熵增定律如何系统说明生物学上的永生无法实现？
熵增定律，也被称为热力学第二定律，是物理学中最基本和普适的定律之一。它指出，在一个孤立系统中，总的熵（衡量系统无序程度或能量分布均匀程度的量）永远不会减少，只会增加或保持不变（在可逆过程中）。虽然这条定律最初是为宏观物理系统提出的，但其核心思想——系统倾向于走向更无序和更无用的状态——对于理解生物学上的永生也是极具启发性的。
熵增定律如何系统说明生物学上的永生无法实现？
要理解这一点，我们需要将生物体视为一个开放系统，并且深入探讨“永生”在熵增定律框架下的挑战。
1. 生物体作为开放系统：与环境的能量和物质交换
首先，要明确生物体不是孤立系统。我们不断地从环境中摄取能量（通过食物）和物质，并将废弃物排出体外。这种开放性是生命得以维持的关键。我们通过摄取低熵的能量（如太阳能转化为植物中的化学能，再通过食物链传递）和物质，来抵消体内熵的增加，从而维持自身的有序结构和功能。
然而，这种开放性并不意味着可以无限期地维持低熵状态。它只是提供了一个暂时的、不断消耗的缓冲。
2. 生命活动的本质：不断对抗熵增，但代价是加速整体熵增
生物体之所以能维持高度有序和复杂的结构（如细胞、组织、器官），是因为它们一直在进行一系列耗能的生化反应。这些反应包括：
合成代谢 (Anabolism): 构建复杂的分子，如蛋白质、DNA、细胞膜等，这需要输入能量，使系统局部变得更有序（熵减少）。
维持细胞结构和功能: 细胞膜的完整性、离子梯度、蛋白质的折叠和功能等，都需要持续的能量输入来维持其有序状态。
修复损伤: DNA修复、蛋白质降解和清除、细胞器更新等过程，都是为了对抗和修复由于分子运动、化学反应等自然倾向造成的损伤，这些损伤本质上是熵增的表现。
关键在于，为了在局部（生物体内）维持低熵和有序，生物体必须从环境中输入能量，并将这些能量以更无序的形式（如热量）排放出去。 也就是说，生物体的有序性是以加速整个系统（生物体 + 环境）的熵增为代价实现的。
用通俗的比喻来说：
想象一个堆得整整齐齐的沙堡（生物体的有序结构）。为了保持沙堡不倒，你需要不断地用水湿润沙子，用小铲子和刷子来修补坍塌的部分（生物体的维持生命活动）。这个过程中，水会蒸发变成水蒸气（能量以热量的形式散失），你使用的工具也会磨损（物质的损耗）。虽然你的沙堡局部保持了有序，但整个过程消耗了你的能量，并且水蒸气和磨损的工具屑增加了周围环境的无序度。
3. 永生的挑战：无法无限维持高效率的能量输入和低效率的能量输出
如果生物体要达到永生，它需要：
无限期地高效摄取低熵能量: 即便是有机体，也需要不断地从环境中获取营养和氧气，并将之转化为可用的能量。随着时间的推移，环境中的低熵能量源可能枯竭，或者生物体自身的能量获取和转化效率会随着衰老而降低。
无限期地高效进行维持和修复: 生物体内部的分子会不断发生随机的化学反应，导致损伤的累积。例如，DNA会发生突变，蛋白质会发生错误折叠，细胞膜会受到氧化损伤等。这些损伤都是熵增的直接体现。即使有修复机制，这些机制本身也是耗能的，并且随着时间推移，修复机制的效率也可能下降，甚至被自身的损伤所影响。
无法避免的“废热”累积: 尽管生物体通过新陈代谢将能量转化为可用的形式，但每一次能量转化都不是100%的效率。总有一部分能量会以热量的形式散失到环境中。虽然我们认为热量散失是“清理”了生物体内的无序，但如果将生物体视为一个与环境相互作用的系统，这个过程中整体的熵是在增加的。从生物体本身的角度看，如果无法持续将低熵的物质和能量转化为维持其有序结构，而是不断累积损伤和低效的分子状态，最终也会导致其结构的崩溃。
