來源：新浪科技
新浪科技訊 北京時間11月23日消息，據國外媒體報導，如果所有生命都由遵循特定等式的原子構成，那麼生命的存在也許只是順應這些法則出現的必然結果。這種看法顯然言之有理，物理學家基本上也正是這麼認為的。在我們試圖理解生命運作機理的過程中，這種看法也起到了很大幫助。
在馬克斯德爾布魯克（Max Delbrück）等先驅人物的帶領下，來自物理科學的量化分析為細胞生物學和生物化學的機械學和分子學研究方法提供了很大幫助，帶領科學家做出了許多重大發現。在X射線晶體學、核磁共振技術、以及超高解析度的顯微技術的幫助下，DNA、蛋白質等比細胞還小的結構紛紛呈現在我們面前，我們對生命的了解開始深入到分子層面。
不僅如此，破獲了遺傳編碼之後，我們還可以按照自己的想法合成新的大分子，從而讓活細胞為我們所用。隨著我們對生命最細小、最簡單的構件了解得愈加精確，人們難免會認為，只有等攻克了相關的物理問題之後，才有可能解決生物學中最棘手的謎團。
但用這種態度看待生命問題，我們最終定會大失所望，原因至少有二。其中第一點可以叫做「還原論謬誤」。還原論認為，宇宙中可能被我們選來研究的任何一部分都像靠發條走動的古董鍾一樣，因此只要知道了各個部件之間的相互作用法則，就可以對整體行為進行預測。
科學家一直夢想著能夠僅用幾條簡單規則解釋和預測萬物，特別是物理學家。而且公平來說，確實有許多偉大的科學發現都是由研究人員對還原性解釋的渴求推動的。畢竟，世界上的確有許多事物可以被理解為簡單成分之間相互作用的結果。從潮汐與月球引力，到部分遺傳病與蛋白質表面一小塊分子的變異，有時我們的研究對象看上去的確像是各組成部分之和。
不過，希望用還原論解決所有科學謎題的想法在20世紀之前的物理學家中更為盛行。自20世紀之後，多名諾貝爾獎物理學獎得主（以及其它領域的獲獎者）都明確提出過，還原論的思維方式是行不通的。例如，你不能用牛頓定律或量子理論預測股票市場，也不能用它們預測湍流或超低溫磁鐵等「多粒子系統」的簡單性質。在這些例子中，理應「主宰」這些事件的物理法則充滿了太多未知之處，也無法進行測量或直接計算。物理學家仍在繼續研究這類系統，但並非僅從所謂的基本等式入手。
在生命和非生命之間的界限這一問題上，人們犯的第二個錯誤至今依然常見。這一錯誤的根源在於我們使用語言的方式。許多人想當然地以為，如果我們對物理學足夠了解，最終就能像弄清水如何結冰或沸騰一樣、將生命作為一種物理現象來理解。確實有很多人認為，我們總能找到某種完美的物理理論，作為劃定生命與非生命的黃金標準。
然而，人類在給世間現象命名時總是操之過急，在我們確定「生命」究竟意味著什麼之前，就已經迫不及待地給各種現象命名了。物理學家要想從生命的行為、或生命的誕生中總結出某種理論，首先要根據直覺，將我們所知的生命形式的特性轉化為物理語言。這樣做之後，我們很快就能看出，生命與非生命之間的界限早從一開始就已經確定了，只是用了一種與物理學不同的表達方式而已。
從某種程度上而言，人們在問出「生命究竟從何而來」這個問題時，就表達出了一種還原論傾向。我們在研究生物時，難免會思考，這種形式和功能上的巨大成功也許只是一系列基本構件相互「碰撞」的結果，就像一堆簡單的、可預測的撞球一樣。在這臺造物「機器」中，除了這些默默振動的「元件」之外，是否還有些別的東西呢？假如沒有，這是否意味著，我們最終一定能弄清整套系統的結合方式呢？換句話說，人們對於生命的誕生提出的各種解釋是否都要將這一過程分解為一系列合理的步驟，每一步到下一步之間的銜接都合情合理、符合預料？如果是這樣，又和之前所說的還原論有什麼區別呢？不都是想將生命「還原」成一場受一系列簡單、已知的物理規則編導的「演出」嗎？
事實上，物理學家已經發現了一些規律，可以對某些一度被視作「複雜得令人絕望」的系統進行精準預測。例如，拜克卜勒和牛頓等人的研究所賜，天體的運動規律早已不再神秘，對天體位置的計算也已經變得稀鬆平常，人們不需要成為研究軌道力學的大家，就可以在大學的物理學系大量學習這方面的知識。不過，在人類歷史上的大部分時間裡，太陽、月亮和其它星星的運動都顯得極其複雜、不可捉摸。數千年來，即使是最偉大的天才一定都難以想像，僅憑區區幾條方程式，就可以描述引力和受力運動，無論是遙遠的星系、不斷旋轉的恆星、還是掛在彈簧上晃蕩的盒子，都可以被納入同一套理論框架之中。這場由牛頓等人發起的革命的意義之重大，任何語言描述都顯得蒼白無力。
