第一推动丛书·生命系列：生命是什么 [What is Life] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

内容简介

　　它是为门外汉写的通俗作品，然而事实证明它已成为分子生物诞生和随后DNA发现的激励者和推动者。本书把《生命是什么？》和《意识和物质》合为一卷出版，后者也是他写的散文，文中研究了那些自古以来就使哲学家困惑迷离的问题，和这两篇经典著作放在一块的是薛定谔的自传。通过对他一生的回顾和引人入胜的描述，提供了他从事科学著作的背景材料。

作者简介

　　埃尔温·薛定谔（1887-1961），奥地利物理学家。20世纪的前30年中物理学经历了一次大革命，解决了微观运动的基本规律问题。薛定谔生活在这个时代，1926年他提出了波动力学，是量子力学的标准形式之一。薛定谔因此而获得诺贝尔奖。后来他的兴趣转向生命科学，1943年写的《生命是什么》，为分子生物学的诞生作了概念上的准备。

目录

第一部分 生命是什么
前言
序言
第一章 经典物理学家走近这个主题
1 研究的一般性质和目的
2 统计物理学 结构上的根本差别
3 一个朴素物理学家对这个主题的探讨
4 为什么原子是如此之小
5 有机体的活动需要精确的物理学定律
6 物理学定律是以原子统计力学为根据的，因而只是近似的
7 它们的精确性是以大量原子的介入为基础的第一个例子（顺磁性）
8 第二个例子（布朗行动，扩散）
9 第三个例子（测量准确性的限度）
10 √n律
第二章 遗传机制
1 经典物理学家那些绝非无关紧要的设想是错误的
2 遗传的密码本（染色体）
3 通过细胞分裂（有丝分裂）的个体生长
4 在有丝分裂中每个梁色体是被复制的
5 染色体数减半的细胞分裂（减数分裂）和受精（配子与合）
6 单倍体个体
7 减数分裂的突出性质
8 交换，特性的定位
9 基因的最大尺度
10 小的数量
11 持久性
第三章 突皮
1 “跳跃式”的突变——自然选择的工作场地
2 它们生育同样的后代，即它们是完全地遗传下来了
3 定位，隐性和显性
4 介绍一些术语
5 近亲繁殖的有害效应
6 一般的和历史的陈述
7 突变作为一种罕有事件的必要性
8 X射线诱发的突变
9 第一定律，突变是个单一性事件
10 第二定律，事件的局域性
……
第二部分 意识和物质

精彩书摘

生命是什么

第1章：

经典物理学家走近这个主题

“我思故我在。”

——笛卡儿

研究的一般性质和目的

这本小册子是一位理论物理学家对大约400名听众作的一次公开讲演。虽然一开始我就指出这是一个难懂的题目，即使很少使用物理学家最吓人的武器——数学演绎法，讲演也不可能是很通俗的，可是听众却基本上没减少。其所以如此，并非由于这个题目太简单，以致不必用数学就可以解释明白了，而是因为问题过于复杂，不可能完全用数学语言来表达。讲演至少还有一个特点，它还较为通俗，讲演者试图把那些介于生物学和物理学之间的基本概念，既向物理学家也向生物学家讲清楚。

尽管实际上涉及的问题是多方面的，但我的任务只限于讲一个想法——对一个重大问题做一点小小的评论。为了不迷失我们的方向，先把计划简要地勾画出来也许是有用的。

这个讨论得很多的重大问题是：

一个生命有机体的范围内在空间和时间中发生的事件，如何用物理学和化学来解释？

这本小册子力求阐明和获得的初步答案概括为：

今天的物理学和化学在解释这些事件时显出的无能，绝不应成为怀疑它们原则上可以用这些学科来诠释的理由。

统计物理学　结构上的根本差别

如果说，只是为了对那些过去没有做成功的事重新激发起希望，那么上述这个注释就显得过于平淡了。更为积极的意义在于我们想说明，物理学和化学的这种迄今为止的无能为力是经过充分论证了的。

今天，由于生物学家，主要是遗传学家近三四十年来的创造性工作，关于有机体真实的物质结构及其功能的了解已经足以精确地说明，现代物理学和化学为什么还不能解释生命有机体范围内在空间和时间中所发生的事件。

一个有机体的最具活性部分的原子排列及其相互作用方式，和迄今所有的物理学家和化学家作为实验和理论研究对象的所有其他的原子排列是根本不同的。除了深信物理学和化学的定律始终是统计力学性质的那些物理学家外，其他人会把我所说的这种根本差别看成是无足轻重且容易发生的。1这是因为认为生命有机体的活性部分的结构非常特别，和物理学家或化学家在实验室里用体力或在书桌边用脑力所处理的任何物质完全不同，这种看法同统计力学的观点有关系。2既然生命有机体的活性部分具有如此特异的结构，要把物理学家或化学家曾经发现的定律和规则直接应用到这种系统的行为上去，而这个系统却又不具有作为这些定律和规则的基础的结构——要能直接应用，这几乎是难以想象的。