4. 从信息论的角度看永生：信息储存和复制的熵
生命不仅仅是物理和化学过程，更是信息的载体。DNA携带了生命活动的蓝图，细胞的结构和功能也包含了大量的信息。维持这些信息不丢失、不错误是生命的关键。
信息也是一种有序: 基因序列、蛋白质结构等都代表了一种高度有序的信息状态。
信息传递和复制的熵增: 在复制DNA、合成蛋白质的过程中，存在着出错的概率。这种出错就是信息的丢失或混乱，是熵增的表现。即使有精密的校对和修复机制，也无法达到100%的完美。
信息存储的损耗: 随着时间的推移，DNA会发生化学降解、断裂、突变。这些都是信息熵增的表现。即使在体外，任何信息存储介质（无论是磁带、硬盘还是书籍）都会随着时间推移而劣化。生物体内的信息存储介质（DNA）也不例外。
永生意味着需要无限期地精确复制和存储这些信息，并在不受损伤的情况下传递给下一代（如果考虑生殖的话）。这在信息论的熵增框架下是极其困难的。
5. 熵增定律的最终影响：衰老与死亡
生物体之所以会衰老和死亡，本质上是因为：
累积的损伤: 长期暴露在各种物理和化学应激下，生物体内的分子和结构会发生无法完全修复的损伤，这是熵增不可避免的结果。
效率的下降: 随着损伤的累积，维持生命活动所需的能量转换和物质合成的效率会逐渐降低。
系统趋于无序和功能丧失: 最终，生物体内的有序结构和复杂功能会因为累积的损伤和效率的下降而崩溃，导致生物体走向死亡。死亡可以看作是生物体达到一种最大熵的状态，其结构和功能完全瓦解，与环境融为一体（从物理角度看，其物质最终会分解，能量会散失）。
总结：
熵增定律并没有直接说“生命不可能存在”，因为生命本身就是通过局部熵减来对抗整体熵增的奇迹。然而，熵增定律确凿地说明了生物学上的永生是无法实现的，因为它意味着：
1. 无限期地逆转或阻止所有形式的损伤和无序化，这需要无穷无尽的能量输入和完美的修复机制，违背了能量转化效率的局限性和物理世界的随机性。
2. 无限期地维持低熵状态，而生物体作为开放系统，其维持有序需要不断地消耗外部的低熵物质和能量，并将高熵的废弃物和热量排放到环境中。这种交换一旦中断或效率下降，生命就无法维持。
3. 无限期地精确复制和存储信息，而不发生任何错误，这在物理和信息论上都是不可能的。
因此，熵增定律从根本上揭示了生命固有的局限性：生命的短暂性是宇宙运行规则的必然结果，任何生命形式最终都将走向其熵的增加和结构的消亡。 永生违背了“一切系统都倾向于更无序”的终极趋势。
熵增定律如何系统说明生物学上的永生无法实现？
要理解这一点，我们需要将生物体视为一个开放系统，并且深入探讨“永生”在熵增定律框架下的挑战。
1. 生物体作为开放系统：与环境的能量和物质交换
首先，要明确生物体不是孤立系统。我们不断地从环境中摄取能量（通过食物）和物质，并将废弃物排出体外。这种开放性是生命得以维持的关键。我们通过摄取低熵的能量（如太阳能转化为植物中的化学能，再通过食物链传递）和物质，来抵消体内熵的增加，从而维持自身的有序结构和功能。
然而，这种开放性并不意味着可以无限期地维持低熵状态。它只是提供了一个暂时的、不断消耗的缓冲。
2. 生命活动的本质：不断对抗熵增，但代价是加速整体熵增
生物体之所以能维持高度有序和复杂的结构（如细胞、组织、器官），是因为它们一直在进行一系列耗能的生化反应。这些反应包括：
