施一公，中國科學院院士、結構生物學家、原清華大學教授。1967年5月5日出生於河南鄭州，1989年畢業於清華大學，1995年在美國約翰霍普金斯大學獲博士學位。2015年9月，中科院院士施一公出任清華大學副校長。2018年4月16日，施一公當選西湖大學首任校長。
本文為施一公在「未來論壇」年會上發表題為《生命科學認知的極限》的演講。
01
今天，我想跟大家探討一下生命的本質和生命的極限。
我們先看看人從哪而來？
人的整個出生過程是這樣的：一個精子在卵子表面不停地遊逛，尋找一個入口，找到合適位點以後，會分泌一些酶，然後鑽進去。卵子很聰明，一般不會讓第二個精子再有機會，所以一有精子進來，馬上把入口封死。
精子進來後就被降解，然後精子的細胞核和卵子的細胞核結合，形成雙倍體，受精卵開始發育，逐漸分裂為2個細胞、再分裂為4個細胞、8個細胞、16個細胞，此時受精卵還在子宮外面遊逛，還沒有著床。
繼續分裂下去，形成64個細胞、128個細胞，這時它快要找到著床地點了。著床之後，繼續發育。
你們可能知道也可能不知道，短短四個禮拜，胎兒開始有心跳。慢慢地，神經管形成了，脊椎形成了，四肢開始發育，通過細胞凋亡，開始形成手指頭。到四五個月的時候，胎兒開始在母親肚子裡踢騰。出生之前，胎兒的大腦發育非常快，各種神經突觸迅速形成。然而不要忘了，這樣一個鮮活的生命來自於一個受精卵。
生命開始之後，生命的歷程很漫長，這裡面有很多苦惱。我記得我看過一首打油詩是這樣說的：
0歲閃亮登場，10歲茁壯成長，
20歲為情彷徨，30歲拼命打闖，
40歲基本定向，50歲回頭望望，
60歲告老還鄉，70歲搓搓麻將，
80歲曬曬太陽，90歲躺在床上，
100歲掛在牆上。
02
我們生命的歷程飽受挑戰，有很多來自於疾病，其中三類疾病和人類有很大關係。
1、 其中心血管疾病是最重要的殺手，僅在中國每年就有303萬人死於心血管疾病，佔32%。
2 、第二種疾病也很可怕，就是癌症，我們身邊的人常常被癌症奪去生命，中國每年有265萬人死於癌症，佔28%。
3 、第三類疾病死亡率不高，但是對人的困擾很大，嚴重影響生活質量，就是神經退行性疾病，有多位世界名人都曾受這類疾病的折磨。
此外還有34%的人死於其他原因，其中大部分是傳染病，一小部分是交通事故和意外傷害。
我今天想告訴大家的是：
我們如何運用科學去接受生命的挑戰。
在古代，我們在黑暗中摸索，比如說當代的屠呦呦為找到治療瘧疾的方法，就是看了古典藥學得到靈感，導致了青蒿素的發現。後來弗萊明發現青黴素，已經是用科學的方法論來探索。1985年以後，由於戈爾茨坦和布朗發現了低密度脂肪顆粒的受體(LDL受體)，開啟了真正的徵服心血管疾病的歷程。
人類始終用科學在應對挑戰，從簡單的摸索和經驗積累，到最後通過基礎研究驅使藥物的發現。
03
不要說我們對老年痴呆症的病因不清楚，對大腦這樣一個神秘的器官我們也知之甚少，我們基本上可以說什麼都不知道。儘管我們有很好的學習記憶的模型，我們可以模擬出學習記憶的過程，但究竟是不是這樣?我們真的不知道。
我甚至認為包括我們的電信號記錄的神經衝動電位，只是一個表象，不一定是學習記憶的本質。為什麼?因為我們確實是這樣一個生物人，是一堆原子構成的人在理解生命。
我們在用我們的五官，就是視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺理解這個世界。這個過程是不是客觀的呢，肯定不是客觀的。
我們的五官感受世界以後，把信息全部集中到大腦，但是我們不知道大腦是如何工作的，所以在這方面也不能叫客觀。
我們人究竟是什麼呢?仔細想一想，人是怎麼樣處理信息的呢?我們先來對信息也就是物質做一個定義。
我們有三個層面的物質：
1、 第一個物質是宏觀的，就是我們可以感知到的，直覺可以看到的東西，比如人是一個物質，房子也是一個物質，天安門、故宮都是物質。
2、第二個層面是微觀的，包括眼睛看不到的東西也叫微觀，我們可以藉助儀器感知到、測量到，從直覺上認為它存在，比如說原子、分子、蛋白，比如說很遠的一百億光年以外的星球。
