深入奇蹟 13 : 生命能量中的自由與秩序

讓我們從各式日常生活中所見的能量轉換談起：臉上挨的一記巴掌、從高處往低處跳，還有藍莓乾在氣泡水中跳上跳下都是。但是，讓我們從最有感的方式開始探索，一起登上台北101。

爬樓梯的確很辛苦，但是從物理學的角度來說，如果你的「質量」越多，需要將那個質量往上拉的「能量」也越大 。不過，到底是什麼「能量」？

關於這點，讓我們從「焦耳」的概念來切入。

科學上，一焦耳是指一單位能量，下面表格提供各種不同活動的能量值。 （圖片來自 地板下的原子，城邦出版）。其中，斜體代表能量的「借方」，表示活動所供給的能量。標準體代表能量的「貸方」，表示活動所消耗的能量。

這些資料都是根據十九世紀英國的博物學家焦耳 （Joule）的研究結果計算出來的。因為焦耳，我們知道能量的簿計總是平衡的。這就是熱力學第一定律。

至於，熱力學第二定律，就比較令人不安了 ----這個定律告訴我們的是，系統中的這些能量能做些什麼。在「薛丁格生命物理學講義」的注腳裡，薛丁格曾說，如果他這本書的對象讀者都是物理學家的話，他不會用「熵」，而會用「自由能」（free energy）這個詞來討論。

等等，你知道「熵」和「自由能」的差異是什麼嗎？

讓我們先談談「自由能」，這個來自工程學的概念，指的是「不受控制、無法使用」的能量---- 所謂「無法作功」，暗示著能量有「集中」及「分散」的形式，其中「集中」的部分可以作功，「分散」的部分因為太自由了，所以無法做功。

再了解一下「熵」的定義 ---- 在絕對零度時，物質的熵為零，而熱力學第二定律告訴我們，獨立系統的熵總是在增加或不變，但絕對不會減少。

如果沒有外界干預，一堆原子絕不會自己排列成茶杯。只有注入能量作功後，才能燒製成一個茶杯。另一方面，要將茶杯變成碎片，就容易得多。這就是「熱力學第二定律」所說的，系統內的每個活動、改變都會不斷增加混亂，而且都是「不可逆」的。

對薛丁格來說，這似乎就是生命最奇妙的地方。薛丁格在他的「生命是什麼」的講義中指出，根據熱力學第二定律，宇宙萬物都會傾向混亂，也就是增加熵。另一方面，生命的奇妙在於其可以抵抗這種傾向。這正是石頭和貝類不同的地方 ---- 只要貝類還活著，貝殼就會逐漸變大，生命不會任「熱運動」擺佈。

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