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本帖最后由 刘萝卜锅 于 2018-5-19 09:52 编辑
品质源于技术 服务源于态度 这是阿什卡微信公众号的第509篇原创文章 首发于2018年5月7日 ▽ 生命的第一个特点：自组织
砰！
希特勒扣动扳机。元首一生都在追求绝对控制、绝对有序。然而，定制版瓦尔特PPK射出的子弹，却破坏了元首头部的有序结构。所以元首死了。
而那个让德军“迷之密码系统”变成广告，坑死德军的数学家、逻辑学家，却云淡风轻地在研究“有序”。他就是计算机科学之父、人工智能之父图灵。
图灵被一个问题迷住了：细胞刚分裂时，都是一样一样的啊，为什么搞着搞着，有的贵为眼睛，而有的却只能当脚趾头，凭啥？
是谁在指挥无数个细胞搭成一个活生生的人呢，是元首吗？当然不是。
不过，元首用生命教导我们：有序性崩溃的身体，只能叫做尸体。这是失去了生命的生物遗体的统称。
是的，生命虽然千奇百怪，但离不开一个共同特点：有序。
啥叫有序呢？就是确定的、有规则的、不乱来的。比如猪，都有头有脸，有鼻有眼。虽然长相不敢恭维，但各器官功能专一，井然有序，少了哪样都不行。再比如草履虫，虽然渺小到在高倍显微镜下才能一展尊容，但其DNA序列照样有条不紊，不比猫咪的乱半分。生命从结构到功能，都是条理清楚，次序分明，从来不做拍脑门的事。
这真是一件很奇怪的事情。
你看，在自然状态下，一个孤立系统中的事物，趋势总是越来越“无序”：墨滴在水里溶开，不会自动聚回墨滴；沙雕在风里吹散，不会自动聚成沙雕。人类描述这个现象，用的是热力学第二定律，也叫熵增定律。
所谓熵，比较通俗的解释是“混乱程度”。其实“熵”还有更准确一点的解释：有效能量耗散程度。
啥叫“有效能量”呢？
从心理学来讲，“曾经你就是我的空气”，这是有效能量；“我怎么感觉不到你”，这是无效能量。
从物理学来讲，宇宙中的总能量，不增不减，只能互相转化。比如石头从楼顶掉到地面，势能转化成动能，这个动能可以用来做功，这就叫有效能量。
那么，石头掉到地面、停下后，它的势能就消失了吗？不，势能转化成了热能，耗散了，不会再自动转化回去。不然的话，我们会看到满世界石头自动跳上跳下，没完没了。
能量转换这件事儿，在宇宙中时刻都在发生。虽然宇宙的总能量不变，但有效能量最终会耗散殆尽。那时，宇宙就是一锅均匀的能量粥，不再相互转化。，这个无言的结局，就是所谓的“热寂”。这是一个无法拒绝的结局。因为它是“熵增”的必然结果。
为什么天空变成灰色，为什么大地没有绿色，为什么犀牛没有了角，为什么大象没有了牙？因为熵增。
没有人能逆转宇宙的熵增，就算你能挽救股灾也不行。
不过，聊了半天熵增的“系统”，你可能没注意到它有个定语：孤立。熵增不是所有系统的性质，而是“孤立系统”的性质。啥叫孤立系统？躲进小楼成一统，你都不算孤立系统。不和外界交换能量，才叫孤立系统。
在这个宇宙，有无数个相对孤立的系统。但称得上绝对孤立的系统只有一个，那就是宇宙本身。因为它没有“外界”的能量可以交换。所以宇宙的总熵是在不断增加的。但是，这并不代表宇宙时时处处都在不停走向混乱。
乱中有序，才是宇宙规律。
“序”从何来？
在有效能量“无可奈何花落去”的耗散过程中，由于能量转换、做功，物质会借此互动。物质互动，就会“似曾相识燕归来”，产生局部的“有序”。你看，宇宙中奔涌的气体云，在引力作用下，会聚成团，生长出规则的星球，比如太阳。小星星绕着大星星转，会形成小小的稳定系统，比如太阳系。同样是在引力作用下，这些小星星、小系统会一起围着一个大核心转，这就是星系。
只一个简单的引力规则，就可以自动生成千奇百怪而有规律的系统。
日常生活中也是这样。
风卷黄沙，规则简单，动作杂乱。不过，大尺度看上去，大量的沙子会形成沙浪、沙丘这种起伏有序的结构。
原子之间的结合很随机，但可以形成有规则的结晶。最直观的比如雪花、水晶矿等。
这些小小的系统变得有序，全拜对外开放所赐。开放了，便不再孤立，就可以和外界交换能量，就成了后面要讲的主角：开放系统。
没有能量增减的孤立系统，其总体趋势是熵增。而一个开放系统呢，却可以通过从外界获取能量来提高有序度，让熵减少。这个过程就叫“自组织”。图灵认识到，这就是找到那个答案的钥匙。
好了，自组织牛到飞起，用能量把自己一次性搞到“有序”之后，是不是就从此高枕无忧，一直有序到地老天荒呢？天底下当然没这么便宜的一锤子买卖，天顶上也没有。创业易守成难。要想维持这种自组织，需要外界不断的能量输入。不输入会怎样呢？我们来看这样一个事实：今天，想找到地球形成之初的一块石头，已经是相当不容易的一件事了。岩石、矿物结晶这种自组织结构，虽然相对平衡、稳定，但没有自我维持的机制。所以，任何结晶，不管它是柔弱如滑石，还是坚贞似钻石，都会慢慢消失。
但是，月有缺来天有涯，天下处处有奇葩。有这样一种自组织结构，它不仅能打江山，而且善守江山，它可以不断跟外界交换物质、吐纳能量，来维持自身不稳定的自组织形态。这种结构，叫做“耗散结构”。
在神奇的自然界，耗散结构并不是熊猫那种珍稀的存在，而是宅男这种普遍的存在。
耗散结构不仅形状（空间分布）有序，节律（时间分布）也可以有序。这就造成一种奇特的现象：一堆无意识的物质，在简单规则的支配下，通过能量吐纳，出现似乎有意识的“行为”。这在生活中很常见，比如平底锅里，一薄层水，加热到一定温度的时候，它会突然出现规则的图案。这叫贝纳对流。地球上的龙卷风、木星上的大红斑，土星上的六边形云体，都是耗散结构。
如果孤立地看这种结构，它是“逆天”的，违反宇宙法则：自动变得有序。但是整体来看，这个有序，是靠消耗外部能量来维持的。它熵减的代价，是外部更大的熵增。所以，系统在总体上仍然趋于无序，并不违反宇宙法则。
生命就是一种耗散结构，而且是一种十分特殊的耗散结构。
怎么特殊呢？前面说的那些耗散结构，能量输入是被动的。而生命，可以主动摄取能量，来维持自己的系统平衡。一种微妙的，脆弱的，需要毫不松懈才能维持的平衡。
这是啥平衡，又怎么维持？咱俩玩玩滑梯就明白了。
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发表于 2018-5-19 09:50:59
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