《生命是什么》 作者:[埃尔温·薛定谔]

本书作者薛定谔很多人都很熟悉，他是1933年的诺贝尔物理学奖获得者；他提出了大名鼎鼎的薛定谔方程，成为整个量子物理学的奠基性工作。而他最被大众记住的，可能是“薛定谔的猫”这个通俗比喻：这只同时处在生存和死亡两种状态下的可怜的猫，绝妙地展示了量子力学对人类认知的革命性改造。更有趣的是，这位物理学界的祖师级人物，偏偏在生命科学的学科生成史上起到过拐点性的关键作用。

在二战结束前的1943年，薛定谔在爱尔兰三一学院公开进行了一系列关于生命科学的演讲，这些演讲随后被编辑成一本小书出版，叫《生命是什么》。这本书的内容代表了薛定谔作为一个顶级物理学家，是如何试图理解生命现象背后的物理学和化学基础的。

假设你现在就是女娲，你要造人。你第一步要做什么呢？

说啪啪啪的，你信不信我用套套塞住你的嘴。

说准备泥巴的，你才是泥巴变的。

我们现代人都知道生命的基础首先是物质，生命现象虽然复杂，但是说到底，生命无非就是DNA、蛋白质、细胞和细胞膜等等一堆化学物质堆积在一起嘛。

但对古人来说，理解生命的本质，远远超出了他们当时的理解范围。因为生命这件事实在是太神奇了。

比如，在古人看来，一潭死水里居然还能飞出活的小虫子，说明生命可以从无到有自然发生；

反过来，一只鸭子煮熟了，所有物质都还在，但是鸭子却肯定活不过来，这说明生命也可以神秘地突然消失。

在这两个过程里，到底都发生了什么神奇的变化？这种变化到底能不能被我们人类理解？

现代人类的历史有二三十万年，人类文明也已经有1万年左右了。在这段历史里，祖先们始终在猜测生命的本质，特别是什么特殊的物质支撑了生命活动。

我们先来回顾一下现代科学降临前，人类对生命物质的三种典型错误认知。这也恰恰说明认识生命是一个多么困难的事。

一、三种错误认知

1. 神秘主义：统治人类两千年的愚昧

人类面对一个复杂难解的现象的时候，天然就会用神秘主义的逻辑来理解它。

比如，祖先们看到风霜雨雪，闪电打雷，不知道怎么解释，他们就会创造出无所不能的神来解释一切。

而生命现象也是一种非常神奇非常复杂的现象，于是祖先们天然就会依赖用神秘主义的逻辑解释它。他们会天然地认为生命很特殊，肯定不是由常见普通的物质组成的，一定有什么生命独有的东西在那里。

神秘主义阶段最著名的理论是由亚里士多德提出来的，他提出了“三种灵魂”理论，用这种叫灵魂的物质，来解释生命的特殊性。

他认为植物有一个灵魂，使它们不断生长繁殖；动物在植物的基础上多了一个灵魂，负责感知和运动；而我们人类就有三个灵魂，除了动物的两个灵魂，还多了一个负责理性思考的灵魂。

这套理论并没有解释清楚生命，它只是把人人都能看到的东西，换了几个抽象的词重新说了一遍而已，并没有解决任何问题。亚里士多德的理论说因为这三种灵魂的存在，物质才有了生命力，本质上就是循环论证。这和说水能流动是因为“水性”、火车跑得快是因为“移动性”一样。至于这三种灵魂到底是什么东西，亚里士多德显然还没有能力回答。

更可怕的是，这个理论从逻辑上阻止了人类对生命本质进行实际的探究。

因为在亚里士多德的理论里，灵魂这东西就只有活着的生物才有，而且看不见摸不着。就算有人把一棵树或者一只猫层层剖开，用最先进的仪器一点点分析它们的物质构成，也是绝对不可能把灵魂这种东西找出来的。

