编辑推荐
适读人群 :大众  北京大学、清华大学、香港大学指定必读! 
  台湾物理学会*佳百本物理科普书! 
  物理学与生物学交会地带的经典巨著! 
  生命是什么?无机物是如何构筑生命与心智? 
  在本书中,以“薛定谔的猫”完美诠释量子力学中测不准定理的物理学大师薛定谔,从物理学领域探究“生命是什么”这一问题,试图回答生命运作之物理机制—— 
  生命是由复杂的长链有机质所构成,然而,这长链有机物又如何才能够运作? 
  门德尔所提出的遗传学说背后的物理原理是什么? 
  生命是以物理定律为基础吗? 
  物质的运作是如何引发意识? 
  意识又奠基于何者而存在? 
  …… 
  《科学人》杂志说:“你可以在几个小时内读完本书,但你一辈子也不会遗忘。” 
内容简介
生命是什么?意识是什么?人是什么?人类的未来会怎样……
这是一部石破天惊的书,它奏响了揭示生命进化里遗传微观奥秘的先声。现代生物学的许多重要发展,都可追溯到这本书:
1943年,诺贝尔物理学奖获得者埃尔温?薛定谔在都柏林圣三一学院做了一个系列演讲,旨在探讨生命的物质基础,并集结成书。一个叫沃森的年轻人看到这本书,深受启发,决定改变自己的研究方向,1962年,他获得了诺贝尔生理或医学奖。这本书,就是《生命是什么》。1991年,与霍金齐名的英国物理学家彭罗斯读到此书后说:这本书“确实值得一读再读”。
1956年,薛定谔在剑桥三一学院做了另一个系列演讲,讨论意识的物质基础、心智是否有进化的趋势、科学与宗教、感官之谜等问题,后集结成《意识和物质》一书。迄今为止,书中讨论的观点,仍启发着国内外一流的思想家、生物学家……
在这本讲义中,从《生命是什么》开始,深入《意识与物质》,后,在《自传》中,跟随薛定谔的步伐,你将走进一个崭新而迷人的世界。
作者简介
埃尔温·薛定谔(Erwin Schr?dinger)
奥地利物理学家,1887年出生于维也纳。以研究量子理论闻名,并以著名的波动方程式开创了波动力学,因而获得1933年诺贝尔物理学奖。1961年1月4日,因患病逝于维也纳,他的墓碑上刻着以他命名的。
目录
自序 
一部分 生命是什么 
一章 经典物理学家对生命问题的探讨  003 
第二章 遗传机制  021 
第三章 突变  037 
第四章 量子力学的论据  053 
第五章 对德尔勃吕克模型的讨论和检验  065 
第六章 有序,无序和熵  079 
第七章 生命是以物理学定律为基础的吗  091 
后记 决定论与自由意志  103 
第二部分 意识与物质 
一章 意识的物质基础  111 
第二章 认知未来  123 
第三章 客观性原则  141 
第四章 算术诡论:意识的单一性  155 
第五章 科学与宗教  169 
第六章 感知的奥秘  185 
第三部分 自传 
精彩书摘
  1.研究的一般性质和目的 
  这本小册子起源于一位物理学家的一系列公开演讲,聆听演讲的观众约有400人,演讲人在演讲开始就指出所讲的主题复杂难懂,尽管几乎没有使用数学演绎法这吓人的武器,可也远未达到通俗易懂的程度,但是听众人数丝毫没有因此而减少。并不是因为这个论题简单得可以不用数学来说明,相反,正是因为论题太过复杂,即使用数学演绎也很难阐述得清楚明了。演讲受到观众欢迎的另一方面原因是,演讲者试图将那些介于物理学和生物学之间的基本概念同时向物理学家和生物学家讲清楚。 
  尽管演讲内容涉及了形式各样的主题,目的却只有一个——对一个重大问题发表一些小小看法。为了避免读者迷失方向,先简要地勾勒出整个演讲计划很有必要。 
  这个久经讨论的重大问题就是: 
  怎样用物理或化学的方法,解释有机生命体内空间和时间上的各种现象? 
