摘要：在传统物理中，热力学第二定律定义了“时间之箭”：熵总是增加。系统趋于无序，这是物理学的基础信仰。而如今，一群跨学科科学家提出了另一种箭头：复杂性随时间增加。不是违背熵增，而是并行存在。这是一种基于“功能信息”（functional information）的演

宇宙不是静止的，也不是“简单的”。它不只是朝着热寂滑落，也在自发生成越来越复杂的结构——不止是生命，连非生命系统也不例外。

在传统物理中，热力学第二定律定义了“时间之箭”：熵总是增加。系统趋于无序，这是物理学的基础信仰。而如今，一群跨学科科学家提出了另一种箭头：复杂性随时间增加。不是违背熵增，而是并行存在。这是一种基于“功能信息”（functional information）的演化观，旨在描述为何宇宙会从简单粒子自组织为恒星、矿物、细胞、语言、技术乃至意识。

这不是老生常谈的达尔文自然选择。这套理论宣称，复杂系统无论是生命还是非生命，只要存在某种“选择机制”，其功能信息就会随着时间上升。演化不只是生物的专利，而是物理宇宙本身的一个普遍过程。

2003年，生物学家Jack Szostak首次引入“功能信息”概念，用以衡量某分子在完成特定功能（比如结合某个目标分子）时的独特性。可替代性越小，“功能”信息越高。这个概念最初用于RNA适体，后被拓展到算法演化模拟，再扩展到矿物演化、元素合成乃至语言和技术演进。

今天，华盛顿卡内基研究所的矿物学家Robert Hazen和天体生物学家Michael Wong，将这条线索拉到了极致。他们不是要找到生命起源的终极配方，而是提出一整套普适的系统演化框架——功能选择推动复杂性不可逆地增长。生命的出现只是其中一阶跃层次。在他们看来，宇宙中的任何系统，只要能够执行功能且能从可能性中“被选中”，就参与了这场复杂性的进化。

这听起来像达尔文主义的泛化，但不同于“适者生存”的盲目试错。他们的重点不是适应性，而是“功能实现”本身。一块矿石如果因晶体结构稳定而在地壳中更常见，它也被“选中”了。一种化学组合如果因反应路径简便而频繁出现，也被“选中”了。这是一个超越生物圈的普适选择机制。

在这框架中，生物系统只是复杂性自组织的高阶表现。例如，矿物学研究表明，地球历史上矿物种类数量显著上升，且分布越来越精细。这不是因为“物理机制变了”，而是因为存在选择路径促使某些结构得以保留和再现。就像DNA复制，不需要“意识”，也可以积累信息。

更关键的是，功能信息不是静态的、封闭系统中的“数量”，而是上下文依赖、目标导向的动态量。一个能结合特定分子的RNA片段，在当前环境中可能具备很高的功能 信息，但换到另一个环境，它的这种能力可能完全失效，信息价值也随之消失。但演化过程正是不断“创造”新的上下文。关键不是信息本身，而是它是否被激活，是否参与功能执行。

这恰恰是生命的核心特征：系统不只是适应规则，而是改写规则。语言、文化、技术都是在原有规则之上跳跃出的新维度。Szostak与Hazen用人工生命模拟发现，随着演化，算法的功能信息不是线性增长，而是突变式跃升——与生物演化中的“重大跃迁”高度一致：真核细胞、多细胞、神经系统、人类语言。

这些跃迁对应的是“相空间”的膨胀。在物理中，相空间表示系统所有可能状态的集合。对生命系统而言，每次功能信息跃升，就是打开了前所未有的相空间层级。Kauffman称之为“下一层楼”：你无法在一楼预测二楼的格局，直到你真的到达。

Ricard Solé和Paul Davies进一步提出，这种复杂性跃迁的不可预测性，本质上是哥德尔式的不完全性：任何封闭规则系统，都无法预测自身的全部未来。生命系统自参考、自定义规则，因此演化不可封闭预测。

这就是为什么生命的演化不能建模为封闭的计算系统。Davies等人指出，生命不同于恒星或星系，后者即使复杂，却不具自参考能力。而生命系统一旦具备认知、实验、语言，便开始“内部模拟”自身的演化，带来更高阶的跃迁。这是认知驱动的复杂性演化，不再只是外部环境选择，而是内部目标设计。

因此，功能信息不只是衡量复杂度，而是开启因果的新层级。正如Galileo的物理定律不再适用于飞翔的鸟类，一旦复杂性足够，系统行为将不再由底层物理决定，而由高层次功能决定。这是生物层级的“因果脱缰”：新因果律出现，并凌驾于物理规则之上。

Hazen提出，信息或许是宇宙的基本物理量之一，与质量、能量、电荷并列。但这不是香农信息，也不是熵，而是功能性信息：上下文依赖、目标导向、可被选择。

Sara Walker和Lee Cronin则另辟蹊径，提出“组装理论”（assembly theory），用组装步骤最小数（assembly index）衡量复杂度。两者殊途同归：用结构复杂性揭示选择轨迹。这些理论都反映出一个事实：自然系统中存在一种超出物理法则的演化轨道，能够催生新层次的因果律、新层次的系统行为。

这是系统科学、信息论与演化生物学的合流。它正试图用一个统一框架，解释恒星合成、矿物演化、语言形成、技术扩展和认知发展。这种跨学科融合令人想起热力学诞生初期：从蒸汽机效率问题出发，最终引发对熵、时间箭头和宇宙命运的深层理解。

当然，争议不小。许多物理学家质疑：无法精确计算，何谈科学？Hazens反驳：我们也无法精确计算小行星带引力系统，但依然能导航探测器穿越。功能信息不一定需要精确量化，只要能对趋势、结构、跃迁路径做出有效近似即可。

而在天体生物学中，这种理论已显露应用潜力。例如，如果在某行星发现有机分子分布远离热力学平衡态，那很可能反映出功能选择在起作用。这或许是识别地外生命的关键特征：不是有多少分子，而是有没有“被选中的分子”。

更广泛的意义在于：复杂性并非偶然，生命不是孤立事件。一旦选择机制存在，复杂性就如同熵一样不可逆地增长。而当复杂性跨越某个阈值，新规则、新目标、新跃迁就会涌现出来。人类文明或许只是这场宇宙复杂性演化的一个中途节点。

接下来该问的不是“有没有外星智慧”，而是：宇宙中，这种功能信息跃迁的“下一层楼”在哪里？有没有其他系统也在向上穿透？

来源：老胡科学一点号