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生命是什么

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What Is Life?
Mind and Matter

1948年版的標題頁
作者 埃爾溫·薛丁格
出版地  英國
語言 英文
類型 大眾科學
出版商 劍橋大學出版社
出版日期 1944
媒介 Print
頁數 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,發表於1944年。這本書是根據薛丁格於1943年2月,在都柏林三一學院的公開講座課程內容。在書中薛丁格介紹了含有配置遺傳信息的化學共價鍵,一種“不規律晶體”的概念。

雖然自1869年以來已知脫氧核醣核酸的存在,但在薛丁格講述當時,DNA的螺旋形狀與其在複製過程中的角色,還不明確。而在1950年代,這個概念刺激了其他人對於追尋遺傳分子的研究熱情。回顧歷史,薛丁格對“不規律晶體”的理論性充分推測,可被視為提供了分子生物學家關於遺傳物質,應該搜索的方向。共同發現DNA結構的詹姆斯·杜威·沃森(James D. Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick),均表示他們研究最初的靈感源自本書,並且把描述遺傳信息儲存機制的前期理論,歸功於薛丁格所撰寫的此書。

背景[编辑]

這本書是根據1943年2月都柏林三一學院的講座課程內容,在1944年出版。該課程雖然預先聲明了“該講座的主題和內容偏於冷門艱深,即使物理學家以最強的數學推導能力,仍難以應用於其上”,仍然吸引了約400名的聽眾。他的演講專注於一個重要主題:“某個有機活體內所發生的事件,如何藉由物理和化學來解釋?”當時仍尚未接受DNA作為遺傳信息的載體,其後於1955年才開始了赫雪-蔡司實驗(Hershey–Chase)。此時統計物理和量子力學是物理學最成功的分支,這些理論本質上也和統計學高度相關。薛丁格是量子力學的奠基人之一。

馬克斯·德爾布呂克(德语Max Ludwig Henning Delbrück)關於生命物理基礎的想法對薛丁格產生了重要影響。在此書發表之前,1946年諾貝爾獎得主的遺傳學家赫爾曼·穆勒(Hermann Joseph Muller)曾在1922年他的文章 "Variation due to Change in the Individual Gene" 中,已經陳述了關於遺傳分子(當時尚未確認為 DNA)的所有基本性質;而薛丁格在1944年此書的 "from first principles" 中,衍生出相同概念(包括這種分子的不規律性)。其實穆勒在1922年的文章 "The Gene As The Basis of Life" 中已經指出不規律性,而且在 1930年代更加詳細地說明。此外,穆勒在1960年寫給記者的信中提到,關於此書所謂的遺傳分子概念早在1944年以前已經出版,而薛丁格的說法只是錯誤揣測。穆勒也提到有兩位著名的遺傳學家(包括馬克斯·德爾布呂克),熟知1944年以前相關的出版資料,也與薛丁格有連絡。但在1944年奥斯瓦尔德·埃弗里(Oswald Theodore Avery)最重要的細菌轉化實驗後,DNA 作為遺傳分子才變成特定想法。與其之前最有可能作為所謂遺傳分子的角色,被認為是蛋白質

內容[编辑]

在第一章薛丁格解釋,大多數在大尺度上的物理定律源自於小尺度的混沌。他稱這個原則為“有序-從中-無序”(order-from-disorder)。他提出擴散作用來舉例,擴散作用可以當成一個高度有序的過程,但它是由原子或分子的隨機運動而引起。如果減少原子的數量,這系統的行為會變得更隨機。他指出,生命非常依賴於秩序,因此樸實的物理學家會假設一個有機活體主要的編碼,必須由大量原子所組成。

在第二和第三章,他摘要了當時關於遺傳機制的已知結果。最重要的,闡述了基因突變在生命演化中扮演的重要角色。他的結論是遺傳信息的載體,必須能長時間持續不變而且尺寸要夠小,而這樣的性質與物理學家的期望是相牴觸的;這個矛盾無法以古典物理學說來解釋。

