僵尸之终极进化-第32章
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返哪０濉＠纾鼻白钛灾衫淼腄NA复制理论中的一种理论认为，一个以互相匹配的两部分（每一部分实质上是另一部分的“底片”）绕成的双螺旋形式存在的DNA分子，可以从螺旋态展开，让双螺旋的每一半成为据以形成新的匹配部分的模板。
另一方面，我们已获得的关于DNA对生物代谢机制的控制作用的知识指出，模板复制不过是涉及到的过程之一。根据目前最有影响的理论，DNA既是自身的模板，也是与它有关的物质核糖核酸（RNA）的模板。而RNA又是蛋白质的模板。但是，据目前的知识，蛋白质不仅通过模板方法指导生物代谢，而且起着调节细胞内反应速率的催化剂的作用。RNA是蛋白质的设计图，蛋白质是代谢的实现方法。
个体发生重演种系发生
生物染色体中的DNA包含着确定生物发育和活动所需要的一些（也可能是大部分）信息。我们已看见，只要当前的理论近似正确，那么，信息的录写方式就不是对生物体的状态描述，而是关于通过营养物质来构造和维持生物体的一系列“指令”。我已采用过药方（实现方法，recipe）的譬喻，我可以同样贴切地将过程描述比作一个计算机程序，它也是一个控制着符号结构的构造的指令序列。让我详细说一说后一比喻的某些结果。
如果说，遗传物质是程序——就其与生物体的关系而言，那么，这一程序具有特别的性质。首先，它是自我复制的程序。我们已考察了它的可能的复制机制。第二，它是以达尔文主义的进化方式发展起来的程序。在表匠寓言的基础上，我们可以断言，遗传物质的许多祖先也是富有生命力的程序——关于组件的程序。
对于这一程序的结构，我们还能做些其他什么推测呢？生物学中有一著名的概括性结论，它的文字表达非常简洁，以致即使事实不支持它，我们也不想抛弃它：个体发生重演种系发生。个体生物体在其发育过程中经历了同其某些祖先的形态类似的几个阶段。人类胚胎在发育过程中，先长出鳃条，然后改变它们以用于其它用途。这是属于上述概括性结论的一个人所熟悉的特例。如今的生物学家喜欢强调这一原理的缺点，说什么个体发生仅重演了种系发生的最粗糙的方面，而且仅仅是粗糙地重演。这些缺点不应使我们看不见事实：这一概括性结论在粗糙近似下确实成立，它确实概括了关于生物发育的非常有意义的一组事实。我们怎样才能解释这些事实呢？
解决复杂问题的一种方法是将复杂问题化约为以前解决过的问题——说明采用哪些步骤就可从早先的解法导致对新问题的解法。如果在世纪之交时，我们要教一名工人造汽车，那么最简单的方法或许是教他如何改造一辆马车——去掉车辕，加上一个马达和变速器。类似地，通过增加能将较简单的形态改造成为较复杂的形态的新的过程，遗传程序在进化过程中也可加以改变——要构造一个原肠胚，就拿一个囊胚来再加以改造！
因此，单细胞的基因描述采取的形式可以与将细胞“装配”成多细胞生物体的基因描述很不一样。细胞分裂这种繁殖方式，至少需要一个状态描述（比如说DNA）和一个简单的“解释过程”（借用计算机语言的术语），该过程将状态描述复制下来，作为更大的细胞分裂复制过程的一部分。但是，这样一种机制显然不足以解释细胞在发育中的分化。将这一过程看作是以一个过程描述与一个多少更复杂一些的解释过程为基础的，似乎更为自然。解释过程在一系列阶段上产生出发育成熟的生物体，发育的每一新阶段反映了操纵基因（operator）对前一阶段的影响。
构想这两种描述的关系则更为艰难。它们必须是相互联系的，因为人们对基因－酶机制的了解已足以表明，这些机制在发育（比如细胞代谢）中起着重大作用。我们从前面的讨论得到的唯一线索是，描述本身可以是层级结构的，或近可分解的；在多细胞生物体发育当中，较低层次控制着个体细胞的快速、“高频”动态过程，较高层次的相互作用控制着慢速的、“低频”动态过程。
