具体描述
★全球知名物理家《悖论》作者最新力作
★亚马逊书店科普类书籍NO.1
★亚马逊书店生物类书籍NO.1
★亚马逊书店物理类书籍NO.1
★独立报「年度选书」
★金融时报「年度选书」
★英国最受欢迎的科普作家，拟人化、譬喻式文风，轻松读懂艰涩的量子力学
震撼科学界，
公开爱因斯坦、牛顿忽略的失落环节！
最前卫的「量子生物学」大胆主张：
量子力学，会不会就是「灵魂」的另一种说法？
当代最震撼的科学突破！
量子力学补足生物学的失落环节，生命之谜唿之欲出
神学、哲学、科学，终将握手言和……
生命，是宇宙最不可思议的现象。
明明构成人类、动植物的最基本原子，跟任何石头都一样，
为何在基因工程与合成生物学高度发达的今天，仍没人能用无生命物质制造出生命来？
生命到底是什么？仅是宇宙大爆炸后的化学作用产物？
还是被吹进了一口气？因为灵魂注入？或者我思故我在？
一直以来，科学、神学、哲学界各说各话。
终于，近十年跨学科的「量子生物学」最前卫研究，找到了失落的环节，破解了生命之谜。
生命体跟机器不同，自动就能跑跳、唿吸、成长，候鸟能辨认方位，人类会爱恨、会思考⋯⋯
生物所展现的这些「生命力」，过去不管是生物学，或者爱因斯坦学说与牛顿力学，都只能描述现象，
却在解释「怎么来的」以及「怎么运作」时，遇上了瓶颈。
直到最新研究发现，在在都跟「量子力学」脱不了关系！
特别是归功于量子力学的一些「诡异」的特性，
例如：粒子神出鬼没，可同时出现在多处、能穿墙而过，以及相距千万里还能彼此沟通。
作者善用拟人化手法，解释艰涩的量子力学，非理科背景也能看懂。
用粒子跳华尔滋与摇摆舞，解释「量子自旋」；
拿醉汉回家路径以及城市淹水做比较，说明「量子漫步」的效率；
用弹奏吉他来说明嗅觉的原理。
我们也搭上作者想像的奈米潜水艇，潜入植物叶绿体的分子森林，
看激子如何瞬间漫步到反应中心，不损失任何能量。
并且最重要的，亲眼目睹量子力学运用它「诡异」特性，
在地球上创造出第一个生命体的过程（为生命吹进一口气？）。
以及，生命体又如何运用量子力学，来做到这些奇蹟：
．光合作用将光变生命能，转换率百分之百（太阳能发电仅百分之七十）。
．基因自我复制出错率仅十亿分之一（相当于你抄写一千本书，仅抄错一个字）。
．加拿大帝王蝴蝶飞到墨西哥过冬，隔年可飞回同一棵树，且归乡的并不是牠，而是牠的孙子。
．而人类「意识」是一种量子力学的现象，人脑就是部「量子电脑」，运算力才会如此强大。
本书特色
1.最尖端前卫科学研究成果，首度向普罗大众公开。
2.打破藩篱，贯穿神学、科学与哲学，最具人性的科普之作！
3.同时轻松搞懂量子力学，与生命之谜。
「科际间的整合总让人兴奋！之前奈米科技使生物、物理、化学交会出令人目眩神迷的想像，现在在量子的层级竟然还能持续碰撞激盪。这是一个全新领域的开端，就让作者引领我们大步向前，看见生命无比灿烂的烟花。」──北一女生物老师 潘彦宏
【哲学界与小说家盛赞】
「对于如此重要的一个新领域来说，本书富启发性的叙述，非常具有教育意义。」──格瑞林/英国畅销哲学书作者
「量子世界的微小物体能影响包含人类在内的一般生物世界，这类着作我读过很多，但本书提出了最清楚的诠释。在如此生动又充满智慧的叙述中，它阐明了我们的世界如何包含并充满量子的奇妙特性。」──菲力浦・普曼/英国畅销科幻作家
【各类型主流媒体＆书评推荐肯定】
「物理学家吉姆・艾尔－卡利里和分子生物学家约翰乔伊・麦克法登，以极富说服力又睿智的方式阐述了这个非凡的领域……是对这项新兴科学极其出色的探索。」──《自然》
「本书最好的风范就是它的论述──它明确又热切地，提出了量子理论中一项重大的论点。」──《新科学人》
「这本令人震惊的书概述了一个几乎无法存在的领域。它的论点是生命中那些次原子尺度难以描述的微小事件，对于人类或是动物的行为具有重大影响。」──週日电讯报
「作者成功地运用了富有启发性又迷人的譬喻和比拟……让某些难以形容的概念变得可以理解。」──经济学人
「一本开创性的书……有着令人着迷的结论……对于所有正在寻找新的研究领域且真正具原创性科学书籍的人来说，这本书绝对值得一读。」──金融时报
「热血沸腾……作者的写作技巧带领我们腾空飞起，穿越游历奇特、壮观且尚未被开发的科学疆域。」──泰晤士报
「锲而不舍就能成功：书末的章节探索了生命如何从初始的化学汤中浮现，这会让你对这个世界产生敬畏……作者问了『生命是什么』，读完这本书，答案似乎非常明显──超乎你所预料的奇特。」──观察家报
「本书优雅地揭开人对看带自然的全新视野。」──独立报
「把读者带入革命性新典范，一场知性的前缘科学振奋人心之旅。」──书选
「战胜阐述的难度，让艰涩的元素栩栩如生，作者排除万难，让量子理论站稳脚步。」──科克斯书评
★亚马逊书店科普类书籍NO.1
★亚马逊书店生物类书籍NO.1
★亚马逊书店物理类书籍NO.1
★独立报「年度选书」
★金融时报「年度选书」
★英国最受欢迎的科普作家，拟人化、譬喻式文风，轻松读懂艰涩的量子力学
震撼科学界，
公开爱因斯坦、牛顿忽略的失落环节！
最前卫的「量子生物学」大胆主张：
量子力学，会不会就是「灵魂」的另一种说法？
当代最震撼的科学突破！
量子力学补足生物学的失落环节，生命之谜唿之欲出
