物理之上——《生命是什么》读后感
kittenchen
2021-12-11 01:17:47
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  经常有人问我大学应该报什么专业,我都会说,看看孩子的兴趣吧,然后找一个既能贴合他兴趣,又能尽可能学到数学的专业。

《生命是什么》读后感

  这个专业选择的方法之与我,似乎一直都是物理。

  以前喜欢物理是那种发自内心的喜欢,因为物理可以让我明白很多自然现象。在那个阶段,物理与生物并没有本质上的差别,只是物理不需要记忆,很多时候凭图像和公式就可以掌握很多东西了。直到后来大学里一遍又一遍的学习力热光电,了解物理中各个方向的发展史,才逐渐真正领略物理学的魅力。

  从有限的现象进行归纳总结,大胆假设,用数学模型将假设外推到极限,然后与实验比对,修正模型,再通过数学对模型进行简化,周而复始。

  在所有的科学学科中,只有物理能很好的完成整个一轮的工作。

  也只有学习过物理,才能完整的接受这样的科学思维训练。

  然后,环顾四周,你会发现物理学家们秉持着这套方法论的东西到处臭屁地指点江山。

  比如,薛定谔的《生命是什么》。

  这本书我差不多读了三遍了,第一遍还是十几年前刚刚读研那会儿,一个朋友买了一本,我借来如饥似渴地读了一遍,但时隔久远,只记得其中薛定谔讨论了生命的最小尺度的极限在哪里——当初这本书在我们几个人的小圈子里可是圣经一般的存在。后来,我跟这个朋友都去了德国,联系却越来越少,以至于在微信横行的今天,我都完全找不到他了。

  2017年京东搞活动图书大促,于是想再买一本《生命是什么》看看,顺便放在书架上留作纪念,也算是当初入行的一个见证吧。可惜买的这个版本翻译似乎有些问题,但只凭书的内容也足够吸引我忽略这些问题读下去了。

  而且,读了两遍——就像引言里说的,这书值得一读再读,每读一遍,所得所想都会不同。

  这本书的前半部分是从物理学家的角度来理解生命,后半部分则是在理解自我意识。上世纪初是物理学发展的黄金时代,在相对论和量子力学的加持下,自然科学所向披靡,人类文明在各个方面得到了自牛顿时代之后全方位的提升。但是,人类19世纪末才发现了霍乱弧菌,1928年才发现了青霉素,1856年孟德尔才开始数豌豆——甚至到了这个时候,人们还在争论医生到底是不是应该洗手。

  彼时的生命科学,相比于物理学,幼稚的一塌糊涂。

  1926年,薛定谔方程提出,1944年,《生命是什么》出版,1947年克里克看到此书开始由物理转向生物研究,1953年,沃森和克里克提出了DNA双螺旋结构。

  《生命是什么》出版时,薛定谔并不知道DNA双螺旋结构的存在,更不用提什么中心法测。他在书中的分析,全是基于有限的所知,借助物理思维的方法所做的尝试。这其中有些问题也许并不是生物学家所关心的,比如生命的最小尺度是什么,受到哪些限制;有些可能是生物学家所不曾涉及的,比如所谓的负熵;而有些则是生物学家正在苦苦探索的,比如遗传的性质。

  薛定谔从变异的可能因素以及概率出发,基于能量、温度等参数的设定,粗略估算了基因的最小线度——从现在的角度来看,其实相差并不大。估算可是物理学家的拿手好戏,第一颗原子弹试爆时,费米仅靠几张窗口飘落的碎纸片就估算出了原子弹实际能量的数量级。在得到了基因的线度后,薛定谔就开始基于此继续分析基因可能的结构是什么样的——在这个问题上,薛定谔想到了同素异构体。老实说,同素异构体本质上还是比较接近真相的,薛定谔抓住了最基本的一个特征——是同一种元件的空间排列。这种洞若观火的洞察力,让并不是生物学家的薛定谔可能比生物学家更早的窥到了遗传的核心模型,尤其是他甚至对基因密码的最小字符数进行了卓有预见性的分析,着实令人钦佩——大师果然就是大师。而最为让我赞叹的是,薛定谔在那时就高屋建瓴的指出,生物系统尤其特有的规律和特征,并不是物理现有理论的一个简单应用。这种思想的重要性,后世的很多物理学家并没有意识到,物理理论的无往而不胜让大家产生了深深的错觉,在我看来,这也是很多物理学家转做生物之后纷纷折戟的原因之一。

