格物論（二三） 格物（四）_風聞

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科學視野

 

站在科學大陸上，可以看到什麼？

人們看到了這個物質的世界，包括頭頂的星空、腳下的大地、山川河流、自然造物（生物和非生物）、以及人工造物；看到了人和人類社會；“看到”了數學的世界；看到了物質世界的表現為數學的種種規則（規律性）。人們把規則表述為天道，雖然並不能從造物者那裏得到永恆的保證；把自然中實存的萬物歸於實踐，它們是天道之下可能性的實現；把人類歸於社會，智能展開了超越肉體進化的新的現實：組織相關的倫理、道德、政治、經濟、文化…。（社會，當然也在科學的視野之內，科學自身也推動了社會的變革。但社會及其變革中存在的規律性不是自然科學可以承載的。）

星空在流轉，大地在漂移，山川河流在變遷，物種在演化…。某種意義上講，世界上並不存在“靜物”。彷彿沒來得及命名，事物已經改變（人不能踏進同一條河流）。這也是古人追尋天道的最大的阻礙（這種困難造成了‘本體論’的出現），直到人類走進科學時代。科學重新定義了測量，基本物理單位的量子化，為人類重新定義了萬物的尺度。科學尺度，至少可以保證在人類可以理解的時空範圍內的一致性。基本粒子的同質性+穩定性（實驗結果顯示，如果質子真的會衰變，它的壽命絕不會低於1033年）值得信賴。如果有神蹟，那就一定是科學所定義的時間尺度下的規則的變更（這是不可能的，規則變更意味着遠大於’天崩地裂‘程度的滅世）！科學找到了可靠的錨地，至少在可理解的時空之內如此。這種可靠性仍不及造物主的保證，但在神蹟缺席的尺度內，科學可以保證。

為自然界中確乎流變的萬物命名，仍然是有意義的。這也是語言的源頭。語言不是為科學而生的，但最終要通過實踐容納科學及其思想。相對於規則的永恆，萬物是流變的，但人類不能指望把生活中的萬物都解析成基本粒子並給予編號，因而只能接受“概念”所必然包含的變動的歷史。當人們説“蘋果”時，蘋果的歷史（發現、移植、改良等）已在其中，只看是不是需要翻開來查閲。這種無窮多的內涵普遍存在—“概念”都是如此！甚至可以還原為低一層級的運動變遷（比如轉基因，比如利於健康的營養成分表）。但也因此，命名具備了還原性，即可以由科學體系給出的“有序”。

忽略核運動，自然界的運動形式：物理運動、化學運動、生命運動、社會運動，複雜度指數上升。後者是前者的“湧現”，一如屏幕上的點陣着色構成的你正在讀的文章。不同運動需要用不同的數學工具來表達，但人們確信數學的一致性（化學規律用物理方法演算必定可能，只是不需要）。層層遞上的湧現關係，以及數學的一致性信念，使得人類關於自然的知識可以貫通，於是世間萬物可以理解（還原到元素週期表），並在此基礎上構建博物學。

科學是人類的無止境的攀登（實踐），留下一路的風景。人們在科學之路上，期待發現新的規律性，並持續為所見的事物排序、命名。每當發現“博物表格”之外的事物時，人們會重新審視規則、擴充表格。攀登和審視幾乎就是科學之路的實況。對個人來説，理解科學，就要查閲全部的三份文檔，從而代入科學之路的實況之中。

在理解科學的基礎上，人們或許會偶爾小憩，總結、遠望、思考。愈是思考，便愈是心懷敬畏：原來已經走過了如此悠長的路途！原來路途是如此曲折！原來期望的“登頂”只是打開了新的視野！原來前方還有無數的風景！

 

規則

 

數學本身即是規則。既因為它是理性本身，人類除此無他，又因為人類堅信數學與世界的綁定關係可靠，科學已自立。規則不是由原子構成的實物，但只要人類的實踐存在，規則就是實存。以唯物的觀點看，規則是規律性在人的意識中的反映，因時空而存；以唯心的觀點看，規則是人自有的和領悟到的規律性，因共識而存。人類能在實踐中發現規則，這件事本身要求：規則及其所來自的時空、人的自知、認知（能力）等不需要外部的背書，它們都是規則本身。

科學的發展，深刻影響了人類的世界觀。這種影響是通過人類的視野的展開實現的，彷彿遊戲中的地圖不斷打開，人們對世界的瞭解也逐漸加深和擴展。不敢説當代科學的視野就是全面的，但對科學視野的視而不見必定是片面的甚至偏執的。可以説，科學史就是人類視野拓寬的歷史，也就是人類基於智能（超越肉體）的進化史。科學上的重大突破，可以類比於個人成長中的里程碑，人類作為一個整體也在經歷中成長（世界觀在成長），就像那個摸象的盲人。

文字、印刷術、計算機革命等等，都可視為人類成長過程中“記錄地圖”能力的里程碑。每一個台階，都意味着地圖的規模和清晰度的大幅提高。不可低估阿拉伯數字引發的數學符號體系，它使得數學知識在語言中獨佔一域，它的作為台階的意義不亞於文字！符號體系顯然是語言的，但本質是數學的，它讓數學世界中的景象可以映射到人類的語言中。如果非要類比，那麼數學符號體系使得“地圖”立體化和矢量化：遊戲中的地圖可以進化成谷歌地球，人們可以從不同角度和不同高度上使用這份矢量化了的地圖！現代科學體系藉助立體、可視、各向同性的新地圖，得以清晰表述。

牛頓力學基於絕對時空觀（伽利略變換），第一次用數學表達了機械運動的規律性，解釋了行星的運行。人類身邊時刻發生的各種運動，在牛頓這裏被歸納為三個運動定律以及萬有引力定律。人類第一次可以如此精確地把握世界的運行。從此人們開始相信數學與這個世界的綁定關係，也即現代科學的真正起步。哲學上，牛頓體系強化了決定論觀點，同時卻又把“神”趕出了太陽系。

開爾文被稱為熱力學之父，他在前人研究的基礎上，確立了絕對温標，並與克勞修斯一同提出了熱力學第二定律，即熵增定律。熱力學並不追究由大量微觀粒子組成的物質的微觀結構，而只關心繫統在整體上表現出來的熱現象及其變化發展所必須遵循的基本規律。熱力學是統計數學，質量、温度、壓強、體積、功等宏觀概念由熱力學連通了微觀世界。

