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对生命的感悟

已有 1131 次阅读 2022-10-3 16:36 |个人分类:科普文章|系统分类:科普集锦

生命是什么?人类一直都在做十分深入的思考,因为人本身也是一种生命体。生命是宇宙中一种非常特别的物质运动系统。用普通人的话来说,生命体是一种活的东西。同样的东西如果没有了那种特殊的生命运动效果,就说它没有生命活力了,死了。人类一直在思考:为什么世上万物,只有生命体是活的。一旦生命体失去了生命力马上就会变成一种死亡之物,生命体就会会逐渐变成与一般的泥土一样。所以很多不同民族的神话都说生物是神用泥土捏成,然后赋予神圣的生命力就活了。长期以来,世界各地的人们都认为这种被称为生命力的东西是由神(上帝)赋予的神圣的力量。这个生命力有时又被称为灵魂。那么到底为什么生命体有活力,有生命呢?

科学研究发现生命体与宇宙万物一样也是由基本的元素原子和分子构成。也遵守同样的物理规律而运动。但是生命体中的物质结构和运动是如此复杂,一般的物理学的描述方法似乎完全无法适用。当初也有一些学者试图把生命体当成一种机械系统来描述,也有一些人把生命活动用活力论来描述。但是都无法很好地描述生命体。生命体与一般的物质系统的运动有着自己的独特魅力。这些独特的性质正是生命体区别于其他非生命物质系统的根本原因。也是生物学,医学研究的主要问题。

从物理学知识知道任何由原子和分子组成的物体中,所有的原子分子微粒都会做无序的热运动。原子和分子的热运动程度与温度有关,温度越高热运动越激烈。在不同的温度下,物质呈现出气态,液态和固态三种形态。在气态物体中原子(或者分子)可以在任意方向和整个空间做无序运动。而液态物质中的原子和分子在液体的表面之内无序流动。在固体中的原子被固定在一个很小的空间范围内做热运动,它们在小范围的热运动还是一种无序的状态。因为固体原子的热运动被牢牢地限制住,所以固体在宏观上来看具有比较固定的形状。固体的温度仅仅代表它的内部原子和分子的局部热运动程度。

地球生命体似乎处于一种液态和固态之间的状态。生命体细胞内部充满了液态水和各种有机大分子。不知道是因为地球生命体是在水中形成,还是因为液态水具有的特别物理化学性质被生物体采用。总之地球生命体的细胞组织内部是以水溶液为内部环境。而液态是没有固定形状的,所以还需要一个柔性的固体膜来把这些液态物质包裹起来,使得细胞具有一个比较固定的形状。最简单的生命体是单细胞生物。经过进化发展成为多细胞生物,然后更多的不同的细胞构成今天地球上各式各样的生物。从简单的细菌,到比较复杂的植物,到各种动物,最后到人都是由这种组织形式的不同形态的细胞组成。

这种以水为主的细胞构成的生命体需要在一个能够保持水份处于液态的温度(大于摄氏0度,小于摄氏100度)环境。这个环境温度在地球上也是非常严格的。只有在这个十分严格的条件下,生命体内的各种化学反应,分子间的相互作用,才能够顺利地进行。实际的生命体能够正常生活的环境温度一般比这个温度范围要更加小。这个也是生命体是十分脆弱的一个重要因素。可能也是至今在宇宙中难以发现其他生物体的一个重要原因。

研究表明,宇宙中热运动是普遍存在,温度就是热运动程度的度量。理论上只有温度达到绝对零度(-273K)热运动才会停止。温度越高热运动越强烈。而我们的宇宙温度是不可能达到绝对零度。宇宙中任意一个系统的物质运动都有向无序的混乱状态发展的趋势。物理学用熵来描述一个系统的物质热运动占比程度,熵值越大,无序程度越高。物理学提出热力学第二定律(墒增规律)来描述这个运动规律。热力学第二定律说:孤立系统的熵永不自动减少,熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加。也就是说热量只能从温度高的物体向温度低的物体传送,而不能从温度低的物体向温度高物体传送。

科学研究中把一个由多个相互联系的要素组成的相对独立的运动组合体被称为一个系统。一个系统要保持内部要素按照某种规则进行有序的组织和运动就必须与外界进行交换能量,然后通过消耗能量来保持有序运动。也就是说不可能实现不需要能量交换的永动机。一旦这个能量交换不能正常进行,系统就会因为熵增加而结束有序运动。然后会逐渐变成与周围融为一体的无序状况。这种通过与外界的能量交换维持有序运动的系统称为耗散系统。生命体就是一种物理学定义的耗散系统。那么什么样的耗散物理系统才会具有生命力呢?

生命周期是宇宙中的一个根本规律。一个运动系统的生成,发展,死亡解散过程称为一个生命周期。从宇宙,星系,太阳,到地球,都有自己的生命期。地球上的生命体也有自己的生命期。地球生物的生命期以地球运行时间的小时,天,年为单位,可以从几个小时到多少年。但是生命体可以通过繁殖方式来开始一个相似的新的生命周期。所以具有繁殖能力也是生命体一个最重要的存在特点。

生命体是宇宙间非常特殊的一种系统。生命体系统的最神秘之处,在于进化出人这种生命体,并且可以进行思维。能够探讨生命体的奥秘。随着科学研究对生命体的深入研究,人类对生命体的特性;生命体的产生;生命体的进化发展;生命力的本质;意识和思想与生命体的关系等等问题进行了深入探讨。最近阅读了几本有关的科普书籍,对这些关于生命的问题有一点思考和认识。下面将进行简要地谈一下自己的几点思考和体会。




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