  这种深邃犀利的洞察力就是大师和普通人的差距。教父说,在一秒钟内看到本质的人和花半辈子也看不清一件事本质的人,自然是不一样的命运,大概也是这个意思吧。

  另一个让我产生这种感慨的例子则是爱因斯坦关于固体热容率的模型,爱因斯坦粗暴的将粒子三个方向的振荡频率取为一直,虽然舍弃了部分理论计算的准确性,但是清晰简明的体现了模型的核心,且仍然能够很好的与实验数据吻合。爱因斯坦因相对论而闻名于世,但他的研究成果遍布物理学的各个方向,他甚至对一杯旋转的水中为什么碎屑会聚集于杯底中心也给出过解释——在这之前没有人能够解释这一现象,而这一理论还顺便对河床的磨损情况给出了答案。

  物理学家是一群好奇心驱动的生物,并不被所谓的专业所局限。

  作为同样杰出——也许比爱因斯坦稍稍逊色一点的物理学家薛定谔也不例外。《生命是什么》后半部分收录了薛定谔关于意识与客观世界的讨论。量子力学的惊世骇俗甚至比相对论的时空观还具有魔力,不连续性,不确定性,以及大名鼎鼎的量子纠缠,都是量子力学在大众中的代名词。而在众多为人津津乐道的量子力学词条中,薛定谔最广为人知的大概就是他那只有名的猫了。

  很显然,这只猫的生死问题,并不是薛定谔的一时兴起,从《生命是什么》中关于物质与意识,主观与客观的讨论来看,这只猫是薛定谔对意识与物质的界限夸张放大的一种尝试。

  几百年来,自然科学——大多数情况下也就是物理学,一直在孜孜不倦地将人的主观意识从客观世界中剥离出来。我们听到了声音的高低,我们就用振动频率来描述它;我们看到了颜色,我们就用光的频率来描述它;我们感受到了冷热,我们就用温度和原子分子运动的平均能量来描述它;我们能够感受到快慢和各种力,我们就用机械能和动量来描述它。是的,每一种从感官到定量测量的转变,都意味着我们可以用更加恒定的标准来看待和理解这个外在的世界,对于测量精确程度的追求,意味着我们能够将主观从客观中剥离出来的最大限度。但是这一追求在量子力学的不确定原理上碰了壁,在普朗克常数的量级上,我们只能知道对正则对易量的乘积——如果测量了其中一个,则会影响另一个量。此时人的主观行为似乎对客观世界产生了影响,更为夸张的是,量子力学告诉我们,在测量之前,不论是粒子的位置还是速度,都不是确定的,只是在我们测量时才出现了“坍缩”——也就是我们试图客观观察世界的行为实际上影响了客观世界。这也是薛定谔猫的来源。

  在这种情况下,“测量”这个一直以来用作隔离主观和客观的界限变得模糊了,而更为可怕的是,什么样的测量会带来这样的影响也变得模棱两可——一只猫能不能进行“测量”呢?

  所以,薛定谔在书中使用了大量的篇幅讨论意识。但这个问题实在是过于庞大和超前了,在对生命的物质基础都没有深刻理解的时候对意识和思想层面的任何科学探讨都只能停留在假设的阶段。薛定谔从意识的规模、数量等等角度试图窥见意识的蛛丝马迹,更多的是呈现出一种哲学上的启发而非科学上的知识。

  其中我印象最深的有两处,一处是左右脑分裂后所体现出来的意识的不一致性,这里表现了意识在空间上的分割,当我们把大脑分成两部分,意识似乎也分裂了,如果继续分割意识的器官呢?一个细胞有意识吗?那么从什么时候开始意识就突然出现了呢?

  另一处则可以看作意识在时间上的分割。当一个人的记忆不断更新变化时,我们是不是可以认为这个人的意识在发生变化?那么意识发生了多大的变化我们就认为意识已经不是原来的意识了呢?这也是“忒修斯之船”的问题。阿兹海默综合征患者会逐渐忘记周围的人和事,对于那些他已经忘掉的朋友来说,患者是否还是同一个人呢?意识是一种记忆吗?还是记忆之上的什么“能力”?

  当我们再次回到主客观问题时,问题变得更加复杂了,到底是意识在空间或者时间的哪一部分与客观世界融合在了一起呢?如果我们找不到这一部分,我们对于物质世界的客观性还会那么笃定吗?

  我一直认为在自然科学中,物理学、生物学、心理学具有独特的地位,前者是后者发展成熟的必经阶段和基础。在物理学黄金年代的二十世纪初,薛定谔就看到了生物学的广阔前景,并引领了一批物理学家前赴后继的转战生物领域,如今,生物学和当初相比已经突飞猛进,俨然站在了爆发的前夜。

  此时读《生命是什么》别有一番感悟。

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