生命以负熵为食，那负熵是如何生产的？
2024-11-19 阅读 14
更新于 2024年11月21日
生命以负熵为食的观点是由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1944年出版的《生命是什么？》一书中提出的。薛定谔认为，生命系统通过从环境中摄取负熵来维持自身的有序状态。负熵（或称为负熵流）实际上是有序度的增加，而熵则是无序度的增加。
熵和负熵熵是衡量系统无序度的物理量，通常用 SS 表示。在热力学中，熵的变化可以通过以下公式表示： dS=\frac{dQ}T\\dS=\frac{dQ}T\\
其中 dSdS 是熵的变化，dQdQ 是传递的热量，TT 是温度。
负熵（或称为信息熵）是指系统有序度的增加，可以用负号表示： dS_\text{neg}=-dS\\dS_\text{neg}=-dS\\
生命系统中的负熵生命系统通过从环境中摄取有序的物质和能量来减少自身的熵，从而维持有序状态。这个过程可以通过以下几个方面来理解：
1. 光合作用植物通过光合作用从太阳光中获取能量，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。这个过程可以表示为： \text{6CO}_2+\text{6H}_2\text O+h\nu\rightarrow\text C_6\text H_{12}\text O_6+6\text O_2\\\text{6CO}_2+\text{6H}_2\text O+h\nu\rightarrow\text C_6\text H_{12}\text O_6+6\text O_2\\
其中 \text{CO}_2\text{CO}_2 是二氧化碳，\text H_2\text O\text H_2\text O 是水，h\nuh\nu 是光子能量，\text C_6\text H_{12}\text O_6\text C_6\text H_{12}\text O_6 是葡萄糖，\text O_2\text O_2 是氧气。
2. 呼吸作用动物通过呼吸作用将有机物（如葡萄糖）氧化，释放能量并排出二氧化碳和水。这个过程可以表示为： \text C_6\text H_{12}\text O_6+6\text O_2\rightarrow6\text{CO}_2+6\text H_2\text O\\\text C_6\text H_{12}\text O_6+6\text O_2\rightarrow6\text{CO}_2+6\text H_2\text O\\
3. 代谢过程代谢过程是生命系统维持有序状态的关键。通过代谢，生命系统不断地从环境中摄取有序的物质和能量，同时排出无序的废物。代谢过程可以用以下公式表示： \Delta G=\Delta H-T\Delta S\\\Delta G=\Delta H-T\Delta S\\其中 \Delta G\Delta G 是吉布斯自由能变化，\Delta H\Delta H 是焓变，TT 是温度，\Delta S\Delta S 是熵变。
