前言

生存或是死亡，这并不是重点所在。生命是自然界俯拾皆是的现象，广义来说，能自由改变的“运动”都可视为生命。每一次移动、流动或是冲撞都展现出更容易运动的趋势，并通过改变运动的结构、路径和节奏来保证持续运动。无论是在有生命的还是无生命的领域，这样的演进过程与运动的终结（死亡）都是自然的。

问题在于从物理学的角度来看，生命是什么？为什么会存在生命、死亡以及演化？

我会在《为什么世界不会失控》这本书中回答这个问题。事实上，如果我不知道答案，我甚至无法清楚地表达“生命是什么”这个问题。简单来说，每一个自发进行的事件，在每一个地方以及每一时刻都是属于大自然的（希腊文中的自然就是物理）。通过人类平凡而渺小的视角，每一样事物都遵循着物理定律。这里所说的物理定律，人们多半在中学时代已经学过，这些定律即便是不同时代的人也能理解。

在大自然中，除非被推动或被拉动，否则原本静止的东西是不会运动的。无数个来自自然界的“引擎系统”生成了运动的能量，而这些引擎所需的燃料以多种不同的形式存在，例如食物供给动物，汽油供给汽车，太阳能供给大气与海洋环流，以及地球上所有水的循环。一旦运动开始，动力就会立刻耗散——能量会因“刹车系统”而耗散，进入并影响原先试图阻止运动的周围环境。引擎系统和刹车系统是两种和地球一样古老，存在于大自然中的概念。

生命和演化的现象，其实是能量的产生和耗散如何共同促进地球上所有物体的运动，包括有生命的和无生命的，诸如河流、风、动物、人类和机器。这是一种独特的现象，同时也是物理学的第一原理，也就是“建构定律”1。

若要从物理的角度来探究生命问题，就要在达尔文对生命的描述中注入物理的理论。在那些主流描述中，物理学是缺失的。

让我们来看看为什么需要将物理学纳入讨论。某些东西在一个区域内移动并扩散（例如动物、瘟疫、河流、矿物开采或是新闻），它们的扩散过程符合著名的S形曲线现象（S-curve phenomenon）：一开始，增长得很慢，随后变快，最后又趋于缓慢。一些已存在的范例说明了S形曲线现象来自于竞争、生存与资源的争夺、繁殖率、地域性和机会等等。但这是根据物理学的哪个定律呢？生存与资源的争夺、繁殖率和三角洲流域附近的支流分布、雪花的形状，或是一篇科学期刊的引用次数之间到底有着怎样的关系？

从物理的角度切入，生命和演化的现象乍一看似乎与直觉相悖。关于地球生命的未来，与其认为最后会消亡，不如来看物理学的“建构定律”提供的另一个相对乐观的看法，这也是我为何要写这本书的理由。下面让我来举些例子。

这个世界的能量和水是不会用完的。撒哈拉沙漠拥有充足的太阳能，而刚果则有充沛的降雨。为了可以持续运动（或者说，达到可持续生存），这个世界需要将有用的能量和可饮用的水，顺利导入人类的居住地。这意味着在缺乏电力的地方需要建设各种各样的电厂，而干旱的土地则需要不含盐分的水。

没有人愿意减少燃料的消耗，因为没有人喜欢贫穷胜过富裕，也没有人喜欢死亡胜过生命。争辩消耗燃料对环境的不利影响，就等于争辩要减缓运动，也就是削减生命本身。

燃料一向以特定的阶层结构在消耗，而这种阶层结构在运动中随处可见，从流域到全球空中运输，都是以阶层结构组织的，都是少数大的（河道或飞机）带动多数小的一起流动。

在地球上，任何事物运动形式的演进，包括人类的，都会自然趋向阶级分层的结构。这个世界拥有精妙的结构，其上堆砌着各种阶层结构的“流域”，少数的大渠道伴随着许多的小渠道，它们互相依赖、彼此协助，才能有效、持久地发挥作用。

