生命是什么?

《生命是什么》（英语：What Is Life?）是物理学家薛定谔的一本生物学著作，发表于1944年。这本书是根据薛定谔于1943年2月，在都柏林三一学院的公开讲座课程内容。在书中薛定谔介绍了含有配置遗传信息的化学共价键，一种“不规律晶体”的概念。虽然自1869年以来已知脱氧核糖核酸（DNA）的存在，但在薛定谔讲述当时，DNA的螺旋形状与其在复制过程中的角色，还不明确。而在1950年代，这个概念刺激了其他人对于追寻遗传分子的研究热情。回顾历史，薛定谔对“不规律晶体”的理论性充分推测，可被视为提供了分子生物学家关于遗传物质，应该搜索的方向。共同发现DNA结构的詹姆斯·杜威·沃森和弗朗西斯·克里克，均表示他们研究最初的灵感源自本书，并且把描述遗传信息储存机制的前期理论，归功于薛定谔所撰写的此书。这本书是根据1943年2月都柏林三一学院的讲座课程内容，在1944年出版。该课程虽然预先声明了“该讲座的主题和内容偏于冷门艰深，即使物理学家以最强的数学推导能力，仍难以应用于其上”，仍然吸引了约400名的听众。他的演讲专注于一个重要主题：“某个有机活体内所发生的事件，如何借由物理和化学来解释？”当时仍尚未接受DNA作为遗传信息的载体，其后于1955年才开始了赫雪-蔡司实验。此时统计物理和量子力学是物理学最成功的分支，这些理论本质上也和统计学高度相关。薛定谔是量子力学的奠基人之一。马克斯·德尔布吕克关于生命物理基础的想法对薛定谔产生了重要影响。在此书发表之前，1946年诺贝尔奖得主的遗传学家赫尔曼·穆勒曾在1922年他的文章《Variation due to Change in the Individual Gene》中，陈述关于遗传分子（当时尚未确认为DNA）的所有基本性质；而薛定谔在1944年此书的〈from first principles〉中，衍生出相同概念（包括这种分子的不规律性）。其实穆勒在1922年的文章《The Gene As The Basis of Life》中已经指出不规律性，而且在1930年代更加详细地说明。此外，穆勒在1960年写给记者的信中提到，关于此书所谓的遗传分子概念早在1944年以前已经出版，而薛定谔的说法只是错误揣测。穆勒也提到有两位著名的遗传学家（包括马克斯·德尔布吕克），熟知1944年以前相关的出版资料，也与薛定谔有连络。但在1944年奥斯瓦尔德·埃弗里最重要的细菌转化实验后，DNA作为遗传分子才变成特定想法。在此之前，蛋白质被认为是最有可能作为所谓遗传分子的角色。在第一章薛定谔解释，大多数在大尺度上的物理定律源自于小尺度的混沌。他称这个原则为“来自无序的有序”（order-from-disorder）。他提出扩散作用来举例，扩散作用可以当成一个高度有序的过程，但它是由原子或分子的随机运动而引起。如果减少原子的数量，这系统的行为会变得更随机。他指出，生命非常依赖于秩序，因此朴实的物理学家会假设一个有机活体主要的编码，必须由大量原子所组成。在第二和第三章，他摘要了当时关于遗传机制的已知结果。最重要的，阐述了基因突变在生命演化中扮演的重要角色。他的结论是遗传信息的载体，必须能长时间持续不变而且尺寸要够小，而这样的性质与物理学家的期望是相抵触的；这个矛盾无法以古典物理学说来解释。在第四章他提到了分子，即使只包含了一些原子但分子的性质确实是稳定的，可作为前两章所述矛盾的解决方案。尽管之前分子就已经被发现了，它们的稳定性也无法由古典物理学解释；而需要量子力学的离散性说明。此外，基因突变可直接和量子穿隧效应联系起来。他继续在第五章解释，真实也永久的固态是结晶体。分子和晶体具备的稳定性，成因都是相同的原理。分子或可称为“固态的胚芽”。另一方面，没有晶体结构的不定形状固态，应被视为有非常高黏滞度的液体。薛定谔认为不重复自身的遗传物质，应该是某种分子而非晶体。