合成代谢 (Anabolism): 构建复杂的分子，如蛋白质、DNA、细胞膜等，这需要输入能量，使系统局部变得更有序（熵减少）。
维持细胞结构和功能: 细胞膜的完整性、离子梯度、蛋白质的折叠和功能等，都需要持续的能量输入来维持其有序状态。
修复损伤: DNA修复、蛋白质降解和清除、细胞器更新等过程，都是为了对抗和修复由于分子运动、化学反应等自然倾向造成的损伤，这些损伤本质上是熵增的表现。
关键在于，为了在局部（生物体内）维持低熵和有序，生物体必须从环境中输入能量，并将这些能量以更无序的形式（如热量）排放出去。 也就是说，生物体的有序性是以加速整个系统（生物体 + 环境）的熵增为代价实现的。
用通俗的比喻来说：
想象一个堆得整整齐齐的沙堡（生物体的有序结构）。为了保持沙堡不倒，你需要不断地用水湿润沙子，用小铲子和刷子来修补坍塌的部分（生物体的维持生命活动）。这个过程中，水会蒸发变成水蒸气（能量以热量的形式散失），你使用的工具也会磨损（物质的损耗）。虽然你的沙堡局部保持了有序，但整个过程消耗了你的能量，并且水蒸气和磨损的工具屑增加了周围环境的无序度。
3. 永生的挑战：无法无限维持高效率的能量输入和低效率的能量输出
如果生物体要达到永生，它需要：
无限期地高效摄取低熵能量: 即便是有机体，也需要不断地从环境中获取营养和氧气，并将之转化为可用的能量。随着时间的推移，环境中的低熵能量源可能枯竭，或者生物体自身的能量获取和转化效率会随着衰老而降低。
无限期地高效进行维持和修复: 生物体内部的分子会不断发生随机的化学反应，导致损伤的累积。例如，DNA会发生突变，蛋白质会发生错误折叠，细胞膜会受到氧化损伤等。这些损伤都是熵增的直接体现。即使有修复机制，这些机制本身也是耗能的，并且随着时间推移，修复机制的效率也可能下降，甚至被自身的损伤所影响。
无法避免的“废热”累积: 尽管生物体通过新陈代谢将能量转化为可用的形式，但每一次能量转化都不是100%的效率。总有一部分能量会以热量的形式散失到环境中。虽然我们认为热量散失是“清理”了生物体内的无序，但如果将生物体视为一个与环境相互作用的系统，这个过程中整体的熵是在增加的。从生物体本身的角度看，如果无法持续将低熵的物质和能量转化为维持其有序结构，而是不断累积损伤和低效的分子状态，最终也会导致其结构的崩溃。
4. 从信息论的角度看永生：信息储存和复制的熵
生命不仅仅是物理和化学过程，更是信息的载体。DNA携带了生命活动的蓝图，细胞的结构和功能也包含了大量的信息。维持这些信息不丢失、不错误是生命的关键。
信息也是一种有序: 基因序列、蛋白质结构等都代表了一种高度有序的信息状态。
信息传递和复制的熵增: 在复制DNA、合成蛋白质的过程中，存在着出错的概率。这种出错就是信息的丢失或混乱，是熵增的表现。即使有精密的校对和修复机制，也无法达到100%的完美。
信息存储的损耗: 随着时间的推移，DNA会发生化学降解、断裂、突变。这些都是信息熵增的表现。即使在体外，任何信息存储介质（无论是磁带、硬盘还是书籍）都会随着时间推移而劣化。生物体内的信息存储介质（DNA）也不例外。
永生意味着需要无限期地精确复制和存储这些信息，并在不受损伤的情况下传递给下一代（如果考虑生殖的话）。这在信息论的熵增框架下是极其困难的。
5. 熵增定律的最终影响：衰老与死亡
生物体之所以会衰老和死亡，本质上是因为：
累积的损伤: 长期暴露在各种物理和化学应激下，生物体内的分子和结构会发生无法完全修复的损伤，这是熵增不可避免的结果。