神学、哲学、科学，终将握手言和……
生命，是宇宙最不可思议的现象。
明明构成人类、动植物的最基本原子，跟任何石头都一样，
为何在基因工程与合成生物学高度发达的今天，仍没人能用无生命物质制造出生命来？
生命到底是什么？仅是宇宙大爆炸后的化学作用产物？
还是被吹进了一口气？因为灵魂注入？或者我思故我在？
一直以来，科学、神学、哲学界各说各话。
终于，近十年跨学科的「量子生物学」最前卫研究，找到了失落的环节，破解了生命之谜。
生命体跟机器不同，自动就能跑跳、唿吸、成长，候鸟能辨认方位，人类会爱恨、会思考⋯⋯
生物所展现的这些「生命力」，过去不管是生物学，或者爱因斯坦学说与牛顿力学，都只能描述现象，
却在解释「怎么来的」以及「怎么运作」时，遇上了瓶颈。
直到最新研究发现，在在都跟「量子力学」脱不了关系！
特别是归功于量子力学的一些「诡异」的特性，
例如：粒子神出鬼没，可同时出现在多处、能穿墙而过，以及相距千万里还能彼此沟通。
作者善用拟人化手法，解释艰涩的量子力学，非理科背景也能看懂。
用粒子跳华尔滋与摇摆舞，解释「量子自旋」；
拿醉汉回家路径以及城市淹水做比较，说明「量子漫步」的效率；
用弹奏吉他来说明嗅觉的原理。
我们也搭上作者想像的奈米潜水艇，潜入植物叶绿体的分子森林，
看激子如何瞬间漫步到反应中心，不损失任何能量。
并且最重要的，亲眼目睹量子力学运用它「诡异」特性，
在地球上创造出第一个生命体的过程（为生命吹进一口气？）。
以及，生命体又如何运用量子力学，来做到这些奇蹟：
．光合作用将光变生命能，转换率百分之百（太阳能发电仅百分之七十）。
．基因自我复制出错率仅十亿分之一（相当于你抄写一千本书，仅抄错一个字）。
．加拿大帝王蝴蝶飞到墨西哥过冬，隔年可飞回同一棵树，且归乡的并不是牠，而是牠的孙子。
．而人类「意识」是一种量子力学的现象，人脑就是部「量子电脑」，运算力才会如此强大。
本书特色
1.最尖端前卫科学研究成果，首度向普罗大众公开。
2.打破藩篱，贯穿神学、科学与哲学，最具人性的科普之作！
3.同时轻松搞懂量子力学，与生命之谜。
专业推荐
李嗣涔｜台大前校长
孙维新｜国立自然科学博物馆馆长
索非亚｜《灵界的译者》作者
黄贞祥｜国立清华大学生命科学系助理教授
潘彦宏｜北一女生物老师
郑永铭｜前建国中学物理老师
郑国威｜PanSci泛科学总编辑
简丽贤｜北一女中物理教师
罗焜哲｜台南一中物理科教师
（按姓氏笔画排列）
【哲学界与小说家盛赞】
「对于如此重要的一个新领域来说，本书富启发性的叙述，非常具有教育意义。」──格瑞林/英国畅销哲学书作者
「量子世界的微小物体能影响包含人类在内的一般生物世界，这类着作我读过很多，但本书提出了最清楚的诠释。在如此生动又充满智慧的叙述中，它阐明了我们的世界如何包含并充满量子的奇妙特性。」──菲力浦・普曼/英国畅销科幻作家
【各类型主流媒体＆书评推荐肯定】
「物理学家吉姆・艾尔－卡利里和分子生物学家约翰乔伊・麦克法登，以极富说服力又睿智的方式阐述了这个非凡的领域……是对这项新兴科学极其出色的探索。」──《自然》
「本书最好的风范就是它的论述──它明确又热切地，提出了量子理论中一项重大的论点。」──《新科学人》
「这本令人震惊的书概述了一个几乎无法存在的领域。它的论点是生命中那些次原子尺度难以描述的微小事件，对于人类或是动物的行为具有重大影响。」──週日电讯报
「作者成功地运用了富有启发性又迷人的譬喻和比拟……让某些难以形容的概念变得可以理解。」──经济学人
「一本开创性的书……有着令人着迷的结论……对于所有正在寻找新的研究领域且真正具原创性科学书籍的人来说，这本书绝对值得一读。」──金融时报
「热血沸腾……作者的写作技巧带领我们腾空飞起，穿越游历奇特、壮观且尚未被开发的科学疆域。」──泰晤士报
「锲而不舍就能成功：书末的章节探索了生命如何从初始的化学汤中浮现，这会让你对这个世界产生敬畏……作者问了『生命是什么』，读完这本书，答案似乎非常明显──超乎你所预料的奇特。」──观察家报
「本书优雅地揭开人对看带自然的全新视野。」──独立报
「把读者带入革命性新典范，一场知性的前缘科学振奋人心之旅。」──书选
「战胜阐述的难度，让艰涩的元素栩栩如生，作者排除万难，让量子理论站稳脚步。」──科克斯书评
著者信息
作者简介
吉姆．艾尔—卡利里（Jim Al-Khalili）
理论物理学家、畅销书《悖论》作者
英国知名物理学家，在英国萨里（Surrey）大学任教并进行量子力学的研究。他致力科学公众教育推广，主持过许多电视与广播节目，其中《化学：一段挥发性的历史》（Chemistry: A Volatile History）以及《浑沌的祕密生活》（The Secret Life of Chaos）都曾获英国影艺学院奖提名，最受欢迎的还有BBC的科学节目《科学化的生活》（The Life Scientific）。2007年获颁皇家学会的麦可．法拉第（Michael Faraday）奖，2011年荣获英国物理学会的克耳文（Kelvin）奖，并曾获大英帝国官佐勋章（OBE）。
着有多本畅销科普书籍，被译为二十种语言，包含《踏入宇宙的一小步：黑洞、虫孔与时光机》与《悖论：破解科学史上最复杂的九大谜团》等。
