“想象一种语言就是想象一种生活形式。”
-路德维希·维特根斯坦，哲学研究(1953)
J型埃里米英格兰关心单词——关于它们的意思，关于它们所包含的宇宙。他避免使用“意识”和“信息”这样的词；他说，负荷太大了。太危险了。当他在寻找合适的表达方式时，他的声音有点破碎，分散在一两个八度音阶上，然后恢复了流畅的声音。
他的谨慎是可以理解的。这位34岁的麻省理工学院物理学助理教授是一种新理论“耗散适应”的设计者，该理论帮助解释了复杂的、类似生命的功能是如何自组织并从简单事物（包括无生命物质）中涌现出来的。这一主张为英国赢得了一个不太受欢迎的绰号：下一个查尔斯·达尔文。但英国的故事不仅是关于生物，也是关于语言的。
目前大约有6800种独特的语言在使用。并非每个单词都能完美地翻译，有时词义也会漏洞百出。例如，日语没有英文翻译侘寂-德国人在不完美中发现美的理念waldeisamkeit公司，独自一人在树林里的感觉。
不同的科学领域本身也是语言，科学解释有时只是翻译。例如，“红色”是“620-750纳米波长”这一短语的翻译。“温度”是“一组粒子的平均速度”的翻译。翻译越复杂，其含义就越丰富。“引力”是指“时空的几何学”
生活怎么样？达尔文的理论甚至解释了一种生命形式是如何进化成另一种生命的。但是，当知更鸟和岩石都遵循相同的物理定律时，它们之间的区别是什么？换句话说，你在物理学中怎么说“生命”？一些人认为这个词是不可译的。但也许它只是需要合适的翻译。
W公司当其他12岁的男孩在读漫威漫画时，英国在读遗传学卡通指南封面描绘了一名潜水员在水中遇到一条活生生的DNA链。里面是生物基础知识之旅，从核糖体到植物性。英格兰立刻被激起了兴趣。
他告诉我：“我认为看到分子如何完成功能真的很奇妙。”英格兰说话热情奔放，用手，头顶着一个棉布。
他说，以DNA聚合酶为例。在生物学方面，它的工作是通过组装核苷酸来创造新的DNA分子，核苷酸由化学碱、糖和磷酸组成。英格兰表示：“当你看到这个故事摆在你面前时，一切都变得有意义了——在我们看来，它似乎正在努力实现一个目标。”。“然而，这些东西几乎无法与无生命物质区分开来。你把它们分解成更小的碎片，它们所能做的就是旋转和振动。”
在英国，他和生物物理学家尤金·沙克诺维奇（Eugene Shakhnovich）一起研究蛋白质折叠。蛋白质数据库保存着文件，详细描述了“美丽的丝带和床单”，按属性进行了彩色编码。未经分解，每个蛋白质都由相同的20个氨基酸组成。然而，不知何故，一旦它们折叠成形，每一个都会进行生命所需的特定而重要的过程。英格兰说：“氨基酸不会给你写十四行诗。”。“但是，当你把几百台机器串在一起时，你会突然发现这台机器看起来像是为特定目的制造的。”
维特根斯坦认为，一个词的意思取决于它的上下文，上下文由使用它的人决定。
不知怎的，从盲齿轮的搅动中，类似目的的东西出现了。这些碎片各自只遵守基本的物理定律，共同起作用。函数似乎在物理世界中不存在：时间和空间不存在，只是存在而已。在生物学中，系统的行为是微调的。移动、催化和建造。“功能”一词在生活和非生活之间转换。它是一个我们赋予看起来像生命的事物的词，还是一个更为固有的词？2014年，英国将在瑞典卡洛林斯卡研究所（Karolinska Institute）对观众说，物理学并没有区分生命与非生命。但生物学确实如此。
在他获得博士学位后，当他还是普林斯顿大学的研究员时，英国人有时会开车去纽约市看望他童年时的老朋友，他是主修哲学的。他的朋友带英国去了他最喜欢去的下东区的一些地方，并与他就奥地利-英国哲学家路德维希·维特根斯坦进行了长时间的交谈。
