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1700266251 因为有一种内在的能力被构建进入了自然法则里,就是以一种开放式的方式处理信息的能力。而且一旦事情开始这样进行,它们就很难停止了。我称这些事物为“复制基因”(complexor),因为它们会自动地创造出复杂性。从数学或物理学的视角来看,复制基因其实相当简单,因为它们全部都是能够计算的东西,而且是系统的、能够探索大范围的或者说全部范围的、可能的计算。一旦你有了这种东西,或者一旦这种东西突然出现了,并且开始运动,那么它就会创造出复杂性,不管你是否想要它这样做。
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1700266253 我们已经知道,在宇宙最微观的层面上,它拥有这种计算能力,因为我们每天都在创建量子计算机。在那些量子计算机里,我们在单个原子上储存信息比特,我们利用电动力学定律以复杂的方式去处理信息,然后我们得到了甚至更有趣的复杂行为,比如化学物质。我们不应该惊讶于这种复杂性。这种创造复杂性的能力在越来越高的层次上影响了宇宙。
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1700266255 宇宙的这种创造复杂性的内在能力意味着什么呢?有很多含义。让我们从检测生命起源的假设开始说起吧。这种能力预示的第一件事情就是,自从我们很精确地知道简单化学物质的大部分反应过程后,我们就能探索那些化学反应的各种结果。就像丘奇刚刚告诉我们的那样,当我们开始去把各种无机物的反应列在内的时候,我们对那些反应知道得并不多。而这也没错:我们并不必知道所有的关键反应是什么,而且我也不认为,我们应该立刻有能力去证明,生命是怎样在地球上,或者说在其他地方开启的,如果它确实是在其他地方开启的话。
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1700266257 但是我们有很好的机会表明,像生命这样的事物确实应该开启。如果我们从已知的一些化学反应,或者就算我们不知道它们是什么,我们还可以猜测出的化学反应开始,并从不同的方式去激发它们,我们可以预期,从这个计算能力来看,如果我们从一些简单的化学反应出发,它们就会开始创造出更加复杂的化学物种,这种更复杂的化学物种会自动催化,可能会催化出一系列更加复杂的反应。所以你会看到,那些物种开启了自身,然后当它们被接下来的化学反应消耗时,它们又会关闭自身。
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1700266259 当这种有效率的计算运行起来,你有希望看到的就是,它会随着时间的推移变得越来越复杂,而且最终变成更加稳定的反应集,比如说,莫罗维茨如此钟情的三羧酸循环,并将此建立为自身最主要的运转模式。如果我们看到这种事情发生了,那将是证明生命起源方式的有力证据。你不能指望重新创造出确切的生命起源,因为(a)有很多可能的初始条件的集合;(b)反应集会以很多种不同的方式驱动;(c)我们不知道那些初始条件有哪些;(d)有大量可能的初始条件,因为(e)那些互动方式是非线性的,因此(f)在大量情况里存在混沌,以致于(g)它们会对初始条件相当敏感。你要非常幸运才能立刻发现那些正确的初始条件。但是你可以确立像生命一样能够出现的事物。
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1700266261 同样重要的是,你也要能够确定一些不可能定理。如果我们仅有一个特定的化学反应集,在计算上它就不足以成为普遍的。它只能在一定范围内扩展,然后创造出有趣的事物,比如abababababababab,这是它可能创造出的所有东西了。它永远都无法创造出一系列丰富、精细又复杂的结果。然后你可以通过观察反应集来分析,并且说:“光靠那些反应所制作的事物还不够多。”因此,如果你观察你所在的行星,说:“嘿,看吧,这就是这颗星球上发生的事情!”然后我们就会说:“但那里没有生命。”
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1700266263 对于生命本身,我们有大量有趣的事情可以去关注。其中一个有趣的事情就是(这里有好的和坏的关注点)像生命这样的事物,或者说接下来将会到来的事物。如果你是数字7,那么很可能有8、9、10,等等,这可以永远持续下去,如果物理定律使得这成为可能的话,这就是一个好的关注点。但是给定宇宙现在的存在方式,我们还不清楚像生命这样的事物会不会永远持续存在。如果暗能量像它现在这样以同样的水平持续下去,那么在一段不长的时间后(可能是1 000亿年)我们都会灭绝,没有什么可以继续存在,仅仅因为所有物质将会从另一个物质的范围内被挤出去,每一个物质都不再能够和其他事物交流,这会很糟糕。
