生命与熵.ppt

熵 与 生 命 演讲人演讲人 负熵 1943年，薛定愕在生命是什么一书中首先提 出了负熵的概念。他指出:“一个生命有机体的熵是 不可逆地增加的 你或者可以说是增加正熵并趋于接近最大熵值的危险状态，那就是死亡了。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境 中不断吸收负熵，有机体是依赖负熵为生的。”因为熵是系统无序性的量度，所以负熵便可看作是系统有序性的量度。实际上熵作为一种状态函数应依附于物质存在，亦无所谓正、负，而应是物质的一种属性，可区分为高熵物质和低熵物质。这里所谓负熵是指生命体通过新陈代谢汲取低熵物质，排出高熵物质而使体内的熵减少。耗散结构 1.耗散结构是指当体系处于非平衡状态时，通过体系与外界交换能量和物质而形成和维持一种稳定化了的宏观体系结构。2.它突破了热力学定律只适用于孤立系统的限制，将其运用到开放系统。3.一个正常的生命体现可视为一个处于非平衡的开放系统，即一个耗散结构。生命过程中的熵变 一个无序的世界是不可能产生生命的，有生命的世界必然是有序的。生物进化是由单细胞向多细胞、从简单到复杂、从低级向高级进化，也就是说向着更为有序、更为精确的方向进化，这是一个熵减的方向，与孤立系统向熵增大的方向恰好相反，可以说生物进化是熵变为负的过程，即负熵是在生命过程中产生的。成长熵减少 婴幼儿 少年 青 壮 年 衰老熵增加熵增加 中年人 老年人 生命的成长过程是生命系统生命的成长过程是生命系统的熵变由负逐渐变化趋于的熵变由负逐渐变化趋于0 0的过的过程，可以说随着生命的成长，生程，可以说随着生命的成长，生物熵是由快速减少到逐渐减少的物熵是由快速减少到逐渐减少的过程，这个过程中生物组织的总过程，这个过程中生物组织的总量增加，有序度增加，生物熵总量增加，有序度增加，生物熵总量减少，所以熵增为负。量减少，所以熵增为负。衰老是生命系统的熵的衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加，一种长期的缓慢的增加，也就是说随着生命的衰也就是说随着生命的衰老，生命系统的混乱度老，生命系统的混乱度增大，原因应该是生命增大，原因应该是生命自组织能力的下降造成自组织能力的下降造成负熵流的下降，生命系负熵流的下降，生命系统的生物熵增加，直至统的生物熵增加，直至极值而死亡，这是一个极值而死亡，这是一个不可抗拒的自然规律。不可抗拒的自然规律。大量实验表明，熵增、随机、不可逆、非线性的振荡恰恰是“生命”、“自然”和“自然生机”这些现象最本质的原因。熵增意味着最终的混沌、无序、热寂和死亡，然而同时也意味着它孕育了这个过程之中的那短暂却壮丽辉煌的“生命”、“生命力”，创造了大自然最神奇的“成长”和“自然演化”的机制，显示着物质自身运动真正的“时间”，包含着整个宇宙生与死、从混沌到有序的全部秘密。熵与大自然 人类在追求宇宙和自身的永恒中，通过热力学语言，很不情愿地发现了与我们人类的生命感觉相一致的、正如远古哲人孔子所述的“逝者如斯夫”那样的宇宙事实：时间并不是幻觉，而是物质有方向的变化过程；时间具有方向性，是不可逆的，无论是宇宙还是我们人类，只能从生到死，而不可倒逆；宇宙没有永恒体，没有上帝，我们人也不可能羽化成仙。热力学毫不顾忌我们人类童年的那种幻想和价值意愿，仅用“燃烧之火终将熄灭”这样一个简单的事实就打破了我们自以为真实而实际只存在于文化符号中的诸如“天堂”、“理想国”等理念的永恒世界，残忍地向我们揭开了整个宇宙和人类的一种悲剧化的过程，让人类又一次从真正意义上看到了自我的份量。