  本书力求阐述和确定的初步答案可概括为: 
  现阶段物理学和化学在解释上述事件中暴露出的局限性,不能成为否定物理学和化学终能够诠释这一切的理由。 
  2.统计物理学·结构上的根本差别 
  如果说仅仅是为了重新燃起对过去无能为力的事的希望,这个注解未免过于平庸了。更高层的意义在于,我们试图解释为何迄今为止物理学和化学仍无法诠释上述问题。 
  基于生物学家,尤其是遗传学家在过去三四十年的创造性工作,人们已揭开了有机体的真实物质结构和功能的神秘面纱。目前对这方面的认知已经足以精确地说明,现代物理学和化学为什么仍不能解释发生在有机生命体内的种种现象。 
  从根本上说,有机生命体中大部分的原子排列及其相互作用方式,和迄今为止物理学、化学理论,实验研究的原子排列方式存在本质差异。这样的本质差异在一般人看来似乎无足轻重,除了那些认为物理和化学定律都是统计力学性质的物理学家[ 这种说法可能显得过于笼统,对这个问题将在本书第七章的7、8节中详细讨论。 
  ]。这是因为正是基于统计力学的观点,认为有机生命体内的绝大部分结构非常特殊,完全不同于物理学家和化学家在实验室里处理的或是他们脑子里所思考的任何一种物质结构[ F.G.道南在两篇极富启发性的文章中表达了这个观点。见Scientia,1918年,24卷,78期,第10页,《物理化学能否恰当地描述生物学现象》;1929年斯密斯学院报告,第309页,《生命的秘密》。 
  ]。要使得物理学家和化学家发现的规律和定则能直接应用在有机生命体的活性部分如此特殊的结构上,这几乎是天方夜谭。 
  不能指望非物理学家能够大概了解我刚才所说的抽象词汇“统计力学结构”中蕴含的差异性,更不必说准确理解其真正内涵。为了丰富叙述的色彩,我先提前说一下后面还将详细说明的内容:活体细胞中重要的组成部分——染色体纤丝,可以恰当地称其为非周期型晶体。迄今为止,物理学中所研究的物质仅限于周期性晶体。在一个不是很高明的物理学家眼中,周期性晶体已经是非常有趣和复杂的东西了,它们构成了具吸引力而又复杂的物质结构,由这些复杂结构组成的无机世界已经足以让物理学家伤透脑筋了。然而,它们和非周期性晶体结构相比,却显得异常简单。两者在结构上的差异,好比一张是不断重复同样花纹的壁纸,而另一张是一幅拉斐尔挂毯般精美的刺绣。后者展现的是一位杰出大师的精致、协调和富含创意的设计,而不止是一味的单调重复。 
  我们说周期性晶体已是物理学家为复杂的研究对象之一,但是,随着有机化学家研究的分子结构越来越复杂,事实上他们已经非常接近“非周期性晶体”了。在我看来,生命的物质载体就是非周期性晶体。自然地,在生命问题的研究领域,有机化学家已经取得很大成果,而物理学家仍毫无建树也就不奇怪了。 
  3.朴素物理学家的探索方式 
  在简要阐述了我们研究的基本观点,或者说终落脚点以后,我再说明一下如何展开我们的研究。 
  让我们以“一位朴素物理学家对于有机体的观点”即一位物理学家对有机体可能持有的观点开始。他在学习了物理学,尤其是掌握了统计力学的基础后,开始思考有机生命体的活动和功能的方式。他独自思量:能否用物理学中的简明而朴素的科学观点,对生命问题做出合理解释? 
