物理学家们用方程描述宇宙，而属于宇宙的生命，也能用物理学来描述吗？就复杂性和自由度而言，生命系统属于一个完全不同的类别。但也有不少物理学家对生命做出过看似哲学的回答。 天体生物学家迈克尔·罗素(Michael Russell)曾说过：“生命的目的是氢化二氧化碳。”诺贝尔奖得主、生理学家圣捷尔吉·阿尔伯特（Albert Szent-Györgyi）也曾说：“生命就像电子，一直在寻找一个休息的地方。” 这些回答也许并不能真正揭示生命诞生的奥义，也不能帮你找到生命的意义，但这些观点的背后却向我们阐述了一条生命与宇宙之间的内在联系：生命的出现依赖于宇宙熵增的趋势，并将继续促进这一趋势。

熵，绝对是物理学界最有趣，且最抽象的一个概念。宇宙是熵增的，这是由热力学第二定律推导出来的。 克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。开尔文表述为：不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。熵增原理：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小。 熵看似来源于热力学，但其本质其实体现的是统计学原理，描述得是一个封闭系统的整体混乱程度。

生命与熵

“生命依赖于熵增”似乎违反常理，因为生物这台复杂的分子机器具有高度组织化的精妙结构。早期地球上，不知经过了多少亿年的有序构建才得以诞生细胞，再经过40多亿年的进化才产生了具有遗传性的生命。这样看来，生命似乎代表着一种高度有序？而熵却是测量混乱程度的，那怎能说生命依赖于熵增？

这其实是“局部熵减与整体熵增”的区别。一杯水因放进冰箱冻成了冰而熵减，但冰箱消耗了额外能量，却增加了更多的熵值。我们的宇宙允许熵减的过程，其代价是在别处增加更大的熵值。所以量子力学奠基人薛定谔在他关于生命理解的科普书《生命是什么》中提出，生命具有从周围环境中“吸取序”的天赋，以抽取周围环境的低熵能量，避免自身原子混沌的衰退。而只有在熵增的宇宙中，生命才能顺势而为地抽取周围低熵的能量。 简而言之，生命具有维持现存的序和产生有序事件的能力，这种能力会帮助宇宙进一步熵增，毕竟我们只要活着及呼吸就可以增加宇宙的熵。虽然生命产生的进程及参与的事件过程是有规律的，但却不是原子高度有序的构建所产生的结果。也就是说，生物的机体并不能等同于有序，你可以说生命体的结构精妙而复杂，但复杂和秩序并不一样。 从统计角度，熵测量的是小规模微粒组成大型物体时，有多少种组合方法。然而复杂度表述的是组合一个大型物体的困难程度。简单系统很容易表述，然而复杂系统则需要更多的信息。生命机体就是一个复杂的集合体，它并不是宇宙中有序的象征。生命的产生实际代表着宇宙进入复杂化的进程。

复杂化是熵增的中间过程

从熵的角度来理解，宇宙就像一杯牛奶咖啡。 起初，白色的牛奶盖着黑色的咖啡，一半咖啡，一半牛奶，牛奶与咖啡泾渭分明。这时，这一体系熵值最小。慢慢地，牛奶与咖啡分子都希望进入彼此的领域，它们开始缠绵、纠缠、交融，你中有我，我中有你。整个体系的熵值开始增加。在它们混合的过程中，你会看见这杯牛奶咖啡产生了显著的变化，而你要描述它也变得越来越困难，你已经不能再简单用“牛奶在上，咖啡在下”来描述这个系统，你得详细指出牛奶和咖啡的漩涡是如何纠缠在一起的。 当它们继续混合，熵值继续增加，直到牛奶与咖啡真正完全混合在一起时，咖啡与牛奶分子再怎么交换，你也看不出什么变化了。这杯牛奶咖啡就达到了熵值最大的平衡态。从分子层面上来说，牛奶与咖啡分子还是有很多不同的组合方式，但在本质上却是相同的。你可以用一杯混合均匀的“牛奶咖啡混合物”来简单描述这一体系。 在这整个过程中，熵值一直在增加，但系统的复杂程度却是先增加后减小。复杂度在熵增的过程中自然产生又自然消退，而宇宙也是如此。

