季老師的量子生物讀書(shū)會(huì)，科普書(shū)《Life On The Edge》翻譯。
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「生命力」
有這樣一個(gè)關(guān)于生命的核心謎題：為什么當(dāng)物質(zhì)構(gòu)成生物時(shí)，和它們構(gòu)成石頭時(shí)，有那么大的不同呢？古希臘時(shí)就有人嘗試著探究這個(gè)問(wèn)題。哲學(xué)家亞里士多德，大概是世界上第一位偉大的科學(xué)家，他就正確地辨認(rèn)出了無(wú)機(jī)物的特定屬性，而且這一屬性是可靠且可預(yù)測(cè)的：比如，固體總有墜落的趨勢(shì)，相反，火焰和蒸汽總有上升的趨勢(shì)，而天體總有繞地球圓周路徑移動(dòng)的趨勢(shì)。但生命卻有所不同：盡管許多動(dòng)物同樣會(huì)墜落并摔倒，但它們一樣會(huì)跑起來(lái)；植物朝天生長(zhǎng)，鳥(niǎo)兒環(huán)球飛行。是什么使這些無(wú)機(jī)物之外的，世界剩下的部分如此不同呢？更早的一位希臘思想家，蘇格拉底，有記載提到，他曾對(duì)他的學(xué)生柏拉圖說(shuō)道：「是什么，使一具身體的軀殼，變?yōu)轷r活的生命呢？——是靈魂?！箒喞锸慷嗟峦馓K格拉底的身體依托于靈魂的說(shuō)法，但他宣稱(chēng)，靈魂也分不同的層級(jí)。最低等靈魂棲身于植物，使他們生長(zhǎng)并獲得營(yíng)養(yǎng)；動(dòng)物的靈魂，地位則高一些，賦予他們的宿主感知與移動(dòng)的能力；但，只有人類(lèi)的靈魂被授予了理性與智慧。古代中國(guó)人也有類(lèi)似的說(shuō)法，認(rèn)為生物依靠一種被稱(chēng)為「氣」的，可流過(guò)生物體的生命力而變得有生有氣。世界上的主流宗教都有著類(lèi)似的關(guān)于靈魂的概念，但其實(shí)質(zhì)及其與身體之間的關(guān)聯(lián)，仍是一個(gè)謎團(tuán)。
另一個(gè)謎團(tuán)是死亡。靈魂常被認(rèn)為是不朽的，但為何生命卻是如此短暫呢？答案是，多數(shù)生物在死亡時(shí)，具有生氣的靈魂與軀體分離。直到1907年，美國(guó)內(nèi)科醫(yī)生Duncan MacDougall聲稱(chēng)可以通過(guò)對(duì)病人在死亡前后的體重進(jìn)行稱(chēng)重來(lái)測(cè)量靈魂。他的實(shí)驗(yàn)使他確信，靈魂約有21克重。但是為什么走過(guò)一生之后，生物的靈魂不得不離開(kāi)軀體，這仍是一個(gè)謎。
靈魂的概念，已經(jīng)不再是現(xiàn)代科學(xué)的一部分，至少已經(jīng)脫離了關(guān)于從生命體到無(wú)生命體的過(guò)程的研究，這種條件下，科學(xué)家們研究有機(jī)體的活動(dòng)時(shí)，就不再受到哲學(xué)與神學(xué)等迫害生物體研究的學(xué)科問(wèn)題的困擾。建立這一關(guān)于「運(yùn)動(dòng)」的研究概念的歷史是漫長(zhǎng)、復(fù)雜而有趣的，不過(guò)這章中，我們僅僅簡(jiǎn)單地帶您遨游一番這段歷史。我們前文提到了亞里士多德的觀點(diǎn)，他認(rèn)為物體具有某種趨勢(shì)，朝地面運(yùn)動(dòng)、遠(yuǎn)離地面運(yùn)動(dòng)或環(huán)繞地面運(yùn)動(dòng)，所有的這些運(yùn)動(dòng)都被認(rèn)為是自然運(yùn)動(dòng)。他也意識(shí)到，固體物質(zhì)可以被推、拉、扔，他把這些所有的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為「暴力的」，并認(rèn)為是由其他物體提供的力而產(chǎn)生的，比如人投擲某物，人提供了力。但是是什么產(chǎn)生了投擲運(yùn)動(dòng)——又或者使鳥(niǎo)兒飛翔于天空呢？看樣子是找不到終極的理由了。亞里士多德宣稱(chēng)，所有的生物，不像是非生命體那樣，都有能力去產(chǎn)生屬于自我的運(yùn)動(dòng)，而這種情況下，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因便是生物的靈魂。
亞里士多德關(guān)于運(yùn)動(dòng)本源的觀點(diǎn)直到中世紀(jì)時(shí)期都是主流觀點(diǎn)，但是有一件值得注意的事情發(fā)生了?？茖W(xué)家們（就是那些同時(shí)期自詡為「自然哲學(xué)家」的人）開(kāi)始從邏輯語(yǔ)言和數(shù)學(xué)的角度去拓展無(wú)機(jī)物體運(yùn)動(dòng)的理論。有人會(huì)爭(zhēng)論，是誰(shuí)引領(lǐng)了這一極富成效的人類(lèi)思想大轉(zhuǎn)變；中世紀(jì)的阿拉伯和波斯學(xué)者們，如阿爾哈曾和阿維森納，在其中扮演了重要角色，而這一趨勢(shì)在歐洲新興的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，比如巴黎大學(xué)或牛津大學(xué)里興起。但是這種描述世界的方式或許會(huì)惹惱意大利帕多瓦大學(xué)的，在那里，伽利略用數(shù)學(xué)公式體現(xiàn)了簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在他逝世的1642年，艾薩克·牛頓在英格蘭的林肯郡出生了，繼續(xù)了研究，給出了關(guān)于無(wú)機(jī)物體如何受力運(yùn)動(dòng)的，更加成功的數(shù)學(xué)表述。在今天，我們把這一系列理論稱(chēng)為牛頓力學(xué)。
