【基本介绍】
《生命是什么》，作者是【奥地利】埃尔温·薛定谔，肖梦翻译，天津人民出版社·果麦文化2020年4月出版，4.8万字。
埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger，1887年—1961年），奥地利物理学家，量子力学奠基人之一，波动力学的创立者；由他所建立的薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子运动状态的基本定律，它在量子力学中的地位大致相似于牛顿运动定律在经典力学中的地位；提出薛定谔猫思想实验，试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性。因发展了原子理论，获1933年诺贝尔物理学奖。薛定谔还发展了分子生物学，是量子分子生物学的奠基人。薛定谔还是维也纳大学哲学博士，在哲学上，确信主体与客体是不可分割的。薛定谔的主要著作有《波动力学四讲》《统计热力学》《生命是什么？——活细胞的物理面貌》等。
薛定谔关于生物学的主要思考，就集中体现在《生命是什么？——活细胞的物理面貌》这本书里面。此书根据薛定谔1943年在都柏林三一学院的一系列演讲整理而成，出版于1944年，是当时分子生物学“结构学派”的理论纲领。
这本书要探讨的是：在一个生命有机体的范围中发生的众多空间和时间事件如何用物理学和化学理论来解释？作者将其竭力解释和确立的初步答案总结如下：现在的物理学和化学解释这些事件明显无能为力，但并不代表这些事件不能通过这两个学科的理论解释。
全书共分7章，分别是：经典物理学家对该问题的研究；遗传机制；突变；量子力学证据；对德尔布吕克模型的讨论和验证；有序、无序和熵；生命是否基于物理定律？
【撷取摘要】
1.
为什么现在的物理学和化学理论不能解释生命有机体中各个空间和时间中发生的事件？
因为生命有机体关键组成部分的原子排列方式，以及这种排列方式之间的相互作用，与物理学家和化学家至今在实验和理论中研究的原子排列方式有着根本的不同。
2.
分子很小。为了让普通人更好地理解这个问题，人们举过很多例子，威廉·汤姆逊·开尔文举的例子最为令人印象深刻：假设你将一杯水中的所有分子都做上标记，然后把这杯水倒进海里，充分搅拌，让带标记的分子均匀地分布在七大洋当中，当你从任意一片海中舀出一杯水，你会发现这杯水中大约有100个被标记过的分子。
在原子物理学中，人们专门制定了一个叫“埃米”（简称“埃”）的单位，1埃等于0.0000000001米，也就是1纳米的1/10。原子的直径在1到2埃之间。
3.
人类大脑和其他体系的相互影响本身就具有一定程度的物理秩序，换句话说，它们会严格遵守物理定律，并保证一定程度上的准确。
“物理定律的基础是原子统计学，因此只是近似结果。”只有大量原子组合在一起，统计学定律才能影响以及控制原子集合的行为，并且原子数量越多，统计学定律的精确性越高。正是通过这种方式，观测到的事件本身才获得了秩序性。人类已知的所有在有机体生命中发挥重要作用的物理和化学定律，都是这种统计学意义上的定律。任何其他能想到的规律和秩序都会被原子永不停歇的热运动持续干扰，变得不起作用。
4.