TED演讲影片：www.ted.com/talks/jim_al_khalili_how_quantum_biology_might_explain_life_s_biggest_questions?language=zh-tw
约翰乔伊．麦克法登（Johnjoe McFadden）
英国萨里大学分子遗传学教授
英国萨里大学分子遗传学教授，编撰过许多分子生物学及系统生物学方面的教科书。过去二十年，潜心研究结核病与脑膜炎，他同时也是第一个发明脑膜炎分子测试的专家。着有《量子演化》（Quantum Evolution）一书，编有《人类天性:事实与虚构》（Human Nature: Fact and Fiction），同时也是英国《卫报》的专栏作家，撰写过有关基因改造玉米，迷幻药和量子力学等议题文章。
译者简介
王志宏
英国兰开斯特大学物理系博士，现为时空研究书苑专任讲师。主要研究为宇宙的起源、黑洞以及广义相对论。
吴育慧
英国南安普敦应用数学系博士，英国剑桥大学应用数学与理论物理硕士（沃夫森学院），通过高等数学资格，现为时空研究书苑负责人与执行长。主要研究为黑洞理论、重力波、广义相对论。
吴育硕
国立中山大学生命科学所硕士，中央研究院生物医学所研究助理，现为国防医学院生命科学研究所博士生。主要研究为心肌细胞之讯息传递。
吉姆．艾尔—卡利里（Jim Al-Khalili）
理论物理学家、畅销书《悖论》作者
英国知名物理学家，在英国萨里（Surrey）大学任教并进行量子力学的研究。他致力科学公众教育推广，主持过许多电视与广播节目，其中《化学：一段挥发性的历史》（Chemistry: A Volatile History）以及《浑沌的祕密生活》（The Secret Life of Chaos）都曾获英国影艺学院奖提名，最受欢迎的还有BBC的科学节目《科学化的生活》（The Life Scientific）。2007年获颁皇家学会的麦可．法拉第（Michael Faraday）奖，2011年荣获英国物理学会的克耳文（Kelvin）奖，并曾获大英帝国官佐勋章（OBE）。
着有多本畅销科普书籍，被译为二十种语言，包含《踏入宇宙的一小步：黑洞、虫孔与时光机》与《悖论：破解科学史上最复杂的九大谜团》等。
TED演讲影片：www.ted.com/talks/jim_al_khalili_how_quantum_biology_might_explain_life_s_biggest_questions?language=zh-tw
约翰乔伊．麦克法登（Johnjoe McFadden）
英国萨里大学分子遗传学教授
英国萨里大学分子遗传学教授，编撰过许多分子生物学及系统生物学方面的教科书。过去二十年，潜心研究结核病与脑膜炎，他同时也是第一个发明脑膜炎分子测试的专家。着有《量子演化》（Quantum Evolution）一书，编有《人类天性:事实与虚构》（Human Nature: Fact and Fiction），同时也是英国《卫报》的专栏作家，撰写过有关基因改造玉米，迷幻药和量子力学等议题文章。
审订者简介
郑永铭
毕业于台师大物理系、化学研究所，曾经担任台北市教育辅导团资讯教育科辅导员，台北市教育局中小学创意竞赛规划委员，台北市建国中学物理教师等职务，并经常出席全国中小学创意教学研习之讲座，及海崃两岸中小学资优研习营之讲座。目前为公视「下课花路米」、「流言追追追」等节目的科学顾问。曾指导学生参加2008国际物理奥林匹亚竞赛荣获2面金牌。
王志宏
英国兰开斯特大学物理系博士，现为时空研究书苑专任讲师。主要研究为宇宙的起源、黑洞以及广义相对论。
吴育慧
英国南安普敦应用数学系博士，英国剑桥大学应用数学与理论物理硕士（沃夫森学院），通过高等数学资格，现为时空研究书苑负责人与执行长。主要研究为黑洞理论、重力波、广义相对论。
吴育硕
国立中山大学生命科学所硕士，中央研究院生物医学所研究助理，现为国防医学院生命科学研究所博士生。主要研究为心肌细胞之讯息传递。
图书目录
译者序：量子生物为生命现象，开启全新视野
1.序论
2.生命是什么？
3.生命的引擎
4.量子拍频
5.找到尼莫的家
6.蝴蝶、果蝇与量子知更鸟
7.量子基因
8.头脑
9.生命如何开始
10.量子生物：站在暴风边缘的生命
后记：量子生命
参考文献
1.序论
2.生命是什么？
3.生命的引擎
4.量子拍频
5.找到尼莫的家
6.蝴蝶、果蝇与量子知更鸟
7.量子基因
8.头脑
9.生命如何开始
10.量子生物：站在暴风边缘的生命
后记：量子生命
参考文献
图书序言
作者序
1.序论
今年，欧洲严寒的冬天提早到来，夜晚的空气如此寒风刺骨。年轻的知更鸟心中一直深藏着一个想法。这个想法先前还模煳不清，但随着时间的流逝日益增强。
过去几个礼拜以来，知更鸟吃了许多昆虫、蜘蛛、小虫、莓果，而这些食物量远超过牠平常的食量。现在牠的体重几乎是今年8月牠的孩子可独立飞离鸟巢时的两倍重。体重增加的部分几乎都是以脂肪的方式储存着。牠即将出发，展开一段艰鉅的旅程，而这些脂肪会提供牠旅程中所需的养分。
