什么是生命薛定谔(生命薛定谔的意义)
1944年,奥地利理论物理学家薛定谔提出了这个问题 。
量子力学的奠基人薛定谔,因发现薛定谔方程而获得1933年诺贝尔物理学奖,是统计热力学的集大成者和分子生物学的开拓者,带领着一大批物理学家探索生命的奥秘 。然而,大众最熟知的其实是他提出的一个有趣的思想实验——“薛定谔的猫” 。
薛定谔的猫——一只既死又活的猫
1944年,薛定谔出版了小册子《什么是生命:生物细胞的物理洞见》,吸引了一大批物理学家投身于分子生物学研究 。今天,我们将借助一位伟大物理学家的智慧,从物理学的角度探索生命的奥秘 。
世界是由原子组成的我们每天接触到的所有物质,其实都是数量多得难以想象的原子(分子) 。怎么超乎想象?开尔文举了一个令人印象深刻的例子:假设你把一杯水倒入大海,搅拌均匀,然后从七大洋中的任何一个地方舀出另一杯水,你会发现,从原来的一杯水中,这杯水中仍然有大约100个水分子!
换句话说,100个分子相当于一杯水,就像一杯水相当于七大洋一样 。它显示了水分子有多小 。
有多小?我们一般认为原子的直径约为1~2埃(1埃=米) 。
实际上,原子没有确定的直径,因为-
原子不是一个实体 。它由原子核和电子组成 。电子本身是一个没有半径的“点” 。它绕着原子核旋转,它的旋转范围可以理解为原子内部 。
原子核更小,大约是原子的十万分之一 。那么,原子核是一个实体吗?
不是,原子核是由质子和中子组成的,而质子和中子是由三个夸克组成的,而这个夸克只是一个点,没有直径,不是物质!
【生命的意义薛定谔 生命是什么薛定谔】看到这里,我们才第一次真正理解了“万物皆空”是什么,因为原子本身只由一些“点”组成,原子是“空”而万物都是“空”!
"颜色是空,而空是颜色."-心经
在我们面前,我们知道宏观世界和微观世界之间的一些基本关系,这有助于我们运用想象力进出宏观世界 。接下来,我们要提出一个重要的物理学思想——
所有的物理定律都是统计定律 。统计物理告诉我们,虽然每个原子都在做不可预测的运动,但一堆原子的“集体行为”是可以预测的,这是所有物理定律的基础 。
例如,当我们谈论“温度”时,一个物体很热或很冷 。其实是这个物体中所有疯狂做热运动的原子提出的一个统计概念 。较高的温度表示原子的热运动强烈,较低的温度表示原子的热运动不那么强烈 。
温度的唯一含义是它代表原子热运动的程度 。
又如,当我们说“扩散”时,一种化学物质在水中逐渐扩散 。从宏观的角度,我们说浓度梯度越大,扩散速度越大 。但是,对于每个原子来说,它感受不到浓度梯度,只是一个无头无脑的热运动 。在任何截面上,总的来说,在同一时间段内,更多的原子将不可避免地穿过截面,最后 。
听到这里,我们应该能明白一个问题,那就是——
为什么生命相对于原子如此之大?或许很多同学都想过这样一个问题,为什么生物的体型这么大,而不是小几个数量级?有没有可能存在由少量原子组成的生命?
号码
因为生命需要一个基本的功能来生存,那就是“感觉” 。例如,人类需要视觉、听觉、触觉等等 。所谓感觉必须是“稳定的信号”,意思是感觉“足够数量的原子群” 。一旦原子数量太少,我们感受到的信号非常不稳定,不符合统计规律,那么人类就成了没有感觉的物体 。
就像测量仪器一样,如果太敏感,那么其实是最没用的 。
因此,人类的思维只能基于“有序”的物质 。
然而,似乎生命体的本体和生命体内部的物质运行着完全不同的物理规律 。
量子力学与基因突变现在我们知道生物遵循一个基本规律,这个规律非常重要,被称为生命科学的“中心规律”,如下图所示——
从图中,我们已经感受到了一个与前一个有些矛盾的问题,即原子的热运动非常不稳定,所以必须有大量的原子才能计算出稳定定律 。但是,DNA分子中的原子数量并不多,为什么能如此稳定可靠呢?
现在,我们知道DNA分子的双螺旋结构非常稳定 。从量子力学的角度来看,它处于“最低能量状态”-
如果一个分子想产生不稳定的构型变化,它就不能连续运动 。它只能从大量不连续的状态中选择,这些状态被称为“能级”,而从一种状态到另一种状态的变化被称为“量子跃迁”,这对于DNA分子来说也被称为“突变” 。
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