不能指望非物理学家能理解我刚才用那么抽象的词句所表达的“统计力学结构”中的精确含义，更不必说去鉴别这些含义之间的关系了。为了让叙述增添一点声色，我先把后面要详细说明的内容提前讲一下：一个活细胞的最重要的部分——染色体纤丝——可以颇为恰当地称为非周期性晶体。迄今为止，在物理学中我们碰到的只是周期性晶体。对于一位并不高明的物理学家来说，周期性晶体已是十分有趣而复杂的东西了；它们构成了最有吸引力和最复杂的一种物质结构，由于这些结构，无生命的自然界已经使物理学家费尽心思了。可是，它们同非周期性晶体相比，还是相当简单而平庸的。两者之间结构上的差别，就好比一张是重复同一花纹的糊墙纸；另一幅则是堪称杰作的刺绣，比如说，一条拉斐尔3花毡，它显示的并不是单调的令人讨厌的重复，而是那位大师精致的、有条理的、富含意义的设计。

把周期性晶体称为最复杂的研究对象之一，当然是对专门的物理学家而言。实际上，有机化学家在研究越来越复杂的分子时，已经非常接近“非周期性晶体”了，我认为其实那就是生命的物质载体。因此，有机化学家对生命问题已做出了重大贡献，而物理学家却几乎毫无建树，也就一点也不奇怪了。

一个朴素物理学家对这个主题的探讨

在简要地说明了研究工作的基本观点——或者不如说是最终的视角——以后，让我来描述一下如何走近这个主题。

首先我打算解释一下什么是“一个朴素物理学家关于有机体的观点”。这里我是指一位物理学家可能会想到的那些观点。这位物理学家在学习了物理学，特别是物理学的统计力学基础以后，开始思考有机体的活动和功能的方式。他忖量自问：根据学到的知识，根据比较简明的基本的科学观点，能否对这个问题做出一些适当的解释呢？

他发现是能够做出解释的。下一步他就把理论预见和生物学事实作比较。比较结果说明了他的观点大体上是合理的，但需要做一些修正。如此下去，他就逐渐接近于正确的观点，或者谦虚点说，接近于自己认为正确的观点。

即使在此我是正确的，我也不知道这条探索途径是否真正是最好的和最简单的。不过，这毕竟是我的途径。这位“朴素物理学家”就是我自己。除了这一条曲折的道路外，我找不到通往这个目标的更好的更清晰的方法。

为什么原子是如此之小

阐明“朴素物理学家的观点”的一个好方法是从这个可笑的、有点滑稽的问题开始的：为什么原子是如此之小？首先，它们确实是很小的。日常生活中的每一小块物质都含有大量的原子。为了让听众理解这一点，可以有许多例子，但没有比开尔文勋爵1所引用的例子更能给人以深刻的印象：假定给一杯水中的分子一个一个做上标记，再把这杯水倒进海洋，然后彻底搅拌，使得有标记的分子均匀地分布在全世界的七大洋中；如果你从海洋中任一处舀出一杯水来，将发现这杯水中大约有100个已标记的分子。2

原子的实际大小约在黄色光波长的1／5 000到1／2 000之间。3这个比较的意义在于，波长粗略地指出了在显微镜下仍能辨认的最小微粒的大小。就拿这么小的、尺度为黄色波长的微粒来说，它的体积中还含有几十亿个原子。

那么，为什么原子是如此之小呢？

这个问题显然不能光从表面来回答。因为问题的真正目的并不在于原子的大小。它关心的是有机体的大小，特别是我们自己身体的大小。当我们以日常的长度单位，比如码（1码约为0.9144米）或米作为量度时，原子确实是很小的。在原子物理学中，人们通常用埃（简写为.）的单位来度量，这是1米的百亿分之一，或以十进位小数计算则是0.0000000001米。原子的直径在1～2埃的范围内。日常单位同我们身体的大小是密切相关的。有一个故事说，码是起源于一个英国国王的幽默故事。他的大臣问他采用什么单位，他就把手臂向旁边一伸说：“取我胸部中央到手指尖的距离就行了。”不管这个故事是真是假，对我们来说它的意义在于：这个国王很自然地提出一个可以同自己的身体相比拟的长度，他知道用其他任何东西做单位都是不方便的。不管物理学家怎样偏爱“埃”这个单位，但当他做一件新衣服时，还是喜欢别人告诉他新衣需用六码半（约为5.9436米）花呢，而不是650亿埃的花呢。