除了个体发生重演种系发生的事实外，能够表明遗传程序是以这种方式组织的证据没有多少，但是存在的这些证据与这一概念是相容的。由于我们能将控制着细胞代谢的遗传信息与控制着多细胞组织中分化细胞的发育的遗传信息区分开来，我们就使理论描述的任务大大简化了——正如我们已经看见的那样。但是，或许我对这一猜想已谈得够多的了。
对于其描述储存在程序语言中的进化着的系统，我们可以期望个体发生部分重演种系发生。这一概括性结论在生物学领域之外亦可应用。例如，它可很容易地用于教育过程中知识的传播。对于大部分科目，尤其对于迅速进步的科学学科，从基础课程到高深课程的进步在相当大的程度上就是科学自身思想史的进步。幸好，重演很少是完全照搬原样——这一点比生物学的重演更突出。我们并不在化学课中教授热素说，以便往后再来纠正它。（我不知道我能否举出其它学科的例子，那里，人们正是这么做的。）课程体系的修订使我们摆脱了过去的负担，但课程体系的修订是不经常的，令人痛苦的，也并不总是人们想望的。在许多情况下，局部重演也许提供了通向高级知识的最迅速的路线。
小结：复杂性的描述
系统有多复杂或多简单，关键取决于我们描述它的方式。世界中的多数复杂结构有大量的冗余成分，我们可以利用这一冗余性来简化其描述。但是，要想利用它，要想实现简化，我们必须找到正确的表现方式。
用过程描述代替状态描述这一思想在现代科学的发展中起着重要作用。用微分方程或差分方程系统的形式表达的动态定律，在许多情形中提供了对复杂事物进行简单描述的线索。在前几段我已试图表明，科学探索的这一特征不是偶然的或表面的。状态描述与过程描述的相互关系对于任何适应性生物体的发挥功能是至关重要的，对适应性生物体有目的地作用于环境也是至关重要的。我们目前对遗传机制的了解提示我们，多细胞生物体发现，过程描述——一种遗传基因编码程序——是经济而管用的表现方式，即使对于描述自己也是如此。
结论
以上思辨过程使我们涉及了数目惊人的许多论题，但是，如果我们想寻求许多种复杂系统的共同性质的话，这惊人数目就是我们必须付出的代价。我的中心思想是，要构造一门关于复杂系统的比较正规的理论，有一条路就是求助于层级理论。从经验上说，我们在自然中观察到的大部分复杂系统都呈现出层级结构。根据理论，我们可以期望，在一个复杂性必然是从简单性进化而来的世界中，复杂系统是层级结构的。层级结构在其动态过程中有一性质，即可分解性，它大大地简化了层级结构的行为。近可分解性也简化了复杂系统的描述，使人们较易理解，系统发育或繁殖所需信息何以能够在合理的范围内储存起来。
在科学和工程中，研究“系统”的活动越来越受欢迎。它受欢迎的原因，与其说是它适应了处理复杂性的知识体系或技术体系的任何大发展的需要，还不如说是它适应了对复杂性进行综合和分析的迫切需要。如果要使这一“系统热”不仅仅风靡一时而已，那么就必须让需要来孕育发明，来提供“副”发明之“名”的“实”。本文评述的探索活动代表了搜索这些“实”体的一个具体方向。
《宇宙最后的三分钟》第二章
第二章走向死亡的宇宙
1856年，德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（HermanvonHelmholtz）作过一项调查，以图了解在科学史上哪一个预言可能最令人灰心丧气。亥姆霍兹声称，那就是宇宙正在走向死亡。这种启示式断言的根据来自所谓热力学第二定律。这一定律（现在常简称为“第二定律”）最早是在19世纪初提出的，当时此定律专门用于说明热机的效率。人们不久就认识到它有着宇宙学意义：事实上也差不多就是宇宙的结局。
