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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(8)物理学与生物学的鸿沟  

2013-06-18 22:59:43|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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8)物理学与生物学的鸿沟

http://zxw.idm.cn/ZCL/part3/C20d.htm

 

目前学术界有一种观点:物理学与生物学存在着鸿沟[49]

 

克劳修斯在提出热力学第二定律的同时也看到了宇宙中热量从集中到分散。这种宇宙各处的温度均匀化的过程和演化方向,导致宇宙最后因为各处没有温度(热量)差别(流动)而死气沉沉。宇宙中没有热量流动而实现的死亡就是“热寂”。它就是物理学告诉我们的“时间方向”。

 

达尔文的进化论揭示了地球生物由简单到复杂的进化过程,确实,如果承认复杂的生物,例如人,是从简单的生物,例如鱼,在漫长的岁月中演化来的,我们又得承认地球上自发进行着由简单到复杂的过程、由低级到高级的自然过程。这提示我们宇宙自动地走向有序和复杂,从低级走向高级。它就是生物学告诉我们的“时间方向”(实际地球上现在存在的生物物种远远不如过去那么丰富。据说现在生物物种仅是过去繁荣时期的1% 。这又提示生物物种在退化)。

 

这两个重要的过程的时间方向的不一致,被称为物理学与生物学的鸿沟。如果把问题再抽象化,并且补充两个认识:熵就是混乱性、无序性;熵增加就是自然界一切事物的自然方向(熵原理),那么上述的鸿沟就被上刚为宇宙学或者哲学的大问题:生物学在违反热力学原理?!

 

这个大问题提得妥当吗?

 

组成论是在学习熵概念和熵原理的基础上发展起来的认识,我们也把它称为改造后的熵。我们在广义集合概念的基础上定义了复杂程度概念,还说明物理学中的熵概念实际是复杂程度概念的特例。这个认识与“熵是事物的混乱程度无序程度”在认识是有差别的。这种差别在分子运动问题中并不明显,但是,当用到分子运动以外的场合时就差之毫厘,失之千里了。

 

在熵就是客观事物的复杂程度的理解下,我们自然看到熵的自发增加就是复杂程度的自发增加。它在分子运动水平上就是物体的分子运动的复杂程度的自发增加(如两个温度不同的物体的混合,其熵的加大),而在生物学水平上就可以是生物物种的多样性增加。所以新认识下的生物学与物理学都是自从简单发走向更复杂,谈不上什么鸿沟。

 

尽管人们用熵概念讨论生物进化,但是究竟如何利用熵的公式具体计算生物进化的熵的变化的事情好象并没有人认真的去做。笔者看来物理学中的计算热力学熵的公式本身无法计算生物新物种出现引起的熵的变化。物理学目前也不承认物质的其他层次的熵的存在,它也就没有语言(词汇、概念、规律)讨论生物学的熵和它的变化。

 

地球作为一个生态系统,其熵值(总复杂程度)应当包括物理学意义的热力学熵,还应当包括地质的、地理的、海洋的、大气的以及生物物种的各个层次的复杂程度(熵)。这些不同类型的、不同层次的复杂程度(熵)如何计算的问题现在远没有被学术界认识到。而这些地球生态系统的总的复杂程度在地球的数十亿年的历史中是如何变化的问题更是目前知识水平远没有达到的。在基础知识如此缺乏的背景下慌忙用熵原理议论物理学与生物学的鸿沟是没有好处的。

 

我们主张利用复杂程度公式计算地球生态系统的总的复杂程度以及它在数十亿年间的变化。主张考虑不同形态的复杂程度的互相转化,在这些工作进行到一定程度以后再讨论生物以至地球生态系统的总的复杂程度的变化问题。过早地研究不成熟的问题是不妥当的。

 

§20.8 热力学系统与变换机构

 

物理学使用“系统”一词,并且用是否有物质(准确地讲应当是质量)、能量的交换来区分孤立系统、闭合系统、开放系统。与系统科学中的“系统”概念对比起来,物理学中的系统观比较简单,但是它具有明确物理意义和基础意义的。

 