3、 第三個層面，就是超微觀的物質。對這一類，我們只能理論推測，用實驗驗證，但是從來不知道它是什麼，包括量子，包括光子。儘管知道粒子可以有自旋和能級、能量，但是我們真的很難通過直覺理解，這就是超微觀世界。
但儘管如此，我們還是要想一想，這個世界是超微觀世界決定微觀世界，微觀世界決定宏觀世界。我們人是什麼?人就是宏觀世界裡的一個個體，所以我們的本質一定是由微觀世界決定，再由超微觀世界決定。
我毫不懷疑我就是一個薛丁格方程、一個生命形式、一個能量形式，但不知道怎麼解這個方程，不知道思維是怎麼產生的，僅此而已。我相信，你也應該相信，我們每個人不僅是一堆原子，而是一堆粒子構成的。
所以，我們真的就是一堆由粒子構成的原子，如此之簡單。我們有多少原子?大約有6×10^27個原子，形成大約60種不同的元素，但真正的比較多的元素，不過區區11種。
原子通過共價鍵形成分子，分子聚在一起形成分子聚集體，然後形成小的細胞器、細胞、組織、器官，最後形成一個整體。但是你會覺得，不管你怎麼做研究，都無法解釋人的意識，這超越了我們能說出和能感知的層面。我認為要解釋意識，一定得超出前兩個層次，到量子力學層面去考察。我自己認為是這樣的。
04
所以我想班門弄斧講一講量子糾纏。1935年，當愛因斯坦(Einstein)和波多爾斯基(Podolsky)以及羅森(Rosen)一起，寫出了著名的EPR佯謬之後，提出了量子糾纏。
實際上「量子糾纏」這個詞並不是愛因斯坦提出來的，而是薛丁格提出來的，當時看來是很不可思議的。
量子糾纏的意思是說，兩個糾纏的量子不管相距多遠，它們都不是獨立事件。
當你對一個量子進行測量的時候，另外一個相距很遠的量子居然也可以被人知道它的狀態，可以被關聯地測量，很不可思議。但這樣一個簡單的現象既然存在於客觀世界，我相信它會無處不在，包括存在於我們的人體裡。是不是這樣呢?當然是這樣。
量子糾纏怎麼樣影響我們的生命，其實我們不知道，為什麼？
因為這不是我們可以用直覺去感受的。
很多科學家找了很長時間，發現神經細胞裡面的微管可以形成量子糾纏，但是微管的時間尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒，遠遠小於人的記憶和意識的形成時間。但是他通過理論的實踐，以模擬的方式找到了，他正在進行實驗驗證。
比如把磷和鈣放在一起，也就是磷酸鈣，當磷酸鈣以波斯納分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的時候，它的量子糾纏時間可以長達105秒!
能把這樣一個極其脆弱的，對聲、光、電、熱都極其敏感的量子糾纏現象的持續時間提高15個數量級，那麼如果再提高5個數量級，就可以達到年的水平，以年為單位來保存量子糾纏現象。
那麼依此類推，你們覺不覺得，有一天我們人類會發現量子糾纏也是一個可以進化的現象，它可以保存一百年、一千年、一萬年。
也就是說，量子糾纏，它在遠古的時候就存在了，在進化過程中被保存了下來。
我要問你們四個問題：
1、第一個問題，你們相信有第六感官嗎？很多人會說不相信。
2、第二個問題，有沒有可能，兩個人會以未知的方式進行交流?你會說也許，不會像第一個問題那樣肯定地說不信。
3、第三個問題，量子糾纏是否存在於人類的認知世界裡面?存在於大腦裡?我相信聽了我的講座，你會覺得很有可能。
4、第四個問題，量子糾纏是不是適用於地球上的物質呢？你一定會說一定適用，因為我們已經證明了。
但其實簡單講，這四個問題是完全一樣的問題，倒推回去就說明一定有第六感官，只是我們無法感受，所以叫「第六感官」。
那麼我們人究竟是什麼?我們只不過是由一個細胞走過來的，就是受精卵，所有受精卵在35億年以前，都來自於同一個細胞，同一團物質，一個處於複雜的量子糾纏的體系，就這麼簡單。
其實我不知道這裡面是什麼，但是我相信它。我每呼吸一次會攝入10^22次方的氧原子進入我的身體，進入共價結構。這一口呼吸至少有10^4次方以上的氧原子，被處在世界上一個很遙遠角落裡的，我沒有見過的人呼吸過至少一次，這在一個月內就會做到，人一輩子一直在這麼做。而兩個人在一個房間裡的時候，一天可以有63克的氧氣在彼此的肺當中交換。
科學發展到今天，我們看世界完全像盲人摸象一樣，我們看到的世界是有形的，我們自己認為它是客觀的世界。
