#AihuaRead

终于读到薛定谔这段著名的论断了,哈哈。摘录自《生命是什么》:

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从环境中汲取“有序”而得以维持的组织

生命有机体借由推迟衰退到热力学平衡状态(死亡)的奇妙能力,用统计学理论的术语怎么表示呢?我们此前说过“它靠负熵生存”,它会向自身引入一连串的负熵,来抵偿由生命活动带来的熵增,从而使其自身维持在一个稳定而且相当低的熵值水平。

如果D度量的是无序性,它的倒数1/D就可以用来直接度量有序性。由于1/D的对数恰好是D的对数的负数,我们可以把玻尔兹曼方程写成这样:

-( 熵)=k log(1/D)

于是,“负熵”这个糟糕的表达就可以用一个更好的说法代替: 带负号的熵本身就是有序性的度量。从而,有机体用于使自身维持在一个相对高水平的有序状态(=相对低水平的熵)的策略,就在于不断地从环境中汲取“有序”。这样的结论就不会像它一开始提出来时那么矛盾,但可能会被批评为太通俗了。确实,我们对高等动物所赖以生存的那种有序性已经熟悉不过了,即被它们作为食物的、多少有些复杂的有机化合物中那种极其有序的物质状态。这些食物被动物利用完后,会以一种降解程度很高的形式排出——不过也不是完全降解的,因为植物还可以继续利用(当然,对植物来说,最主要的“负熵”来源还是阳 光)。

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转载自此章节的书评(from 漫卷黄沙):

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自然界生物链的呈现让我们可以看到高等级生物是在富蕴着比它低级的生物环境中才能进化出来的,而进化的实质就是更高效率的吸“负熵”。

生态圈底层的单细胞生物、微生物、苔藓乃至植物等依靠周围环境中的矿物质,阳光,水分等生存,所吸收的“负熵”,或者说能量与高级的吸收蛋白质、糖分等的高等级动物相比,效率是比较低的。这表现在人类及高等级的哺乳动物能够直接吸收低等级动物的蛋白质,糖分等营养食物。并通过吸收分解、储存这些高级的营养物质,使用这些物质更方便的进行新陈代谢。

相对来说,低等生物吸收矿物质、水分,阳光等需要更多的能量来是这些物质结构发生“量子迁跃”形成自身需要的物质结构。这种吸收“负熵”的效率决定了生物等级的高低。

当人类结成一个个整体,形成社会时,这种吸收负熵的效率变的更高。其实人类社会现在已经是比原始人类的结群生活更高级的一种生态形式了,表现为在人类基础之上形成的社会、文化、国家、文明。这些社会现象完全是可以看成在人类基础之上形成的新的生命形态。之所以能形成这些新的生命形态,其唯一动力其实也是因为人类群体统一的社会、文化、文明形态能够更有效率的吸收“负熵”。重要的表现就是人类在这样的环境中“存活率”要比古代大的多。而这些更高等级的生命形态显然并不以某个人或者某几个人的意志,思维来主导的。即使一个国家的领导人也只能代表某个群体的利益来思考解决社会问题。

国家这种生命形态的意识也表达为法律、国际外交策略,经济管理手段,甚至军事手段等。而这些高等级的生命形态随着他们各自对世界、各自生存的环境认识的科技水平的提高,其最终的目的还是尽力降低自身结构“负熵”。

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所以有些地方是秩序高地,自组织生态丰富,人们葆有更多自由;有些地方是秩序洼地,靠一个单一排他的强制组织维持一切秩序,一旦失去,洪水滔天。

有点疑惑,组织的复杂度和有序性都是墒减的结果,吸收外界的负墒来维持自己的有序性抵消墒增的热力学趋势,那这增加的有序性是从外部吸收进来的,还是通过吸收能量然后自我生成有序性?换个说法,我要增加或维持有序性,就需要消耗能量,那么这能量就需要从外部获取,而获取能量的方式比如食肉动物,是将一个有序有机生命体给还原成蛋白质和脂肪,这就是墒增了。

是通过外部环境的熵增,换取自身的熵减。

植物通过光的能量转化生成高级有机分子,这是增加有序性,是墒减,那外界墒增是什么?

