听书笔记丨《生命是什么》（2）

3.原子为什么这么小？

薛定谔这个人在这样的一本书里用到的知识包括统计力学、热力学以及量子力学。所以说薛定谔继承了非常深厚的统计物理的知识。如果大家量子力学好的话也应该明白，量子力学本身也应该是具有统计性质的一门学科，我就不给大家细讲了。

这地方我会强调什么呢？薛定谔从统计的角度先给我们考虑一个重要的问题，叫原子为什么那么小。

我们知道原子是从古希腊那个时候就过来的一个概念。大家看看，当我们抓一把干的土，你会发现这个土块会变得小。你一直往下研磨的话，它就一直变小。可是这个变小总有个头，到有一个头，那些物质再也不能改变了，原子这个词本身的希腊语意思就是不能切，再也切不碎了

那么他注意到，我们的遗传物质的大小差不多在30纳米，30纳米还是由很多原子组成的，所以他就问原子为什么那么小

因为薛定谔说的是，这个问题问错了——原子为什么这么小，这个问题问错了。

为什么呢？是因为原子构成了物质，我们人类或者说别的生命，它是一个具有很多不同结构的复杂的物质体系，一大堆原子凑在一起，构成一个小的单元或者一个机体，这一团原子要想不受外部环境的影响，当然是不可能的。

所以说受外部环境的影响，同时又要不让外部环境的影响去左右你，唯一的要求就是你要足够大，使得外部的、偶尔的一些其他原子或原子团簇对你的撞击、对你的轰击，你能感觉到，但是它对你来说不重要。这样的话，它不会对你带来根本性的影响。

那么一个生命，最重要的特征就是，做到他自己有存活的意识，做到能够不受到环境里面的风吹草动就彻底解体，或者说是因为环境的一点点影响就改变了自己的刚性、固体性。也就是说这个生命别两代遗传，就样子都忘了，受环境影响了。

这就要求什么呢？这就要求构成生命的这个物质，构成生命的这一个原子团簇，里面原子的数要足够大，所以，到我们人类这个尺度的生命就可以抵御来自一般意义上的原子的热振动、原子的撞击或者来自太阳的在可见光范围内光的照射等等。

那么，要想能够抗拒这些各种各样的来自外部的骚扰，我们的生命体就要有足够多的原子。

所以说，从我们人类的角度来看，原子是小的。所以这个地方不是大和小的问题，是一个原子多和少的问题，这才是正确的问题。

那么X射线的能量大概是多少呢？我提醒大家记住，我们常见的可见光的一个光子的能量，差不多是1.5到3.5电子伏特，红光是1.5电子伏特，对于我们人类来说，我们可以愉快地接受

那么当这个光子能量超过3电子伏特的时候，它基本上就能够把我们皮肤里面的化学键——碳、氢、氧、氮这些原子化学键打破了，打破就会产生一个强烈的电信号，火辣辣的，你就会觉得疼。

薛定谔在1943年这时候竟然就能指出，X射线的照射可能是我们一些生物变异的主要原因。

当然，我们后来会发现这个观点是对的。

最后，薛定谔用这一个统计力学的观点，给我们提出了一个重要的问题，就是我们考察一个生命最重要的一点，是什么？是活下去，存在下去。

4.生命如何延续？

所以薛定谔在这个地方又给我们谈了一个问题，就是生命从物理的角度来说，到底该怎么活下去，怎么存在下去。

相对于外面的这个受热的、无规则的原子运动来说，什么叫生命活下去呢？生命活下去就是要你保持有序，保持你生命的功能，也就是说你要抗拒。组成我们生命的是一大堆原子，生命的本领，或者说生命能够活下去的过程，就是抗拒这些原子变得“无政府主义”，变得完全无规则，到处乱动。

那么，从物理的角度，怎么才能够做到这一点？薛定谔就提到了“熵”的概念。

这个地方他用了一个非常误导的，受到了物理学家批评的一个用法——他用了“负熵”的概念。

其实许多人可能误解了，熵这个物理学的概念本身是一个广延量，也就是说一堆气体有那么多熵，两堆同样的气体，那么熵就是两倍，这样的量叫广延量

熵的值只能够是从零到正无穷大，它是个正数。但是薛定谔反过来用，他说，如果你要是强调无序，那你就用熵这个概念；如果你要强调有序，你就用负熵这个概念。

所以他说，生命要想存活下去，重要的是什么呢？重要的一点就是——特别大白话——所有的生命如果产生了以后，如果不理不问的话，他肯定是慢慢地衰减、衰变。

这个生命体要想作为一个生命体存在下去，你要努力保持它的有序，就要摄入负熵。其实说大白话就是一句话，就是你要吃，生命要想存活下去就要吃

吃进这个物质以后，我们的生命怎么用你吃进来的物质，继续构建一个和你原来差不多的这样一个结构，让你的生命保持有序，还和原来差不多，那么这里的奥妙我们目前还是不清楚的。

