第一推动丛书综合系列:物理之外的世界

生命是如何开始的？生命的进化是否可以用物理类定律来描述？斯图亚特·考夫曼的著作提供了一种超越了物理定律所能解释的观点：从复杂的化学环境到分子繁殖、新陈代谢和早期原细胞，以及进一步进化到我们所认作生命的东西。在已知宇宙中大约有一千亿个太阳系中，正在进化的生命肯定是丰富多彩的。无论在哪种情况下，进化都是一个“正在变化”的过程。自牛顿以来，我们已经转向借助物理学来考量现实。但是单凭物理是无法告诉我们我们来自哪里，我们是如何到达这里，以及为什么我们的世界已经从单细胞生物进化到一个极其复杂的生物圈。

斯图尔特·考夫曼是一名医学博士、理论生物学家和复杂系统研究员。他曾在芝加哥大学和宾夕法尼亚大学担任教授，并于1987年获得麦克阿瑟进化生物学奖学金（MacArthur Fellowship）。斯图尔特·考夫曼出版过多部具有开创性的作品，其中包括《秩序的起源》（The Origins of Order1993年）、《宇宙为家》（At Home in the Universe，1996)、《调查研究》（Investigations，2002年）和《富有创造力的宇宙中的人类》（Humanity in a Creative Universe，2016年）。

译者介绍：

叶文磊，上海人，本科毕业于复旦大学、“?政”学者；美国南加州大学生物学博士；现于加州大学旧金山分校从事博士后研究。

序

牛顿创立的经典物理学，是以“被动语态”描摹这个世界的：河流淌水、岩石下落、行星运动、恒星在被其质量所扭曲的时空中划过一道弧线。这些都不是物体的“所作所为”，只是顺势发生：形形色色，虽不可思议，但就这么简单。

我顾盼七十八载，刚从厨房拿了个油桃吃罢，坐下写作。昨天，我晃晃悠悠地登上我的“平衡世界”号22英尺小艇，驶向奥卡斯岛的仙鹤坞，再驱车前往华盛顿州的伊斯特海湾，为的就是买些午后闲食——我刚吃的那种油桃。我怦然心动，是我自己的“心”动，我的大部分读者也都有各自的“心”动。

不过，自宇宙137亿年前宇宙大爆炸以后，我那颗心、油桃、厨房、小艇、伊斯特海湾，这些都是从何而来呢？

基于牛顿的理论，我们会用物理来评价这个真实世界，知道何为“真实”。但是物理并没有告诉我们，我们从何而来，如何而来，不会告诉我们为什么会有“心”的存在，也不会告诉我们我为什么要从伊斯特海港去买油桃，更不用说，“买”是什么意思。

我们会津津乐道于此，因为相比我们已知的部分，还有更多未知，相比我们说得清的部分，还有更多说不清。

我们还有物理之外的世界。

我们在一个生命物体可以自力更生的世界，但我们尚未有一种理论，可以说清它的来龙去脉。一棵树，从种子开始，构筑自己、朝着阳光伸展自己，我们能够看到但却说不清道不明；一片森林也是这样构筑自己，生根扩展，一声不响、仿佛充满希望。我们纷繁复杂的生物圈，也是这样竭尽全力地生长，已经有37亿年了。长颈鹿？这在30亿年前有吗？那时可没有。油桃？那时根本不知道会有这东西。

我们估算，在已知宇宙中的10的22次方（1022）颗恒星中，50% 到90%会有环绕它们的行星。我一直这么想也这么说：如果到处有生命，那么宇宙会充满传奇，虽基于物理、但超出了我们已知的所有物理。

有1022个生物圈，这种想法让我震惊。是的，我们陶醉于哈勃呈现的宇宙大约有1011个星系的图景，但倘若说1022个和我们地球一样的生物圈？那真不得了！这不是“物理之外的一个世界”，而是“物理之外的很多世界”了，就跟我们已知的全部的物理世界一样巨大，这简直是不可估量的。