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1700266265 但是也有可能,现在这个暗能量的水平在持续减弱,使得宇宙可以永远存在下去。戴森写的《宇宙波澜》(Disturbing the Universe)里有一个章节影响了我对此的思考。他指出,如果你愿意把速度放慢,并且你变得很大,那么你就依然能够采集自由能量,实际上可以永远采集,并且保持新陈代谢和增长。但是,这就需要不同的技术,而不仅是日常的在生物学层面的生活。
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1700266267 这是一个好消息。但坏消息是,至少从一位科学家的立场来看,产生复杂行为的那个特征是自发形成的。某些能够计算的事物会自发产生复杂行为,这一事实意味着,一般而言,不可能去计算出(a)在一个特定环境里是否还会这么做,或(b)有多大可能性这么做。
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1700266269 事实上,如果只给定我们今天所拥有的信息,试图去计算出早期在原型生命身上发生的事件的概率,这本质上是一道难题。如果我们足够幸运,不会用太长时间,我们是能够计算出来的。但是如果计算过程相当漫长,而且给定了核蛋白体的复杂性和生命现在的组织方式,这就像是在新陈代谢层面上,一个漫长复杂而艰苦的进化过程,这个过程先于个体层面。而这也意味着,很难去计算所发生的事情,这是一个潜在的缺点。另一方面,还有一件好事,也就是我们有方法去发现生命在未来会是什么样的。我建议我们这么做。
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1700266271 我所说的也就是这些了。我可以告诉大家,为什么在暗能量里可能没有生命。或者说,为什么在宇宙诞生的第一秒里没有生命。但是那就会显得很无趣了。
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1700266273 宇宙的古怪之处在于,比起对生命起源的理解,我们对宇宙起源的理解要好得多。我们明确了宇宙是一个简单的系统,137亿年前宇宙诞生,然后其他的各种事情发生了。这就是为什么萨塞洛夫能对恒星的行为方式说得如此自信,因为这实在是尽人皆知的了。但是对于开启生命的最早的化学反应集,我们就不了解了。
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1700266275 尽管每一个原子都携带信息,但在宇宙大爆炸里,进行得最多的计算其实都相当无趣:只是一堆东西在热平衡里相互碰撞而已。为了让有趣的事情发生,你需要有自由能量的来源。为此,就需要开启引力,而且要把事物从热力的动态均衡状态中拿出来。
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1700266277 弗里曼·戴森:没错。有一条绝对至关重要的物理学定律,你没有指出来,就是通过引力结合起来的物体拥有负比热这一事实。
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1700266279 塞思·劳埃德:这当然很重要。
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1700266281 弗里曼·戴森:这绝对至关重要。如果所有东西都是正的比热,就像19世纪的科学家所相信的那样,那就意味着,热的物体损失能量到冷物体上了。你始终在损失自由能量,而且随着热的物体损失热量,就会变得越来越冷,而冷的物体获得能量就会变得越来越热。所有事物最后都会到达同一温度,宇宙就死去了,而生命也不能存活了。这些东西在19世纪已经被说得够多了。当所有事物到达热力平衡,生命就不能持续下去了,他们称之为“热寂”(heat death)。但是正好引力拥有相反的作用:如果你有一个像太阳这样可以通过引力来聚拢物体的东西,那么实际上你给它的能量越多,它就会变得越冷。而它失去的能量越多,它就会变得越热。
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1700266283 塞思·劳埃德:是的,如果你关注星团,你就会发现它们有时候会驱逐出一颗恒星,这颗恒星就会逃逸到无穷中去。而剩下的恒星会更加聚集在一起,而且它们会移动得更快,还会有效率地变得更热。
