【第一章】
生命問題
The Life Question
生命是什麼？當然，這是一個大哉問。1944年，諾貝爾物理獎得主薛丁格（Erwin Schrodinger）在其知名著作《薛丁格生命物理學講義：生命是什麼？》（What is Life? with Mind and Matter and Autobiographical Sketches）中，英勇地嘗試回答這個問題，出發點則是活細胞的基因學和生物學。「生命是什麼」對哲學家和科學家來說，是個古老且令人困惑的問題。在數個月前，美國科學作家賈布爾（Ferris Jabr）在《紐約時報》（The New York Times）發表文章，表示科學沒有辦法回答這個基本問題。「生命是什麼？科學無法告訴我們……科學家已經遭遇困難，也無法對生命提供一個精確且普遍可以接受的定義。」他補充道：「沒有東西是真的活著的。」當然，我不同意他的論點。
在本書中，我試著探索生命問題的本質，檢視萬物運動背後存在的最根本推動力與特性，而這些運動的過程都能自由地變化。自然涵蓋了萬物，從無生命的（如河流）到有生命的物質（如動物、人類、社會團體）。早在科學出現之前，這些推動力便一直存在著，例如：渴望活得更久、渴望食物、溫暖、力量、運動，以及能在周邊區域自由地通行。我會探究為什麼萬物都是一種「推動力」、為什麼這些推動力會自然而然地出現，又為什麼會出現在我們之中，以及萬物能夠自由移動與變化。
本書要探討的就是生命的推動力，這是一個生命問題（與其相反的就是死亡，而那是我們試著避免發生的問題）。不同於薛丁格，我會將這個問題明確地放在物理學——萬物的科學——的範疇內。
2012年，我在《大自然的設計》（Design in Nature）一書中，提到關於大自然中的組織結構現象及其物理法則。該法則即是我在1996年提出的「建構定律」。根據建構定律，生命是一種可以自由演化的運動，無論是有生命還是無生命的領域。活著就是自由變化的流動結構和節奏，促使流動更容易。當運動停止時，生命也就停止了；當運動沒有變化的自由，並且無法找到更大的通道時，生命便停止了。
在建構定律之中，到處都是生命現象，而生命包含了無生命的範疇（像是河流、閃電、雪花、空氣的紊流）和有生命的範疇（像是動物、植物，社會與科技）。從這個角度來看，生命現象比生物圈還要古老，因為地球科學中所探討的無生命流動，要比生物學探討的有生命流動來得久遠。
生命、組織和演化都是物理的一部分（希臘文physika意指自然的事物），它們各有其遵守的物理定律。我明白即便是受過科學教育的人，也不容易接受生命是一種物理現象，且由各種流動的系統組成──囊括非生物、生物及人為的系統，它們可任意地混成並邁向更大的自由度。畢竟，「生物學」這個詞的意義便是了解生命（希臘文bios），即使是小孩子也能區分生物的運動與非生物的動態（像是河流、風、洋流、火山、雪、閃電和地震）之間的差異。
所有物體運動的自然趨勢，從物理學的觀點來看都是一樣的。一個19世紀初的小孩想起貨車時，會聯想到具有生命的馬匹；而現在的小孩則會將貨車聯結到無生命的汽油、引擎，以及加油時父母所支付的金錢。而在讀完本書之後，未來的小孩會將錢、汽油、馬匹和馬所需要的燕麥連結起來。
這就是知識演化的方式——科學、科技和物理定律都會成為文化的一部分。那些看起來直觀卻又被片段理解的知識，逐漸變成一個更大、更簡單的集合體。每個新世代的孩子長大之後，會成為更有知識的父母和老師，同時會漸漸忘記無知與零散的過往。知識具有傳染力，而且能自然地散播出去。藝術和科學對我來說沒有什麼不同，都是一種動態的圖像，兩者擁有相同的內在樂趣，無論是創作一件充滿啟發性的藝術品，還是提出深刻的科學思想，觸發一連串的心靈圖像。在類別上，科學家與藝術家可以歸屬於同一類。
自由地改變形態的運動是一種宏觀現象，一個在運動的實體是相對於一個沒有在運動的環境。「運動」是一種清晰可見的相對性，我們這些觀察者將這樣的運動賦予了許多名稱，比如：組織、系統、配置、設計、構造、改變、演化。這些名稱是我們的大腦能夠理解的，因為它們如同我們感官所經驗的的圖像一樣，非常頻繁地在大腦中出現。
