生命是什么薛定谔（生命的意义薛定谔）

1944年，来自奥地利的理论物理学家——薛定谔，发出了这样的疑问。

薛定谔（Schrodinger），量子力学的奠基人，由于薛定谔方程的发现获得1933年诺贝尔物理学奖，统计热力学集大成者，分子生物学的开山鼻祖，引领了一大批物理学家向探索生命的奥秘；不过，最让大众熟知的，其实是他提出的一个有趣的思想实验——“薛定谔的猫”。

薛定谔的猫——一只既死又活的猫

1944年，薛定谔出了一本小册子——《生命是什么：生物细胞的物理学见解》，此书一出，吸引了一大批物理学家投身于分子生物学研究。今天我们就借由一个伟大的物理学家的智慧，来从物理角度窥探生命的奥秘。

世界由原子组成

我们日常接触的所有物质，其实都是数量超乎想象的原子（分子）。有多么超乎想象呢？开尔文举过一个让人印象深刻的例子：假设你把一杯水倒入大海，只要充分搅拌后，再从七大洋中任意一处再舀出一杯水来，将会发现，这杯水中仍有大约100个水分子来自于原先那杯水！

换言之，100个分子相比于一杯水，恰如一杯水相比于七大洋。足见水分子之小。

具体有多小呢？一般我们认为，一个原子的直径约为1~2埃（1埃=米）。

其实，原子是没有确定的直径的，因为——

原子并不是一个实体

原子由原子核与电子组成，电子本身是“一个点”，没有半径，它围绕着原子核转动，它转动的范围姑且理解为原子的内部吧。

原子核更小了，是原子的十万分之一左右，那么，原子核是个实体吗？

非也。原子核由质子与中子组成，而质子与中子都是由3个夸克组成，而这个夸克也只是一个点而已，没有直径，不是实体！

看到这里，我们才真正第一次明白了，什么叫“万物皆空”，因为原子本身只是由一些“点”组成的，原子是“空”的，万物也是“空”的！

“色即是空，空即是色。”——《心经》

前面我们了解了一些宏观世界与微观世界的基本关系，帮助我们运用想象力在宏微世界中出入无碍，下面我们要提出一个重要的物理学思想——

所有物理定律都是统计规律

统计物理学（Statistical Physics）告诉我们，每一个原子虽然都在做着难以预测的运动，但是，一堆原子的“集体行为”却是可以预测的，而这就是所有物理学定律的基础。

比如，我们讲“温度”，一个物体很热或很凉，其实是对于这个物体中所有疯狂地做着热运动的原子，所提出的一个统计概念，用较高的温度来表示原子热运动剧烈，用较低的温度来表示原子热运动不那么剧烈。

温度唯一的意义，就是代表原子热运动是程度

再比如，我们说“扩散”，一种化学物质在水中逐渐扩散，从宏观上，我们说浓度梯度越大的地方，扩散的速度也越大，但是，对于每个原子来说，它并不能感受到浓度梯度，它只是在无头无脑的热运动而已，而在任意一个截面上，整体来看，同一时间段内，原子多的一侧就必然有更多的原子穿过截面，最终表现为扩散。

听到这里，我们应该能够理解一个问题了，那就是——

为什么生命相对于原子来说如此之大

也许不少同学思考过这样一个问题，为什么生物的尺寸这么大，而不是再小几个数量级？有没有可能有少量原子组成的生命？

没有。

因为生命要想生存，需要一个基本的功能，就是“感觉”。比如人类，需要视觉、听觉、触觉等等。而所谓感觉必须是“稳定的信号”，这就意味着必须是在感觉“足够多数量的原子团”。一旦原子数量过少，我们感觉到的信号就非常不稳定，不符合统计规律，那么人类就变成没有感觉的物体了。

就好像一个测量仪器，如果它过于灵敏，那么它其实是最无用的。

所以，人类的思维只能建立在“有序”的物质上。

然而，生命体本体与生命体内部的物质，似乎在运行着完全不同的物理定律。

量子力学与基因突变

我们现在已经知道，生命体遵循着一个基本规律，这个规律如此重要，以至于被称为生命科学的“中心法则”，如下图所示——

从图中我们已经感觉到一个与前面有些矛盾的问题，那就是，原子热运动是非常不稳定的，所以必须有大量的原子统计出稳定的规律，但是，DNA分子的原子数量并不大，为什么就能如此稳定，如此可靠？

我们现在知道，DNA分子的双螺旋结构是非常稳定的，用量子力学的观点来说，就是处在一个“能量最低状态”——

分子若想产生不稳定的构型变化，其实是不能够连续的移动的，只能够从大量不连续的状态中选择，这些状态被称为“能级”，而从一种状态变成另一种状态则称为“量子跃迁”，对于DNA分子来说，也就是所谓的“突变”。

幸运的是，通过计算，我们发现突变的几率非常之小，提高温度可以提高突变的概率，如果暴露在X射线下则突变率会大大提升。

铺垫了这么多，终于可以展开我们今天的核心思想了——

生命究竟是什么？

或者这样问：“怎样的一团物质可以被认为是活物呢？”

水可以沸腾，化学物质可以激烈反应，然而，随着时间的流逝，系统一定会衰退为永恒不变的状态，不会再发生任何可观测的事件，成为一团死寂，物理学中称为“热力学平衡”或“最大熵状态”。

熵（Entropy）是个非常重要的概念，尤其对于生命而言。通常，我们会这样解释：熵就是“混乱度”，负熵就是“序”。

万事万物，都会自发向最大熵状态变化，这其实也就是我们熟知的“热力学第二定律”了。

不过，你有没有仔细想过，究竟什么叫做“混乱”呢？水中的化学物质，扩散前后相比，谁更混乱呢？

其实，还有一种很好地理解熵概念的思路——熵是达成同一状态的方式数，熵就是几率，熵就是几率的能量等价体。

所以，姑且也可以这么去简单理解，原子热运动自发形成一团浆糊的几率很大，因此熵大，自发形成一块手表的几率非常小，这时熵小。

既然万事万物都会自发向最大熵状态变化，那么生命就必须能够产生或吸取对抗熵增的物质，也就是“负熵”。生物学中所说的“新陈代谢”，就是这个及时全部消除那些无时无刻不得不产生的熵。

所以，生命以负熵为生。

说到这里，不禁让人唏嘘不已、浮想联翩，原来生命之所求，无非“序”也；其中可能产生的哲学思考，留待读者们一同在评论区探讨研究。

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