太阳内部核聚变反应。

光合作用如何能影响太阳的核聚变呢?

如果说光合作用直接影响的,那就是直接的负熵源头,那显然是到达叶片表面的太阳光,被叶片通过光合作用吸收成为自己的负熵。

环境的熵增加了吗?确实增加了,虽然我不太清楚怎么直观地解释,但我可以试图分析一下。

把一束太阳光照进来后的地球当成一个孤立系统来分析,根据热力学第二定律,孤立系统必定熵增。

那么植物通过光合作用固化碳形成有机物获得负熵-a(a>0),那么除植物以外的环境获得熵b,根据热力学第二定律b-a>0,那么b>a>0,环境熵增。

正因为有太阳照射,地球才出现生命。而这也是地球本身不能作为孤立系统的原因。也没法想象一片叶子接受一缕阳光后把整个地球环境看作封闭系统来分析吧。墒作为无序状态的概念,负墒就被刻画有序,而有机体或许不是从环境摄入有序,而是通过太阳辐射的能量转换为化学能量制造了某种有序,在这基础上的食物链和生命活动逐级积累有序性。生命是什么,你说是负墒或有序性,倒不如说是活动。植物光合作用是活动,有机生长;动物活动,直接摄入有机物直接利用能量,这样实现保存和复制自我。动比不动大大增加了接触到食物也就是能量物质的机会,必然会朝着这个方向演化。神经系统的最原始形式也不过就是对环境的直接反应,增加趋利避害保存自身的机会,演化到今天大脑还是用来从环境中获取食物和交配,保存和复制自身。

基于瞬间来分析,还是可以当成孤立系统的,虽然并不存在一个时刻地球没有在接收新的能量。但是假想嘛,局部+瞬间,就孤立地分析这缕阳光+地球,就算其它阳光、地球向外的热辐射这一瞬间都不存在也不会影响结论。

你说活动是生命的定义,那么太阳算不算一个生命呢?它每时每刻都在活动,它和一棵活得时间非常长的植物(假设存在)有什么区别呢?

一棵树是从种子一点点细胞复制累积长起来的,自然界无机物也有这种随时间累积起来的事物,但是区别还是有机生命是在做某种能量转化的活动来实现这种复制累积。

👀能量就是熵的表象呀…

你说的能量积累过程,就是在说吸收负熵。

墒是形容能量的传递不可逆过程吧,能量怎么是墒的表象呢?我对老薛的疑点就是他把墒给整得太神秘了,什么都是墒的事儿了,一个概念解释宇宙万千。可它又不是基本粒子也不是基本相互作用。

举个例子,两团气体,一团高温一团低温,那么就存在一个势能对吧,本来是低熵混合之后变成高熵,能够用来做功,火力发电就是这个原理。

“一团高温气体”根本就没有能量的概念,它无法做任何事情。

“一个高速运动的木块”,同样也没有意义,必须有参考系你才能说它在高速运动,比如它撞上了一坨静止的泥,木块的动能转换为泥里面的分子的动能,宏观表现是泥的温度升高了,就是热能,然后我们又可以利用这个温度差,去做别的事情,等等。

粒子无规则运动本身就是能量表现啊,运动快慢本身就表现为温度。

做功做事情是一种有序的能量转化吧,我理解的温度差之间热传递的方向才是墒的概念

看来我要复习一下大学物理了,我可是最喜欢物理学啊🥹

哈哈哈这个严格意义算热力学,虽然听起来有些奇怪,我认为学习化学热力学有助于培养对于熵的感性认识。

物理热力学… 怎么说呢,很精确哈哈哈,但是容易懵。当然它们本质上是一个东西。

那什么是能量呢?🐶

感觉这本书可以提高智熵。

entropy本来就是个热力学概念,大量无规则运动分子的统计规律,但是生命在微观分子层面上表现出了从无序中产生有序,但是这种有序性用墒来说明,是否可以一直延伸到高级生命,甚至到了人类的精神和社会活动也能用这个统计学概念来说明?

