自由能与自发反应

想象山坡上的一个球。放着不管，它会自己往下滚；要让它回到坡顶，你就得用力去推、花费气力。化学反应也是如此：有些会自己“走下坡”，甚至释放出可用的能量；另一些则只有你往里推能量才会进行。自由能就是告诉你哪种是哪种的那本账。

自由能（常写作G，即吉布斯自由能）是反应能量中，在扣除热力学所要求的无序之后，真正可用来做有用功的那一部分。真正重要的是自由能的变化，写成一个差值。如果一个反应释放自由能，这个变化为负，反应就被称为自发的，或放能反应——它能自行进行，还能驱动别的任务，就像下坡的球。如果一个反应需要自由能，变化为正，反应就是非自发的，或吸能反应——它需要被推一把，就像把球推上坡。要紧的是：自发并不意味着快；它只表示该反应在能量上是“下坡”的。

细胞正是依这本账过活的。分解食物是下坡，释放自由能；构建复杂分子是上坡，需要消耗自由能。细胞的诀窍是把两者连起来，让下坡反应释放的能量去支付上坡反应。因此，自由能是那个唯一的概念，让我们能预测一个细胞反应到底能不能发生，以及能否被用来驱动某件有用的事。