生命的物理學：從生命到經濟消長，讓物理學的建構定律解開演化的祕密 ↘精選↘－.

Dec 07 Sat 2019 17:55
生命的物理學：從生命到經濟消長，讓物理學的建構定律解開演化的祕密 ↘精選↘

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推薦序
前言

生存或是死亡，這甚至不是重點所在。生命是自然界俯拾可見的現象，廣義來說，能自由改變的運動都可視為生命。每一個移動、流動或是衝撞都展現了一種傾向，就是讓「運動」更容易，並藉由改變運動的結構、路徑及節奏，使其得以持續。無論是有生命或無生命的領域，這樣的演進過程與運動的終結（死亡）都是自然的。

問題在於從物理學的角度來看，生命是什麼？為什麼生命、死亡及演化會發生？

我會在《生命的物理學》這本書中回答這個問題。事實上，如果我不知道答案，那甚至無法清楚地表達「生命是什麼」這問題。簡單來說，每一個發生的事件、每一個地方以及每一時刻都隸屬於大自然（以希臘文而言，就是物理）。透過人類平凡而渺小的視野，每一事物都遵循著物理定律。而這所說的物理定律，多半在中學時代已經學過，即便是不同世代的人也都能理解。

在大自然中，原本靜止的東西是不會運動的，除非它們被推動或被拉動。無數個來自於自然界的「引擎系統」生成運動的能量，而這些引擎所需的燃料是以多種不同的形式存在，例如食物之於動物、汽油之於汽車、太陽能之於大氣與海洋環流，乃至於地表上所有水的流動等等。一旦運動開始之後，動力就會遭到破壞——能量會因「煞車系統」而逸散，進入並影響原先企圖阻止運動的周遭環境。引擎系統和煞車系統是兩種如地球一般古老的自然現象。

生存與演化的現象其實是藉由動力的產生與耗散，以推進地球上的一切運動，無論是有生命的或無生命的，諸如河流、風、動物、人類和機器等等。這截然不同的觀點立基於最根本的物理學，稱為「建構定律」。

若要用物理的角度來探究生命問題，便需在達爾文以降的主流描述方式之中摻入一點物理風味。單單用描述的方式是無法抓住物理的精髓。讓我們來看看為什麼需要將物理學納入討論：某些東西在一個區域內移動並擴散（例如動物、瘟疫、河流、礦物開採或是新聞），它們的擴散過程會符合著名的S-曲線現象（S-curve phenomenon）：一開始，增長得很慢，然後變快，最後又趨於緩慢。一些已存在的範例說明了S-曲線現象是來自於競爭、生存與資源的競爭、繁殖率、地域性和機率等等。但這是根據物理學的哪個定律呢？生存與資源的競爭、繁殖率和三角洲流域附近的支流分布、雪片的結晶體積，或是一篇科學期刊的引用次數之間到底有什麼關係？

從物理的角度切入，生命與演化的現象乍看之下確實令人不解。對於地球生命的未來，與其認為最後會消亡，物理學的建構定律提供了一個相對樂觀的看法，這也是我為何要寫下這本書的理由。讓我來舉些例子。

這個世界的能量和水是不會用完的。撒哈拉沙漠擁有充足的太陽能，而剛果則有充沛的降雨。為了可以持續運動（或者說，達到永續生存），這個世界需要的是將有用的能量和可飲用的水，順利導入人類的居住地。這意味著在缺乏電力的地方需要各式各樣的電廠，而乾旱的土地需要不含鹽分的水。

沒有群體會願意減少燃料的消耗，因為沒人喜歡貧窮多於富裕，或是喜歡死亡勝於存活。爭辯該降低對環境的衝擊，等同於爭辯該減緩運動，也就是削減生命本身。

燃料一向以特定的階層架構而消耗，而這種階層結構在運動中處處可見，從三角洲流域到全球空中運輸，都是少數大的（河道或飛機）帶動多數小的一起流動。

在地球上，任何事物的運動形式的演進，包括人類的，都會自然地趨向階級分層的結構。這個世界擁有精緻的結構，其上堆疊著各種階層結構的「流域」，少數的大渠道伴隨著許多的小渠道，互相依賴、彼此協助，讓流動更有效率並維持流動的能量。