一个有机体和它所经历的全部生物学相关过程，都需要建立在规模庞大的“多原子”结构上，从而防止“单原子”结构导致的偶然事件产生太大影响。
一个有机体的生长会受到细胞分裂的持续影响。这样的细胞分裂称为有丝分裂。平均只需要50到60次连续分裂，就足以产生成年人类体内的细胞总量，或者如果把一生中细胞的更替也算进去，大概需要分裂出10倍于成年人体内细胞总量的细胞。因此，平均来说，成年人的任何一个体细胞都只是受精卵的第50代或60代“后代”细胞。
有丝分裂中每个染色体都会被复制。每个细胞都有完整的一套（两份）代码文本，即便是不重要的细胞。
当生物个体性成熟后，一般在有性生殖发生前的很短一段时间内，会通过减数分裂方式让保留下来的细胞产生配子。有丝分裂过程中染色体翻倍的现象并不会出现在减数分裂当中，染色体数目保持恒定，因此所有配子都只有一半数量的染色体，只有一套完整的代码。
只有一个染色体组的细胞叫做单倍体。有性生殖过程中，雄性配子（精子）和雌性配子（卵子）这两种单倍体细胞融合在一起形成受精卵，受精卵就是二倍体。受精卵中的一个染色体组来自母亲，另一个染色体组来自父亲。
有很多种植物通过减数分裂产生叫做孢子的单倍体配子，会掉进土壤当中，像种子一样发育成一棵和二倍体植物大小相当的单倍体植物。如此往复。这一事件的过程叫做世代交替。
一个染色体在代代相传的过程中是完整不可分割的。然而事实并非如此，或者并不总是这样。在减数分裂中染色体分别进入两个子细胞之前，任何两个“同源”染色体都会彼此接触，并且在接触的时候可能会随机交换一部分，这个过程叫做“互换”，通过这种机制，分别位于同一个染色体的两部分上的性状就会在孙代发生分离，孙代中一个性状会随祖父，而另一个性状则会随祖母。
基于遗传学的证据（繁育实验），基于细胞学证据（在显微镜下直接观察），两种方法都估算出，基因的体积大约与边长为300埃的立方体相当。
5.
达尔文把微小、连续和意外的变异视为自然选择的基础材料，这是错误的。例如，
达尔文认为通过选择能够增加麦芒的平均长度。而如果你用纯种大麦做这个实验，就会发现事实并非如此。在这里选择是无效的，因为微小的连续变异不是遗传的。那些特征显然不是基于遗传物质的结构，而是偶然的。
突变和原始特征一样，都能将特性毫无改变地传递给下一代。突变体肯定是遗传发生了改变，即遗传物质发生了某种变化所导致的。
遗传学理论的基石是遗传定律，即亲代不同的特征在后代中的表现规律，尤其是显、隐性的重要区别。
为了成为自然选择的合适素材，突变必须是小概率事件。基因的高度稳定性导致的相对保守是十分必要的。
规律一，突变是单一事件。突变并不具有累积效应，连续的小剂量辐射并不会让突变率上升。
规律二，事件的局域性。即便射线对个体的危害能够避免，但射线还是会造成间接伤害，也就是生殖细胞当中会出现微小的有害突变。对于任何个人来说，这是不需要担忧的。但对于整个社会来说，全人类长期受到有害隐性突变的影响，这是我们应该担忧的事情。
7.
突变实际上就是由基因分子当中的量子跃迁造成的。放到达尔文的理论当中，你需要用“突变”代替他所说的“微小的意外变异”（就像量子理论用“量子跃迁”代替“能量连续传递”）。
现有的知识体系中，遗传机制和量子理论有密切的关系，甚至可以说遗传机制就建立在量子理论的基础上。
量子理论的一个伟大发现是在“自然之书”中发现了不连续的特点。不连续的第一个例子是关于能量的。假设一个非常小的系统天然只具有一些不连续的能量，称之为特殊的能级。从一种能量状态转变为另一种能量状态是相当神秘的事件，通常被称为量子跃迁。
从一种构型转变为另一种构型就是量子跃迁。如果第二种构型的能量较大，能级较高，那么这个系统就必须从外界吸收至少两个能级能量差的能量才能完成这种转变。转变到能量较低的状态可以通过辐射的形式消耗多余的能量自发完成。
分子必须具有一定的稳定性，也就是说它的构型不会改变，除非从外界获得能够“提升”到更高能级的能量。因此，这种能够用数量精准表示的能极差，就定量地决定了分子的稳定程度。
8.
