第一推動叢書·生命係列：生命是什麼 [What is Life] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

內容簡介

　　它是為門外漢寫的通俗作品，然而事實證明它已成為分子生物誕生和隨後DNA發現的激勵者和推動者。本書把《生命是什麼？》和《意識和物質》閤為一捲齣版，後者也是他寫的散文，文中研究瞭那些自古以來就使哲學傢睏惑迷離的問題，和這兩篇經典著作放在一塊的是薛定諤的自傳。通過對他一生的迴顧和引人入勝的描述，提供瞭他從事科學著作的背景材料。

作者簡介

　　埃爾溫·薛定諤（1887-1961），奧地利物理學傢。20世紀的前30年中物理學經曆瞭一次大革命，解決瞭微觀運動的基本規律問題。薛定諤生活在這個時代，1926年他提齣瞭波動力學，是量子力學的標準形式之一。薛定諤因此而獲得諾貝爾奬。後來他的興趣轉嚮生命科學，1943年寫的《生命是什麼》，為分子生物學的誕生作瞭概念上的準備。

目錄

第一部分 生命是什麼
前言
序言
第一章 經典物理學傢走近這個主題
1 研究的一般性質和目的
2 統計物理學 結構上的根本差彆
3 一個樸素物理學傢對這個主題的探討
4 為什麼原子是如此之小
5 有機體的活動需要精確的物理學定律
6 物理學定律是以原子統計力學為根據的，因而隻是近似的
7 它們的精確性是以大量原子的介入為基礎的第一個例子（順磁性）
8 第二個例子（布朗行動，擴散）
9 第三個例子（測量準確性的限度）
10 √n律
第二章 遺傳機製
1 經典物理學傢那些絕非無關緊要的設想是錯誤的
2 遺傳的密碼本（染色體）
3 通過細胞分裂（有絲分裂）的個體生長
4 在有絲分裂中每個梁色體是被復製的
5 染色體數減半的細胞分裂（減數分裂）和受精（配子與閤）
6 單倍體個體
7 減數分裂的突齣性質
8 交換，特性的定位
9 基因的最大尺度
10 小的數量
11 持久性
第三章 突皮
1 “跳躍式”的突變——自然選擇的工作場地
2 它們生育同樣的後代，即它們是完全地遺傳下來瞭
3 定位，隱性和顯性
4 介紹一些術語
5 近親繁殖的有害效應
6 一般的和曆史的陳述
7 突變作為一種罕有事件的必要性
8 X射綫誘發的突變
9 第一定律，突變是個單一性事件
10 第二定律，事件的局域性
……
第二部分 意識和物質

精彩書摘

生命是什麼

第1章：

經典物理學傢走近這個主題

“我思故我在。”

——笛卡兒

研究的一般性質和目的

這本小冊子是一位理論物理學傢對大約400名聽眾作的一次公開講演。雖然一開始我就指齣這是一個難懂的題目，即使很少使用物理學傢最嚇人的武器——數學演繹法，講演也不可能是很通俗的，可是聽眾卻基本上沒減少。其所以如此，並非由於這個題目太簡單，以緻不必用數學就可以解釋明白瞭，而是因為問題過於復雜，不可能完全用數學語言來錶達。講演至少還有一個特點，它還較為通俗，講演者試圖把那些介於生物學和物理學之間的基本概念，既嚮物理學傢也嚮生物學傢講清楚。

盡管實際上涉及的問題是多方麵的，但我的任務隻限於講一個想法——對一個重大問題做一點小小的評論。為瞭不迷失我們的方嚮，先把計劃簡要地勾畫齣來也許是有用的。

這個討論得很多的重大問題是：

一個生命有機體的範圍內在空間和時間中發生的事件，如何用物理學和化學來解釋？

這本小冊子力求闡明和獲得的初步答案概括為：

今天的物理學和化學在解釋這些事件時顯齣的無能，絕不應成為懷疑它們原則上可以用這些學科來詮釋的理由。

統計物理學　結構上的根本差彆

如果說，隻是為瞭對那些過去沒有做成功的事重新激發起希望，那麼上述這個注釋就顯得過於平淡瞭。更為積極的意義在於我們想說明，物理學和化學的這種迄今為止的無能為力是經過充分論證瞭的。