  他觉得答案是肯定的,下一步需要将理论预测结果和生物学事实做比较。比较的结果说明他的整体思路是对的,但需要做一些调整。如此一来,他就离正确的观点更近一步了,或谦虚地说,更接近了他认为正确的观点。 
  即使这是一条正确的途径,但我并不能确定这是否就是一条好、简洁的探索途径。但是,这终究就是我自己走过的路。我就是这位“朴素的物理学家”,为了通往这个目标,除了这样一条曲折之路外,我找不到其他更加清晰、便捷的方法。 
  4.为什么原子这么小 
  论述“朴素的物理学家的观点”的一个好方法是从一个滑稽、近乎荒唐的问题开始:为什么原子这么小? 
  事实上,原子的确非常之小。我们日常接触的所有物质里每一小块中都包含了数量超乎想象的原子。可以举出许多例子让听众理解这点,但没有哪个能比开尔文勋爵所引用的例子更让人印象深刻:假设给一杯水里的每个分子做上标记,然后将这杯水倒入大海,并充分搅拌,使得世界七大洋中都均匀分布有杯中标记的分子;接着如果从七大洋中任何一处舀出一杯水,将会发现这杯水中大约有100个被标记的分子[ 现在,一般认为原子没有确切的边界,因此,事实上原子的大小不是一个含义十分明确的概念。多采用固体或液体中两原子的原子核间距来表示它(或者替代它),但是,不能用气体中的原子核间距表示,因为常温常压下,气体中这个间距几乎大了10倍。 
  ]。 
  原子的实际尺寸约为黄光波长的1/5 000到1/2 000。这样的比较意义在于,我们可以用光波波长粗略地表示显微镜能分辨的小微粒尺度。就拿这么小尺寸的微粒来说,这样的体积中仍然包含了10亿个原子。 
  那么,原子为什么这么小呢? 
  这个问题并不能简单地从字面意思思考,问题真正关心的并不是原子的大小,而是有机体的大小,特别是我们人类自己躯体的大小。当我们以常用的长度单位作参照时,比如米或码(1码约为0.914 4米),原子尺度确实很小。在原子物理学领域,通常使用埃作为长度度量,1埃是1米的一百亿分之一,用十进制小数表示为0.000 000 000 1米,而原子的直径为1—2埃。日常使用的长度单位和我们的身体尺寸总是密切联系的,比如说,码这个长度单位就起源于一位英国国王的幽默故事:当大臣请示他采用什么作度量单位时,他顺势抬起自己的一只手臂说道:“取我胸部中间到指尖的距离就可以了。”且不论这个故事是真是假,它给我们的启示在于:这个国王很自然地提出将和自己身体的尺寸相比拟的长度作为长度单位,是因为他明白使用其他尺度的长度都不如这样方便。无论物理学家多么偏爱使用“埃”作长度单位,他还是更愿意听见做一件新衣裳需要6码半花呢布,而不是650亿埃花呢布。 
  因此,我们提出这个问题的真正目的在于确定我们的身体尺度和原子尺度两种长度的比例。考虑到原子本身作为一种独立性的客观存在,把问题换种提法或许更为合适:和原子的尺度相比,我们的身体为什么这么大呢? 
  对于许多聪敏的物理系和化学系的学生来说,有这样一个事实会让他们感觉非常可惜:构成我们身体各部分的不同器官,根据前述说的比例,它们都是由无数分子构成,显然对于感受单个分子的碰撞来说它们显得太过粗糙了。对于原子,我们既看不见也摸不着更听不见,导致我们很多对原子的假设和我们庞大而粗糙的感官的直接感受相去甚远,无奈我们也无法通过直接观察来检验这些原子。 
  有没有什么内在的原因可以解释它呢?能否追溯到某条一原理,来解释我们的感官为何如此不适应大自然的规律性呢? 
