《生命是什么?》讀書心得

　　本書的時間是1943年2月份，正值二戰(zhàn)。和C. N. Yang同一level的物理學(xué)巨匠薛定諤先生在英國愛爾蘭都柏林三一學(xué)院的講演。

　　閱讀的版本為中文版本，商務(wù)印書館2014年版，張卜天翻譯。

　　注：心得簡要英中文，實體中文。

　　The brief

　　A professional physicist tries to crackdown the mystery of genes by asking two fundamental questions - what is the structure of the gene, and which physical law governs the behaviour of the gene. As the answer questing throughout the book, which makes it a whole, an inspired book.

　　簡述

　　一位訓(xùn)練有素的物理學(xué)家試圖通過提出兩個根本性的問題來解開基因的神秘面紗 - 基因的結(jié)構(gòu)是什么，以及物理學(xué)中的”什么“定律可以描述基因的行為。通過這兩個問題的定義和探尋，得成此書，發(fā)人深省。

　　基因的結(jié)構(gòu)是什么?

　　物理學(xué)和化學(xué)研究物質(zhì)的基本性質(zhì)，一般會考慮這些方面 - 尺度大小，結(jié)構(gòu)特征，穩(wěn)定性

　　尺度大小 - 通過測量和估算，一個基因的大小為邊長約300埃的立方體(1埃=10-10米)，約2000個基因大致線性的組成了細(xì)長條狀的果蠅的染色體。

　　結(jié)構(gòu)特征 - 染色體是非周期性晶體，基因只是這個非周期性晶體上的一個線性排列單元。在物理學(xué)中，分子=固體=晶體的(周期性的+非周期性的)=受海特勒-倫敦力控制的，氣體=液體=無定形的=受范德華力控制的。周期性的晶體可以是石墨，以及一些純金屬等。

　　穩(wěn)定性 - 從電子顯微鏡觀察來看，基因很穩(wěn)定，從遺傳學(xué)的基因性狀表達(dá)來看，基因可以穩(wěn)定保持幾代人甚至幾個世紀(jì)。如果物理學(xué)家盲目推廣描述無定形物質(zhì)穩(wěn)定性度量規(guī)律的大數(shù)定律的話，會出現(xiàn)荒唐的沖突，因為一個基因只包含約包含1000個左右的原子，這表明基因的結(jié)構(gòu)應(yīng)該很不穩(wěn)定，與觀察到的現(xiàn)象相反。因此，薛定諤猜想量子力學(xué)才是解釋基因長久穩(wěn)定性的鑰匙，海特勒-倫敦力才是維持這個小尺度物質(zhì)穩(wěn)定性的原因所在。

　　物理學(xué)中的”什么“定律可以描述基因的行為?

　　基因的行為有哪些

　　長久穩(wěn)定性(即極低的不穩(wěn)定概率)

　　即使考慮基因是分子，其包含的原子數(shù)也過小，無法用大數(shù)定律來解釋這一現(xiàn)象

　　量子力學(xué)的海特勒-倫敦力可以解釋這一現(xiàn)象，因為此力將原子與原子牢牢的綁在一起，形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)(即破壞它所需的能量很大)，如此大的能量出現(xiàn)在在人體這個復(fù)雜能量場中出現(xiàn)概率極低

　　罕見的突變(大的變異，例如麥穗的麥芒出現(xiàn)了無芒)并且穩(wěn)定傳遞下去，而常見的小的變異(例如麥穗的麥芒長度)不會被遺傳下去

　　突變后的基因也遵循“父基因”的第一條特性，那即意味著兩者結(jié)構(gòu)一致，此時基因的結(jié)構(gòu)模式?jīng)]有發(fā)生根本性的變化，而是類似于化學(xué)領(lǐng)域中的同分異構(gòu)體的差異，如果突變遵循這個模式，那么從“父”基因的化學(xué)分子構(gòu)型變化到“子”基因的化學(xué)分子構(gòu)型，此變化過程需要被外界提供超過結(jié)構(gòu)1直接到結(jié)構(gòu)2的能量差，因為變化過程中會到達(dá)一個能量更高的“中間態(tài)3”

　　而小的變異則不是分子結(jié)構(gòu)的改變，更多的是基因代表的形狀的表達(dá)程度的不同，例如麥芒的長度的差異。因為不是基因的變化因此不能遺傳給后代也就不足為奇了

　　輻射劑量和突變率成線性關(guān)系，但不連續(xù)

　　為了探尋基因突變和哪些因素有關(guān)，生物學(xué)家使用X射線來照射親體，獲取到突變率和輻射劑量成正比(線性變化)而不是累積變化的，因此，某一輻射劑量只會激發(fā)某一類的基因，或者用量子力學(xué)的概念來描述就是某一個“能級”的基因。

　　此外，薛定諤還討論了上述主線之外的一些相關(guān)問題，集結(jié)如下。

　　觀察世界得到的兩種明顯的模式

　　從無序到有序

　　大量無序行為中涌現(xiàn)出統(tǒng)計學(xué)意義上的有序，例如布朗運動，順磁性等。這是統(tǒng)計物理學(xué)的領(lǐng)地。

　　從有序到有序

　　精巧結(jié)構(gòu)組合而成的準(zhǔn)確精妙過程，對熱運動的強(qiáng)大抵抗性，例如遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性，宏觀世界中的純機(jī)械行為等。如果可以降低熱力學(xué)的影響，這里是量子力學(xué)的領(lǐng)地。

　　如何統(tǒng)一的理解這兩種模式

　　熵才是答案，熵的單位是卡/攝氏度，溫度是理解上述“看起來不同其實相同的模式”的關(guān)鍵，例如如果我們把一座可以精確運行的擺鐘加熱到室溫以上，它就不再繼續(xù)工作了，最終會融化，也就是無序狀態(tài)，所以對于任何物質(zhì)，這兩種模式同時存在，只不過強(qiáng)弱不同而已，我們可以理解為固體依靠海特勒-倫敦力來大大擺脫熱運動的無序。

　　人為什么要新陳代謝(吃喝呼吸等)

　　不是為了獲取物質(zhì)也不是獲取能量，因為我們吃喝進(jìn)去的食物，呼吸的空氣，其原子和構(gòu)成我們身體的原子一樣，其能量也與我們身體中包含的能量沒有區(qū)別，看不出單純?yōu)榱私粨Q的必要性。

　　那我們通過新陳代謝獲得了什么?負(fù)熵，通過新陳代謝來“吸取”有序(負(fù)熵)來抵消生命過程中不斷制造的正熵。

　　直接經(jīng)驗本身，無論有多么千差萬別和多種多樣，在邏輯上卻不可能相互矛盾。

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