生命未被理解的真相：一項試圖統一物理與生物學的新理論

生命是什么

科學界流傳著一則耐人尋味的笑談，一位物理學家心懷對大腦的無盡好奇，向神經科學家求教：“請跟我講講大腦吧！”神經科學家略一沉吟答道：“它有兩個半球。”誰料，物理學家立刻打斷他：“停！你講得太多了！”

我確信我的生物學界朋友會因我在本書中略過的細節而感到沮喪。關于地球生命的種種豐富細節，我實在難以一一觸及，只能忍痛割舍，連我自己也深感遺憾。

事實上，理論物理學的精髓，恰在剔除無關細節，透過繁復的表象揭示萬物運行的深層邏輯。它并不會試圖挖掘有關生命形態的全部細節，這是一項不可能完成的任務，我們真正致力于尋找的是貫穿宇宙中所有生命形式的共通規律，這些生命甚至可能超出地球范圍，或僅存于我們生物圈的過去或未來。為了能夠對這些超越時空的現象做出解釋，這些共性必然高度抽象。

此刻，我坐在后院，身體在引力的作用下緊貼著椅子，而頭頂那輪明月，同樣因地球引力被牢牢地固定在既定軌道上。若不了解引力定律，我們就會覺得這兩者遵循同一規律聽起來荒誕不經。牛頓最初發現這一定律時，必須摒棄所有的具體細節。衣著、聲音、情緒對我個人而言至關重要，對引力計算卻無關緊要；月球由氧、硅、鎂、鐵、鈣等化學元素構成，地核主要由鐵元素組成，地球表面71%的面積被水覆蓋，智人的演化歷史長達30萬年……

這些復雜因素在引力計算中同樣無關緊要。在計算引力大小時，我們只需要考慮兩個物體的質量以及質心之間的距離，這就是萬有引力定律的本質。該定律成功將天體與地面運動統一起來，無論是我穩坐在椅子上，還是月球繞地球運行，所有運動都遵循相同的數學法則。如今，我們已將這種統一性視作理所當然，但在漫長的數十萬年演化歷史中，我們的祖先并未察覺。

物理學家正是憑借這一技巧觸及了現實的本質，精準地篩選出關鍵細節，剔除了其他無關緊要的冗余信息。具備了這種能力，我們就能夠通過數學這一嚴謹且具體可證的方式，將那些看似毫無關聯的事物統一起來。在探討運動時，我們無須糾結于不同運動物體的細節差別，不必深究它們的材質、形狀、顏色等諸多復雜因素；在計算運動軌跡或引力大小時，我們只需聚焦于質量、位置和加速度這三個核心要素。這種巧妙的簡化并非簡單的取舍，而是人類在概念認知領域邁出的關鍵一步——它賦予了我們一種全新的視角，讓我們能夠用一套統一的理論框架來詮釋所有運動現象，將發生在地球表面的日常運動和可觀測宇宙另一端的宏觀天體運動統統囊括在內。

地球上生物演化過程中的種種特性不容忽視，但若想理解生命這一普遍現象，這些細節就顯得無關緊要。我們需要構建一個足夠抽象的框架，既能用來描述我們已知的全部生命形態，又能涵蓋那些尚未歸類的生命實例，幫助我們解開生命起源之謎。這意味著，該框架必須具備深層次的概念結構，能夠將物理化學規律與生物學現象統一起來，此外，由于外星生命的可能形態也需要被包含在內，該抽象理論還必須具有預測性，能夠適用于宇宙中所有的生命形式，而不僅限于地球上的生命。

哪些細節至關重要，哪些又可以忽略不計？這是一個極具挑戰性的問題。

生命是什么？這一問題很難回答，答案可能出人意料。歷史表明，科學家給出的卓越解釋往往與人們最初的天真預想背道而馳，所以，與其固守成見，不如讓我們主動追問生命的本質，擁抱意外的發現。

在本書的后續章節中，我將系統介紹利用物理學理論來闡釋生命及其起源的前沿思路，該方法旨在捕捉生命的普遍抽象特性，并通過實驗來驗證理論構想。在研究中，我們秉持著曾引發物理學范式革命的創新精神，期待著獲得突破性發現。撰寫本書的初衷，正是為了以顛覆性的方式揭示生命起源的奧秘，設想人類與外星生命的首次接觸，畢竟，先有想象，才有可能。

構建生命物體理論：

火星表面有沒有可能出現兩把螺絲刀

我已經點明，要想了解這門闡釋生命的新物理學，我們需要從理解存在及存在的緣由開始，即探究物理實體存在背后的選擇機制。存在本身極為特別，在我們想象范疇內的大多數事物根本沒有存在的可能，當然，還有些事物直接超出了我們的想象。

我們不妨從想象范疇內的事物著手，至少它們存在出現的可能性。例如，我們可以設想出一系列基本粒子，它們逐步組成了原子、分子、細胞、自行車、人類、植物，構成了在地球40億年的演化史中出現過的事物，也可以構成未曾出現卻可能存在之物。我們生活的世界只是浩瀚空間的冰山一角。

