歐陽雜談：這個世界的本質是什麼？

生命是一個奇迹，我們能夠來到這個世界更是奇迹中的奇迹。我們沒有理由不珍惜這短短的幾十年。

歐陽良宜

北京大學彙豐商學院副院長

EMBA項目主任

我們看到的世界是什麼？

自神話時代以來，世界起源始終是困擾人類思考者的核心問題。古代中國的盤古開天辟地流傳甚廣。這也形成了中國人天圓地方的世界觀。陰陽五行說認為，相生相克的金木水火土是構成物質的基本元素。時至今日，這種宇宙觀依然影響着許多中國成年人。

九年制義務教育則教授了我們現代科學的基本結論。這個世界本質上是一個樂高積木的結構。歐洲科學家發現氣體是由分子組成的，而分子則是由原子組成的。在古希臘語中，原子的本意是“不可切分的”。門捷列夫在前人發現的基礎上制作了元素周期表，并預言了當時尚未發現的新元素性質和原子量。人們第一次發現，原來這個世界是微觀粒子按照确定的數學規律堆疊而成的。

原子并非是構成世界的最基礎結構。粒子物理學家持續地用高能量轟擊原子核，發現它是由更小的物質構成的。現在“已知”構成世界的基本粒子可以分為兩大類：費米子和玻色子。前者是物質的結構單元，組合構成了原子的基本成分，包括質子、中子和電子等等；後者則負責傳遞四種自然基本力（引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力）。

可以預見，如果我們用更大的能量去轟擊費米子（如誇克），也許能發現更微觀的結構。隻是我們現在并不具備這樣的技術能力。就目前已知的事實而言，基本粒子并不具有數學應有的簡潔美。譬如，質子的質量是電子的1836倍。為何不是100，1000或者1800倍？也許未來物理學家們會給我們終極的答案。“道生一，一生三，三生萬物”應該是這個世界本源的邏輯。

我們現在确知的事實是，“我們”本質上是一堆基本粒子堆疊而成的複雜系統。構成人體的原子數量級約為1027，而構成這些原子的誇克和電子數量級約為1029個。一個聽起來令人感慨的事實是，這些基本粒子自138億年前宇宙誕生時便已經存在，隻是在這短短的數十年内因緣際會構成了你。在你這個複雜系統化為一抔黃土之後，它們又會作為基本粒子參與到其它系統的構成。

為什麼我們是非常幸運的存在？

我們已知的118種基本化學元素中，人體必需的隻有21種。其中氫氧碳氮四大元素占了人體質量的96%。我們都知道，人體大約70%質量是水（氧化氫）構成的，所以氫（10.0%）氧（61.4%）元素合計占人體71.4%的比例并不奇怪。一個冷知識是，大腦含水量至少要達到75%。低于這個比例大腦便會出現認知障礙。所以腦子進了水是常态，不進水的腦子是無法思考的。

我們通過感官或者延伸感官的儀器所能感受的物質（包括肉眼不可見的X射線之類）質量占已知宇宙總和的比例不到5%。占比68%的暗能量和占比27%的暗物質因為不會産生電磁力，即便我們身處其中也無法感知。而可觀宇宙的元素構成中有74%是氫元素，24%左右是氦元素，剩下的元素占比不到2%。事實上，太陽的元素構成也大緻如此。某種意義上來說，我們是這個宇宙的罕見物質。标準理論認為，構成我們的重元素源自第一代恒星爆炸時的核聚變。構成地球和我們的大部分成分都是當初被抛射出去的星際塵埃，幸運而渺小。

地球生命與非生命的最大區别是主要由氫氧碳氮四大元素組成的蛋白質。我小時候被“蛋白質”這個中文翻譯所誤導，以為就是雞蛋白裡的物質。實際上英文原文為Protein，源自希臘語Proteios，也即“第一重要”。蛋白質是所有地球生命的物質基礎。與基本粒子堆疊成為元素類似，實現人體核心功能的蛋白質是由20種氨基酸組合而成。氨基酸則是由堿性氨基（NH2）和酸性羧基(COOH)組成的有機化合物。

我們DNA中的編碼包含着氨基酸的排列規則。DNA是ATCG四種堿基組成的長鍊分子。每三個堿基的順序排列代表一種氨基酸的編碼。理論上可以有64（4的3次方）種氨基酸，但我們已知的氨基酸隻有20種。這20種氨基酸的三維折疊方式決定了蛋白質的功能。不同結構和折疊方式形成了人體的幾十萬種蛋白質，如我們的血紅蛋白、頭發和指甲，以及各種酶。人體的DNA長度是30億個堿基。本質上說，你我皆為3GB字節代碼構建的一台生物機器。我們到現在還沒有搞清楚這台機器的編譯器——核糖體是如何産生的。

地球所有已知的生物都采用同一種蛋白質編碼方式。也許，大自然還嘗試過其它生物機器的建造和編碼方式，但在地球上并沒有成功，譬如科幻小說經常提及的矽基生命。科學家們基本可以确定，所有生物都源自四十億年前的某個共同祖先。它是一種比細菌和古菌還要古老的單細胞生物。可以想見，這個祖先并不孤獨，應該屬于某個種群。但是進化的競争使得其它夥伴的子孫都滅絕了。幸運的是，在過去四十億年中我們的所有祖先都留下了後代，成為進化競争的勝利者。生命是一個奇迹，我們能夠來到這個世界更是奇迹中的奇迹。我們沒有理由不珍惜這短短的幾十年。

