类是在一个特定时期观察着宇宙的，尽管目前的宇宙从空间任何点看去显得一样。假设这个特定时期是因为需要产生那些有利于生命演化的特殊条件，比方说，假如宇宙比现在炽热得多或稠密得多，星系就不能形成；假如引力的强度和我们的观测值大不相同，行星系统就不能形成，或不适合于我们所知的生命形式存在。现已查明，地球的年龄和天文学家发现的最老恒星或星系的年龄相仿（顶多差4倍），这毕竟是一个惊人的符合。人择宇宙学原理用“许可”来解释这种相似性。宇宙本来可以比它实际的情形不规则和无序得多。人择宇宙学原理断言，若是那样的话，各种条件就不能容许生命存在了。因此，作为观察者，我们是生活在一个非常特殊的宇宙中，并且这个宇宙必须是均匀各向同性的。“人择”是一个非常基本的论据，因为它试图对哥白尼宇宙学原理作出解释，而后者几乎是所有有生命力的宇宙论的核心。
人择原理可以释义作：“我们看到的宇宙之所以这个样子，乃是因为我们的存在。”

意义
人择原理有弱的和强的意义下的两种版本。弱人择原理是讲，在一个大的或具有无限空间和／或时间的宇宙里，只有在空间一时间有限的一定区域里，才存在智慧生命发展的必要条件。在这些区域中，如果智慧生物观察到他们在宇宙的位置满足那些为他们生存所需的条件，他们不应感到惊讶。这有点像生活在富裕街坊的富人看不到任何贫穷。

弱人择原理
应用弱人则原理的一个例子是“解释”为何大爆炸发生于大约100亿年之前——智慧生物需要那么长时间演化。一个早期的恒星必须首先形成，这些恒星将一些原先的氢和氦转化成像碳和氧这样的元素，由这些元素构成我们。然后恒星作为超新星而爆发，其裂片形成其他恒星和行星，其中包括太阳系，太阳系的年龄大约是50亿年，地球存在的头10到20亿年，对于任何复杂东西的发展都太热了。余下的30亿年才用于生物进化的漫长过程，这个过程导致从最简单的机体到能够测量回溯到大爆炸那一瞬间的生物的形成。
很少人会对弱人择原理的有效性提出异议。然而，有的人走得更远并提出强人择原理。按照这个理论，存在许多不同的宇宙或者一个单独宇宙的许多不同的区域，每一个都有自己初始的结构，或许还有自己的一套科学定律。在这些大部分宇宙中，不具备复杂组织发展的条件；只有很少像我们的宇宙，在那里智慧生命得以发展并质疑：“为何宇宙是我们看到的这种样子？”这回答很简单：如果它不是这个样子，我们就不会在这儿！

强人择原理
对于强人择原理就略有不同，人们可以提出一系列理由，来反对用强人择原理解释所观察到的宇宙状态。首先，在何种意义上可以说，所有这些不同的宇宙存在？如果它们确实互相隔开，在其他宇宙发生的事件怎么可能在我们自己的宇宙中没有可观测的后果？所以，我们应该用经济学原理，将他们从理论中割除出去。另一方面，如果它们只是一个单独宇宙的不同区域，则在每个区域里的科学定律必须一致，否则人们不能从一个区域连续地运动到另一区域。在这种情况下，不同区域之间仅有的不同只是他们的初始结构，这样，强人择原理及归结为弱人择原理。 对强人择原理的第二个异议是，它和整个科学史的潮流背道而驰。我们现代的图像是从托勒密和他的支持者的地心宇宙论出发，通过哥白尼和伽利略日心说发展而来的。在此图像中，地球是一个中等大小的行星，它绕着一个寻常的螺旋星系外圈的普通恒星做公转，而这星系本身只是在可观察到的宇宙中万亿个星系中的一个。然而强人择原理却宣布，这整个庞大的构造仅仅是为我们的缘故而存在，这是令人非常难以置信的。我们太阳系肯定是我们存在的前提，人们可以将之推广于我们的星系，使之允许早期的恒星产生重元素。但是，丝毫看不出存在任何其他星系的必要，在大尺度上也不需要宇宙在每一方向上必须如此的一致。

