生命是什么:薛定谔的跨界演绎,从物理学探索生命的本质和意义

张文举的元宇宙 2023-11-08 11:16:42

《生命是什么》这本轻松而有趣的小书不到10万字,却是影响了整个世纪的“科学圣经”:

首提“生命以负熵为食”的观点;

开启“生命即信息”的认知革命;

推动“分子生物学”的诞生;

直接启发了“DNA双螺旋结构”的发现……

20世纪30年代末到40年代,薛定谔的兴趣从纯粹的物理学,转向了对生命与心灵问题的思索。

为此,他进行了两场跨界演讲,在都柏林三一学院的系列演讲——“生命是什么”,以及在英国剑桥大学三一学院的演讲——“心灵与物质”。

这两场演讲后来被整理出版成本书。薛定谔的演讲震撼了学术界,号召并激励了一大批优秀的物理学家投入生物学研究,包括因发现“DNA双螺旋结构”而获得诺贝尔奖的三位科学家——詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克和莫里斯·威尔金斯。

这场学科融合带来了20世纪生物学研究的爆发式成长,因此催生了“分子生物学”的诞生。

本文共计6873字

阅读时长25min

《生命是什么》

你是否想过,生命是什么?

生命是如何从无机物质中诞生的?

生命是如何保持自身的有序和组织的?

生命是如何进化和创造的?

这些问题可能是人类最古老也最深刻的问题之一,也是科学家们一直在探索的奥秘。

这也是《生命是什么》所要探讨的话题,这本书是一部揭示生命奥秘的科学史诗。

作者薛定谔,用物理学的视角来解读生命现象的本质和意义。

薛定谔不但是一位诺贝尔物理学奖得主,还是量子力学的奠基人之一,他提出了著名的薛定谔方程,描述了微观粒子的运动规律。

他不仅是一位杰出的物理学家,也是一位广博的思想家,他对生命科学、哲学、宗教等领域都有着浓厚的兴趣和独到的见解。

在二战期间,他因为反对纳粹的种族主义和暴政,被迫流亡到爱尔兰的都柏林,他在那里写了一本书,名为《生命是什么》。

这本书是他对生命现象的一系列演讲的总结,它在1944年出版后,立刻引起了轰动,被誉为是一部开创性的著作,它对后来的分子生物学和信息论产生了深远的影响。

这本书的中心思想是:

生命的复杂性是由简单的物理学和化学规律所创造的,而人类的智慧是能够揭示这些规律的。

薛定谔通过介绍物理学、化学、遗传学、统计热力学等领域的一些重要发现和理论,展示了如何从简单的元素和规则中产生出复杂的现象和结构。

薛定谔认为,这些规律不仅适用于自然界,也适用于人类社会和文化,因此,人类可以利用这些规律来理解和改善自己的生活。

在这本书中,薛定谔用物理学的概念和方法来探索生命的本质,他主要关注了三个方面:

遗传的物理学基础,生命的热力学基础,以及生命的本质和意义。

他提出了一些具有前瞻性和启发性的观点和问题,如基因是一种非周期性的固体,能够编码大量的信息,生命是一种负熵的现象,生命是一种信息的载体,生命是一种创造的过程等。

他的思想不仅有着严谨的科学依据,也有着深刻的哲学内涵,他试图用一种新的物理定律来解释生命的奇妙和神秘。

接下来,我将用三大部分向你详细介绍《生命是什么》这本书的精华内容,以及薛定谔的核心思想,让你能在半小时内搞懂这本书的主要内容。

首先是遗传的物理学基础。

介绍遗传的物质基础是什么,如何用物理学和化学的概念来解释基因的结构和功能,以及基因的稳定性和突变性。

然后是生命的热力学基础。

介绍生命是如何从环境中获取负熵,以维持自身的有序和组织,以及生命是如何与热力学第二定律相协调的。

最后是生命的本质和意义。

总结作者的主要观点和发现,以及对生命的本质和意义的哲学思考,同时也指出作者的研究的局限性和未来的方向。

好,我们从第一部分开始。

遗传的物理学基础

生命的一个最基本的特征就是遗传,也就是生命能够将自己的特征和信息,传递给下一代。

遗传的物质基础是什么?

它是如何存储和传递信息的?