因此，如果生命的本质真的是这样，那么人类实际上就没办法理解生命了，因为“灵魂”这个东西，在操作层面不可触碰、在观念层面难以挑战。

2. 机械论：生命就是一台冰冷的机器

神秘主义作为人类对生命的唯一认知，直到17世纪才遇到了挑战。那时欧洲文明走出了中世纪的阴霾，重新拾起了理性和创造力。

也就是在这段时间里，第二种错误认知出现了。法国哲学家笛卡尔提出了对生命本质的新解释，不妨叫“机械主义”。

笛卡尔认为，哪里有什么虚无缥缈的灵魂，生命现象完全可以用冷冰冰的科学定律来解释，甚至只需要用人类已知的简单机械原理就足够了。

或者换个说法，生命体内一定存在类似于机械这样的东西，比如发条、杠杆、滑轮、闸门等等。

有个很好的例子生动地展现了他的思想。笛卡尔的一个粉丝沃康松制作了一只机械鸭子。在发条的驱动下，这只鸭子能扇翅膀，吃东西，甚至还能消化食物和排泄。这只机械鸭子火遍了全欧洲，实实在在地引领了机械论生命哲学的风潮。

当然，沃康松的鸭子并不是真的能消化食物。它仅仅是依靠发条驱动张开“嘴巴”，把“吃”下去的食物存在肚子里；随后又把肚子里预先存好的排泄物从屁股那里“放”出来而已。

你看，区区几根发条就能模拟生命现象，那用更复杂的机械原件来解释生命活动，看起来逻辑上没问题吧？

但是很遗憾，机械主义的乐观情绪事后被证明也是虚假的，生命现象还是比人类机械复杂多了。19世纪末，德国科学家汉斯·杜里舒在海胆身上发现了一个耸人听闻的现象，给了机械主义致命一击。

海胆

海胆是一种生活在海洋的球型生物，一个海胆受精卵正常情况下会一分为二，二分为四，四分为八，这样慢慢变多，最终长成一个大海胆。

杜里舒做了这样一件事，他收集了已经一分为二，二分为四的海胆胚胎，然后把四个细胞分裂开来单独培养。

按照机械论哲学的预测，这四个细胞应该会分别变成海胆的一部分，拼起来才是一个完整海胆。但是实验结果却是，四个细胞分别长成了体型较小，但是仍旧形态正常的海胆。

假设生命是一种机器，如果大卸四块的话，肯定会立刻停止工作，怎么可能还会变成四个个头较小的机械？这种奇怪的现象没办法用机械主义的逻辑来解释。

3. 活力论：生命是独一无二的特殊物质

机械论虽然听起来希望不大，但第三个理论又另辟蹊径。它不再把生命的本质诉诸于物理规律，而是转向了化学。我们叫它“活力论”。

这个话题要从两个很牛的牛人说起。

第一个牛人是瑞典化学大师贝采利乌斯。他与道尔顿、拉瓦锡一起被称为现代化学之父。他提出了生命的活力论。

贝采利乌斯认为，生命之所以是生命，因为它具有一种独特的“活力”性质。而这种活力的来源呢，就是生物体内某些特殊的化学物质。它们只存在于活着的生物体内部，绝不会在自然界凭空出现。

第二个是牛人巴斯德，他是微生物学的开拓者。他第一个研究出了狂犬病疫苗。他发明的消毒方法至今仍然被称为巴氏消毒法。

巴斯德在研究发酵时发现，糖的发酵需要酵母这种微小的单细胞生物参与。所以他认为，既然只有活酵母才能催化发酵过程，那么反过来，发酵就是只有生命才具备的化学反应。

也就是说，生命和非生命的界限，可能像发酵这样，是仅能在生命体内发生的化学过程。

综合两位大牛的看法，我们可以说，他们的理论实际上和亚里士多德的灵魂论有相似之处。

亚里士多德认为生命现象的出现在于灵魂，而贝采利乌斯和巴斯德认为生命现象的存在，在于它们体内存在特殊的活力物质和活力反应——这就是活力论。

所以说灵魂论、机械论、活力论，本质上都是一种生命特殊论。

他们认为生命现象之所以存在，是因为生命体内存在某种驱动生命现象的东西——比如灵魂，比如机械，比如活力物质。生命和非生命的界限，其实就是这些生命特有的东西。

但是必须得说，虽然活力论看起来简直就是改头换面的灵魂论，但是和灵魂论不一样的是，活力论可以接受科学实验的检验。

根据活力论，如果科学家确实在生命体内部，找到了某种特殊的化学物质或者化学反应，而这种物质或反应绝对不可能在非生物环境中出现，那我们就能够宣称，我们理解了生命的本质。

反过来，如果我们上天入地之后也没发现生物体内有任何特殊的东西，那至少我们也可以说活力论是一种错误的假设，生命现象可能就没什么特殊之处。

因此，活力论的出现，可以说是人类智慧对生命现象下的一道挑战书。

历史的巧合是，建立活力论的是贝采利乌斯，而通过实验给活力论当头一棒的居然是他的学生。1824年，包裹着生命真相的外壳裂开了第一道缝，科学的阳光1万年来第一次照耀到了生命最底层的秘密。