综述
这一个宇宙就应是我们的宇宙，而我们就在其中经历了进化，然后对这个宇宙显得多么恰好地适合于我们感到惊异。但这实在与我们毫无关系。我们发觉我们的宇宙的完美仅仅因为它是唯一的我们能在其中生存的宇宙。多半，在其他的生命（如我们所知的）不可能存在的宇宙里，别的种类的生命或别的类型的无法想象的现象也许会盛行。而且这些生命或现象中的每一种，若具有惊奇的能力的话，便会惊奇为何它们的宇宙显得如此适合于它们。 要是有无数个宇宙的话，那么可能有许多宇宙足够接近完美而容许我们这种生命生存。我们的宇宙应只是它们中的一个，且它也许不是最臻于完美的。

1
《宇宙学新疆域(FRONTIERS OF UNIVERSE)》[美]艾萨克·阿西莫夫 着，取自"http://www.wiki.cn/wiki/%E4%BA%BA%E6%8B%A9&"；
2
摘自约翰·格里宾的《大宇宙网络全书》中文版；
3
《宇宙为何如此》 黄永明，《科幻世界》2008年1月号
4
《时间简史》 斯蒂芬•威廉•霍金

E. 自然常数有什么意义

旋涡形或螺线型是自然事物极为普遍的存在形式，比如：一缕袅袅升上蓝天的炊烟，一朵碧湖中轻轻荡开的涟漪，数只缓缓攀援在篱笆上的蜗牛和无数在恬静的夜空携拥着旋舞的繁星……

螺线特别是对数螺线的美学意义可以用指数的形式来表达：

φkρ=αe

其中，α和k为常数，φ是极角，ρ是极径，e是自然对数的底。为了讨论方便，我们把e或由e经过一定变换和复合的形式定义为“自然律”。因此，“自然律”的核心是e，其值为2.71828……，是一个无限循环数。

数，美吗？

1、数之美

人们很早就对数的美有深刻的认识。其中，公元前六世纪盛行于古希腊的毕达哥斯学派见解较为深刻。他们首先从数学和声学的观点去研究音乐节奏的和谐，发现声音的质的差别（如长短、高低、轻重等）都是由发音体数量方面的差别决定的。例如发音体（如琴弦）长，声音就长；振动速度快，声音就高；振动速度慢，声音就低。因此，音乐的基本原则在于数量关系。

毕达哥斯学派把音乐中的和谐原理推广到建筑、雕刻等其它艺术，探求什么样的比例才会产生美的效果，得出了一些经验性的规范。例如，在欧洲有长久影响的“黄金律”据说是他们发现的（有人说，是蔡泌于一八五四年提出了所谓的“黄金分割律”。所谓黄金分割律“就是取一根线分为两部分，使长的那部分的平方等于短的那部分乘全线段。”“如果某物的长与宽是按照这个比例所组成的，那么它就比由其它比例所组成的长方形‘要美’。”）。

这派学者还把数学与和谐的原则应用于天文学的研究，因而形成所谓“诸天音乐”或“宇宙和谐”的概念，认为天上诸星体在遵照一定的轨道运动中，也产生一种和谐的音乐。他们还认为，人体的机能也是和谐的，就象一个“小宇宙”。人体之所以美，是由于它各部分——头、手、脚、五官等比例适当，动作协调；宇宙之所以美，是由于各个物质单位以及各个星体之间运行的速度、距离、周转时间等等配合协调。这些都是数的和谐。

中国古代思想家们也有类似的观点。道家的老子和周易《系辞传》，都曾尝试以数学解释宇宙生成，后来又衍为周易象数派。《周易》中贲卦的表示朴素之美，离卦的表示华丽之美，以及所谓“极其数，遂定天下之象”，都是类似数学推理的结论。儒家的荀卿也说过：“万物同宇宙而异体。无宜而有用为人，数也。”庄子把“小我”与“大我”一视同仁，“小年”与“大年”等量齐观，也略同于毕达哥拉斯学派之把“小宇宙”和“大宇宙”互相印证。所谓“得之于手而应用于心，口不能言，有数存在焉与其间”。这种从数的和谐看出美的思想，深深地影响了后世的中国美学。