它是如何保持稳定和发生变异的?

这些问题是薛定谔在《生命是什么》这本书中探讨的第一个主题,他用物理学和化学的概念和方法来解释遗传现象的本质和机制。

这种思想,对后来的分子生物学的发展,有着重要的影响。

薛定谔首先指出,遗传的物质基础必须是一种能够存储大量信息的物质,而且这种物质必须是非周期性的,也就是说,它的结构不能是重复的,否则它就不能编码不同的信息。

他举了一个例子,如果我们用一根绳子来编码信息,我们可以用绳子上的结来表示不同的字母,比如说,一个结表示A,两个结表示B,三个结表示C,以此类推。

但是,如果我们用一根有规律的绳子来编码信息,比如说,每隔一定的距离就有一个结,那么这根绳子就只能表示一个字母,比如说,一个结表示A,那么这根绳子就只能表示AAAAA……,这样就不能编码其他的信息了。

因此,遗传的物质基础必须是一种非周期性的物质,它的结构必须是随机的,或者说是无规律的,这样才能编码不同的信息。

薛定谔接着指出,遗传的物质基础必须是一种能够保持稳定的物质,也就是说,它的结构不能轻易地被破坏或改变,否则它就不能保证信息的准确传递。

他举了一个例子,如果我们用一根木棍来编码信息,我们可以用木棍上的刻痕来表示不同的字母,比如说,一个刻痕表示A,两个刻痕表示B,三个刻痕表示C,以此类推。

但是,如果我们把这根木棍放在火里,或者用刀子切割,那么这根木棍上的刻痕就会被破坏或改变,这样就会导致信息的丢失或错误。

因此,遗传的物质基础必须是一种能够保持稳定的物质,它的结构必须是稳定的,或者说是不易变的,这样才能保证信息的准确传递。

薛定谔最后指出,遗传的物质基础必须是一种能够发生变异的物质,也就是说,它的结构不能是完全不变的,否则它就不能适应环境的变化和进化的需要。

他举了一个例子,如果我们用一根铁丝来编码信息,我们可以用铁丝上的弯曲来表示不同的字母,比如说,一个弯曲表示A,两个弯曲表示B,三个弯曲表示C,以此类推。

但是,如果我们把这根铁丝放在一个恒温恒湿的环境中,那么这根铁丝上的弯曲就不会发生任何变化,这样就会导致信息的固化或僵化。

因此,遗传的物质基础必须是一种能够发生变异的物质,它的结构必须是可变的,或者说是有一定的灵活性的,这样才能适应环境的变化和进化的需要。

那么,遗传的物质基础到底是什么呢?

薛定谔在书中提出了一个假设,他认为遗传的物质基础是一种非周期性的固体,也就是说,它是一种由原子或分子组成的固体,但是它的原子或分子的排列是无规律的,而不是像晶体那样是有规律的。

他还认为遗传的物质基础是一种蛋白质,也就是说,它是一种由氨基酸组成的大分子,因为蛋白质具有非周期性、稳定性和可变性的特点。

他的这个假设虽然是错误的,因为后来的研究发现遗传的物质基础是DNA,也就是一种由核苷酸组成的大分子,而不是蛋白质,但是他的这个假设却是具有创造性和启发性的,因为他是第一个用物理学的方法来研究遗传现象的人,他为后来的分子生物学的发展奠定了基础。

薛定谔在书中还提出了一个问题,他问道,遗传的物质基础,是如何保持稳定和发生变异的呢?

他认为,遗传的物质基础是受到量子力学的支配的,也就是说,它的结构和行为是由微观粒子的波函数来决定的,而波函数是一种概率的描述,它可以用薛定谔方程来求解。

他认为,遗传的物质基础的稳定性是由波函数的平均值来保证的,也就是说,它的结构和行为是由波函数的最大概率来决定的,而波函数的最大概率是由能量的最小值来决定的,这就是自由能的最小化原理。

他认为,遗传的物质基础的变异性是由波函数的涨落来导致的,也就是说,它的结构和行为是由波函数的小概率来决定的,而波函数的小概率是由能量的微小变化来决定的,这就是量子隧道效应。

