研究熱力學的熵量和生命演化之間的關係,大約開始於20世紀初。 1910年,美國史學家亨利·亞當斯(Henry Adams)印發給大學圖書館和歷史學教授一本小冊,A Letter to American Teachers of History,提出了依據熱力學第二定律和熵原則的歷史理論。由諾貝爾獎得主物理學家薛丁格,在1944年所撰的《生命是什麼?》促進了這個主題的研究。他原來在該書中闡說,生物攝取負熵(negative entropy,有時也稱為 negentropy)為食;但在後來改版中回應投訴,表示真正的來源是自由能。近代研究已經將這種討論,限定來源是吉布斯能,因為地球的生物過程通常發生在恆定的溫度和壓力下,譬如大氣中或在海洋底部,個別生物不能在短時間內跨越兩處生存。
起源
1863年,魯道夫·克勞修斯(Rudolf Clausius)出版了他著名的回憶錄《On the Concentration of Rays of Heat and Light, and on the Limits of its Action》,根據自己對熵與生命新創的概念,和威廉·湯姆遜(William Thomson)的,其中概述了初步的關係。在此基礎上,首先臆測從熱力學觀點的演化,是奧地利物理學家玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)。
同樣的,從化學家約翰·艾弗里( John Avery) 2003年出版的《信息理論與進化》,我們發現其中說明了生命現象,包括它的起源和演化,以及人類文化的演進,有其熱力學、統計力學和信息論的背景基礎。
在熱力學第二定律,和生命系統所產生的高度秩序和複雜性之間,(明顯)的矛盾,依照艾弗里,“從外在來源進入到生物圈的吉布斯能,其中的信息內容”有其解答。由非平衡開放系統連結的第二定律方程,可以直接數理地推導出,負責這樣局部增加秩序的自然選擇過程。
赫爾辛基大學的威樂凱拉(Ville Kaila)和阿爾托(Arto Annila)在英國皇家學會A.,發表一篇題為“Natural selection for least action”的研究,描述如何將熱力學第二定律寫成一個說明演化的運動方程,呈現了以化學熱力學的術語來表達自然選擇,和最小作用量原理的連結。這個觀點認為,演化探索可能的路徑,以平整化能量密度中的差異,使熵增加最為迅速。因此,生物體作為一種能量傳遞機構,以及有效益的突變,讓接續的生物體可傳送其環境中更多的能量。
(英文) La Cerra, P. (2003). "The First Law of Psychology is the Second Law of Thermodynamics: The Energetic Evolutionary Model of the Mind and the Generation of Human Psychological Phenomena". Human Nature Review, Volume 3: 440–447. Full text (页面存档备份,存于互联网档案馆).