以最简洁的方式来说，第二定律认为热量从热的地方流向冷的地方。当然，对于物理系统来说，这是众所周知和显而易见的特性。无论是煮饭或让一杯热咖啡冷却，都可认识到这条定律在起作用：热量从温度高的地方流向温度低的地方，对此丝毫没有神秘奥妙可言。物质的热量以分子的无规则运动表现出来。在空气之类的气体中，分子作无规则运动并相互碰撞。在固体中，原子通常被束缚在一定的位置上，尽管如此，原子同时又在这一位置附近作强烈的振动。物体越热，分子运动的能量越大。要是让两个不同温度的物体相互接触，温度高的物体中比较强烈的分子运动很快会把它的活动性传递给温度低的物体的分子。
热流的这种方向性并非仅仅是冷的区域缺乏热能的缘故。例如，一个房间拥有大量的热能，但你决不会指望任何热能会自发地流入一杯热咖啡里而将它煮沸。我们会把这种逆向事件看作一种奇迹。强迫热量从冷处流向热处是可能的（这就是冰箱的原理），但是，要做到这一点就必须不停地消耗能量。热量是不会自发地“误入歧途”的。
因为热量沿一个方向（由热到冷）流动，所以这种过程在时间上是不对称的。要是放映一部记录热量从冷处流向热处的影片，那看上去就像河水流上高山，或者雨滴上升到云层一样荒唐可笑（参见图2…1）。所以，我们可以对热流确定一种基本的方向性，通常用从过去指向未来的箭头来表示。这种“时间箭头”表明了热力学过程的不可逆性，物理学家曾为此迷惑了150年。亥姆霍兹和其他—些学者发现了一个称为“熵”的物理量。在最简单的热流情况中，熵等于被传递的热能除以温度。当热量自发地从热处流向冷处时，熵便增加。当驱使热量从冷处流向热处时，系统的熵就减少，但由于外部媒介需要消耗能量，结果是媒介熵的增加比系统熵的减少要多，因而一个封闭系统的总熵总是增加的。这就是第二定律的本质。
图2…1时间箭头冰块的融化决定时间的方向：热量从温水流向冷水。要是一部影片按（c）、（b）、（a）的顺序放映，人们立刻会认为是一种特技摄影。这种不对称性是用一个称为熵的物理量来描述的。冰融解时熵增加。
如果你把宇宙看作一个整体，多数地方的熵是不断增加的。若哪个地方的熵在减少的话，作为代价，总有另外一个地方的熵要增加。总之，宇宙的熵始终是增加的。一个很好的例子就在我们的家门口，那就是太阳。太阳（它是热的）每天把热量倾入太空（它是冷的）。这些热量消失在宇宙深处，永不返回，因此这是一个十分壮观的不可逆过程。
一个明显的问题是：熵会永远不断地增加下去吗？想象一个绝热封闭容器，内有两个相互接触的热物体和冷物体。热量从热物体流向冷物体，熵便增加，最后是冷物体温度升高，而热物体的温度会下降．直到它们达到相同的温度。一旦到达这种状况，就不再会有热交换。容器内的系统便达到某个均匀的温度，这种稳定状态称为热动平衡。一旦热动平衡建立了，熵就不再增加，它代表最大熵状态。
只要系统保持与外界隔离，就不会再有进一步的变化。但如果通过某种方式对物体进行干扰，譬如从容器外向内再注入热量，那么热交换又将继续发生，熵也会增加到一个新的更大的最大值。这时，只要没有来自系统外部的任何干扰，熵就不会再继续增加。
对于太阳和大多数恒星来说，热量外流可以持续好几十亿年，但这种热量不是用不完的。太阳的热量产生于太阳内部的核过程。正如我们将会看到的那样，太阳最终会耗尽燃料，只要没有意外变故，它会一直冷却下去，直至与周围空间的温度相同。
虽然亥姆霍兹对热核反应一无所知（太阳巨大能量的来源在当时还是个谜），但是，他认识到这样一个普遍性原理：宇宙中所有的物理活动都是朝着热动平衡，或者说朝着最大熵这个最终状态发展的，随后，很可能再也不会发生任何有意义的活动。早期的热力学家已经认识到这种向平衡态的单向变化过程，并称之为宇宙的“热寂”。单个系统也许可能通过外界干扰可使它复生，但整体宇宙按其定义不存在“外界”，所以没有东西可以挽救宇宙免遭万劫不复的热寂之难。这是无法逃避的。
宇宙
