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生命是什么

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What Is Life?
Mind and Matter

Title pages of 1948 edition
作者 埃爾溫·薛丁格
出版地 United Kingdom
語言 English
類型 Popular science
出版商 Cambridge University Press
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。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?”

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 DNA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。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]