生物物理学着重从物质运动的一般规律上指明生命特征。
有序和熵。物质和能量是守恒的。地球与外界没有物质交换,只有从太阳辐射得到的能量,而又将能量反射和辐射到太空之中,太阳辐射到地球上的能量以地球反射和辐射到太空中的能量相等。尽管地球的物质和能量都没有显著的变化,但地球上各种元素由于太阳辐射发生了不同的反应产生了不同的运动,这些运动导致了地球上物质的不均匀分布。因太阳辐射所造成的能量流动对地球的影响在一个长时期内的是稳定的、有节奏的和有规律的,所以地球物质分布的不均匀也是有节奏和有规律的。这就产生了地球物质分布和运动的有序状态。
热力学第二定律用一个叫做“熵“的函数来衡量一个系统的均匀程度。一个孤立系统,即与外界没有物质和能量交换的系统,运动总使熵增加。当熵达到极大值时,宏观物质运动就会停止,达到热力学平衡。此时系统处于均匀的、无序的状态。地球不是一个孤立系统,而是一个闭合系统,即与外界只有能量交换而无物质交换的系统,它受到太阳辐射的能量,同时又向太空反射和辐射能量。太阳辐射出来的能量使太阳表面呈高温状态。根据熵的定义,太阳属于相对低熵区域,由于地球表面温度远低于太阳,地球向太阳反射辐射的能量,处于相对高熵区域,可用这样一个公式来描述:这里S代表熵,dS/dt代表熵随时间的变化率。Q代表能量,dQ/dt是能量随时间的变化率。T太阳和T地球代表太阳表面温度和地球表面温度。这个公式小于0表示在太阳转化过程中,地球的熵在下降。地球上的物质和能量由此处于不均匀和有序状态。
生命是个开放系统,它与外界不仅有能量的变换,而且有物质交换。生命体实际上是从环境中取得以食物形式存在的高熵状态的物质和能量,把它们转化为了低熵状态并把废物排出体外,从而保持自身的熵处于比环境更低的水平,也就是维持着自身的有序状态。
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