今天，由於生物學傢，主要是遺傳學傢近三四十年來的創造性工作，關於有機體真實的物質結構及其功能的瞭解已經足以精確地說明，現代物理學和化學為什麼還不能解釋生命有機體範圍內在空間和時間中所發生的事件。

一個有機體的最具活性部分的原子排列及其相互作用方式，和迄今所有的物理學傢和化學傢作為實驗和理論研究對象的所有其他的原子排列是根本不同的。除瞭深信物理學和化學的定律始終是統計力學性質的那些物理學傢外，其他人會把我所說的這種根本差彆看成是無足輕重且容易發生的。1這是因為認為生命有機體的活性部分的結構非常特彆，和物理學傢或化學傢在實驗室裏用體力或在書桌邊用腦力所處理的任何物質完全不同，這種看法同統計力學的觀點有關係。2既然生命有機體的活性部分具有如此特異的結構，要把物理學傢或化學傢曾經發現的定律和規則直接應用到這種係統的行為上去，而這個係統卻又不具有作為這些定律和規則的基礎的結構——要能直接應用，這幾乎是難以想象的。

不能指望非物理學傢能理解我剛纔用那麼抽象的詞句所錶達的“統計力學結構”中的精確含義，更不必說去鑒彆這些含義之間的關係瞭。為瞭讓敘述增添一點聲色，我先把後麵要詳細說明的內容提前講一下：一個活細胞的最重要的部分——染色體縴絲——可以頗為恰當地稱為非周期性晶體。迄今為止，在物理學中我們碰到的隻是周期性晶體。對於一位並不高明的物理學傢來說，周期性晶體已是十分有趣而復雜的東西瞭；它們構成瞭最有吸引力和最復雜的一種物質結構，由於這些結構，無生命的自然界已經使物理學傢費盡心思瞭。可是，它們同非周期性晶體相比，還是相當簡單而平庸的。兩者之間結構上的差彆，就好比一張是重復同一花紋的糊牆紙；另一幅則是堪稱傑作的刺綉，比如說，一條拉斐爾3花氈，它顯示的並不是單調的令人討厭的重復，而是那位大師精緻的、有條理的、富含意義的設計。

把周期性晶體稱為最復雜的研究對象之一，當然是對專門的物理學傢而言。實際上，有機化學傢在研究越來越復雜的分子時，已經非常接近“非周期性晶體”瞭，我認為其實那就是生命的物質載體。因此，有機化學傢對生命問題已做齣瞭重大貢獻，而物理學傢卻幾乎毫無建樹，也就一點也不奇怪瞭。

一個樸素物理學傢對這個主題的探討

在簡要地說明瞭研究工作的基本觀點——或者不如說是最終的視角——以後，讓我來描述一下如何走近這個主題。

首先我打算解釋一下什麼是“一個樸素物理學傢關於有機體的觀點”。這裏我是指一位物理學傢可能會想到的那些觀點。這位物理學傢在學習瞭物理學，特彆是物理學的統計力學基礎以後，開始思考有機體的活動和功能的方式。他忖量自問：根據學到的知識，根據比較簡明的基本的科學觀點，能否對這個問題做齣一些適當的解釋呢？

他發現是能夠做齣解釋的。下一步他就把理論預見和生物學事實作比較。比較結果說明瞭他的觀點大體上是閤理的，但需要做一些修正。如此下去，他就逐漸接近於正確的觀點，或者謙虛點說，接近於自己認為正確的觀點。

即使在此我是正確的，我也不知道這條探索途徑是否真正是最好的和最簡單的。不過，這畢竟是我的途徑。這位“樸素物理學傢”就是我自己。除瞭這一條麯摺的道路外，我找不到通往這個目標的更好的更清晰的方法。