感悟 生命，无疑是高度有序的存在；人类发展，人口的膨胀，社会物质组成结构的有序化，无疑是熵减过程；但依照熵增原理，人类社会有序化的得以实现必然是因为生成更多的熵的结果，或者说，地球其他组成部分来承担因之带来的无序程度的结果。所以面对生态环境的日益恶化，我们应该协调好人类社会熵减与生态环境熵增的平衡，尽量减少对环境的破坏。否则环境的熵增会将我们社会的熵减付之一炬。演讲人演讲人 赵渊 环境、疾病、死亡与生物熵 负熵是人体生命过程中产生的，正常情况下有较高的负熵流，当生理功能由于某种原因失常，生命过程的负熵流将下降，生物熵的上升必然造成生命体许多不适与损害。通常而言，低熵态对应着比较有序的状态，即体内有效能高转化状态。一、天气变化与生物熵一、天气变化与生物熵 正常情况下，由于生命已经适应了正常的气候变化，所以正常的天气变化对生命过程的负熵没有影响，只有发生突变时，人体的正常生理调节功能无法适应变化造成负熵下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。二、环境污染与负熵二、环境污染与负熵 环境污染必定造成生命组织的损害，结果使人体正常生理功能失常，负熵流下降，生物熵上升，人容易生病或感到不适。三、一般疾病与生物熵三、一般疾病与生物熵 当生物体患病的时候,输入生物体内的各种无序的物质在细胞和机体中堆积起来,细胞和肌体的新陈代谢能力减弱,不能将它们分解消除掉.随着时间的推移，负熵流下降,生物熵上升，若得不到很好的改善,无序物的堆积就会越积越多,生物熵增大，生命就越来越弱。四、肿瘤与生物熵四、肿瘤与生物熵 熵增加原理也可以解释肿瘤在人体内的发生、扩散。现代医学研究表明，癌基因以原癌基因的形式存在于正常生物基因组内，没被激活时，不会形成肿瘤。原癌基因是一个活化能位点，在外界环境的诱导下，细胞可能发生癌变，即肿瘤的形成是非自发的。非自发的过程是一个熵减的过程，也就是说肿瘤细胞的熵小于正常细胞的熵。然而肿瘤细胞是在体内发生物质、能量交换的，人体这个体系就相当于肿瘤细胞的外部环境，正是由于肿瘤细胞的熵减小，导致了人体这个总体系熵增大。越恶性的肿瘤，熵值越小，与体系分化越明显，使人体的熵增也相对越大，对生命的威胁越大。五、生命死亡与生物熵五、生命死亡与生物熵 理论上生物熵大到极值，生命过程就结束了。事实上绝大多数死亡人群都不是衰老至死的，而是在生物熵值较大时，由于疾病等意外原因使生物熵迅速增加到极值而死亡的。可以说生物熵值较大时，生命即进入一个危险时期，这也就是新生生命容易死亡的原因。玻耳兹曼所说:“生物为了生存而作的一般斗争既不是为了物生物为了生存而作的一般斗争既不是为了物质，也不是为了能量，而是为了熵而斗争。”质，也不是为了能量，而是为了熵而斗争。”生命有机体不断与周围环境进行物质与能量的交换，通过新陈代谢从外界吸收低熵物质，并将其消耗以满足正常生命活动的需要，同时产生大量的高熵物质，(如二氧化碳、尿、汗等排泄物)，使得机体系统的总熵变小于零，从而生命机体处于协调、有序状态，以维持生命.如果生命系统出现短期或局部的熵积累过多，使得系统的熵变，便出现了短期或局部的混乱、无序状态，这就会造成机体处于病态之中。以感冒为例 我们知道，人在剧烈运动时，体内的新陈代谢加快，产生比正常情况下更多的废热(高熵物质)。如果这时突然受凉，则皮肤的毛孔收缩，阻止体内的热及汗的散发排出，使得体内的熵不能随之排出，造成体内熵积滞，大大超过正常水平，系统的无序程度增加而出现系统紊乱、功能失调，表现为发热畏寒、四肢无力等症状，这就是大家较为熟悉的感冒。再如中暑、内热、上火等都是由于体内熵增多、排熵不畅而引起的“熵病”。日本长崎核辐射 被原子弹炸过后的长崎，生态环境遭到严重破坏，随之还有人和动物因核污染而出现的病变。