现代物理学习小记(4)
--大宗师
5、生命的物理学基础
前面说过，宇宙的创生首先生成了氢和氦，其他的铁元素以前的（包括铁）的化学元素则都是由恒星内部的热核反应生成的。任何恒星，其核心都能合成碳、氮、氧等元素，所以氢、碳、氮、氧元素在宇宙中是非常普遍的，数量也非常的高。这些元素中，碳元素尤其特别，碳原子有四个自由电子，其电子失去的能力（还原性）和得到电子的能力（氧化性）相当，又由于碳原子只有两个电子层，所以活泼性又比同族的硅、锗、锡、铅要强，碳可以和众多的元素产生化学反应，生成众多的具有各种各样物理化学属性的化合物。碳链的长度可以由2个至数千个不等，这使得碳骨架成为了许许多多种有机化合物的基础，因此能够形成复杂多样的千变万化的不同物理化学属性的高分子有机物（比如蛋白质分子、DNA分子）。
生命的基础是多样性，只有有了多样性，才有自然选择的可能，才能使得生命出现自组织行为，出现生命的演化。而正是碳元素，使其生成的有机化合物具有了这种多样性，提供了生命的可能的物质基础。除了多样性，生命形态必须能从外界环境中收集、储存和利用能量。而在碳水化合物中，碳原子由单键连接成一条链，碳水化合物的一系列氧化步骤会释放能量，产生水和二氧化碳，碳不仅为生命提供了物质基础，也提供了能量基础。
时间和空间无限漫长、广阔无垠的宇宙，为宇宙中所有的元素都提供了各种各样的条件与机会，碳以它在宇宙中的数量和分布，尤其是它能生成的巨量的从简单到复杂各种各样的无机物、有机物而显得非常突出。直到现在为止，人们还没有搞清楚生命是怎么由非生命产生的，还不太清楚其中的物理、化学机制，但无数的事实似乎暗示人们，生命是从高度复杂的有机物中“涌现”出来的，而似乎只有碳元素与其他宇宙中普遍常见的元素诸如氢、氮、氧化合，才能够在相对平常，不太极端的条件下生成极其复杂、多样又相对稳定的化合物族群，其他的元素似乎很难胜任类似的创建复杂、多样、稳定程度类似的化合物族群的工作。曾有人研究硅元素是不是也具有类似碳元素的能力，但硅元素质量大，多了一个电子层，使得硅相关的化合反应需要高温、高压，而在这种严酷的条件下，其他的大多数化合物都不稳定，这就很难在高温、高压条件下造就极其复杂、多样又相对稳定的化合物族群。所以，即使碳不是生命的物质、能量的唯一基础，也是首选，在宇宙中的生命绝大多数可能都将是碳基生命。
前面说过，超新星爆炸、中子星碰撞抛出的物质，死亡的恒星的物质，弥漫于宇宙空间，这些恒星的灰烬里面有大量的氢、碳、氮、氧等元素，一旦条件具备，这些氢、碳、氮、氧等元素就会产生各种各样的化学反应，就会生成五花八门的碳基无机物和有机物，甚至产生高级复杂大分子譬如氨基酸和核糖核酸，也就是说早在新的恒星系统形成之前，通往生命的旅程就已悄然开启。从这个意义上讲，地球上的生命开始于外太空，而不是开始于地球。进一步的甚至可以这么讲:生命在我们的宇宙之中其实相当平凡、普遍，是宇宙演化的必然。