為什麼原子是如此之小

闡明“樸素物理學傢的觀點”的一個好方法是從這個可笑的、有點滑稽的問題開始的：為什麼原子是如此之小？首先，它們確實是很小的。日常生活中的每一小塊物質都含有大量的原子。為瞭讓聽眾理解這一點，可以有許多例子，但沒有比開爾文勛爵1所引用的例子更能給人以深刻的印象：假定給一杯水中的分子一個一個做上標記，再把這杯水倒進海洋，然後徹底攪拌，使得有標記的分子均勻地分布在全世界的七大洋中；如果你從海洋中任一處舀齣一杯水來，將發現這杯水中大約有100個已標記的分子。2

原子的實際大小約在黃色光波長的1／5 000到1／2 000之間。3這個比較的意義在於，波長粗略地指齣瞭在顯微鏡下仍能辨認的最小微粒的大小。就拿這麼小的、尺度為黃色波長的微粒來說，它的體積中還含有幾十億個原子。

那麼，為什麼原子是如此之小呢？

這個問題顯然不能光從錶麵來迴答。因為問題的真正目的並不在於原子的大小。它關心的是有機體的大小，特彆是我們自己身體的大小。當我們以日常的長度單位，比如碼（1碼約為0.9144米）或米作為量度時，原子確實是很小的。在原子物理學中，人們通常用埃（簡寫為.）的單位來度量，這是1米的百億分之一，或以十進位小數計算則是0.0000000001米。原子的直徑在1～2埃的範圍內。日常單位同我們身體的大小是密切相關的。有一個故事說，碼是起源於一個英國國王的幽默故事。他的大臣問他采用什麼單位，他就把手臂嚮旁邊一伸說：“取我胸部中央到手指尖的距離就行瞭。”不管這個故事是真是假，對我們來說它的意義在於：這個國王很自然地提齣一個可以同自己的身體相比擬的長度，他知道用其他任何東西做單位都是不方便的。不管物理學傢怎樣偏愛“埃”這個單位，但當他做一件新衣服時，還是喜歡彆人告訴他新衣需用六碼半（約為5.9436米）花呢，而不是650億埃的花呢。

所以，我們提齣的問題的真正目的在於兩種長度——我們身體的長度和原子的長度——的比例。考慮到原子作為一種獨立存在的特殊重要性，問題應該反過來提：同原子相比，我們的身體為什麼一定要這麼大？

我能夠想象到，許多聰明的物理學和化學係的學生會對下列事實感到多麼遺憾。我們的每一個感官構成瞭身體上多少有點重要的部分，然而從上述比例來看，它們卻是由無數原子組成的，對於感受單個原子的碰撞來說，它們顯然是過於粗糙、太不靈敏瞭。單個原子我們是看不見、摸不著也聽不到的。假說中的原子遠遠不同於我們粗大遲鈍的感官所直接發現的東西，而且也不能通過直接觀察來檢驗這些原子。

一定是那樣的嗎？有沒有內在的原因可以解釋呢？為瞭確認並理解為什麼感官和大自然的規律性如此不相適應，我們能由此追溯到某種第一原理嗎？

這是物理學傢能夠完全搞清楚的一個問題。對上麵提問的迴答都是肯定的。

有機體的活動需要精確的物理學定律

如果生物有機體的感官不那麼遲鈍，而是能敏銳地感覺到單個原子，或者少數幾個原子就能在我們的感官上産生知覺印象——天哪，生命將像個什麼樣子呢？我要著重指齣：可以肯定地說，一個那種樣子的有機體是絕不可能發育齣有序的思維的，而正是這種有序的思維在經曆瞭漫長的時期和階段後，纔終於形成瞭原子的觀念和許多其他的觀念。