第十三章讨论了物质的三元观:任何有限的物质都有有限的质量、能量和复杂程度。在这种观点下,在第十四章又提出了三种变换机构的观点。即一个系统,它不仅可以与外界环境进行质量(物质)、能量交换(输入输出),也可以进行信息(熵,复杂程度)交换(输入输出)。与热力学系统比,变换机构(也是一种系统)的提法中不仅包括了热力学考虑的质量和能量(二元的),并且补充了地位与之对应的信息(熵,复杂程度)。 “变换机构”考虑的质量、能量、信息这三元,它比热力学对系统的考虑要全面(它们是在同一个层次上对比的)。

 

热力学系统:考虑质量、能量(二元)的输入(出)

 

变换机构:考虑质量、能量、信息(三元)的输入(出)

 

一个国家如果与外界不进行物质和能量交换,可以粗略地用物理学语言说它就是一个封闭的国家。这个国家不与外国进行物质与能量交换,但是可以收听国外的无线电广播、电视节目,那么这些携带能量非常少,但是信息量很大的交流也会对这个国家有很大的影响。不买国外的产品仅买国外的专利也是仅输入信息而不输入物质和能量。它也对一个国家有重要影响。有人说“十月革命一声炮响,给中国送来了马列主义,改变了中国的历史”,这也是在说非物质非能量的信息输入引起了物质系统的变化。作为一个系统,仅考虑质量和能量的输入和输出,而不考虑信息(熵,复杂程度)的输入、输出,是不全面的。

 

物理学接受物质的三元观,会更符合客观实际。当然信息概念如何借助熵和复杂程度概念进入物理学,其物理过程如何描述等,这里还有大量的认识问题要具体化、定量化。

 

§20.9宇宙的父与母

(笔者的天文知识很可怜,下面的看法粗浅供大家评议)

 

当代天文学说现在这个宇宙是在大约150亿年前的一次大爆炸中形成的。爆炸前的宇宙的物质几乎密到集中在一个几何学的点上。是爆炸形成了空间和时间,形成了宇宙。这种学说回避爆炸前的宇宙情况的讨论。

 

 清一色的个体组成的广义集合的复杂程度为零以及广义集合的复杂程度的 “(0+0)≥0”启发我们可以考虑这样一种看法:在大爆炸前宇宙中存在甲、乙两个质量极大体积极小的物质块。每个物质块内部由数量极多的完全相同的个体组成。根据复杂程度的定义公式,每个物质块的复杂程度为零(清一色的极多的个体相安无事地挤在一起)。假设两个物质块的某种性质不同(标志值不同),例如由于万有引力等原因而互相吸引的作用。它们就会在已经存在的空间和时间中运动到充分接近。此时它们变成了一个广义集合。根据第七章关于“0+00”的讨论,这个新的广义集合的复杂程度就从原来的零变成了很大(复杂),于是发生了天文学家讲的大爆炸。此后宇宙中发生的事一件件地演绎下去这就是由天文学家接着讲了。甲和乙也就是我们这个宇宙的父母了。

 

高等生物为什么是有性繁殖?在今天这还说不清。但是把大爆炸前的宇宙故事比拟为生物的有性繁殖,也无不可。而有性繁殖的优点可能也要从“0+00”的方向得到解答。

 

利用“(0+0)≥0”,把时间和空间、把物理学规律推广到宇宙大爆炸之前。这就是我们看法的新奇之处。

 

与质量、电量、能量这些概念比,复杂程度概念具有“0+00”的特点是一个非常重要的特性。这个特性的重要性远没有为科学界认识到。

 

§20.10小结

 

由于熵概念是复杂程度概念的特例,熵原理(热力学第二定律)是最复杂原理的特例,在本章,我们把物理学中关于熵概念和熵原理的应用归入组成论在物理学中的应用。我们还补充了分布函数概念在物理学中的其他的应用以及不同形态的复杂程度的互相转化问题,指出比熵热力学第二定律(最复杂原理)含义更广的复杂度定律应当属于物理学定律。这个定律的揭示与应用是十分重要问题。

 

另外,就热力学第二定律的理论地位、概率公理是否属于物理学、物理学与生物学的所谓鸿沟(时间箭头)、二元(质量和能量)热力学系统和我们提出的三元(质量、能量、信息)的变换机构的对比问题,我们也做了初步讨论。

 

 

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