你所忽視的常識

我們看到的世界隻是大腦通過感官輸入的信息構建的内部模型而已。或者說，我們隻感受到影響宏觀世界的兩種力：引力和電磁力。我們大腦無法感知主宰原子核内部的強相互作用力和弱相互作用力。事實上，即便是宏觀世界的許多事實，大腦都會幫我們忽略掉。

你讀到這段文字時，同時也在以每秒30公裡的高速随地球圍繞太陽運動。而同時，地球本身在以每秒466米的速度自轉。之所以我們沒有被甩出去，是因為地球的引力抓住了我們。在更大的宏觀尺度上，太陽隻是擁有千億顆恒星的銀河系中非常普通的一顆。如果把銀河系中心的黑洞視為市中心。我們大概處于城鄉結合部，并且每2億年繞市中心轉一圈。事實上整個銀河系也在運動。大概30-40億年後，銀河系這個宇宙中平平無奇的星系将會撞上仙女座，形成一個新的星系。這顯然不是你我現在需要操心的事情。

我們所看到的光是光子與視網膜撞擊産生的電信号。我們的觸覺則是更有意思的現象。原子絕大部分的質量在原子核。如果把原子比喻成一個足球場，那麼原子核的大小大概相當于一個硬币。既然如此，那為何我們由原子組成的手接觸同樣由原子組成的桌子時不會直接穿過去呢？那是因為原子核的電磁斥力造成的。本質上而言，壓力和摩擦力都是電磁力。暗物質和暗能量沒有電磁力作用。所以我們會直接穿過它們。我們所不能感知的95%宇宙質量真的是神奇的存在。

我們之所以能夠思考也是因為電磁力。我們所産生的每一個念頭都是神經元放電的結果。人腦這個複雜系統由近千億個神經元組成。如果我們缺乏電荷載體，包括鈣離子、鈉離子、鉀離子和氯離子，那麼腦子就轉不動了。我們所謂的主觀認知本質上也是基本粒子堆疊的複雜現象。我們想象出的世界可以光怪陸離，不符合物理規律，但我們想象出這個世界的過程卻完完全全是物理規律管轄的電磁現象。

這個世界的本質到底是什麼？

這個世界本質上是一個基本粒子堆疊而成的樂高結構。從還原論的視角來看，人類社會是由國家組成的。而國家可以拆解為更小的組織單元，如部落、族群、城市、公司和家庭，直到個人。如前所述，人體則是由21種元素1027個原子構成的複雜生命系統。我們可以推斷，複雜系統，如人類社會和人體，必定服從主宰其基本部件運動的物理規律。

另一方面，複雜系統的運轉規律是基本規律的組合，但是其複雜程度可能超過人類目前的算力推演極限。一個簡單的例子是，盡管圍棋基本規則極其簡單，但是我們目前無法窮舉所有可能的下法，也無法用确定的公式來描述圍棋的最佳下法。人類社會的棋子可不隻黑白兩種。政治學規律和經濟學規律必定是物理規律的組合，但是我們沒辦法用類似萬有引力公式那樣簡潔的形式來描述政治和經濟規律，盡管我們知道基本規律是必須被遵守的。

譬如，人都是要吃飯的，否則會餓死。那麼，由人組成的城市和國家都必須持續地消耗糧食，無論是生産出來還是交換而來，否則這個實體最終的結果就是崩解。這背後的物理規律是熱力學第二定律：封閉的系統隻會出現熵增。沒有外部能量輸入的系統最終歸于無序。古代中國朝代更疊的亂世往往恰逢低溫，而我們所謂的盛世則往往是溫度較高的年代。從物理角度來解釋，原因是太陽投射能量變動導緻封閉的農業社會系統在無序和有序之間搖擺。主導現代世界政治格局變化的重要因素也是能源。如果波斯灣沒有石油（古生物固化的太陽能），那麼中東沖突和非洲部落沖突一樣隻會引起人道主義關注，不會有如此複雜的大國博弈。

在更大的宏觀尺度上，地球作為一個系統持續地從太陽接收能量，這才有了豐富多彩的地球生物圈。植物通過光合作用吸收太陽光能，而動物通過食用植物獲取這部分能量。食物鍊每一個環節都在消耗來自太陽核聚變的能量。人類現在所能利用的絕大部分能源，包括太陽能和風能等“新能源”，都來自太陽核聚變的恩賜[1]。

一個細思恐極的問題是：這個宇宙作為一個封閉系統，最後也會歸于無序嗎？答案幾乎是肯定的。大多數恒星耗盡燃料之後，會變為能量等級更低的天體（如紅巨星），直至宇宙所有空間都進入溫度均勻的死寂。但這需要極其漫長的萬億億億…年。《流浪地球》描繪的太陽變為紅巨星并吞沒地球的事件是必然的，但離現在起碼有10億年以上的時間。

整個世界本質上是一個服從質能守恒的系統，生生不息又不斷幻滅。在漫長（其實也很短暫）的曆史中，基本規律組合而成的複雜規則不斷地折騰物質和能量，形成了現在我們所看到的宇宙。相互競争的并非物質，而是規則組合。每年一次的中國高考，是1000多萬個3GB基因編碼之間的作題競賽。文化競争則在6萬年前分道揚镳的智人後代對生活方式的不同主張。而這種生活方式（文化）的不同可能源自不同地理環境對那3GB基因編碼的自然選擇。

在人類把自己折騰消失之前，更多複雜規則組合會不斷湧現。在人類消失以後，仍然會有複雜規則湧現，直至宇宙寂滅。演化曆史告訴我們，大部分組合都是輸家，隻有少部分是赢家。我們就是宇宙在時間長河中泛起的一個浪花，非常幸運又非常渺小。

【注釋】

[1] 當然也有例外，如來自月亮引力的潮汐能和地球本身的地熱能。