薛丁格生命物理学讲义：生命是什么？ pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Erwin Schrodinger

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　　生命是什么？无机质如何构筑生命与心智？

　　悠隔一甲子，薛丁格讨论物理学与生物学交会地带的经典巨着重现！

　　以「薛丁格的猫」完美诠释量子力学中测不准定理的物理学大师薛丁格，于生前即从物理领域欲求探究「生命是什么」这一问题，试图回答生命运作之物理机制，本书共有两部分，分别探讨「生命」、「心智与物质」，也是薛丁格一生的个人自传。

　　哪些物理机制才得以让生命可以运作？

　　生命是由复杂的长链有机质所构成，然而，这长链有机物又如何才能够运作？薛丁格在第一部分当中仔细剖析了运作过程中的物理机制，包括扩散作用之下的布朗运动，其始于分子的不规则碰撞所导致，这却提供了细胞吸收养分、排泄废物的重要机制。另外，薛丁格也详细解释了孟德尔所提出的遗传学说背后的物理性质，及突变的「跳跃性」可比拟为原子。最后，薛丁格提出一个问题：生命是以物理定律为基础吗？

　　意识的物理基础是什么？

　　生命之谜当中，另外一件事情另当今学者皆深感兴趣的，则是这些物质的运作是如何引发意识？意识又奠基于何者而存在？薛丁格在此一部分揭露这些问题的存在，并以统计物理学的观点说明心理意识的运作过程，提供了后世心理学家及脑神经科学家广阔的意识研究视野。

　　举足轻重的《薛丁格物理学讲义：生命是什么？》：负熵概念的提出

　　本书原本只是一系列通俗科学演讲的结集；没想到这本为非专家所写的书，最后却成为发现ＤＮＡ结构、并导致分子生物学诞生的关键着作。现为薛丁格辞世５５周年，薛丁格这本《薛丁格物理学讲义：生命是什么？》实在有遗传研究上举足轻重的地位。

　　本书发表年代距今已超过五十年，当年薛丁格虽精准预测遗传分子的运作过程，但仍因为现代科学的进展而有一些疏漏，本书中文版特别邀请物理学博士李精益副教授全文校订，中研院史语所王道还研究员与台大物理系高涌泉教授协助审定，并修正原书中由于时代背景造成的少数科学发展错误，以使读者有最详实明确的理解。此外，台大生化所杨启伸副教授以及台大物理系高涌泉教授皆特别撰写专文导读，充分阐述薛丁格的思想梗概，使读者更能清楚掌握本书脉络。

　　◎中华民国物理学会百大物理科普书
　　◎台大生化所杨启伸副教授特别撰写二○一六全新导读
　　◎台大物理系高涌泉教授专文导读
　　◎物理学博士李精益副教授全文审定、中研院史语所王道还研究员协助审定
　　◎精美梧桐纸书衣印刷，搭配典雅亮黑烫金，内封为淡彩紫，尽显其科学的优雅、活泼与美丽。

各界好评

　　现代生物学的许多重要发展，都可追溯到这本《生命是什么？》。──王道还，中研院史语所研究员

　　二十世纪科普经典。──高涌泉，台湾大学物理系教授

　　二十世纪生物领域最重要的书籍之一。──古尔德，古生物学家，《猫熊的大拇指》作者

　　本世纪最有影响力的科学着作。……绝对值得你反覆阅读。──潘洛斯，数学物理学家、认知科学家，《皇帝新脑》作者

　　他的见解启迪了整个世代的科学家。──瑞德利，前国际生命研究中心主席，《23对染色体》作者

　　你可以在几个小时内读完本书，但你一辈子也不会遗忘。──《科学人》杂志(Scientific American)