2、黄金律之美

黄金律历来被染上瑰丽诡秘的色彩，被人们称为“天然合理”的最美妙的形式比例。我们知道，黄金律不仅是构图原则，也是自然事物的最佳状态。中世纪意大利数学家费勃奈舍发现，许多植物叶片、花瓣以及松果壳瓣，从小到大的序列是以0.618：1的近似值排列的，这即是着名的“费勃奈舍数列”：1、2、3、5、8、13、21、34……动物身上的色彩图案也大体符合黄金比。舞蹈教练、体操专家选择人材制定的比列尺寸，例如肩宽和腰的比例、腰部以上与腰部以下的比列也都大体符合黄金比。

现代科学家还发现，当大脑呈现的“倍塔”脑电波的高频与低频之比是1：0.618的近似值(12.9赫兹与8赫兹之比)时，人的心身最具快感。甚至，当大自然的气温（23摄氏度）与人的体温37摄氏度之比为0.618:1时,最适宜于人的身心健康,最使人感到舒适。另外，数学家们为工农业生产制度的优选法，所提出的配料最佳比例、组织结构的最佳比例等等，也都大体符合黄金律。

然而，这并不意味着黄金律比“自然律”更具有美学意义。我们可以证明，当对数螺线：

φkρ=αe

的等比取黄金律，即k=0.0765872，等比P1/P2=0.618时，则螺线中同一半径线上相邻极半径之比都有黄金分割关系。事实上，当函数f（X）等于e的X次方时，取X为0.4812,那么，f（X）=0.618……

因此，黄金律被“自然律”逻辑所蕴含。换言之，“自然律”囊括了黄金律。

黄金律表现了事物的相对静止状态，而“自然律”则表现了事物运动发展的普遍状态。因此，从某种意义上说，黄金律是凝固的“自然律”，“自然律”是运动着的黄金律。

3、“自然律”之美

“自然律”是e 及由e经过一定变换和复合的形式。e是“自然律”的精髓，在数学上它是函数：

1（1+——）

X的X次方，当X趋近无穷时的极限。

人们在研究一些实际问题，如物体的冷却、细胞的繁殖、放射性元素的衰变时，都要研究

1（1+——）

X的X次方，当X趋近无穷时的极限。正是这种从无限变化中获得的有限，从两个相反方向发展（当X趋向正无穷大的时，上式的极限等于e=2.71828……，当X趋向负无穷大时候，上式的结果也等于e=2.71828……）得来的共同形式，充分体现了宇宙的形成、发展及衰亡的最本质的东西。

现代宇宙学表明，宇宙起源于“大爆炸”，而且目前还在膨胀，这种描述与十九世纪后半叶的两个伟大发现之一的熵定律，即热力学第二定律相吻合。熵定律指出，物质的演化总是朝着消灭信息、瓦解秩序的方向，逐渐由复杂到简单、由高级到低级不断退化的过程。退化的极限就是无序的平衡，即熵最大的状态，一种无为的死寂状态。这过程看起来像什么？只要我们看看天体照相中的旋涡星系的照片即不难理解。如果我们一定要找到亚里士多德所说的那种动力因，那么，可以把宇宙看成是由各个预先上紧的发条组织，或者干脆把整个宇宙看成是一个巨大的发条，历史不过是这种发条不断争取自由而放出能量的过程。

生命体的进化却与之有相反的特点，它与热力学第二定律描述的熵趋于极大不同，它使生命物质能避免趋向与环境衰退。任何生命都是耗散结构系统，它之所以能免于趋近最大的熵的死亡状态，就是因为生命体能通过吃、喝、呼吸等新陈代谢的过程从环境中不断吸取负熵。新陈代谢中本质的东西，乃是使有机体成功的消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部熵。

“自然律”一方面体现了自然系统朝着一片混乱方向不断瓦解的崩溃过程（如元素的衰变），另一方面又显示了生命系统只有通过一种有序化过程才能维持自身稳定和促进自身的发展（如细胞繁殖）的本质。正是具有这种把有序和无序、生机与死寂寓于同一形式的特点，“自然律”才在美学上有重要价值。

