宇宙存在复杂性必然增长的法则，类似熵增定律。生命和智慧可能是宇宙功能信息增长的必然产物，而非偶然。该理论挑战传统进化观，但可验证性仍存争议。
一九五零年，意大利物理学家恩里科·费米和同事讨论外星智慧生命存在的可能性时提出，如果外星文明真的存在，其中一些文明应该有足够时间扩张到整个宇宙。那么它们究竟在哪里呢。
关于费米悖论的解释有很多种。可能外星文明在成为星际旅行者之前就耗尽了资源或自我毁灭了。但最简单的答案或许是，这样的文明根本不会出现，智慧生命存在的概率极低，我们之所以能提出这个问题，仅仅因为我们是极其罕见的特例。
最近一个跨学科团队提出的新理论挑战了这一悲观结论。他们认为宇宙中存在一条新自然法则，类似于热力学第二定律规定熵必然增加那样不可抗拒，这条法则规定宇宙中实体的复杂性会随时间推移而不断增强。如果这个理论正确，那么复杂智慧生命应该广泛存在于宇宙中。
这一新观点认为，生物进化并非产生独特生命形式的特殊过程，而是宇宙普遍规律的一个特例，甚至可能是必然结果。
该规律表明，实体之所以被选择，是因为它们携带更丰富的信息，从而能够执行特定功能。
这个由华盛顿卡内基研究所矿物学家罗伯特·黑森和天体生物学家迈克尔·黄等人提出的假说引发激烈争论。
部分学者赞赏这一理论，认为它填补了自然基本定律的空白。他们指出，现有物理定律无法完全解释自然现象，而进化过程，无论是生物还是非生物领域的进化，都会产生物理定律无法预测的新功能和新事物。宾夕法尼亚大学复杂性理论家斯图尔特·考夫曼评价说，这个理论让相关问题变得合理化。
但批评者认为，将进化论的功能概念推广到非生物系统是过度延伸。在新理论中，信息量的衡量不仅具有相对性，会随环境变化，而且无法精确计算。批评者指出，这使得新理论难以验证，实用价值有限。
这项研究触及一个核心争议，生物进化如何融入科学框架。达尔文的自然选择理论解释了过去生物如何演变，但与其他科学理论不同，它无法预测未来。将其纳入更宏大的复杂性增长定律中，是否能让我们窥见未来？
故事要从2003年说起
生物学家杰克·绍斯塔克在《自然》杂志发表短文提出功能信息概念。这位后来获得诺贝尔奖的学者试图量化蛋白质或DNA等生物分子的信息复杂度。传统信息理论由通信专家克劳德·香农提出，后经俄罗斯数学家安德雷·柯尔莫哥洛夫完善，认为符号序列的复杂度取决于能多简洁地描述该序列。
例如，仅由单一核苷酸重复组成的DNA链，其复杂度和信息量远低于四种核苷酸随机排列的DNA链。但绍斯塔克指出，这种测量方式忽略了生物学核心问题：分子如何实现功能。
生物学中，不同分子常能完成相同工作：以RNA分子为例，某些具有明确生化功能的RNA片段能与特定分子紧密结合。假设要寻找能与某靶分子结合的RNA适配体：
- 如果只有唯一适配体能做到，它就携带大量功能信息。
- 若许多适配体都能胜任，功能信息就少得多。
绍斯塔克通过实验验证这一理论。他制造大量RNA适配体，筛选出能结合目标分子的优胜者，再通过突变培育结合能力更强的后代。实验表明，随着筛选轮次增加，优胜者的功能信息量确实趋近理论最大值。
黑森在研究生命起源时注意到绍斯塔克的理论。作为矿物学家，黑森关注矿物表面化学反应对生命起源的作用。他认为生命与非生命之间存在连续性，功能信息概念或许能解释从简单到复杂系统的演变过程。
2007年，黑森与绍斯塔克合作开发计算机模拟程序，让算法通过突变进化来执行计算任务。结果再次显示，系统进化过程中功能信息自发增加。