二、生命物质并不特殊

神秘主义，机械主义和活力论的共同点在于，它们都认为生命现象的出现，是因为生命体内存在某些特殊的东西，要么是灵魂，要么是机械，要么是活力物质。

直到19世纪，机械主义和活力论，甚至是古老的灵魂论，仍然在欧洲大行其道。19世纪，已经是什么时候了？距离牛顿发现万有引力定律都过去了一个半世纪了；而工业革命的爆发，也已经是上个世纪的事了。
但这时人类甚至还无法理解到底是什么构成了自己，什么驱动了生命。解释生命现象，居然还需要动用类似灵魂、活力这样有点不知所云的概念。

面对复杂的生命现象，人类当时的无知远远超出了今天的想象。

但第一道裂缝总会打开，第一道光终会降临。

维勒实验：击穿活力论

放进这第一缕光的人，是德国化学家弗里德李希·维勒。有点讽刺的是，维勒是那个提出“活力论”的瑞典人贝采利乌斯的学生。

1824年，维勒试图在实验室中合成一种新的化学物质。实验的结果出乎他意料，烧瓶底生成的白色晶体看起来有点陌生。维勒一直到1828年才最终确认这东西是尿素。顾名思义，这是一种存在于生物尿液中的东西。

长久以来，人们一直认为尿素就是一种典型的活力物质，而维勒做实验所用的材料都无需通过生物体，是直接从大自然直接获取的。所以这个结果说明，生命体内的物质是可以在实验室里从无到有制造出来的，没什么特别的。“活力论”从此被证伪。

那些传统上认为只有生命体才有的活力物质，居然可以在实验室里很方便地合成。既然如此，地球生命的物质基础好像也没有什么特别的。

顺着这个逻辑继续往下推演，可能不光是物质，也包括生命体内进行的化学反应，还有生命体的结构、繁殖和生存方式，甚至是智慧的存在形式，是不是也都没什么神秘的，也都可以在实验室里很方便地解剖、分析、甚至制造呢？

换句话说，就是从维勒实验开始，人们才开始觉得生命现象是可以被理解、被操纵，甚至是可以被预测和改造的。

从这时开始，人类科学家真正开始了理解生命现象的探索过程。

米勒实验：烧瓶里的原始地球

尿素毕竟还只是一种不那么复杂的生命物质。因此必须追问一句：构成生命躯体的核心复杂物质，比如DNA、蛋白质，是不是仍然只有生命才能生产呢？

如果是，那么似乎还可以说生命物质存在某些独特性。仅仅是维勒实验，并没有让“活力论”死透。

彻底葬送生命特殊论的杀手在1952年出现了，此时距离维勒实验已经过去了128年。

这个杀手叫斯坦利·米勒（Stanley Miller）。当时他还是芝加哥大学的博士新生。他对地球生命的起源问题产生了浓厚的兴趣，成功说服了自己的导师，做了一个特别有科幻色彩的实验。

实验本身其实很简单，但野心却非常大。

米勒模拟远古地球的环境，准备了一个大大的烧瓶，里面盛上水，模拟海洋，然后在烧瓶底下加热，模拟原始海洋的高温。他在烧瓶里充上气体，包括甲烷，氨气，氢气，模拟原始的地球大气。除此之外，他还在烧瓶里通上电，激发出电火花，模拟远古地球大气上的雷鸣电闪。

米勒做实验时的照片

米勒的野心很大，它希望直接检验在远古地球环境中，复杂的生命物质能不能被从无到有地制造出来。

这个野心远比合成一种活力物质还要大，它实际上检验的是在地球生命出现之前，地球生命所需要的物质，是不是就已经在地球上被准备好了。

结果，实验才做了一天，某些奇怪的事就发生了，海洋的颜色已经不再是澄清无色的了，而是变成了粉红色，这说明肯定有一些新的化学物质诞生了。

过了一个星期，米勒停止加热，打开烧瓶，检测海洋里面的化学物质成份。实验结果把他都惊呆了，原始海洋中居然出现了几种氨基酸。

氨基酸，大家肯定都不陌生。人体内除了水之外，含量最多的就是各种各样的蛋白质，而氨基酸，就是组成蛋白质的最小单位。如果我们要给地球碳基生命选一种最重要的化学物质作代表，那氨基酸当之无愧。