熵与宇宙

最早的宇宙十分简单、平滑且密度巨大。大爆炸后，宇宙变成了一锅纯净的高能离子汤，拥有这个宇宙最低熵的能量。然后大部分能量被用于创造空间，由于熵增产生了“时间之箭”。在随后的38万年时间里，物质不停地生成与湮灭。急速凉下来的宇宙留下了10亿分之一的物质，熵值进一步增加的能量被封存在氢原子核中成了核能。在熵增的规则下，能量形式注定继续转化。于是，物质汇聚在一起形成无数的恒星，吸收低熵燃料源——氢原子核，并聚变转换为熵值更大的能量，即可见光的光子。

部分光子在宇宙膨胀的过程中被消耗，但单靠宇宙膨胀来消耗实在是太慢了，宇宙需要更多且更复杂的“低熵消耗物”来促进熵增。熵值的增加也反向促进了宇宙的复杂化进程：繁星、星系、炙热的岩石、变幻的云、神奇的核酸、蛋白质、植物、昆虫、人类、猫、狗……都是宇宙复杂化的结果。而生命则是宇宙能量复杂化的最高杰作。 虽然至今我们还未发现过地球之外的生命形式，但如果问宇宙什么时候最生机勃勃，那一定是美妙无比的咖啡混合阶段——宇宙总熵值的中期。因为只有在这个阶段，宇宙才具有最大的复杂程度，足以容纳最够多，不同种类的生命形式。 所谓的生命体就是宇宙复杂化的一大成果，并延续恒星的使命，继续为宇宙熵增添砖加瓦。宇宙能量的复杂化阶段也必然产生不同的生命形式，以消耗恒星产生的光能为共同的目标。然而，随着低熵能量的消耗殆尽，在遥远的未来，无论怎样的生命形式都必将消亡，恒星熄灭，宇宙真正回归黑暗。复杂度再一次降低，宇宙最终还是回归简单并不复存在。 这是物理学家们所预言的一种宇宙末日：热寂。宇宙最后成为一杯牛奶咖啡混合物，达到一种热平衡状态，毫无生趣。

地球或许只是宇宙“寒武纪大爆发”之前的微生物。

5亿年前，寒武纪大爆发之后，地球上出现了各种各样的生命。科学界至今无法解释地球上这次生命大爆发的真正原因，或许它本就没有什么具体原因，而是地球的熵值增加后能量形式一系列复杂化的结果。 现在名为太阳的恒星，还在不断释放可见光。这种能量被地球上植物吸收，并进行光合作用以碳水化合物的形式储存起来，但碳水化合物含有的有用能量显然不如可见光的能量。

植物以自己制造的碳水化合物为能源生存，而我们这些动物则寄生于植物，获取植物制造的碳水化合物，并用它创造出ATP分子，即三磷酸腺苷。ATP就像我们的能量包，可以被血液运送到身体的各个需要的部位。但ATP的有效能量也不如转变为它的碳水化合物多，因为一些有用的能量被用于促进细胞生成ATP。我们的肌肉利用ATP的能量劳动干活，或者制造噪音与热量，以红外线的方式再把这些能量辐射出去。 对于生命来说，从可见光开始，能量被逐级分解，熵也逐级增加，最终剩下有机的、有温度的植物、细胞、肌肤，以及辐射回宇宙的高熵红外线。总体来说，地球每接收到一个可见光光子，大约就向太空辐射了约20个红外光子，也就是说熵值增加20倍。 然而生机勃勃的地球目前似乎还只是宇宙的唯一，但无论是费米悖论，还是熵增复杂化带来的启示，都表明宇宙都不可能只存在地球这么一个生命的摇篮。 也许宇宙浩瀚的时空之海将每一方高等智慧生物都囚禁在了各自的岛屿；也许我们只是宇宙辉煌后的生命余晖，而我们还未发现这方星空曾经的文明痕迹；也许我们就像地球初期过早诞生的微生物一样，并未等到宇宙生命大爆炸的时代，就率先诞生了。 随着我们对宇宙诞生时间和宇宙还将存在时间的不断修正，也许有一天我们能得出正确的判断。而根据2018年《日本天文学会欧文研究报告志》（Publications of the Astronomical Society of Japan）上的研究报告结论——宇宙才诞生138亿，还能存在1400亿的时间，或许我们真成了宇宙未来文明的史前微生物。 我们如此领先地开始探索这片宇宙汪洋，不知道是幸运还是不幸？而无论是幸还是不幸，对于宇宙来说，生命的意义就是延续恒星的使命。