探索生命深层奥秘：物质与意识的交织 导言：跨越边界的求索 自古以来，人类对“生命”的定义与本质就充满了困惑与着迷。我们观察到星辰的运转、原子的振动，也感知到思想的涌现、情感的波动。这些看似截然不同的现象，是否隐藏着统一的物理学基础？本书并非探究特定学科领域内的既有理论，而是旨在构建一个宏大、开放的思考框架，去审视生命现象在物理定律下的可能性与必然性。 我们将从最基础的物质结构出发，追溯能量在复杂系统中的动态演化，最终聚焦于“信息”如何在无序的宇宙背景中，催生出具有自组织、适应性和目的性的生命体。这本书的视角是解构性的，它试图剥离掉生物学描述的表象，深入到现象的动力学本质之中。 第一部分：从无序到有序——熵与结构的物理基础 第一章：耗散结构与开放系统 生命系统是一个典型的开放系统，它不断与环境进行物质和能量的交换。传统的热力学倾向于描述孤立系统如何趋于平衡和最大熵，但这恰恰与生命特征——即维持低熵状态的倾向——相悖。 本章将详细阐述普里戈金（Prigogine）的耗散结构理论。我们将分析在远离热力学平衡的条件下，系统如何通过非线性反馈机制，自发地形成有序的结构。重点讨论： 1. 远离平衡态的必要性：为什么生命不能在平衡态下存在。 2. 涨落与选择：系统在特定点位（临界点）如何被微小的外部扰动放大，并“选择”一种新的有序状态，而非随机趋于崩溃。 3. 能量流动的几何学：探讨能量在耗散结构中流动的路径和效率，分析维持结构所需的恒定能流。 第二章：信息、冗余与结构复杂度 如果说能量是生命运动的燃料，那么信息就是构建和维持其形态的蓝图。在本章中，我们将暂时放下生物遗传学的具体编码方式，转而关注物理系统中的信息量度。 我们引入有效复杂性（Effective Complexity）的概念，用以区分随机噪声、毫无意义的周期性结构与真正承载复杂功能的信息结构。 1. 信息与熵的对立统一：分析香农信息论如何与玻尔兹曼熵联系起来，特别是在描述复杂系统的排列组合空间时。 2. 冗余与鲁棒性：探讨为什么生命系统总是包含大量的结构冗余，以及这种冗余在物理上如何提供对局部损伤的抵抗力（鲁棒性）。 3. 最小描述长度原则：讨论生命结构是否倾向于用最简洁、最高效的方式来编码其功能，这暗示了某种潜在的物理优化过程。 第二部分：动态涌现——复杂性的阶层与边界 生命现象的本质在于其涌现性（Emergence）——更高层级的属性无法完全由低层级的组分简单相加得出。 第三章：多尺度耦合与临界现象 生命的尺度横跨纳米级的分子机器到宏观的生态系统。本章关注不同物理尺度之间的动态耦合机制。 1. 微观动力学到宏观行为的桥梁：分析平均场理论在描述大量分子相互作用时的局限性，以及如何引入集体效应来解释细胞膜的相变或蛋白质折叠的协同性。 2. 时间尺度的分层：探讨生命过程中的快过程（如离子通道的开关）与慢过程（如细胞分化）如何相互影响，以及这种时间上的异步性如何保证系统的稳定运行。 3. 相变分析在生物系统中的应用：将细胞内物质的聚集、分离等过程视为一种物理相变，以此来理解状态转换的临界点和不可逆性。 第四章：自催化循环与物质的“意图” 化学反应的随机碰撞无法解释生命如何持续地进行自我复制和演化。本章探讨化学动力学的自催化网络。 1. 网络拓扑结构的重要性：分析具有特定反馈回路的网络结构（如“代谢网络”）如何突然获得自我维持的能力，即使原材料不断耗尽。 2. 循环的稳定性：讨论这些自催化循环如何在热力学驱动下，将能量转化为维持自身存在的化学梯度和分子结构。 3. 从网络到“目的性”：在没有外部指令的情况下，这些网络如何表现出一种“倾向于存续”的特质。这不是哲学上的目的论，而是动力学上对特定吸引子的偏爱。 第三部分：物质与边界——主动性、适应性与测量 生命的终极区分点在于其主动性（Agency）和对环境的适应性，这涉及到物理学中关于测量和边界定义的核心问题。 第五章：边界的物理学——膜的动态特性 细胞膜是生命的第一个物理边界，它不仅是分离器，更是信息和物质的调节器。 1. 非平衡界面：分析膜两侧的化学势差异如何被维持，以及这种梯度本身是如何作为驱动力的一部分。 2. 主动运输与耗散：探讨膜蛋白（离子泵）如何利用ATP水解的自由能，执行逆着浓度梯度的物质转移，并由此产生的熵流如何被导出系统。 3. 边界的自我修复与演化：考察膜的动态重组能力，这种能力在多大程度上可以被视为对物理损伤的被动响应，又在多大程度上体现了主动的维持行为。 第六章：物理主动性与反馈回路 主动性——系统根据内部状态和外部刺激而改变自身行为的能力——是生命区别于简单机器的关键。 1. 反馈的层次结构：区分简单的负反馈（如恒温器）与复杂的、多层嵌套的前馈-反馈系统，这些系统允许系统“预测”和“规划”未来的状态。 2. 系统对自身的“模型”：探讨系统如何通过其内部动态结构，隐含地编码了对外部环境变化的预测能力。这种“模型”不是存储在介质中的信息，而是系统动力学固有的属性。 3. 测量与响应的物理关联：从物理学角度审视，系统如何有效地“测量”外部环境的特定参数（如光照、化学梯度），并将此测量转化为内部状态的改变，而不是被环境中所有噪声所淹没。 结论：开放系统的未来物理学 本书的最终目标是呼吁一种新的物理学视角，这种视角将动力学、信息和耗散视为不可分割的整体，用于描述在远离平衡态下出现的复杂结构。生命现象并非是物理定律的“例外”，而是在特定的非平衡条件下，能量和物质必然涌现出的最高效的组织形式。我们所观察到的生物学现象，是从更深层次的物理驱动力中演化出的具体实现方式。本书试图为理解这一宏大图景提供一套跨越学科界限的、统一的物理语言和概念工具。

