宇宙从混沌中诞生，却在漫长岁月里孕育出愈发复杂的结构——从最初的氢氦元素到恒星核合成产生的重元素，从地球上的单细胞生物到人类智慧的出现。这一现象与热力学第二定律看似矛盾：后者指出孤立系统的熵（无序程度）只会增加。科学家们长期试图解释：为何在整体无序增长的背景下，局部却能形成高度有序的结构？卡内基科学研究所的矿物学家罗伯特·哈森与行星科学家迈克尔·黄在新书《时间的第二支箭：进化、秩序与自然的新法则》中提出，这并非偶然，而是由一条尚未被纳入教科书的自然法则驱动——他们称之为“功能信息递增定律”。
两位作者的核心论点建立在一个关键观察上：宇宙中“功能信息”的总量在持续增长。他们以矿物演化为例：大爆炸后仅存在一种矿物——微小的钻石晶体；恒星内部的高温高压环境催生了25种新矿物；而地球上的矿物种类已膨胀至约6000种。尽管大多数矿物组合短暂存在后消失，但稳定的结构被保留下来。哈森认为，这一过程与达尔文的自然选择类似，但适用范围更广——自然选择仅是“功能信息递增”在生物领域的特例。
“功能信息”的概念由诺贝尔奖得主杰克·绍斯塔克于2003年提出，用于衡量生物分子的复杂性：在相同长度的RNA分子中，能完成特定功能的分子越少，其功能信息越高。绍斯塔克通过实验室筛选发现，RNA的功能信息会随筛选轮次增加而上升。2007年，哈森与绍斯塔克用可自我变异的计算机程序模拟这一过程，得到了类似结果。2024年，哈森与黄进一步发表论文，声称矿物系统的功能信息在地球历史上同样呈现增长趋势。这些研究为新理论提供了定量支持，但争议也随之而来。
理论的争议焦点在于其普适性与可验证性。批评者指出，哈森团队对矿物“功能”的定义过于宽泛——任何被选择过程优先保留的结构均可视为具有功能，例如最稳定的矿物因最常见而被“选中”。这种定义虽能涵盖非生命系统，却难以与热力学第二定律区分：局部有序的增长究竟是独立的新定律，还是熵增大潮中的短暂波动？《自然》杂志书评作者格雷厄姆·希尔兹提到，尽管新理论富有启发性，但其核心主张仍缺乏决定性证据，且作者未能回应所有反驳意见。
测量功能信息的难度是另一大障碍。哈森承认，对大多数自然系统而言，功能信息在原则上无法精确计算，甚至活细胞的功能信息也无法量化。他以小行星带动力学类比：尽管人类无法精确计算所有小行星的轨道，但近似模型已足够支持航天器导航。然而，这种辩护未能完全说服批评者。算法信息论研究者赫克托·泽尼尔认为，功能信息的增长本质上是计算概率的结果，无需引入新定律；而亚利桑那州立大学物理学家萨拉·沃克则质疑，若缺乏客观检验标准，理论无法被证伪或证实。
新理论并非孤立存在。格拉斯哥大学化学家李·克罗宁与沃克提出的“组装理论”同样试图弥合物理学与生物演化之间的鸿沟。该理论用“组装指数”——从基本组件构建复杂结构所需的最少步骤——衡量系统的复杂性，并宣称复杂度达到一定程度即可作为生命存在的标志。然而，哈森团队2024年的研究显示，某些非生物矿物的组装指数与大型生物分子相当，直接挑战了组装理论将复杂度与生命划等号的观点。双方随即展开交锋：组装理论阵营批评哈森的数值基于理论推算而非实验测量；沃克则指出功能信息理论缺乏可操作的检验方法。
这场争论的实质关乎地外生命探测的未来。黄提出，若其他星球上出现超出化学热力学解释的“选择痕迹”，可能是生命存在的信号；组装理论也预测了基于复杂度的生命迹象。当人类的探测器飞向土卫六时，究竟该采用哪种标准？2023年，黄在接受采访时表示，NASA的“蜻蜓”号探测器或将通过分析土卫六大气化学，检验功能信息递增定律是否适用于非地球环境。这一实验若能成功，将使“第二支箭”从理论隐喻转变为可验证的物理定律；若失败，它可能沦为又一套精妙的比喻。
历史为这场争论提供了参照。1824年，卡诺研究蒸汽机效率时，“熵”的概念尚未诞生；直至1865年，克劳修斯才定义熵并使其成为可计算量。第二定律也曾经历“说得清、算不出”的阶段，但卡诺的蒸汽机实验提供了可直接测量的效率指标，且结果具有普适性。相比之下，功能信息的测量依赖于研究者对“功能”的主观定义——同一系统在不同研究者眼中可能得出截然不同的数值。若想突破这一瓶颈，需在非生命系统中找到不依赖于主观判断的功能信息增长曲线，并证明其普遍性。
无论结果如何，新理论已重新定义了问题的边界。过去，科学家们争论“复杂结构是否违反热力学第二定律”；如今，焦点转向“复杂是否为独立于熵增的必然趋势”。这一转变本身，或许正是科学进步的标志。