接下來，時間來到了20世紀。愛因斯坦先是用方程式描述了光的運動，後又重新思考了引力的來源，成功補足了牛頓行星運動理論遺留的最後一塊拼圖——水星。與此同時，薛丁格的量子機械波方程式揭開了原子的神秘面紗，為不同氣體通電後發出的各色光線提供了一種優雅的定量解釋。這是一套針對微觀物體內部運作機制的理論，看上去雖然很奇怪、很違反直覺，但與實驗觀測結果高度匹配。人們在科學界取得了這麼多輝煌的勝利之後，難免會產生這麼一種感覺：只要有更新、更強大的理論問世，許多事物的不可預測性便可迎刃而解。
然而，如果我們深入推敲，便會在這些還原論的勝利成果中發現一些偏誤。包括上訴理論在內，許多成功的物理理論都存在一個共同點：最擅長預測孤立事物。這類事物可以用相對簡單的數學公式來描述，各個組成部分也可以進行測量。比如只含有一顆行星的太陽系、成分簡單的氫原子等等。在這些例子中，相關理論都會將宇宙的其它部分濾除在外、不予考慮，只關注少數幾條能夠精確描述較少物理量之間關係的方程式。
事實上，利用強大的超級計算機，極端的還原論科學家如果僅根據各組成部分遵守的簡單規則來計算整體的行為，則極有可能謬以千裡。正如諾貝爾獎物理學獎得主PW安德森（P.W。 Anderson）的名言一樣：「量變引起質變。」我們也許在冷凍結晶或黏性液體等事物的研究上取得了成功、提出了優秀的物理理論，但這絕不是因為我們完善了原子的模型、或構成這些物質的亞原子粒子模型，光憑這些是辦不到的。
分子物理學本身就是一門艱難的學科，擁有一段漫長的、令人肅然起敬的發展史。在開展了無數分子、細胞、組織和器官實驗之後，我們已經清楚地意識到，生物各色各樣的功能全都建立在其構成物質的物理性質基礎之上。
但這並不代表著還原論佔了上風。恰恰相反，在對生命運作方式的研究中。「量變引起質變」的情況比比皆是。例如，血液是一種液體，攜帶著氧氣在血管中流淌。其吸收和釋放氧氣的生物化學功能已經得到了充分了解，與紅細胞上一種名叫血紅蛋白的原子結構有關。然而，對於血液黏度等物理量，任何人都不可能進行精準預測。在血液這種成分豐富的混合物中，有太多因素可以決定細胞或分子的滑動速度，並且極易受各種成分之間的相互作用性質影響。在這種情況下，任何計算都比不上實驗測量可靠、有效。
但這種通過實證得出的結果是十分重要的。生命充滿了特殊性，所擁有的種種特性都由其組成部分所決定，一旦成分稍有不同，就可能引發災難性後果。血液粘稠度或DNA序列如果發生了微小的變化，對於生物整體功能的影響將難以預計。生命由各種各樣的片段構成，其中有些部分的物理性質也許比其它部分更容易預測一些。在這其中，必然有些對生命而言至關重要的因素擁有一些奇特、新穎的性質，而這些特性是無法通過基本原理推斷得出的。
這項挑戰永遠都會存在，因為從物理角度看待問題與生物角度絕不是一回事。事實上，生物學與物理學的思維方式完全是兩種概念。
物理學作為一種科學研究方法，始終以對特定物理量的測量為基礎，如距離、質量、時長、電荷、溫度等等。無論是進行實際觀測、還是提出理論進行預測，物理的本質都離不開測量和數學計算。在表述某種物理現象時，永遠是當某組可測量數字固定不變或改變時、另一組可測量數字的表現如何。因此，牛頓第二定律F=ma的天才之處並不僅僅在於提出了一個將力（F）、質量（m）和加速度（a）聯繫在一起的等式，更在於這幾項都是世界上真實存在的物理量，可以各自獨立地進行測量和比較。
而生物學則不同。出色的生物學研究的確也需要和數字打交道，在當今世界更是如此。例如，統計學方法可以從重複觀察結果中（如使用某種藥物後、細胞死亡率稍有增加）總結出特定趨勢。但儘管如此，對生命的研究從本質上來說並非定量研究。生物學從一開始就默認了「生物」與「非生物」的分類，然後利用科學方法，研究生命的行為和性質有哪些可預測之處。生物學家不需要四處遊說，說世間萬物可以分為有生命和無生命兩種。事實上，就像各種人類語言中都包含星星、河流、樹木這些普遍事物一樣，生命與非生命也都在詞彙上做了劃分。
簡而言之，如果沒有「生命」這一概念，生物學根本不可能出現。人們只需要對生物進行合理推斷、據此意識到還有更多東西尚待發現，生物學就可以向前發展。這就意味著，生物學並不像物理學那樣，建立在數學的基礎之上。人們不需要進行定量分析，就可以發現植物需要陽光才能生長、魚離開水就不能呼吸。當然，如果我們測量植物獲得的光照多少、或者觀察魚離開水後的存活時間，就可以學到更多知識。但最基本的生物法則只關注哪些條件可以幫助或阻止生物順利生長。而「順利生長」的意義主要來自我們對什麼叫「成功存活」的判斷。說實話，我們做出這種判斷的能力並不是由科學家教會的，而是出於常識：我們自己就是活著的，同時又在不斷決定著周圍花鳥魚蟲的生死。科學也許能幫助我們找到維持生命、或殺死生命的新方法，但只有我們才能告訴科學家，應當如何使用「生」與「死」這些詞。人類在發明「生命」這一詞彙時，對物理學還一無所知。如果物理學如今想反過來教育我們這些詞的意義，那未免顯得太奇怪了。（葉子）