《生命是什么》薛定谔
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- 2024-09-10
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本书由我的大学好朋友,Mr.Way在我的生日赠送给我,我向他承诺,一定会在生物课上阅读这本书。结果后来在飞机途中慢慢看完了。看到本书的第一眼当然是觉得奇怪,作为一个物理学家讨论生命,在近代逐渐成为一件很怪的事情。但是,薛定谔从一个物理学者的角度,对生命的遗传、生存做出了很多新奇的解释,从而推动了许多生命科学的学者对知识与真理的追求。我很震撼,沃森和克里克这两位DNA结构发现者,也收到了他的启发。
这本书首先从物理学家探讨微观事物出发,提出说物理与生物学的融合才能得到更多的东西,接着从物理定律出发,讨论当时的基因研究、遗传研究的原理,后来又提到物理学怎么跟生物学交叉融合。
在阅读本书时,读到中部,其实都觉得薛定谔所讲的,我多少已经都有所了解。像基因在染色体上,基因的微小,基因是一种密码等等。但是后来想想,本书的问世时间是1943年。那一年,我们还不知道基因的具体样子,我们没有PCR,没有双螺旋,但是,薛却提出了这么多的猜想,以至于,他们今天变成了我潜移默化的理解,这一点,佩服这位物理学家的想象力。
薛定谔对人新陈代谢的“负熵”理论,也是新奇而直观的。他说,从宇宙诞生开始,就一直在熵增,但是生命好像是一种有序性的存在。生命有规律,给大学生一个课表,他们真的傻傻的会去直接上课,或者,他们会产生这种像图灵斑图的图案。但是这在宇宙规律中这是不合理的,因为按照理论大学生应该做布朗运动从学校里边自然挥发掉。当然学校给这种物理过程起了个名“毕业”,还给了个毕业挥发证书,证明你的能量足够让你离开学校了。那么薛定谔就提出,生命之所以能维持它们的有序性,就是不断的服用负熵的东西。他说,从身体发热到吃饭,都是让身体的熵减少的方法,让我们人能够继续活下去。这个物理学形象的比喻(应该是比喻,我觉得它的有趣程度就像我的马原老师一样有趣)确实让人印象深刻。事实上,它似乎被人们称赞为全书的精华部分。
薛定谔对分子的描述也是很震惊的。他说:“分子究竟有多小?现在,我们去大海里边,随便舀一碗水,假如我们能把它们都标记。然后再把它们撒在海里。接着,我们去全世界任何一个海边再舀一碗水,我们就会发现,水里边还有100个我们标记的分子。”这句话让我感到一大一小。海洋很大,大到可能有千千万万碗水。分子真的很小,小的全世界都有它都可以存在。
薛定谔谈论了决定论和自由意志,这一点我也是很震惊的。我以前以为只有康德会想这个问题,没想到,他从物理的角度就想到了。意识到底是什么?我们的意识会不会是一种假象?想到这,我想起我的生命科学概论里讲脑科学的老师也问了我们这个问题,他对神经网络的描述同样让我喝彩。他的这个问题,也同样让我想到那个意识形态对立的时代,这样的疑问,是否也是对“自由”的含义做出疑问?这个从法国大革命开始探讨的议题,终于来到了生命层面。
薛也提出,在什么阶段有生命?一个小分子不行,一个氨基酸还不够,那么多少才行?成功的分子真的是生命吗?还是他们只是按照定律运动的事物?想到这我想到了康威生命,一个震撼我的二维计算机生命。这个问题至今有更先进的设备后,也仍然等待我们去解答。
薛在讨论基因突变的时候,用了一个量子化来描述。他说,一组对麦子麦芒的长度统计数据里,大部分地方都是正态分布,但是在一部分长度的区间上,曲线却有一些凸出。他说这就像电子的能级能量一样,其实他们是变异了。这个结合理解很有趣。
薛定谔的书让我对交叉学科、综合理解有了全面的认可。从不同“xx学家”的角度,看待一件事物,总能有新的事情出现。又想到之前玩的那个视觉改变游戏《superliminal》,在那个里边,doctor Person说:“很多事情他们有不一样的角度,你看到的事情不同,你对事物所能做出的事情就不同,你改变世界的可能性就不一样。所以,无论你的人生处在什么样的境地,遇到了什么样的挫折,换一个角度,或许他们可能就有了新的不同,因为,你看到的,就是你的世界。”薛给了一种新的观察生物学的视角,到最后甚至推动了这个学科发展。有全面的知识,深刻的理解,清晰的思路,人生很多事情,可能经过一个linear transformation,或许又有所不同?