其實我們已知的物質的質量在宇宙中只佔4%，其餘96%的物質的存在形式是我們根本不知道的，我們叫它暗物質和暗能量。
那麼盲人摸象般地認識世界是科學嗎？一定是科學。
每個人摸的都是真實存在，而且都是客觀存在的，都是看得見摸得著的，我們現在也是如此。只是我們不知道摸的是象的後背，還是尾巴，還是耳朵。
我認為人類的認知極限就在於，我們是一堆原子，我們處在宏觀世界，但我們希望隔著兩個世界去看超微觀世界。那是一個最美好的、極其美妙的世界。
05
世界還有多少我們不知道的東西？
隨著量子衛星上天，有關量子的事科普一下：當代科技最前沿發現了什麼？竟然顛覆人類世界觀！
我們的世界，因為幾個最新的科學，全亂了！
攪亂了世界的3項科學成果：
1、暗物質
1.1 怎麼發現有暗物質？
我們原來認識的宇宙的形態，是星球與星球之間通過萬有引力相互吸引，你繞我轉，我繞他轉，星球們忙亂而有序。
但後來，科學家通過計算星球與星球之間的引力發現，星球自身的這點引力，遠遠不夠維持一個個完整的星系。如果星系、星球間僅僅只有現有質量的萬有引力支持的話，宇宙應是一盤散沙。
宇宙之所以能維持現有秩序，只能是因為還有其他物質。而這種物質，目前為止，我們都沒有看到並找到，所以，稱之暗物質。
1.2 暗物質有多少？
科學家通過計算，要保持現在宇宙的運行秩序，暗物質的質量，必須5倍於我們現在看到的物質。
1.3 有沒有觀測到暗物質？
現在沒有真正的測到暗物質。只是能發現光線在經過某處時發生偏轉，而該區域沒有我們能看到的物質，也沒有黑洞。
1.4 黑洞是不是暗物質？
不是。黑洞只是光出不來，它發出其他射線，它仍然是常規物質。
2、暗能量
2.1 怎麼發現有暗能量？
科學家觀測發現，我們現在的宇宙，不僅在不斷膨脹，而且在加速膨脹。如果勻速膨脹，還可以理解。但加速膨脹，就需要有新的能量的加入。這能量是啥？科學家也搞不清，取名叫暗能量。
2.2 暗能量有多少？
科學家通過計算，通過質能轉換方程Ｅ＝MC2計算，要維持當前宇宙的這種膨脹速度，暗能量應該是現有物質和暗物質總和的一倍還要多。
2.3 有沒有找到暗能量？
目前為止，還沒有。
3、量子糾纏
現代科學發現，對物質的研究，在進入分子、原子、量子等微觀級別後，意外非常大。出現了超導體、納米級、石墨烯等革命性的材料，出現從分子水平治癒癌症的奇蹟。而最神奇的是 —— 量子糾纏。
3.1 什麼是量子糾纏？
科學實驗發現，二個沒有任何關係的量子，會在不同位置出現完全相關的相同表現。如相隔很遠（不是量子級的遠，是公裡、光年甚至更遠）的二個量子，之間並沒有任何常規聯繫，一個出現狀態變化，另一個幾乎在相同的時間出現相同的狀態變化，而且不是巧合。
3.2 有沒有觀測到量子糾纏？
量子糾纏是經理論提出，實驗驗證了的。科學家已經實現了6-8個離子的糾纏態。我國科學家實現了13公裡級的量子糾纏態的拆分、發送。
4、攪亂了的世界
4.1 攪亂了的哲學世界
我們原來認為世界是物質的，沒有神，沒有特異功能，意識是和物質相對立的另一種存在。
現在我們發現，我們認知的物質，僅僅是這個宇宙的5%。沒有任何聯繫的二個量子，可以如神一般的發生糾纏。把意識放到分子，量子態去分析，意識其實也是一種物質。
既然宇宙中還有95%的我們不知道的物質，那靈魂、鬼都可以存在；
既然量子能糾纏，那第六感、特異功能也可以存在；
同時，誰能保證在這些未知的物質中，有一些物質或生靈，它能通過量子糾纏，完全徹底地影響我們的各個狀態？
於是，神也可以存在。
4.2 坍塌了的物理世界
我們現在所有的物理學理論，都以光速不可超越為基礎。而據測定，量子糾纏的傳導速度，至少4倍於光速。
3.4 崩潰的內心世界
科技發展到今天，我們看到的世界，僅僅是整個世界的5%。這和1000年前人類不知道有空氣，不知道有電場、磁場，不認識元素，以為天圓地方相比，我們的未知世界還要多得多，多到難以想像。
世界如此未知，人類如此愚昧，我們還有什麼物事必須難以釋懷？
讓我們致敬那些探索未知的人。
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