陶冶性情的韵律——华夏艺术（下）

3.麦克斯韦妖和细胞中的天使

　　我们前面已经提到，这个世界无序比有序更好理解，根源在于热力学第二定律。热力学第二定律的基本内容可以这样通俗地讲：在一个与周围没有能量和物质交换的孤立系统中，运动粒子的能量差将最终消除。我们可以举一个例子来理解，把一杯热水和一杯冷水混合，一开始也许会感到水的一边热一边冷，但过了一段时间后水温就变得处处一样了。如果我们把运动快和运动慢的粒子放到一个绝热的容器中，它们会由于相互碰撞而交换功能，最终，粒子的速度会一样。这样一种状态被称作热力学平衡，这种平衡抹除了一切差异。

　　热力学第二定律是经过数学严格证明的，然而人们却不太喜欢它，因为如果把整个宇宙看作一个孤立系统的话，就会得出一个可怕的结论：宇宙各处的能量差异最终会变得到处一样，差异被抹去。热力学第二定律的首倡者克劳修斯正是这么说的，他被称作热寂论者，现在还大有其人在。按照这样的说法，生命的产生就是不可能的，因为生命进化表现出与环境越来越大的差异。从这个角度讲，生命确实是个奇迹。

　　麦克斯韦首先想到一个理想实验(一种逻辑上可能而实际上做不到的实验)来修改热力学第二定律。假定容器中A、B部分均匀充满了快粒子和慢粒子，在A、B间开了一条小门，门边坐着一位不食人间烟火的小妖，它只允许快粒子通过小门，而不允许慢粒子通过小门。可以想见，一段时间后，A集中了慢粒子，B集中了快粒子。这样，差异(有序)自动地从无序中产生了。这个小妖被戏称为麦克斯韦妖。

　　麦克斯韦妖立即遭到了科学家的反对，小妖要辨别快速粒子和慢速粒子，必然要消耗外界能量，那么这个系统就不满足孤立的条件了，小妖不能不食人间烟火！尽管如此，一些科学家还是愿意在开放系统中寻找这样一些小妖，控制论的创立者维纳和我们前面提到的莫诺就认为细胞中的酶就是这样的小妖。因为所处系统条件不同，而且它们的能力远远大于麦克斯韦妖，我们宁愿称之为细胞中的天使。

　　我们知道，酶是一种生物催化剂，它具有高效性和催化性，在催化生物化学反应时，本身并不需要消耗能量。应该说，酶的专一性是很重要的，它可以保证细胞中的反应按一定的顺序进行。让我们设想一下，如果酶的催化性不专一，那么它就可以同时催化所有的反应。细胞所有反应无选择地发生，能算得上一种序吗？我们可以把这些辛勤的天使看作是生命秩序的组织者。

　　也许要继续追问，为什么会有酶这种奇妙的东西？科学现在不能作出回答，你可以想象这是上帝的设计，但这个问题并不妨碍我们现在的研究；也许，纯粹是偶然。