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用物理学理解生物学——读《生命是什么》有感用物理学理解生物学

——读《生命是什么》有感

我以为能理解薛定谔那只即死又活的猫，就可以理解薛定谔写的书，可事实是——我高估了自己。《生命是什么》由奥地利物理学家薛定谔所著，是20世纪的伟大科学经典，全书试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性。坦白说这本书中部分我没看懂，以至于我对自己看懂的部分也表示怀疑是否真的看懂，只能尽己所能记录一下自己理解的部分。

一、生命与负熵

在提及生命前首先先介绍一下负熵的概念。熵可以度量系统的无序度，当系统趋向与宏观平衡态时，此时系统拥有的微观态数最大，而熵也最大，由此可得出熵增原理。而负熵，顾名思义，在熵前面加上负号，用来度量系统的有序度。

薛定谔提出生物有机体在吃喝、呼吸时是一个摄取“负熵”的过程，而又为了不违背熵增原理，生物有机体又不断地排放代谢终产物和散发热，把熵排放到环境中，而排放的熵要大于摄取的负熵，所以满足熵增原理。动物在利用食物时，排泄出来的是大大降解了的东西。然而还不是彻底的降解，因为植物还能利用它。当然，对植物来说，太阳光是负熵的最有力的供应者。

所以生命是“以负熵为生”，从环境中抽取“序”来维持系统的组织。

二、生命与量子力学

这里量子力学主要和遗传物质相联系。生命中的一个重要特征就是遗传变异。这个特征决定了生命必须拥有一种的遗传物质，它既能够足够稳定地精确保存其绝大部分的遗传信息，又能在特殊的环境下产生变异来应对变化使生命特征得以延续。

根据传统经典统计力学，可以推出一个有机体为了使它的内在生命以及它同外部世界的相互作用，都能为精确的定律所描述，它就必须有一个相当巨大的结构。而量子论的最大启示是在“大自然之书”中发现了不连续特点，并由此提出了能级的概念。而从一种不连续的状态转变为另一种，则称之为“量子跃迁”。

这种理论恰好可以解释基因遗传结构的特征。由振动能的偶然涨落所产生的分子某个部分构型的异构变化，实际上是非常罕见的事件，这就很好地解释了统计力学难以解释的基因结构的稳定性。而罕见的事件又对应与一次自发突变。

因此，从量子力学出发，我们解释了关于突变的最惊人的事实。

我对此书感触最深的部分是“决定论与自由意志”。推理摘录如下：1.我身体的功能，像一台纯粹的机器一样，遵循着自然界的定律。2.然而，根据毋庸置疑的直接经验，我总是在指导着身体的运动，并且能预见其结果，这些结果可能是决定一切的和十分重要的，并且我感到要对结果负起全部责任。

认为，从这两个事实得出的唯一可能的推论是，我——最广义的我，凡是说过“我”或者感觉到“我”的每一个有知觉的头脑——就是按照自然界的规律控制着原子运动的这个人，如果有这样的人的话。也因此在这个意义上，认同基督教术语“我是万能的上帝”，即自然规律的直接体现。

在繁琐无聊的生活中，需要保持清醒的意识。时刻自我感知

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