离开这座位于瑞典中部的森林，是牠生命中第一次迁徙。在牠短暂生命过程中，一直都住在这座美丽的森林，几个月前也在这里养育了幼雏。所幸，去年冬天不会太严寒，那时牠还没完全长大，还没有足够能力进行这样的长途的旅行。但是现在，随着牠卸下养育的责任，到明年春天之前，牠只需要顾虑自己，而这时牠也已准备好逃离即将来临的冬天，前往南方投向更温暖的气候。
日落后的几个小时，牠并没有为晚上的休息做准备。相反的，牠轻轻地从阴暗的树丛间跳到牠筑巢那棵树的其中一根树枝上，快速甩动全身，就像一位马拉松选手赛前的暖身，而牠胸前橘色的毛在月光下闪耀着。那座牠辛勤建造并小心呵护的巢——已离牠一两公尺远，而鸟巢的一部分也已经被布满青苔的树干挡住——现在已成模煳的回忆。
牠并不是唯一一只即将展开旅程的鸟，还有其他知更鸟（雄的或雌的都有），也都决定在这天展开牠们这趟长途的南迁之旅。牠可以听到四周其他知更鸟所发出无比巨大且尖锐的叫声，这些叫声覆盖过森林中其他动物的声音。彷彿这些知更鸟正警告森林中其他居住者，如果要趁他们不在时入侵他们的领土或鸟巢，请记得三思。几乎所有的知更鸟都计画明年的春天会再回来。
牠抬起头看向沿海的天空，确定沿海地区的视野是清晰的，便飞进了夜晚的天空。冬天的夜晚特别长，这让牠有十个小时的时间，可以持续并稳定地向前飞行，然后才休息。
牠朝着195度的方向飞行（西偏南15度）。接下来的日子，牠会一直沿着这个方向飞行。天气好时，一天可以飞三百多公里。牠不知道这趟旅程会面临什么，也不知道需要多久时间。目前的地貌还是牠所熟悉的，但是再继续飞行几公里后，就会飞进陌生的湖泊、山谷和村庄。
牠旅程的目的地，是位于地中海附近的某个地方。虽然牠没有锁定任何特定的地点，但是当牠发现喜欢的地点，就会停下来并且记住这里的景色。这样才可以在未来几年的迁徙都回到这里。假如牠体力更好，甚至会飞到非洲大陆北方的海岸。但这是牠第一次迁徙，而且目前首要目的是远离北欧即将到来的严冬。
牠似乎没有注意到周遭的知更鸟也都朝同一个方向飞。有些已经有多次迁徙经验。夜晚的视野非常好，但是牠不像我们在进行这类旅行时会寻找地标，也不像其他夜行候鸟会按内在的星座地图追踪布满夜空的星象排列。相对的，感谢几百万年的演化，让牠具备比这些更卓越的能力，让牠能在往后每年的秋天，都能进行三千多公里的迁徙旅程。
迁徙在动物的国度里是司空见惯的事。例如，每年冬天，鲑鱼会在北欧的河流与湖泊产卵。孵化后，这些幼小的鱼苗会沿着河水流到海里，进入北大西洋，并在那里成长茁壮。3年后，这些成年的鲑鱼会回到当年孵化的那条河流与湖泊去产卵。北美洲的帝王蝴蝶，秋天会横跨整个美国数千公里向南迁徙。隔年春天，牠们或者是牠们的后代（在途中所孵化的），会飞回北方当初牠们成蛹的那棵树。在南大西洋的阿森松岛孵化出来的绿蠵龟，会在海洋中游过千万公里，而每3年牠们都会回到当初孵化的海岸来产卵。这样的例子可以一直列举下去：各种鸟类、鲸鱼、北美驯鹿、龙虾、青蛙、蝾螈，甚至是蜜蜂都有能力完成令许多优秀的人类探险家都感到异常艰辛的旅程。
动物究竟如何在地球上找到正确方向，这是许多世纪以来的谜团。目前所知牠们使用的方法有下列几种：某些动物在白天利用太阳来导航，而夜晚则运用星座；某些动物则靠记忆地标的位置；还有一些动物甚至可以「闻到」正确的路径。但是所有动物的导航本能中，最令人感到神祕的，就是欧洲知更鸟所拥有的导航能力：具备感测地球磁场的方向和强度的能力，就像磁场接收器一样。我们现在知道还有一些其他的生物也有相同的感应能力，但是欧洲知更鸟的迁徙仍是令我们最感兴趣的。
知更鸟能够知道要飞多远以及飞行方向的机制，都储存在去氧核糖核酸（DNA），这是父母所遗传给牠的。这项能力如此精巧又非凡——一项用来描绘路线的第六感。就像许多其他的鸟类、昆虫以及海洋生物一样，牠有能力感知到地球微弱的磁场，并且从自身内建的导航能力来描绘出飞行方向的资讯，这是一种非常新颖的生物性罗盘。
知更鸟有类似磁场接收器的感知力是个谜。问题在于地球磁场非常微弱——表面磁场大约介于30到70微特斯拉：足够去偏转罗盘里一根平衡且没有摩擦力的针。但是这个磁场的大小约莫是一般黏在冰箱上的磁铁所产生磁力的百分之一。这就出现一个让人难以理解的事：一只动物要能侦测到地球的磁场，代表磁场对动物身体中的某些化学反应产生影响——毕竟这是所有生物感知外在讯号的方法，包括人类在内。但是地球磁场与细胞分子之间的交互作用中所提供的能量，比破坏或产生一个化学键能量的十亿分之一还小。所以，到底知更鸟是如何感知到地球磁场的？
神祕的事物，即便微小，总是格外吸引人，因为这些事物的答案很有可能会在本质上改变我们对这个世界的理解。例如，十六世纪时，哥白尼深入思考托勒密描述太阳系时所提出的地心说模型中的一个有关几何的问题。这个看似不重要的问题，让他推翻了以人类为整个宇宙中心的说法。达尔文着迷于不同物种在地理上的分布状况，而且疑惑为什么不同岛屿上的雀科鸟与仿声鸟有着不同的特征，从而让他提出生物的演化论。还有德国的物理学家马克斯・普朗克在尝试解决黑体辐射的问题中，让他在1900年提出了，能量是以一团一团不连续的形式存在，称之为「量子」，并催生了量子理论。所以，如果我们能了解鸟类如何在地球上迁徙，是否就可以为生物学带来革命性的进展？这个答案，也许听起来很奇怪，但肯定是对的。
