宇宙中最复杂的东西是什么？我们来量化下宇宙中生命的价值

发表于 3年以前 | 总阅读数：629 次

资料图

生物学和宇宙学，这是两个通常认为没有任何共同之处的领域，彼此之间似乎也没有什么可以相互借鉴的。现在，上述几位研究者试图结束这一切。通过重新构建包含生物系统的宇宙物理学，他们已经开发出一种“通用货币”，可以用来计算并比较各自的系统。换句话说，这种“货币”能够量化生物系统的价值，并与宇宙学的不同部分——包括星系、暗能量和黑洞等——进行比较。

这种对生物学和宇宙学的整合要求思维方式的转变，不再拘泥于还原论，以及所有系统都可以通过分解成不同组元的方式来理解的信念。相反，这种新的思维方式将考虑所有这些系统未来可能状态的数量，从而理解复杂系统及其演化。

从技术意义上说，这种整合运用了系统可能结果的空间不断扩展的概念；斯图尔特·考夫曼将这一概念明确为邻近可能性理论（Theory of the Adjacent Possible，简称TAP）。在一般意义上，这一理论可能会对理解我们生活的许多方面，尤其是经济、创新和灾难性的气候变化等，产生至关重要的影响。

那么，以这种新的“货币”来计算，地球生物圈的价值是多少？回答这个问题的尝试将为理论物理学提供深刻的启示。

宇宙的可能状态

在试图理解宇宙的起源时，宇宙学家希望计算出它是如今这个样子，而不是以其他形式存在的可能性。根据简单的热力学理论，无序度和熵会随着时间的推移而增加，今天的宇宙应该只是一个巨大的、毫无特征的、不冷不热的气体团。但事实恰恰相反，我们在宇宙中看到了无数不一样的东西：从行星到恒星，从星系到黑洞。为了了解我们的宇宙有多少可能性（或多少不可能），就需要数一数像今天这样的宇宙产生的方式有多少种（用术语来说就是有多少种“微观状态”）。

直到大约20年前，人们还认为黑洞，尤其是在星系中心发现的超大质量黑洞，是宇宙的熵和可能状态的主要贡献者。使用雅各布·贝肯斯坦和斯蒂芬·霍金发现的公式，罗杰·彭罗斯计算出，黑洞贡献了惊人的10^（10^101）个宇宙可能状态。[数字10^101意味着1后面跟着101个0，这个数字已经比我们整个可观测宇宙中所有粒子的数量还要多。但这里说的是1后面跟着10^101个0 ！]但即便如此，这与暗能量的发现相比也相形见绌，暗能量被认为是导致宇宙目前加速膨胀的原因。根据计算，暗能量使宇宙可能的状态数增加了10^（10^124）。这是我们在自然界中遇到的最大数量。

生命的可能状态

到目前为止，物理学家们在计算像今天这样的宇宙的形成方式时，都忽略了生命的存在。传统的物理学家，尤其是那些深信还原论的物理学家会争辩说，生命的贡献显然是微不足道的，以至于这个问题甚至都没有必要提出，更不用说回答了。玛丽娜·科尔特斯等研究者提出了不同的看法。

物理学和生物学之间的一个关键区别是，尽管物理学包含一个实现其现象的基本标准模型，，但生物学中并没有这样的东西。生命以无法预知的方式不断创新，不断创造新的生态位和可能性，以及无数的相互作用。与物理学不同，在生物学中，可能性空间永远在不可预测地扩展着。

“组合创新”是一种新的理论发展，可以解释这种区别，并将物理学和生物学结合在一起。组合创新将系统元素的每一个新组合视为新元素的创造。随着系统的发展，它会通过这些新的组合创造新的可能性，并变得更加复杂（“组合创新”的一个非技术性应用描述了如何通过组合并测试已有想法来产生新的想法）。

邻近可能性理论设想了这种创造新状态的涌现过程，并用TAP方程对这一过程进行了描述。一个关于TAP方程的一般性预测是，在突然增加之前，一个进化中的复杂系统的状态数量往往会经历一段漫长而缓慢的平台期。

“组合创新”对于地球上生命可能状态的复杂性和数量意味着什么？碳、氢、氮、氧、磷和硫这六种元素（通常称为CHNOPS）的组合构成了绝大多数生物分子。玛丽娜·科尔特斯等研究者将这些化学元素作为正在建模的复杂系统的组成部分。然后，他们使用TAP方程来模拟生物圈在演化过程中可能的配置状态的数量。35亿年前，当第一个核糖核酸（RNA）分子出现时，生物圈可能的状态数量为10^（10^237）。

这是一个令人震惊的发现。回想一下，今天宇宙可能状态的总数量只有10^（10^124）。这意味着，在35亿年前刚刚出现RNA的世界中，生命的复杂性已经超过了宇宙本身。宇宙学家或许永远都不可能预料到这样一个源于生物演化的数字。玛丽娜·科尔特斯等人花了三年时间进行计算，不断修改并反复检查数学模型，最终获得了这一结果。

生物宇宙学的未来

这一切意味着什么？这么多可能的状态又有什么意义？以往普遍认为，宇宙中的黑洞等事物对熵和多样性的贡献最大，而我们所在的地球实际上没有什么贡献。但是，在玛丽娜·科尔特斯等人的新研究中，地球生命蕴含的熵和多样性让宇宙实体的贡献相形见绌。

玛丽娜·科尔特斯等人正致力于建立一个新的学科领域：生物宇宙学（Biocosmology，又称有机宇宙论）。他们提出了一种新的方法，可以量化宇宙中生命的价值，而这种价值无疑是巨大的。宇宙中一个微不足道的、几乎可以忽略不计的角落，却可以创造出与宇宙中其他一切事物相媲美的多样性和复杂性。通过这种方式，宇宙学或许可以为气候变化的争论提供意见，因为这传达了一种观念，即生命的价值有多大，我们可能的损失有多大。换言之，生命是对宇宙物质多样性最有价值的贡献，即使是黑洞也无法与其竞争。