麥克思韋統一了電動力學，在物質世界中引入了“場”的概念。電場與磁場相互轉化中的優美對稱性被表達為數學方程。它所揭示出的電磁相互作用的完美統一，為物理學家樹立了一種信念：物質的各種相互作用可以在許多層次上統一！麥克思韋方程的一個重要推論是真空中光速不變。麥克爾遜-莫雷實驗證實了這一結論。

愛因斯坦基於光速不變原理和慣性系平權原理（洛侖茲變換）建立了狹義相對論，慣性系統相對的尺短、鍾縮效應成為科學的常識；基於等效原理（加速與引力同質）與廣義相對性原理（規則不因參照系而變），建立了廣義相對論，水星進動、引力透鏡、引力波都已得到證實。相對論體系展示了一個不同於人類直觀的時空觀，把人類的視野延伸到了浩瀚的星空。相對論的正確性不容質疑，人們每天用到的衞星導航，如果沒有相對論修正，誤差將不可接受；質能方程若不成立，核武器、核能利用也不可能存在。

波普爾歸納了牛頓到愛因斯坦的科學革命成果，確立了範式革命的科學和哲學意義。科學的革命，不是推翻什麼（民科常見），而是向前兼容，即通過拓寬視野，使得前式成為後式的特例，前式在規定的條件下仍有效（生活中常識在科學時代仍是常識）。

普朗克假設了黑體輻射中能量不連續（量子化），用以協調兩個輻射（長波和短波）公式。他的工作有兩個重要啓示：一是微觀領域的量子化，二是物理問題可以用數學拼湊的方法來求解。這兩點的哲學意義都極為重大，前者繼相對論導致的宏觀尺度不再直觀之後，引入了微觀領域的不再直觀（物質竟然不是無限可分的）；後者則進一步預示了數學與物質世界的綁定關係：居然可以先從數學公式開始研究這個世界（這一點與廣義相對論異曲同工）。

沒有人能真正“理解”量子力學。測不準原理：兩個共軛的物理量（位置-動量、能量-時間、角動量-角度）不可能同時精確測量，就像天平，當你試圖壓下一端時，另一端必定抬高。微觀粒子的波粒二象性（既是粒子又是波）、半整數的自旋（你能想象轉兩圈才能‘回正’的球嗎）、雙縫干涉實驗中的測量悖論（觀測影響實驗結果）、糟糕的躍遷（不可描述的過程）、真空中的量子漲落（憑空造物）、量子糾纏的超光速悖論（不是真的悖論）…。似乎在亞原子尺度上，有某種規則限制了探測，就像隔着一層毛玻璃幕牆，影影綽綽（是透過來的真實，還是觀測行為的倒影？）似乎發生了什麼，又總是無法看清！

不可否認，量子力學對微觀世界的描繪是成功的。從激光、電子顯微鏡、原子鐘到核磁共振的醫學圖像顯示裝置，都關鍵地依靠了量子力學的原理和效應。現代固體物理學、化學、材料科學或者核物理學等學科，全部是建立在量子力學之上的。

二十世紀以來的物理學的主攻方向之一是大統一理論，希望把基本粒子之間的四種相互作用（引力、電磁力、強相互作用、弱相互作用）統一起來，但至今尚未成功（引力不服）。事實上，“力”究竟是什麼，科學的回答至今未能消除牛頓的疑惑：我不知道（萬有引力）是什麼，只是確信我們可以這樣計算它。粒子物理關於力、質量的解釋更像是純數學的演算；至於弦論，則更是對基本粒子性質的數學演算，直至引入難以琢磨的11維空間。

原子的“直徑”大約為10-10米，原子核的“直徑”不大於10-15米，而夸克的“直徑（如果還可以稱為直徑的話）”不大於10-18米。基本粒子尺度上，大型強子對撞機已是當前人類探測能力的極限，人們並不確認這種尺度上的測量的可信程度，也不確信可以繼續拓展探測能力。科學越是“向前”，“能見度”就越低（暗物質、暗能量、量子糾纏、奇點、熱寂等，如何達成科學所要求的‘眼見為實’？或許質子的衰變只是某種‘生物’體內的機能—比如消化，但這種‘機能’已非人力所能觀測和理解），以至於科學工作者開始懷疑到達了某種“邊界”。

值得慶幸的是，量子效應在宏觀尺度上並不顯現。至少，芯片的工藝已經到達3nm，幾十個原子的尺度上，量子（隧穿）效應不顯現（否則3nm芯片就不可能存在）。儘管核外電子躍遷過程仍不可描述，但躍遷能級所定義的原子光譜是確切的，不同元素具有不同的特徵譜線，就像它的指紋，人類因而可以用光譜來分析恆星的成分，可以利用紅移（波長增大）和藍移來測量星體的相對運動。事實上，人類的觸手從未超出太陽系，如果沒有光譜學，天文學將難有作為。

科學的前行，有兩個方向（的阻力）：能見度和複雜性。前者要求“觀測”能力，後者要求“計算”能力。前者至少表現在以下四個方向上。①宇宙學（宏觀）方向，人類所依賴的光譜學，在“暗”和“遮蔽”面前顯得無能為力：（太陽）系外行星的尋找是一個難題，原因在於行星不發光（反射和散射不夠強）；暗物質（暗能量），宇宙尺度的計算顯示其存在，但其暗的本質造成了遮蔽；黑洞，人們可以建立數學模型計算，但其禁光（光不能逃逸）的本質使得其內部被遮蔽。②宇宙學（時間）維度，科學觀測是在時間軸上進行的，而科學所在的“時間”是有限的，未來不可見！普朗克時間不可再分！③基本粒子（微觀）方向，人類並不能無限擴大對撞機的半徑（物理和工程學限制），導致人類面對基本粒子的尺度時，“眼光”變得“模糊”，進而“可疑”。④地球物理（工程）方向，深海和鑽井都受到人類工程（材料）學的限制，地球內部究竟如何（也許地殼下層鋪滿黃金），人們並不清晰。