同時具備快、慢的流動方式會優於只有快或慢的單一方式。流速快的是數量少的大渠道，流速慢的則是數量多的小渠道，如此便可有效率地讓水流遍布整個區域。我們可以發現這種階層結構自然地出現在各處，從都市裡的交通運輸到肺部的氧氣傳送，以及大腦中快慢不同的反應。

這個世界並未失控，為什麼？因為在一個有限範圍內，每個正在擴展的流動現象注定會遵守S曲線的過程。初期，流動的擴展速度較慢，到了成長時期，擴展的速度會變快，但最後成熟期的擴展速度又會下降。在任何流動的擴展過程中，不會出現「指數」型或「爆炸」型的增長。

這世界不會變得越來越複雜，而後陷入失控。複雜度是穩定且可預測的，例如人類肺臟的二十三支氣管分支。當然，越大的肺臟或越大的流域也會顯得越複雜，因為它們的階層建構在較大的空間內。紐約市的交通運輸比英國杜倫市的交通複雜得多，但是這些複雜的運作並未失控；如果真的失控了，其中的任何一種流動，無論大小都會終結。

物體的尺寸大小關乎速度、更長久的生命及效率，這在許多事物的運動中都能見到：動物、飛機、河流、大氣噴流、滾動的石頭和漩渦，我們在各種科技與運動競技中都目睹了這樣的演化過程。舉例來說，商用飛機已經演變成外型看起來像一隻鳥：越重的飛機擁有越大的引擎、負載越多的燃料，機翼和機身等長。越大的飛行物體會負載越多的燃料、擁有越長的機身，以及越久的飛行時間。

在運動競技中，現今的百米賽跑是由身材較高的跑者所主宰，因為邁得更大的步伐讓他們能早些抵達終點。尤賽恩・波特（Usain Bolt）和河馬有著相似的衝刺速度，是因為他們的身材高度相近。

但尺寸大小並非決定演化走向的唯一條件。在短跑競賽中，除了步伐大小，能夠快速邁步也是另一項優勢。而在長跑競賽中，相反的演化趨勢（趨向尺寸較小的跑者）才是邁向勝利之道。從物理學的觀點來看，這些相互矛盾的演化走向都是可預測的。

城市則是自然而非隨機地持續發展，而且其特徵（時間、地點和大小）也是可以被物理定律預測的：大街與小巷、高速公路或環狀道路。城市的建設就像人類那些不知不覺開展的設計：火、動力、言語、寫作、科學、法律、錢財、溝通交流與永續性，它們皆便利了人類的生活。

好主意可以廣泛傳播，而且會持續地傳播下去。所以，這些持續演變、流動的設計就意味著「好」。因此想要丈量一個主意有多好，只要觀察其具體實踐時，經由當時該地流動設計的演化與改善，能夠增加多少人為的移動。

就物理學的觀點而言，知識包含了想法和行動；優良設計的試金石就是實踐，到最後，好用的才會留下來。這就是為什麼好的改變會自然而然地擴展開來，這是演化的本質，也是演化從不停止的理由。

生命和演化都屬於物理學的範疇。與過往的生物學相比，我們應該用更寬廣的視野，看待並理解這些地表上的重要現象。例如牛頓力學的第二運動定律和熱力學定律，它們能解釋所有可以想見的狀況，生命與演化也是一樣。

我很確定你已了解生命與演化的物理觀點，但也許是以不同的名詞呈現：比如自我組織（self-organization）、自我優化（self-optimization）、天擇、自我潤滑（self-lubrication）、湧現（emergence）等等。我甚至確定你沒有意識到，自己所知道的概念是普遍成立的（普適性）。以物理的觀點來看，這類自我的、天然的、湧現的進程，都明白地指向同一個現象，總結為建構定律。

而我鼓勵你們，說出及寫下你們心中的想像，來完成這本書中所描繪的景象。

亞德里安・貝贊（Adrian Bejan） 2016.03

用物理學解釋生命演化，顛覆你的思維

王志宏，時空研究學苑執行長、譯者

第一次看到《生命的物理學》這本書，立刻受到封面的副標題「萬物的演化」（the evolution of everything）這幾個字所吸引。由於物理學家在探索宇宙的基本理論時，有一部分的動機就是希望找到能夠描述所有自然現象演化的理論，當然這些自然現象的演化也包含了生命的演化。但生命是如此的複雜，人類對於生命的起源與意識的基本定義仍充滿著未知，所以要從基本的物理定律去解釋生命的本質與演化，這當中似乎還有一段很長的路要走。但本書作者卻嘗試用物理學去解釋生命的演化現象，使我產生了極大的好奇心。