所以，我们提出的问题的真正目的在于两种长度——我们身体的长度和原子的长度——的比例。考虑到原子作为一种独立存在的特殊重要性，问题应该反过来提：同原子相比，我们的身体为什么一定要这么大？

我能够想象到，许多聪明的物理学和化学系的学生会对下列事实感到多么遗憾。我们的每一个感官构成了身体上多少有点重要的部分，然而从上述比例来看，它们却是由无数原子组成的，对于感受单个原子的碰撞来说，它们显然是过于粗糙、太不灵敏了。单个原子我们是看不见、摸不着也听不到的。假说中的原子远远不同于我们粗大迟钝的感官所直接发现的东西，而且也不能通过直接观察来检验这些原子。

一定是那样的吗？有没有内在的原因可以解释呢？为了确认并理解为什么感官和大自然的规律性如此不相适应，我们能由此追溯到某种第一原理吗？

这是物理学家能够完全搞清楚的一个问题。对上面提问的回答都是肯定的。

有机体的活动需要精确的物理学定律

如果生物有机体的感官不那么迟钝，而是能敏锐地感觉到单个原子，或者少数几个原子就能在我们的感官上产生知觉印象——天哪，生命将像个什么样子呢？我要着重指出：可以肯定地说，一个那种样子的有机体是绝不可能发育出有序的思维的，而正是这种有序的思维在经历了漫长的时期和阶段后，才终于形成了原子的观念和许多其他的观念。

尽管我们只选择了感官来谈，下面的考虑对于大脑和感觉系统以外的各个器官的功能也是适用的。然而对我们自身来说，惟一具有特殊兴趣的事件还是：我们在感觉、思维和知觉。对于产生思想和感觉的生理过程来说，除了大脑和感觉系统以外，其他所有器官的功能只是起辅助作用，假如不是从纯客观的生物学观点来看问题，至少从我们人类的观点来看是如此的。而且，这将大大有利于我们去挑选那种和人类认识紧密伴随着的过程来进行研究，尽管我们对这种紧密伴随的平行性质一无所知。其实，我认为那已经超出了自然科学范围之外，而且也许是完全超出了人类理性之外。

让我们回过来讨论下述问题：像人类的大脑这样的器官以及附属于它的感觉系统，为什么必须由大量的原子来构成，才能使其变化着的物理状态密切地对应于高度发展的思想？大脑作为一个整体，以及它的直接同环境相互作用的某些外围部分，和一台精巧而灵敏的足以反应并记录来自外界的单个原子的碰撞的机器相比，为什么它们是不相同的呢？

有两个理由，第一，我们所说的思想本身是一个有秩序的东西；第二，它只能置于具有一定有序性的资料，即知觉或经验之上。这有两个结果：第一，同思想紧密对应的躯体组织（如紧密对应于我的思想的头脑）一定是十分有秩序的组织，在它内部发生的事件必须遵循严格的物理学定律，并且有高度的准确性；第二，外界其他物体对于这个具有良好组织的物理系统所产生的身体上的响应，显然和相应思想的知觉和经验相对应，构成了我所说的思想的资料。因此一般说来，这个系统和外界之间的物理学相互作用具有某种程度的物理学秩序，就是说，它们也必须遵循严格的物理学定律并达到一定程度的准确性。

物理学定律是以原子统计力学为根据的，因而只是近似的

仅由少量原子构成的对于一个或几个原子的碰撞就已经敏感的有机体，为什么不能实现上述目的呢？

因为我们知道，所有的原子每时每刻都在进行着毫无秩序的热运动。这种混乱的运动抵消了它们的有秩序的行动，使得发生在少量原子之间的事件不能有规律地表现出来。只有在无数原子的合作中，统计学定律才开始影响和控制这些集合体（系统）的行为，它的精确性随着系统包含的原子数目的增加而增加。观测到的事件就是通过这样的途径获得了真正有序的特性。现已知道，在有机体的生命过程中起重要作用的所有物理学和化学的定律都是这种统计性的定律；人们所能设想的任何其他类型的规律性和秩序性，总是被原子的不停的热运动所扰乱，或是被搞得不起作用。

它们的精确性是以大量原子的介入为基础的第一个例子（顺磁性）

我想用几个例子来说明这一点。这是从许多例子中随便挑出的几个，对于初次了解自然界状况的读者来说，不一定正好就是他最满意的例子。这里所说的自然界状况在现代物理学和化学中是最基本的概念，就像生物学中的有机体是细胞组成的，或天文学中的牛顿定律，甚至像数学中的整数序列1，2，3，4，5，…等基本事实一样。不应该期望一个十足的外行读了下面几页就能充分理解和领会这个问题。这个问题是同路德维希·玻耳兹曼1和威拉德·吉布斯2的光辉名字联在一起的，在教科书中称之为“统计热力学”。

