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生命是什么

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What Is Life?
Mind and Matter
作者 埃尔温·薛定谔
出版地  英国
语言 英文
类型 大众科学
出版商 剑桥大学出版社
出版日期 1944
媒介 Print
页数 194 pp.
ISBN 0-521-42708-8
OCLC 24503223
杜威分类法 574/.01 20
LC分类法 QH331 .S357 1992

生命是什么》(英语:What Is Life?)是物理学家薛定谔的一本生物学著作,发表于1944年。这本书是根据薛定谔于1943年2月,在都柏林三一学院的公开讲座课程内容。在书中薛定谔介绍了含有配置遗传信息的化学共价键,一种“不规律晶体”的概念。

虽然自1869年以来已知脱氧核糖核酸(DNA)的存在,但在薛定谔讲述当时,DNA的螺旋形状与其在复制过程中的角色,还不明确。而在1950年代,这个概念刺激了其他人对于追寻遗传分子的研究热情。回顾历史,薛定谔对“不规律晶体”的理论性充分推测,可被视为提供了分子生物学家关于遗传物质,应该搜索的方向。共同发现DNA结构的詹姆斯·杜威·沃森弗朗西斯·克里克,均表示他们研究最初的灵感源自本书,并且把描述遗传信息储存机制的前期理论,归功于薛定谔所撰写的此书。

背景

这本书是根据1943年2月都柏林三一学院的讲座课程内容,在1944年出版。该课程虽然预先声明了“该讲座的主题和内容偏于冷门艰深,即使物理学家以最强的数学推导能力,仍难以应用于其上”,仍然吸引了约400名的听众。他的演讲专注于一个重要主题:“某个有机活体内所发生的事件,如何借由物理和化学来解释?”当时仍尚未接受DNA作为遗传信息的载体,其后于1955年才开始了赫雪-蔡司实验。此时统计物理和量子力学是物理学最成功的分支,这些理论本质上也和统计学高度相关。薛定谔是量子力学的奠基人之一。

马克斯·德尔布吕克关于生命物理基础的想法对薛定谔产生了重要影响。在此书发表之前,1946年诺贝尔奖得主的遗传学家赫尔曼·穆勒曾在1922年他的文章《Variation due to Change in the Individual Gene》中,陈述关于遗传分子(当时尚未确认为DNA)的所有基本性质;而薛定谔在1944年此书的〈from first principles〉中,衍生出相同概念(包括这种分子的不规律性)。其实穆勒在1922年的文章《The Gene As The Basis of Life》中已经指出不规律性,而且在1930年代更加详细地说明。此外,穆勒在1960年写给记者的信中提到,关于此书所谓的遗传分子概念早在1944年以前已经出版,而薛定谔的说法只是错误揣测。穆勒也提到有两位著名的遗传学家(包括马克斯·德尔布吕克),熟知1944年以前相关的出版资料,也与薛定谔有连络。但在1944年奥斯瓦尔德·埃弗里最重要的细菌转化实验后,DNA作为遗传分子才变成特定想法。在此之前,蛋白质被认为是最有可能作为所谓遗传分子的角色。

内容

在第一章薛定谔解释,大多数在大尺度上的物理定律源自于小尺度的混沌。他称这个原则为“来自无序的有序”(order-from-disorder)。他提出扩散作用来举例,扩散作用可以当成一个高度有序的过程,但它是由原子或分子的随机运动而引起。如果减少原子的数量,这系统的行为会变得更随机。他指出,生命非常依赖于秩序,因此朴实的物理学家会假设一个有机活体主要的编码,必须由大量原子所组成。

在第二和第三章,他摘要了当时关于遗传机制的已知结果。最重要的,阐述了基因突变在生命演化中扮演的重要角色。他的结论是遗传信息的载体,必须能长时间持续不变而且尺寸要够小,而这样的性质与物理学家的期望是相抵触的;这个矛盾无法以古典物理学说来解释。

在第四章他提到了分子,即使只包含了一些原子但分子的性质确实是稳定的,可作为前两章所述矛盾的解决方案。尽管之前分子就已经被发现了,它们的稳定性也无法由古典物理学解释;而需要量子力学的离散性说明。此外,基因突变可直接和量子穿隧效应联系起来。