神祕的事物也经常是伪科学家和神祕主义者所喜爱围绕的主题。就像牛津的化学家彼德・阿特金斯（Peter Atkins）在1976年所说的：「在探讨磁场如何影响生物内的化学反应的研究上，长久以来一直都被江湖术士所包围着。」的确，许多怪异的解释，例如，从心电感应和远古地线（一些隐形的路线串接着不同的考古遗址或者是某些地理位置，而且这些位置都被赋予某种灵性能量），到一位受争议的超心理学家鲁伯特・谢尔瑞克（Rupert Sheldrake）所提出的「形态共振」（morphic resonance）中，都有针对候鸟如何找到牠们的方向提出一些看法和机制。阿特金斯保守的言论是可以理解的，这反映了那个时代大部分的科学家，对于任何有关鸟类感知地球磁场的主张，始终抱持着怀疑态度。因为没有任何的分子结构的反应机制，可以允许动物感知到地球的磁场——至少在传统的生物化学领域没有。
就在彼德・阿特金斯提出怀疑的同一年，德国法兰克福专门研究鸟类学的沃尔夫冈・威尔奇科夫（Wolfgang Wiltschko）和罗斯维塔・威尔奇科夫（Roswitha Wiltschko）夫妇与他们的研究团队，在闻名全球的学术期刊《科学》上，发表了一篇突破性的论文，证实了知更鸟确实可以侦测到地球的磁场 。更值得注意的是，他们发现，鸟类感知的方式并不像我们一般所使用的罗盘。罗盘可以区别地磁的北极和南极，但是知更鸟只能区别地磁的南北极与赤道的不同。
在了解罗盘是如何测得磁场之前，我们得先介绍磁力线，一条隐形的曲线，它决定了磁场的方向。当罗盘放在磁场内的任何地方，罗盘的指针都会顺着磁力线的方向。最为人熟知的实验就是在一根磁棒上放一张纸，并在纸上撒下铁粉时所呈现许多曲线的图形。现在，想像地球就像一根大磁棒，磁力线从南极辐射出来，在空间中形成一条曲线，最后进入北极。在接近南北极的磁力线方向几乎是垂直于地面。但是当越来接近赤道附近时，磁力线则会逐渐的平行于地表。所以用来侦测磁力线与地球表面夹角的罗盘，我们称之为磁倾角罗盘。它可以用来区别往南北极的方向或是往赤道的方向，但是却无法区别出南极或北极。因为无论在南极或北极，磁力线和地面的夹角是一样的。威尔奇科夫在1976年所做的研究显示，知更鸟的磁场感应能力很像磁倾角罗盘。但是仍然没有人知道这种生物性的磁倾角罗盘原理是如何运作的，因为在那个年代没有人知道是什么样的机制，可以让动物的身体侦测到地球的磁场和地面的夹角。答案将会和近代一个令人感到惊讶的科学理论有关，那就是奇特的量子力学。
译者序
量子物理为生命现象，开启全新视野 文/王志宏
《解开生命之谜：运用量子生物学，揭开生命起源与真相的前卫科学》是我从事科普翻译工作的第一本书。刚阅读到这本书的原文版时，便对书中所探讨有关量子生物的内容所吸引。这本书之所以引起我如此大的兴趣，主要是它探讨了生物系统中存在的量子效应。量子理论的建立已经超过一百年，但是这个理论主要是应用在描述微观的物质，例如原子、电子等。对于我们平常周遭所经验到巨观的物体，量子理论可以说是英雄无用武之地。你或许会想，所有的东西都是由原子、分子等微小的物体所组成，既然量子是描述这些微小物体的基本理论，为什么这些巨观的物体却不存在量子效应？根据目前的研究显示，当我们所考虑的系统，粒子数目很多时，量子理论中的奇特性质便会很快地流失到周遭的环境中。如果从这个观点来看，这本书所探讨的内容便格外吸引人。因为我们所经验到的各种生命现象是包含着许多分子的复杂系统，但是书中所探讨各种生命机制的运作却依靠着量子的效应，这的确引起了我极大的好奇心。
量子物理的创建者之一埃尔温・薛丁格（Erwin Schrödinger）在1940年代所发表的着作《生命是什么？》一书中，便对生命中可能存在的量子现象提出深刻的见解。本书的作者从薛丁格的观点出发，带领读者去了解许多生物系统中所存在的量子效应。从酵素的运作、植物的光合作用、嗅觉的机制、基因的复制、大脑的神经元传递，一直到生命的起源。从二十世纪开始，我们的科学研究在各个领域上都有突破性的进展，但是不可否认的，生命对于我们来说仍然充满着许多未知。我们仍旧无法在实验室中制造出最初的原始生命，所以生命的起源依然是个未解之谜。有没有可能我们在尝试了解生命的现象时，忽略了某些重要的因素？而生命中的量子现象是否正是解开这些谜团的重要关键？相信读者可以从这本书中发现解开这些谜团的线索。
在最近的十几年内，量子生物领域才开始逐渐受到重视。在这个充满未知的领域中，有太多奇妙的现象等待着人类去探索。我们可以想像也许在未来的几十年中，量子生物会带给人类一个全新的视野来看待生命。这本书的作者吉姆・艾尔—卡利里以及约翰乔伊・麦克法登，分别是物理学和分子遗传学的教授。在他们彼此专业的共同合作之下，才能以如此深入浅出的方式写下这本跨领域的科普书籍。
在翻译这本书的过程中，我要感谢两位与我共同翻译的吴育慧博士与吴育硕先生。我的学术研究是有关宇宙的起源、黑洞以及广义相对论。然而本书中有许多生物相关的内容，并非我所熟悉的领域。为了要维持本书翻译的品质，我特别邀请吴育慧博士和吴育硕先生加入本书的翻译工作。这本书开拓了我们对生物系统的认识，使得我们对于生命有更深一层的了解。而作者以专业的知识加上通俗流畅的文笔，让读者很容易就能进入书中，跟着他们展开一场丰富的科学之旅。