仅仅是利用地球海洋和大气的成分，在短短一周之内，就能在一个小烧瓶里，生产出几种氨基酸。而地球的时空尺度要比米勒的烧瓶大不知道多少倍。所以在几十亿年的演化时间尺度上，在面积千万平方公里的广袤海洋里，构成生命的所有氨基酸，乃至化学物质，从逻辑上都应该能被从无到有地制造出来。

换句话说，我们至少可以从物质构成的角度上，认为地球生命没什么特别之处，使用的都是垂手可得的原材料，这就是米勒实验的重要意义。

三、生命以负熵为生

从维勒的尿素合成，到米勒的烧瓶实验，已经有足够证据让人们相信，构成生命最基础的物质并不神秘，完全可以在实验室中造出来。

从此，至少在构成生命的物质这个层面，生命现象才成为了一种可以被科学研究的正常自然现象，而不再是扑朔迷离的神话。

而薛定谔的伟大之初在于，他早在米勒实验之前就在《生命是什么》一书中对生命的本质有精彩的预言：

尽管复杂的生命体中很可能会涌现出全新的规律，但是这些新规律绝对不会违背物理学规律。

换句话说，薛定谔认为生命没什么特别之处，依然受物理定律所支配。

制造生命的重大突破

可以想像，从生命走下神坛的那一刻起，人类就产生了一种无法遏制的冲动：制造生命。

既然能够制造生命物质，那么能否像用零件制造机器、用砖头盖大楼一样，制造人工生命呢？

从制造生命基础物质，如氨基酸，再到制造复杂物质，如蛋白质，在这条路上，人类确实取得了大量重要突破。2017年初，美国哥伦比亚大学的科学家甚至人工合成了一个超长的DNA链，并且利用DNA编码规则，在里面存储了一整套计算机操作系统和一部法国电影。

至少在构成生命的复杂物质这个层面上，人类取得的成就还是很大的。那制造出活的生物体，是不是指日可待呢？

肯定不是。

我们常说“煮熟的鸭子飞不了”。鸭子在煮熟前后那一瞬间，身上的物质构成还没有发生变化呢，但生命却是有和无的区别。这说明除了物质之外，生命的运转还需要一些别的东西。

别的东西是什么呢？

如果我们把生命比喻成一座大厦，那么氨基酸、蛋白质、DNA这些物质就是建造大厦用的砖头瓦块，显然砖头瓦块并不能自动盖起大厦，而需要盖楼的人。

同样的道理，构建一个生命，给物质赋予活力的又是什么呢？薛定谔在本书中提出生命的第二个必不可少的元素：能量。

生命的意义：活着就是对抗热力学第二定律

古往今来，无数哲学家对生命的意义提出了无数种思考，而薛定谔在《生命是什么》中提出了我个人认为最靠谱、最经典的观点：“生命以负熵为生”。

1. 什么是负熵

要理解“生命以负熵为生”这句话，首先要理解什么是“熵”，要理解“熵”，需要先理解一个重要物理定律：热力学第二定律：

热力学第二定律是说在任何一个孤立系统里，总体的混乱程度，只会增大不会变小，直到达到混乱的最大化。

这是一个无比重要的物理定律，因为所有生命活着的终极使命只有一个，就是对抗它。祝大家都能对抗热力学第二定律一百年。可能你看完热力学第二定律的定义，认识每一个字，却不知道它说的是什么鬼。

举个形象的例子：想象一下你在做拿铁咖啡，现在往咖啡里倒入牛奶，并且不搅拌，会发生什么？

拿铁咖啡

生活经验告诉我们，当然是两者开始慢慢融合，咖啡的颜色变浅，牛奶也不再是乳白色，最后融合成一杯牛奶咖啡。

这个事太常见了。那你想过下面这些问题吗：

• 咖啡和奶为什么会融合呢？在微观的分子层面，发生了什么？
• 咖啡和奶的融合会停止吗？什么时候停止呢？
• 混合了的咖啡和奶，还能再分开吗？

回答了这三个问题，就大致能知道热力学第二定律在说些什么了。

咖啡与牛奶接触的那一刻，这个杯子里就出现了一个新的“系统”。这个新系统形成之初，咖啡分子和牛奶分子仍然更密集地集中在自己的空间里，自己人挨着自己人，比较有序。

在没有任何外力干涉的情况下，随着时间流逝，在布朗运动作用下，双方的分子都会逐渐向对方的空间扩散，和对方分子混合在一起。这时，我们看到的是咖啡和牛奶的慢慢混合。

这个过程会停止吗？

当咖啡分子和牛奶分子混合到最均匀的状态时，这个系统就达到了最终的平衡。什么是最均匀的状态呢？

假设用电子显微镜观察这杯拿铁，会看到无数多的咖啡分子和牛奶分子乱糟糟地随机混合在一起，完全没有排列规律可言。要想把这两种分子彻底分割开，已经是不可能完成的任务了。

