生命是怎样起源的？流行的假说把它归功于一锅原始的混沌汤、一道闪电和一股巨大的运气。但是，如果我们能证明最近出现的一个富有挑战的、新的物理理论是正确的，那生命的产生就绝不可能是靠运气。根据这位物理学家提出的新思想，生命的起源和进化遵从自然界的基本定律，就像石头必定滚下山坡一样毫不令人惊讶。

从物理学的观点来看，有生命的东西和无生命的碳原子团块之间有一个本质的区别：前者往往更能够从环境中获取能量并以热量的形式将获取的能量消耗掉。麻省理工学院年轻的助理教授杰里米·英格兰最近推导出一个数学公式，公式表明，当一组原子被一种外部能量（如阳光）所驱动，并被一个热浴（如海洋或大气）包围时，它将经常逐渐重组自身以便消散更多的能量。

这意味着在某些条件下，物质会不可阻挡地获取与生命相关的关键物理属性。“从任意一堆随机原子出发，如果你用光照射它的时间足够长，最终可以得到一株植物，对于这样的结果你不应该感到太奇怪。”英格兰说。

他的这个思想近来发表在一篇论文中。纽约大学物理学教授格罗斯伯格盛赞英格兰的原创思想，“许多科学突破就是由这样的发散性思维带来的”。

英格兰公式的中心要点是热力学第二定律，又称熵增加理论。热的东西变冷，气体在空气中扩散，打碎的鸡蛋会摊开但永远不会自己收拢……总之，随着时间的推移，能量趋向于分散或散开。最终，系统达到一个最大熵态，即热力学平衡。一杯热咖啡最终会与它所处的房间达到同一温度，而且永远不会自发地再次变热。

尽管在一个封闭系统中熵一定随时间增加，但一个开放的系统通过大大增加它周围环境中的熵可以使其自身处于低熵状态——也就是说，能量可以不均匀地通过原子分散出去。1944年，伟大的物理学家薛定谔在其影响深远的专著《生命是什么》中就提出，生命过程必须是这样的：植物吸收高能量的阳光，用它产生糖分，并将能量较低的红外光辐射出去。植物通过光合作用维持其自身的内部结构，从而避免衰败；由于耗散阳光，宇宙总熵增加。

在前人基础上，英格兰推导出一个广义热力学第二定律，适用于这样的粒子系统：这个系统处于外部能量源的强力驱动之下，比如被电磁波驱动，而且它可以向外部环境耗散热。这类系统包括所有生命体。英格兰推论发现，当粒子与外部驱动力共振或沿着驱动力方向运动时，粒子更趋向于耗散更多能量，并且在任何时候它们都更趋向于沿着被推动的方向运动而非其他方向。

“这就意味着，被某一温度的热浴所包围的原子团，随着时间推移，总趋向于使自己与周围环境中的做功源越来越协调。”

我们早已知道，自我复制（生物学称为生殖）驱动着地球上生命的进化，在这一过程中，随着时间的推移，一个系统消耗的能量会越来越多。英格兰说，“而增加耗散的一个好办法就是，复制更多的自己”。

（摘自《百人文化“赛先生”》2016年2月号，记者刘功虎整理）

从寒地走灯藓获得的细胞，具有叶绿体和细胞器，它们通过捕捉阳光进行光合作用