打从物种起源以来，各类与生命有关的问题就困扰着我们。即使有了现代科学知识的帮助，这些问题依旧存在。猎鹰精准地捕食猎物，蜂鸟悬在半空中采蜜，细菌有自生能力：这些都是惊人控制力和精准度的实例。如此复杂的生物怎么会起源于惰性物质呢？几千年来，很多智慧的思...
打从物种起源以来，各类与生命有关的问题就困扰着我们。即使有了现代科学知识的帮助，这些问题依旧存在。猎鹰精准地捕食猎物，蜂鸟悬在半空中采蜜，细菌有自生能力：这些都是惊人控制力和精准度的实例。如此复杂的生物怎么会起源于惰性物质呢？几千年来，很多智慧的思想家都在试图回答这个问题。大多数人得出的结论是：生物一定是由一个有意的设计过程产生的。当然他们错了，《进化论》中的变异和自然选择——查尔斯·达尔文的重大飞跃——说明了那些惊人的复杂机制是怎样不通过设计而产生的。然而，揭示生物本身仍然任重而道远。
达尔文理论提出的首要问题最终归结于物理：生物有某些性能，似乎能够把它们同其他惰性物质聚合物分开。它们有许多不同的组成部分（根据生物适应的实例），可以依据功能相互协调。这是关键属性：它们很像经过设计的物体，就像工厂和机器人那样。例如，眼睛的睫状肌和水晶体，它们协调得天衣无缝，我们才能看得见，就像一台高性能相机的光学元件。在现代生物学中，这叫作外观设计。这种性能曾被苏格拉底描述过，1802年，威廉·帕利也给出了神学方面的表达，他把上帝比喻成“钟表匠”。
生命起源：所有物种都是已经设计好的程序？
更广泛地说，生物就像工厂运作和机器人一样，必须具有非常高的精确度来进行物理转换，一直重复并且十分可靠。和工厂不同的是，所有生物都依赖一种非常奇特的发明：活细胞。细胞可以自生，从核心角度讲，即产生新细胞的过程中能够如实地复制细胞DNA上面的遗传信息。我们发现，这种能力也存在于自然界的其他地方，甚至在人类技术上。举个十分简单的例子，就好像用3D打印机打印人体的一些零件。
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生物的这些特性为什么构成了一个物理问题？关键在于，在物质世界中，什么可以发生和什么不可以发生是由物理定律决定的。例如，不管投入多少资源，永动机是不可能建成的，因为它与物理定律相悖。反言之，宇宙中的生命之所以能够存在，是因为符合物理定律。
但我们的物理定律只存在于某些基本的物质，如简单且种类繁多的化学物质。这些物质本身不能反复地进行高精度转化，它们似乎也不发挥任何作用。即使产生了转化，也不是精准可靠的：会损失或出错，耗尽能量，等等。换句话说，物理定律不包含这些精确转化的内在机制，尤其不包含能够带来这种转化的生物适应装置。从狭义上说，这些转化没有经过设计。因此，对物理描述范畴之内的生物来说，问题在于它们可以进行各种高精度的转化，这显然不符合物理定律。
那么，如果生命不是一个有意的设计过程的产物，生物又是如何进化的呢？达尔文理论提出了这一问题，通过解释变异和自然选择引出了外观设计。但这本身跟解释空缺无关（尤其从现代版达尔文理论——新达尔文主义——可以清晰地看出这点），其核心是复制，或者说携带DNA的基因通过转化遗传给下一代。此外，生物体内的复制十分精准，细胞自生也是如此。总之，理论假定了某些精准物理转化的可能性，而这正是非设计物理定律未能提供的入门套件。
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难题在这里出现了。生物复制和自生事实上是协调得惊人的物理转化，这就要求我们必须解释它们是如何在如此简单且非设计的物理定律下运作的。这种额外的解释虽然不包括在进化论内，但可以从本质上为进化论解释生物是如何在无意的设计过程中进化的，即填补了解释空缺。
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事实证明，这样的解释是难以用当下流行的物理方法得出的。后者可以在以后预测物理系统会做什么（或可能做什么）时，给予一定的初始条件和运动规律。但是将运动规律应用于粒子，在表达外观设计、复制、自生和自然选择方面是一个棘手的方式。这些过程十分复杂，涉及无数相互作用的粒子的集合运动。
不止如此。即使我们能预测——根据特定的动力学定律和初始条件——粒子可以聚集，以便在特定的时间内形成一头山羊，也根本不能解释山羊是否是不需要设计就可以产生的。我们都知道，山羊的设计可以在初始条件或运动规律下被编码。在一般情况下，我们必须解释山羊是否以及如何在非设计物理定律下产生，而不仅仅是根据现存的一些物理定律和初始条件，预测它将会（或可能会）发生什么。
当下流行的概念已经促使很多物理学家得出“物理定律必须适用于产生生物适应”这一结论，包括1963年诺贝尔文学奖得主尤金·维格纳和量子物理学家戴维·玻姆。这是一个惊人的错误。如果这是真的，物理理论就必须在初始条件、运动规律，或两者共同作用下，增加“设计”这一概念，而达尔文进化论中全部的解释就会被丢掉。