他的这个问题虽然是有趣的,但是他的回答却是不完全正确的,因为他忽略了遗传的物质基础是受到环境的影响的。

也就是说,它的结构和行为是由外界的因素,如温度、湿度、辐射、化学物质等来决定的,而不仅仅是由量子力学来决定的,这就是统计热力学的概率分布。

总之,薛定谔在《生命是什么》这本书中,用物理学的视角来探索遗传的物理学基础,他提出了一些具有前瞻性和启发性的观点和问题,他的思想对后来的分子生物学的发展起了重要的推动作用,他为我们认识生命的本质和意义提供了一个新的视角和方法。

生命的热力学基础

生命是一种奇妙的现象,它具有许多不同于非生命的特征,其中最基本的两个特征就是遗传和代谢。

遗传是指生命能够将自身的信息和结构传递给下一代,以实现生命的延续和进化。

代谢是指生命能够从环境中获取能量和物质,以维持自身的有序和组织,以抵抗自身的衰老和死亡。

遗传和代谢是生命的两个方面,它们相互依赖,相互制约,共同构成了生命的整体。

在《生命是什么》这本书中,薛定谔对遗传和代谢的物理和化学基础进行了深入的探讨。

他用量子力学和热力学的概念和方法,来解释生命现象的本质和机制,他的思想对后来的生命科学的理解有着重要的启发。

这一章,我们将重点关注代谢的热力学基础,也就是生命是如何与热力学第二定律相协调的,以及生命是如何从环境中获取负熵的。

热力学第二定律是物理学的基本定律之一,它告诉我们,任何一个孤立的系统,它的熵都会随着时间的推移而增加,或者说它的有序度都会随着时间的推移而降低,这就是熵增原理。

熵是一种描述系统的无序程度的物理量,它是热力学的核心概念之一,它与系统的能量和温度有着密切的关系,它反映了系统的状态和变化的可能性。

熵增原理表明,孤立系统的状态总是趋向于最可能的状态,也就是最无序的状态,这是一种不可逆的过程,也是一种不可避免的趋势。

但是,生命却是一个例外,生命能够通过代谢,从环境中获取能量和物质,以维持自身的有序和组织,或者说以降低自身的熵,这就是负熵原理。

负熵原理表明,生命系统的状态总是趋向于最不可能的状态,也就是最有序的状态,这是一种可逆的过程,也是一种可选择的趋势。

薛定谔认为,负熵是生命的本质特征之一,也是生命与非生命的区别之一,他将负熵定义为“生命从环境中吸收的有序度”,他将负熵看作是生命的“食物”。

那么,生命是如何与热力学第二定律相协调的呢?

薛定谔指出,生命是通过将自身的熵的增加转移到环境中,来实现自身的熵的降低的,也就是说,生命是通过将自身的无序转移到环境中,来实现自身的有序的,这就是熵的交换原理。

熵的交换原理表明,生命系统和环境系统的总熵,也就是整个系统的熵,仍然是增加的,这样就不违反热力学第二定律,但是生命系统和环境系统的熵的变化方向是相反的,这样就实现了生命的负熵。

薛定谔用一个简单的例子来说明熵的交换原理,他说,如果我们把一杯冰水放在一个温暖的房间里,那么冰水的温度会逐渐升高,直到和房间的温度相等,这个过程中,冰水的熵会增加,而房间的熵会降低,但是整个系统,也就是冰水和房间的总熵,会增加,这就是熵增原理。

但是,如果我们把一只活着的动物放在一个温暖的房间里,那么动物的体温会保持恒定,不会随着房间的温度而变化,这个过程中,动物的熵会降低,而房间的熵会增加,但是整个系统,也就是动物和房间的总熵,也会增加,这就是熵的交换原理。

薛定谔认为,熵的交换原理是生命与热力学第二定律相协调的方式之一,也是生命维持自身的稳态的方式之一,他将生命的稳态定义为“生命从环境中吸收的负熵等于生命向环境中释放的熵”,他将生命的稳态看作是一种“动态平衡”。

最后,生命是如何从环境中获取负熵的呢?