分子的稳定性与温度有关。
数量不多的原子组成的结构——这样的遗传物质能否在漫长的时间中不受无时无刻不在发生的热运动干扰？我们应该假设基因的结构是一个巨大的分子，只会发生不连续的变化，这些变化主要是原子进行重新排列，最终产生同分异构体。
原子的重新排列可能只会影响到基因的一小部分区域，但是也可能有很多种不同的重新排列方式。由于能量阈的存在，分子的实际构型不会自发转变为任何一种同分异构体的构型，所以能量阈必须要足够高（与原子的平均热能相比），才能让自发转变成为小概率事件。这些小概率事件就等同于自发突变。
温度对不稳定基因的影响比稳定基因小。
总体来说，不稳定突变体的X射线诱导突变率并没有显著高于稳定突变体。
突变是“跃迁”式的变化，没有任何中间形式出现。
我们发现，任何种类的电离辐射都会提高自然突变率。假设我们必须要用热运动的随机波动来解释自然突变，我们就不会惊讶于大自然成功地选择了这样精妙的阈值，使突变的发生这么罕见。
9.
对于成年生物来说，其能量总量和物质总量都是稳定的。单纯进行能量交换也没有什么意义。
生物之所以能一直活着，是因为它们能够不断从环境当中获得负熵。生物真正赖以维生的东西是负熵。新陈代谢的本质在于，生物能够成功地让自己免受其生命活动产生的熵的影响。
熵并不是一个模糊的概念或观点，而是一个可测量的物理量。在绝对零度（大约-273℃）时，任何物质的熵都为零。当物质缓慢、不可逆转地一小步一小步地进入其他任何状态，熵都会增加。如当你熔化一个固体的时候，熵增加的数量等于熔化热除以熔点温度。由此可知，熵的单位是卡路里每开尔文。
对我们来说，更重要的是阐述“熵”这个统计学概念与有序和无序之间的关系。熵是直接度量分子无序程度的物理量，也就是其对数。
“生命以负熵为生。”也就是说它们会从外界源源不断地获取负熵，去抵消其生命行为产生的熵增加，这样才能让它稳定地维持在相对较低的熵水平上。
恒温动物的体温之所以更高，是因为能够更快地排出身体当中产生的熵，因此它们也能进行更强烈的生命活动。
生物稳定保持在较高的有序状态（熵较低的状态）的机制就是，持续不断地从环境当中获得秩序。
我们需要补充能量，不仅仅是因为我们的身体做动作需要消耗机械能，还因为我们在不断向环境中释放热能。我们释放热量也不是偶然的，而是必然的。我们正是通过这种方式，将我们生理活动过程中不断产生的多余的熵处理掉。
10.
生命是否基于物理定律？根据我们对生命物质结构的了解，我们必须准备好接受其运行方式可能并不能被归结于普通的物理学定律。
生命过程中的有序有不同的来源。有序事件的产生似乎有两种不同的“机制”，一种是通过“统计机制”从无序中产生有序，另一种则是通过有序产生有序。
物理学家骄傲地赞成第一个原理，也就是“有序来自无序”原理。自然界中很多现象都符合这个原理，而且只有它才能让我们理解自然事件的发展线索，首先就是其不可逆性。不过，我们不能指望由此衍生出来的“物理学定律”能直接解释生命物质的行为，因为其显著特征更大程度上是基于“有序来自有序”的原理。你不能指望两种完全不同的机制产生相同的定律，就像你无法指望用自家的钥匙打开邻居家的门一样。
所有的物理学定律都以统计学为基础。
其显著特征就是直接建立在“有序来自有序”的原理上，看上去跟统计学或分子层面的无序毫无关系。
我们严肃提出的作为理解生命的真正线索，即“有序来自有序”这个新的原理，似乎对物理学家来说并不陌生。
11.
