Question

熵是由德國(guó)物理學(xué)家克勞休斯于1865年首次提出的一個(gè)重要熱力學(xué)概念。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)研究表明，熵是系統(tǒng)混亂度的量度。熵增加原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式是：(ds)_U，V≥0。其物理意義是：一個(gè)孤立系統(tǒng)的自發(fā)過(guò)程總是朝著熵增加的方向進(jìn)行，即從有序走向無(wú)序。而生命的發(fā)生、演化及成長(zhǎng)過(guò)程都是從低級(jí)到高級(jí)、從無(wú)序到有序的變化。這樣看來(lái)把熵增加原理應(yīng)用到生命科學(xué)中似乎是不可能的。

⑴ 熵增加原理與達(dá)爾文進(jìn)化論是否矛盾？說(shuō)明理由。

⑵ 初期的腫瘤患者可以治愈，而晚期癌癥患者的腫瘤想要治愈是根本不可能的，用熵增加原理解釋其原因。

Answer 1

⑴ 熵增加原理適用于孤立系統(tǒng)，而生命系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，生物進(jìn)化是一個(gè)熵變過(guò)程，生物的復(fù)雜性（種群系）與熵有關(guān)，生物進(jìn)化的譜系越復(fù)雜，熵值就越大。生物的組織化（個(gè)體結(jié)構(gòu)）與信息有關(guān)。譜系復(fù)雜化的分支衍生帶來(lái)更大的進(jìn)化突變空間，但是由于生物遺傳的制約作用，使實(shí)際產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)（種類數(shù)）比更大可能產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)少，即實(shí)際熵比更大可能熵小。一個(gè)進(jìn)化的生物系列在合適的環(huán)境條件下，復(fù)雜性（熵）將與組織化（信息）同時(shí)增加。因此，生物進(jìn)化的必然結(jié)構(gòu)是種類越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越高級(jí)，實(shí)際熵與最大可能熵的差也越來(lái)越大。從這個(gè)角度看，熵增加原理與達(dá)爾文進(jìn)化論不矛盾。（4分）

⑵ 腫瘤發(fā)生的實(shí)質(zhì)就是在某一時(shí)刻機(jī)體系統(tǒng)發(fā)生了變速熵增的過(guò)程，機(jī)體對(duì)腫瘤產(chǎn)生的抑制能力大大減弱，腫瘤發(fā)生率在此過(guò)程會(huì)提高很多，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。由于腫瘤患者的癌細(xì)胞在體內(nèi)擴(kuò)散，影響著人體的熵增速率，使機(jī)體時(shí)常處于變速熵增的不可逆過(guò)程，即人體內(nèi)腫瘤的發(fā)生一旦達(dá)到了一定的混亂度，這種情況是不可逆的，故晚期癌癥患者的腫瘤想要治愈是根本不可能的。而初期的腫瘤患者可以治愈是因?yàn)殪卦黾釉�理不適用于質(zhì)點(diǎn)數(shù)很小的系統(tǒng)。幾個(gè)腫瘤細(xì)胞相對(duì)于人體這個(gè)大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，質(zhì)點(diǎn)數(shù)很少，對(duì)于人體還不至于構(gòu)成威脅。所以對(duì)于腫瘤的研究，預(yù)防是關(guān)鍵。要防治腫瘤的發(fā)生，就要阻止熵增不可逆過(guò)程的發(fā)生。（4分）

解析:

⑴ 熵增加原理適用于孤立系統(tǒng)，而生命系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，生物進(jìn)化是一個(gè)熵變過(guò)程，生物的復(fù)雜性（種群系）與熵有關(guān)，生物進(jìn)化的譜系越復(fù)雜，熵值就越大。生物的組織化（個(gè)體結(jié)構(gòu)）與信息有關(guān)。譜系復(fù)雜化的分支衍生帶來(lái)更大的進(jìn)化突變空間，但是由于生物遺傳的制約作用，使實(shí)際產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)（種類數(shù)）比更大可能產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)少，即實(shí)際熵比更大可能熵小。一個(gè)進(jìn)化的生物系列在合適的環(huán)境條件下，復(fù)雜性（熵）將與組織化（信息）同時(shí)增加。因此，生物進(jìn)化的必然結(jié)構(gòu)是種類越來(lái)越多，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越高級(jí)，實(shí)際熵與最大可能熵的差也越來(lái)越大。從這個(gè)角度看，熵增加原理與達(dá)爾文進(jìn)化論不矛盾。

⑵ 腫瘤發(fā)生的實(shí)質(zhì)就是在某一時(shí)刻機(jī)體系統(tǒng)發(fā)生了變速熵增的過(guò)程，機(jī)體對(duì)腫瘤產(chǎn)生的抑制能力大大減弱，腫瘤發(fā)生率在此過(guò)程會(huì)提高很多，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。由于腫瘤患者的癌細(xì)胞在體內(nèi)擴(kuò)散，影響著人體的熵增速率，使機(jī)體時(shí)常處于變速熵增的不可逆過(guò)程，即人體內(nèi)腫瘤的發(fā)生一旦達(dá)到了一定的混亂度，這種情況是不可逆的，故晚期癌癥患者的腫瘤想要治愈是根本不可能的。而初期的腫瘤患者可以治愈是因?yàn)殪卦黾釉�理不適用于質(zhì)點(diǎn)數(shù)很小的系統(tǒng)。幾個(gè)腫瘤細(xì)胞相對(duì)于人體這個(gè)大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，質(zhì)點(diǎn)數(shù)很少，對(duì)于人體還不至于構(gòu)成威脅。所以對(duì)于腫瘤的研究，預(yù)防是關(guān)鍵。要防治腫瘤的發(fā)生，就要阻止熵增不可逆過(guò)程的發(fā)生。