十分有趣的是，看不到的分子、原子、次原子現象，無法在宏觀的生命現象中展現，要描述它們的隨機、不規則和布朗運動，與描述河流的路徑、肺中的氣流、城市和空中交通是不一樣的。
在本書中，我將進一步探討《大自然的設計》中出現的參數其更深的意義。藉由這諸多例證，能幫助你了解在現今居住的環境和文化中，生命法則的重要性。這些例子有新有舊，主要來自於地球科學和動物學的領域。當它們被放在一起看待的時候，並非如它們字面上的不同而有所差異，而是可視為同一種現象，因為自然界中的生命現象只有一種。我會解釋建構法則如何影響演化上可維持生命的設計：能量的產生和使用、運輸、科技的演進、新思想的傳播、設備、知識、財富與更好的政府。
當我完成《大自然的設計》一書時，其中最有趣的發現（也是燃起我撰寫本書的火花），是全球的空中交通運輸地理分布具有非常鮮明的階層結構（圖1.1）。即使空中交通聯結了全球所有人類居住的區域（就像大腦的腦皮層），大部分的空中運輸都會經過北大西洋。
人類的活動刻畫了地理和歷史，宛如各個河流集合而形成的流域，遍布了少數的大型主幹與眾多的支流，形塑著時常變動的世界地圖。這當中便隱含了階層結構。而我會從物理學的觀點出發並這般思考，是源於麻省理工學院帶給我的難忘教育。考慮到空中運輸必然依靠飛機引擎消耗燃油時，沒錯，空中交通運輸量的階級差異也會反應在使用的燃料量之上，同時也有著屬於自己的世界地圖。幾個燃料消費大戶和許多小型消費者，共同將空中交通的流動散布到全球人類居住的區域。整體來說，階級化的運量有利於所有運動的個體。
富裕時才會去旅行，由此我們可以迅速發現空中交通和燃料消耗的地理分布，闡明了全球的發展。北大西洋上方的空中運輸橋樑的兩側已經穩妥地建立起來（兩側的交流也有相當的歷史），而這兩側就是世界兩個最先進的區域——西歐和北美。這是為何我決定畫出各國一年的燃料消耗與經濟發展的關係圖（根據一年的國內生產總值 GDP）。
這個結果可以看出燃料消耗和「富裕」之間呈現了很清楚的正比。燃料消耗屬於物質（也就是有實體的，可以測量燃料的重量和燃燒時所產生的功率），但富裕和經濟學上常使用的概念（像是效用、金錢概念、變得更好）並不是實體；看來經濟也屬於物理學的範疇，因為物理學的領域包含了有實體和沒有實體的部分。
這讓我更進一步地發現，一個國家的燃料的年消耗量，遠超過該國航運所需。消耗掉的燃料驅動了所有在移動、衝撞、加熱與冷卻的萬物，換句話說，消耗的燃料推動了整個社會，讓其有了生機且能夠持續地維持。為什麼這裡要說「正在『動』的萬物」？因為一個國家的富裕情況（GDP），顯然與燃料消耗速率成正比，而燃料的消耗正是萬物能夠在一個社會下生存、移動和改變的原因。
為什麼每個個體或團體都渴望變得「富裕」？
答案可以歸納到一個單一的事實，那就是對於能自由自在運動的人或物而言，都傾向擁有更多的自由度來持續運動。這代表在圖1.2中，這些黑點一定會往右邊移動，消耗更多的燃料，而非更少。沒有人能削減燃料的消耗，因為沒有人喜歡貧窮勝於富裕，或是喜歡死亡勝於生存。
這就是關於本書如何開始的故事。在我腦海中出現的聲音，就是關於GDP和燃料消耗之間的關係，讓我質疑那些科學家、權威者、政治家以及大眾認為非常平淡無奇的看法，讓我能將所有的答案置於一把科學之傘之下。
本書將會揭露一個默默隱藏在科學中的真理。當科學與我們自身相關，並能為我們所用時，它會變得十分有趣。這是為何在這本書中的想法都是關於人們所需要的事物以及如何獲得，並且如何為人類建構更好的未來。
這本書源自於顯而易見的觀點：每個動物和人類都想擁有能量。這在吃或是消費的欲望上清楚可見，由圖1.2所展示的趨勢可見，動物需要食物，而交通工具與機械則需要燃料。在第四章人類與機械物種中將會提及，食物就是功率，從物理學的觀點來說，就是每單位時間所使用的有用能量或「有效能量」（exergy）。從功率中可獲得運動，例如：身體的運動、身體內部的運動（血液和空氣的流動）、外部的流動（運動、遷徙和運輸）。而從功率中，我們可以使用工具來確保自己的安全與舒適——溫暖的環境、可飲用的水源、身體的健康，以及打造安全的道路與橋樑，讓我們駕車或行走時不致斷裂。