如果荒僻不毛、浩瀚无际的大漠是“自然律”无序死寂的熵增状态，那么广阔无垠、生机盎然的草原是“自然律”有序而欣欣向荣的动态稳定结构。因此，大漠使人感到肃穆、苍茫，令人沉思，让人回想起生命历程的种种困顿和坎坷；而草原则使人兴奋、雀跃，让人感到生命的欢乐和幸福。

e=2.71828……是“自然律”的一种量的表达。“自然律”的形象表达是螺线。螺线的数学表达式通常有下面五种：（1）对数螺线；（2）阿基米德螺线；（3）连锁螺线；（4）双曲螺线；（5）回旋螺线。对数螺线在自然界中最为普遍存在，其它螺线也与对数螺线有一定的关系，不过目前我们仍未找到螺线的通式。对数螺线是1638年经笛卡尔引进的，后来瑞士数学家雅各·伯努利曾详细研究过它，发现对数螺线的渐屈线和渐伸线仍是对数螺线，极点在对数螺线各点的切线仍是对数螺线，等等。伯努利对这些有趣的性质惊叹不止，竟留下遗嘱要将对数螺线画在自己的墓碑上。

英国着名画家和艺术理论家荷迦兹深深感到：旋涡形或螺线形逐渐缩小到它们的中心，都是美的形状。事实上，我们也很容易在古今的艺术大师的作品中找到螺线。为什么我们的感觉、我们的“精神的”眼睛经常能够本能地和直观地从这样一种螺线的形式中得到满足呢？这难道不意味着我们的精神，我们的“内在”世界同外在世界之间有一种比历史更原始的同构对应关系吗？

我们知道，作为生命现象的基础物质蛋白质，在生命物体内参与着生命过程的整个工作，它的功能所以这样复杂高效和奥秘无穷，是同其结构紧密相关的。化学家们发现蛋白质的多钛链主要是螺旋状的，决定遗传的物质——核酸结构也是螺螺状的。

古希腊人有一种称为风鸣琴的乐器，当它的琴弦在风中振动时，能产生优美悦耳的音调。这种音调就是所谓的“涡流尾迹效应”。让人深思的是，人类经过漫长岁月进化而成的听觉器官的内耳结构也具涡旋状。这是为便于欣赏古希腊人的风鸣琴吗？还有我们的指纹、发旋等等，这种审美主体的生理结构与外在世界的同构对应，也就是“内在”与“外在”和谐的自然基础。

有人说数学美是“一”的光辉，它具有尽可能多的变换群作用下的不变性，也即是拥有自然普通规律的表现，是“多”与“一”的统一，那么“自然律”也同样闪烁着“一”的光辉。谁能说清e=2.71828……给数学家带来多少方便和成功？人们赞扬直线的刚劲、明朗和坦率，欣赏曲线的优美、变化与含蓄，殊不知任何直线和曲线都可以从螺线中取出足够的部分来组成。有人说美是主体和客体的同一，是内在精神世界同外在物质世界的统一，那么“自然律”也同样有这种统一。人类的认识是按否定之否定规律发展的，社会、自然的历史也遵循着这种辩证发展规律，是什么给予这种形式以生动形象的表达呢？螺线！

有人说美在于事物的节奏，“自然律”也具有这种节奏；有人说美是动态的平衡、变化中的永恒，那么“自然律”也同样是动态的平衡、变化中的永恒；有人说美在于事物的力动结构，那么“自然律”也同样具有这种结构——如表的游丝、机械中的弹簧等等。

“自然律”是形式因与动力因的统一，是事物的形象显现，也是具象和抽象的共同表达。有限的生命植根于无限的自然之中，生命的脉搏无不按照宇宙的旋律自觉地调整着运动和节奏……有机的和无机的，内在的和外在的，社会的和自然的，一切都合而为一。这就是“自然律”揭示的全部美学奥秘吗？不！“自然律”永远具有不能穷尽的美学内涵，因为它象征着广袤深邃的大自然。正因为如此，它才吸引并且值的人们进行不懈的探索，从而显示人类不断进化的本质力量。（原载《科学之春》杂志1984年第4期，原题为：《自然律——美学家和艺术家的瑰宝》）