盡管我們隻選擇瞭感官來談，下麵的考慮對於大腦和感覺係統以外的各個器官的功能也是適用的。然而對我們自身來說，惟一具有特殊興趣的事件還是：我們在感覺、思維和知覺。對於産生思想和感覺的生理過程來說，除瞭大腦和感覺係統以外，其他所有器官的功能隻是起輔助作用，假如不是從純客觀的生物學觀點來看問題，至少從我們人類的觀點來看是如此的。而且，這將大大有利於我們去挑選那種和人類認識緊密伴隨著的過程來進行研究，盡管我們對這種緊密伴隨的平行性質一無所知。其實，我認為那已經超齣瞭自然科學範圍之外，而且也許是完全超齣瞭人類理性之外。

讓我們迴過來討論下述問題：像人類的大腦這樣的器官以及附屬於它的感覺係統，為什麼必須由大量的原子來構成，纔能使其變化著的物理狀態密切地對應於高度發展的思想？大腦作為一個整體，以及它的直接同環境相互作用的某些外圍部分，和一颱精巧而靈敏的足以反應並記錄來自外界的單個原子的碰撞的機器相比，為什麼它們是不相同的呢？

有兩個理由，第一，我們所說的思想本身是一個有秩序的東西；第二，它隻能置於具有一定有序性的資料，即知覺或經驗之上。這有兩個結果：第一，同思想緊密對應的軀體組織（如緊密對應於我的思想的頭腦）一定是十分有秩序的組織，在它內部發生的事件必須遵循嚴格的物理學定律，並且有高度的準確性；第二，外界其他物體對於這個具有良好組織的物理係統所産生的身體上的響應，顯然和相應思想的知覺和經驗相對應，構成瞭我所說的思想的資料。因此一般說來，這個係統和外界之間的物理學相互作用具有某種程度的物理學秩序，就是說，它們也必須遵循嚴格的物理學定律並達到一定程度的準確性。

物理學定律是以原子統計力學為根據的，因而隻是近似的

僅由少量原子構成的對於一個或幾個原子的碰撞就已經敏感的有機體，為什麼不能實現上述目的呢？

因為我們知道，所有的原子每時每刻都在進行著毫無秩序的熱運動。這種混亂的運動抵消瞭它們的有秩序的行動，使得發生在少量原子之間的事件不能有規律地錶現齣來。隻有在無數原子的閤作中，統計學定律纔開始影響和控製這些集閤體（係統）的行為，它的精確性隨著係統包含的原子數目的增加而增加。觀測到的事件就是通過這樣的途徑獲得瞭真正有序的特性。現已知道，在有機體的生命過程中起重要作用的所有物理學和化學的定律都是這種統計性的定律；人們所能設想的任何其他類型的規律性和秩序性，總是被原子的不停的熱運動所擾亂，或是被搞得不起作用。

它們的精確性是以大量原子的介入為基礎的第一個例子（順磁性）

我想用幾個例子來說明這一點。這是從許多例子中隨便挑齣的幾個，對於初次瞭解自然界狀況的讀者來說，不一定正好就是他最滿意的例子。這裏所說的自然界狀況在現代物理學和化學中是最基本的概念，就像生物學中的有機體是細胞組成的，或天文學中的牛頓定律，甚至像數學中的整數序列1，2，3，4，5，…等基本事實一樣。不應該期望一個十足的外行讀瞭下麵幾頁就能充分理解和領會這個問題。這個問題是同路德維希·玻耳茲曼1和威拉德·吉布斯2的光輝名字聯在一起的，在教科書中稱之為“統計熱力學”。

如果在一個長方形石英管裏充氧，並把它放入磁場，你會發現氣體被磁化瞭。1這種磁化是由於氧分子是一些小的磁體，它們像羅盤針似地有著使自己與磁場平行的趨嚮（圖1）。可是你彆認為它們全部轉嚮瞭與磁場平行的單一方嚮。因為如果你把磁場加倍，氧氣中的磁化作用也會加倍，更多的氧分子磁體趨嚮於這個方嚮。磁化作用隨著你作用的場強而增加，這種正比例關係可以保持到極高的場強。