在科学中，我们似乎忘记了这个概念：一个体系可以构建自己。我这里要介绍一个梅尔•蒙特维尔（Mae?lMonte?vil）和马提奥•莫西奥（Mateo Mossio） 2015年提出的重要概念：约束闭合（constraintclosure）。这几位年轻的科学家发现了生物系统构成中被遗忘那个——也许是的那个——概念！我们来清楚理解它、运用它。这里的想法有点复杂，但并不晦涩，我们会提到的。不过我们现在姑且这样来理解“约束闭合”：这是一组约束条件，既作用于非平衡体系中能量释放过程、又作用于使这个系统构建自己约束条件的过程。这是一个了不起的想法。细胞就是这么干的，汽车则不会。

有生命的系统达到约束闭合状态，进行的是所谓“热力学运作周期”，这样自我繁殖。有生命的系统同时也体现了达尔文提出的可遗传变异、从而能够进行自然选择，实现演化。关于后者，我在之前写的几本书中提到过，但我同时感到困惑的就是也许其中有所疏漏。现在约束闭合的概念，仿佛是拼图上关键的一片，把之前的疏漏填满了。

演化是无法提前预知的：会演化产生什么，来提高生物圈的复杂程度，是不可预知的——我只能这么说了。我们都是演化的产物，长颈鹿、油桃、海参，也都如此。

几年前，我的一位物理学家朋友过70大寿时，他拿生物学家看世界的方式开起了玩笑。如果伽利略是和生物学家一起登上比萨斜塔，那么它们也许会扔下红色的石头、橙色的石头、粉色的石头、蓝色的石头、绿色的石头……

我的物理学家朋友们都会意地笑起来。物理学家是在力求简化、寻找规律，而生物学家则在研究生命如何变复杂。不然呢？红色的石头是长颈鹿、橙色的石头是油桃、蓝色的石头是海参、绿色的石头就是我们人类自己吧。不过问题并不是海参、长颈鹿、人、还是油桃，哪个下落快，而是，追根溯源，它们究竟是怎么来的？

物理学家是不知道的。没有人知道。

这是一个物理之外的世界。

达尔文告诉我们，新的物种需要在既已拥挤的大自然中抢得一席之地，才能生存下来。对，但也不对。生物，只要存在，就已经创造出了一个让其他生物生存的特定条件。大自然中那让新的物种得以生存的“一席之地”，正是已经存在的物种构建出来的；前者的生存，又创造出了更多的让新物种涌现的“一席之地”。

生物圈的繁荣，创造出了更新成就的可能性，会变得更多元、更丰富。

对于全球经济的蓬勃发展，也是一样的道理——不过差点被忘了。新的产品创造出了更新产品的生存空间：万维网的发明，创造出了网络购物，从而有了eBay和亚马逊；这进而又反过来创造出更多网上的内容，从而给了搜索引擎——比如谷歌——发展的空间；对于投身这场游戏的生意人，研究搜索引擎的算法，可以卖出更多商品。或者，看看iPhone的应用程序，一个催生另一个，还有了“屏蔽”广告的程序，让你屏蔽浏览器中兜售商品的广告。

我们蹒跚地来到这个世界——这个我们对眼前的知识一无所知地趔趄前进，却使一切变得可能的世界。我能去伊斯特海湾，买到油桃。

我们认为，在物理——狭义和广义相对论、有了标准模型的量子力学和量子场论——之中，我们可以找到推演世界的基础，知道变化的本质。但不是的。这本质也许依赖这些物理基础，但却不是以此推演而来。这本质，是一种不可知晓的变化力量，从物理基础的海港里溜了出来、自由漂泊。正如赫拉克利特所说：世界喷涌前进。

几百年以来，人们深深地认为生命是特殊的；有生命的东西是不同于自然的一股力量，不同于无生命的物体、充满了一种生命活力。但19和20世纪的物理学将这种荣耀彻底降格，我们开始把生命看作是和宇宙中其他东西一样的“机器”。在这本书里，考夫曼很快就把我们带回了传奇的过去，又把我们推向神奇的未来。生命的定律并没有被充分描述过，它们依然需要一种新形式的思考，涵盖集体的分子行为和新的发生科学。这是一个激动人心的展望。