维特根斯坦一生中有一部分时间生活在挪威的森林中，与世隔绝-waldeinsamkeit公司-并写下了所谓的“语言游戏”，或关于交流的共同约定。一些哲学家坚持认为，一个词的含义存在于世界上的物质对象中。然而，维特根斯坦认为，一个单词的意思取决于它的上下文，上下文由使用它的人决定。玩语言游戏有点像用代码说话——如果两个人参加了一项双方都能很好理解的活动，他们可以使用更少更简单的单词来让自己被听到。不同的人群音乐家、政治家、科学家等使用适合他们各自需求的语言游戏。新的语言游戏不断涌现。意义改变形状。单词可以调整。
英格兰说：“在提出这种观点的过程中，他传达了我在《希伯来语圣经》开头几段中找到的同样的思想。”。
“起初，上帝创造了天地……”这里，希伯来语中“创造”的意思是巴拉，“天堂”的意思是萨马伊姆“地球”的意思是阿雷兹；但英格兰说，它们的真正含义只有在以下经文中的上下文中才能看到。例如，很明显巴拉创造，需要给事物命名的过程；创造世界就是创造语言游戏。“上帝说，‘要有光’，就有了光。”上帝通过说出它的名字创造了光。英格兰说：“这个短语我们已经听了很多次了，等到我们长大了能够思考它的时候，我们很容易就忽略了它最简单的一点。”。“我们看待世界的光来自于我们谈论世界的方式。”英格兰认为，如果你试图用物理学的语言来描述生物学，这可能很重要。
作为麻省理工学院的一名年轻教员，他既不想停止学习生物学，也不想思考理论物理。他说：“当你拒绝放弃两个在方式上有分歧的东西时，它们会让你说话，这会迫使你朝着翻译的方向前进。”
两台太阳能机器：树木和太阳能电池板都能吸收和转换太阳能，并将热量排放到环境中。物理学家如何解释为什么只有树是活的？百叶窗
我在犹太传统中，“奇迹”并不一定违背自然法则。他们并没有那么宏伟，相反，奇迹是一种以前被认为是不可想象的现象。这一奇迹的见证人被要求重新构建他们的假设并解决矛盾。简言之，他们必须开始从新的角度思考自己的世界。
对于精通统计力学的物理学家来说，从这个意义上说，生命是不可思议的。热力学第二定律要求，对于一个封闭系统，如盒子里的气体，或整个宇宙，必须随着时间的推移而增加。雪融化成水洼，但水洼不会（自行）自发形成雪花的形状。如果你看到一个水坑这样做，你会认为你在看一部电影，就像时间在倒流一样。第二定律对大群粒子的行为施加了不可逆性，使我们可以玩“过去”、“现在”和“未来”等词
时间之箭指向无序的方向。然而，生命之箭却指向相反的方向。从一颗简单而迟钝的种子中生长出一朵结构复杂的花，从没有生命的地球、森林和丛林中生长出来。为什么我们称之为“生命”的原子的规则与宇宙中其他原子的规则会有如此大的不同？
1944年，物理学家埃尔文·薛定谔（Erwin Schrödinger）在一本名为生命是什么？。他认识到，与盒子里的气体不同，活生物体是开放系统。也就是说，他们承认自己和更大的环境之间的能量传递。即使生命维持其内部秩序，它向环境中的热量损失也会使宇宙按照第二定律经历熵（或无序）的整体增加。
蛋白质和酶等物质的出现可能比我们想象的要容易。
与此同时，薛定谔指出了第二个谜团。他说，产生时间之箭的机制不可能与产生生命之箭的机理相同。时间之箭来自于大量的统计数据——当你有足够多的原子在周围旋转时，无序的构型比有序的构型要多得多，以至于它们陷入有序状态的几率为零。但当涉及到生命时，即使在微观尺度上，秩序和不可逆性也必须占据主导地位，而原子要少得多。在这个尺度上，原子的数量不够大，它们的统计数据无法产生像第二定律那样的规律。例如，核苷酸是RNA和DNA的组成部分，是生命的基本组成部分，它只由30个原子组成。然而，Schrödinger指出，遗传密码的耐用性或持久性几乎可以奇迹般地维持下去，有时甚至可以延续数百万代
