科普 |《生命是什么》：薛定谔不止爱猫，还热爱整个生物界

物理学家如何用量子力学的视角直击生命遗传的奥秘。

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听书笔记 

埃尔温·薛定谔：奥地利物理学家，量子力学奠基人，1933年诺贝尔物理学奖得主。他一生追求不同学科间的和谐统一，并在《生命是什么》中致力于将物理学和生物学统一起来，以量子力学的视角直击生命遗传的奥秘。本书成为里程碑式的科普经典，感召了无数物理学家进军生物学研究。

一、生命机体

所有的生命体都由大量的原子构成。经典物理学认为，原子足够小，数量足够多，这不仅实现了生命的复杂，更带来了生命的井然有序。根据热运动定律，所有的原子每时每刻都在进行毫无规则的热运动，只有当足够多的原子聚集在一起时，才会表现出一定程度的宏观趋势，也就形成了有序性。原子越多，有序性就越明显。

但是，在生命体当中，存在着一些极小的原子团，它们小到不足以用统计规律来描述，却仍然以高度的秩序在运行。这些与众不同的原子团就是基因。一个基因包含的原子数只有1000个，可能还要更少。如果按照热力学定律，这样少的数量不可能维持高度秩序，也就无法稳定地遗传物种性状。但是，实际情况是基因遗传的稳定性高到堪称奇迹，基因复制的错误率通常小于十亿分之一。

薛定谔用量子力学解释了这种精确性的奥秘。他提出，基因存在于一种“非周期性晶体”结构中，它与自然界常见的“周期性晶体”不同，粒子排列并不是像瓷砖、墙纸上的花纹一样简单地周期重复，而是像一张精美的刺绣一样，具有独特的设计，各个原子各司其职发挥作用。正如薛定谔所预测的，后来发现的DNA双螺旋分子结构正是一个非周期性晶体，基因就存在于这种结构上。薛定谔总结，经典物理学是有序来自于无序，只有量足够多才能产生秩序。但是生命体却给出了完全不同的运行机制，它证明了有序也可以来自有序，一个很小的、具有高度组织化的原子团，同样可以有序地工作。这是量子力学作用的结果。

除了保持稳定之外，基因还需要突变，以推动物种进化。薛定谔推测，基因突变是量子跃迁的结果。量子跃迁是指微观粒子在吸收一份固定的能量时，从一个状态跳跃到另一个状态的过程，这种跳跃不存在中间状态。当基因内发生量子跃迁时，就产生了突变。由于量子世界的能量是按份传递的，必须达到一定剂量才能诱发突变，所以日常生活中突变总是一个小概率事件，只有暴露在X射线等高能射线下才会提高突变率。

在揭开遗传的奥秘之后，薛定谔提出了一个核心问题：生命的本质是什么。他认为，生命的本质是吸收秩序，是汲取负熵。负熵就是熵的对立，熵代表的是无序，而负熵表示的是有序。人从食物里吸收负熵，来对抗自然界的熵增定律，维持生命秩序。一旦生命死去，无法汲取负熵，就会迅速腐烂变质，按照熵增定律变成一堆无序的物质。太阳是地球的负熵来源，植物吸收了阳光中的负熵，高等动物通过吃掉植物来获得负熵，同时排泄物带走熵。排泄物中残存的负熵还能供植物和微生物继续吸收。从根本上讲，整个生物圈其实就是一个负熵传递的过程。这就是生命的本质。

二、思维意识 

薛定谔认为，意识应该是客观世界的一部分。他认为科学界存在一个巨大的缺陷，那就是科学世界的图景中没有给人类“意识”留下任何空间。

薛定谔提出这个观点，是因为量子力学的发展促使人们重新审视对“意识”的了解。量子力学发现，观测这个动作可以改变粒子的原有状态。以玻尔为代表的哥本哈根学派认为，意识在参与影响物质世界。但薛定谔提出了著名的思想实验“薛定谔的猫”，来反驳主观意识决定论。人的意志居然能决定猫的死活，这是不可能的。

其实所谓的观测，并不是主观行为，而是一个客观的物理事件。“看”这个动作只是光子反射到视网膜上，而不是从眼睛里发出某种视线。当光子撞击到粒子上再反射到眼睛中时，必然会对粒子产生干扰，所以观测行为会影响粒子的状态其实很正常。世界上没有彻底的，纯粹作为旁观者的观测，只不过光子对宏观物体影响小，对微观粒子影响大。之所以我们会夸大意识在微观世界的作用，是因为我们把“看”这个动作理解成为一个纯粹的主观行为。

如果将认知主体排除在客观世界之外，认为像“看”这样的动作只属于意识范畴，而不属于科学范畴，那么就会引发悖论，因为物质世界就会不存在颜色、声音、冷热这些我们常见的所谓客观现象。世界就会没有颜色，只有光波；没有声音，只有振动；没有冷热，只有温度值。但是，色彩、音乐、冷暖都是我们真切感知的东西，它们应该被纳入科学的范畴。虽然意识和感觉不能告诉我们物质的客观性质，但却是我们最初的信息来源。只有先感知到了颜色，进而才能找到光波。可以说，所有的科学知识都是以感觉为基础，意识和存在之间根本就没有主观和客观之分。薛定谔说，我只被赋予了一个世界，而不是存在和感知分开的两个世界。主体和客体之间的屏障实际根本不存在。因此，科学态度必须重建，也就是说，要将无法回避的意识现象纳入到科学世界的图景之中。

解读 | 韩春苗

中央广播电视总台编辑，国际新闻学硕士，全国广播影视“十佳百优”理论人才。

播音 | 张煜

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