複雜性方向，人類的數學能力有限（並不是數學自身有限），導致人類面對複雜場景時難以計算（自變量太多、方程無解、沒有方程…）。天氣、地震、環境、有機化學、生命…等方向及其延伸，都是人類不能計算但又不得不面對的。與純粹的能見度方向的情況不同，複雜性方向上，人們堅信當前這些難解的領域只是數學的難解，但理論上仍是“貫通的、可解的”，可以放心地交給“自然”這位終極的“數學家”。相信那些複雜難解的領域仍在科學範疇內，但或許暫時的知難而退、另闢蹊徑才是理智的和科學的。於是人類需要並允許科學之外存在知識，而不必擔心製造麻煩。按照波普爾的範式理論，現代科學對人們關於物質世界的知識是向前兼容的（剔除那些不兼容的內容，比如輕重鐵球不同時落地）。也許隨着超級（量子）計算機的發展，人類可以在更強算力的加持下，讓科學真實地向前推進，也許到時就能科學地解釋“川菜烹飪原理”了。

有限本體

科學思想本質上是還原論的。還原論或還原主義，是一種哲學思想，認為****複雜的系統、事物、現象可以化解為各部分之組合來加以理解和描述（出自蒯因《經驗論的兩個教條》）。科學的還原論思想可以看作是一種有限本體論路徑。與西方哲學的真-本體論不同，科學試圖找到這個世界相對可靠、可見的本源。量子力學前沿，與其説是困境，不如説是人類對極限的試探。多數物理學家認為，量子力學所表現出來的奇異性（波粒二象性、不確定性、量子漲落等）不是人類探測能力的問題，而是規則如此。就像光速不變原理，人們最初只是以為測量了光的行進速度，但在相對論中，它是規則本身。也就是説，人類在量子領域所感受的毛玻璃幕牆，不是外加的，而是微觀領域的自性，因而無法移除，科學的尺度或許至此為止。以作者有限的學識判斷，整數或許是這個世界的邊界（簡單才是美）。

既然下一個尺度尚不可達，那就退回原子層面，即把這個世界的有限的本體設定為元素週期表，更微觀的基本粒子領域暫不追究。建築物打造地基，當然希望越牢靠越好，但打穿地殼就不好了，岩漿是軟的！何況地殼已足夠支撐人類可以想象的任何建築，何況建築物不僅受限於地基，太高了風也不答應。

這當然不是對科學前景的悲觀或試圖阻止科學的探索，而是對於哲學來説，原子層面的同質性這一地基已經足夠支撐起人類任何的想象。由不同元素構成的這個物質世界也已經足夠豐富，而以此為材料也足以完成人類想象的建築。至於科學前沿的那些不解，包括不確定性、坍縮、躍遷、波粒二象性，以及引力、電磁力的有效尺度（麥克思韋方程在10-7米仍證實有效，廣義相對論在可觀測宇宙尺度有效）問題，到時再説。不妨選擇掩耳盜鈴，暫不關心亞原子和宇宙大尺度上的科學前沿，而以元素週期表作為這個世界當前的“有限本體”；選擇相信未來科學的向前兼容：“有限正確”是特例而不是錯誤。地球、生命、智能都可以放心還原到元素週期表。

科學的目的是追尋這個世界的有限的本體，即為紛繁的現象提供統一源頭的解釋。在理解這個世界的基本規則的基礎上，可以嘗試理解世界何以如此或必然如此，即從科學所認定的有限的本體出發，如何實現所見的世界，從而形成完整的科學的世界觀（世界是一個整體）。物質和能量是兩條明確且可信的路徑，兩條路徑上都有科學已經揭示的規則。這些規則使得這個世界的不同層面的現象可以還原到有限的本體，也即世界可以從有限的本體逐層向上湧現。

物質路徑

與還原論思想相對的，是整體論。《上帝與新物理學》：過去的三個世紀以來，科學思想的主要傾向是還原論。的確，“分析”這個詞在最廣泛的範圍中被使用，這種情況也清楚的顯明，科學家習慣毫無懷疑地把一個問題拿來進行分解，然後解決它。但是，有些問題只能通過綜合才能解決，它們在性質上是綜合或“整體的”。這讓人想起亞里士多德的四因説，即認為事物的性質由形式因、質料因、動力因、目的因決定，其中目的因是終極的，自然界的每一件事物都有其目的。四因中，質料與動力導向還原論，而形式與目的則導向整體論（可見古今思想者的見解是相通的）。

完整的科學思想，或者説哲學所指的科學思想，是應當包含還原論和整體論的，是二者的統一。哲學更關心後者，但沒有還原也就談不上整體論，於是哲學必須理解科學，否則思想就是空中樓閣。把元素週期表作為“有限的本體”，以此為起點可以辨認整體論的脈絡（目的性），即這個世界實現的物質路徑。

元素週期表是原子量從小到大排序的化學元素列表。現代化學的元素週期律是1869年俄國科學家門捷列夫首先提出的，他將當時已知的63種元素按原子量大小以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一列，製成元素週期表的雛形。經過多年修訂後才成為當代的週期表（自然界103種+人造15種共118種元素）。週期表中每一行作為一個週期，每一列作為一個族（Ⅷ族包含三個縱列）。元素週期表的發現，是化學家注意到了不同元素性質的相似性和差異性，並用表格加以歸納（也是一種數學拼湊）。元素性質呈現為“週期”和“族”這件事本身，預示了背後隱藏着某種整數意義，以現代人的眼光看，隱約就是量子的精神。

現代化學的基礎是元素週期表，各元素如此這般的性質，主要的原因是核外電子（最外層和次外層）軌道的能級和容量不同（泡利不兼容原理），這是現代物理學已經確認的。無需查證科學家是否已經給出了所有元素核外電子能級的精確計算，或者給出了元素性質全部的核物理學證明，這並不影響現代化學的根基，只要知道其機理在此就行（可靠性得到了物理學的保證）。

元素依靠化學鍵結合。化學鍵是純淨物分子內或晶體內相鄰兩個或多個原子（或離子）間的相互作用力的統稱。化學鍵的作用，可以類比木質建築中的榫卯結構，元素之間的化合，就像是這種榫卯相合。氧原子有2個空位（卯眼），恰好可以容納2個氫原子的突出（榫頭），於是氫氧可以結合成為水分子（H2O）；碳原子上有4個榫頭，於是需要2個氧原子結合成為二氧化碳（CO2）…。可以形象地認為原子就長這樣！而這種“長相”是由量子領域的泡利不兼容原理保證的，是這個世界的最底層的規則（之一）。當然實際情況要複雜得多（比如榫卯的相對性，碳和氧相接時是榫頭，和氫相接時是卯眼，碳自相接時互為榫卯）。化學鍵可分為離子鍵、共價鍵、金屬鍵，各自有不同的成因和機理，但“可靠性”是相同的。