因此他称为不规律的结晶。它的不规律本质能以很少的原子数量，对几乎无限量的可能性进行编码。最后他将以上说明与已知的事实相比较，认为两者是一致的。薛定谔在第六章说道： .mw-parser-output .templatequote{margin-top:0;overflow:hidden}.mw-parser-output .templatequote .templatequotecite{line-height:1em;text-align:left;padding-left:2em;margin-top:0}.mw-parser-output .templatequote .templatequotecite cite{font-size:small}⋯⋯生命物质，并非规避了至今所得知的“物理定律”，而可能是和迄今未知的“物理学的其它定律”有关，一旦发现了其它定律，将形成正如前者科学整体的一部分。他知道以上叙述容易被误解而试图澄清，主原则“来自有序的无序”所意味的是热力学第二定律：亦即在某个封闭系统(例如宇宙)中，熵(entropy)只会增加。薛定谔解释说，在一个开放系统中，生命物质会借由原态稳定地保持负熵(今日这个量被称为信息)，来迂回规避第二定律达成热平衡的衰减。在第七章他认为，“来自有序的有序”并非全新的物理学；实际上，这原则更简单且更似合理。大自然遵循这个原则，而有些例外的譬如天体运动和钟表的机械构造，然而那些例外还是会被热和摩擦力影响的。系统机械式或统计上作功的程度或依赖于温度。如果时钟被加热到融化，那功能就停止运行。相反，如果温度接近绝对零度，那么任何系统的行为都会变得越来越机械式。某些系统表现出机械式行为是如此迅速，在室温下的行为就几乎等同绝对零度下的行为。薛定谔以哲学的思索，决定论、自由意志和人类意识的奥秘，来总结本章和本书。他试图“从以下两个前提，我们是否无法得出正确不矛盾的结论，(1)人体功能完全是机械化的，完全遵循自然物理定律；(2)有不容置疑的直接体验表明，我们自由地引控我们的身体，其结果可预测，而且最为关键且重要的是，承担我们选择行为的责任。我认为从这两个事实得出的唯一可能推论就是，‘我’，以最广义来说，所有曾自称或感受‘我’的有意识主体，根据自然定律控制‘原子运动’的人。”薛定谔反对意识源头随着人体逐渐毁坏的想法，因为他觉得这种想法“不合口味”。他也拒绝多重不朽的灵魂没有身体仍然可以存在的想法，因为他认为意识依旧是高度依赖于人体的。薛定谔写道，要调和这两种前提，唯一可能的选择是简单地持续著对于意识的直接体验，意识是一种奇异单元而其中有未知的多元；只有一个单元，却似乎有多元的表现，而一系列仅仅是呈现出这一个单元的多面向⋯⋯他说，意识是多重复数的任何直觉，是幻想的。薛定谔赞同婆罗门的印度教概念，其中每个人的意识只是弥漫在宇宙中，唯一的共同意识的各种表现 - 相当于印度教的梵概念。薛定谔认为，“......“我”这个人，如果有，那依照自然规律控制了'原子运动' ”不过他也限定了这结论在其“哲学的影响”，“必然主观的”。在最后一段他指出“我”的定义并非是经历体验的收集，而“即在收集它们的帆布之上。”如果催眠师能成功遮闭了所有早期记忆，他写道，就没有个人存在性的损失 - “也将不曾有是”在热力学第二定律支配的世界中，所有的孤立系统被预测会趋近于最大无序状态。既然生命接近并保持高度有序的状态，一些人认为，这似乎违反上述的第二定律，隐含有个悖论存在。然而，由于生物圈并不是一个孤立系统，所以该悖论不存在。有机体内部秩序的增加，是以散热到体外而增加周遭环境中的乱度，通过这种付出代价的方式，既遵循了第二定律，生命也能维持高度有序状态，而整个宇宙的乱度是只增无减的。为了增加地球上的复杂性 - 如生命那样 - 则需要自由能。太阳提供了地球上生命所需的自由能。