那么基因如何抵抗衰退呢？它如何在脆弱的重量下不崩溃？必须有比统计更深层的东西在发挥作用，这种东西可以让小团原子不可逆转地自我提升，成为“有生命的”东西
半个世纪后，一位名叫加文·克鲁克斯（Gavin Crooks）的英国化学家首次用数学方法描述了微观不可逆性，这为我们提供了线索。在1999年发表的一个单一方程式中，克鲁克斯表明，由外部能源驱动的小型开放系统可以以不可逆的方式改变，只要它在改变时耗散能量。
想象一下你站在栅栏前。你想去另一边，但篱笆太高了，跳不动。然后一个朋友递给你一根pogo棍子，你可以用它跳到另一边。但一旦你到了那里，你可以用同样的pogo棍子再次跳过栅栏，回到你开始的地方。外部能源（pogo棒）允许你做出改变，但改变是可逆的。
现在想象一下，你的朋友递给你的不是一根pogo棍子，而是一个喷气背包。你启动喷气式飞机包，它会把你推过围栏。当你清除围栏时，喷气式飞机会将燃油散发到周围的空气中，因此当你着陆时，你的背包中没有足够的能量让你再次越过围栏。你被困在远处。你的改变是不可逆转的。
克鲁克斯表明，一组原子同样可以吸收外能，并利用它将自身转化为一种新的构型——可以说是跳过围栏。如果原子在转换时耗散能量，这种变化可能是不可逆的。他们总是可以使用下一次爆发的能量来转换回来，而且他们经常会这样做。但有时他们不会。有时，他们会利用下一次爆发过渡到另一个新的状态，再次消耗能量，一步一步地改变自己。这样，耗散并不能保证不可逆性，但不可逆性需要耗散。
克鲁克斯的结果是非常普遍的，适用于平衡态以外的系统的任何变换，包括潜在的生命。但是，英格兰表示，“对于一个巨大而凌乱的多体系统中存在大量耗散的问题，人们可能会持谨慎态度。这些结果似乎是真实的，但可能难以计算操作。”2013年，当英格兰在加利福尼亚州加州理工学院演讲时，他在酒店房间里一直在玩克鲁克斯方程的变量。从克罗克斯方程中可以清楚地看出，为了实现作为生命标志的那种不可逆性，一个系统需要特别善于吸收和散发热量。但他知道这并不是全部。
“这就像在同一个基本点附近徘徊，”他说。“然后你放下它，睡觉，思考不同的事情。当你回头看时，有时墙上会有一个开口。你接受的东西不同，时间流逝。”
最后，有些东西点击了。给定一种特定的能量来源，原子的某些排列方式将比其他排列方式更好地吸收和消耗能量。这些安排更有可能发生不可逆转的转变。如果随着时间的推移，某些系统在这方面比其他系统做得更好怎么办？然后，这一系列不可逆的变换就变成了一种复合效应，通过自身的力量将自身拉起。英格兰用铅笔写下了热力学第二定律的概括，它考虑到了系统的耗散历史，他说，这为生命结构和功能的出现提供了线索。在去年年底的一篇论文中，他这样说：
虽然系统的任何给定形状变化大多是随机的，但当系统恰好能够更好地吸收和耗散功时，这些结构变化中最持久和不可逆的变化就会发生。随着时间的推移，这些不太可擦除的变化的“记忆”会优先累积，该系统越来越多地采用类似于其历史上耗散发生地的形状。回顾这一非平衡过程中产品的可能历史，我们会发现这种结构似乎已经自组织到一种“很好地适应”环境条件的状态。这就是耗散适应现象。1
