地球系统的熵是不断增加的,那为什么地球会出现生命「低熵体」呢?


“地球系统的熵不断增加”的说法是完全错误的。在一个有外部热源不断输入能量、自身也不断向外辐射能量的非封闭系统里讨论什么熵增,但凡有一粒花生米也喝不成这样。

19 世纪哲学或者科幻小说看多了而对宇宙去谈“熵增”是毫无意义的行为。宇宙不适用热力学第二定律。宇宙在膨胀且是个自引力系统,是具有负热容的不稳定系统,没有平衡态,永远不会热寂。

根据位力定理,对于自引力系统,在一个周期内动能的时间平均值等于总能量的负值,即 Ek=-E。也就是说,自引力系统得到能量时动能减小,失去能量时动能增大。
热学中比热容的定义是物体温度每升高 1 开尔文所需要的热量。
而对于自引力系统来说,释放能量才能提高温度,这就是负的热容量。
负热容系统没有稳定的平衡态。
宇宙是自引力系统,它根本不可能达到平衡态。

其实,在 1872 年,全人类都不知道什么量子力学的时候,玻尔兹曼就用涨落捅穿了热寂说的屁股。他就是凶手。

归根结底,将一切现象都推给熵增等于说熵增不起任何作用。

“自然界不能演化出一台电脑”的说法是完全错误的。教材的编者需要去了解一下玻尔兹曼脑和 M 理论。任意复杂的结构都可以从真空中直接涌现,包括宇宙本身和任意多个宇宙。

原始生命的复杂性是不配跟珠穆朗玛峰相比的。地球生物最后的共同祖先往多了说可能也就有 500 来个基因,你随便整块大石头来扫描电镜看一下,复杂度都会完爆它。

用所谓的低熵乃至“负熵”去解释生命是学术垃圾,援引薛定谔晚年所写的《生命是什么》的那些玩意是个重灾区,能不碰尽量不要碰。那书跟薛定谔早年做的学术完全不是同一种东西。

地球生命的起源这种事情,无非是化学反应,可以参照:

现在地球上所有的生物是不是都起源于同一个原始细菌?

二十世纪八十年代,人们发现 RNA 能够折叠来具备一定的结构多样性、行使酶的功能,具备自复制和自组装的可能性。1986 年,随着多种 RNA 核酶催化活性的发现,Walter Gilbert 的 RNA 世界假说应运而生,认为生命起源的第一个分子是 RNA。

目前已经发现的 RNA 分子可以独立地进行遗传信息的储存,可以作为核酶催化各种反应,可以对基因的表达进行调控。

1993 年,哈佛大学的科学家在实验室里创造出能执行 RNA 聚合酶功能的 RNA。从那以来,人类制造出的这种 RNA 的性能不断改善,2016 年 David P. Horning 和 Gerald F. Joyce 发现的 24-3 聚合酶几乎能复制任何 RNA 链并将其扩增万倍。

在 RNA 的自发产生方面,2009 年,Matthew W. Powner 等人成功找到了从原始有机物到 U、C 两种碱基核苷的化学反应过程;2016 年,Carell 团队破解了从原始有机物到 A、G 两种碱基核苷的化学反应过程;2019 年,Carell 团队搞出了能在远古地球的环境条件及简单的无机底物作用下同时产生四种 RNA 核苷酸的过程。该过程不需要复杂的分离和纯化,即可产生关键的生命组分:

蛋白质同样可以自然形成并在计算机模拟中自组织成链[1]

DNA 与 RNA 结构相似,能形成杂交双链。2018 年 Angad P. Metha 等人[2]构建并表征了一种含有 DNA-RNA 杂交基因组的大肠杆菌菌株,其基因组中 40~50%是 RNA。这种大肠杆菌的存活说明 DNA-RNA 杂交链并不致死。

综上,地球生物可以在远古地球上以天然形成的 RNA 和蛋白质为基础自发地产生,并允许其中部分物种逐步将遗传物质从 RNA 替换为 DNA。


此外,宇宙也不适用能量守恒定律。科幻小说里描述的很多东西跟我们这个宇宙是不相符的,看的时候乐一乐就行了,不要合上书还往现实里带。

膨胀的时空没有时间平移不变性。能量守恒定律由类时 killing 场生成,宇宙中没有这种场。
宇宙非渐近平直,不能对全时空定义守恒的 ADM 能量[3]。简单粗暴地对宇宙套用能量守恒定律是不可行的。
按照目前的观测事实,宇宙中存在辐射和暗能量。从早期宇宙形成以来,暗能量在增长,从早期宇宙里几乎不含暗能量的状态发展至现在暗能量占据宇宙总能量的 68.3%。弗里德曼 - 勒梅特 - 罗伯逊 - 沃尔克度规[4]描述了符合观测事实(均匀、各向同性)的四维时空的大尺度结构,度规中随时间变化的尺度因子对应着宇宙空间尺寸的变化。重子物质的能量密度正比于尺度因子的负三次方,辐射的能量密度正比于尺度因子的负四次方,暗能量的能量密度不随尺度因子变化。
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