1.序论
今年，欧洲严寒的冬天提早到来，夜晚的空气如此寒风刺骨。年轻的知更鸟心中一直深藏着一个想法。这个想法先前还模煳不清，但随着时间的流逝日益增强。
过去几个礼拜以来，知更鸟吃了许多昆虫、蜘蛛、小虫、莓果，而这些食物量远超过牠平常的食量。现在牠的体重几乎是今年8月牠的孩子可独立飞离鸟巢时的两倍重。体重增加的部分几乎都是以脂肪的方式储存着。牠即将出发，展开一段艰鉅的旅程，而这些脂肪会提供牠旅程中所需的养分。
离开这座位于瑞典中部的森林，是牠生命中第一次迁徙。在牠短暂生命过程中，一直都住在这座美丽的森林，几个月前也在这里养育了幼雏。所幸，去年冬天不会太严寒，那时牠还没完全长大，还没有足够能力进行这样的长途的旅行。但是现在，随着牠卸下养育的责任，到明年春天之前，牠只需要顾虑自己，而这时牠也已准备好逃离即将来临的冬天，前往南方投向更温暖的气候。
日落后的几个小时，牠并没有为晚上的休息做准备。相反的，牠轻轻地从阴暗的树丛间跳到牠筑巢那棵树的其中一根树枝上，快速甩动全身，就像一位马拉松选手赛前的暖身，而牠胸前橘色的毛在月光下闪耀着。那座牠辛勤建造并小心呵护的巢——已离牠一两公尺远，而鸟巢的一部分也已经被布满青苔的树干挡住——现在已成模煳的回忆。
牠并不是唯一一只即将展开旅程的鸟，还有其他知更鸟（雄的或雌的都有），也都决定在这天展开牠们这趟长途的南迁之旅。牠可以听到四周其他知更鸟所发出无比巨大且尖锐的叫声，这些叫声覆盖过森林中其他动物的声音。彷彿这些知更鸟正警告森林中其他居住者，如果要趁他们不在时入侵他们的领土或鸟巢，请记得三思。几乎所有的知更鸟都计画明年的春天会再回来。
牠抬起头看向沿海的天空，确定沿海地区的视野是清晰的，便飞进了夜晚的天空。冬天的夜晚特别长，这让牠有十个小时的时间，可以持续并稳定地向前飞行，然后才休息。
牠朝着195度的方向飞行（西偏南15度）。接下来的日子，牠会一直沿着这个方向飞行。天气好时，一天可以飞三百多公里。牠不知道这趟旅程会面临什么，也不知道需要多久时间。目前的地貌还是牠所熟悉的，但是再继续飞行几公里后，就会飞进陌生的湖泊、山谷和村庄。
牠旅程的目的地，是位于地中海附近的某个地方。虽然牠没有锁定任何特定的地点，但是当牠发现喜欢的地点，就会停下来并且记住这里的景色。这样才可以在未来几年的迁徙都回到这里。假如牠体力更好，甚至会飞到非洲大陆北方的海岸。但这是牠第一次迁徙，而且目前首要目的是远离北欧即将到来的严冬。
牠似乎没有注意到周遭的知更鸟也都朝同一个方向飞。有些已经有多次迁徙经验。夜晚的视野非常好，但是牠不像我们在进行这类旅行时会寻找地标，也不像其他夜行候鸟会按内在的星座地图追踪布满夜空的星象排列。相对的，感谢几百万年的演化，让牠具备比这些更卓越的能力，让牠能在往后每年的秋天，都能进行三千多公里的迁徙旅程。
迁徙在动物的国度里是司空见惯的事。例如，每年冬天，鲑鱼会在北欧的河流与湖泊产卵。孵化后，这些幼小的鱼苗会沿着河水流到海里，进入北大西洋，并在那里成长茁壮。3年后，这些成年的鲑鱼会回到当年孵化的那条河流与湖泊去产卵。北美洲的帝王蝴蝶，秋天会横跨整个美国数千公里向南迁徙。隔年春天，牠们或者是牠们的后代（在途中所孵化的），会飞回北方当初牠们成蛹的那棵树。在南大西洋的阿森松岛孵化出来的绿蠵龟，会在海洋中游过千万公里，而每3年牠们都会回到当初孵化的海岸来产卵。这样的例子可以一直列举下去：各种鸟类、鲸鱼、北美驯鹿、龙虾、青蛙、蝾螈，甚至是蜜蜂都有能力完成令许多优秀的人类探险家都感到异常艰辛的旅程。
动物究竟如何在地球上找到正确方向，这是许多世纪以来的谜团。目前所知牠们使用的方法有下列几种：某些动物在白天利用太阳来导航，而夜晚则运用星座；某些动物则靠记忆地标的位置；还有一些动物甚至可以「闻到」正确的路径。但是所有动物的导航本能中，最令人感到神祕的，就是欧洲知更鸟所拥有的导航能力：具备感测地球磁场的方向和强度的能力，就像磁场接收器一样。我们现在知道还有一些其他的生物也有相同的感应能力，但是欧洲知更鸟的迁徙仍是令我们最感兴趣的。
知更鸟能够知道要飞多远以及飞行方向的机制，都储存在去氧核糖核酸（DNA），这是父母所遗传给牠的。这项能力如此精巧又非凡——一项用来描绘路线的第六感。就像许多其他的鸟类、昆虫以及海洋生物一样，牠有能力感知到地球微弱的磁场，并且从自身内建的导航能力来描绘出飞行方向的资讯，这是一种非常新颖的生物性罗盘。
知更鸟有类似磁场接收器的感知力是个谜。问题在于地球磁场非常微弱——表面磁场大约介于30到70微特斯拉：足够去偏转罗盘里一根平衡且没有摩擦力的针。但是这个磁场的大小约莫是一般黏在冰箱上的磁铁所产生磁力的百分之一。这就出现一个让人难以理解的事：一只动物要能侦测到地球的磁场，代表磁场对动物身体中的某些化学反应产生影响——毕竟这是所有生物感知外在讯号的方法，包括人类在内。但是地球磁场与细胞分子之间的交互作用中所提供的能量，比破坏或产生一个化学键能量的十亿分之一还小。所以，到底知更鸟是如何感知到地球磁场的？