量子力學、廣義相對論和統計物理學是現代理論物理學的三大支柱：量子力學主要研究物質的屬性及基本組成單元的行為；廣義相對論借助時空的幾何結構來描述引力作用；統計物理學關注的則是由大量微觀成分構成的宏觀系統的集體行為。廣義相對論和狹義相對論共同揭示了引力與運動的本質，其核心概念在于坐標空間與坐標時間——坐標空間是物理學中用來描述物理空間的一個專業術語，包含左右、前后、上下三個維度，我們日常使用的直尺測量的就是這種坐標空間；坐標時間描述的是由時鐘測量的物理量，相比于我們的主觀感知，時鐘可以更加規律可靠地記錄時間的流逝。統計物理學和熱力學則共同闡釋了能量、功、測量不確定性（即熵）等概念的特性。

目前，我們尚未構建出一套物理理論來描述基礎物質全部組合的可能性，例如元素周期表中的原子可能形成的全部分子組合。在其他宇宙中可能存在著完全不同的元素周期表，甚至完全不存在類似的規律，我們所知的化學反應可能完全基于本宇宙中的原子特性。再比如晶體管技術，若在晶體管面世之前出現了另一項技術，或者出現了某項替代技術，那么現有的技術體系將完全不同。通過組合方式構建的物體空間極其龐大，無論何時，宇宙都無法制造出其中的所有物體，甚至無法制造出其中的一小部分，大多數存在出現可能性的物體永遠都不會問世。由多個部件組成的復雜物體更是如此，構成物體的部件越多，組合的可能性空間就越大。

那些有幸成為物理實體的事物，其存在往往依賴于已存在的事物以及一系列復雜條件，因此這些事物的存在難以用現有的物理理論加以解釋。我想要論證的觀點是，為了能夠更好地理解這些事物的存在，我們需要將組合的可能性空間定義為一個真實存在的物理空間，就像人類所處的三維空間那樣。深入探究這個空間的物理特性，或許正是解開生命之謎的關鍵所在。

在廣袤無垠的宇宙中，螺絲刀可以算是我們熟知的、實實在在的物理實體之一，我們對它的存在確信無疑，畢竟它確實躺在我們的工具箱里，實實在在地存在著。如前文所述，我們已經提出疑問：“一把螺絲刀出現在火星的紅色荒漠上究竟是一個小概率離奇事件，還是一件在物理世界中根本不可能發生的事情呢？”

那么，火星表面有沒有可能出現兩把螺絲刀呢？

我在第2章提及的那次由卡內基科學研究所舉辦的會議，或許為生命起源研究的范式革新播下了種子，它為包括我在內的部分學者提供了審視生命、宇宙和萬物本質的全新視角，通過搭建起物理學與生物學之間的橋梁，幫助我們突破了原有的認知。正如大多數科學統一理論的發展軌跡，這一新范式展現出了迥異于既有理論的獨特面貌。

在那次會議上，一位學者大膽斷言，在物理層面，一把螺絲刀不可能無須任何演化、僅憑隨機波動產生。更令人感到意外的是，他聲稱這一結論不僅可以通過邏輯推理得出，還能經由實驗驗證。這一驚人論斷出自博學多才的格拉斯哥大學化學教授李·克羅寧之口。克羅寧既是我的好友，也是我的合作伙伴，他向來直言不諱，總愛向未知的領域發起挑戰。

克羅寧常被歸為理論家，但他構建理論的方法極為獨特，堅持認為理論必須能夠通過實驗驗證。在多數人依賴抽象思維構建理論時，克羅寧堅持使用現實世界中的物理對象來推演理論。雖然螺絲刀確實很難自發形成，但他在會議上所言并非要強調這件事不可能發生，而是要表明他能通過分子實驗驗證這一理論。

克羅寧會在家中的工作間里召開視頻會議，鏡頭里常常出現正在運行的實驗設備。疫情防控期間，我們每周五都會與圣塔菲研究所的研究人員克里斯·肯佩斯（Chris Kempes）和邁克爾·拉赫曼通話，克羅寧會在此時展示自己正在開展的家庭實驗。他為自己的家庭工作間配備了三維打印機、機器人、電子儀器以及各種我甚至說不上名字的裝置，并且還在不斷添置新工具，用以完成正式實驗前的問題排查工作。

他研制了家庭版選擇裝置，讓滾珠軸承模型在三維打印競技場中完成競爭篩選，驗證演化與選擇的普適性猜想。他還嘗試研制量子計算機，只是由于量子測量儀器造價高達10萬美元，他無法證實是否已實現光子糾纏態。后來，他與格拉斯哥大學物理系教授合作，利用偏振糾纏光子源進行了非偏振光光學活性測量實驗。工作時，克羅寧會在背景墻上投影，播放《降臨》（Arrival）《超時空接觸》（Contact）等與外星生命探測相關的電影，有時，他甚至會在墻面上同時播放兩部電影。若換作我，在這種環境中實在難以專心工作，哪怕只播放一部電影也會讓我分神！