即生物的正常生理调节功能无法适应环境的变化，负熵下降，生物熵上升，从而出现病态和不适。深受核辐射之害的人们深受核辐射之害的人们 消除负熵 药物方法药物方法:其原理是以药的有序结构调整人体系统的结构以达到有序状态。服中药可以加速体内积熵的排出，服用西药(负嫡物质)增加负熵以抵消体内熵的增加，最终达到系统的总熵不增加或减少，以生命系统恢复正常。加强锻炼加强锻炼，通过汗液排出体内的积熵。饮食方面饮食方面:不吃油腻的食物，多吃一些易于消化的高能低嫡食物。这是因为人体在ds0时，机体功能紊乱，消化功能差，吃油腻食物，不易消化，会产生更多的高嫡废物，使体内积嫡增加，病情加重，而吃易消化的高能低嫡食物，有利于体内积嫡的排出或抵消嫡的增加，有利于恢复健康。比如多喝开水，吃高营养的流质清淡 食物。感悟 随着生命科学的不断发展，人类应当找到全新的生命与非生命世界“和平共处”的方式，在比“无穷大”稍稍小一点的时间尺度内，使人类能够子孙万代地繁衍下去。实际上，源于宇宙大爆炸热力学理论的“熵定律”学说，在与突飞猛进的粒子研究新成果联姻中，正在把科学导向一个全新的境界。在超微观或超宏观领域中，当我们突破光速壁垒、时间壁垒、熵垒等人类认知与思考的种种界限以后，就一定能够发现和理解与生命系统类似的许多其他系统，并以此来证明世界并不是“死路一条”。谢谢观看！谢谢观看！0岁左右岁左右10岁左右岁左右，这是生命成长发育的过程，负熵大于熵增，这时，且从大到小变化。婴儿出生时的熵变为负熵且较大，促进婴儿快速生长（生物组织的增加，有序的扩大）。在生命成长中熵增也在增加，并且比负熵增加的快，造成生命成长是从出生到长成过程中是逐渐变缓的，这与生命成长过程是相符合的。这个时期由于生命组织的快速正常发育，组织细胞大量增长，代表熵减的有序组织快速增加。由于生命组织的快速增加，伴随生命活动的呼吸、新陈代谢等生理活动引发的熵增也必然增加。但总体来说，生物熵在快速下降中，熵变为负且有一定数值，生命在快速成长中。10岁左右岁左右20岁左右岁左右，这是生命基本长成的过程，负熵大于熵增，负熵与熵增从有一定差值到20岁左右接近相等，熵变为负，且逐渐接近零。到20岁左右，生命基本长成，这时负熵约等于熵增，熵变约等于零，生物熵进入低熵状态，生命开始进入巩固时期。这个时期由于生命组织的较快的正常发育，组织细胞继续大量增长，代表熵减的有序组较快的增加。由于生命组织的增加，伴随生命活动而引发的熵增也继续增加。生物熵已经降下来了，熵变为负，从一定数值下降到约等于零，生命在继续成长中。20岁左右岁左右35岁左右岁左右，这是生命的巩固时期。负熵从约等于熵增到与熵增相等，熵变为微负，熵变从约等于零到等于零，生命处在一个熵比较低的平衡状态中。这个时期负熵和熵增都处于比较大的平衡状态，生命的各项指标也都在最佳状态，生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大。35岁左右岁左右50岁左右岁左右，这是生命的衰老的预备时期。负熵从与熵增相等到约等于和小于熵增，熵变为微正，从等于零到约等于零，生命仍处在一个熵比较低的平衡状态中。生命处于旺盛阶段，负熵流和熵增流都比较大，生命体征同前一阶段比较略有下降。50岁左右以后岁左右以后，生命开始进入衰老时期。负熵略小于熵增，熵变为正，生命过程中的负熵和熵增都在减少中，但熵已经开始缓慢增加了。这个时期由于人体各项功能的下降，组织再造能力下降，人体组织中自由基等垃圾成分增加，组织的有序度开始下降，负熵流下降，熵增流也下降，但熵变是增加的。随着时间的推移生物熵渐渐增大起来，有序度也渐渐降下来了。