他继续在第五章解释,真实也永久的固态是结晶体。分子和晶体具备的稳定性,成因都是相同的原理。分子或可称为“固态的胚芽”。另一方面,没有晶体结构的不定形状固态,应被视为有非常高黏滞度的液体。薛定谔认为不重复自身的遗传物质,应该是某种分子而非晶体。因此他称为不规律的结晶。它的不规律本质能以很少的原子数量,对几乎无限量的可能性进行编码。最后他将以上说明与已知的事实相比较,认为两者是一致的。

薛定谔在第六章说道:

⋯⋯生命物质,并非规避了至今所得知的“物理定律”,而可能是和迄今未知的“物理学的其它定律”有关,一旦发现了其它定律,将形成正如前者科学整体的一部分。

他知道以上叙述容易被误解而试图澄清,主原则“来自有序的无序”所意味的是热力学第二定律:亦即在某个封闭系统(例如宇宙)中,(entropy)只会增加。薛定谔解释说,在一个开放系统中,生命物质会借由原态稳定地保持负熵(今日这个量被称为信息),来迂回规避第二定律达成热平衡的衰减。

在第七章他认为,“来自有序的有序”并非全新的物理学;实际上,这原则更简单且更似合理。大自然遵循这个原则,而有些例外的譬如天体运动和钟表的机械构造,然而那些例外还是会被热和摩擦力影响的。系统机械式或统计上作功的程度或依赖于温度。如果时钟被加热到融化,那功能就停止运行。相反,如果温度接近绝对零度,那么任何系统的行为都会变得越来越机械式。某些系统表现出机械式行为是如此迅速,在室温下的行为就几乎等同绝对零度下的行为。

薛定谔以哲学的思索,决定论自由意志和人类意识的奥秘,来总结本章和本书。他试图“从以下两个前提,我们是否无法得出正确不矛盾的结论,(1)人体功能完全是机械化的,完全遵循自然物理定律;(2)有不容置疑的直接体验表明,我们自由地引控我们的身体,其结果可预测,而且最为关键且重要的是,承担我们选择行为的责任。我认为从这两个事实得出的唯一可能推论就是,‘我’,以最广义来说,所有曾自称或感受‘我’的有意识主体,根据自然定律控制‘原子运动’的人。”

薛定谔反对意识源头随着人体逐渐毁坏的想法,因为他觉得这种想法“不合口味”。他也拒绝多重不朽的灵魂没有身体仍然可以存在的想法,因为他认为意识依旧是高度依赖于人体的。薛定谔写道,要调和这两种前提,

唯一可能的选择是简单地持续著对于意识的直接体验,意识是一种奇异单元而其中有未知的多元;只有一个单元,却似乎有多元的表现,而一系列仅仅是呈现出这一个单元的多面向⋯⋯

他说,意识是多重复数的任何直觉,是幻想的。薛定谔赞同婆罗门的印度教概念,其中每个人的意识只是弥漫在宇宙中,唯一的共同意识的各种表现 - 相当于印度教的概念。薛定谔认为,“......“我”这个人,如果有,那依照自然规律控制了'原子运动' ”不过他也限定了这结论在其“哲学的影响”,“必然主观的”。在最后一段他指出“我”的定义并非是经历体验的收集,而“即在收集它们的帆布之上。”如果催眠师能成功遮闭了所有早期记忆,他写道,就没有个人存在性的损失 - “也将不曾有是”

薛定谔的悖论

在热力学第二定律支配的世界中,所有的孤立系统被预测会趋近于最大无序状态。既然生命接近并保持高度有序的状态,一些人认为,这似乎违反上述的第二定律,隐含有个悖论存在。然而,由于生物圈并不是一个孤立系统,所以该悖论不存在。有机体内部秩序的增加,是以散热到体外而增加周遭环境中的乱度,通过这种付出代价的方式,既遵循了第二定律,生命也能维持高度有序状态,而整个宇宙的乱度是只增无减的。为了增加地球上的复杂性 - 如生命那样 - 则需要自由能。太阳提供了地球上生命所需的自由能。

参见

参考文献

其它参考文献

外部链接

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