在思考生命起源問題時，克羅寧提出一個假說：某些分子與螺絲刀、手機、衛星和汽車一樣復雜，難以自發形成。他意識到，宇宙并不能生成所有物質的理論首先體現在化學領域。某些分子結構過于復雜，必須通過演化才能形成，它們的存在本身就是這類演化過程的確鑿證據，它們包含的組成部分實在太多，根本無法自發形成。

若依照克羅寧提出的這一化學領域猜想來構建理論，我們或許能從“生命的功能”而非“生命的本質”出發，搭建生命理論的數學框架。我們已經在第2章討論過，如果聚焦于生命或意識的功能而非本質，我們也許能夠找到破解難題的新思路。這個思路非常簡單：宇宙中，只有生命才能創造出由眾多獨特且遞歸構建的部件組成的實體。

在實驗室里驗證生命起源理論絕非易事，許多科學家認為，理解生命的本質已屬艱難，更遑論構建可驗證的生命背后的物理學理論。有人覺得我們的嘗試太過瘋狂，認為這些理論晦澀難懂，還有人覺得這些理論太過淺顯。我明白，在一些人看來，我們的理念或許有些奇怪，因為它們處于一個完全陌生的創造空間。我們尚未解開生命起源之謎，也未與外星生命建立聯系，因此，或許我們需要的正是那些顛覆常規、看似“異類”的突破性理念。

攻讀博士期間，我選擇研究生命起源這一課題正是因為這片充滿未知的科學領域深深吸引了我。彼時，學界連應該提出何種問題都尚未明確，更遑論找出解答之道。我懷著對物理學史上那些實現重大認知突破的先驅的深深敬意，投身這一領域的研究。

眾所周知，牛頓發現萬有引力定律，為人們帶來了對宇宙運行規律的全新理解；麥克斯韋建立電磁理論體系，為現代電磁學奠定了理論基礎；愛因斯坦通過創立相對論并融合時空觀，徹底改變了人們對宇宙的認知；量子物理學家們突破確定性和局域性認知，彰顯了科學的強大力量。這些重大進展以及物理學史上其他根本性變革的出現，全都要歸功于科學家們以全新視角審視未解之謎，無一例外，我期待生命起源研究也能迎來這樣的重大突破。作為一名接受傳統教育的理論物理學者，我起初認為這些理論在自己的有生之年難以得到驗證，但是克羅寧決心推翻我的這一想法。從合作初期開始，他就敦促我將理論思維建立在實證基礎之上，這種思維模式徹底改變了我對生命演化歷程的認知方式。

在研究組裝理論（assembly theory）時，我們并未試圖去定義生命——在本書中，我們已經目睹了這類嘗試的失敗，我們的目標是搭建一個形式化框架，實現生命與非生命物質的統一。那么，我們如何才能揭示有關生命起源的物理法則呢？從非生命到生命的躍遷又該如何解釋呢？

組裝理論的核心假設為，復雜物體能夠存在意味著其形成信息必然存儲于其他物體中，這構成了一種具象化的物理記憶系統，或者說制約其形成的條件集合，這些物體只能通過演化或學習形成。我們可以將此歸納為一種選擇機制，若在生命出現之前就存在可能性空間的選擇機制，那么這些約束條件將推動我們觀察到生命的演化。拉赫曼和克羅寧都將此稱為“生命前選擇”，認為需要探究關于這種選擇機制的物理定律，而我更傾向于稱這一研究領域為“存在物理學”。

為了構建一個可驗證的理論體系，我們采取了獨特的逆向研究路徑，從可通過實驗檢測的分子特征反向推導出能證明該分子為選擇與演化產物的指標。

組裝理論以物體為研究對象，因為物體是真正可測量的實體。縱觀我接受的所有物理學教育，物體從未得到過明確定義，我只是潛移默化地接受了一種觀念：真正的根本性研究對象應為那些不可分割之物，即希臘人口中的“原子”和我們如今所說的“基本粒子”。

我剛才講述的這些物體定義雖有些抽象，但意義重大。以這種抽象方式來描述物體，能幫助我們在構建物體選擇理論時精準錨定核心特征，闡釋為何某些物體能夠存在，而其他則不然。接下來，我們即將深入探討一種創新的物理學理論框架，獨辟蹊徑地將生命體視為基本構成要素。

組裝理論，

生命就是宇宙創造記憶的過程

我們之前提到了兩個猜想：一是宇宙中，或許只有生命才能夠創造出擁有大量獨特部件的物體；二是我們或許能夠從分子的可測量屬性出發去探尋選擇與演化的相關證據。

在此前的探討中，我曾提出物體必須具備可分解性，這也就意味著它必然具有可組裝性。組裝指數（assembly index）正是我們用以量化“宇宙構建某物難易程度”的一種形式化指標，在分解物體后反向推算得出的在物理層面生成該物體所需的最少步驟數即為組裝指數。就某個特定對象而言，其組裝空間（assembly space）被定義為遞歸組合已構建要素、利用基本部件將其構建出來的路徑集合。實現最短路徑也就意味著組裝空間捕捉到了構建觀察對象所需的最小記憶容量，即基于歷史上可能存在的物體的最少操作次數。值得注意的是，組裝空間受物理定律約束，組裝路徑中的可能步驟必須在物理層面上切實可行。

