生命由原子組成,既然原子可以永生,為什麼生命不行?

2021-01-21 李論科學

生命是指一種「東西」的存在,同時,也是人類對生命現象存在的詮釋。

標題中的問題是一位網友提出的!今天就解答下這個問題。

有限的生命是人類發展史一直以來最大困擾,古時候多少的帝王將相為何獲得永生無所不用其極,但都沒有得償所願。時至今日,儘管我們目前的科技水平、生物技術如此先進,也沒有突破生來病死的限制。這是為什麼?組成我們身體的原子看似是可以永生的,那生命為什麼不可以?我想更多地從物理學的方面回答這個問題!

宇宙的基本守恆定律

一個人的身體含有大量的化學元素,其中包括碳、氫、氧,及一些微量元素。據估計,一個70公斤的人,身體內包含10^28個原子,這些原子都來自同一個地方,就是天空中那些發光發熱的恆星。

一個原子由質子、中子及電子組成。其中質子和中子為亞原子粒子,我們稱之為重子,由更加基本的夸克和膠子組成,電子為基本粒子,不可再分,我們稱之為輕子。原子的基本性質由原子核中質子數來決定,不同的質子數就創造了不同的元素,不同的元素又擁有不同的化學性質和不同的物理特性。

我們曾經認為生命雖然不是永恆的,但物質(質量)是永恆的,因為我們發現,不管物質經歷多長時間,不管是它們被外界環境侵蝕、或者發生任何化學反應,其反應生成物的質量和參與反應的物質質量相等,我們高中時期就根據這個原理來平衡化學方程式。所以人們就得出了一個定理叫:物質(質量)守恆定理。

但隨著核物理的發展,以及愛因斯坦著名的質能方程的提出,我們才發現,不管是化學反應,還是核反應,反應前後都會存在質量損失,而這部分質量就會轉化為能量被釋放出來。由於之前的化學反應損失的能量比較低,所以人們無法察覺。因此人們又發現之前所說的:物質守恆定律並不正確,而宇宙的基本守恆定律為能量守恆。

按照此基本定理,我們就可以知道,原子(質子、中子、電子)作為一種物質形式並不是守恆,也就是說原子只是能量的一種表現形式,它可以被創造也可以被毀滅。一個連原子都不能永生的宇宙,談何生命守恆,宇宙中也沒有生命守恆這個道理。

下面就說下,原子是怎麼被創造和毀滅的

在138億年前,宇宙中根本不存在任何組成物質的基本要素,也就是說沒有任何原子,就連組成原子的質子、中子、電子也不存在,空間中只存在波動的真空能量,大約在10^-36秒,真空能量導致空間呈指數膨脹,這時的膨脹速度遠遠超過了光速,這種速度是我們人類無法想像的,在大約10^33秒,空間暴漲結束,此時的真空能量就被封存到了物質中,產生了大量高能基本粒子的物質和反物質對,包括我們目前標準模型已知和未知的任何粒子,我們稱這個時期為熱大爆炸。

這時的空間中,高能輻射相撞會自發的產生粒子和反粒子對,包括質子和反質子、中子和反中子、輕子和反輕子,而這些粒子又會瞬間自發的湮滅(毀滅)把能量歸還給宇宙。按理來說,反物質和正常物質同時等量的被創造出來,也會完全湮滅,不會存在我們現在看到的物質。

如果一個宇宙的重子數是守恆的,也就是說質子和中子的數量守恆,它們永遠都不會被創造出來,永遠都會保持為0,也就沒有我們看到的宇宙萬物。正是重子數的不守恆,導致了正常物質多與反物質,反物質完全湮滅後,質子和中子才可以被保留下來。

