四月號的《科學人》有篇高涌泉的專欄文章,以〈當物理槓上生物〉為題,重述了當年物理學家湯姆森(William Thomson, 1824-1907,後封克爾文爵士 Lord Kelvin)以地熱計算地球壽命,得出地球年齡在兩千萬年到四億年之間的往事。由於該計算值比預估中生物演化所需的時間為低,因而讓達爾文大傷腦筋;直到一八八二年達爾文去世時,這個問題仍未解決。
湯姆森是當時權威的物理學家,地位尊榮,物理學又是比生物學及地質學發展更完備的科學,物理學家講話自然大聲得多,甚至連美國作家馬克吐溫都說:「克爾文爵士是當今科學界最有權威的人,我想我們必須聽他的,接受他的觀點。」(As Lord Kelvin is the highest authority in science now living, I think we must yield to him and accept his views.)
由於湯姆森的原始假設裡有許多錯誤,所以他的計算再準確,也是「垃圾進、垃圾出」(garbage in garbage out, GIGO)。但真正推倒他地熱計算值的,是放射性物質於 1900 年的發現;放射性物質的衰變,會緩慢且穩定地放出熱能。因此,地熱可維持幾十億年而不衰。湯姆森雖未正式收回他的錯誤計算,但死前私下承認放射性物質的存在,使得他的一些假設已不再站得住腳。如今,一般公認的地球壽命在 40 億年左右,對生物的演化而言,綽綽有餘。
最近讀到威爾森(Edward O. Wilson)為新書《演化:最初四十億年》(Evolution: The First Four Billion Years, Edited by Michael Ruse and Joseph Travis, 2009, Belknap Press of Harvard University Press)作的序,他是這麼寫的:
生物學裡各個領域都奠基於達爾文的演化觀念之上,已證據確鑿;因此,我們接受演化是了解生命的兩大定律(稱為「通則」亦可)之一,實屬允當。其中一條是說,構成生命體的所有成分與反應過程,歸根究柢都遵循物理與化學定律;這條定律在過去半世紀裡,推動了分子與細胞生物學的進步。至於定律之二,也是演化生物學以及大部分個體與環境生物學的基礎與成果之所繫,是說構成生命體的所有成分與反應過程,都是經由天擇的演化所形成的。
生物由常見元素形成的分子組成,這些分子的行為也遵從物理及化學定律,早已是生物學家的共識,因此生物學與物理學及化學並無扞格之處。唯一的問題,是生命的複雜與突現(emergence)特性,目前還無法以物理及化學完全解釋。這是複雜系統(好比氣象預測、生態變化、股票起落等)的通性:我們只可能逼近真相,而無法完全了解及掌握。
這種「知識極限」的想法歷史悠久,最近還有人提出數學理論來支持(參見四月號《科學人》新聞〈不可能的推論〉)。好幾年前,有物理學家聲稱,根據他們對於各種基本力及粒子的表現,將很快得出能解釋一切的單一理論;他們稱之為「大一統理論」(grand unified theory, GUT)。根據知識極限理論,針對 GUT 的追求,最多只能得出「幾乎解釋一切」的理論。饒是如此,也不妨礙有物理學家朝這方面繼續努力;就這一點而言,生物學家的野心小多了。