你可以通過斷裂分子鍵將一個分子分解為兩部分，反復進行這一操作，直至得到最簡構件——在分子組裝理論中，這些最簡構件即原子和化學鍵。所有可能存在的分子都必須遵循化學成鍵規則，若要在分子中尋找選擇作用的證據，我們就必須使用受構造器約束的操作來組裝分子。此處的構造器指的是具有特定約束信息的物理系統，這些約束能夠將可能性空間限定為特定對象的形成條件。對化學對象而言，構造器可以是地球化學環境、化學家或人工智能機器人，這一概念與我在第2章討論奇亞拉·馬爾萊托和戴維·多伊奇的構造器理論時提出的觀點一致。

任何構建對象的主體都必須采用在物理層面上可行的操作，若要構建該分子的組裝空間，你可以從一組簡單的構建模塊入手，通過連接一對模塊（例如形成新化學鍵），嘗試重組出原始分子的架構。在每一步操作中，你都可以選擇任意兩個分子片段進行結合，只要這兩個片段是之前已經制備好的即可。這種連接操作具有遞歸性，所以在每個組裝步驟中，你都可以重復利用已構建部件。組裝指數指的就是該分子在組裝空間內最短組裝路徑的長度。

對大多數人而言，分子這一概念并不直觀，所以我們可以再用樂高積木來解釋一遍，以一種更加清晰明了的方式將這物理概念準確闡述出來。如果你正愁找不到玩積木的正當理由，那么你現在就可以拿出積木來親自嘗試一番。請你想象或搭建一個簡單物體，比如一個包含兩個藍色部件和三個黃色部件的物體，你可以任意設計它的結構，這就是你的目標物體。

現在，請你將其拆解為獨立的積木單元，這些不可分割的樂高積木就是你的“原子”，它們相互連接的物理結構就是自帶的預設“連接鍵”。此時，我們需要假設你可以無限量獲取樂高積木，因為我們是在組裝理論框架下定義物體的抽象空間，而非討論實際建造過程中需要多資源（樂高積木的數量）。組裝路徑就是該物體所有可能形成方式的集合，而要為該物體構建組裝空間，你就要先從樂高積木堆中選取兩個結構。接下來，請你根據目標形態將兩個積木結構拼合起來，確保這個子部件與你的原始設計相符，然后將這個新組合放回積木堆，再從積木堆中選取兩個新部件（可以是剛剛組裝的結構）。

你可以持續進行這種遞歸操作，不斷重復利用已組裝好的部件，直至成功復原最初設計的物體。在這個過程中，遞歸操作非常關鍵，因為這意味著你只能使用已經構建的物體。換句話說，組裝空間本身就承載著過往記憶，在某個物體本身存在之前，你無法用它來創造新的事物。這聽起來合情合理，對吧？可是在現有的物理學理論中，仍未出現將過去以物理形式具象化并體現于當下的機制。在組裝理論中，我們將過去巧妙地折疊進當下，使其具體體現在當前物體的組裝空間中。也就是說，組裝理論將每個物體都視為自身歷史的遞歸堆疊，你可以將其理解為一種將歷史視為物理屬性的物理學理論。

我們將你實際采用的步驟序列或者可能采取的步驟稱為組裝路徑。在重復上述操作時，你可以選擇不同的路徑，而在組裝理論中，我們特別關注最小組裝空間，即步驟最少的組裝路徑，這種最短路徑以最簡方式體現了制造該物體所需的因果關系總量。在確定最小組裝空間后，計算組裝指數就非常容易了，我們只需計算路徑上所需的步驟數量。換句話說，它就是通過僅重復利用已生成的獨特形狀來制造目標物體所需的最少操作次數，你可以將其理解為宇宙組裝該物體所需的最短歷史、最小記憶容量或最短因果時間。需要再次強調的是，宇宙無法在生成新部件之前創造任何新事物，無須任何條件就能自發形成的“免費午餐”并不存在，任何新事物的誕生都需要通過演化與選擇才能逐步實現。

樂高積木只能通過特定方式連接，因此你能搭建出來的結構是有限的，例如，你很難用方形積木搭出圓形結構。玩過熱門電子游戲《我的世界》（Minecraft）的人都會深有體會，在由積木構成的宇宙中，制作一個方形的太陽比制作圓形的太陽容易得多。

在組裝理論的物理法則中存在兩個基本約束條件：一、支配組裝過程的物理定律決定了宇宙中可能發生之事；二、作為物體構造者，比如搭樂高的你，在搭建過程中依據的信息是腦海中的設計藍圖，構造者必須將這些信息牢記于心才能成功組裝出相應的物體，因此，如果沒有像你這樣的構造者去動手搭建它，樂高積木也就無法自行組合成各種各樣的模型或結構。

第一個約束條件讓我們意識到，我們不能隨心所欲地拼接積木。當然，如果我們擁有強力膠水或許可以突破常規，但這將違反上述樂高宇宙的基本規則。樂高積木的組合限制類似于現實宇宙中的化學鍵規則，都遵循著統一的法則。