在这几天,我也因此重新开始思考我的大学问题。我重新从一个新的角度去看GPA,重新从新的角度去看工资、金钱、意识形态,重新回看高中、大学、研究生以及以后社会的生活,重新思考我的人生应该是怎么样的。站在一个更高的平台,我发现很多事情变得不一样了。以一个更高的视角看,我开始有点明白了大学的意义,GPA等等的意义。我相信大部分人还没有走到我目前这个思考点,我也相信这是我的优势。感谢薛定谔,虽然他在讲生物,但是让我想到了我的生活。

总体而言,这本书成书于上世纪中叶,作者也并非生物学专业研究者。书中的研究思路值得借鉴,但其中也存在不少事实性错误和带有误导性的表述。如果对类似主题感兴趣,我更推荐尼克·莱恩的《生命之源》——这本书聚焦于生命早期演化,作者并非直接灌输结论,而是像指导研究生一样,带领读者一步步提出假说、验证并反思,阅读过程宛如亲身参与研究,个人认为是此领域迄今为止最为精彩的著作之一,也是给我带来目前为止最佳阅读体验的书籍。
您提到的“摄入负熵”,确实如您所说,是一种形象比喻而非严格的物理学表述。薛定谔曾解释,这是为了避免专业术语可能给非专业读者带来理解困难。不过在今天,许多接受过高中教育的人已能理解更准确的概念。为避免简化表述可能引起的误解,这里稍作补充:我们通常可将生命体视为恒温恒压的封闭系统,在此条件下,判断过程是否自发进行的标准是自由能(高中化学已涉及),而非熵。例如,氨基酸形成肽链或脂质自组装的过程,表面看似熵减,实则整体可能熵增(参考文献:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/4333397/)。在这些过程中,亲水与疏水作用引起的焓变往往主导自由能下降,推动反应进行。因此,更准确的描述可以是:生命通过摄取高自由能物质、排出低自由能物质来维持生存。这一切都符合物理规律,每个生命过程都是自发的化学反应,如同水流推动发电机运转一般自然。
薛定谔在书中探讨分子尺度的部分,核心意图在于说明生命体与分子在规模上的巨大差异。该章节更精彩的论证在于以下逻辑脉络:
1. 能够提出“原子为什么这么小”这种问题的思维,必然能够认知“原子”这一概念;
2. 能够认知“原子”的思维,必然是一种有序的思维;
3. 有序思维的形成,离不开其所处的有序环境;
4. 微观世界本质是无序的,因此该思维应处于宏观世界;
5. 一个宏观世界的思维自然会产生“原子为什么这么小”这类疑问。
这一论证思路个人认为是本章的精华所在。
另外,该部分子标题“生命机体的运行需要精确的物理定律”略有误导之嫌——后文实际并未围绕此点展开论证,反而转向探讨“提出该问题的思维需要精确的认知过程”。事实上,生命许多关键机制,例如呼吸链复合体的工作,恰恰依赖于电子的隧穿效应;此外,分子热运动也在分子识别、蛋白质构象变化及能量驱动的生化反应中扮演重要角色。
期待您在读后感中能融入更多当代视角与个人思考,而不局限于作者当年的论述框架——毕竟作者所处的科学背景与今已相隔近百年。例如关于意识问题,当今心灵哲学领域已有许多深入探讨,远比薛定谔当时的简要论述更为系统,尽管从AI研究者的视角来看其中不少理论仍存在问题;结合您对心灵模型的理解,不妨谈谈薛定谔的观点可能有哪些不足。在人工智能迅速发展的今天,我们已拥有大量神经网络实例可供研究,对认知与生命的思考也可以有新的落脚点。再如“生命在何种层次可被称为生命”这一问题,本质上或许已是语义层面的讨论——维特根斯坦若见此争议,大概也会会心一笑吧。
是的,似乎拿如今神经网络的思考,去对比作者当时的思考,会是一个更好的切入口。会把他们补上