  终于遇见了物理学家能完全解决的问题了,对于上面的这些问题,答案都是肯定的。 
  …… 
				
 
				
				
					《生命的奥秘:从量子视角洞悉生命演进的史诗》  导言:一场颠覆认知的科学探索之旅  在浩瀚的宇宙尺度下,生命现象的出现似乎是那般微不足道,又显得如此独树一帜。从最微小的细胞到庞大复杂的生物体,生命以其令人惊叹的秩序、活力和适应性,不断挑战着我们对物质世界和宇宙规律的理解。几个世纪以来,科学家们孜孜不倦地探索着生命的本质,试图揭示其从何而来,又将往何处去。化学、生物学、物理学等学科的融合与发展,为我们理解生命提供了越来越精密的工具和深刻的视角。然而,当我们试图将生命机制还原到最基本的物质构成和运动规律时,一个更加深邃、更加令人着迷的领域展现在我们面前——量子力学。  本书将带领读者踏上一段前所未有的科学探索之旅,从一个革命性的角度——量子物理学的视角——来审视和解读生命现象。我们不再将生命视为独立于物理规律的神秘存在,而是将其视为自然界中最精妙、最复杂的量子系统之一。我们将穿越时空的界限,追溯生命起源的量子级密码,深入剖析生命体内部发生的那些看似微观却至关重要的量子过程,并展望量子理论如何引领我们理解更深层次的生命演化奥秘。  第一章:量子之约——生命诞生前的宇宙低语  生命的出现并非偶然,它深刻地根植于宇宙演化的宏大进程之中。在本章中,我们将回顾宇宙的诞生,从大爆炸的奇点出发,描绘恒星的形成与死亡,以及元素周期表的演进。我们将重点关注那些构成生命基石的元素——碳、氢、氧、氮等——如何在恒星核聚变的熔炉中被锻造出来,又如何通过超新星爆发散播到宇宙空间。  但构成生命所需的不仅仅是原子,还需要它们以特定的方式结合。我们将探讨早期地球环境的量子特性,例如宇宙射线、紫外线辐射等对有机分子形成的潜在影响。我们将深入研究一些前沿的量子化学理论,解释在早期地球条件下,简单的无机分子如何通过量子隧穿效应、光化学反应等过程,在特定能量环境下,跨越能量壁垒,自发地形成更复杂的有机分子,例如氨基酸、核苷酸等。这些构成生命“积木”的出现,正是量子世界为生命上演的序曲。  第二章:生命细胞的量子舞台——微观粒子的协同舞蹈  一旦生命诞生,其内部的运行机制更是充满了量子现象。在本章,我们将聚焦于构成生命最基本单元——细胞——的内部运作。我们将深入细胞核,探究DNA的结构与复制过程。DNA的双螺旋结构为何如此稳定?碱基对之间的氢键结合,是否受到了量子力学的影响?我们将讨论DNA突变和修复过程中可能涉及到的量子效应,例如电子的跃迁、质子隧穿等,它们如何影响基因信息的传递和演化。  接着,我们将目光投向细胞质。蛋白质是生命活动的主要执行者,其折叠成三维结构的复杂过程,以及酶催化反应的惊人效率,都充满了量子奥秘。我们将探讨蛋白质折叠过程中可能存在的量子退火机制,以及酶活性位点为何能够如此精确地结合底物,并加速化学反应。光合作用——植物吸收光能将二氧化碳转化为有机物的神奇过程——更是量子世界的杰作。我们将揭示光能如何在叶绿体中通过量子相干性,高效地在色素分子之间传递,最终驱动化学反应的发生。  第三章:信号传递与感官认知——量子之光照亮生命连接  生命不仅仅是物质的合成与分解,更重要的是信息的传递与处理。在本章,我们将探索生命体内部的信号传递网络,以及生物体的感官认知能力,并从中发现量子的身影。神经递质如何在突触间传递信号?离子的跨膜运输是否遵循量子化的能量交换过程?