在現實世界中，原子間的鍵合方式構成了化學反應的基本規律，并非所有原子組合都能形成穩定分子，這限定了物質結構的可能性邊界。同理，樂高積木世界的組裝者必須遵循“塊間相容性法則”，只能將帶有相同凸點和凹槽的部件組合在一起。這種設計既保持了系統的開放性，又避免了無限組合帶來的混亂。正如化學鍵選擇性地維持分子多樣性的同時，也為物質世界提供了穩定的結構基礎。

在樂高積木世界里，你的想象力固然重要，但并非毫無邊界。實際上，你的創意受限于記憶中已有的樂高積木元素，這些元素是你創新組合的基礎。你所構建的每個模型其實早已存在于一個預設的可能性集合中，這個集合的大小既受你的記憶影響，也取決于你的時間和可用的資源。簡言之，你的創造力只能在這個受約束的空間里發揮。

在組裝復雜對象時，其組合復雜度越高，所需的搭建步驟就越多，搭建路徑數量也呈指數級攀升。即使我們只用少量積木來演示，如果搭建目標是樂高版本的霍格沃茨城堡，那么搭建路徑的多樣性也會十分驚人！在這種情況下，哪怕采用最短搭建路徑，耗時也會非常長。不過，我本人尚未計算過樂高霍格沃茨城堡的組裝指數。此外，搭建能否成功最終還取決于我們對“樂高霍格沃茨城堡”這個概念的理解是否一致，即我們是否對目標對象有共同的認知基礎。

宇宙在創造某個對象時，未必會選擇最短路徑，而且隨著對象組裝指數的增大，潛在的構建路徑數量也會呈指數級增多。若僅從概率論角度來看，任何復雜對象的出現都極有可能是通過無數迂回曲折的路徑達成，不太可能恰好沿著理論上的最短路徑實現。此外，在談及化學領域時，我們需要澄清一點：組裝步驟并不等同于反應步驟。在分子組裝的可能性空間中存在大量永遠無法作為獨立實體存在的分子碎片，這些碎片不可能單獨呈現在具體的反應序列中，但它們對理解分子構型所需的因果關系至關重要，這些分子碎片作為潛在構建方式的記憶元素存在，其意義超越了具體的合成路徑。

或許有人會覺得，這種包含不可單獨測量屬性的對象的理論模型略顯奇怪，然而，當這類理論能夠產出可驗證的實驗結果并具備強大的解釋力時，它就可以成為科學研究的慣常方法。人類通過構建此類抽象概念體系解釋自然現象的能力，正是我們理解不可直接測量的物理實體的最重要工具。一個典型例子當數粒子物理學中的夸克模型。作為構成原子核中質子與中子的基礎單元，夸克在標準模型中占據核心地位，但根據量子色動力學的夸克禁閉原理，它們永遠無法以孤立形式存在。與此類似，分子組裝中的許多碎片也無法脫離目標分子獨立存在，但這些碎片對決定分子構型的選擇性和因果關系至關重要。

三磷酸腺苷（ATP）分子的組裝指數為21，它是細胞內關鍵的能量載體，可通過多種不同的代謝途徑合成，其中研究較為透徹的合成途徑包括糖酵解和三羧酸循環，不過，這些反應路徑與組裝理論中討論的路徑并不完全一致。我們可以將化學反應看作一種粗粒度簡化處理或系統化分組，這取決于引發反應的具體約束條件，比如作用于構造器的條件。

這些約束條件在宇宙的各個區域有所不同。例如，在地球化學環境中（這不適用于ATP，但適用于其他更簡單的分子），這些約束可能來自巖石表面；在化學實驗室中，約束可能來自圓底燒瓶。這兩種情況都與細胞內酶系統協調作用下介導化學反應的環境不同。由于合成ATP所需的底物和反應取決于具體環境，所以反應序列并非ATP自身的固有特征。盡管ATP可以通過幾個步驟簡單的反應序列合成，但在這些情況下，起始原料始終是其他組裝指數較高的分子。這類分子本身就代表了大量受約束的可能性，而這些可能性已在被選定的對象中得到體現。

我們假設組裝空間具有某種固有屬性，無論合成分子的是地球微生物還是外星智慧生命，這一屬性都能揭示出該分子的本征特性。因此，組裝指數作為一種度量指標具有普適性，無論是你在地球海洋底部發現的ATP，還是在土衛二的地下海洋中檢測到的ATP，其組裝指數都應當保持一致。

在初次嘗試組裝物體時，我們很可能并未遵循最短路徑原則。當然，如果最初搭建的樂高模型非常簡單，那我們或許可以做到。在組裝理論中，研究重點始終是最短路徑而非宇宙實際采用的路徑，也不是眾多可能路徑的平均值，這背后有幾個重要原因。