作者简介

薛丁格Erwin Schrodinger

　　奥地利物理学家，一八八七年出生于维也纳。以研究量子理论闻名，并以着名的波动方程式开创了波动力学，因而获得一九三三年诺贝尔物理学奖。一九六一年卒于维也纳。

译者简介

仇万煜

　　一九三二年生，一九五五年大学英语专业毕业，从事翻译工作多年。

左兰芬

　　一九三五年生，一九五七年毕业于北京大学西语系英语专业，从事英语教学和翻译工作多年。

第一部：生命是什么？
第一章 古典物理学家对生命问题的探讨方式
第二章 遗传机制
第三章 突变
第四章 量子力学的论据
第五章 对德布吕克
第六章 模型的探讨与检验
第七章 有序、无序和熵
第八章 生命是以物理定律为基础的吗？
后记：决定论和自由意志

第二部：心灵与物质
第一章 意识的物质基础
第二章 悟性的未来
第三章 客体化原则
第四章 算术诡论：心灵的太一
第五章 科学与宗教
第六章 感觉性质之谜

二○一六年最新版导读

生命是什么？ 杨启伸

　　如果你现在拿起此书，想着这本「生命是什么？」到底会讲些什么？能给我启发什么？那这篇导读，就是要你在几分钟之内，知道这本书的内容精髓。于是，不论你最终是否决定拥有这本书，你都会像是已经拥有「它」，或至少认识了「它」。
　
　　直接了当地说：如果说，物质组成的原理是「化学」，物质运作的规则和描述则是「物理」的范畴，薛丁格在本书试图用物理和化学的基本知识，来了解和说明生命的现象。但他遇到了困难：生命既不是纯化学化合物的组合，也有很多行为不符合物理原则！

　　因此，对于生命体，在第一章，针对「化学」观点方面，薛丁格首先认为，生命，仍是以原子为基础组成，有排列次序的巨大有机体，而这有机体的运作规则和描述，可用组成原子接近统计的整体行为来看。

　　生命为何要先组合成巨大有机体，小原子或分子当生命有何不可？薛丁格认为，因为物体要大到一定程度，才能有精确的行为。小分子的运动，除了自己的动能外，还有环境的随机力量推着，如布朗运动和扩散。如果生命不是大到可使其他运动力量足以被忽略的程度，那么，当我问你要去哪里时，你可能会跟我说：「我会试着去对街的超商，但我不确定我能不能走到！因为其他力量也会参与影响我往那个方向走。我可能被『推』或『扩散』到光华商场去！」。