前言/序言

前言

羅傑·彭羅斯

1991年8月8日

在1950年初，當我還是一名學數學的年輕學生時，我讀的書並不是很多，但我還是讀瞭一些埃爾溫·薛定諤的論著，至少是讀完瞭這本書。我總是發現他的著作很吸引人，包含令人興奮的新發現，能使我們對生活其間的這個神秘世界獲得一些真正的新瞭解。在他的論著中，沒有比他的短篇名著《生命是什麼》更具有上述典型特徵的瞭。我認識到這本書一定會躋身於本世紀最有影響的科學著作之列。它代錶瞭一個物理學傢力圖理解一些真正的生命之謎的有力嘗試，這位物理學傢的深刻洞察力在很大程度上已經改變瞭人們對世界組成的理解。盡管這本書所涉及的交叉科學內涵之廣博在當時是罕見的，但對於非專業讀者和希望成為科學傢的年輕人來說，它的筆觸又是那樣親切、輕鬆和謙虛。的確，很多在生物學領域做齣過重要貢獻的科學傢（如霍爾丹和剋裏剋），都承認受到過這位具有高度獨創性和縝密思維的物理學傢在本書中提齣的諸多觀念的影響，盡管他們並不總是完全同意他的觀點。

正如許多對人類思維有較大影響的著作一樣，它提齣瞭一係列一旦被掌握，其真實性就顯而易見的論點；然而令人不安的是這些觀點至今仍被大部分人所忽視，雖然他們本應對此有更深入的瞭解。例如，我們不是經常聽到“量子效應與生物學研究沒有多大關係”，或者“我們吃東西是為瞭獲取能量”這樣的議論嗎？這說明瞭薛定諤在《生命是什麼》一書中所論述的內容直至今日仍然適用。它確實值得一讀再讀。

序言

E·薛定諤

1944年9月

都柏林

人們普遍認為，科學傢總是對某一學科具有廣博深邃的第一手知識的，因而他不會就並不精通的論題去著書立說的。這就是所謂的尊貴者負重任。可是，為瞭目前這本書的寫作，我懇請放棄任何尊貴——如果有的話，從而也免去隨之而來的重任。我的理由是：

我們從先輩那裏繼承瞭對於統一的、無所不包的知識的強烈渴望。最高學府（大學，大學一詞在英文中和普遍性同字根）這個名稱使我們想起瞭從古到今多少世紀以來，隻有普遍性纔是惟一可打滿分的。可是近100多年來，知識的各種分支在廣度和深度上的擴展使我們陷入瞭一種奇異的兩難境地。我們清楚地感到，一方麵我們現在還隻是剛剛開始在獲得某些可靠的資料，試圖把所有已知的知識綜閤成為一個統一的整體；可是，另一方麵，一個人想要駕禦比一個狹小的專門領域再多一點的知識，也已經是幾乎不可能的瞭。

除非我們中有些人敢於去著手總結那些事實和理論，即使其中有的是屬於第二手的和不完備的知識，而且還敢於去冒把自己看成蠢人的風險，除此之外，我看不到再有擺脫這種兩難境地的其他辦法瞭。要麼，我們的真正目的永遠不可能達到。

這就是我的意見。

語言的障礙和睏難是不能忽視的。一個人的本民族語言就像一件閤體的外衣，可是當它不在身邊而不得不另找一件來代替時，此人是絕不會感到很舒服的。我要感謝因剋斯特博士（都柏林三一學院）、巴德賴格·布朗博士（梅魯聖巴裏剋學院）；最後，我還要感謝S·C·羅伯茨先生。幾位朋友費瞭很大力氣使新外衣適閤我的身材；而我有時不肯放棄自己設計的式樣，還給他們增加瞭不少新麻煩。當然，如果書中還殘留一些獨創式樣的不妥，那責任在我而不在他們。

很多節的標題本是作為頁邊的摘要寫上去的，每一章的正文應該前後連貫地讀下去。

自由的人絕少思慮到死；他的智慧，不是死的默念，而是生的沉思。

——斯賓諾莎《倫理學》第四部分，命題67

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