從物理學出發,理解生命的秘密——薛丁格生命物理學講義讀後筆記

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曾經有間雜誌找了當代最頂尖的物理學家,請他們為歷史上的物理學者做個排名,其中薛丁格就以第八名、與狄拉克並列。在這個排行榜中,大多數人都是在30歲以前就完成了個人的代表作,只有薛丁格是靠著精湛的推理、於37歲完成了薛丁格方程式,以此奠定量子力學的基礎。

《薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》一書中,他試著以物理學的觀點,推論出生命、意識、心靈的客觀解釋。讀這本書的時候,這讓我想到先前讀《自私的基因》時,重新認識生命的震撼感,而生命在這本書裡又變成了另一種樣貌。

延伸閱讀:《自私的基因》閱讀心得|理解自私,才可能選擇不自私

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DNA 的奧妙之處:渺小又穩定

「細胞」可以說是構成「生命」的最小單元,而細胞又是透過DNA來決定自己該長成什麼樣子。若以實際測量到的 DNA 體積推斷,一個 DNA 大概是由 100~150 個原子所組成,可能國中理化的極複雜版就可以寫出 DNA 的化合物化學式。但是通常這麼微小的物質,很容易就會受到外力影響,可能施加些微的磁場或加熱就可以打破原子之間的鍵結,使之形成別的物質。

但是 DNA 最神奇的是,它不僅能夠維持在這麼小的體積下保持穩定,而且每種生物的 DNA 都長得差不多大小。倘若單看人類、猩猩、貓狗、魚的 DNA 外觀,根本無法辨識出誰是誰的;但是這些 DNA 卻又可以趨近完美地複製、充滿整個生物體,甚至傳給下一代也不失真。

薛丁格推論,構成生命的物質最終一定能夠用物理化學的現象詮釋,好比基因突變的現象相似於原子的能階理論;基因突變後能夠維持穩態,又好像化學中分子的同分異構物一樣。生物與物理之間的相似性,依現在的科學水平,還沒有找到合適的論述;而這道謎底,只好留給後續的科學家去開啟。


生命的意義:對抗環境的熵

前個段落提到,人類或許有朝一日能夠解構出生命的組成物質,但是如果我們能將這些物質湊齊,我們就能夠稱之為「生物」嗎?試想桌上如果有一盆裝有 DNA 的培養皿,我想應該沒有人會說:「這是一盤『生物』。」勢必要有個方法去定義什麼是生命。若要用物理學的角度的解釋,這個方法便是「熵」(讀作:ㄕㄤ)。

熵,又稱作亂度,是一種計算特定空間內所含的能量的一種計量,我自己的記法是:空間中的混亂程度,數字越小、越有秩序;數字越大則越混亂、無法預測。

而生物與一般無生命的物質最大的差異是,生物是可以在體內隔絕外部環境的熵變化,使生物體內維持自己內部的秩序,而物質只能隨著環境而變化。在燥熱的時候我們會流汗、寒冷的時候會發抖,以維持我們的體溫在 36.5 度;但是一般的物質只能漸漸變成跟環境一樣的溫度,隨著比熱的不同、溫度變化的速率不同而已。

以物理學的方法詮釋,生命就是一種對抗熵平衡的過程。而動物為了保持生命的作法,透過進食、分解食物,使食物代替我們被「熵平衡」;而當生命走到了盡頭,就是與環境合一的時候了。


無法用「有意識的觀察」去發現意識

即便我們能夠以物理學去解釋生命的現象與構成,我們還是無法說服自己「只是 ABCDE 幾個物質所組成的『東西』」而已。人類腦袋裡 90% 是水,神經傳導只是某種放電的效應,但兩者結合卻構成了我們的七情六慾;可是把一杯純水接電,你能得到的只會是氫氣、氧氣,但絕對不是杯很生氣的水。

意識、心靈的存在,才真正賦予我們生命的存在。但在薛丁格的推論中,意識不是個物質,也不像光或聲波那樣的介質,幾乎無法以物理的方式去定義他是什麼。當男孩看到心儀的對象時,瞳孔放大、身體亢奮,不時表現出緊張的感覺。但在物理學的角度來看,男孩所接收到的,只是從女孩身上打回來的光反射。那一瞬間的「感受」,並沒有透過任何實際的物質傳遞過來;就連這樣的「感受」,也是受到觀察者的主觀意識所影響,男孩也可能根本不在乎女孩,只是當下剛好肚子痛(肚子裡發生一系列的化學反應)罷了。

要觀察「意識的存在」,勢必得使用「觀察者的意識」做觀察;但是觀察者既然已經用了自己的「意識」,又豈能去除自己的偏見呢?


科學與宗教

雖然薛丁格的雙親是虔誠的天主教徒,但薛丁格自己的信仰則是無神論。薛丁格早年就已經擁抱了演化論的觀點,但與當代的主流意識相左。在他的著作中,仍有指出他對演化論的疑慮,但是在眾多輿論下,他寧可選擇當個無神論者,以免淌入這種「你說演化論是對的,那就是說人是猴子變成的囉?」的神學辯論。

「 那種承認自己「可能出錯」的姿態才是學者進行學術研究研究時最重要的品質吧? 不允許他人對自己的觀點進行反駁,那樣的行為絕非學術——而是信仰。 信仰在人心中的地位無可動搖,超越了理論和道理,但我們難道不該把它和研究區分開嗎? 」
《地・關於地球的運動》

薛丁格的結論是,科學的觀察永遠無法證實意識、心靈、神的存在。或許演化論在某些條件下其實是成立的,也或許渺小的人類可能至終都無法測透那位造物主的手法。而只有單純追求科學真理的人,才能為後世的人帶來物理的真相,進而帶來科技、社會的進步。

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