人类个体组成的社会组织系统,它的秩序是统计学的问题吗?这里的个体在什么意义上可以适用于分子无规则运动所表现出的统计学规律?人类社会可以说比自然界的飞沙走石有更高的有序性和组织性,这没问题,但说它是墒减,有什么意义呢

再牵扯上自组织系统,一个中心化的权力结构控制下的秩序和一个自组织的自由结合起来的去中心化的系统,哪个墒更高?从集权到民主是墒增还是墒减?

理想状态下,肯定是前者熵更低,因为更加有序(秩序)。

但是更低的熵意味着更高的维护成本,需要更多的能量来清除破坏秩序的成员。

但是如果只是表面有序,实际上内部已经开始形成逐步扩大的混乱且无法发现或清除。这种系统内部的应力会越来越大,最终一下崩溃。

民主政体如果静态地分析,由于其容忍更高的多样性,因此熵肯定更大。但是考虑到其显式地、动态地协调内部各群体矛盾的能力,能够及时发现并清除系统内部应力,所以不容易出现前面系统那种潜在的崩溃。

中心化权力控制的社会秩序不具备可扩展性。

集权的可扩展性很差,而民主的可扩展性却非常强。

集权(Pos民主)是非对称的社会结构,而Pow民主是完全对称的社会结构。

显然对称的社会结构熵值更低。

集权制文明很难发育出更先进的科技和精彩纷呈的文化生态。

而民主制文明可产生更先进的科技和丰富多彩的文化生态,输出更多低熵体(物质文化产品)。

美国的民主更类似是资本Pow,显然要比独裁制优越很多。

但尚有能量Pow,那是更低熵的比特币文明时代。

只分析制度的话,那肯定对称性更高的制度熵更低。

如果分析社会的话,社会是人+制度,专制下的人多样性更少(也是对称性哈哈哈),熵会更低一些。

在我看来并不是熵越低越好呀,一个就你无法突变的种群不具备应对多变环境的能力,这其实是从自然这个大的秩序来看的。

前面我们说到,专制政体会消灭掉破坏秩序的成员以维持低熵,而自然这个秩序会消灭掉不适应它的生命以维持低熵。(所以最后所有的生命都能够被分析出其生存逻辑,这何尝不是一种对称性)

面对不断变化的自然规则,拥有更高熵的种群反而有着更高的概率存活下来。

专制政体并没有明确规则,完全取决于个人好恶。

不妨思考一下是旧石器时代的一枚石币蕴含的熵值更低,还是苹果手机的熵值更低。

生产一枚石币的能量和算力(人脑)投入很低,而生产一个苹果手机的能量和算力投入显著高于前者。

我们知道能量和算力持续投入会不断降低系统熵值。

历史经验表明,民主政体的经济繁荣程度显著高于非民主政体,由此得知,民主政体的算力和能量投入会显著高于非民主政体。

所以民主政体系统的熵更低。

正如地球生命是以逆熵为食,在进化过程中,熵值有越来越低的整体趋势。

人类社会制度本质上也是一种信息结构,也应有上述趋势。

🤔嗯,有道理,我想像成一个类似为了贯彻落实某一理念比如共产主义的专制政体了,但实际上并不存在…

专制政体只存在独断专横的统治者、各怀鬼胎的贵族和人心惶惶的群众,显然是高熵状态。

区别就在于被迫的有序和自由组织的有序。恰恰正是非生命和生命的区别。集权统治下的群众是被控制强迫的有序,失去个性自由的个体组成的秩序不过是低级的负墒,甚至技术创造的机器就是这种非生命形态的有序的典型。而生命不只是有序,就像蝴蝶🦋和钟表都是复杂有序的组织,蝴蝶的生命就在于自成蝴蝶的每一个细胞都不是服从于某一个意志的命令和目的。我感觉这这许正是生命是什么不能从熵的概念去定义的原因吧。