F. 生命是什么

生命是什么？这个古老而深刻的问题自从人类有了意识就被提出了，却直到现在还没终极答案。物理学家当然也从来没有放弃过思考生命，并成功地用物理原理来解释生命，他们是最靠近上帝的人!其中最着名的莫过于薛定谔和他的《生命是什么》。而这篇文章也是也是受此书启发，在这里分别从熵和量子力学简要介绍一下有关生命的问题。
一.生命与负熵
在提及生命前首先先介绍一下负熵的概念。
我们应该都听说过S=k lnΩ这个波尔兹曼的着名公式。其中Ω是系统的一个宏观态包含的微观态数，它可以用来描述宏观态的混乱度，k是波尔兹曼常数，S是熵。也就是说熵可以度量系统的无序度，当系统趋向与宏观平衡态时，此时系统拥有的微观态数最大，而熵也最大，由此可得出熵增原理。而负熵，顾名思义，在熵前面加上负号，用来度量系统的有序度。
与负熵最先扯上关系的应该算是着名的“麦克斯韦妖”（可以和“薛定谔的猫”齐名）
1867年，麦克斯韦曾设想过一个能观察到所有分子速度的小精灵把守着一个容器中间隔板上小阀门，当看到右边的高速分子来到阀门时就打开让高速分子进入左室，当看到左边低速分子来到阀门时也打开让低速分子进入右室。设想阀门无摩擦，于是一个小精灵无需做功可使左室越来越热，右室越来越冷，从而使整个容器的熵降低了。这个小精灵被人们称为麦克斯韦妖。当时科学家对其展开了激烈的讨论，因为若这个模型成立就似乎违背了热力学第二定律（熵增原理）。后来在1929年，希拉德分析妖精若想控制开关，必须获得信息，而为获得信息所付出的代价就是系统熵的产生，而这额外的熵的产生抵消了整个容器的熵的减少，总的说起来，总的熵还是增加的。此时信息表征为负熵。信息虽然可以在很低的能量代价下传递，但要获得准确信息所需的能量则因为海森堡测不准原理而多得多。（在这个模型中可以看到生命的影子，而这个麦克斯韦的妖可以看成是酶）
但真正负熵概念的引进还是要追溯到薛定谔在上世纪四十年代写的《生命是什么》书中。
之前当时存在一种矛盾：热力学第二定律指出自然界的所有过程运动都将最终趋向无序化，而这与生命本身的高度有序化和已经在生物界广为接受的进化论显然不可调和，甚至可以说是两个 “风马牛不相及”的极端。
为此薛定谔提出生物有机体在吃喝、呼吸时是一个摄取“负熵”的过程，而又为了不违背熵增原理，生物有机体又不断地排放代谢终产物和散发热，把熵排放到环境中，而排放的熵要大于摄取的负熵，所以满足熵增原理。
而动物在利用食物时，排泄出来的是大大降解了的东西。然而还不是彻底的降解，因为植物还能利用它（当然，对植物来说，太阳光是负熵的最有力的供应者）。
需要强调的一点是散热这个过程不是可有可无的，而是必不可少。因为这正是我们去除生理过程中不断产生的剩余熵的方式。因此，温血动物的体温较高有利于以较快的速率排除熵，因而能产生更强烈的生命过程。（现在已经知道这和酶的活性有关，酶在这个温度效率最高）
综上则生命“以负熵为生”，从环境中抽取“序”来维持系统的组织。
但是他的理论还是只说明结果，却并不能解释过程，或者说还缺少一个动力学结构来解释生命。
生命的进化历程：从第一个单细胞无氧生命的诞生，到如今的生物多样性发展；从原生生物简单的趋避现象到现在人类高度发达的智力文明，这生命的进化历程显然是一个不断走向有序的不可逆过程。但为什么生命“以负熵为生”，从环境中抽取“序”来维持系统的组织便能推出这个过程呢？