最短路徑可被視為物體的內在屬性。假設隨機挑選兩位讀者構建相同物體，那么他們很可能會采用不同路徑。具體組裝路徑取決于構建環境，包括構造者（你）與被構造物。這一觀點至關重要，因為在用生物學相關方式定義“信息”時，我們面臨的一大難題就是生物信息的環境依賴性。例如，某些DNA序列（如基因）在細胞環境中具有功能意義，而其他序列則無此功能；此外，具有生物學意義的序列一旦脫離細胞環境就會失去功能。僅憑觀察A、G、C、T堿基序列，你無法區分具有功能的DNA鏈與無功能的DNA鏈，這正是定義生物學相關信息概念時的一大挑戰。

為此，組裝理論采用了不同的方法，我們通過關注物體本身的特征來消除環境依賴性，無論觀察場景如何變化，這些特征始終如一。在這個意義上，我們并不關心DNA的具體功能或意義，只關注DNA必須依賴已存在的構建系統（例如細胞或實驗室）才能形成。換言之，我們關注的是DNA本身就是演化產物的本質屬性。DNA作為功能或意義的載體證據，其存在本身就依賴于這種演化過程。我們無法僅通過觀察孤立的DNA分子來判斷其意義，但我們可以測量生成DNA所需的最短路徑，這個測量結果獨立于其構建系統或發現環境。

這就是我們考量最短路徑的核心原因，我們秉持著不可知論的原則，不依賴我們對現有生命化學的認知。在實驗室中，我們能夠使用多種儀器開展測量工作，該方法適用于任何類型的分子。

當然，做到這一點的前提是分子必須存在多個拷貝，這正是組裝理論中物體的一個關鍵特征。其實，理解組裝理論只需把握4個重要的值——0、1、2和許多。如果一個物體從未出現（拷貝數為0），那它就不存在。現有物理學體系允許復雜物體通過隨機概率形成，但這些物體無法持續存在，無法被復制，更無法大量出現，所以，雖說新事物有產生的可能性，但這類新事物無法被選擇留存。

在組裝理論中，只有當承載著制造該物體知識的其他物體譜系已被選擇存在，該物體才能出現。這個譜系可以首次制造出該物體（即新穎性），并且由于譜系本身已被選擇持續存在，它也能再次制造該物體（即選擇性）。這和認為物體可能自發波動產生的觀點截然不同，它將物體與其譜系視為同一事物，就能讓物體及其歷史被共同選擇，從而使該物體在被發現后能夠持續存在并復現。

因此，某個物體至少以兩個副本的形式存在就意味著宇宙中必然存在某種可靠的機制能夠制造該物體，而某物體擁有眾多副本則更強有力地證明，必然存在某種被選擇的可靠物質機制，這種機制承載著如何制造該物體的相關記憶。由此可知，一個復雜物體要想擁有多個副本，就必須存在大量能夠制造它的其他物體的副本，以及制造這些物體的母體的副本，依此類推，最終構建起一條能夠促使該物體誕生的制造鏈條。我們可以將這種現象想象為一種層層疊加的物體制造系統，體系中的每一層物體都必須先經過篩選，才能繼續搭建下一層結構。實際上，這正是我們借助組裝理論理解地球生命演化歷程的方式：從底層到頂層，所有物體都在持續不斷地制造新的物體，正如克羅寧常說的那樣，“生命就是宇宙創造記憶的過程”。

以愛迪生發明電燈為例，在成功研制出功能性燈泡之前，他嘗試過上百種不同的設計方案，通過不斷調整并篩選每個方案中的有效元素來推進實驗。在最終方案被證明行之有效后，人們便開始利用既有物理系統（人類與技術）的能源和資源進行大規模復制，工廠里生產的所有燈泡均以這一成功方案為藍本。如今，全球數以億計的燈泡存量正是“制造步驟信息（即記憶）被選擇留存”的有力證據。

需要強調的是，這些不必是精確的復制品。以燈泡為例，它可以衍生出多種變體，如LED燈、泛光燈和微波燈泡。其中的關鍵點在于，大量高度相似的復制品可以證明存在一個可靠且經過篩選的生成該設計及其變體的過程。若沒有演化選擇，地球上本不會出現燈泡，但這并不意味著愛迪生解決的問題只有燈泡這一種解決方案。

事實上，生物學和技術領域存在的諸多案例表明，不同的選擇事件序列會產生不同的功能性解決方案來應對類似的演化問題。例如，海森堡和薛定諤的量子力學理論就是同步發展而成，后來才被發現是功能等效的理論；又比如有袋類動物的演化路徑，它們通過演化形成外部育兒袋，而非通過內部胎盤來孕育幼崽，雖然兩者在結構上有所不同，但都成功解決了幼崽在發育初期需要延長被照料時間的問題。這些案例揭示了演化過程固有的路徑依賴性。在構建出的特定對象的譜系中，那些具有歷史偶然性的特征確實會產生重要影響，猶如在演化之旅中，多條岔路通向不同的解決方案，而每一條路徑都承載著獨特的演化記憶與選擇痕跡。