我们将探讨神经冲动的产生和传递,以及大脑作为一个复杂的神经网络,其信息处理能力背后是否隐藏着某种形式的量子计算。  生物体的感官系统——视觉、听觉、嗅觉等——更是直接接收外界物理信号并将其转化为生物信息的重要途径。我们将深入研究眼睛如何捕捉光子,视网膜上的感光细胞如何将微弱的光信号转化为电信号。我们将探讨嗅觉受体识别气味分子的量子化学基础,以及某些动物为何能感知到地球磁场,这些超凡的能力是否与量子效应有关?  第四章:意识的量子谜团——探索生命最深邃的边界  意识,无疑是生命最迷人、也最难以捉摸的现象。它赋予生命自我认知、情感体验和抽象思维的能力。在本章,我们将审慎地探讨意识与量子力学的潜在联系。虽然意识的产生机制仍然是科学界的一大难题,但一些前沿的量子生物学理论提出了大胆的假设。  我们将介绍一些关于量子意识的理论模型,例如是否存在某种量子过程发生在微管等细胞结构中,从而支撑了意识的产生。我们将讨论量子纠缠、量子叠加等概念,是否可能在解释意识的整体性、非局部性等方面提供新的思路。我们也将强调,这仍然是一个充满争议且尚待验证的研究领域,但其探索方向预示着未来科学的无限可能。  第五章:演化的量子驱动力——生命适应与进化的量子视角  生命不仅仅是静态的结构,更是动态的演化过程。在本章,我们将从量子视角审视生命的演化。基因突变是驱动演化的核心机制之一。如前所述,量子效应可能在DNA的损伤和修复过程中扮演重要角色,从而影响突变率和突变的类型。  此外,我们将探讨环境变化如何影响生命体的演化。极端环境的压力,例如强烈的辐射、低温等,是否会诱导或加速某些与量子效应相关的适应性变异?我们将讨论一些生物在特定环境中展现出的惊人生存能力,是否与其细胞内部的量子调控机制有关。量子相干性在能量捕获和传递中的作用,或许也能在理解生物体对环境能量波动的适应性方面提供新的见解。  第六章:未来的量子生命学——疾病治疗与生命工程的新篇章  理解生命中的量子现象,不仅能帮助我们揭示生命的奥秘,更将为未来的医学和生命工程带来革命性的突破。在本章,我们将展望量子生命学在疾病诊断与治疗方面的应用。例如,基于量子传感器的超灵敏疾病检测技术,能够早期发现癌细胞或病毒感染。  在治疗方面,量子计算有望加速新药的研发,通过精确模拟分子间的相互作用,设计出更有效的药物。针对某些基因疾病,基于量子纠缠的基因编辑技术,或许能实现更精准、更安全的基因修复。此外,我们还将探讨量子生物学对合成生物学、生物材料科学的启发,例如设计能够利用量子效应进行信息处理的生物器件,或者创造具有全新功能的生物材料。  结语:拥抱量子,理解生命,探索未来  本书的旅程即将结束,但对生命奥秘的探索永无止境。从宇宙大爆炸的量子余晖,到细胞内部精密的量子舞蹈,再到意识的深邃量子谜团,我们已经看到,量子力学并非仅仅是描述微观世界的抽象理论,它深刻地渗透到生命现象的每一个层面。  理解生命中的量子现象,是对我们现有认知框架的一次挑战,也是对未来科学发展方向的一次启迪。它鼓励我们以更加开放的心态,跨越学科界限,融合不同领域的知识,去拥抱那些曾经被认为是“不可思议”的生命现象。  量子力学为我们提供了一个全新的视角,让我们能够以更深刻、更精妙的方式理解生命的起源、演化、运作和未来。这不仅是一次智识的探索,更是一场关于生命本质的深刻反思。我们希望,通过本书的阅读,读者能够对生命有一个全新的认识,并被激发对科学的无限好奇和对未来无限的憧憬。生命,在量子世界的舞台上,正上演着一曲永恒的史诗,而我们,将继续倾听它的乐章。