資料圖

生物學(xué)和宇宙學(xué)，這是兩個通常認為沒有任何共同之處的領(lǐng)域，彼此之間似乎也沒有什么可以相互借鑒的?，F(xiàn)在，上述幾位研究者試圖結(jié)束這一切。通過重新構(gòu)建包含生物系統(tǒng)的宇宙物理學(xué)，他們已經(jīng)開發(fā)出一種“通用貨幣”，可以用來計算并比較各自的系統(tǒng)。換句話說，這種“貨幣”能夠量化生物系統(tǒng)的價值，并與宇宙學(xué)的不同部分——包括星系、暗能量和黑洞等——進行比較。

這種對生物學(xué)和宇宙學(xué)的整合要求思維方式的轉(zhuǎn)變，不再拘泥于還原論，以及所有系統(tǒng)都可以通過分解成不同組元的方式來理解的信念。相反，這種新的思維方式將考慮所有這些系統(tǒng)未來可能狀態(tài)的數(shù)量，從而理解復(fù)雜系統(tǒng)及其演化。

從技術(shù)意義上說，這種整合運用了系統(tǒng)可能結(jié)果的空間不斷擴展的概念；斯圖爾特·考夫曼將這一概念明確為鄰近可能性理論（Theory of the Adjacent Possible，簡稱TAP）。在一般意義上，這一理論可能會對理解我們生活的許多方面，尤其是經(jīng)濟、創(chuàng)新和災(zāi)難性的氣候變化等，產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

那么，以這種新的“貨幣”來計算，地球生物圈的價值是多少？回答這個問題的嘗試將為理論物理學(xué)提供深刻的啟示。

宇宙的可能狀態(tài)

在試圖理解宇宙的起源時，宇宙學(xué)家希望計算出它是如今這個樣子，而不是以其他形式存在的可能性。根據(jù)簡單的熱力學(xué)理論，無序度和熵會隨著時間的推移而增加，今天的宇宙應(yīng)該只是一個巨大的、毫無特征的、不冷不熱的氣體團。但事實恰恰相反，我們在宇宙中看到了無數(shù)不一樣的東西：從行星到恒星，從星系到黑洞。為了了解我們的宇宙有多少可能性（或多少不可能），就需要數(shù)一數(shù)像今天這樣的宇宙產(chǎn)生的方式有多少種（用術(shù)語來說就是有多少種“微觀狀態(tài)”）。

直到大約20年前，人們還認為黑洞，尤其是在星系中心發(fā)現(xiàn)的超大質(zhì)量黑洞，是宇宙的熵和可能狀態(tài)的主要貢獻者。使用雅各布·貝肯斯坦和斯蒂芬·霍金發(fā)現(xiàn)的公式，羅杰·彭羅斯計算出，黑洞貢獻了驚人的10^（10^101）個宇宙可能狀態(tài)。[數(shù)字10^101意味著1后面跟著101個0，這個數(shù)字已經(jīng)比我們整個可觀測宇宙中所有粒子的數(shù)量還要多。但這里說的是1后面跟著10^101個0 ！]但即便如此，這與暗能量的發(fā)現(xiàn)相比也相形見絀，暗能量被認為是導(dǎo)致宇宙目前加速膨脹的原因。根據(jù)計算，暗能量使宇宙可能的狀態(tài)數(shù)增加了10^（10^124）。這是我們在自然界中遇到的最大數(shù)量。

生命的可能狀態(tài)

到目前為止，物理學(xué)家們在計算像今天這樣的宇宙的形成方式時，都忽略了生命的存在。傳統(tǒng)的物理學(xué)家，尤其是那些深信還原論的物理學(xué)家會爭辯說，生命的貢獻顯然是微不足道的，以至于這個問題甚至都沒有必要提出，更不用說回答了。瑪麗娜·科爾特斯等研究者提出了不同的看法。