薛定谔认为,生命是通过酶的催化作用,来实现从环境中获取负熵的,也就是说,生命是通过酶的催化作用,来实现从环境中获取能量和物质的。

酶是一种由蛋白质组成的大分子,它能够加速化学反应的速率,但是不改变化学反应的平衡,它是生命的重要组成部分之一,也是生命的代谢的关键因素之一。

薛定谔用一个精妙的比喻来说明酶的催化作用,他说,酶就像是一种“魔术师”,它能够将一种物质变成另一种物质,而不改变物质的总量,它能够将一种能量变成另一种能量,而不改变能量的总量,它能够将一种无序变成另一种无序,而不改变无序的总量,但是它能够使生命从这些变化中获得有利的结果,也就是负熵。

薛定谔认为,酶的催化作用是生命从环境中获取负熵的方式之一,也是生命实现自身的有序和组织的方式之一,他将酶的催化作用看作是一种“量子力学的奇迹”。

总之,薛定谔用热力学的视角来探索代谢的热力学基础,他提出了一些具有前瞻性和启发性的观点和问题,他的思想对后来的生命科学的理解有着重要的启发。

他让我们了解了生命是一种能够在熵增的世界中创造负熵的现象,生命是一种能够在无序的环境中维持有序的现象。

生命是一种能够在平衡的状态中实现动态平衡的现象,生命是一种能够在量子力学的奇迹中展现酶的催化作用的现象。

薛定谔将物理学和生物学的视野结合起来,为生命科学的发展提供了新的思路和方法,它也引发了许多后续的研究和探索,例如DNA的结构和功能,生命的信息和编码,生命的复杂性和多样性,生命的起源和演化,以及生命的意义和价值。

生命的本质和意义

生命的最后一个最基本的特征就是创造,也就是生命能够产生新的生命,以及新的信息和形式。

创造的哲学基础是什么?

生命是如何理解自己和世界的?

生命是如何实现自己和世界的变革的?

这些问题是薛定谔在《生命是什么》这本书中探讨的第三个主题,他用哲学的概念和方法来解释创造现象的本质和意义,他的思想对后来的生命科学和人文科学的思考有着重要的启发。

薛定谔首先指出,创造是一种信息的现象,也就是说,创造是一种能够产生新的信息,或者说新的知识和意义的现象。

信息是一种描述系统的状态和变化的物理量,它是物理学的核心概念之一,信息论告诉我们,任何一个系统,它的信息都是由它的熵来决定的,也就是说,系统的信息就是系统的无序程度,或者说系统的不确定性。

但是,信息也是一种主观的现象,它是由观察者的观察和理解来决定的,也就是说,信息的价值和意义是由观察者的知识和目的来决定的。

薛定谔认为,创造是一种信息的现象,也是一种主观的现象,它是由生命的观察和理解来决定的,也是由生命的知识和目的来决定的,他认为,生命是一种信息的载体,也是一种信息的创造者,生命的本质就是信息的本质。

薛定谔接着指出,创造是一种自我意识的现象,也就是说,创造是一种能够认识自己和世界的现象。

自我意识是一种描述生命的主体性和个性的心理量,它是心理学的核心概念之一,自我意识告诉我们,任何一个生命,它都有自己的感觉和思想,它都有自己的身份和价值,它都有自己的意志和选择。

但是,自我意识也是一种相对的现象,它是由生命与环境的互动和反馈来决定的,也就是说,自我意识的形成和发展是由生命与其他生命和非生命的关系来决定的。

薛定谔认为,创造是一种自我意识的现象,也是一种相对的现象,它是由生命与环境的互动和反馈来决定的,也是由生命与其他生命和非生命的关系来决定的。

他认为,生命是一种自我意识的载体,也是一种自我意识的创造者,生命的意义就是自我意识的意义。

薛定谔最后指出,创造是一种自我超越的现象,也就是说,创造是一种能够改变自己和世界的现象。

自我超越是一种描述生命的进化和变革的社会量,它是社会学的核心概念之一,自我超越告诉我们,任何一个生命,它都有自己的潜能和可能,它都有自己的创新和变革,它都有自己的责任和使命。

