20世紀(jì)30年代末到40年代,量子物理創(chuàng)始人之一埃爾溫·薛定諤,不再滿足于純粹的物理學(xué)研究,在叔本華和東方玄學(xué)的影響下,思考興趣轉(zhuǎn)向了生命和心靈領(lǐng)域,至此開啟了分子生物學(xué)的新時代。1943年,薛定諤在都柏林三一學(xué)院做了一個系列演講,將他對生命問題的思考和理解公之于眾!渡鞘裁础酚梦锢韺W(xué)的觀念探討了生物體遺傳現(xiàn)象的本質(zhì),對沃森和克里克提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大影響。
埃爾溫·薛定諤,奧地利物理學(xué)家,量子力學(xué)奠基人之一,以著名的波動力方程開創(chuàng)了波動力學(xué),并因此榮獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎。后來,這位“天真的物理學(xué)家”興趣轉(zhuǎn)向生命科學(xué),專為門外漢創(chuàng)作的《生命是什么》一書,卻吸引了許多物理學(xué)家轉(zhuǎn)投生物學(xué),對現(xiàn)代生物學(xué)產(chǎn)生脫胎換骨的巨大影響。
譯者簡介:
傅渥成,本名唐乾元,香港浸會大學(xué)物理學(xué)系助理教授。南京大學(xué)物理學(xué)博士。曾先后為東京大學(xué)、RIKEN(理化學(xué)研究所)博士后。主要研究方向是統(tǒng)計(jì)物理和復(fù)雜系統(tǒng),尤其關(guān)注分子進(jìn)化、類腦智能等與生物相關(guān)的問題。曾于《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)等國際著名期刊發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。他也是著名科普作家,善于用生動的文字解釋復(fù)雜抽象的問題,以筆名“傅渥成”發(fā)表過大量科普文章,知乎物理學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域優(yōu)秀回答者,曾出版科普書《宇宙從何而來》。
王雨晨,美國堪薩斯州立大學(xué)化學(xué)專業(yè)在讀博士,曾在《物理化學(xué)雜志A》(Journal of Physical Chemistry A)等國際著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文。
第一章 經(jīng)典物理學(xué)家怎樣理解生命問題
第二章 遺傳機(jī)制
第三章 突變
第四章 量子力學(xué)的證據(jù)
第五章 對德爾布呂克模型的討論和檢驗(yàn)
第六章 秩序、混亂和熵
第七章 生命活動基于物理規(guī)律嗎?
后記:決定論和自由意志
我的演講并非只是為了激勵大家對過去沒有做成功的事情重燃希望,因?yàn)槟菍⑹欠浅F接沟脑u論。我希望可以深刻地討論為什么當(dāng)前的物理學(xué)和化學(xué)無法解釋生命活動,這或許會更有積極的意義。
基于生物學(xué)家,尤其是遺傳學(xué)家,在過去三四十年中的創(chuàng)造性工作,我們現(xiàn)在對生物的真實(shí)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其功能有了足夠的了解。于是,我們可以準(zhǔn)確地做出如下判斷:當(dāng)前的物理學(xué)和化學(xué)仍然沒有能力解釋生物體在時間和空間中所發(fā)生的各項(xiàng)活動。
對生物體內(nèi)最具活力的關(guān)鍵部分來說,這些結(jié)構(gòu)中原子排列方式和原子之間的相互作用,本質(zhì)上不同于物理學(xué)家和化學(xué)家迄今為止在實(shí)驗(yàn)和理論研究中曾經(jīng)接觸過的那些對象。一般讀者或許會認(rèn)為這種根本區(qū)別并沒有那么重要,不過,對物理學(xué)家來說,尤其是那些堅(jiān)信“物理學(xué)和化學(xué)所遵循的法則都是統(tǒng)計(jì)規(guī)律”的人而言,這種區(qū)別就顯得至關(guān)重要了。這是因?yàn),從統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)來看,生物體內(nèi)關(guān)鍵活性部分的結(jié)構(gòu),與物理學(xué)家和化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中研究過的,或者在書桌邊用腦力想象過的任何物質(zhì)都完全不同。物理學(xué)和化學(xué)的定律和規(guī)則是基于傳統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)總結(jié)得到的,直接用這些定律和規(guī)則來解釋這些結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)的行為是難以想象的。
……
瀝青滴漏實(shí)驗(yàn)
著名的“瀝青滴漏實(shí)驗(yàn)”可以解釋薛定諤所描述的這種現(xiàn)象。瀝青滴漏實(shí)驗(yàn)是全球持續(xù)時間最長的實(shí)驗(yàn),這個實(shí)驗(yàn)曾經(jīng)在 2005年獲得搞笑諾貝爾獎(IgNobel Prize)。實(shí)驗(yàn)的目的是測量極高黏度瀝青在室溫環(huán)境下的流動速度,這個實(shí)驗(yàn)由澳大利亞的昆士蘭大學(xué)(University of Queensland)從 1927 年開始進(jìn)行。當(dāng)時,物理學(xué)教授帕奈爾(Thomas Parnell,1881—1948)把一些瀝青放進(jìn)一個封了口的漏斗內(nèi)。盡管瀝青看起來就像堅(jiān)硬的固體,但它實(shí)際上仍然是一種可以流動的液體。1930年,當(dāng)漏斗封口被剪開時,瀝青開始緩慢流動。每一滴高黏度瀝青需要經(jīng)過10年左右的時間,才能滴進(jìn)漏斗下方的燒杯之中。截至目前(2021),已滴出9滴瀝青,滴落的年份分別是 1938年、1947 年、1954 年、1962 年、1970 年、1979 年、1988年、2000年和2014年。之所以近年來瀝青滴落的時間間隔有所延長是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室在20世紀(jì)90年代之后安裝了空調(diào)。