当然，一个原子系统并不想做任何事情——它只是盲目地、随机地四处游荡。然而，通过从一种形态到另一种形态的旅程，一系列化学故事，它自组织成了我们认为它已经适应的东西。维特根斯坦说：“语言是道路的迷宫。”。对于英国来说，这种翻译感觉很对。你怎么说物理学中的“生命”？他称之为“耗散性适应”
我听起来好像耗散性适应将我们减少到仅仅是太阳的冷却塔。但这个理论的意义远不止于此。达尔文的自然选择可以被重铸为更普遍的耗散适应现象的特例，耗散适应是一种更基本的语言的方言。虽然耗散适应发生在微观尺度上，但自然选择发生在宏观自我复制者的世界中。自我复制是一种消耗和消散能量的好方法。在耗散适应的语言中，“健身”等词具有新的含义。东北大学（Northeastern University）物理学助理教授梅尼·瓦努努（Meni Wanunu）表示：“健身在这里的定义并不是指一组最佳功能，而是指它与环境中可用能量的“给予和接受”关系。”。当系统耗散能量时，它们会向不可逆转的方向漂移，并因此变得“异常”，正如英国所说，不完美或不理想。“鸟并不是全球最适合飞行的动物，”英格兰说，“它只是比石头或虫子飞得好。”
这一理论要求我们重新思考使生活变得特别的非凡功能：“我们在寻找功能的地方有更多的灵活性，”英格兰说。从一组弱相互作用粒子中产生的复杂函数，在没有任何强配位的情况下，现在是一个可以分解为许多由外部驱动力驱动的小的不可逆变换的过程。蛋白质和酶等物质的出现可能比我们想象的要容易。英格兰说：“这可能不是一个在亿万年的自我复制中精心选择氨基酸序列的问题。”。“你可以在更快的时间尺度上自我组织。如果我们能说服自己，生命的最初看起来更像一个斜坡或楼梯，有很多指向正确方向的较小的增量变化，那么这至少可以重新设定我们应该想象的场景。”
这一理论不仅有助于我们回顾过去，它还提出了新的设计和工程方法。“如果我想模仿生物所做的事情，也许它不必像我想象的那样模仿生物。”一个例子可能是所谓的“紧急计算”，英格兰和他的实验室成员目前正在研究这个问题。目标是让粒子系统进化出预测环境变化的能力，而无需接受任何设计说明。毕竟，要在波动环境中善于吸收和耗散能量，需要一定程度的预期。England说：“如果我们成功做到这一点，那么争论的焦点将是，系统中的粒子以某种方式相互作用，从而根据过去的统计数据有效地计算未来。”。这可能会影响基于预测能力的技术，从神经网络到告诉我们何时购买机票的机器人。
这就是翻译的惊人力量。如果它奏效了，这可能就是耗散性适应需要的证据。目前，瓦努努仍在保留判断。哈佛大学系统生物学副教授杰里米·古纳沃德纳（Jeremy Gunawardena）也不完全赞同这种方法，他说：“英格兰提出了一套新的配料。布丁的制作过程将是令人兴奋和有趣的。”。他说：“杰里米希望他能避免去想化学，把抽象的生命本质看作是一种物质上的必需品。”。“我不相信。不过，我认为他正在解决这个问题，这很好，我相信我们会从中学到一些有趣的东西。”
这很公平。毕竟，用已故的翁贝托·埃科（Umberto Eco）的话来说，“翻译是失败的艺术。”这一全新翻译中的失败和权衡仍有待发现。说到底，也许没有一种语言可以表达生活的复杂性。但英格兰希望我们尝试一个新的。他是这样放进去的评论去年的杂志：“描述世界有多种可行的语言，上帝希望人类能说出所有这些语言。”
Allison Eck是一位科学作家，也是NOVA在线。她住在波士顿。
参考
1.英格兰，J.L.，驱动自组装中的耗散适应。纳米技术 10, 919-923 (2015).
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