因為有了化學鍵，化合物（單質是同種元素的化合）得以生成，這個物質世界才可以如此豐富！1個氧原子與2個氫原子結合為1個水分子，這一過程是物理過程，可以用物理方法描述。但氫氣燃燒生成水的化學過程，就不再適合使用物理方法來描述。從最基本的化學反應開始，就要用到不同的表達方式了。化學反應可以認為是大量單個物理過程所發生的“湧現”。這種關係，可以類比聯想沙漠中的沙丘（或太平洋的海浪，或天空中的雲），人們知道沙丘是由沙子組成的，也相信如果給每粒沙子編號並跟蹤，就可以描述沙丘的運動，但不會這麼做。沙丘移動是一個宏觀現象，其中的規律要靠對沙丘整體的觀測和歸納。同樣的，人們用氣象衞星來觀測雲圖動態並進行預測，所依據的是宏觀的經驗，而不是對每一個水分子的編號跟蹤。因此，並不能説因為化學過程可以由物理來解析，化學就不重要了，或者説有了物理學就夠了。人類的知識，大量的還是這種統計的或經驗類的，除非某種經驗被科學置否，否則它們同樣寶貴。

一般來説，除非是在實踐中發現了矛盾，否則沒有必要去用跟蹤原子的方法驗證生活中的經驗。

由元素（原子）組成的物質的物理性能，常用的包括密度、熔點、沸點、硬度、導電性等等，都是此物質的分子（原子）結構決定的。我們可以計算它們的上述物理性能。比如硬度，自然界最硬的物質是金剛石（莫氏硬度為10），這是由其中化學鍵強度（C-C鍵很強）及其晶體結構決定的。也就是説，在自然界，硬度這一性能是有上限的（傳説中的削鐵如泥的寶刀並不存在）。比如熔點，鎢金屬3422℃，已知熔點最高的五碳化四鉭鉿（Ta₄HfC₅）4215℃，人們並不確定已達極限，但材料學的熔點顯然存在上限。現代科學為“性能”劃定了界限，也就為宏觀世界的可能性規定了邊界，也就為魔法、異能、內功等等玄幻規定了邊界：它們只是童話。

水在本質上是氫氧化合物，但水的性質不能由氫和氧相加得來。人們關於水的知識也不因原子物理學的發現而忽然變得不適用，也不會用燃燒氫氣的方法獲取水。當然，水的性質是可以用原子物理理論解釋的，但除非必要，科學家是不會這麼做的，這是在數學上找虐！推廣開來，各種化合物的性質，也不是推導而來，而是從該化合物使用的實踐中來。科學只是提供一個可以接納的平台，允許不同層面的知識經過解析後還原到“有限的本體”上來（現代科技的造物能力有限，但‘分析’還是可能的）。

化學平衡是化學反應中一個重要的概念，是指****在宏觀條件一定的可逆反應中，化學反應的正逆反應速率相等，反應物和生成物各組分濃度不再改變的狀態。化學平衡是—種動態平衡，即當條件（如温度、壓力）改變時，反應會跟隨達到新的平衡狀態。可以類比想象一個實驗：紗窗上被紮了一個蚊子可以通過的小洞，經過一段時間，房間內外（假設都沒有人）的蚊子密度會趨向相同，即房間內外蚊子數量達到了動態平衡（進出的概率相等）。化學平衡概念之所以重要，一方面是因為“動態平衡”在物質世界是一種常態（事實上，‘靜物’本身，或者説可以被觀察的狀態，都是動態平衡而非真的靜止），不只化學反應中存在；另一方面，平衡，意味着統計，意味着一個大基數之上，可以忽略個體和過程，而把平衡狀態表述為一種湧現的實存。比如氫氣燃燒反應，並不是氫、氧分子排好隊一一配對，而是大量雜亂無章的碰撞，這種碰撞次數多到了可以忽略配對的過程，呈現為統計上的必然；再比如鹽的溶解（這不是化學反應）,其中的平衡即呈現為溶解度、飽和狀態。這種必然有時會呈現出目的性或設計感，比如上述思想實驗中，蚊子是怎麼找到小洞的？蚊子是怎麼知道房間內的同類已經和外邊一樣多了？比如生命體中，那些精巧的“選擇”、恰到好處的取用規則。

數學上講，打字機上的猴子可以在無限時間中“偶然”打印出莎士比亞全集；所有的電話號碼都會出現在π中…。所以，有序並不一定是人為，而只是大基數上的“湧現”。最簡單的單細胞生物，體內也在時刻進行着成百上千種化學反應，這些化學反應通常是可逆的，因而細胞內部事實上是許多平衡共存的，當某種成分濃度增大時（比如進食），會趨向新的平衡。如果把這些平衡繪成曲線，那麼生命中會有成百上千條相互交織的曲線。可以把生命活動看作是化學運動的“湧現”，因而很難再以化學方法來看待生命。現代醫學因而是需要極端謹慎的（藥物的雙盲實驗），化學只是為生命科學提供可能，而不是必然，即使我們可以在藥品批准後給出化學解釋，也不一定可以標註為“正確”。生命運動的複雜度已經超過可以計算的範圍，這一點上不同於單一的化學反應。

以碳為“骨架”的化合物是有機物（與無機物相對，請自行百度相關化學知識）。有機物是產生生命的物質基礎，包括脂肪、氨基酸、蛋白質、糖、血紅素、葉綠素、酶、激素等。按照有機化學理論，隨着碳骨架的增大和官能基的增多，有機化合物的功能性逐漸湧現。直至蛋白質和核酸的出現，這是有機物與生命之間的分水嶺。蛋白質是由α-氨基酸按一定順序結合形成一條多肽鏈，再由一條或以上的多肽鏈按照其特定方式結合而成的高分子化合物。核酸是脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的總稱，是由許多核苷酸單體聚合成的生物大分子化合物。可以從分子量大致判斷它們的複雜程度，水的分子量是18（即每摩爾水分子的總質量是18克），汽油（取異辛烷）約為114，蔗糖約為342，蛋白質則是從一萬起步至數百萬不等，人類DNA是含有2.47億個鹼基對的巨大分子。