现在我们把制作拿铁咖啡的过程与热力学第二定律对应起来看。

刚刚加入了牛奶的咖啡杯，这是一个独立系统，系统形成之初，分子排布呈现出较大的有序性。

在没有任何外力介入的情况下，随着时间推移，分子的秩序自发走向越来越大的混乱，直到达到混乱的最大化，系统达到最终的平衡。

这个过程是完全不可逆的，混合一旦开始，我们就再也没有办法把牛奶从咖啡中分离出来了。

这种从有序到混乱的变化，背后的驱动力就是热力学第二定律。

这个定律的表述里，系统的混乱程度被称做“熵”。任何一个孤立的系统，都会走向更大的混乱，也就是熵会不断增加。熵最大的时候，就意味着丧失了变化的能力，新的平衡出现了。

• 一个苹果落地，内部秩序从有序走向无序，熵不断增加，从腐烂变质，到最终融入大地，达到新的平衡；
• 一个老人去世安埋，身体逐渐腐烂变质，不再有心肝脾肺肾，眼耳手脚身的区别，最终与大地融为一体；
• 一根钢筋，熵增的过程就是不断被锈蚀的过程；
• 一块岩石，熵增的过程就是被风化的过程……

2. 生命与负熵

简单了解了热力学第二定律，我们的第一翻译可能会认为，生命现象好像根本就不该出现。因为生命的出现本身就是违背物理学定律的。

生命是极端有序的现象，复杂的生物化学反应自发地在生物体内发生，动辄数以百万亿细胞在一个生物体内自发分工协作运转。

如果大自然必然走向不可逆的无序，那么生命这样复杂精密的时空结构，是怎么在无序中产生的呢？

不光如此，只要生命体还活着，它就必须有能力持续地保证它的混乱程度非常小，时空结构高度精密，这都是和热力学第二定律恰好相反的。难道生命真的是逃出自然规律之外的异类吗？

解答其实就藏在热力学第二定律中。

定律的表述里有“孤立系统”这4个字。什么是孤立系统？就是没有能量和物质输入、输出的系统。

如果有能量持续地输入，那么热力学第二定律就打开了一扇后门：在一定空间、一定时间的范围内，混乱程度有可能持续下降。

只要有持续的能量输入，生命现象、高度精密的时空结构，是能够存在并得到很好的维持的。

所以，能量才是生命现象得以发生的根本动力。

薛定谔说:

一个动物想要活着，就得持续不断地吃下去混乱度比较低、熵也比较低的食物，然后排泄出混乱度比较高，熵也比较高的粪便。

不怕恶心你可以想象一下你从进食到排泄的整个过程

这样一来，动物就等于是从环境中攫取了负的熵，从而能够降低自身的混乱度，维持生命现象的发生。

动物可以从食物中获得能量、攫取负熵，那植物呢？薛定谔也给出了一个解释——最终的负熵来源，就是太阳光携带的能量。

因此，吃东西或者晒太阳这些日常行为，其实是生命体在完成一个崇高的使命——吸取能量，对抗热力学第二定律，维持生命现象，这就是“生命以负熵为生”。

那么人类有可能像制造汽车一样制造生命吗？

也许有。但无论如何制造，首先要解决一个问题，就是要让那些构成生命的基础物质拥有自发从环境中获取能量、利用能量的能力。这种能力才是生命与非生命的本质区别。

总结

总结一下，《生命是什么》这本书提出了只有物质是不能构成生命的，只有不断地输入能量，生命现象才有可能发生。这就是薛定谔的名句“生命以负熵为生”的真正含义。本文内容不限于《生命是什么》，还结合了我阅读的其他生命科学方面的书籍。当然，《生命是什么》比我在这里说的要深得多，书中海解释了生命与量子力学的关系，这部分内容比较深，有兴趣的推荐读原著。不过，我个人认为理解到本文所说的程度足够装逼用了。

啥也别说了，直接打钱吧！