因此之后普里高津提出耗散结构理论。普里高津在研究偏离平衡态热力学系统时发现，当系统离开平衡态的参数达到一定阈值时，系统将会出现“行为临界点”，在越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支，发生突变而进入一个全新的稳定有序状态；若将系统推离平衡态更远的地方，系统可能演化出更多新的稳定有序结构。然后，他就把这种结构称为“耗散结构”。普里高津提出系统形成有序结构需要的条件：
（1） 系统必须开放
即系统必须与外界进行物质、能量交换。
（2） 远离平衡态
开放系统在外界作用下离开平衡态，开放逐渐加大，外界对系统的影响逐渐变强，将系统逐渐从近平衡态推向远离平衡的非线性区，只有这时，才有可能形成有序结构，否则即使开放，也无济于事。
（3） 非线性作用
组成系统的子系统之间存在着非线性相互作用。正因为这样，子系统形成系统时，会涌现出新的性质。
关于非线性的放大机制的解释可以用右图解释。一个很小的
ΔX可以经过一级非线性放大成相对大得多的ΔY，而经过多级放大，一个很小的作用可以最终产生决定性的后果，也就是“蝴蝶效应”（南美的一只蝴蝶煽动一下翅膀引起了美国的一场飓风）
（4） 涨落
涨落是指对系统稳定状态的偏离，它是实际存在的一切系统的固有特征。在平衡态和近平衡态，涨落是一种破坏稳定有序的干扰，但在远离平衡态的条件下，非线性作用对随机的小涨落有可能迅速放大，使系统由不稳定状态跃迁到一个新的有序状态，从而形成耗散结构。
偏离平衡态的开放系统通过涨落，在越过临界点后“自组织”成耗散结构，耗散结构由突变而涌现，其状态是稳定的。
而地球上的生命体都是远离平衡态的不平衡的开放系统，它们通过与外界不断的进行物质和能量交换，经自组织而形成一系列的有序结构。可以认为这就是解释生命过程的热力学现象和生物的进化的热力学理论之一。
这里存在一个“自组织”的概念。（其实耗散理论是其中一个部分）德国理论物理学家H. Haken认为，从组织的进化形式来看，可以把它分为两类：他组织和自组织。如果一个系统靠外部指令而形成组织，就是他组织；如果不存在外部指令，系统按照相互默契的某种规则，各尽其责而又协调地自动地形成有序结构，就是自组织。从热力学的观点来说，“自组织”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； 从统计力学的观点来说，“自组织”是指一个系统自发地从最可几率状态向几率较低状态的方向迁移的过程； 从进化论的观点来说，“自组织”是指一个系统在“遗传”、“变异”和“优胜劣汰”机制的作用下，其组织结构和运行模式不断地自我完善，从而不断提高其对于环境的适应能力的过程。
自组织系统在自然界中不象无机物质那样，听凭环境因素的作用、自发地发生变化，而是按照内在机制规定的方向进行物质和能量运动的，这就是保存和发展自身。自组织系统既然具有保存和发展自身的趋向，而又生活在一个变动不居的既有有利因素、又有不利因素的环境里，因此它在生存、发展中需要关于环境的信息，借以调整自己的行动而适应环境的变化。自组织系统就是借助于信息的指导作用，使自身在和环境的相互作用中从无序走向有序、从低序走向高序的。
在此我们再次看到了前面在麦克斯韦妖中提到的信息的概念，也可以说负熵在这里已经上升为信息，而我们现在正处在信息时代，信息的概念已经渗透到我们的日常生活之中。而物理原理是研究理想化的物质模型，之后再发展的理论因其复杂性便隶属于信息学，不再归物理范畴，可却能看到其诞生中的物理的影子。

