从本世纪开始人们就知道现代自然科学是分裂为两大部类的：物理科学和生命科学。其间有着一条鸿沟，不可能统一起来。20世纪的前半叶，人们把这种分裂的原因归结到热力学的第二定律。因为第二定律把大规模物质运动的总趋势看成是无可避免地从有序到无序。而生命现象却正好相反，是从简单到复杂从无序到有序的发展。这些问题J·李约瑟曾在Quartemary Joumal of Biology中作过详尽的讨论。还有一位生物学的理论家Woodger在40年代写了一本很有名的书叫《生物学原理》。他在这本书中谈到生物学中的四大矛盾：一、生机论和机械论；二、目的论和因果论；三、预成论Preformation与新生论Epigenesis（这两个译名有待说明和商榷）；四、环境和个体。仔细想想，这几条都与上述的第二定律有关，我们将在下面详细讨论。
第二定律不但对于生命现象构成了困难，对物理学本身也是个难题。在第二定律提出的时候，人们就曾去讨论它。（有兴趣者可参考O.Costa de Beaure在1955年在荷兰出版的《逻辑，方法论，和科学哲学》313-342页的文章——不可逆问题）。
自从六七十年代以来情况有了变化。一方面是宇宙学的发展——提出了“大爆炸”的理论从而把第二定律的经验性质的定律变成了可从“大爆炸”得到的必然结果，这起码可以使讨论生命现象的物理本质问题的一大困难交给了宇宙学。另外，在40年代奥地利的著名物理学家Schrödinger写了一本小册子名叫《什么是生命》，这本书对物理学和生物学都起到了很大的作用，它影响了以后很多年物理学特别是生物学的发展。在这本书里他提出了两个观点：一个是他认为DNA是遗传物质的基础，第二个是他提出负熵的概念。第一个观点开辟了分子生物学前进的道路，第二个扫清了物理学和生物学间的逻辑障碍。但是要用物理学的理论来说明生命现象，如：思维、意识、目的等等问题看来还要等待物理学的发展。
70年代以来物理学的发展确实给了我们新的启示。在过去物理学认为生物学是对杂乱现象的描述，完全够不上现代科学的标准，但70年代以来，随着计算机技术的发展，物理学家发现物理学也进入紊乱的世界。过去那种高级绅士式的简洁明了的公式，明确漂亮的推论都可能是对现实世界的近似。现实世界不像物理、数学所描述的那样美妙，也没有一个绝对稳定不变的系统。于是，物理学进入了一个新的发展时期，出现了如混沌、分形、孤粒子这类非线性问题。生物学家多少有些兴灾乐祸地感到“吾道不孤矣”！而物理学家也想以他们的新进展来探讨生物学问题。这就是当前的态势。
一、生命
现在我们不防再来看看生物学的基本问题：
1.什么是生命？过去我们总想给生命以严格的定义。现在多少了解到像热力学中的温度一样，单个粒子不能有温度的定义，生命离开了生物圈也很难说明。生物圈是一个热力学的开放系统，其中有多种多样的相互交叉的物质运动。例如动物呼出二氧化碳吸入氧气，而植物吸入二氧化碳呼出氧气，以及植物成为动物的食物而动物的排泄物又成了植物的养料等等，这样就形成了氧的、氮的、碳的等等的物质运动循环。这样的系统中可以有生命现象，而生物个体则是多种物质流动的结点。在生物圈内的物质流动是由太阳能所推动，或者说由太阳所给予的负熵所推动。
这个公式中的Δ是熵的变化，Q是太阳辐射到地球上的热量，也是地球辐射到太空去的热量。Tsun和Tearth是太阳表面温度和地表温度。由此得到的负熵推动着地球上物质的流动。当然这不是足够的条件，因为其他行星上也有类似的负熵，但这是必要的条件。除了有自由能的供应外，生物圈内的物质流动相互作用中会产生复杂的分子，更重要的是出现了时空对称同时都破缺的分子。有了这些条件才保证了生物圈内物质的流动有一定单向和秩序。经过长期的演化和严格的手性选择才出现了生命现象。这样的生物圈稳定么？看来并不一定。历史上就有过多次的变迁。如果要在地球外建立一个能够独立自主的生物圈，首先要考虑的是有多少生命物质，要维持多少时间，应该有多大？这些都是基本理论问题，不解决这些问题奢谈球外移民，那不是科学，是科幻小说。
二、思维和意识
思维和意识是有关的但又不完全相同。如果我们把信息处理过程都认为是思维过程的话，那么机器是可以进行思维的。例如计算机。但人的思维过程中出现新的“突显”（emergence），这就成了一个可争论的问题。我们知道过去生物学中关于机械论和生机论有过长期的争论。后来大家知道其实双方所差有限，大家都认为有一种机制（或机械），不过机械论认为生命就是机械，生机论认为除机械外还有机械的操纵者。不同时代有不同的机器，从蒸汽机到计算机，生命都曾被用这些机器来比拟过。两种不同理论所差就在有无操纵者和编程员。在思维过程中出现“突显”这是活物质的特点。也就是生物学中称为新生原则（epigenetic principle）。操纵者也好、编程员也好，都是表现有意识的存在。这种有意识的思想活动不仅在高级的生物如人有，而且在低级的生物中也类似有所表现。如一条小虫对抗引力向树上爬，“为的是”要在以后某个时刻能吃到叶子。这是目的现象，与物理学中的因果现象正好相反。它是由将来的目的来决定现在的运动方向。所以说意识、思维、目的、负熵、突显和分子手性是一个问题的方方面面。对这个问题的研究肯定会成为下个世纪的难点与热点。
有些问题由于提法不同会产生很不同的理解和研究途径。例如目的现象的说法就给人们以生物学与物理学绝然相反的感觉。思维和意识也有类似的情况，但要更复杂一些。如果我们把这个问题放在生物圈的大量循环运动中去看，放到神经网络的循环中去看，所得到的结论可能很不一样。生物的和人的输入与输出有多种多样的渠道，计算机的输入不过是电源和编程序人的知识而已。在思维与意识问题中的自我（ego）还是今后的主要困难，对此问题有兴趣的人可参阅Ecles和Popper的有名对话。
本世纪下半叶非线性科学的发展把我们从封闭的、稳态的、线性的思维中解放出来，看来我们有希望在21世纪中对这些相当古老的难题做出一些新贡献。
发表于 2018-1-13 00:38
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