用物理學(xué)理解生物學(xué)——讀《生命是什么》有感用物理學(xué)理解生物學(xué)

——讀《生命是什么》有感

我以為能理解薛定諤那只即死又活的貓，就可以理解薛定諤寫(xiě)的書(shū)，可事實(shí)是——我高估了自己。《生命是什么》由奧地利物理學(xué)家薛定諤所著，是20世紀(jì)的偉大科學(xué)經(jīng)典，全書(shū)試圖用熱力學(xué)、量子力學(xué)和化學(xué)理論來(lái)解釋生命的本性。坦白說(shuō)這本書(shū)中部分我沒(méi)看懂，以至于我對(duì)自己看懂的部分也表示懷疑是否真的看懂，只能盡己所能記錄一下自己理解的部分。

一、生命與負(fù)熵

在提及生命前首先先介紹一下負(fù)熵的概念。熵可以度量系統(tǒng)的無(wú)序度，當(dāng)系統(tǒng)趨向與宏觀平衡態(tài)時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)擁有的微觀態(tài)數(shù)最大，而熵也最大，由此可得出熵增原理。而負(fù)熵，顧名思義，在熵前面加上負(fù)號(hào)，用來(lái)度量系統(tǒng)的有序度。

薛定諤提出生物有機(jī)體在吃喝、呼吸時(shí)是一個(gè)攝取“負(fù)熵”的過(guò)程，而又為了不違背熵增原理，生物有機(jī)體又不斷地排放代謝終產(chǎn)物和散發(fā)熱，把熵排放到環(huán)境中，而排放的熵要大于攝取的負(fù)熵，所以滿足熵增原理。動(dòng)物在利用食物時(shí)，排泄出來(lái)的是大大降解了的東西。然而還不是徹底的降解，因?yàn)橹参镞€能利用它。當(dāng)然，對(duì)植物來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)光是負(fù)熵的最有力的供應(yīng)者。

所以生命是“以負(fù)熵為生”，從環(huán)境中抽取“序”來(lái)維持系統(tǒng)的組織。

二、生命與量子力學(xué)

這里量子力學(xué)主要和遺傳物質(zhì)相聯(lián)系。生命中的一個(gè)重要特征就是遺傳變異。這個(gè)特征決定了生命必須擁有一種的遺傳物質(zhì)，它既能夠足夠穩(wěn)定地精確保存其絕大部分的遺傳信息，又能在特殊的環(huán)境下產(chǎn)生變異來(lái)應(yīng)對(duì)變化使生命特征得以延續(xù)。

根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)，可以推出一個(gè)有機(jī)體為了使它的內(nèi)在生命以及它同外部世界的相互作用，都能為精確的定律所描述，它就必須有一個(gè)相當(dāng)巨大的結(jié)構(gòu)。而量子論的最大啟示是在“大自然之書(shū)”中發(fā)現(xiàn)了不連續(xù)特點(diǎn)，并由此提出了能級(jí)的概念。而從一種不連續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N，則稱之為“量子躍遷”。

這種理論恰好可以解釋基因遺傳結(jié)構(gòu)的特征。由振動(dòng)能的偶然漲落所產(chǎn)生的分子某個(gè)部分構(gòu)型的異構(gòu)變化，實(shí)際上是非常罕見(jiàn)的事件，這就很好地解釋了統(tǒng)計(jì)力學(xué)難以解釋的基因結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。而罕見(jiàn)的事件又對(duì)應(yīng)與一次自發(fā)突變。

因此，從量子力學(xué)出發(fā)，我們解釋了關(guān)于突變的最驚人的事實(shí)。

我對(duì)此書(shū)感觸最深的部分是“決定論與自由意志”。推理摘錄如下：1.我身體的功能，像一臺(tái)純粹的機(jī)器一樣，遵循著自然界的定律。2.然而，根據(jù)毋庸置疑的直接經(jīng)驗(yàn)，我總是在指導(dǎo)著身體的運(yùn)動(dòng)，并且能預(yù)見(jiàn)其結(jié)果，這些結(jié)果可能是決定一切的和十分重要的，并且我感到要對(duì)結(jié)果負(fù)起全部責(zé)任。

認(rèn)為，從這兩個(gè)事實(shí)得出的唯一可能的推論是，我——最廣義的我，凡是說(shuō)過(guò)“我”或者感覺(jué)到“我”的每一個(gè)有知覺(jué)的頭腦——就是按照自然界的規(guī)律控制著原子運(yùn)動(dòng)的這個(gè)人，如果有這樣的人的話。也因此在這個(gè)意義上，認(rèn)同基督教術(shù)語(yǔ)“我是萬(wàn)能的上帝”，即自然規(guī)律的直接體現(xiàn)。

在繁瑣無(wú)聊的生活中，需要保持清醒的意識(shí)。時(shí)刻自我感知