2.生命与量子力学
这里量子力学主要和遗传物质相联系。
众所周之，生命中的一个重要特征就是遗传变异。这个特征决定了生命必须拥有一种的遗传物质，它既能够足够稳定地精确保存其绝大部分的遗传信息，又能在特殊的环境下产生变异来应对变化使生命特征得以延续。
而根据传统经典统计力学，可以推出一个有机体为了使它的内在生命以及它同外部世界的相互作用，都能为精确的定律所描述，它就必须有一个相当巨大的结构。因为传统经典统计力学，关于物理学定律的不确定度的期望值满足所谓的√n定律。比如若告诉你某气体在一定的压强和温度下具有一定的密度，比如说一定的体积内正好有n个气体分子，那么你可以确信，若能在某一瞬间进行检验，将会发现这个说法是不准确的。偏差的量级，若n=1oo,则为10，相对误差为10%，而n=1000 000,偏差大约为1 000，误差为0.1%。所以物理学和物理化学的相对不准确性总是可能发生在1/√n的相对误差范围之内。
可有机体内许多极其小的原子团，小到不足以显示精确的统计学定律。（比如一个基因结构包含1000或还要少个原子，用类似√n定律来算，则变异概率高达到3%这是不可能的）而它们在极有秩序和极有规律的事件中确实起着支配作用，它们控制着有机体在发育过程中获得的、可观察的大尺度性状，决定了有机体发挥功能的重要特征；在所有这些情况下，都显示了十分确定而严格的生物学定律。此时统计物理学似乎很难协调地来解释这方面事实，可以说陷入困境了，但量子理论可以提供解释。更确切的说，遗传机制是建立在量子论基础上的。
量子论的最大启示是在“大自然之书”中发现了不连续特点，并由此提出了能级的概念。而从一种不连续的状态转变为另一种，则称之为“量子跃迁”。
在给定的一组原子的若干个不连续状态中，不一定有但其中可能有是原子核彼此靠拢的最低能级，此时，原子组成了分子。需要着重指出的是分子必须具有一定的稳定性；除非外界供给给它以“泵浦”到邻近的较高能级所需的能量差额，否则构型不会改变。因此，这种数量十分确定的能级差定量地决定了分子的稳定程度。
下面只考虑不同温度下的分子稳定性，这是生物学问题中最感兴趣的一点。假定我们的原则系统一开始处在它的最低能级状态，物理学家把这个系统称为绝对零度下的分子。要把它提高到相邻的较高的状态或能级，就需要供给一定的能量。最简单的方式是给分子“加热”。把它带进一个高温环境（“热浴”），让周围的系统（原子、分子）冲击它。考虑到热运动的极度不规则性，不存在预感确定的、立即产生“泵浦”的、截然分明的温度界限。更确切的说，在任何温度下（只要不是绝对零度），都有出现“泵浦”的机会，这种机会是有大有小的，而且是随着“热浴”的温度而增加。表达这种机会的最佳的方式是，指出为了发生“泵浦”必须等待的平均时间，即“期待时间”。
而“期待时间”主要取决与两种能量之比，一种是为了“泵浦”而需要的能量差额（用W表示），另一种是描述有关温度下的热运动强度特性的量（称为特征能量kT,用T表示绝对温度，k表示波尔兹曼常数）。可以用数学表达式表示t=τexp(W/kT),期待时间t是通过指数函数的关系依赖与比值W/kT的，τ是10^(-10)或10^(-11)秒这么小的常数（代表这个时间内系统里发生的振动周期的数量级）。由于是指数形式，比值W:KT的相当小的变化，会大大地影响期待时间。例如w是kT的30倍，期待时间可能短到1/10秒；但当w是KT的50倍时，期待时间将延长到16个月；而当w是kT的60倍是期待时间将延长到3万年！
但在一些情况下，两个能级之间的自由通路被堵塞了，谈不上供给所需要的能量产生跃迁了；事实上，即使从比较高的状态到比较低的状态的通路也可能被堵塞了。
比如化学中的同分异构体，且分子愈大，同分异构体也愈多（有机化学中尤其典型）两个同分异构体的所有的物理常数和化学常数都是明显不同的。它们的能量也不同，代表了“不同的能级”。
而这种理论恰好可以解释基因遗传结构的特征。由振动能的偶然涨落所产生的分子某个部分构型的异构变化，实际上是非常罕见的事件，这就很好地解释了统计力学难以解释的基因结构的稳定性。而罕见的事件又对应与一次自发突变。因此，从量子力学出发，我们解释了关于突变的最惊人的事实。且突变是不出现中间形式的、跳跃式的变异。
再检验突变可能性公式：t=τexp(W/kT)（t是阈能W的突变的期待时间）可由此得出温度上升则期待时间减少，突变可能性增加。实际的动物实验比如果蝇实验证明这种可能性随温度上升提高得很明显(对于T+10和T的t的比值大约在1/2到1/5之间，也就是突变的可能性增加约两倍至五倍不等的差异)
而这种理论也解释了为什么X射线能诱发突变，用X射线照射亲代，可使后代中出现突变的百分比，也就是突变率，比很低的自然突变率增高好多倍，且突变率与射线的剂量严格地成正比例。因为克服阈值的能量一定是由爆炸式的过程(电离或激发过程)供给的。且X射线的电离作用或类似的过程恰好能克服阈值的能量，所以可以显着地提高突变率。
总的来说， 量子力学存在的能级概念是DNA等遗传物质变得相对稳定，要改变其结构须跨越一个势垒，于是出现突变的几率足够小，使物种得以在繁衍中缓慢进化。
结语
的确，世界是物质的，所以物理无处不在。对于神秘的生命，物理原理肯定远远不仅这些，而我所说的又只是已有理论的凤毛麟角罢了，深怕乱放阙词，所以便以“生命中的一些物理原理”作为题了。相信物理学家在生命科学以及任何其他学科的的研究中一定能写出最终回答“生命是什么？”的文章，到时候用什么标题应该都不为过了吧！