對地球上的生命來説，蛋白質是“功能”的提供者，而核酸是蛋白質複製過程（遺傳）的監管者。至今未發現只有蛋白質沒有核酸的生命。最原始的生命，病毒以核酸為主體，蛋白質只是其外殼。

蛋白質與核酸顯然擁有其化學結構所規定的“化學性質”，但對生命而言，其意義已不再是化學，而是其所湧現的生命所需的“機能”。蛋白質和核酸的發現，尤其是遺傳現象的化學過程的發現，為進化論作了科學的機制描述，從而使進化論學説的科學性呈現。從而使得生命現象可信地還原到這個世界最基本的元素上。

進化論思想包含了“湧現”。過度繁殖即意味着大基數的可能性，自然選擇意味着從這些可能性中的挑選，儘管沒有"神"在照看或點撥，自然選擇依然表現出了目的性和設計感。達爾文之前，人們也注意到了物種之間的相似性和差異性，並開始追尋其中的原因，比如用進廢退學説（不斷伸長脖子的鹿），就是目的性偏好的。人們更願意接受達爾文的進化論而不是用進廢退學説，主要原因是進化論思想符合哲學和科學的精神，這種一致性是本源的。

進化論還包含了湧現之上的整體論思想。生存競爭、自然選擇，都不是可以簡單描述的過程。物種面對的是包含了其他物種的整個的自然，人出現之後也包括了人（比如寵物，比如農藥）。自然選擇的至今的結果人們可以看到，但未來如何卻是難以推斷的，原因就在於選擇主體的不可精確描述並且自相關（每個物種都是自然的一部分），大自然是一個複雜系統，而智能的出現又大大增加了複雜程度。地球上生物進化的過程，是一個相互作用的類似擠壓的湧現過程。地球生命自誕生之後就面臨着生存競爭，既有對環境的適應需求，又有同類相爭壓力，再有生物鏈上的相互制約。擠壓（湧現），造就了千姿百態的地球生態。這個世界如此，是地球環境宜居之後的湧現如此。

自從人類佔據地球生物鏈的頂端，世界上出現了新的造物：工具。工具延伸了人的能力：感知和操作，等價於人本體的能力拓展。工具，使得人類的感知和操作能力得以“進化”，現代人類彷彿已是超人，擁有遠超基因進化（肉體允許）的能力。

從地球生態的最底層無機物開始，可以描繪一條物質的路徑：無機物->有機物->生命機能（蛋白質等大分子）->細胞類->生物（動物植物等）->人->工具（人工造物）。當前，人類已走過實物工具階段，開始用半導體技術延伸自己的智力。

生物種類從簡單到複雜，從低級到高級，直到人類出現，又開始了超出基因規定的肉體限度能力的新的進化階段。而所謂進化，指向的是生命體對資源（能源）的佔有和使用效能。

能量路徑

太陽作為一個恆定能量源，數十億年為地球提供能量輸入，這些能量如同千米瀑布，濺起數米高的浪花，即生命（負熵）。沐浴在陽光下的地球，其生態是一個有限資源系統。地球生態的多樣性源自生存競爭，物種在生存“擠壓”之下異彩紛呈。將地球當作一個系統，我們可以從能量的角度來觀察和討論。

熱力學是從宏觀角度研究物質的熱運動性質及其規律的學科，理解熱力學（其根基在於統計數學，因而是正確且廣泛適用的）也是理解這個世界可行路徑。

熱力學第一定律（能量守恆定律）：在一個封閉系統中，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其它物體，而能量的總量保持不變。

熱力學第二定律的熵增表述為：孤立系統的熵永不減小。即能量不能自發地從低温物體傳遞到高温物體，也即禁止了永動機。

熱力學第三定律：不可能達到絕對零度。

考慮地球的形成過程，引力勢能轉化成熱能，地球形成初期曾經高温熾熱。到現在，也只是表面冷卻形成地殼，地幔及以下還是高温的甚至是熔融狀態的（可以解釋地球磁場的形成機制）。形成初期的地球環境對人來説可能是嚴酷的，但或許就是這種非宜居的環境（高温、高壓、放電…），才使得有機物形成，生命的基礎，氨基酸、核酸等得以形成，在地球環境變得宜居後生命得以出現。

由於有太陽的存在，地球不是一個孤立系統，而是沐浴在陽光下的，有外部能量輸入的系統。總的輸入功率約為17億億瓦，絕大部分散射掉了，只有1‰被地球利用（主要是光合作用）。也就是説，地球生態吸收太陽能量的效率是極低的。光合作用是綠色植物（包括藻類）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有機物，同時釋放氧氣的過程**。**化學層面，光合作用是與氧化反應相對的還原反應。物質層面，光合作用把地球上的分立的碳原子（CO2）拼接成碳鏈（有機物）。能量層面，是把光能轉化為化學能儲存在有機物中。

如果以人類是否可以利用作為“能量好壞”的指標，那麼，地球生態本質上是消耗了好的能量（高能光子以及化學能），放散了壞的能量（低能光子）。雖然總量上看地球接收和放散的能量近乎相等，但放散（比如動物的熱輻射）的能量不能再次被植物吸收，因而生態中的能量利用是不可逆的。宇宙看作一座水電站，值得慶幸的是水庫蓄水足夠多（宇宙物質以氫為主），發電量正好滿足在類地行星上創造宜居環境，並且這個發電量消耗水的速度不快使得庫存水量可以長期支持這種消耗（十億年大於人類社會的‘永恆’）。

大氣中氧的濃度約為21%，二氧化碳約為0.04%。從物質角度看，氧化反應（如燃燒、消化）產生CO2，還原反應（光合作用）消耗CO2；從能量的角度看，氧化反應是釋放化學能，而還原反應是吸收光能轉存為化學能。可以把地球上廣泛存在的氧化還原反應想象成蓄能水電站的發電（放水）和蓄能（抽水）機組，大氣就相當於蓄水池。氧化機組釋放能量，還原機組儲存能量；動物對應氧化機組，而植物對應還原機組。當空氣中的CO2濃度增大時，有利於植物生長。人們把森林稱作氧吧，但過高的氧氣濃度更易發生森林火災。能量的規則也在大自然中湧現，表現為維護某種動態平衡。