神祕的事物，即便微小，总是格外吸引人，因为这些事物的答案很有可能会在本质上改变我们对这个世界的理解。例如，十六世纪时，哥白尼深入思考托勒密描述太阳系时所提出的地心说模型中的一个有关几何的问题。这个看似不重要的问题，让他推翻了以人类为整个宇宙中心的说法。达尔文着迷于不同物种在地理上的分布状况，而且疑惑为什么不同岛屿上的雀科鸟与仿声鸟有着不同的特征，从而让他提出生物的演化论。还有德国的物理学家马克斯・普朗克在尝试解决黑体辐射的问题中，让他在1900年提出了，能量是以一团一团不连续的形式存在，称之为「量子」，并催生了量子理论。所以，如果我们能了解鸟类如何在地球上迁徙，是否就可以为生物学带来革命性的进展？这个答案，也许听起来很奇怪，但肯定是对的。
神祕的事物也经常是伪科学家和神祕主义者所喜爱围绕的主题。就像牛津的化学家彼德・阿特金斯（Peter Atkins）在1976年所说的：「在探讨磁场如何影响生物内的化学反应的研究上，长久以来一直都被江湖术士所包围着。」的确，许多怪异的解释，例如，从心电感应和远古地线（一些隐形的路线串接着不同的考古遗址或者是某些地理位置，而且这些位置都被赋予某种灵性能量），到一位受争议的超心理学家鲁伯特・谢尔瑞克（Rupert Sheldrake）所提出的「形态共振」（morphic resonance）中，都有针对候鸟如何找到牠们的方向提出一些看法和机制。阿特金斯保守的言论是可以理解的，这反映了那个时代大部分的科学家，对于任何有关鸟类感知地球磁场的主张，始终抱持着怀疑态度。因为没有任何的分子结构的反应机制，可以允许动物感知到地球的磁场——至少在传统的生物化学领域没有。
就在彼德・阿特金斯提出怀疑的同一年，德国法兰克福专门研究鸟类学的沃尔夫冈・威尔奇科夫（Wolfgang Wiltschko）和罗斯维塔・威尔奇科夫（Roswitha Wiltschko）夫妇与他们的研究团队，在闻名全球的学术期刊《科学》上，发表了一篇突破性的论文，证实了知更鸟确实可以侦测到地球的磁场 。更值得注意的是，他们发现，鸟类感知的方式并不像我们一般所使用的罗盘。罗盘可以区别地磁的北极和南极，但是知更鸟只能区别地磁的南北极与赤道的不同。
在了解罗盘是如何测得磁场之前，我们得先介绍磁力线，一条隐形的曲线，它决定了磁场的方向。当罗盘放在磁场内的任何地方，罗盘的指针都会顺着磁力线的方向。最为人熟知的实验就是在一根磁棒上放一张纸，并在纸上撒下铁粉时所呈现许多曲线的图形。现在，想像地球就像一根大磁棒，磁力线从南极辐射出来，在空间中形成一条曲线，最后进入北极。在接近南北极的磁力线方向几乎是垂直于地面。但是当越来接近赤道附近时，磁力线则会逐渐的平行于地表。所以用来侦测磁力线与地球表面夹角的罗盘，我们称之为磁倾角罗盘。它可以用来区别往南北极的方向或是往赤道的方向，但是却无法区别出南极或北极。因为无论在南极或北极，磁力线和地面的夹角是一样的。威尔奇科夫在1976年所做的研究显示，知更鸟的磁场感应能力很像磁倾角罗盘。但是仍然没有人知道这种生物性的磁倾角罗盘原理是如何运作的，因为在那个年代没有人知道是什么样的机制，可以让动物的身体侦测到地球的磁场和地面的夹角。答案将会和近代一个令人感到惊讶的科学理论有关，那就是奇特的量子力学。
译者序
量子物理为生命现象，开启全新视野 文/王志宏
《解开生命之谜：运用量子生物学，揭开生命起源与真相的前卫科学》是我从事科普翻译工作的第一本书。刚阅读到这本书的原文版时，便对书中所探讨有关量子生物的内容所吸引。这本书之所以引起我如此大的兴趣，主要是它探讨了生物系统中存在的量子效应。量子理论的建立已经超过一百年，但是这个理论主要是应用在描述微观的物质，例如原子、电子等。对于我们平常周遭所经验到巨观的物体，量子理论可以说是英雄无用武之地。你或许会想，所有的东西都是由原子、分子等微小的物体所组成，既然量子是描述这些微小物体的基本理论，为什么这些巨观的物体却不存在量子效应？根据目前的研究显示，当我们所考虑的系统，粒子数目很多时，量子理论中的奇特性质便会很快地流失到周遭的环境中。如果从这个观点来看，这本书所探讨的内容便格外吸引人。因为我们所经验到的各种生命现象是包含着许多分子的复杂系统，但是书中所探讨各种生命机制的运作却依靠着量子的效应，这的确引起了我极大的好奇心。
量子物理的创建者之一埃尔温・薛丁格（Erwin Schrödinger）在1940年代所发表的着作《生命是什么？》一书中，便对生命中可能存在的量子现象提出深刻的见解。本书的作者从薛丁格的观点出发，带领读者去了解许多生物系统中所存在的量子效应。从酵素的运作、植物的光合作用、嗅觉的机制、基因的复制、大脑的神经元传递，一直到生命的起源。从二十世纪开始，我们的科学研究在各个领域上都有突破性的进展，但是不可否认的，生命对于我们来说仍然充满着许多未知。我们仍旧无法在实验室中制造出最初的原始生命，所以生命的起源依然是个未解之谜。有没有可能我们在尝试了解生命的现象时，忽略了某些重要的因素？而生命中的量子现象是否正是解开这些谜团的重要关键？相信读者可以从这本书中发现解开这些谜团的线索。
在最近的十几年内，量子生物领域才开始逐渐受到重视。在这个充满未知的领域中，有太多奇妙的现象等待着人类去探索。我们可以想像也许在未来的几十年中，量子生物会带给人类一个全新的视野来看待生命。这本书的作者吉姆・艾尔—卡利里以及约翰乔伊・麦克法登，分别是物理学和分子遗传学的教授。在他们彼此专业的共同合作之下，才能以如此深入浅出的方式写下这本跨领域的科普书籍。