但是,自我超越也是一种有限的现象,它是由生命的条件和环境来决定的,也就是说,自我超越的实现和发展是由生命的资源和机会来决定的。

薛定谔认为,创造是一种自我超越的现象,也是一种有限的现象,它是由生命的条件和环境来决定的,也是由生命的资源和机会来决定的。

他认为,生命是一种自我超越的载体,也是一种自我超越的创造者,生命的价值就是自我超越的价值。

薛定谔用哲学的视角来探索创造的哲学基础,他提出了一些具有前瞻性和启发性的观点和问题,他的思想对后来的生命科学和人文科学的思考有着重要的启发。

让我们了解了创造是一种信息的现象,创造是一种自我意识的现象,创造是一种自我超越的现象。

最后的话

在这篇文章中,我们快速了解了《生命是什么》这本书的精华内容,以及薛定谔的核心思想。

我们发现,薛定谔用物理学、热力学和哲学的视角来探索生命现象的本质和意义,他提出了三个主题:

遗传的物理学基础,生命的热力学基础,以及生命的本质和意义。

在每个主题中,他都提出了一些具有前瞻性和启发性的观点和问题,他的思想对后来的分子生物学和信息论产生了深远的影响,他为我们认识生命的意义和价值提供了一个新的视角和方法。

我认为这本书是一部揭示生命奥秘的科学史诗,它的作者是一位伟大的物理学家和思想家,他的思想是一种具有创造性和启发性的思想,它的价值和意义是一种具有挑战性和探索性的价值和意义。

它让我们对生命有了更深刻和更广阔的认识,它让我们对自己和世界有了更多的好奇和探索,它让我们对未来有了更多的期待和创造。

这本书是一本能够拓展你的视野和知识的书,它能够让你看到生命的多样性和奇妙性,它能够让你感受到生命的主体性和创造性,它能够让你理解到生命的相对性和有限性。

这本书是一本能够提升你的思维和品味的书,它能够让你学习到物理学、热力学和哲学的概念和方法,它能够让你欣赏到薛定谔的智慧和魅力,它能够让你感受到薛定谔的热情和勇气。

最后,用一句薛定谔自己的话来结束这篇文章,这句话是他在书的结尾写的,他说:

“我认为,这本书的目的是要激发你的好奇心,而不是要满足你的好奇心。”

我希望,这篇文章也能激发你的好奇心,而不是要满足你的好奇心,我希望,你能够继续探索生命是什么,生命为什么,生命怎么样。

也希望,你能够用你自己的视角和方法,来创造你自己的生命,来创造你自己的世界。

谢谢你看到这里!

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评论列表
  • 2024-10-16 12:57

    ❌万能骗术无底洞:::—— 无中生有解释稀奇,你能证有吗?永远不可能。你能证无吗?永远不可能(时空无限,号称科技没达到)。解释稀奇号称证明,虽然是(悖论)骗,但你只好被迫证伪/无,进入万能骗术无底洞!!!………鬼把戏总是无法识破的,科学鬼把戏可以持续玩到人类灭绝!!!⭕️真善皆美!!!由真理得食物,善良是分配食物,没有真,善是不可能的。更爱真理是人类的最高智慧和希望。……… 终身搞悖论的爱因斯坦,雅称悖论斯坦,搞的是两头骗,万能骗,诱惑哲学复合骗,终身骗,祸害真理,当然只能是人类公敌!!一些人鼓吹骗子肯定有一种快乐,一种缺德愚蠢的快乐,骗子的温水煮了100多年了,人类社会难道不需要猛醒吗???

  • 2023-11-17 21:24

    生命是什么?生命合众化,从无到有,从单细胞到多元素生物。从单星系向着多星系碰撞融合。生命是什么?

  • 2024-11-22 23:50

    生命是一种挣扎[点赞][点赞]

  • 2023-12-31 14:06

    在时间的眼里:能动的就是生命。

  • 2024-09-04 03:03

    石头也是生命

  • 2024-09-04 11:07

    哪有那么复杂。生命的本质是太阳能光电轮回的产物,他们都是另一种生物的食物,人类也不例外。意识是能量的生物态的存在形式,人类是这类生物态的最高存在形式,在火化没有开始之前,人类的最后归宿就是昆虫及各种微生物的能量转化场。当火化开始后,这种能量即转变为化学能一次释放了。生物本质是质量体与能量体以DNA形式转化的一个过程一一生命过程。

  • 2023-12-31 21:18

    形成物质产生能量!

张文举的元宇宙

简介:一个爱好元宇宙的80后。