從熱力學(xué)第二定律的角度論述生命活動(dòng)的本質(zhì)

1、從熱力學(xué)第二定律的角度論述生命活動(dòng)的本質(zhì)從熱力學(xué)第二定律的角度論述生命活動(dòng)的本質(zhì)王博041211021120111021一摘要摘要：熱力學(xué)系統(tǒng)所進(jìn)行的不可逆過程的初態(tài)和終態(tài)之間有著重大的差異，這種差異決定了過程的方向，人們就用態(tài)函數(shù)熵來描述這個(gè)差異，薛定諤曾經(jīng)說過：“生命以負(fù)熵為生?！睆暮暧^來看生命（正常死亡的生命）過程就是一個(gè)熵增的過程，始態(tài)是生命的產(chǎn)生，終態(tài)是生命的結(jié)束，這個(gè)過程是一個(gè)自發(fā)的、單向的不可逆過程。二知識(shí)背景知識(shí)背景18

2、50年，克勞修斯在卡諾的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律與卡諾原理，指出：一個(gè)自動(dòng)運(yùn)作的機(jī)器，不可能把熱從低溫物體移到高溫物體而不發(fā)生任何變化，這就是熱力學(xué)第二定律。不久，開爾文又提出：不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響；或不可能用無生命的機(jī)器把物質(zhì)的任何部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機(jī)械功。這就是熱力學(xué)第二定律的“開爾文表述”。奧斯特瓦爾德則表述為：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功。在提出第二定律的同時(shí)，克勞修斯還

3、提出了熵的概念S=QT，并將熱力學(xué)第二定律表述為：在孤立系統(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過程總是使整個(gè)系統(tǒng)的熵增加。但在這之后，克勞修斯錯(cuò)誤地把孤立體系中的熵增定律擴(kuò)展到了整個(gè)宇宙中，認(rèn)為在整個(gè)宇宙中熱量不斷地從高溫轉(zhuǎn)向低溫，直至一個(gè)時(shí)刻不再有溫差，宇宙總熵值達(dá)到極大。這時(shí)將不再會(huì)有任何力量能夠使熱量發(fā)生轉(zhuǎn)移，此即“熱寂論”。作為描述熱力學(xué)系統(tǒng)的重要態(tài)函數(shù)之一，熵的大小反映系統(tǒng)所處狀態(tài)的穩(wěn)定情況，熵的變化指明熱力學(xué)過程進(jìn)行的方向，熵為熱力學(xué)第二定律提

4、供了定量表述。三基于熱力學(xué)第二定律理論對(duì)生命活動(dòng)本質(zhì)的思考基于熱力學(xué)第二定律理論對(duì)生命活動(dòng)本質(zhì)的思考宇宙萬物的一切變化都在熱力學(xué)的掌控之中，包括兩種形式的能量之間的轉(zhuǎn)化，物體與物體之間熱量的傳遞，做功與能量的轉(zhuǎn)變。熱力學(xué)第二定律是所有物理定律的基礎(chǔ)，因?yàn)樗缍艘磺凶兓姆较?，包括本文所要討論的生命本質(zhì)既時(shí)間流向。熱力學(xué)第二定律與時(shí)間流逝熱力學(xué)第二定律與時(shí)間流逝早在1851年開爾文就根據(jù)熱力學(xué)第二定律推測(cè)宇宙內(nèi)所有的變化都會(huì)沿著有去無回

5、的方向進(jìn)展，他提出“時(shí)間是有箭頭的”，這也是最初的以熱力學(xué)對(duì)生無序到有序，向著熵減少方向轉(zhuǎn)化（δS≤0）。主宰這一過程的本質(zhì)力量是人體基因——DNA。DNA通過與各種調(diào)控因子（主要是各類蛋白因子）的特定專一性有序相互作用，基因表達(dá)與遺傳信息的傳遞受到生命這一復(fù)雜巨系統(tǒng)精確的協(xié)同與調(diào)制，從而保證生命體系各種物理、化學(xué)與生物學(xué)等過程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。生命過程的對(duì)立面即是死亡。人體內(nèi)源的細(xì)胞基因，主要指調(diào)控基因及重要結(jié)構(gòu)基因元件，由于各種體內(nèi)、體外

6、致癌因素，導(dǎo)致上述重要關(guān)鍵基因元件的異常突變——即所謂的細(xì)胞基因癌變，因而造成人體正常基因組的異?；罨?，細(xì)胞無節(jié)制地?cái)U(kuò)增，使有序向無序轉(zhuǎn)化，加速生命的耗散，熵值異常增大。當(dāng)熵值增至無窮大時(shí)，人的生命便終止了。熱力學(xué)第二定律與意識(shí)熱力學(xué)第二定律與意識(shí)生命之所以區(qū)分于其他物質(zhì)，就是在于生命有獨(dú)立的意識(shí)。從某種角度講，熵值的增加導(dǎo)致了整個(gè)宇宙由簡(jiǎn)到繁的發(fā)展過程，而這種歷史軌跡就是為了增加“意識(shí)”的選擇，熵值的增加使意識(shí)以時(shí)間為軸有了方向。隨著

7、整個(gè)宇宙趨向于無序，隨著生命個(gè)體的整個(gè)時(shí)間分配給不同的年齡而導(dǎo)致了年齡的增長(zhǎng)，生命的意識(shí)也是由簡(jiǎn)到繁的過程，也與年齡的增長(zhǎng)同步而接受了更多混亂的來自外界的知識(shí)和對(duì)環(huán)境的認(rèn)知，從而是自己更加的智慧，頭腦中的東西更為復(fù)雜。同時(shí)正是由于意識(shí)的增長(zhǎng)人類的智慧不斷發(fā)展，從而就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“熵”這一理論來解釋宇宙萬物的普遍規(guī)律。從這個(gè)角度來講，所有以上推論滿足了物理學(xué)中的“環(huán)”，也就是經(jīng)過一系列的分析之后最終的推論與最初的猜測(cè)完美地吻合。四思考與

8、結(jié)論思考與結(jié)論我們看到熱力學(xué)第二定律決定著宇宙萬物發(fā)展變化的一切基本規(guī)律，它決定了時(shí)間的走向，宇宙的起源和滅亡以及一切生命活動(dòng)的本質(zhì)所在。越發(fā)發(fā)現(xiàn)，“熱力學(xué)第二定律”在生命科學(xué)中具有重大的作用，它將生命個(gè)體在理論上與生態(tài)系統(tǒng)，以至于整個(gè)宇宙相聯(lián)系起來。這種說法與我國(guó)古代的“天人合一”，“天道永恒”想通。從宏觀來看生命（正常死亡的生命）過程就是一個(gè)熵增的過程，始態(tài)是生命的產(chǎn)生，終態(tài)是生命的結(jié)束，這個(gè)過程是一個(gè)自發(fā)的、單向的不可逆過程。而這