更大時間尺度上，大氣的平衡也在被維護着。地球曾經有過四次大的冰河期，有研究表明，第一次冰河期（休倫冰期）的成因是藍藻的大爆發，使得地球大氣中氧的濃度升高，温室氣體CO2濃度降低：地球的棉被消失了！第一次冰河期持續數億年，直到火山噴發衝破冰蓋並釋放出大量温室氣體。藍藻成功地把自己殺死了！按神創論的觀點：“神”認為藍藻這種生命太單調了（並且清除起來太麻煩），於是欲擒故縱，使得藍藻瘋長進而滅亡，終於冰封了地球…。長期冰封的地球也不好玩，於是又引爆了火山，地球生態死氣沉沉的樣子過去了，這駕陷住了的馬車終於又啓動了…。

人類越來越大地影響着地球生態圈。工業革命本質上是能源革命，把地球積累下來的化石能源（煤、天然氣、石油等）開採出來並使用其中的能量。人們並不確定上述平衡移動的目標，但還是應當重視節能減排、造林綠化、防火減災。個人長大成熟，表現為對自己的行為負責；人類長大，也應負起責任，學會更好地與這個世界相處。節儉，或許並不是一個永遠的褒義詞，但道家所謂“不敢為天下先”是與自然相處的首選原則：少給自然添麻煩。

能量視角下，生命的本質是“負熵”。負熵的產生，本身意味着能量的大量“浪費”，即極低的“效率”。地球生命所能利用的功率低於太陽對地輻射功率的千分之一！以人類現有的認知，宇宙的能源梯級是：正反物質湮滅、核能、化學能、內能（機械能）。其中，正反物質湮滅是質能方程的直接實現；核能是“鬆散型”原子核重組成“緻密型”原子核從而釋放能量（或原子核重組過程中損失的質量轉化為能量），效率約為前者的1%；化學能是“鬆散型”分子重組為“緻密型”分子從而釋放能量（也可以理解為分子重組過程中損失的質量轉化為能量），比核能低約7個數量級（千萬分之一）；內能是分子運動所標誌的機械能，通常要遠小於此物所包含的化學能（比如常温下的氫氣，其內能要遠小於它燃燒提供的能量）。內能又通常大於該宏觀物體的動能（也是機械能），比如一滴雨，它的內能通常比它的動能大兩個數量級（由於空氣阻力，雨滴的速度通常不大於50m/s，而常温下的水分子的速度約10倍於此）。（隕石的動能可能會大於它的內能，隕石墜落的速度可能遠不止數km/s）。

地球生態中可以忽略核能和質能的影響（自然界中放射物質裂變始終存在，但其總量相比其他能源可以忽略不計）。也就是説，地球生態的能量之軸是化學能。能量的囤積和使用過程表現為生物鏈（食物鏈）：植物-食草動物-食肉動物-分解者。生態系統中各種生物為維持其本身的生命活動，必須以其他生物為食物，這種由生物聯結起來的鏈鎖關係就是食物鏈。食物鏈實際上是太陽能從一種生物傳遞到另一種生物的關係鏈條，也即物質能量通過食物流動和轉換的路徑。穩定的能量傳遞鏈條，呈現為生態平衡。生物之間的能量傳遞關係，可以組成一張複雜的網絡，（表格）節點就是各種生物，這是博物學分類可以依據的一個自有體系。

按照宇宙大爆炸學説，整個宇宙也是一個能量階梯，即以輕核為原料的能量消耗過程。引力使星雲匯聚，並最終點燃氫核聚變，形成恆星；較大的恆星“燃燒”劇烈，從而壽命較短。超出5倍太陽質量的恆星的外殼膨脹成為紅超巨星之後，其核心開始被重力壓縮，温度和密度的上升會觸發一系列聚變反應。這些聚變反應會生成越來越重的元素，產生的能量會暫時延緩恆星的坍縮。最終，聚變逐步到達元素週期表的下層，開始聚合成鐵。在這之前，恆星通過這些核聚變獲得能量，但是鐵元素不再能通過聚變釋放能量，相反，鐵元素聚變需要吸收能量。這會造成沒有能量來對抗重力，而核心幾乎立刻產生坍縮。恆星演化的下一步機制並不明確，但沒有超新星爆發的話，地球上比鐵重的元素不會存在。

只要宇宙中的氫元素足夠豐富，上述過程會重複發生。

熱力學第二定律，即熵增定律，可以描述宇宙的演化過程。能量的階梯是單向的，生命只是宇宙能量大瀑布之下的浪花，最終也要塵歸塵土歸土。熵增定律關於宇宙的熱寂的推斷是令人絕望的，數學上的永生是不存在的！如果把宇宙想象成一張二維的大餅，那麼時間指向的就是攤薄和變冷，直至宇宙中近乎空無一物（想象一下整個太陽系這麼大的空間中只有一個粒子）。

紀錄片【人類消失後的世界（Life After People）】推演了地球生態的未來。如果無人維護，鋼鐵會鏽蝕、水泥會崩散、塑料會分解、玻璃會破碎…，在不到兩萬年的時間裏，人類存在的痕跡將從地球上消失---這就是熵增的威力。人類為對抗熵增付出了極大的代價，或者説人類的主要生產活動就是創造（熵減）和運維（保持），而後者可能佔比更大。可以類比電鍍過程（比如鍍鉻），想要光潔，就要消耗電能。也可以類比化學平衡，維持某個我們想要的狀態，就要持續加料。還可以聯想到公路、地鐵、水壩等基礎設施，如果維護不及時，破損很快擴大，直至崩塌。便利性的每一小步，都需要大量資源的投入以維持。聯想“學如逆水行舟，不進則退”，以及“天下大勢，合久必分，分久必合”；維持，本身就是代價（能量）。

《周易•繫辭下》：“天地之大德曰生”。天，為地球生態提供了能量，地球上能量的傳遞、消耗過程成為可持續的熵增過程；地，為生物提供了物質基礎。天地共同創造了世間萬物，直到人類出現，取用於天地，併為萬物賦予意義。“天地不仁，以萬物為芻狗”，天地不需要人類的感恩。人類能夠感受的天地情懷，是“上天有好生之德”。