經過宇宙的膨脹冷卻,殘留的質子和中子結合成原子核,隨後又於電子結合形成中性原子。經過漫長的物質演化,才誕生了恆星、行星、星系,甚至是智慧生命。

之前我們一直認為,宇宙中的重子數是守恆的,中子衰變產生質子,質子和正電子結合可以產生中子,不管怎麼變重子數都不會變,也就是原子可以永生,但是如果真的是這樣,那麼宇宙中的第一批重子就不會出現。而且,我們現在認為(大統一理論認為)現存的質子也可以發生衰變,但質子的半衰期為10^35年,比宇宙現存的年齡都要長得多。但我們人體中存在10^28個原子,也就是說不到兩年的時間,我們身體內的一個質子就會發生衰變。質子數決定了原子的性質,質子的衰變就意味著原子的死亡。

所以原子並不能永生,它既可以被創造也可以被毀滅。

原子都不守恆,生命談何永恆

關於生命永恆就涉及到了生物學,其實科學家關於生命為何不能像物質、或者原子那樣擁有很長的壽命,也給不出終極的答案。因為我們認為只要給細胞提供充足的能量,細胞也能無限的分裂下去,它的分裂過程無法就是消耗的點能量而已,但是事實卻不是這樣的。

一個細胞的分裂次數是有限的,人體細胞相當於每2.4年更新一代。經實驗發現,人體細胞在培養條件下平均可培養50代,每一代相當於2.4年,稱為弗列克係數。 據此,人的平均壽命應為2.4乘50=120歲。

還有一種解釋是,人體細胞染色體的端粒,每分裂複製一次就會縮短一些,直到端粒縮短到無法再縮短的情況,細胞就會凋亡,細胞生到死的過程就是生命衰老的過程。

但是不管怎樣解釋,這些都只是解釋人為何會衰老,而沒有解釋生命為何不能在供給能量的情況下與原子同壽。

這也許就是自然的法則,一切都逃不過時間之熵,熱力學定律告訴我們,一個系統會從有序到無序發展,一堆沙子最終會被大自然抹平,一座高樓最後都會坍塌,一個生命體最終都會歸於塵土。

