為了拯救自由意志,也為了拯救自己的宗教信仰,麥克斯韋設計了一個思想實驗。想像在一間房子的門口住着一個妖怪,對經過門口的每一個粒子的速度進行測量,只允許速度快的粒子進門。久而久之,房子裏便會充斥着速度快的粒子,使得這間房子永遠保持高溫狀態而無需加熱。按照熱力學第二定律,封閉系統中的熵應該是不斷增加的,但在這裏,系統本來是均勻的,但經過妖怪的操作後,竟然變得更加有序了(低熵狀態)。這似乎違反了熱力學第二定律。於是,熵增定理導致的決定論似乎被打破了,人類重新獲得了自由。
可惜這個思想實驗是不正確的,因為妖的存在本身也要消耗能量和增加熵。德裔美國物理學家羅爾夫·蘭道爾(Rolf Landauer)通過計算指出,那個想像中的"麥克斯韋妖"要決定是否讓分子通過,就必須觀測並存儲信息,在測完粒子速度之後必須擦除內存才能繼續測量下去,而這個擦除動作是需要消耗能量的,其最低值被稱為蘭道爾極限值(Landauer limit)。這意味着雖然妖怪能局部降低系統熵,但它自己需要進行計算,這個計算過程最終導致總熵增加。因此,熱力學第二定律依然成立,熱寂仍然會是宇宙的終點。
不過,按照另一位物理學家薛定諤的觀點,生命其實並不違反熱力學第二定律,因為所有的生命都是封閉的非平衡系統。這樣的系統在大自然中相當常見,比如颶風和水流的漩渦就是兩個很好的例子。這樣的封閉系統只要持續地從外界獲得能量,持續抵抗熵增,就能自發地組織成有序結構。換句話說,生命本質上就是一個具備自組織能力的非平衡系統,只要為麥克斯韋妖提供一定的能量,就能讓房間永遠保持高溫。這意味着,生命有能力在一個總體熵增的環境裏暫時維持局部的有序狀態。
隨着生物學研究的深入,科學家們發現細胞這間房子的門口住滿了麥克斯韋妖——也就是遍佈細胞膜的各種離子通道。它們有選擇地讓某一類離子通過,而拒絕另一類離子的進出,以此來維持細胞內外的滲透壓差,細胞的生物活性就是靠這個壓差來維持的。當然了,這些小妖是需要能量的,並不違反熱力學第二定律,但有研究顯示,細胞完成這個工作所需的能量僅為蘭道爾極限值的10倍左右。相比之下,現在最好的計算機要想完成類似的工作,所需消耗的能量至少是蘭道爾極限值的100萬倍。僅從這一點就可以看出,人工智能的效率還遠遠比不上大自然進化出的生命智慧。
在這個例子中,遍佈細胞膜表面的麥克斯韋妖(也就是各種離子通道)展現出了類似"行為主體"的特徵。它們有特定的目標(維持細胞內外的滲透壓差),具備收集信息的能力(鑑別不同的離子類型),以及根據環境信息做出相應行動的能力(泵出特定的離子)。更重要的是,細胞生活在一個複雜的環境裏,每時每刻都有大量離子經過細胞膜,膜上的這些小妖每時每刻都被海量的信息包圍着,它們必須知道哪些信息是有用的,哪些信息是噪音。這個本事一方面可以從進化中習得,但也可以從生活經驗中慢慢總結出來。如果這些小妖不是"行為主體"的話,很難想像會出現這樣的結果。
正因為如此,鮑爾堅信"主觀能動性"才是生命區別於非生命的最核心的要素,除去這一點,其他同樣具備自組織能力的非平衡系統不是生命。舉例來說,河流中的漩渦依靠水流帶來的能量維持了自身的存在,這可以理解為一種簡單的新陳代謝。這些漩渦也可以持續生產出更多的漩渦,這可以理解為一種簡單的自我複製。但是,這些漩渦沒法做到根據水流的情況主動做出應對,它們不是具備主觀能動性的"行為主體",因此它們不是生命。
換句話說,生命並不是碰巧出現的一種能夠抵抗熵增的非平衡結構(比如颶風和漩渦),而是專門為此目的(抵抗熵增)而進化出來的一種更加複雜的非平衡結構。如果你按照抵抗熵增的能力來為自然界出現的各種非平衡結構排個序的話,生命肯定排名第一。按照熱力學定律,一個封閉系統對熵增的局部抵抗反而更能促進宇宙整體的熵增——例如生命獲取能量的過程會釋放更多的熱量,使環境的熵增長更快。所以生命的出現其實是熵增定律的一個推論,是熵增定律所主導的世界最有可能出現的結果。
那麼,生命的這種超能力是哪來的?答案就是基於自然選擇的進化,而"行為主體"的出現恰恰是進化的傑作。想像一下,如果一種生物只能根據寫在DNA上的指令來應對外部環境的變化,那麼它要麼非常脆弱,要麼需要海量的DNA,這顯然是過於昂貴了。但是,如果一種生物能夠根據自己的需求,對不同的外部環境做出靈活的反應,那麼它一定會更好地適應環境,並在進化中勝出,這就是"行為主體"的成因。這個"行為主體"能夠最高效地抵抗熵增,正是因為它具備主體能動性,有自己的目的和意義。很多原教旨唯物主義者不敢談生命的目的和意義,認為這是唯心主義的,屬於宗教的範疇,但事實恰好相反,追尋生命的目的和意義,其實是有生物學基礎的。進化就是最有可能產生目的和意義的過程,大家千萬不要小瞧進化的力量。
當然了,進化本身沒有目的,但製造意義是維持生存和繁衍的絕佳方式,甚至可能是唯一的方式,所以能夠產生意義的那個實體就是進化所能產生的最成功的實體——這就是生命。
總之,鮑爾堅信生命就是在宇宙中創造出意義的東西,現代生物學所面臨的最大挑戰就是對生命的意義開發出一個合理的解釋框架,只有這樣才能真正明白生命是如何運作的。甚至,他認為只有這樣的生物學研究才有意義。"如果我們不搞明白生命的意義,研究那麼多細節有什麼用呢?"他在這本書的結尾這樣寫到。

