在閱讀過程中，我理解到作者對於生命的定義，和一般大眾所理解的生命定義是完全不同的。一般我們所認知的生命系統，通常是指含有細胞、基因等可以自行複製的生命物質，而無生命的系統則是包含各種礦物、海水等無生命的物質。然而在本書中，作者對於生命系統的定義，提供了完全不同的觀點。他認為，一個持續流動並且能夠自由變化的系統，就是一種具有生命的系統，所以探討生命的演化就是在探討一套流動系統的演進過程。從這個觀點出發，不論是地殼的演化或河流流域的演化，皆屬於生命演化的範疇。

在本書一開始，作者便對於所有流動系統的演化過程，提出一套基本定律，稱為「建構定律」。接著，作者開始進一步探討一些流動系統的演化，像是科技的演化、體育運動的演化、城市的演化、政治與經濟的演化等，並且闡述了這些系統的演化過程與建構定律之間的關係。他更進一步嘗試用建構定律去預測流動系統未來的演化行為。根據作者在書中的探討，你會發現，在不同領域的流動系統中，其演化過程似乎都存在著某些相同的特性，而且這些特性都是屬於物理學的範疇。

本書作者亞德里安．貝贊（Adrian Bejan）是美國杜克大學（Duke University）機械系教授，他的研究主要在應用物理與熱力學。本書可以發現，他所提出的建構定律和熱力學第二定律中，闡述了「熵的增加」之間存有某種關係。在一個物理系統的演化過程中，熵的增加所代表的是系統演化的時間方向，但時間的方向要如何在建構定律中闡明出來，本書的第九章提供了有趣的探討。

對我而言，很大一部分的閱讀動機，是希望能夠從書中獲得一些有趣的想法與觀點，並且從閱讀中拓展自己的視野。在翻譯本書過程中，我看到了作者探索生命演化的議題過程中所提出的新思維與觀點，這讓我重新思考了有生命和無生命系統之間，可能存在的相似性，也讓我理解到科技的演化、城市的演化與政治經濟的演化之間，存在著某些共通性。

推動生命的演化是一種渴望，一種想要讓流動持續下去的渴望，而演化的過程中所存在的自由度，讓這些流動的系統可以更容易地流動下去，這樣的演化結構就是作者的建構定律所要表達的。我相信在本書中，作者利用科學的分析方法，建立了許多有趣的關聯性，將可以提供給你不少新的觀點與視野。
內容簡介
★美國Amazon4.4星熱評推薦！
★《紐約時報》暢銷驚悚小說家、《人皮拼圖》系列作者傑佛瑞．迪佛盛情推薦！

生命與演化，只能用達爾文的演化論來定義？
世界頂尖的能源科學家，顛覆既有的生物學思維，以大膽、創新的觀點揭開萬物演化的奧祕——

獲獎無數的麻省理工學院博士、杜克大學教授亞德里安．貝贊（Adrian Bejan）主張，
這世界的萬事萬物莫不遵從「建構定律」（Constructal law），
無論有生命或無生命，例如河流、風、動物、人類和機器等萬物都在「演化」——改善機制，提高物質流動的效率。
他認為，物理能夠解釋一切演化現象，包括人類文明、經濟活動、體育競賽甚至政治選舉。

從物理學出發，貝贊教授以建構定律的角度，引領你重新觀看這個世界——

．生命是什麼？生、死與演化為什麼會發生？
．不必擔心世界會失控。為什麼？S-曲線能提供解答。
．如何改善能源的供給與經濟？
．人類文明如何高效演化？

物理意謂自然法則，「自然」即是萬事萬物，包括生命。
《生命的物理學》藉由生物與非生物的演化，探索一個終極問題：
如何善用能源、文化、經濟，以及周遭事物的資源而讓生命永續生存？
現在很清楚了，答案就是物理學！