物理學(xué)和生物學(xué)之間的一個關(guān)鍵區(qū)別是，盡管物理學(xué)包含一個實現(xiàn)其現(xiàn)象的基本標準模型，，但生物學(xué)中并沒有這樣的東西。生命以無法預(yù)知的方式不斷創(chuàng)新，不斷創(chuàng)造新的生態(tài)位和可能性，以及無數(shù)的相互作用。與物理學(xué)不同，在生物學(xué)中，可能性空間永遠在不可預(yù)測地擴展著。

“組合創(chuàng)新”是一種新的理論發(fā)展，可以解釋這種區(qū)別，并將物理學(xué)和生物學(xué)結(jié)合在一起。組合創(chuàng)新將系統(tǒng)元素的每一個新組合視為新元素的創(chuàng)造。隨著系統(tǒng)的發(fā)展，它會通過這些新的組合創(chuàng)造新的可能性，并變得更加復(fù)雜（“組合創(chuàng)新”的一個非技術(shù)性應(yīng)用描述了如何通過組合并測試已有想法來產(chǎn)生新的想法）。

鄰近可能性理論設(shè)想了這種創(chuàng)造新狀態(tài)的涌現(xiàn)過程，并用TAP方程對這一過程進行了描述。一個關(guān)于TAP方程的一般性預(yù)測是，在突然增加之前，一個進化中的復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)量往往會經(jīng)歷一段漫長而緩慢的平臺期。

“組合創(chuàng)新”對于地球上生命可能狀態(tài)的復(fù)雜性和數(shù)量意味著什么？碳、氫、氮、氧、磷和硫這六種元素（通常稱為CHNOPS）的組合構(gòu)成了絕大多數(shù)生物分子?，旣惸取た茽柼厮沟妊芯空邔⑦@些化學(xué)元素作為正在建模的復(fù)雜系統(tǒng)的組成部分。然后，他們使用TAP方程來模擬生物圈在演化過程中可能的配置狀態(tài)的數(shù)量。35億年前，當?shù)谝粋€核糖核酸（RNA）分子出現(xiàn)時，生物圈可能的狀態(tài)數(shù)量為10^（10^237）。

這是一個令人震驚的發(fā)現(xiàn)。回想一下，今天宇宙可能狀態(tài)的總數(shù)量只有10^（10^124）。這意味著，在35億年前剛剛出現(xiàn)RNA的世界中，生命的復(fù)雜性已經(jīng)超過了宇宙本身。宇宙學(xué)家或許永遠都不可能預(yù)料到這樣一個源于生物演化的數(shù)字?，旣惸取た茽柼厮沟热嘶巳陼r間進行計算，不斷修改并反復(fù)檢查數(shù)學(xué)模型，最終獲得了這一結(jié)果。

生物宇宙學(xué)的未來

這一切意味著什么？這么多可能的狀態(tài)又有什么意義？以往普遍認為，宇宙中的黑洞等事物對熵和多樣性的貢獻最大，而我們所在的地球?qū)嶋H上沒有什么貢獻。但是，在瑪麗娜·科爾特斯等人的新研究中，地球生命蘊含的熵和多樣性讓宇宙實體的貢獻相形見絀。

瑪麗娜·科爾特斯等人正致力于建立一個新的學(xué)科領(lǐng)域：生物宇宙學(xué)（Biocosmology，又稱有機宇宙論）。他們提出了一種新的方法，可以量化宇宙中生命的價值，而這種價值無疑是巨大的。宇宙中一個微不足道的、幾乎可以忽略不計的角落，卻可以創(chuàng)造出與宇宙中其他一切事物相媲美的多樣性和復(fù)雜性。通過這種方式，宇宙學(xué)或許可以為氣候變化的爭論提供意見，因為這傳達了一種觀念，即生命的價值有多大，我們可能的損失有多大。換言之，生命是對宇宙物質(zhì)多樣性最有價值的貢獻，即使是黑洞也無法與其競爭。