同时具备快、慢的流动方式会优于只有快或慢的单一方式。流速快的是数量少的大渠道，流速慢的则是数量多的小渠道，如此就能有效率地让水流遍布整个区域。我们可以发现这种阶层结构自然而然地出现在各处，包括都市里的交通运输线路、肺部的氧气输送，以及大脑各区产生不同的快慢反应。

这个世界并未失控，为什么？因为在一个有限范围内，每一个正在扩展的流动现象都注定会遵守S形曲线的成长。初期，流动的扩展速度较慢，到了成长时期，扩展的速度会变快，但最后成熟期的扩展速度又会下降。在任何流动的扩展过程中，都不会出现“指数”或“爆炸”型的增长。

世界的复杂性并不会在发展中逐渐失控。因为复杂性是稳定且可预测的，就如人类肺部的23根支气管。当然，越大的肺部或越大的流域也会显得越复杂，因为它们的阶层建构在更大的空间内。纽约市的交通运输比英国杜伦市的交通复杂得多，但是这些复杂的交通并未失控；如果真的失控了，其中的任何一种流动，无论大小都会终结。

物体的尺寸大小关乎速度、效率，以及更长久的生命，这在许多事物的运动中都能见到：动物、飞机、河流、气流、滚动的石头和漩涡，我们在各种技术与体育运动中都目睹了这样的演化过程。举例来说，如今的商用飞机已经演化得像鸟一样：更重的飞机会配备更大的引擎，并能负载更多的燃料，机翼和机身趋向等长，飞行距离和飞行时间都会更长，并且机身也更大。

在田径运动中，身材较高的运动员在如今的100米赛跑中更占优势，因为他们的步伐更大，能更快冲过终点。尤赛恩·博尔特（Usain Bolt）2和河马有着相似的冲刺速度，正是由于他们的高度大致接近。

但尺寸大小并不是演化的唯一趋势。在短跑比赛中，除了步伐大小，高频的步伐也是另一项优势。而长跑比赛中，相反的演化趋势（身材较矮的运动员）才是迈向胜利之道。从物理学的观点来看，这些相互矛盾的演化趋势都是可预测的。

城市的持续发展也是经过自然设计，并不是随机发展的，并且它们的特征（时间、地点和大小）是可以被物理定律预测的：大街与小巷，高速公路与环状道路。城市的建设就像人类那些不知不觉间开展的设计：火、交通工具、语言、创作、科学、法律、金钱、沟通以及可持续性，它们都便利了人类的生活。

好的想法可以被广泛传播，并且会持续地流传下去。所以，这些持续演变、流动的设计就意味着“好”。因此想要评估一个有关物理度量的想法有多好，只要观察在具体实践时，通过当时该地流动设计的演化与改变，能够增加多少人类活动就知道了。

就物理学的观点而言，知识包含了想法和行动；优秀设计的试金石就是实践，到最后，好用的才会留下来。这就是为什么好的改变会自然而然地扩展开来，这是演化的本质，也是演化永不停歇的理由。

生命和演化都属于物理学的范畴。与过往的生物学相比，地球上的这些现象比我们想象的更加广泛和重要。作为最有用的科学，例如牛顿第二定律和热力学定律，物理学能解释地球上所有可以预见的状况，这是无可辩驳的。这就是包含生命与演化的物理学。

我很确定你已经了解了生命与演化的物理观点，但也许是以不同的名词呈现：比如自我组织（self-organization）、自我优化（self-optimization）、自然选择、自我润滑（self-lubrication）、涌现（emergence）等等。我更确定你还没意识到，自己所知道的概念是普遍成立的（具有普适性）。以物理学的观点来看，这类自我的、天然的、涌现的过程，都明确指向同一个现象，可以总结为“建构定律”。

而我鼓励你们，说出并写下你们心中的想象，来完成这本书中所描绘的景象。

阿德里安·比赞（Adrian Bejan）

2016年3月

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1 编者注：也可以翻译成构造定律。

2 编者注：尤塞恩·博尔特，1986年8月21日生于牙买加特里洛尼，牙买加田径运动员，退役后成为足球运动员，2008年、2012年、2016年奥运会男子100米、200米冠军，男子100米、200米世界纪录保持者。