G. 这个宇宙有着完全不同的物理常数的宇宙中，是否存在着生命

我认为肯定存在着生命，毕竟茫茫宇宙当中，类似地球的行星数不胜数。不可能只有单单地球是一个例外存在着生命，或许只是人类的科技水平有限根本无法探知而已。

地球作为人类生存的摇篮，一直以来人类对地球之外的生命文明存在着好奇之心。毕竟如此庞大的宇宙当中却只有地球存在生命，这一点很多人根本不愿意去相信。毕竟在这样庞大的宇宙当中，定然会有符合生命生存条件的行星存在着。

地球出现生命是多方面因素造成的。

之所以地球会出现生命，也是由于多方面因素造成的。首先地球和太阳的距离就是一个重要因素，可以说地球与太阳的距离不算近也不算远。 而正是这种恰当的距离，可以使地球的生命接受到更多的太阳能量。如果距离太阳过近，很有可能会变成类似水星这样的行星，即使有了充足的能量，但由于温度过高生命根本无法生存。

H. 物理常数会改变吗

人类了解宇宙演化规律的工具是物理学定律，很多物理学基本定律中都存在相应的物理学常数，比如光速、万有引力常数、基本电荷数、普朗克常数等等，有时候我们会好奇，这些常数在我们宇宙的不同地方，或者不同时间线上是相同的吗？

但是该研究小组发现，他们得到的精细结构常数值与其他类似研究中的值存在差异，暗示着精细结构常数可能在宇宙中不同空间是有差异的，不过目前发现的这种差异非常小，不排除是测量误差或者其他原因导致的误差，鉴于该团队只测量了一个类星体的数据，所以该结论还有待进一步的研究。

I. 物理常数是指什么

基本物理常数（fundamental constants of physics）是物理领域的一些普适常数。这些常数的准确数值，由于从理论上说与测量地点、测量时间及所用的测量仪器及材料均无关联，因此称为基本物理常数。

基本物理常数的发现和测量，在物理学的发展中起了很大的作用。纵观物理学史可以看到，一些重大的物理理论常常与基本物理常数的发现或准确测定有着密切的联系。如在经典理论或定律中的基本物理常数有：牛顿引力常数、法拉第常数、阿伏伽德罗常数等，它们与经典宏观理论密切相关；当物理学从宏观世界的研究步入微观世界的探索时，仍然离不开基本物理常数。量子理论的建立开辟了微观物理的新纪元，普朗克常数伴随问世。随着对原子和分子光谱的研究，出现了精细结构常数和里德伯常数。爱因斯坦相对论的出现，伴随着一个十分重要的基本物理常数，即真空中的光速。光速不变原理是狭义相对论的两个基本原理之一。在量子理论和相对论建立的过程中，所确立的基本物理常数的数目已远大于原来经典物理中出现的常数。这充分说明，在微观和近代物理学中，基本物理常数具有更加重要的作用