逆天而行? 宇宙是熵增的, 为什么还会出现熵减的生命?

相信大家或多或少都听说过熵增定律，简单来讲，所谓的熵就是系统混乱程度的一种度量，系统的熵越高，混乱程度也就越高，反之亦然，而熵增定律则告诉我们，随着时间的推移，一个孤立系统中的熵，总是会自发地趋向于增加或者保持不变，比如说我们的房间不打扫，它就会不可避免地越来越乱，这就是熵增定律的一种直观表现。

从更宏大的角度来看，熵的增加也应该是宇宙万物演化的必然趋势，然而在这个一切趋向于无序的宇宙中，生命的存在和演化却表现出了明显的熵减趋势，看上去似乎在逆天而行，那么问题就来了，既然宇宙是熵增的，为什么还会出现熵减的生命呢？下面我们就来聊一下这个话题。

实际上，熵增定律的适用范围，其实是孤立系统，即一个与外界没有任何能量和物质交换的系统，但生命体并不是宇宙中的孤立系统，而是开放系统，而生命之所以会表现出熵减趋势，其实是以外界的熵增加作为代价的。

需要知道的是，在宇宙中，地球本身也不是一个孤立系统，它其实一直从太阳源源不断地接收能量——这些能量是一种高度有序、低熵的能量形式。

地球上的植物通过光合作用把来自太阳的能量转化为化学能，制造出复杂的有机分子，这些分子比普通的二氧化碳和水要有序得多，它们就是生命熵减的表现，而动物通过吃植物或者其他动物，把这些复杂分子的能量进一步利用，这也是生命熵减的表现。

但这个过程并不是“免费”的，因为光合作用的副产品是低熵的能量形式转化为高熵的能量形式，难以再利用，而动物呼吸、运动和代谢也会造成同样的效果，因此生命活动的总熵其实是在增加的，也就是说，虽然生命表面上是熵减的，但这是通过将无序“转嫁”给外界实现的，对于整个宇宙而言，其实仍然是熵增。

那么，生命最初又是怎么从一团混乱中诞生的呢？我们接着看。

在早期的地球上，一切看起来都毫无生机：岩石、海洋和大气，然而，这片看似单调的景象中却潜藏着一个重要的秘密：能量梯度。简单来说，能量梯度就是不同地方的能量水平存在差异。地球上那些能量梯度——比如火山热泉中的高温和冷水之间的温差、闪电释放的强大能量、太阳光照射的强弱差异等等——就像无形的手一样，在各种物质之间推动着化学反应的进行。

能量梯度的存在，就会使地球上的物质通过一系列的化学反应生成越来越复杂的分子，并最终演化出了生命，而在这背后，其实是熵增的作用。这是因为在能量梯度在被利用或自然消散过程中，能量其实是在逐渐趋于均匀分布，这无疑会导致系统的总熵的增加，所以即使生命利用能量梯度实现了局部熵减，但整个过程的总熵仍然是增加的。

也就是说，正是熵增的过程推动了化学反应的发生，而生命却是这些反应中的一种结果，这也就意味着，生命的诞生也不是逆天而行，而是宇宙熵增的一种“副产品”。

值得一提的是，有一种被称为“耗散驱动适应”的理论认为，宇宙中的微观粒子在吸收和释放能量时，会自发地重组成特殊的形式，以更高效耗散低熵的能量，进而“帮助”宇宙更快速地实现熵的增加，而这种微观测粒子的自组织能力，可能就是生命出现的关键，从这方面来讲，生命不仅没有违背熵增定律，反而是熵增的最佳表现，或许，宇宙的熵增本身可能就在“偏爱”生命的诞生……