“随着这颗行星依照固定的万有引力定律运转不停”
人类在理解统治我们生活的周期之前,就已经意识到它们很久了。最明显的周期就是昼/夜周期。物体漂浮在太空中,或按照万有引力定律围绕其他物体运动,都具有绕自轴自转的自然倾向。有例外,但我们的行星不属于这种例外。如今,地球的自转周期是24小时(它曾经转得更快),当然,我们对它的感知就是昼夜交替。
由于我们生活在一个相对大质量的物体上,我们认为引力主要是一种把所有东西拉向该物体中心的力量,我们感知为“落下”。牛顿最早理解到引力具有一种普遍效应——让全宇宙中的天体保持围绕另外的天体(在半永久性的轨道上)运动。我们感知为随着地球绕日运转而来的年度性季节变化[119]。因为我们行星的自转轴相对于绕日运转的轴,是倾斜的,所以当我们所居的半球向日倾斜的半年,我们就感觉到较长的白天和较短的夜晚,那段时期的高潮在夏季。在另外的半年中,我们感觉到较短的白天和较长的夜晚,在其最盛期我们称之为冬季。在我们所在半球的冬季,即便阳光能照到我们,其角度也很小。这种倾角使得冬季的一束阳光要比夏季的同样一束阳光照射到更大的面积。这样,在接收端,每平方英寸接收到的光子就较少,也就感到较冷。每片绿叶接收到的光子少了,就意味着光合作用也弱。较短的白天和较长的夜晚,也有同样的效应。我们的生活被周期所统治——四季循环、日夜交替;这正如达尔文和他之前的《创世记》所说:“大地存在之时,稼穑、寒暑、冬夏、昼夜就会永不停息。”
万有引力调节周期,同时也意味着调节生命,尽管这比较不明显。地球不像其他行星那样拥有众多较小的卫星,地球碰巧仅有一个大卫星,我们称之为月球。月球之大可以凭借自身就发挥一种显著的引力效应。对此,我们主要体验为潮汐周期:这不仅仅是指相对迅速的周期,即每日的潮起潮落,也指相对缓慢的周期,即每月一次的大潮和小潮,它是由太阳的引力效应和月球每月运行的引力效应之间的交互作用所引起的。这些潮汐周期对于海洋生物和沿海生物尤为重要,人们甚至夸张地怀疑,是否我们海洋祖先的某些物种记忆就存留在我们每月的生殖周期中。这也许有些牵强,但却能引发一项有趣的思索——如果没有环绕地球运行的月球,生命将会怎样地不同?对此,甚至有人提出,如果没有月球,生命便不可能存在(再一次地,这一观点在我看来是不对的)。
如果我们的行星不绕地轴自转会怎么样?如果它像月球朝向我们那样,永久地保持一面朝向太阳,那么白日永驻的半球将是一个炙热的地狱,而黑夜永驻的半球将寒冷得让人无法忍受。生命可以在两者交界的昏暗的不毛之地,或深埋的土壤之中存活吗?我对于生命能在如此不利的条件下起源表示怀疑,但如果地球自转速度逐渐减慢,直至停止,这将给予生物足够的时间去适应,至少一些细菌会成功存活——这应该是可信的。
如果地球自转,但其自转轴不是倾斜的,将会如何?
我怀疑这样也不能排除生命形成的可能性。冬夏的循环将不复存在。夏季和冬季这种状态将与纬度和高度的效应有关,而不再与时间有关。居住在两极附近及高山之巅的生物,将经历永恒的冬季。我不理解为什么这就排除了生命形成的可能性,当然如果没有了季节,生命便会索然无趣。生物的迁徙,或它们在一年中特定的时间段进行繁衍,或落叶或换毛,再或冬眠,这些都将失去其动机。
如果行星根本不是围绕一个恒星运转的,生命的形成将完全成为不可能。如果不能围绕一个恒星运转,行星就只能在虚空中疾驰——这个虚空是温度接近绝对零度的黑暗太空,这个独自疾驰的星球不断远离能量源,远离这种使得生命能够短期而局部地逆转热力学趋势的物质。达尔文所说的“依照引力定律运转不停”,不仅仅是对“时间流逝不停而且漫长得令人难以想象”采用的诗意表达。
在围绕一个恒星的轨道里运行,是一个天体与能量源保持相对固定距离的唯一方式。在任何一个恒星附近(我们的太阳就是一个典型)都存在一个被光与热所笼罩的有限区域,在这儿,才可能有生命的进化。随着你远离恒星进入太空,这个适宜生存的地带也按照著名的平方反比定律迅速缩小。这就是说,光与热的减少不与行星到恒星的距离成正比,而是与距离的平方成正比。我们可以很容易地理解为什么会是这样。让我们想象以一个恒星为中心,半径不断增加的许多同心球体。恒星向外辐射的能量落在这个球体的内部,被这个球体每平方英寸的内部区域所“分享”。球体的表面积和半径的平方呈正比(ESK)[120]。所以,如果球A到球B的距离变为两倍,那么同样数量的光子就被一个是原来面积4倍的区域所“分享”。这就是为什么水星和金星作为太阳系最内部的两个行星是如此炙热,然而处于外围的行星,例如海王星和天王星,则是寒冷而黑暗的,虽然仍不像外太空那么寒冷与黑暗。