在科學的視野中，物質和能量路徑是兩個視角、兩種排序或觀察方式，但所觀是同一個世界。有限的本體，以及堅實的規則，是現代科學體系自立的根據。世間萬物的知識都可以在科學體系中得到包容，只看人們願意把它們放在哪個格子中---人是萬物的尺度，知識本身的方便性也要以人為本。

物質路徑和能量路徑，是人類為自然萬物命名的兩條線索，萬物就是路邊的風景。但應當記得，所謂規則，本質上是人類在觀察萬物（儒家所謂格物）的過程中發現的規律性，人類並不敢聲稱天道如此。但當下只能如此，強名之曰規則，然後按照規則打造置物架以安放萬物。也許將來人類的置物架會擴充，也許它只是未來置物架的一個很小的部分，但階段性的整理並擺放依然是有意義的。意義就是：由置物而至規則，認識這個世界，放出眼光，去拿取知識，而不是在過剩信息的亂流中迷失。

可觀測宇宙

關於宇宙起源，科學界最為認可的觀點是大爆炸學説：宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且温度極高的太初狀態演變而來的(根據2010年所得到的最佳觀測結果，這些初始狀態大約存在於133億年至139億年前)，並經過不斷的膨脹到達今天的狀態。（以下摘自網絡資料）

下面是大爆炸學説中宇宙的主要時間節點（時間-温度-描述）：

大爆炸—∞K—量子漲落

普朗克時間—1032 K—GUT大統一/第一次對稱破缺

10-35秒—1028 K—暴脹、弱電統一、夸克-反夸克主導時期

10-10秒—1015 K—輕子形成

0.01秒—1011K—重子形成

0.1秒—3×1010K—中子衰變

1秒—1010K—質子/中子被強核力束縛形成氘核

13.8秒—3×109K—氫核聚變成其它重原子核

3分鐘—109K—物質和輻射耦合在一起

300000年—3000K—電子和核束縛在一起，物質和輻射去耦

10億年—300K—恆星形成

100億年—10K—原子鏈接形成有機分子

120億年—3K—生命形成

120億年～150億年—2.7K—生物進化

1018年—10-7K—黑洞-霍金輻射主導時期

1024年～1032年—10-15K—質子衰變

10100年—0K—黑洞衰變/熱寂

當代天文學的研究成果表明，宇宙是有層次結構的、物質形態多樣的、不斷運動發展的天體系統。由內到外：地球 ⊆ 地月系 ⊆ 內太陽系 ⊆ 太陽圈 ⊆ 太陽系 ⊆ 奧爾特雲⊆ 本星際雲 ⊆ 本地泡 ⊆ 古爾德帶 ⊆ 獵户臂 ⊆ 銀河系 ⊆ 銀河系次集團 ⊆ 本星系羣 ⊆ 室女座超星系團 ⊆ 拉尼亞凱亞超星系團 ⊆ 雙魚-鯨魚座超星系團複合體 ⊆ 武仙-北冕座長城 ⊆ 可觀測宇宙 ⊆ 宇宙。

恆星和星雲是最基本的天體。太陽系屬於2500億顆類似太陽的恆星和星際物質構成更巨大的天體系統--銀河系。銀河系中大部分恆星和星際物質集中在一個扁球狀的空間內，從側面看很像一個"鐵餅"，正面看去則呈旋渦狀。銀河系的直徑約10萬光年，太陽位於銀河系的一個旋臂中，距銀心約3萬光年。銀河系外還有許多類似的天體，稱為河外星系，常簡稱星系。現已觀測到大約有10億個。星系也聚集成大大小小的集團，叫星系團。平均而言，每個星系團約有百餘個星系，直徑達上千萬光年。現已發現上萬個星系團。包括銀河系在內約40個星系構成的一個小星系團叫本星系羣。若干星系團集聚在一起構成更大、更高一層次的天體系統叫超星系團。超星系團往往具有扁長的外形，其長徑可達數億光年。通常超星系團內只含有幾個星系團，只有少數超星系團擁有幾十個星系團。本星系羣和其附近的約50個星系團構成的超星系團叫做本超星系團。本超星團(超星系團)構成的絲狀結構是宇宙中已知的最大結構，一個典型的絲狀結構的長度是70至150百萬光年，絲狀結構與空洞構成長城，空洞指的是絲狀結構之間的空間，空洞與絲狀結構一起是宇宙組成中最大尺度的結構。空洞中只包含很少或完全不包含任何星系。一個典型的空洞直徑大約為11至150個百萬秒差距，長城是所知宇宙中被觀察到的最巨大非結構，其中史隆長城是所知最長的長城，距離地球約10億光年，長達13.7億光年，其次是CFA2長城。天文觀測範圍已經擴展到200億光年的廣闊空間，它稱為總星系。

暗物質（Dark matter）是理論上提出的可能存在於宇宙中的一種不可見的物質，它可能是宇宙物質的主要組成部分，但又不屬於構成可見天體的任何一種已知的物質。大量天文學觀測中發現的疑似違反牛頓萬有引力的現象可以在假設暗物質存在的前提下得到很好的解釋。現代天文學通過天體的運動、牛頓萬有引力的現象、引力透鏡效應、宇宙的大尺度結構的形成、微波背景輻射等觀測結果表明暗物質可能大量存在於星系、星團及宇宙中，其質量遠大於宇宙中全部可見天體的質量總和。結合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標準宇宙學模型（ΛCDM模型）可確定宇宙中暗物質佔全部物質總質量的85%、佔宇宙總質能的26.8%。

在物理宇宙學中，暗能量是一種充溢空間的、增加宇宙膨脹速度的難以察覺的能量形式。暗能量假説是當今對宇宙加速膨脹的觀測結果的解釋中最為流行的一種。在宇宙標準模型中，暗能量佔據宇宙約68.3%的質能。

太陽系中共有八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星(冥王星已被從行星裏開除，降為矮行星。)除水星和金星外，其他行星都有衞星繞其運轉，地球有一個衞星:月球，土星的衞星最多，已確認的有17顆。行星、小行星、彗星和流星體都圍繞中心天體太陽運轉，構成太陽系。太陽佔太陽系總質量的99.86%，其直徑約140萬千米，最大的行星木星的直徑約14萬千米。太陽系的大小約120億千米。有證據表明，太陽系外也存在其他行星系統。可觀測宇宙中，有超過千億個星系，單個星系擁有千億個和太陽系相近的恆星系統，即使宜居星球出現的條件苛刻，如此規模的宇宙中也不太可能只有地球這一孤例，外星人可能存在，只是人類未曾見到。

