论生命的统计力学：重访薛定谔

我们研究生命的统计基础。我们质疑关于生命热力学的一些常见假设，并阐明与普遍看法相反，即使在封闭系统中，熵的增长也能伴随宏观有序的增加。我们考虑将生物体的新陈代谢视为由热力学第二定律直接驱动的微观变量，而将结构、复杂性和稳态这些宏观变量视为在熵上受到青睐的机制，因为它们为熵通过新陈代谢增长开辟了通道。这一视角颠倒了结构与新陈代谢之间的传统关系，强调结构对新陈代谢的作用，而非相反。结构在时间中延伸，将信息代代保存，特别是在遗传密码中，也在人类文化中。我们还思考了为何有序/复杂性随时间的增长常常是阶梯式的，有时会灾难性地崩溃。我们指出亚稳态及这些态之间通道概念的相关性，这些通道由系统的随机运动发现，并在热力学驱动下将系统引向相空间中越来越大的区域。我们注意到，这种状态变化既可导致有序的增加，也可导致有序的减少；有时甚至导致完全崩溃，如生物灭绝。最后，我们评论了这些动力学对人类未来的启示。