　　薛丁格更进一步，对大有机体的集体行为和统计的关系，说明对「集体数目」开根号的值，就是和环境交互作用准确性「误差值」的估计：大数目之下的误差反而小。以量子力学的观点换言之，我们必须「不能」长得和小原子一般尺寸，才得以控制巨观行为。不仅如此，巨大有机体也因能准确控制行为，才能从事各种原本小分子不能做的事；而且所做的事，不一定和小分子本身有相关。如大脑是由无数原子所组成，但却不是用来记录单个原子事件。

　　作者在建立了生命是由原子尺寸的小分子所结合，成为具有行为准确性的巨大有机体后，想要找说明的例子。他似乎是受原本开布染坊，后来也研究植物的父亲影响或启发，决定用当时以植物为主的遗传学成果为例，把基因设想为：比原子大，但却有准确控制行为的作用单位。他准确（或卖弄）地，以人有23对、46个染色体为例，说明人类基因来自父和母减数分裂后，以各23个染色体配对。之后，同一个表现型，是由父与母各自带着的染色体上，具有显性或隐性之基因配对后，决定最终是显性或隐性。他由数学机率和表现型之配合，说明基因运作原则，并提出遗传分子虽小但稳定，以及其可能的大小尺寸。作者指出当达林顿以染色体上的横纹（当成是一个基因）和染色体大小相除，得到基因大小是30奈米，并由此推算基因大小只是100～150个原子；虽小，但却有不可思议的稳定性。

　　接着，作者以「突变」这个基因看得见的行为，说明基因的变化是不连续的，且是以在定点为单位地发生。作者为何要提基因运作、突变这些事呢？其实这是先设好舞台，为了要说明二件事：基因尺寸小而稳定，以及古典物理无法说明基因这种小尺寸分子稳定的原因，但量子力学可以！因为量子力学有能阶（离散，非连续）的概念，可以能阶差和温度会影响稳定性两个概念解释基因特性。但作者也迅速地以生命化学分子有同分异构物，以及能阶间的转换有时不只需要热能，也要能越过比变化前后两态能量都要高的活化能门槛（或阈值）这二个观念，做为二个修正之后，才能明确说明生命分子的稳定性（如基因突变后，仍然是稳定的）。换言之，不会随便出门晒晒太阳，我们就变了模样！

　　基于以上的论述，薛丁格为量子力学之所以能解释生命，做了几个总结式的描述。他提到，其实生命分子较类似非完美、但有週期性的晶体和固体，而非液、气体；而且各式排列整齐且有同分异构物的分子，不需很多的数量，就可排列出数量甚大的组合（基因）。

　　犹有进者，作者对生命如何维持运作秩序、逃避直接衰退，提出了颇具争议的「负熵」概念。大致上，熵可以用「多么不能作功的程度」的方式来了解；熵越大，这个状态越不能做功。也因此，生命结束时的熵是甚大的！熵之计算，是若吾人在绝对温度T 提供热量Q（卡路里）来把一个状态改变到另一个状态时，此时的Q/T值；所以单位是 cal/度。作者解释，生物是用吃、喝和唿吸当材料进行新陈代谢，以获得「负熵」！但如何得到数学式上的负值呢？若对大于0，小于1的值取对数，会得到负值；于是如果用D代表一个系统是「多么没有秩序」的数值，那么，D的倒数， 1/D，就是「多么有秩序」的程度。于是负熵，就以 k log(1/D) 来代表。其中 k 是波兹曼常数 3.2983x10-24 cal/oC。

　　最后，作者以产生有序的两种方式来说明他的内心 OS：一个是统计型机制，用以描述由「无序产生有序」；另一种是动力型机制，用以描述「由有序产生有序」。前者为一般物理学家经常研究的；后者则较接近生命运作的实况。但两者是一体两面，互不冲突。事实上由研究生命的有机机械结构如何运作时，会产生新的物理原理，研究和解释这些新的物理原理，终究能以统计型所得到的原则来解释。

　　最新的生命科学上，已把蛋白质的结构以原子解析度解出，并用其来解释本书所描述的所有生命现象。作者出版此文，是1944年。有趣的，是该年同时也是学者第一次证明和发表DNA这个分子是引起肺炎球菌转变的原因！另外，大分子具有粒子和波的双重性，也在近年被发表。大分子具有波的性质，代表同一个时间，大分子可以在一个或一个以上的地方被发现（有干涉和绕射的现象）。

　　本书作者本身，和书中所提的一些科学家的先见，完全令人赞叹！以今日生命科学和物理、化学来评断书中内容的对错，固有其意义，但若以「参话头」的精神来看这本小而影响深远的鉅作，吾人体受到的，是融合两个或两个以上的学科，细思其共同性的领悟模式，是从事科学研究和学习，永久都不会过时的模式。如果你决定阅读这本书，请细细去品味薛丁格的热情、用心、和试图融会贯通的美丽心灵。是的，it's a beauty!