相關焦點

  • 生命都是由原子組成,既然原子可以永生,為什麼生命卻不行?
    神奇的地球根據進化論思想,地球上的一切生命包括人類都是由非生命物質通過長時間的演變和進化出來的,換句話說,普通的一粒沙子如果給予它足夠的時間,它就可以變成一個人,而隨著科學的進步,科學家發現一粒沙子變成一個人並非不可能,因為沙子的最基本單位是原子,而人類的最基本單位也是由原子組成的
  • 生命都是由原子組成,既然原子可以永生,為什麼生命卻不行?
    神奇的地球根據進化論思想,地球上的一切生命包括人類都是由非生命物質通過長時間的演變和進化出來的,換句話說,普通的一粒沙子如果給予它足夠的時間,它就可以變成一個人,而隨著科學的進步,科學家發現一粒沙子變成一個人並非不可能,因為沙子的最基本單位是原子,而人類的最基本單位也是由原子組成的,地球上的一切物體都是由原子組成的,不管是石頭、樹木、動物還是人類,本質上都沒有區別,因為它們的基本組成單位都是原子
  • 質子不衰,原子不滅,為何由原子組成的生命不能永生?
    生命由原子組成,既然原子不滅,那為什麼生命不能永生?自古以來,人類對於永恆的生命便有急切的追求,不論是西方還是東方,在很多宗教神話傳說中,仙神佛幾乎都有永恆的壽命,號稱與天同壽,甚至本身就是創世神。為什麼擯棄生老病死,尤其是規避死亡如此之難?既然組成宇宙萬物的最基本單位——原子不滅,那為什麼也是由原子組成的人類血肉之軀就不能永生?
  • 為何無法永生?生命由物質構成,所以無法永生的原因也在物質之中
    隨著現代科學的出現,人類逐漸認知了生命的運行規律和死亡的根由,而人類的壽命也因此而得到了顯著的延長。生命的構成人類的壽命雖然延長了,但距離永生還是十分遙遠,甚至於我們根本無法確定永生是否能夠實現。生命體可能實現永生嗎?這個問題必須要從根本說起,什麼是生命?是什麼組成了生命?
  • 人體由原子組成,為什麼原子沒有智慧,而人類卻能產生智慧?
    學過中學物理的朋友就知道,世界萬物都是由基本粒子組成的,例如分子、離子和原子等。其中原子是最為普遍的一種基本粒子,很多物質都是由一顆顆簡單的原子構成的。那麼原子又是由什麼構成的呢?物理學家很早就提出了原子的結構模型,在原子的內部是一個帶正電的原子核,而原子核四周是圍繞著它運動的帶負電的電子。
  • 人和龍蝦都由細胞組成,既然龍蝦可以永生,為什麼人類不行?
    正如標題所言,只要一隻龍蝦能生活在一個沒有天敵,食物充足和沒有「蒜蓉和芝士」做法的安逸環境中,它們是完全可以做到生物學上的永生。徐福東渡為秦始皇求仙丹回歸正題,在解釋龍蝦為什麼可以永生之前,我們應該搞清楚什麼叫做
  • 人是由原子組成的,人類會思考,那麼原子會思考嗎?
    也許這個宇宙中除了黑洞和中子星物質,其他都是有原子構成的,無論是沒有生命的無機物質還是具有生命特徵的各類生物,但如果要說起會思考的物種,那首選肯定是人類,或許也有其他高智商的物種也會進行簡單的思考,但複雜思考的唯有人類!
  • 既然我們都由原子構成,那原子究竟是什麼呢?答案你不會想到
    1808年就我們的日常生活而言,單個的原子起不到什麼作用,但當三三兩兩的原子聚在一起組成分子時就派上了大用場。兩個氫原子和一個氧原子聚合為一個水分子。水是至關重要的。所以說,我就是原子的集合體。原子聚合為分子,分子再構建出我的血液、骨頭、組織、器官等等。
  • 碳基生命永生研究
    什麼是碳基生命隨著人類對生物學研究的深入,人們發現,一個典型的生物細胞,其主要構成元素有:氧(65%),碳(18%),氫(10%),氨(3%),其他微量元素合計佔4%。既然氧佔有的總質量最多,為什麼我們不是氧基生命,而是碳基生命呢?
  • 人是由原子所組成,但原子沒有任何智慧,我們人類是如何做到的?
    人是由原子所組成,但原子沒有任何智慧,我們人類是如何做到的?最近在網上看到一個討論,網友說人是由原子所構成,但奇怪的是源自他本身沒有智慧,沒有思考方式,但眾多的原子按照複雜的結構組成人類以後,我們不僅能夠思考,而且還擁有了自己的文明和智慧,那麼我們人類到底是如何做到的呢?
  • 關於生命的那些事——既然生物界存在永生的生物,為什麼人不行?