組裝而非隨機，

演化是構建宇宙復雜性的必要條件

我們已經討論過，當代物理定律通常以初始狀態與運動定律的形式呈現，從本體論角度來看，這兩者獨立存在，超脫于所描述的宇宙之外，扮演著描繪事物變化的邊界條件這一角色。事實上，正是當代理論物理學的這一特性為模擬假說、智能設計論等哲學詮釋留下了空間。這兩種理論以非傳統的方式對我們所處現實的創造過程做出了假設——或是經由程序員編碼，或是借助神明創造。若我們所處的世界是一個模擬世界，那就必然存在一位程序員，他身處我們的宇宙之外，能夠生成我們這個宇宙的代碼或程序。這種解釋與智能設計論高度吻合，后者僅需將“程序員”替換為“設計者”就能形成類似的現實解釋——宇宙背后存在一個設計者（可能是上帝），這位設計者設定了宇宙誕生的初始條件。

令人頗感意外的是，當程序員或者設計者不加干預的時候，這種解釋與現代物理學對宇宙的認知并無本質區別。在我們當下的認知框架中，宇宙中必然存在著獨立于其本身的定律，也就是說，這些定律并非宇宙內部衍生出來的屬性，這些定律與受其約束的初始條件共同造就了我們所處的這個宇宙。定律以及初始條件構成了宇宙的邊界條件，據此可以解釋大爆炸之后發生的所有現象，不過，它們自身的起源仍是一個未解之謎。

在組裝理論的框架下，我們需要嚴肅看待這樣一個觀點：物理定律不應包含復雜分子的具體設計。若果真如此，那么宇宙將淪為一個毫無創造力的預制世界，然而，存在高拷貝數的復雜對象意味著必然存在具備分步特異性信息的物理系統。智能設計論的擁躉們傾向于將這種設計歸因于宇宙之外的某種力量，而當代物理學則將這種解釋推給了可觀測宇宙的邊界條件。

組裝理論的意義在于揭示宇宙如何實現自我設計與構建，而生命現象正是這一物理法則的絕佳例證。我們通過逆向推演現有事物，量化達到當前狀態所需的構建（選擇）過程，從而理解人類在浩瀚無垠的可能性空間中所處的局部位置。在組裝理論中，初始狀態（基本構建單元）蘊含的信息相對較少，物理法則（結合操作）同樣如此，隨著時間的推移，物體所承載的信息幾乎都體現在其世系軌跡之中。

保羅·戴維斯熱衷于構思一個妙趣橫生的思想實驗，旨在探討如何甄別設計痕跡，這里指的可不是智能設計者的創作，而是演化歷程中的設計，或者智能工程師、科學家所締造的作品。整個實驗的關鍵就在于我們究竟該如何精準辨認出被設計的物體。

戴維斯常以一個充滿趣味性的例子來形象地闡釋其中的奧秘：你可以想象自己漫步于城市的街頭巷尾，這時，一輛汽車恰巧從旁駛過，車牌上赫然印著你的生日。初見此景，你或許并未在意，覺得這只是個微不足道的巧合，然而，緊接著你又發現路牌上竟然醒目地寫著你母親的名字。還沒等你從驚訝中回過神來，一輛出租車緩緩駛入眼簾，車側的聯系電話竟與你的社會保障卡號碼驚人地相似，唯一不同的就是缺少了末尾的數字，而缺失的那個數字正是這輛出租車的獨有編號。隨著這一連串看似巧合的事件不斷疊加、持續累積，我們不禁陷入深思：究竟當這類匪夷所思的 “巧合”堆積到何種程度時，我們才開始懷疑事有蹊蹺？這究竟是純粹的隨機事件偶然拼湊出的序列，還是某種精心設計的結果呢？

在探尋宇宙潛在外星智慧的征程中，精準區分設計（其來源可能為智能主體或演化歷程）與純粹的隨機性至關重要。我們認知中的一些高度復雜的模式盡管實際上蘊含著精心設計，表面上卻呈現出近乎隨機的特征，例如在密碼學領域，將信息偽裝成看似隨機的噪聲正是確保數據安全傳輸的重要策略之一。那么，我們究竟該如何分辨外星智能所創造的產物與自然隨機現象呢？

問題在于，基于當下對“復雜性”的衡量標準，隨機性有時也能展現出相當復雜的樣貌，然而這并非我們真正追尋的目標。

在組裝理論中，我們引入拷貝數這一關鍵指標，旨在精準區分由設計演化催生的復雜性與純粹的隨機性。演化并非憑空而起，而是立足于宇宙過往的積累成果，經由演化孕育出的物體，無論其復雜程度如何，都會重復沿用先前已發現的部件。高拷貝數不僅彰顯了演化物體的顯著特征，還體現了其組成部分的重要特征。

以人體為例，人體是由數百萬個高度相似的細胞構成，并非由全然不同的個體拼湊而成。時下，大型語言模型正逐步擴展其應用場景，廣泛融入其他技術領域，無論是在生物學領域還是在技術領域，我們都能依稀察覺到，部件的重復利用已然成為構建更為復雜物體的必備要素，這絕非偶然。