不必因为不能用一般的物理学定律解释生命而感到气馁。我们必须准备好去寻找能解释生命的新的物理学定律。新原理并不违背物理学。
时钟的运动算是动力学定律事件还是统计学定律事件，完全取决于我们的看法。如果我们把它看成动力学现象，我们就将关注点放在了规律运动上。但是，如果我们还记得，没有发条，时钟的运动就因为摩擦力的作用而逐渐减慢，我们就会发现这一过程只能作为一种统计学现象理解。
一个物理系统——任何一种原子的集合体——在什么情况下会表现出符合“动力学定律”的“时钟装置特征”呢？对于这个问题，量子理论给出了简短的答案：在绝对零度的时候。在绝对零度的条件下，分子的混乱就不会再影响物理事件。
瓦尔特·能斯特提出的著名的“热定律”，它也被誉为“热力学第三定律”（第一定律是能量守恒定律，第二定律是熵增定律）。能斯特之所以能发现这个定律，是因为即使在室温条件下，熵在很多化学反应中都发挥着微不足道的作用。
量子不确定性在生物问题上产生的影响并不大，只是可能会增强减数分裂、自然和X射线诱导突变等事件中的纯粹偶然性，不论如何这都是显而易见、被广泛接受的。
【写在最后】
1.
多年前第一次见到薛定谔这个名字，就下意识地以为是咱大中国薛家人，民族自豪感油然而生，等到发现自己搞错了，那份亲近感已链接完工。然后又被“薛定谔的猫”搞得云山雾罩、神魂颠倒，无比折服，十分崇拜。再然后，“生命以负熵为生”，薛定谔用这句名言真正征服了我。
正是这份亲近和折服，让我在看到这本书时，很果敢就打开了。当然，是看到本书一开始，作者说“这本小册子的内容基于理论物理学家的一系列公开讲座”，得知“讲座的内容也不是跟通俗二字完全不沾边”时，才敢壮起胆子、鼓起勇气往下翻。好在这本被作者称为“小册子”的书，只有4.7万字，还在我鼓起的勇气阈值内。
但很显然，作者认为的通俗和我理解的通俗完全不在一个层面上。好在作者在讲述和论证时，很诚信地没有采用数学演绎法这种物理学家最吓人的“手段”，书中那些文字多少还认得，组合在一起意思多少也能明白些，不至于太过艰深晦涩、诘屈聱牙。即便如此，我还是很识趣地挑那些我能看懂的，遇到超出我理解范围的就跳过去，直接找结论、找答案。
这样的阅读多少有点自找苦吃的味道，但正如吃苦瓜、嚼橄榄一样，等到品到回甘滋味时就有些上头，感觉甚好。再实诚点说，这样的阅读多少也有点逞强卖弄之嫌，就好比上了酒桌，几杯下肚，就不知自己几斤几两，开始吆三喝四，越发举杯邀盏了。
2.
在书中，薛定谔围绕“生命是什么”这个主题，探讨了三个主要问题：生命靠什么来繁衍遗传？生命靠什么来不断进化？生命靠什么来维持运转？
薛定谔认为，生命通过基因把遗传信息传递给后代，而基因本质上是一种“非周期性晶体”；恰到好处的量子跃迁，导致基因突变，让生命的进化成为可能。也就是说，生命靠非周期性晶体的稳定性来繁衍，靠量子跃迁来实现进化，正是稳定和突变的协调配合，才造就了今天的大千世界。而生命之所以神奇，就在于它能在一个永远熵增的世界里不断获得负熵。生命以负熵为生，靠不断从外界吸收秩序来维持自身运转。只有通过新陈代谢的方式，从外界源源不断地获取负熵，生命才能存续。
3.
这本书是物理学和生物学的有机结合，是薛定谔的跨界思考。薛定谔在书里也不止一次地表示，自己不是一名生物学家，只是在以一个物理学家的外行视角思考生物学问题。但他的思考无疑是超前的。
正是受到本书的启发，沃森和克里克转向了生物学研究中的遗传机制研究，并于1953年，发现了DNA双螺旋的结构，开启了分子生物学时代，使遗传的研究深入到分子层次，“生命之谜”被打开，人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径。
牛顿曾经说过：如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上。很多科学研究成果的诞生，就是建立在前人的思想和研究中不断改进和完善的。而对于我们普通人来说，也正是因为有这些巨人，因为他们的思想和研究不断推进和发展，成为里程碑、奠基石、标杆和旗帜，向世人展示出具象的成果，被广泛宣传和诠释后，我们才可能感知到，进而通过对他们研究成果的学习，我们对自己、对生命、对世界的认知才有可能慢慢地一点一点地打开。
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