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那么，如果这个概念提供的工具不够充足，我们该如何根据非设计物理定律解释复制和自生是可行的呢？
这就要用到物理学的一个新基本理论：构造理论。构造理论是一种新型解释模式，由牛津大学物理学客座教授大卫·多伊奇提出。他率先应用了量子计算机理论。通过构造理论，多伊奇概括了一些导致先前想法的见解，并将它们应用到整个物理学中。
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在构造理论中，物理定律根据任务可行性（包括任意高精度、可靠性和重复性）的制定，说明哪些不可行及其原因，而不是根据运动规律和初始条件说明什么会发生，什么不会发生。如果一项任务违背了物理定律，那它是不可行的;否则，它就是可行的。这意味着一项任务的构造者：一个导致任务发生并保持重复能力的对象。汽车工厂、机器人和活细胞都精准地与构造者相似。
这一观点的巨变与根据初始条件和运动规律的通用解释保持一致，但使物理学能解释更多的现象。现在，要注意的第一件事就是这个框架如何自然地允许我们表达生物学问题。准确地复制和自生符合非设计物理定律（即不包含生物适应设计的定律）吗？结合进化论的构造理论，研究者对这一问题给出了明确肯定。
也许这听起来像一个真理：很明显复制和自生确实发生了！但生命的构造理论解释了更多。例如，它回答了这一问题：因为物理定律都是非设计的，准确的自生和复制确实存在于生物体内，都需要进化论，什么条件能使这些构造者和非设计物理定律之间相互兼容呢？
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首先，人们为精准的构造者的操作设置了必要特征，就像一家汽车制造厂要遵循一定的规定。事实证明，这种机器必须遵循一个“配方”——一个基本指令的顺序——来执行任务，并纠正中途出现的任何错误。这些指令很简单，在执行过程中不需要任何特殊的设计，它们是一种转化，与非设计物理定律完全兼容。
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事实上，汽车制造厂有详细的步骤说明，“配方”是工厂的一部分，即使它没被写入非设计物理定律。持续了数百万年的高精度构造者，“配方”也一定被复制了很多次。因此，对这些构造者来说，“配方”上的信息必须是数字化的，复制后有可靠的误差修正机制（如果不是数字化的，就会在检测错误方面存在基本的限制，这将增加对准确性和可实现弹性的错误和限制）。
一个自生细胞也必须做到这些。亲细胞包含一个DNA“配方”，所有指令用来构造新细胞。这意味着发生准确的自生需要两个步骤：利用逐字母复制和误差修正，亲细胞可以把“配方”的高保真副本植入新细胞中;然后根据“配方”，在其余的细胞上构造复制机制。20世纪40年代，匈牙利物理学家约翰·冯·诺依曼最先发现了这一逻辑，当时他正在研究细胞自动机，以便用于离散计算模型。构造理论表明，这是精准的自生和非设计定律之间唯一可能存在的逻辑。
在基础物理方面，构造理论给了“配方”一个精确的描述特征。它是被数字编码的可作为构造者且具有弹性的信息，这种能力一旦被实例化在物理系统中，就会一直保持。在构造理论中，这被称为“知识”（这里指的不是人们通常使用的那个术语，它仅仅表示这种特殊的带因果关系和弹性的信息）。而对各类生物（一般意义上的精确构造者）特性解释最主要的一点是，它们包含这种“知识”。
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此外，根据必要的“知识”，任何不被物理定律禁止的转化都可以实现，是构造理论的一个基本观点。要么被物理定律禁止，要么可行，除此之外没有第三种可能。这就解释了进化的另一方面。根据相关“知识”和数字化“配方”的实例，在不受限制的情况下，甚至可以产生更优良的构造者。
从构造理论的角度看，早先的进化历史就是一个漫长的、不准确的、非目的性的建造，最终从没有任何内在的基本事物中产生了承载“知识”的方法。这些基本事物是简单的化学物质，如短核糖核酸链，只能执行低保真度的复制，不承担外观设计，因此允许由非设计物理定律控制的前生物环境存在。
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因此，生命的构造理论明确表明，自然选择不需要假定任何包括“知识”在内的初始“配方”的存在。这表明，无论我们在生物体内发现何种“配方”，它们都不需要特殊的生命中心主义或神秘的物理定律证明生物产生于基本的初始元件，而只需要物理定律允许数字化信息的存在，再加上足够的时间和能量（至于多少要因生命体的不同而异）。这又为我们理解生命现象和物理的可行性增加了另一个深层次原因。无论物理定律禁不禁止我们，我们都能做到，这只取决于我们创造了多少“知识”。这一切统统取决于我们自己。
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