    其實是有辦法的,端粒酶可以實現這個目的,不過這個物質很可能是癌細胞的元兇,所以目前來看還沒辦法使用。那麼人的一生細胞一般會分裂幾次呢?答案是56次。 永生的生物和「永生」的人 谷歌一個很偉大的公司,他們用超級計算機設計了一個可以自主學習的人工智慧機器人,這個人工智慧機器人會從龐大的資料庫裡面採用模擬人腦學習並且思考的方式去尋找問題的答案,在2015年六月當他被問到人類為什麼活著的時候,他的回答是「為了永生」,所以死亡這種看起來不利於生物生存的機制,難道不值得我們思考為什麼會在生命進化幾百萬年之後依然存在嗎
  • 世間萬物由原子組成,那原子又是由什麼組成的?
    我們都知道,科學家們把組成物體的最小單位稱為原子,那麼原子是由什麼組成的呢?還是說,原子就是原子,不能再被分割?這個問題其實很好解答,因為科技的進步我們可以直觀的發現原子大多都是由質子、中子、電子組成,當然也有可能沒有中子,例如氫原子。
  • 人和石頭都由原子組成,為什麼石頭沒有思想,而人類卻有思想?
    引言:同為原子組成的世間萬物,為什麼有些是非生命體,有些是生命體?為什麼人類有思想,而石頭沒有思想?從生物學的角度分析,主要是因為人類體內有DNA,能夠使微觀分子自發抑制熵增,從而實現熵減。從哲學的角度分析,答案是不確定的。
  • 人體由大量原子組成,這些原子從哪來?人逝世後原子又會去哪?
    (高)眉宇原創2026:人身上的原子來自哪裡?人死後,原子又會去哪裡?自擬標題:人體由大量原子組成,這些原子從哪來?人逝世後原子又會去哪?引言:原子是什麼?原子看不見也摸不著,但卻發揮著巨大作用,地球內幾乎所有事物都由原子構成,那麼,大量原子是從哪裡來的呢?說到原子,相信大家對它既熟悉又陌生,它廣泛存在於生活各處,但我們無法以肉眼看到它,也無法直接觸摸到它。從定義上來看,它是構成化學反應的最基本微粒,不可以再被分割。
  • 生命細胞與地球、太陽、原子不僅長的很像,元素組成也驚人一致
    一、三個有趣現象:1、生命細胞與原子、地球、太陽的同構現象。現代科學證明,從微觀層面,組織生命最基本的單元是細胞,組成物質世界最基本的單元是原子。從宏觀層面,組成宇宙天體最基本的單元是星體,如行星、恆星。這些最基本的單元有很大的相似性。①都有核。如細胞有細胞核,地球有地核,太陽有太陽核,原子有原子核,細胞有細胞核。核的質量佔整體單元質量的99%以上,如原子核的質量佔原子質量的99.96%,太陽佔整個太陽系質量的99.86%。②都有膜。
  • 生命不過是一堆原子分子按照物理化學的規則組成的生物學的結果
    一堆原子因為物理學的規則形成了分子,分子按照化學的規程合成了細胞,細胞按照生物學的規則構建了生命。這些原子、分子、細胞,按照層次明晰的結構,一步一步構建了生命,從物理過程進入化學過程,最終進入生物行為過程。生命不過是一對原子分子按照物理化學的規則構建生物學的結果。
  • 人類由原子構成,當肉體消失後,人身上的原子會去哪裡?
    審核-小文世間存在的物質都是由不同的原子組合而成的,人類的身體也是由原子組合構成的,只是這地球上組成人類身體的一系列原子組合的數量亦是我們想像不到的龐大,如此才成就了我們人類結構複雜的身體。既然我們的身體是由一系列原子組成的,原子也是在不斷地運動並變化著的。
  • 人和石頭都是由原子組成,為何人類有思想而石頭沒有?
    人和石頭都是由原子組成,為何人類有思想而石頭沒有?因為原子的排列組合方式不同,這正是我們這個宇宙的基本自然規律。找到正確的排列組合方式,你就發達了。正如水是由氫原子和氧原子組成,但水可以喝,氫氣和氧氣卻不行。
  • 人和龍蝦都是碳基生命,為何龍蝦理論上可以永生,而人類卻不行?
    擁有永恆的生命是我們人類追求的終極目標之一,遺憾的是,儘管現代人類的壽命比之前提高了很多,但是永生距離我們還非常遙遠,至少在可預見的未來裡,這一目標幾乎無法實現。然而就在人類苦苦追求永生而不得的同時,地球上的某些物種卻天生就擁有可以永生的潛力,比如說龍蝦。
  • 原子中的這些「真空區」是由什麼組成的?
    既然大多數原子都是氫原子,那我們就從氫原子開始說起。在氫原子中,一個電子佔據了一個軌道空間,這個軌道空間創造出到達質子的第一道屏障。這個電子是一個體積如此小的點狀粒子,以至於它僅有的作用就是其負電荷能阻擋其他原子的電子。假設質子是個嬰兒,那麼電子就在四公裡之外。