熵 (生物學)

起源

1863年，鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)出版了他著名的回忆录《On the Concentration of Rays of Heat and Light, and on the Limits of its Action》，根据自己对熵与生命新创的概念，和威廉·汤姆逊(William Thomson)的，其中概述了初步的关系。在此基础上，首先臆测从热力学观点的演化，是奥地利物理学家玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)。
1875年，玻尔兹曼根据克劳修斯和开尔文的研究推导：
动物为了生存而努力争取的，并不是已经丰富供给的空气、水分、土壤 ；也不是在任何体内大量以热的形式存在的能量，他们为生存而争取的负熵是，由炽热的太阳传递到地球的能量所提供。

负熵

而后在这个前提下，1944年著名的《生命是什么？》一书中，诺贝尔奖得主物理学家薛定谔建构的理论，与热力学第二定律所决定的总趋势，相反的，生命靠着摄取负熵来减少或保持它的熵。但在第6章，对负熵这个术语解释他的用法：
让我先说几句，如果我只顾及物理学家，那我应该把讨论转向以自由能来代替，它是在此文中更相似的观点。但这个专业术语字面上似乎很接近能量，使普通读者误会其间的差别。
这被认为是生命形式与其它物质组织的区分。依此说明，虽然生命的动态可以主张它违反热力学第二定律：孤立系统的熵增趋势，但在任何方式上它不会与这项定律冲突或使之无效，因为熵只增加或保持不变的原则，仅适用于一个绝热的封闭系统，也就是说没有热量可以进入或离开这系统。当系统能够和环境交换热或物质时，这个熵减少的系统和第二定律是完全兼容的。生命体系和第二定律反向，其组织增加的问题被称为薛定谔悖论。
1964年美国宇航局邀请一组科学家，为既定的太空任务制造一理论的生命搜索系统，应用于寻找火星生命，詹姆斯·拉夫洛克(James Lovelock)是其中一位。他思考这个问题“我们怎么可以肯定是火星生命，如果有的话，由对地球的生命形式检测而显示出来？”，亦即基本问题是：“生命是什么，应该怎样去识别出来？”他与一些喷气推进实验室的同事，谈到他怎样才能寻找火星生命的问题。而洛夫洛克回应说：
我想寻找一个熵减少的征兆，因为这是生命必须有的一般迹象。
因此依其所说，找到生命迹象，必须寻找一种“减少或熵的逆转”方式。

熵与生命起源

将热力学第二定律应用在生命的起源上，相对于生命的进一步发展，是更为复杂的问题。因为最初的生命形式如何产生，没有“标准模式”；只有一些待选的假说。这是在无生源的研究领域内，隐涵了达尔文化学演化之前的发展。1924年，亚历山大·奥帕林(Alexander Oparin)认为原生汤提供了充分的能量。比利时科学家普里高津(Ilya Prigogine)在这领域的分析，荣获1977年诺贝尔奖。生命出现的机率是一个相关的主题，某些研究已经在进行，例如，罗素杜利特尔(Russell Doolittle)的范例。

熵与在宇宙中寻找生命

2013年 Azua-Bustos 和 Vega 认为无论地球上和宇宙它处的，可设想的生命形式类型，在共通的属性上应该是，从它的周遭获得自由能然后消耗这个能量用来降低他们内部的熵。因为熵被用来量化系统中的紊乱程度，任何想像的生命形式，其有序程度必须比他们的环境更高。这些作者发现，只需要数学的碎形分析，就可很容易地衡量一个生命过程，其结构复杂性的程度(此即为熵)，把它和非生命的环境差异区隔出来。这种方法可根据附加各种熵差的资料集合(形态，颜色，温度，pH，同位素组成等)，搜寻出太阳系或新发现系外行星上的未知生命形式。

异论

由于熵是作为平衡系统的定义，已有议论反对将源自第二定律定义的熵扩展到生物系统上，尤其涉及到使用它以支持或质疑进化论。生命和宇宙中许多的系统和流程，多数状态的确会远离均衡，当第二定律却简单指出孤立系统的演变均会朝向- 最大熵的状态- 热力学平衡。
另一方面，(1) 生命系统无法在隔绝状态下生存(2)热力学第二定律没有要求以最短路径转化熵的自由能条件：生物活体从太阳光或富含能量的化合物吸收能量，最后这些能量部分转变成回到环境中的熵(热和低自由能的化合物，例如水和二氧化碳)。