这个想法沉寂多年，直到2021年黄加入卡内基研究所。虽然他是研究行星大气出身，黄与黑森发现彼此关注相同问题。黄对现有地外生命探测技术不满，认为其过于局限地球生命模式。他们意识到需要多学科合作来突破思维局限。
团队推测：功能信息是理解复杂系统进化的关键。
黑森指出，虽然热力学第二定律给出时间箭头，但宇宙似乎遵循更特殊的路径，这可能源于对功能的选择，这一高度有序的过程导致有序状态。
他们将功能信息概念拓展到非生命系统：例如矿物界，某些矿物组合在特定环境中能稳定存在，这种选择性导致矿物复杂度随时间增加。地球矿物演化史显示，功能信息确实持续增长。在土卫六的碳氢化合物环境中，可能形成石墨烯等复杂结构，这是非生命系统功能信息增长的例证。
化学元素演化同样如此：宇宙初期只有氢、氦等轻元素，恒星内部核聚变产生碳、氧等较重元素，超新星爆发又形成更重的金属元素，元素复杂度不断提升。
黄总结出三个核心结论：
- 生物进化只是普遍进化规律的特例，
- 可能存在描述复杂性增长的时间箭头类似于熵增定律，
- 信息可能成为与质量、能量并列的宇宙基本参数。
黑森和绍斯塔克的模拟研究显示，功能信息增长并非匀速。这与生物进化史上的重大跃迁呼应，如真核细胞出现、多细胞生物诞生、寒武纪生命大爆发等。传统观点认为这些跃迁纯属偶然，但新理论认为这是进化过程中的必然现象。
黄将这种跃迁比喻为进入全新可能性空间的层级跨越。例如生命起源时，分子稳定性起初是关键，但当分子形成自催化循环后，动态稳定性变得更重要。圣菲研究所学者认为，这种跃迁类似于物理相变，可能遵循某种进化物理学规律。
功能信息的特殊性在于其情境Context依赖性：
- 同一物体在不同环境和用途中功能信息量不同。
- 进化本质就是为现有部件寻找新用途。（无以为用 有以为利）
考夫曼指出，生物进化不仅创造新生物类型，更不断创造新可能性，这些可能性在早期既不存在也无法预测。
理论上，物体用途没有上限，这意味着新功能的出现不可预测，却能改变后续进化规则。考夫曼说，生物圈在创造自身可能性，我们不仅无法预知具体结果，甚至无法预知可能性的范围。光合作用、真核生物、神经系统和语言等重大突破，都开辟了全新进化路径。
亚利桑那州立大学物理学家保罗·戴维斯认为，生物进化产生自身不断扩展的可能性空间，无法从先前状态预测。数学上，这类似于哥德尔不完备定理，任何公理体系都存在无法判定的命题，需要新公理来解决。生物进化的自指特性，新成员的出现会反馈影响现有成员，创造新可能性，这与物理系统截然不同。
如果新理论正确，功能信息的必然增长是否意味着生命乃至智慧在宇宙中必然出现。这与某些进化生物学家观点相左，他们认为人类级别智慧的出现概率极低。但新理论认为，一旦生命出现，复杂性和智慧的增长就具有必然性，不必依赖偶然事件。
格拉斯哥大学化学家李·克罗宁和亚利桑那州立大学的萨拉·沃克提出组装理论作为替代方案，用组装指数衡量物体复杂度。沃克认为生命系统确实遵循特殊规律，但质疑功能信息理论的可验证性。
黑森承认多数情况下无法精确计算功能信息量，但认为概念性理解已足够。黄建议将理论应用于天体生物学，例如通过分析外星物质分子分布特征来寻找生命迹象。
研究团队还收到来自经济学、神经科学等领域的咨询，显示这一理论可能具有广泛适用性。无论功能信息理论最终是否正确，科学界对复杂性、信息、进化等问题的关注，让人联想到热力学发展初期，从简单问题出发，最终深刻改变人类对宇宙的理解。