地球生命是宇宙发展的必然吗?

   在知道量子力学以前,我的观点是机械决定论,即认为万物的运动都是是必然的。这种观点来自牛顿力学。根据牛顿的绝对时空观,所有的物质都遵循着精确的规律在运动,一旦某个时刻所有物质的运动状态一定,以后任一时刻的所有物质的状态都可以由这一时刻决定。就如同一旦钟摆开始摆动,假如没有外来阻力,它会一直摆下去。对于整个宇宙,没有任何“外来”的东西影响它,所以宇宙会按照自己的精确规律运转下去。它有个假设,那就是无论组成物质的基本单元多么微小,都有自己精确的运动规律。

   根据这个理论,造成包括生命在内的一切宏观和微观的运动都是从宇宙诞生的那一瞬间就确定下来的。我们今天的看文章时大脑的思考只不过是神经细胞以及其内的原子电子离子等基本粒子的运动结果,而这些基本粒子的运动从宇宙存在时就按照精确的运动规律一直运动到现在。

   但后来量子力学发现了基本粒子的测不准原理,或者说发现基本粒子并非按照精确的规律运动,而是按照一定的概率随机出现在哪里。相对论则发现时间和空间本身并不客观,随着运动状态的不同而改变。当代物理则不能确定有没有“最基本”的粒子,因为总有新粒子被发现。这些科学发现说明了机械决定论解释不了生命的产生。

   一个基本粒子的运动不确定性就足以撼动机械决定论的全部理论。所以,生命的出现和人类的文明是偶然的,而不是必然的。这种偶然性尤其表现在生命进化初期那些能够自我复制的大分子的形成上。有生命外来论的支持者说,最初生命的在地球形成的概率如同一阵狂风过后,散在地上的许多石头碰巧垒成了完美的金字塔。这个比喻并非不恰当,因为生命起源的概率实在是太小了,无论说它多么接近于0都不过分。甚至从数学角度说,概率就是0。但学概率的人知道,概率为0的事件不等于不能发生的事件。比如把一根线段任意切成两段,两段长度的比值为1(或任何其他实数)的概率是0,但这并不是不能发生的事。事实上从量子力学的角度看,任何实际事件的发生的概率都是0,都是无穷种结果中的一种。就拿某个具体的人,比如张三的出生这件事,其概率就基本是0。张三是从一个受精卵发育而成,假如张三父亲体内数十亿精细胞中是任一别的细胞和这个卵细胞结合,那么出生的人就不是张三,而是张三的兄弟或姐妹了。而这个精细胞和卵细胞能够带着特定的基因从母细胞中分裂出来,其概率同样小的可怜。因此,这个世界上每个人,每个生命都是从不可能中产生出来的。

   如果世界纯粹是完全偶然的,那么怎能还有规律存在?量子力学在微观粒子的尺度上虽然表现出随机性,但在更大的尺度上则表现为规律性。如同一盆静止的水,虽然每个水分子都在无规则的游动,但整体却表现出固定的性质。对人类来说,尽管每个出生的人都是绝对的偶然,但从父母的角度,要生育一个后代却几乎是可以精确控制的。父母不会因为是张三而不是张三的兄弟或姐妹来到世间感到任何庆幸或惋惜。正是从这个角度,才有了研究人类历史规律的可能性。

   从有机小分子到能自我复制功能的复杂大分子,到进化论能够解释的生命雏形,其概率固然基本是0,可是宇宙中有类似地球环境的行星可能数千万亿个不止,那么整个宇宙出现生命的概率就不一定是0了。数学上0乘以无穷是个不定值,所以无法断定生命在宇宙中的出现到底是0还是1,还是介于其间。假如在一个无理数,比如pi值中任意指定一位,其后出现10个连续的8是概率为100亿分之一的事,但对于一个无穷长的随机数来说,在某处出现任意一串有限长的数字却几乎是肯定的事了。

   生命的产生是否违反了物理学上的熵增原理呢?熵值的大小代表混乱程度的高低,熵越低,说明越是有序。生命无疑是个非常有序的存在,也就是说,生命的产生使地球上的熵减低了。其实这也没有违反这个原理。举个例子,比如屋子里堆着一堆玻璃球,靠挡板有序的排列着。忽然着挡板破裂了,玻璃球滚了慢屋子的地面。这个自发的过程确实是熵增的过程。但在满地乱糟糟的玻璃球中,有可能有一些碰巧排列成“中华人民共和国”的字样。单独一次试验达到这个效果的概率基本是0,但是假如能有几亿次甚至更多的试验,就难保不出现这个结果。玻璃球排成字样是局部的极端有序,似乎熵降低了,但它不是一个封闭体系。整体上的混乱造成的熵增很定要远大于局部的熵减。同样,生命的形成过程中有太阳的照射转化来的能量以及宇宙射线等外来能量,总的来讲还是一个趋向“热寂”的熵增过程,只是以外部的熵增为代价换来了局部熵减。在生命进化的过程中,一切有序来自太阳的核燃料。当太阳燃烧完毕的时候,宇宙中的生命就象是昙花一现,淹没在无穷长的宇宙历史中。

  生命一旦产生出来,达尔文的进化论就可以解释其后的一切进展了,直至人类的出现核和进化。现代的达而文理论融进了很多新的观点,比如美国的《科学》杂志上有篇论述DNA起着决定性的选择作用,而英国的道金斯则从更根本的基因来解释自然选择。


2000年12月29日