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1700266285 弗里曼·戴森:这就意味着,如果它们通过引力捆绑在一起的话,事实上能量是从冷物体流向了热物体,所以你就离均衡点越来越远。这就是为什么,物理定律更有利于异质性而非同质性的基本理由。
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1700266287 塞思·劳埃德:是的,绝对就是这样,这一点极为重要。而且实际上,我们还不清楚这种现象还会持续多久,因为宇宙中还有历史的暗能量。暗能量有可能是很有用的。我们只是还计算不出来要用它来干什么。当然,如果你想要生命永远生存下去的话,这一点很关键,否则你就不得不从相当远的地方去获取能量。如果你把一些事物聚集起来,那么当你把它们聚得越来越近时,你就能从中获得能量。当然如果你这样做过了头,那么它们就会形成黑洞,而且就会变得不那么有用了。
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1700266289 弗里曼·戴森:黑洞是必不可少的,因为它们可以使熵减弱。你可以把熵扔进黑洞里,熵就消失了。
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1700266291 塞思·劳埃德:那是宇宙的垃圾袋问题,我们之前讨论过,基本原则是在不断循环的。
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1700266293 吴学鼎(Ting Wu,哈佛医学院遗传学系教授):我发现生命中很特别的事情之一就是自我纠正:随着移动到某些路径周围时,化学反应就会进行自我纠正,而那些移动的路径是可以预测的。并不是说这就可以定义生命,但它确实是很多生命的一部分。它会下沉到一个路径上去,而且它还能进行自我纠正。最富戏剧性的例子就是,当DNA的错误被纠正的时候。这里存在一种方向性,其不可以简单地只用一个化学反应来解释。我也不想用拟人化来比喻,但那就像是生命有一种行为,我不应该说“一个方向”,但是它确实是在朝着一个方向移动,这一点可能并没有一个简单的解释。我曾经为此感到惊奇:如果你能评论自我纠正或自动复原的行为也就是你可以判断其是或不是一个化学反应,这就提醒我,当我们试图去定义生命的时候,也许我们没有把握到的生命最令人困惑的部分就是行为。所以,也许我们错过了一个关键的方面。我知道,作为一名生物学家,行为现在几乎还是一个完整的谜。
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1700266295 塞思·劳埃德:有意思的是,你提到的这种DNA的纠正机制,正好就是我自己一开始在量子计算领域做的事情。在20世纪70年代,查利·本内特(Charlie Bennett)关注了这种DNA的纠正机制的热动力学,而且当你在纠正错误的时候,你就不得不抛开信息,因为之后你想要DNA处于正确的状态,而不依赖于之前发生的任何错误。
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1700266297 吴学鼎:DNA也不会管什么是“对的”。
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1700266299 塞思·劳埃德:确实。在这种情况里,这种DNA的纠正机制就是进行检测,比如,“这两条线匹配吗?”或者说:“它俩是否和对方互补?”如果它们不匹配或不互补,你就要回过头去改写它们。错误的信息就没有了,最后证明这会产生出熵,因为实质上物理学定律是可逆转的。它们只在宏观的意义上是不可逆的,而且这就意味着,你永远不能一劳永逸地扔掉信息。所以,如果我扔掉了关于DNA的信息,这个信息就会去到别的什么地方。所以那些互动是会产生熵的:你不得不提供给它们一个自由能量源,并发动它们。事实上,如果你提供给它们太少的自由能量,它们就会在另一个方向上反馈回来,而且它们又会产生错误。所以,如果一个错误纠正机制在错误的方向上运转,它就会变成一个产生错误的机制,这实际上也是某种人类行为的方式,但我并不是在使用拟人化方法。在噪声和错误面前,以一种稳定的鲁棒式运作的能力,是生命的一个关键,而且也不那么容易被影响。我会说,特别是在个体量子的层面上。
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