本書特色

1.以突破性的觀點揭開萬物演化的奧祕
2.顛覆達爾文的演化論，從物理學的角度闡述萬物演化！
3.關於演化，讓你更富有想像力。

國際推薦

「作者獨特的物理學觀點，提供我們一種革命性的新方法，去看待、了解我們周遭的世界，無論是自然界、人體、政治或文化機構。本書寫作熟練靈巧，不管是專家或外行人都能深受吸引，是必讀之書。再不會有其他書能讓你以同樣的觀點看待生死或介於其中的事了。假如你喜歡賈德．戴蒙（Jared Diamond）的生物學相關著作，或史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）的宇宙學，你會愛上這本書。」——《紐約時報》暢銷書作家傑佛瑞．迪佛（Jeffery Deaver）

「迷人且有詩意⋯⋯獨特且吸引人，這本書會讓你有餘音繞樑的感覺，占據你的意識，並促使你以嶄新的視野看待這個世界。」——《科克斯評論》

「在這部看似古怪，間或看得出巧思的作品，作者貝贊深入探討，進化並非生物學現象，而是物理現象。」——《出版人週刊》

「藉由本書所帶來的確定性，我們會在眾聲喧嘩的陰鬱中，找到充滿希望的訊息：未來將是有建設性的、具開放性的，且富含承諾。本書超越達爾文的《物種起源》（The Origin of Species），且足以與《數學原理》（Principia Mathematica）相比擬。」——《Remaking the City Street Grid – a new model for urban and suburban development》作者 Fanis Grammenos

「凡是對於財富、幸福、自由、體育、政治、城市、市場、物理學、生物學，或是對生命本身有興趣的人，都會發現這是一本啟發人心的好書。隨手翻閱書中的任何一頁，都能發現某個重要知識領域的迷人見解，讓你過得更好。」——暢銷書《投機客養成教育》作者維特．倪德厚夫（Victor Niederhoffer）
目錄
譯者序
前言
1. 生命問題
2. 世界的渴望
3. 財富是有目的的流動
4. 科技的演化
5. 體育競技的演化
6. 城市的演化
7. 成長
8. 政治、科學與設計的改變
9. 時間箭頭
10. 死亡問題
11. 生命與演化的物理
致謝
作者簡介
亞德里安•貝贊（Adrian Bejan）

麻省理工學院博士、加州大學柏克萊分校研究員、杜克大學機械工程學系講座教授，是世上最傑出的能源科學家之一。同時身兼葡萄牙的埃伍拉大學（University of Evora）、南非的比勒陀利亞大學（University of Pretoria）以及香港理工大學教授。

2001年，在全球機械工程領域中，他名列前一百位文章引用次數最多的作家；在熱力學領域，他獲得了國際最高榮譽，也是歐洲科學院院士及美國機械工程師協會的榮譽成員。他曾在十一個國家的大學榮獲十八個榮譽博士學位，著有三十本作品和六百多篇國際審議期刊文章。
譯者簡介
王志宏 Chih-Hung Wang

英國蘭開斯特物理系博士，德國愛因斯坦機構訪問學者。
主要研究為廣義相對論、宇宙論、重力輻射以及黑洞理論。
現職為時空研究學苑執行長，以及時空研究書苑（出版社）專任講師。

吳育慧 Yu-Huei Wu

英國南安普敦大學數學博士（2007），英國劍橋大學應用數學與理論物理碩士，沃夫森學院（2002）。

經歷：
中央大學數學與理論物理中心博士後，北科大助理教授，中央大學天文所博士後，中研院博士後，英國南安普敦大學先修班講師，英國南安普敦大學數學系講師，德國愛因斯坦機構訪問學人，北京晨興數學中心訪問學人，德國科隆大學理論物理機構訪問學人。

主要研究為黑洞理論、重力波、重力輻射、應用數學與理論物理。
目前為時空研究書苑（出版社）負責人，時空研究學苑出版品課程企劃總編輯。

品牌名稱	三采文化
類型	平裝

商品規格

作者：亞德里安·貝贊
譯者：王志宏、吳育慧
出版社：三采文化
出版日期：2018/07/27
ISBN：9789863429227
裝訂方式：平裝
呎吋開本：17 x 22 cm
頁數：320
內文印刷：單色

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