热力学第二定律指出,尽管能量既不能被创造也不能被毁灭,但(须在一个封闭系统中)它会变得越来越不能做有用的功:这就是所谓的熵增加。“功”包括一系列事情,比如向上抽水,或与之等效的从大气层的二氧化碳中提取碳原子用于植物组织。正如我已在第十二章所清楚讲述的:只有注入能量到系统中,这些壮举才能得以实现(如电能驱动水泵,或太阳能驱动绿色植物中糖类与淀粉的合成)。一旦水被泵到山顶,接下来它会趋向于流向山下,这样水向下流产生的一些能量就可以被用来驱动一个水车,水车的机械能再带动发电机产生电能,电能又可以驱动一个电动机将水泵回山顶——但只能泵回一些!尽管能量从未被毁灭,但总是有一些能量会流失。永动机是不可能实现的(这样说并不武断)。
对于生命的化学过程,在植物中,由太阳驱动的“上山型”化学反应,将碳元素从空气中提取出来,于是碳元素可以燃烧,并释放它的一些能量。我们能够真切地以烧煤炭的形式来燃烧碳元素,你可以认为它是一种存储的太阳能,这是曾在石炭纪或者其他过去年代中存在过,而现已死去很久的植物,它们作为太阳能板,将储存的能量遗留下来。再或者,能量也可能经过一种比实际燃烧更加可控的方式释放。在不论是植物、食草动物还是食肉动物的活细胞内,太阳制造的含碳化合物都在“缓慢地燃烧”。不是像字面上的意思,迸发形成火焰,而是它们将能量投入到耐用的涓涓细流中,在那里能量能够以一种可控的方式做功,来驱动“上山型”化学反应。(但是)不可避免地,一些能量以热量的形式损失了——如果不是这样,我们早就有永动机了,然而这是不可能的(我们已经重申过太多次了)。
宇宙中几乎所有的能量,都在从能够做功的形式逐渐降级到不能做功的形式。这是一种削平,一种调和,最终整个宇宙都会达到一种均一的、(真正的)平静的“热寂”。但是,当宇宙作为一个整体,向其不可避免的热寂迅速下降、疾驰的时候,有一个余地可以让少量能量驱动小局部系统走向相反的方向。来自海洋的水以云的形式升腾到空气中,接着云中的水沉降到山顶,在那里,水汇成溪水和河流,向山下流去,而这可以驱动水车和发电站。使水上升(从而驱动发电站的涡轮)的能量来自太阳。这并没有违反热力学第二定律,因为能量是不断地由太阳输入的。在绿色叶片中,太阳能也在做同样的事情,即驱动化学反应局部地“向上”(上山型)进行,从而产生糖类、淀粉、纤维素和植物组织。最终,植物死亡,或者被动物吃掉。被捕获的太阳能通过许多的级联反应,或者通过一条长而复杂的食物链,获得了向下滴流的机会,终于由细菌或者真菌降解的植物(或者延长食物链的动物)。或者,其中的一些能量被封存在地下,先变成泥炭,再变成煤炭。但是,朝向最终热寂的总趋势是永远不会逆转的。在食物链的各个环节,还有在细胞中通过的每一个涓流级联反应,一些能量最终被降至无用状态。永动机是……好吧,重复得够多的了,但是我不会为引证而道歉,正如之前我在至少一本书中已引用的,即阿瑟·艾丁顿爵士(Sir Arthur Eddington)就该话题的绝佳表述:
如果某人向你指出,你所喜爱的宇宙论与麦克斯韦(Maxwell)方程不一致——这对于麦克斯韦方程可能也不妙。如果发现它与观察所得相矛盾(这有可能是缘自实验员做事笨手笨脚),但如果你的理论被发现违背了热力学第二定律,我就不能给你任何希望了。除了在最深的耻辱中崩溃,别无选择。
当神创论者说进化论违背热力学第二定律时(他们经常这样说),他们只不过表明了他们不懂这个定律(我们已经知道他们不懂进化)。没有违背定律——因为有太阳!
不论我们谈论的是生命,还是水升腾入云然后再落下,整个系统最终都依赖于来自太阳的稳定能量流。来自太阳的能量为生命提供了能源,这并不违反物理和化学定律(肯定也从未违反热力学第二定律);反而是利用了物理和化学的定律,尽其所能地产生了复杂多样和美丽惊人的结果,但也使人们产生了一种奇异幻觉,让人们认为这在统计学上不可能,而是故意设计的。这个幻觉如此地强大,它甚至愚弄了我们最伟大的头脑,长达数百上千年——直到查尔斯·达尔文横空出世。自然选择是一个“逆转不可能性的泵”:一种产生“统计学上的不可能的事物”的过程。它有组织地抓住了少数令其得以生存的随机变化,在长得无法想象的时间里,一点一滴地把它们积累起来,直到进化终于爬上了不可能性与多样性之山巅,这些山峰的高度和范围似乎没有极限,我把这种比喻性的山峰称为“不可能之山”[121]。自然选择这种“逆转不可能性的泵”驱动着活的复杂性登上了“不可能之山”,这在统计学意义上相当于太阳能把水送到了一座普通山峰的顶端。生命进化出了巨大的复杂性,这仅仅是由于自然选择在局部把它从统计学上的“不可能”驱向了“可能”。而这之所以有可能实现,端端是因为源自太阳的不断的能量供应。
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