薛定諤認為:基因是一種非周期性晶體。說起他,應該最著名的是薛定諤的貓。薛定諤那既生又死的貓應該是量子理論所有奇談中最古怪的。他的著作不多,《生命是什么》這本書是比較出名的一本。從中萃取一些像他說的思想晶體來,以饗讀者。
第一部分 生命是什么
一
思想的材料是來自知覺加經驗。
所有的原子每時每刻都在進行著毫無秩序的熱運動。
在生命有機體中起重要作用的所有物理學和化學的定律都是統計學的定律。
如果你在顯微鏡注視一顆微粒, 你會發現它并不一直以恒定的速度在下沉,而是在作一種十分不規則的運動,即所謂布朗運動,只有平均地看,這種運動才相當于一種有規則的下沉。
一個有機體和它經歷的全部生物學的有關過程,必須具有極其多的"多原子"結構,必須防止偶然的"單原子"事件起到太重大的作用。所以有機體可以具有足夠精確的物理學定律,并依這些定律建立它的很有規律和很有秩序的功能。
二
遺傳的密碼本(染色體)。在有絲分裂中每個染色體是被復制的。染色體數減半的細胞分裂(減數分裂)和受精(配子配合)。
在配子配合中雄配子(精子)和雌配子(卵子)都是單倍體,結合形成的受精卵,是二倍體。它的染色體組,一個來自母體,一個來自父體。
雄蜂是沒有父親的!它所有的體細胞都是單倍體。
"配子體"一般是壽命極短的單細胞一代,至于是精子還是卵子那要看情況而定。通過這些細胞的減數分裂產生出單細胞的一代。在個體繁殖過程中,重要的、真正是決定命運的事件并不是受精而是減數分裂。(性別本身也就是這種優勢的最簡單例子。)
在父體內的一次減數分裂中,染色體分離以前,兩條"同源"染色體彼此緊靠在一起,在這段時間里,它們有時是整段地進行交換。
基因的體積等于邊長為300埃(angstrom)的一個立方體。300埃大約只有100個或150個原子距離,所以,一個基因包含的原子,肯定不會超過一百萬個或幾百萬個(一般是1000個,也可能還要少)。
基因在幾個世紀里是不變的,在每次傳遞中,負載它們的是結合生成受精卵的兩個細胞的物質結構。這真是個奇跡。只有一件事比它更偉大;如果同這個奇跡是密切有關的話,那么它是在另一層面上的奇跡。我指的是:人的整個生命完全依賴于遺傳的奇妙的相互作用,而我們卻有能力去獲得有關這種奇跡的許多知識。人類的知識已經推進到幾乎能完全了解第一個奇跡。我想這是可能的。然而第二個奇跡則可能超越人類的理解能力之外了。
三
達爾文是錯誤地把即使在最純的群體里也會出現的細微的、連續的、偶然的變異,當作是自然選擇的原始資料。因為后來已經證明,這些變異是不遺傳的。
"跳躍式"并不是說這個變化是相當大的,而是說這是一種不連續的變化,在沒有改變或少許改變之間沒有中間形式。德弗里斯(20世紀荷蘭植物學家和遺傳學家)稱之為突變。重要的事實是不連續性。
德弗里斯的突變論,不妨稱為生物學的量子論。
突變實際上是由于基因分子中的量子躍遷所引起的。
突變同原始的、未變的特性一樣,也是絲毫不爽地遺傳下去的。
只有當遺傳型是純合的時候,隱性等位基因才能影響表現型。
除非受到同樣效應的個體彼此雜交,否則有害的危險始終不會明顯地表現出來。
對于亂倫生下來的一個孩子來說,危險因子是1:16
堂、表兄妹之間結婚生下來的后代的危險因子是1:64
基因的高度不變性造成的相當程度的保守性是十分必要的。
第一定律,突變是個單一性事件。
正比例的規律說明突變并不是由連續的小劑量輻射相互增強而產生的一種積累效應。突變一定是在輻射期間發生在一條染色體中的單一事件所產生的。
第二定律,事件的局域性。
引起突變的單一事件正是在生殖細胞的某個"臨界"體積內發生的電離作用(或類似的過程)。
如果在距離染色體上某個特定的點不超過"十個原子距離"的范圍內發生了一次電離(或激發),就有產生突變的一次機會。
四
量子論的最大啟示是在"自然界的圣典"里發現了不連續性的特點。
從一種狀態轉變為另一種狀態,是一種相當神秘的事情,通常稱之為"量子躍遷"。
狀態是系統中全部粒子的一種確定的構型。一種構型轉變為另一種構型就是量子躍遷。
外界至少要提供給這個系統以兩個能級間的能量差額,才能使轉變成為可能。它也可以自發地變到較低的能級,通過輻射來消耗多余的能量。
這種數量十分確定的能級差定量地決定了分子的穩定程度。
為了發生"泵浦(pumping)"必須等待的平均時間,即"期待時間":
t=cEXP(W/kT)
這個量(t)是在系統的某個部分中偶然地聚集起像W那么大的能量的不可能性幾率的一種量度。
c是10的-13或-14次方秒這么小的常數。k是已知常數,叫玻耳茲曼常數; (3/2)kT是在絕對溫度T時一個氣體原子的平均動能。
W:能量差額,是泵浦需要的能量差額,kT:特性能量,是有關溫度下的熱運動強度特性的量,T:絕對溫度。
W/kT=30,t=1/10秒;W/kT=50,t=16個月;W/kT=60,t=3萬年。
同分異構現象不是一種例外,而是一種規律。
供給躍遷所需的能量(其數量用W表示)并不是真正的能級差,而是從初級能級上升到閥的能量差。
五