根據組裝理論，我們有理由推測，這或許是宇宙在探索復雜物體空間時的唯一可行途徑，復雜物體的誕生離不開部件的選擇與重復利用，因為可能性空間浩瀚無垠，僅憑其他方式根本無法完成這些物體的構建。將具有部件重復利用特性的演化物體與那些擁有隨機不可預測屬性的物體進行對比，我們會發現一種看似自相矛盾的現象：由于部件重復利用的特性，演化系統的復雜程度竟反而不及隨機系統。當像我們這樣的智能物種發明出計算等抽象概念后，這些工具便得以將隨機性形式化，并且能夠通過計算機或大腦精準識別出構建隨機性的途徑。這表明，那些通過隨機方式構建的復雜物體，也就是在不重復使用任何部件的前提下高度組裝而成的物體，可能并非僅僅是演化的產物，更是某種無須重復利用部件即可構建物體的智能水平的結晶。這類必須借助算法生成的物體或許會成為我們搜尋技術特征信號（即宇宙中技術存在跡象）時的最佳候選目標。

組裝理論為我們提供了一種獨特的視角，在回溯包含所有可能存在事物的集合時，我們可以發現一個有趣的現象：所有可能物體的抽象組合空間可以通過兩個關鍵的可測量屬性來構建一個物理空間，這兩個屬性便是組裝指數與拷貝數。我們之所以將其界定為物理空間，是因為這些坐標在描述物體在組裝空間中的位置時起著至關重要的作用，它們類似于我們在時空中確定物體位置時所依賴的時鐘時間坐標和三維空間坐標（即x、y、z軸所定義的位置）。我們可以這樣理解組裝指數，它就像可能性空間中的一個深度指示值，組裝指數越大，該層次上存在的可能性就越豐富，宇宙能夠以類似組裝方式制造出的物體所占的比例就越小，這也表明，任何高組裝度物體的形成都需要經歷更為嚴格的選擇過程。拷貝數則反映了每個物體在物理實現過程中建造或設計環節的穩定性，它是組裝觀察對象所需的大量基礎構件的證明。組裝指數與拷貝數共同構成了一個可能性坐標系，為我們揭示了復雜物體所蘊含的選擇壓力強度的大小。

組裝理論的一項重要推論指出，我們永遠不應期待高組裝指數的物體會自發形成，然而，這一結論與標準物理學的許多基本假設相悖。許多物理學家認為，理論上任何可能存在的物體都有微小但非零的概率通過隨機量子或熱力學事件自發形成。盡管復雜物體自發形成的概率極低，但理論認為其概率始終不為零，這意味著在浩瀚的可能性空間中，宇宙可以隨時隨地隨機生成任何事物。物理學家認為這種理論反駁了智能設計論，但事實上，認為無須任何構建記憶就能在宇宙的任何時空點自發形成物體的觀點，反而成為智能設計論最有力的佐證，因為它意味著每個時空點都蘊含著所有物體的設計藍圖。這正是著名的玻爾茲曼大腦論證背后的核心邏輯。玻爾茲曼大腦是一種功能完整的大腦，攜帶著虛構人生的全部記憶，由物質的隨機波動自發形成。在現代物理學框架下，即使采用保守的宇宙學參數估算，這類完整大腦瞬間生成又立即消失的概率也微乎其微，但無論這個可能性多么渺小，玻爾茲曼大腦的存在本身就給當代物理學理論帶來了嚴峻挑戰。

宇宙如此廣袤而古老，更重要的是它仍在持續膨脹和演化，在這種近乎無限的機遇空間中，有研究者提出，相較于生命起源事件后歷經漫長演化誕生的觀測者，比如你我，宇宙中可能更普遍地存在著玻爾茲曼大腦式的觀測者，這類觀測者會在轉瞬間閃現又消失，伴隨著虛幻現實的完整體驗。事實上，既然玻爾茲曼大腦比演化形成的大腦更有可能存在，那么此刻正在閱讀這段文字的你甚至可能就是其中之一！其中的悖論在于，你永遠無法察覺這種差異，當意識到自己可能是這種大腦時，你可能在讀完上句話后就已經消失，但此刻你仍在閱讀，這意味著或許你恰恰是剛剛波動形成的存在，攜帶了“已閱讀前文”的虛假記憶。

在組裝理論中，玻爾茲曼大腦并非常規認知中小概率出現于宇宙中的事件，實際上，其存在的可能性趨近于零。更準確地說，若未先運行完整的事件因果鏈來篩選產生它們所需的信息，這類大腦的自發形成在邏輯上根本行不通。

簡而言之，大腦無法脫離其演化過程存在，它們不能獨立于軀體之外。目前這些軀體是生物性的，我并不排除未來出現技術性軀體的可能性，但關鍵在于，這些軀體同樣是演化與選擇過程的產物。基于組裝理論，我們預測，具有高組裝結構的物體無法通過自發波動形成物質存在。在這個組裝構成的宇宙中，你永遠不會孤立無援，每個演化而來的物體必然伴隨著眾多與之相關的其他物體。

?本文引自《生命未被理解的真相》，[美] 薩拉·沃克著，湛廬文化/浙江科學技術出版社，點擊上圖或閱讀原文購買。

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