宁做自由的草履虫,不做体制的螺丝钉。

这里的熵值低指的是同一系统内所有物质或信息加和之后平均意义上的信息排布秩序的量度。

假如可复制出二个一模一样的旧石器时代地球,一个地球的算力和能量属于现代信息化社会的利用率水平,另外一个地球算力和能量利用效率尚属于旧石器水平。

两个地球上物质材料完全一样,但显然前者地球物质材料排布更有秩序,它的熵值更低。

有意义呀,对于一个机体,熵最大的状态是死亡。对于一个组织,熵最大的状态就是分崩离析,低熵状态就是有序(秩序)。

所以为了维持低熵状态,需要能量去维护这个过程,清除掉破坏秩序的因素,比如雇佣警察抓捕犯罪分子。

科学史上曾经把燃烧现象解释为燃素的作用,薛定谔试图用墒来打通物理学和生物学,只是想要解释生命现象的出现并不算是挑战了物理学定律,而是生命本身的特性正是用能量转换的活动来实现了对墒的对抗。这样他的目的就达到了物理学规律的普遍性延伸到解释生命是什么。生命是有机分子是能量交换是新陈代谢这些都不是问题,老薛搞了半天其实还是要把生物学的描述转为物理学描述。没办法,那个年代是物理学大爆发的黄金时代。

精神活动是一定可以的,读书使人熵减,能够把混乱的思绪理清楚。

物质上反映为建立更加精确的神经突触链接。

精神活动的有序性就完全是墒的比喻引伸义了,思维概念的秩序更多是符号秩序,是逻辑,除非你说胡思乱想没有逻辑的思维状态和逻辑思维状态是有明显的脑神经状态区别。神经元之间传递的连接是否强化并不意味着有序无序,强化的精神错乱和强迫性思维一样是神经元之间固化连接。

我认为熵的概念能够扩展到理念世界中来🐶

柏拉图可能不太能接受。理念世界是最纯粹的形式存在,一切现实感性世界的事物都只是理念世界在物质空间的投影,如果有墒增定律,也他也会说这恰恰是物质空间本身造成的不完美,而理念世界是确定的完美的秩序的可以用数学描述的形式存在,这种存在是从定义上没法说有趋向无序混乱的方向去的。

转载自此章节书评(from 大太阳):

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我还发现这跟尼采的观点及其的相似。

尼采把悲剧看做是日神和酒神的结合。日神代表美丽的外观,是有序的的表象,不就类似于人类身上的有序吗;酒神则代表放纵,盲目和冲动,它是原始的生命意志,不就像是薛定谔描述的世界熵增并且加无序吗。

尼采说,艺术拯救人生。悲剧是,个体毁灭而回归万物之母。我现在的理解是,人要避免毁灭而维持有序性,需要日神艺术(比如绘画雕塑等)。但是,酒神艺术(音乐最能代表酒神艺术)同样不可或缺,因为酒神才是虚幻的美丽外观背后的本原。

这样看来,有序和无序的矛盾,就像是日神和酒神的矛盾,于是产生了悲剧。因此,艺术拯救人生,就像是吸收有序来维持有序一样,似乎挺合理。

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漫卷黄沙的回复:

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确实没读过尼采,不过很久以前读过一本罗素写的《西方哲学史》,二十多年了,虽然对这本书记忆已经很模糊了,但仍有对日神与酒神的一个印象保留在记忆中,记得看完那本书好像有过一个印象,中国古代没有酒神到崇拜,所以没有产生真正的逻辑学基础以及后来抽象的数学理论,从而也没有产生现代科学。早忘了是怎么得出这个结论的,但酒神崇拜当时确实让我也想了很久。

说到艺术拯救人生,我觉得对于个人来说,艺术的感受一般就是其所属文明的通感,而由于艺术在其所属文明中产生共鸣,传播共同的感受。所以艺术也是维护本文明系统中的有序性并使之传承一个方式。或许我当时觉得正是酒神不断打破这种有序,使得这个文明更能面对混乱的思想,容忍了与社会主流不相容各色人等,也使得古希腊的各种哲学思辨一直绵延不断的发展下来,最终产生了真正的科学。

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看来漫卷黄沙至少四五十岁了👀怪不得有这么深刻的见解,我不焦虑了。