在人類與機械物種中，我使用了「機械」一詞，但需要稍微解釋這個詞和汽車、發電廠、冰箱和製造業沒有關係。在此處，「機械」的意思根自於最古老的涵義，也就是「發明」（古希臘文為mihani），或者是一個讓人類的力量更有效率地發揮的精巧方法。每一件和我們有關的工藝品都是一種發明，比如襯衫、收成的糧食、從動物或是電源插座所獲得的功率。事實上，隨著世代演進，新的發明使我們更有能力、更強壯、更長壽。機械的概念不應該侷限或混淆於那些讓我們能力延伸的機器上。
人類一開始存在之時，機械即存在，在科學以機制和機械研究的樣貌開展時也持續地存在，如同幾何學一樣古老。機械這個詞本身便屬於物理學的領域，因為機械是有形的，類似「智人」sapiens（智慧，感知）一詞，但更為真實和可測量。文字有其意義，特別是在科學之中。
對於每個人來說，生命就像一場個人電影，或者說一場完全的個人秀。每個人同時擔任編劇、導演、製片人、演員、觀眾與評論家。每個人都在錄影的過程中不斷地改善情節。在這樣的個人電影中，情節走向和錄製方向一致，而這樣的電影也越來越長。
這部電影有開始，也有結束。在開始之前沒有任何東西可觀賞，在結束後也一樣。我們之中的某些人在經歷醫療手術而短暫失去意識的時刻，就像電影劇本包含了一場或更多的中場休息，這些中場休息類似於電影開場前或結束後的時間。有鑑於此，我們只有兩件事要做：改善劇本與享受這場秀。
我們對於生命的理解，往往侷限於不正確的二分法：自然vs.人工、有生命vs.無生命、生物vs.非生物、天然vs.培育。但大部分的人並未意識到，我們與相似的萬物並肩流動，就像雨滴落到平原上、水必定會回到空氣中，這途中流經了許多設計，例如樹狀流域；放牧和遷徙的動物；草地、樹木和森林；海洋波浪；沙丘；洋流和氣流，由倒下的樹木或斷枝形成的渦流、漩渦和亂流，流動或不流動的河流下游。這一切都是生命。
共生（symbiosis），是彼此可以相互獲利而產生的一種共同生活的動力，是物理的生命定律處處皆有的展現，無論生物或非生物。我們可以在兩條小河流匯集成一條河流時看到共生，也可以從植物根部的真菌、菌根的網絡與土壤的生命和流動中發現共生。每一個社會結構也是共生，因為驅使社會結構形成的動力是源自於利己。
並不是把為數眾多且較小的東西合成一個巨大的集合體，就是比較好的安排。是大是小、或多或少之間有著一定的平衡，巨大不見得就是最好的解答。平衡是取決於橫跨地域（生物、非生物、社會）的有效輸送，需要一些大型的輸送結構，同時也需要許許多多的小型載具。這一類的平衡，或說是階層架構，俯拾皆見，也闡釋了如何藉由各式流動涵蓋整個區域的妙方。
組織（也可說是設計）的發生極其自然。「組織」（organization）這個英文字點出了一個事實，就是組織而來的器官（the organ）是有生命的。伴隨著內部與周圍的流動，這些流動屬於更大的一個集合體，並在這個世界中變化形態，演進、增長、縮減和移動。合作是來自於每個個體想擁有更自由的運動，因應利己的需求而生成的一種設計－－我們彼此合作，是為了以更勝於個體的方式一起流動。這些合作像是可以讓事物流動的渠道，而渠道迎向流動，並與流動混合。這些渠道並非是「聯結」或「網絡」，更不是兩個或更多釘子中間的細線。
成長並不是演化，雖然這兩個詞彙都意指結構上的改變和流動，並且可以利用物理定律來預測，但它們是兩種不同的現象。成長是一種時間尺度非常短暫，且相較於演化是更為特定（有限制和局域性）的現象；而演化在本質上有如漫長史學般古老且具有普世性。從物理定律中，我的同事和我已經證實了成長是一種S-曲線現象，也就是一開始成長得很慢，接下來則會快速成長，最後則會趨緩慢且停滯。
本書將從物理出發，以最寬廣的科學觀念闡明演化的意義。演化意味著流動組織如何隨時間改變，以及如何朝著特定的方向發生，彷彿背後有著目的的驅使。演化對於科技、運動員、動物來說，和演化之於地球科學一樣地真實。在經濟、科技、無生命與有生命的系統中，量化演化或改變設計的效用是一致的，如果這變化幫助了整體的流動，便是有用的。這種現象特別彰顯在經濟與科技的演化中，總之，演化是不會停止。
「相信不斷追尋真理的人，懷疑已經發現真理的人。」——安德烈・紀德（André Gide），1947年諾貝爾文學獎得主
人類是全球生命系統的一部分，人類與機械物種每一秒都在演化，而且會越來越好。萬物都在流動和改變，這真的非常令人驚嘆。