但是不管我们清楚不清楚，这里有一个道理是不能忘的，就是生命体要想保持生命的继续存在，关键一条是吃！

当然这个吃，如果从物理学家的理解来看的话，第一条就是在某些书里面经常会讲的，我要摄取能量。

其实能量仅仅是一个层次，因为你摄取能量并不见得是让你这个身体保持有序的，是不是？你要摄取能量，而且这个能量还是要保证你这个结构有序的。

也就是说，我们谈论我们的生命怎么持续下去的话，一定要在两个层面上考虑问题，一个叫摄取能量，第二是要保持熵的增加不大，一定要是这两个层面的。

当然了，如果我们再严肃认真的话，你会发现其实还不对，因为不管是能量还是熵，它毕竟是有物质携带的一个物理量。所以说正确的表达，回到我们最通俗的日常生活里的表达，其实还是说：第一要吃，第二要吃正确的食物，这一点才是重要的。

所以说如果读懂这样的一本书《生命是什么》，我相信对于我们各位理解生命，甚至对于某些像我这样的胖子如何减肥可能都非常重要，请大家一定不要因为肥胖，你就通过不吃的方式减肥，不行，生命维持自己结构延续下去的最根本的一条就是吃——吃正确的物质。

那么在这个地方，从热力学的角度，从熵转化的角度，薛定谔也还会告诉我们大家，还有非常重要的一点，就是这样的一个生命过程中，这个摄取能量也摄取物质的过程中，它一定是一个熵增加的过程，多余的熵更多的是排出去的，这个不仅仅是一般动物的排泄物，那是一个方面，其实最重要的一点实际上是散热。

薛定谔在书里面只是偶尔提一下，那么作为热力学老师我会很明白，请大家一定要记住，我们所有的生命体，维持生命过程的一个重要的点，要注意的就是要散热。

这就是为什么中国的古老智慧里面就有这样一句话，尤其是带小孩的书友们一定要注意，说宁愿让孩子冻着，不能让孩子热着。冻着好办，如果热了那就麻烦了。

关于薛定谔的这样的书，我大概就给大家介绍这几点了。那么关于薛定谔的《生命是什么》，对于我们自身生命的理解是非常重要的，也是后来影响了整个生命科学的发展走向的。

5.薛定谔对物理学的影响

那么薛定谔对于物理学的影响当然就更大了。

我再给大家举一个简单例子，比方说让薛定谔1926年成名的这个量子力学。我们都知道量子力学，但是到底人家凭什么成名的呢？

就在于薛定谔1925年底写出的这个方程，这个方程用来解氢原子。我们大家知道元素周期表第一个元素是氢，氢原子中间是一个正电荷，外面有一个带负电荷的电子绕着它乱跑，就这么一个简单的东西。

可是薛定谔这个方程出来以后，我们用它来解释氢原子里面那个电子到底有多少能量，这个结果竟然是什么呢？结果它的能量应该是四个整数，第四位是半整数的函数，这四个整数和半整数的排列方式竟然就能够决定我们的元素周期表该长什么样子

这是薛定谔给我们带来的对我们这个社会的影响。那么薛定谔的方程对我们社会还有一个了不起的影响，也是影响到我们今天每一个人生活的地方，是什么呢？就是它的这个方程，当我们把它用到晶体上面的时候（这是上世纪40年代、50年代的事情），我们竟然有一天突然明白了什么叫导体，什么叫绝缘体。

从前我们知道，铜、铁、铝是导体，我们知道石子、沙子、金刚石这些东西是绝缘体，那个时候我们就叫导体和绝缘体。

可是有了薛定谔这个方程，在上世纪 40年代、50年代的时候，我们明白了什么物质是导体，什么物质是绝缘体的时候，我们突然引出了一个新概念叫“半导体”。有了半导体就有了半导体的工程，才有了今天我们这个基于半导体的信息时代。

当然这个信息时代，我们不光是用信息。大家记住，薛定谔这本书都在谈生命怎么遗传信息，你看我们今天处于一个遗传信息时代；薛定谔这本书里也谈到热的问题，你会发现我们的半导体也会帮我们处理热的问题，处理光的问题。

（2024.11.25）