效率的下降: 随着损伤的累积，维持生命活动所需的能量转换和物质合成的效率会逐渐降低。
系统趋于无序和功能丧失: 最终，生物体内的有序结构和复杂功能会因为累积的损伤和效率的下降而崩溃，导致生物体走向死亡。死亡可以看作是生物体达到一种最大熵的状态，其结构和功能完全瓦解，与环境融为一体（从物理角度看，其物质最终会分解，能量会散失）。
总结：
熵增定律并没有直接说“生命不可能存在”，因为生命本身就是通过局部熵减来对抗整体熵增的奇迹。然而，熵增定律确凿地说明了生物学上的永生是无法实现的，因为它意味着：
1. 无限期地逆转或阻止所有形式的损伤和无序化，这需要无穷无尽的能量输入和完美的修复机制，违背了能量转化效率的局限性和物理世界的随机性。
2. 无限期地维持低熵状态，而生物体作为开放系统，其维持有序需要不断地消耗外部的低熵物质和能量，并将高熵的废弃物和热量排放到环境中。这种交换一旦中断或效率下降，生命就无法维持。
3. 无限期地精确复制和存储信息，而不发生任何错误，这在物理和信息论上都是不可能的。
因此，熵增定律从根本上揭示了生命固有的局限性：生命的短暂性是宇宙运行规则的必然结果，任何生命形式最终都将走向其熵的增加和结构的消亡。 永生违背了“一切系统都倾向于更无序”的终极趋势。
网友意见
泻药。
P.S. 为什么我回答过这个问题之后炸出来的只有物理民科……生物学民科乃们在哪里，让我看到你们的双手！
这种物理系同学，自己都没学明白就冲你瞎bb的，双商过低，可以考虑直接绝交。
热力学第二定律所谓的熵增，明明白白的要求“孤立系统”。没有哪个生物符合这个条件。由于物质和能量不停地流入流出开放体系，也就是生物的吃喝拉撒新陈代谢，生物能够不断发育构建更复杂结构，从而引起熵减。“负熵”的概念，早在小一百年前，薛定谔写《生命是什么》时候就有了。到后来，普利高津学派的耗散结构为代表的各种非平衡态动力学，对这些有大量研究。
从个体层面上，生物的永生是可以实现的。研究的最清楚的就是水螅。Hail Hydra！！
水螅可以不断地激活干细胞分裂，用新生细胞代替旧的破损细胞，从而实现个体的永生。而在基因层面人们对此也有所了解，简单讲，随着时间的迁移，一个叫foxO的基因表达量会在很多物种中（线虫、果蝇、人）会逐渐下降，从而导致破损细胞更替变少、免疫功能下降，进而个体发生衰老，降到一定程度之后，这个生物就挂了；然而水螅能够一直保持foxO的表达，因此永不衰老。
FoxO is a critical regulator of stem cell maintenance in immortal Hydra当然这个永生是有条件的，要求生存环境适宜，如果没事出去上刀山下火海，绝个食渡个劫，谁也救不了。
严格上对于永生的定义，是死亡率与时间无关。换句话说，除去因为命不好天灾人祸导致的死亡之外，生命长度（lifespan）是没有限制的。
所以能活多久，不仅要看物种自身的机制，也需要考虑历史的随机进程。活得越久，碰到危险的次数也会越多。
比如著名的北极蛤“明”（Ming the clam），一个活了500多年的老蛤，本来在冰岛海底吃着火锅唱着歌，突然被一群两脚兽打捞走了，非要问它活了多少岁，开壳见光而死。这就属于渡劫失败的。
https:// upload.wikimedia.org/wi kipedia/commons/4/4c/Ming_clam_shell_WG061294R.jpg类似的话题
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