牛頓的力學(xué)在一開(kāi)始是一種神秘的觀念，但是在接下來(lái)的幾個(gè)世紀(jì)里，它們?cè)絹?lái)越被能量的概念所認(rèn)同。運(yùn)動(dòng)物體具有能量，可以碰一下，將能量轉(zhuǎn)移至靜止物體，使其運(yùn)動(dòng)。但是力也可以在兩物體之間遠(yuǎn)程地傳導(dǎo)：讓牛頓的蘋(píng)果落地的地球引力，又如使指南針指針偏轉(zhuǎn)的磁力。
這一最初由伽利略和牛頓開(kāi)展的驚人的科學(xué)進(jìn)步，在18世紀(jì)大踏步地前進(jìn)，直到19世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)的基本框架幾乎在這一時(shí)間段內(nèi)被完全地建立起來(lái)。此時(shí)，人們知道了有其他形式的能量，如光和熱，也可以與組成物質(zhì)的分子和原子相互作用，并使它們變熱，發(fā)光或改變顏色。物體被認(rèn)為是由粒子組成的，而其運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是由重力或電磁力控制的。于是，物質(zhì)世界——至少說(shuō)包含無(wú)機(jī)物的物質(zhì)世界，被分為了兩大獨(dú)特而不同的實(shí)體：一種是可視的物質(zhì)，由粒子構(gòu)成，而不可視的力以某種至今都知之甚少的方式在物體間行動(dòng)；另一種是擴(kuò)散于宇宙之中的能量波，也就是所謂的力場(chǎng)。但是，是什么生命物質(zhì)構(gòu)成了有機(jī)生命體呢？生命物質(zhì)是由何創(chuàng)造出來(lái)的，又是如何行動(dòng)的呢？
機(jī)械的勝利
古人認(rèn)為，生物體是由某種超自然的物質(zhì)或?qū)嶓w驅(qū)動(dòng)，變得有生命的。這一說(shuō)法至少為生命體和非生命體之間的顯著差異提供了某種解釋——生命之所以與眾不同，正是因?yàn)樗赡撤N精神般的靈魂，而不是世俗的機(jī)械力學(xué)驅(qū)動(dòng)。但這種解釋總讓人不滿意——因?yàn)檫@相當(dāng)于解釋太陽(yáng)、月亮和星星的運(yùn)動(dòng)時(shí)，生成說(shuō)它們是由天使擺布運(yùn)動(dòng)的。實(shí)際上，關(guān)于靈魂（還有天使）的實(shí)質(zhì)，并沒(méi)有一個(gè)真正的解釋?zhuān)粝碌闹皇峭耆闹i團(tuán)。
在17世紀(jì)，法國(guó)哲學(xué)家勒內(nèi)·笛卡兒提供了一種激進(jìn)的觀點(diǎn)。那一時(shí)期為歐洲法院提供娛樂(lè)的機(jī)械的時(shí)鐘、玩具和自動(dòng)玩偶給他留下了深刻印象，由此使他想到了其中的機(jī)制，并帶來(lái)了一場(chǎng)革命，宣稱(chēng)所有的動(dòng)植物軀體，包括人類(lèi)在內(nèi)，都不過(guò)是由常見(jiàn)物質(zhì)組成的，由機(jī)械泵、齒輪、活塞和凸輪驅(qū)動(dòng)，和非生命物質(zhì)一樣受到這些設(shè)備的力支配著運(yùn)動(dòng)的精心制作的機(jī)器罷了。笛卡爾把人類(lèi)的意識(shí)從這種機(jī)械觀點(diǎn)中剝離，伴隨著不朽的靈魂的意識(shí)，將其保留。但是他的哲學(xué)確實(shí)至少提供了一種科學(xué)的基本框架，可以解釋為何生命可以按照已知的支配非生命物體的物理法則行動(dòng)。
機(jī)械論的生物學(xué)方法被與艾薩克·牛頓爵士同時(shí)代的內(nèi)科醫(yī)生威廉·哈維繼續(xù)發(fā)展，威廉·哈維發(fā)現(xiàn)了，心臟不過(guò)是一個(gè)機(jī)械泵。一個(gè)世紀(jì)以后，法國(guó)化學(xué)家安托萬(wàn)·拉瓦錫宣布，豚鼠消耗氧氣并生成二氧化碳，就像是當(dāng)時(shí)的新技術(shù)蒸汽機(jī)，生火來(lái)提供蒸汽動(dòng)力一樣。他因此推斷：「呼吸就是一個(gè)類(lèi)似煤炭燃燒的，緩慢的燃燒現(xiàn)象」。如同笛卡爾預(yù)言的那樣，看上去，動(dòng)物和后來(lái)很快引領(lǐng)了歐洲工業(yè)革命的燃煤機(jī)車(chē)并沒(méi)有太多不同。
但是，驅(qū)動(dòng)著蒸汽火車(chē)行進(jìn)的力也同樣能驅(qū)動(dòng)生命嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題，我們需要了解蒸汽火車(chē)是如何翻山越嶺的。