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質確實是穩定的,可作為前兩章所述矛盾的解決方案。儘管之前分子就已經被發現了,它們的穩定性也無法由古典物理學解釋;而需要量子力學的離散性說明。此外,基因突變可直接和量子穿隧效應聯繫起來。他繼續在第五章解釋,真實也永久的固態是結晶體。分子和晶體具備的穩定性,成因都是相同的原理。分子或可稱為“固態的胚芽”。另一方面,沒有晶體結構的不定形狀固態,應被視為有非常高黏滯度的液體。薛丁格認為遺傳物質是某種類的分子,它並不像無法複製本身的結晶體。因此他稱為不規律的結晶。它的不規律本質能以很少的原子數量,對幾乎無限量的可能性進行編碼。最後他將以上說明與已知的事實相比較,認為兩者是一致的。

薛丁格在第六章述說了: ......生命物質,並非規避了至今所得知的“物理定律”,而可能是和迄今未知的“物理學的其它定律”有關,一旦發現了其它定律,將形成正如前者科學整體的一部分。

他知道以上敘述容易被誤解而試圖澄清,主原則“有序-從中-無序”所意味的是熱力學第二定律:亦即在某個封閉系統(例如宇宙)中,(entropy)只會增加。薛丁格解釋說,在一個開放系統中,生命物質會藉由原態穩定地保持負熵(今日這個量被稱為信息),來迂迴規避第二定律達成熱平衡的衰減。

在第七章他認為,“有序-從中-無序”絕非新的物理學;實際上,這原則更簡單且更似合理。大自然遵循這個原則,而有些例外的譬如天體運動和鐘錶的機械構造,然而那些例外還是會被熱和摩擦力影響的。系統機械式作功的程度或根據於統計上的溫度。如果時鐘被加熱到融化了,那功能就停止運行。相反,如果溫度接近絕對零度,那麼任何系統的行為都會變得越來越機械式。某些系統,在室溫下會迅速地表現出,幾乎等同絕對零度下的機械式行為。

薛丁格以哲學的思索,決定論自由意志和人類意識的奧秘,來總結本章和本書。他相信他必須調和兩種前提:(1)人體完全遵循量子力學,除了在量子尺度上,扮演增加隨機性的角色,量子的不確定性並沒有其它重要的作用; (2)有“不容置疑的直接體驗”,我們自由地引控我們的身體,其結果可預測,而且承擔我們選擇行為的責任。薛丁格反對意識源頭隨著人體逐漸毀壞的想法,因為他覺得這種想法“不合口味”。他也拒絕多重不朽的靈魂沒有身體仍然可以存在的想法,因為他認為意識依舊是高度依賴於人體的。薛丁格寫道,要調和這兩種前提,唯一可能的選擇是簡單地持續著對於意識的直接體驗,意識是一種奇異單元而其中有未知的多元; 只有一個單元,卻似乎有多元的表現,而一系列僅僅是呈現出這一個單元的多面向...

他說,意識是多重複數的任何直覺,是幻想的。薛丁格贊同婆羅門的印度教概念,其中每個人的意識只是瀰漫在宇宙中,唯一的共同意識的各種表現 - 相當於印度教的概念。薛丁格認為,“......“我”這個人,如果有,那依照自然規律控制了'原子運動' ”不過他也限定了這結論在其“哲學的影響”,“必然主觀的”。在最後一段他指出“我”的定義並非是經歷體驗的收集,而“即在收集它們的帆布之上。”如果催眠師能成功遮閉了所有早期記憶,他寫道,就沒有個人存在性的損失 - “也將不曾有是”

薛丁格的悖論[编辑]

在熱力學第二定律支配的世界中,所有的孤立系統被預測會趨近於最大無序狀態。既然生命接近並保持高度有序的狀態,一些人認為,這似乎違反上述的第二定律,隱含有個悖論存在。然而,由於生物圈並不是一個孤立系統,所以該悖論不存在。有機體內部秩序的增加,是以散熱到體外而增加周遭環境中的亂度,通過這種付出代價的方式,既遵循了第二定律,生命也能維持高度有序狀態,而整個宇宙的亂度是只增無減的。為了增加地球上的複雜性 - 如生命那樣 - 則需要自由能。太陽提供了地球上生命所需的自由能。

參見[编辑]

參考文獻[编辑]

其它參考文獻[编辑]

外部連結[编辑]