如果在一个长方形石英管里充氧，并把它放入磁场，你会发现气体被磁化了。1这种磁化是由于氧分子是一些小的磁体，它们像罗盘针似地有着使自己与磁场平行的趋向（图1）。可是你别认为它们全部转向了与磁场平行的单一方向。因为如果你把磁场加倍，氧气中的磁化作用也会加倍，更多的氧分子磁体趋向于这个方向。磁化作用随着你作用的场强而增加，这种正比例关系可以保持到极高的场强。

前言/序言

前言

罗杰·彭罗斯

1991年8月8日

在1950年初，当我还是一名学数学的年轻学生时，我读的书并不是很多，但我还是读了一些埃尔温·薛定谔的论著，至少是读完了这本书。我总是发现他的著作很吸引人，包含令人兴奋的新发现，能使我们对生活其间的这个神秘世界获得一些真正的新了解。在他的论著中，没有比他的短篇名著《生命是什么》更具有上述典型特征的了。我认识到这本书一定会跻身于本世纪最有影响的科学著作之列。它代表了一个物理学家力图理解一些真正的生命之谜的有力尝试，这位物理学家的深刻洞察力在很大程度上已经改变了人们对世界组成的理解。尽管这本书所涉及的交叉科学内涵之广博在当时是罕见的，但对于非专业读者和希望成为科学家的年轻人来说，它的笔触又是那样亲切、轻松和谦虚。的确，很多在生物学领域做出过重要贡献的科学家（如霍尔丹和克里克），都承认受到过这位具有高度独创性和缜密思维的物理学家在本书中提出的诸多观念的影响，尽管他们并不总是完全同意他的观点。

正如许多对人类思维有较大影响的著作一样，它提出了一系列一旦被掌握，其真实性就显而易见的论点；然而令人不安的是这些观点至今仍被大部分人所忽视，虽然他们本应对此有更深入的了解。例如，我们不是经常听到“量子效应与生物学研究没有多大关系”，或者“我们吃东西是为了获取能量”这样的议论吗？这说明了薛定谔在《生命是什么》一书中所论述的内容直至今日仍然适用。它确实值得一读再读。

序言

E·薛定谔

1944年9月

都柏林

人们普遍认为，科学家总是对某一学科具有广博深邃的第一手知识的，因而他不会就并不精通的论题去著书立说的。这就是所谓的尊贵者负重任。可是，为了目前这本书的写作，我恳请放弃任何尊贵——如果有的话，从而也免去随之而来的重任。我的理由是：

我们从先辈那里继承了对于统一的、无所不包的知识的强烈渴望。最高学府（大学，大学一词在英文中和普遍性同字根）这个名称使我们想起了从古到今多少世纪以来，只有普遍性才是惟一可打满分的。可是近100多年来，知识的各种分支在广度和深度上的扩展使我们陷入了一种奇异的两难境地。我们清楚地感到，一方面我们现在还只是刚刚开始在获得某些可靠的资料，试图把所有已知的知识综合成为一个统一的整体；可是，另一方面，一个人想要驾御比一个狭小的专门领域再多一点的知识，也已经是几乎不可能的了。

除非我们中有些人敢于去着手总结那些事实和理论，即使其中有的是属于第二手的和不完备的知识，而且还敢于去冒把自己看成蠢人的风险，除此之外，我看不到再有摆脱这种两难境地的其他办法了。要么，我们的真正目的永远不可能达到。

这就是我的意见。

语言的障碍和困难是不能忽视的。一个人的本民族语言就像一件合体的外衣，可是当它不在身边而不得不另找一件来代替时，此人是绝不会感到很舒服的。我要感谢因克斯特博士（都柏林三一学院）、巴德赖格·布朗博士（梅鲁圣巴里克学院）；最后，我还要感谢S·C·罗伯茨先生。几位朋友费了很大力气使新外衣适合我的身材；而我有时不肯放弃自己设计的式样，还给他们增加了不少新麻烦。当然，如果书中还残留一些独创式样的不妥，那责任在我而不在他们。

很多节的标题本是作为页边的摘要写上去的，每一章的正文应该前后连贯地读下去。

自由的人绝少思虑到死；他的智慧，不是死的默念，而是生的沉思。

——斯宾诺莎《伦理学》第四部分，命题67

这本书通俗易懂，是孩子阅读的良师

不看书会傻不看书会傻不看书会傻

书很旧。

服务好，及时，无误。

京东越来越差了四本书三本没包装，看起来挺旧的

不过很不错啦，质量好，细节也不错

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第一推动系列的都很不错