10100年之後，宇宙將近乎熱寂，即一切活動停止。但這不是我們需要擔心的，因為在此之前，質子已經衰變（1033年？），構成生命的元素消失。這也不是需要擔心的，在此之前，太陽已經熄滅，地球生態圈已經毀滅。這也不是需要擔心的，在此之前，紅巨星階段的太陽，已經把地球吞沒了。這也無需擔心，在此之前，不知道有多少隕石砸到地球上，生態圈已經重啓多次了。這仍無需擔心，因為在隕石之前，人類自己可能已經把地球生態圈毀滅許多次了。這仍無需擔心，因為面對核大戰，任何準備都沒用，“末世生存包”只是營銷。

人們之所以能在如此“悲觀”的預期下，依然要展開智能的精彩，是因為上述“毀滅”與我無關，不是自己造成的，並且在毀滅之前，我作為一個生命體，或許早已歸為塵土。上述“毀滅”大小可以不論，因為每一個我們都扛不住。現在可以做的是防止人類的自我毀滅，以及應對不知何時到來的隕石撞地球。前者需要道德，後者需要科學。至於之後的道德和科學無法解決的，那暫時並不重要，一方面時間還早，另一方面，先顧眼前。何況，上述結論，是現有科學知識下的推算，並不是既定的，究竟如何，需要宇宙的演化。也許不久之後，科學發展，後人會認為此刻的我們完全是在杞人憂天。

天道之所以要交給科學家，一個重要原因是，要防止偽裝成科學的邪教傳播。畢竟，科學真正看清的範圍並不大，真正的科學思想也並未普及。一組新名詞，加上不變的生意套路，就可以造成邪教。不反對個人對天之道的探尋，但猜想和假説必須建立在實證基礎之上，也就是包括個人在內的人類的實踐之上。

（末世説幾乎是所有邪教的理論基礎。但末世説造成的恐懼，是不合邏輯的：末世到來之前，説者與聽者或許早已不在人世！某教師對學生講：人怕鬼，隱含了人變成鬼，那麼人的死亡就不是真的死亡，而是轉生為‘鬼’！鬼若害人，不怕人變成與它相同的鬼去報仇嗎？鬼神之説，勸人向善則可，製造恐怖則謬；末世之説，勸人為學則可，渲染恐慌則謬。末世，隱含了叢林法則，是反社會的。）

 

所有的理論都是空洞的大腦練習，因此是在浪費時間，除非有人首先確定宇宙的真正組成。

---茲威基

 

地球上的物類

關於地球的起源與演化、物理化學特性、內部構造、大氣、衞星等等，請參閲百度百科天文卷。

地殼中元素含量排名:氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂。其中最高的元素是氧，佔約48.6%，其次是硅佔約26.4%，鋁8%，鐵5%，鈣3.8%…。地殼中重元素含量較少，地幔中鐵鎳元素丰度遠大於地殼，地核則以鐵鎳為主。某項研究認為黃金（以及其他貴金屬）也在地核中大量存在，只是我們拿不到。

人類站在地球生態的頂端，看待自然界的最優選擇是以智能生命為終點的地球演化視角。這一視角下，元素-化合物（含單質）-無機物-有機物-功能性有機物-生物，是一個由低到高的演進鏈條。於是，可以把自然萬物首先分割為非生物和生物。前者又可劃分為無機物和有機物，然後以其用途統率，按照礦物、燃料、藥物等等來進行細分。後者則按照正統博物學的分類方法分格出界、門、綱、目、科、屬、種及亞種。於是自然萬物已在這種樹型的表格之中。

表格是開放的，新發現的物料（物種）可以擴充單元格；表格又是相對穩定的，新增單元格有確定的插入位置，變動是局部的；而表格的機制則始終保持一致。比如關於生物的表格（置物架），最初只有兩界：動物界和植物界，新的發現又擴充了（拆分出）病毒界、原核生物界、真菌界、原生生物界；真核生物中分四個界：原生生物界、真菌界、植物界和動物界。

另一類的“物”則是人工造物。人工造物廣義上講是工具（用品），是人類生產（加工）出來，有某種用途的物品。人工造物只能以“用途”統率。傢俱、文具、衣食住行…等等，人們按照用途為人工造物分類，或者説人工造物的目的就是其功用（欣賞或者把玩也是功用）。科學體系是人工造物的質料、動力、形式，人的需要是其目的。人工造物也可以組合成一個表格，大類、中類、小類、品種…，語言因而可以有條不紊地容納新的造物或新的原料，並不一定無所不包，但只要用到，就可以接納進來。

正方形、圓、球、柱等等幾何概念，可以肯定屬於數學，因而歸為理念；但現實世界中的人工造物，如果有共性（共相）的話，只能是各種不同的“用途”，如何可以成為理念？前文已説明，科學發展，科技之樹的未來在其中，但現在是不知道的，如何可以有共相以便模仿？推導下去，理念世界“全知”！或者説“科技之樹的實體”才是理念，豈不就是“神”之萬能全知？所以説理念論是一神論的前置，是科學的反面。

實有之物在語言中的映射就形成“概念”。概念所指，不僅是某物本身，還包括了此物的演化以及所屬類目（擺放此物的架子），以及架子上分格的規劃方法，以及規劃方法背後的人是萬物的尺度。但無論如何，只要人們真的是想精確拿取，科學體系已經做好了架子並按規則擺放，放心取用即可。個人不必親自去做這些規劃，但必須瞭解，現代科學的規劃和原則，以及這些原則帶給人類的保證以及保證的程度（是否已經或者可以還原到科學認定的有限本體）。

對於現代人而言，學以成人的方式必然是先接受教育（現代科學體系就在其中），然後走向社會，在實踐中發現和檢驗自己生硬記憶下來的知識體系，檢驗、確認、相容、拓展…。活到老，學到老，一定意義上指的是格物至正心的過程的重複與日新。面向自然，此心所證，應首先是科學之“正”。此正不移，才是智慧的根基，如同站在堅實的大陸上，永不產生“這是不是夢”的懷疑。