在翻译这本书的过程中，我要感谢两位与我共同翻译的吴育慧博士与吴育硕先生。我的学术研究是有关宇宙的起源、黑洞以及广义相对论。然而本书中有许多生物相关的内容，并非我所熟悉的领域。为了要维持本书翻译的品质，我特别邀请吴育慧博士和吴育硕先生加入本书的翻译工作。这本书开拓了我们对生物系统的认识，使得我们对于生命有更深一层的了解。而作者以专业的知识加上通俗流畅的文笔，让读者很容易就能进入书中，跟着他们展开一场丰富的科学之旅。
图书试读
生命诡祕的笑
在路易斯・卡罗（Lewis Carroll）的《爱丽丝梦游仙境》里，柴郡猫会突然消失，只留下牠露齿的笑容，这刺激爱丽丝注意到她「通常看到没有笑容的猫，但从没看过没有猫的笑容」。很多生物学家感到类似的困惑，尽管他们已经知道热力学怎么在生物中运作，以及基因如何将形成细胞所需要的每一个步骤编码，然而生命是什么这个谜，仍旧对着他们露齿一笑。
我们的问题在于，每个生命细胞里的生化反应实在太复杂。化学家人工制造出胺基酸或是糖类，几乎每次总是只能合成单一个产物。他们必须小心控制反应所需的实验条件，像是不同成分之间的浓度和温度，来让目标合成物可以最有效率地进行。这任务并不容易，而且需要小心控制许多不同仪器内部的实验条件，例如订做的烧瓶、冷凝器、分离器、过泸装置和其他精密的化学仪器。但是每个你身体内的生命细胞，却可以在一个仅有几百万分之一微升（註：一微升的水，体积是一立方毫米。）液体的反应室里，持续不断合成成千上万不同的生化物质。所有这种种反应如何同时进行？还有，在这微小的细胞里要怎么协调所有这些分子的行为？这些问题是系统生物学（system biology）这个新的科学所关注的，但是我们可以很公正地说，答案仍然是个谜。
另一个生命的谜团是终有一死。化学反应的一个特点则是它们总是可逆的。我们可以写下一个化学反应的方向：基质 → 产物。但是实际上逆向的反应：产物 → 基质，也是可以同时进行的。只不过在某一组定好的环境条件下，会导向其中一个方向。但是，总是有可能找到另外一组条件，让逆向的化学反应发生。例如，化石燃料在空气中燃烧，基质是碳和氧，而单一的产物是温室气体二氧化碳。一般认为这是不可逆的反应，但是某些型态的抓碳技术，正尝试逆转这个反应过程，借着外加能量去驱动逆向反应。例如，伊利诺斯大学的瑞奇・马赛尔（Rich Masel）已经创立了一个公司——二氧化物材料公司（Dioxide Materials），目标是利用电能将大气层中的二氧化碳，转变成汽车的燃料。
生命却不一样。没人发现过任何条件能让反应方向变成：死细胞 → 活细胞。就是这个难题，让我们的祖先提出灵魂这个想法。我们不再相信细胞拥有某种灵魂，但是当细胞或人死去时，究竟是什么东西不可逆了？
在路易斯・卡罗（Lewis Carroll）的《爱丽丝梦游仙境》里，柴郡猫会突然消失，只留下牠露齿的笑容，这刺激爱丽丝注意到她「通常看到没有笑容的猫，但从没看过没有猫的笑容」。很多生物学家感到类似的困惑，尽管他们已经知道热力学怎么在生物中运作，以及基因如何将形成细胞所需要的每一个步骤编码，然而生命是什么这个谜，仍旧对着他们露齿一笑。
我们的问题在于，每个生命细胞里的生化反应实在太复杂。化学家人工制造出胺基酸或是糖类，几乎每次总是只能合成单一个产物。他们必须小心控制反应所需的实验条件，像是不同成分之间的浓度和温度，来让目标合成物可以最有效率地进行。这任务并不容易，而且需要小心控制许多不同仪器内部的实验条件，例如订做的烧瓶、冷凝器、分离器、过泸装置和其他精密的化学仪器。但是每个你身体内的生命细胞，却可以在一个仅有几百万分之一微升（註：一微升的水，体积是一立方毫米。）液体的反应室里，持续不断合成成千上万不同的生化物质。所有这种种反应如何同时进行？还有，在这微小的细胞里要怎么协调所有这些分子的行为？这些问题是系统生物学（system biology）这个新的科学所关注的，但是我们可以很公正地说，答案仍然是个谜。
另一个生命的谜团是终有一死。化学反应的一个特点则是它们总是可逆的。我们可以写下一个化学反应的方向：基质 → 产物。但是实际上逆向的反应：产物 → 基质，也是可以同时进行的。只不过在某一组定好的环境条件下，会导向其中一个方向。但是，总是有可能找到另外一组条件，让逆向的化学反应发生。例如，化石燃料在空气中燃烧，基质是碳和氧，而单一的产物是温室气体二氧化碳。一般认为这是不可逆的反应，但是某些型态的抓碳技术，正尝试逆转这个反应过程，借着外加能量去驱动逆向反应。例如，伊利诺斯大学的瑞奇・马赛尔（Rich Masel）已经创立了一个公司——二氧化物材料公司（Dioxide Materials），目标是利用电能将大气层中的二氧化碳，转变成汽车的燃料。
生命却不一样。没人发现过任何条件能让反应方向变成：死细胞 → 活细胞。就是这个难题，让我们的祖先提出灵魂这个想法。我们不再相信细胞拥有某种灵魂，但是当细胞或人死去时，究竟是什么东西不可逆了？
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