评分☆☆☆☆☆

这本书的纸张触感非常好，那种略带哑光的质感，拿在手里感觉很舒服，印刷的字体清晰，排版也很合理，读起来不会感到压抑。从书名来看，我猜测这本书可能不是一本纯粹的科普读物，更像是一部充满学术气息的讲义，或许会涉及一些较为深奥的物理概念，但如果能用通俗易懂的方式解释清楚，那就太棒了。我尤其期待它能探讨一些关于生命起源、演化以及生命体内部运作机制的物理学原理。这本书的出现，似乎预示着一种跨学科的研究方法，用物理学的视角来解读生物学的问题，这本身就是一个非常令人兴奋的点。我希望书中能够有严谨的逻辑推导和清晰的论证过程，即使我不是物理学或生物学专业出身，也能从中获得启发和收获。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常有吸引力，有一种复古的科学感，让我第一次翻开它的时候就充满了好奇。书名“薛丁格生命物理学讲义：生命是什么？”本身就足够引人遐想。我一直对物理学和生物学的交叉领域感到着迷，尤其是当伟大的物理学家薛丁格涉足生命科学时，他的视角肯定与众不同。我期待着这本书能够带我走进一个全新的思考空间，去探索生命的本质，也许能从物理学的角度找到一些意想不到的答案。我不知道书中具体会讲些什么，但仅仅是“薛丁格”这个名字，就足以让我对其中蕴含的深刻见解和严谨论证充满信心。我尤其希望它能解答一些我长久以来困扰我的问题，比如生命为何如此复杂，又为何如此顽强。这本书就像一个未知的宝藏，我迫不及待地想深入其中，去发掘其中的闪光点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常简洁大气，书脊上的文字清晰易读，整体给人一种沉静而有力量的感觉。从书名来看，我猜这本书并非面向普通大众的浅显读物，而更像是为那些对生命科学和物理学有着一定基础的读者量身打造的。我不知道书中是否会深入探讨量子力学在生命过程中的作用，例如遗传信息的传递、蛋白质的折叠等等。我希望这本书能够带来一些颠覆性的观点，挑战我们对生命根深蒂固的认知。我尤其好奇，物理学家如何看待“意识”这个生命最神秘的方面，是否也能从中找到物理学的解释。这本书的价值，或许就在于它能够提供一种全新的视角，去审视和理解我们自身以及我们所处的这个奇妙世界。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的那一刻，我就被它的名字深深吸引了。作为一个对科学有着浓厚兴趣的普通读者，我一直渴望能接触到一些能拓展我思维边界的书籍。“薛丁格”这个名字本身就代表着一种前沿的思考方式，而将他的名字与“生命物理学”结合，更是让我觉得这本书一定充满了智慧的火花。我不知道书中是否会引用大量的数学公式，但我希望它能以一种引人入胜的方式，将复杂的物理学概念与生命现象联系起来。我期待它能揭示生命最深层的规律，也许能解释为什么生命会以如此多样和复杂的形式存在。这本书就像是一扇门，通往一个我未曾了解的科学世界，我渴望推开它，去看看里面究竟有什么。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程，就像是在进行一场思维的冒险。书中的文字传递出一种严谨而又不失诗意的风格，仿佛一位睿智的长者在向你娓娓道来宇宙的奥秘，以及其中最令人费解的现象——生命。我不知道书中具体会涉及哪些物理学理论，但从“薛丁格”这个名字，我脑海中浮现出的是那个著名的“薛定谔的猫”的佯谬，这让我对书中探讨生命状态的可能性充满了期待。也许，生命本身就蕴含着某种量子效应，或者可以用概率论来解释其不确定性和多样性。我希望能在这本书中找到对生命“是什么”这个终极问题的深刻洞见，即使最终无法得到一个确切的答案，但这个探索的过程本身就充满了价值。