基因分子實際構型和它的同分異構體分開的閥能一定是很高的,以致這種變化可看成罕有事件。這種罕有事件就是自發突變。
量子力學是根據第一原理來闡明自然界中實際碰到的、原子的各種集合體的第一個理論。
除了遺傳物質的分子解釋外,沒有別的解釋了。 在物理學方面不會再有別的可能性可以解釋遺傳物質的持久性。
分子表現出同晶體一樣的結構穩固性。
因為自然界已成功地對閥值作出了巧妙地選擇,這種選擇必然使突變成為罕見的。頻繁的突變對進化是有害的。
克服閥值的能量一定是由爆炸似的過程——電離或激發過程所供給的。
六
生命似乎是物質的有序和有規律的行為,它完全不是以從有序轉向無序的自然傾向為基礎,而是部分地基于現存秩序的保持。
生命有機體似乎是一個部分行為接近于純粹機械的與熱力學相對立的宏觀系統,所有的系統當溫度接近絕對零度,分子的無序狀態消除時,都將趨向這種行為。
整個系統衰退成死寂的、無生氣的一團物質。這就達到了一種永恒不變的狀態,其中不再出現可觀察的事件。物理學家把這種狀態稱為熱力學平衡,或"最大熵"。
生命有機體是怎樣避免衰退到平衡的呢?答案就是:靠吃、喝、呼吸以及(植物的)同化。專門的術語叫"新陳代謝"。
有機體就是靠負熵為生的。或者更明白地說,新陳代謝的本質就在于使有機體成功地消除了當它活著時不得不產生的全部的熵。
在溫度處于絕對零度時(大約在-273攝氏度),任何一種物體的熵等于零。
熵增加的總數是這樣計算的:在過程的每一小步中系統吸收的熱量除以吸收熱量時的絕對溫度,然后把每一小步的結果加起來。
熵(Entropy)=klnD
k是玻耳茲曼常數(k=3.2983E-24卡/攝氏度),D是所討論物體的原子無序性的定量量度。
它所表示的無序,一部分是熱運動的無序,另一部分是來自不同種原子或分子雜亂不可分的隨機混合。
假如D是無序的量度,它的倒數1/D就可作為有序性的一個直接量度。
負熵=kln(1/D)
取負號的熵正是序的一個量度。
一個有機體使它自身穩定在一個高度有序水平上(等于相當低的熵的水平上)所用的辦法,確實是在于從周圍環境中不斷地汲取序。
散發熱正是我們去除生理過程中不斷產生的剩余熵的方式。
溫血動物的體溫較高有利于以較快的速率來排除熵,因而能產生更強烈的生命過程。
正是較高的溫度加速了生命活動中的化學反應。
七
在有機體的生命周期里展開的事件,顯示出一種美妙的規律性和秩序性,我們碰到的任何一種無生命物質都是無法與之相比的。
一個有機體在它自身上集中了"序的流束",從而避免了向原子混沌的衰退,從而在合適的環境中"汲取序",這種驚人的天賦似乎同"非周期性固體"、同染色體分子的存在有關。這種固體無疑代表了人們已知的最高度有序的原子集合體,比普通的周期性晶體的序高得多,因為它是靠每個基團各自發揮作用的。
一般說來,有序事件的產生似有兩種不同的"機制":"有序來自無序"的"統計力學機制"和"有序來自有序"的新機制。
了解生命真正線索的"新原理",即"有序來自有序"的原理。
構成遺傳物質的非周期晶體,從而大大地擺脫了熱運動的無序。
八
一個生物體內,在時間空間中發生的事件,無論是同它的意識活動相對應的,還是同它的自覺的或其他活動相對應的(考慮到這些事件的復雜結構和公認的物理化學的統計學解釋),如果不是嚴格的決定論的,至少也是統計決定論的。
我——最廣義的我,凡是說過"我"或者感覺到"我"的每一個有知覺的頭腦——就是按照自然界的規律控制著原子運動的這個人,如果有這樣的人的話。
DEUS FACTUS SUM? 我已成為上帝
知覺從來不是在復數中被經驗,而只是在單數中被經驗的。
第二部分 意識和物質
一
世界(客觀世界)是我們感覺、知覺和記憶共同的產物。
大腦和神經細胞是一種非常特殊的機制,通過它,個體可對環境的改變作出行為上的相應調整,它是一種適應環境變化的機制。
世界借助意識之光照亮自己,避免世界圖景的徹底破產。
斯賓諾莎:每一種特定事物或生命都是無限實體,即神的變形。它通過其每一種屬性,特別是廣延屬性和思維屬性來表現自身。前者是在時空中有形體的存在,后者就人或動物而言是意識。
何種物質活動是與意識有直接關系的呢?
器官活動(神經活動)的特性,它們只要是新的,便與意識有關。
對于我們來說,我們自己既是斧頭也是雕塑,既是征服者也是被征服者——它是一個真正持續不斷的“自我征服”。
意識是進化范疇內的一種現象。
這個世界只有在發展的地方才能顯示出來,或者只有通過發展,并產生新的形式來照亮自己。
這個世界為人類點亮了璀璨的意識之光,而人類用自己的生命和語言塑造并改變著我們稱為人性的那件藝術作品,并用演說和文字甚至生命來證明它。
因此人類比其他任何物種更能強烈地感受到內心不和諧而引起的劇痛的折磨。
若沒有這種不和諧,人類就不曾承受任何痛苦,就沒有進化。
二
人類的大腦并不一定是反映世界的所有思維器官中最高級的。
器官的進化:
a)經歷了偶然的變化;
b)有利的變異被積累或至少被選擇力作用;
c)一代一代繼續下去,被選擇的變異構成了持續的進化。
生物最顯著的特性是分化成物種。
生物總是在某些趨向復雜的方向上受到了力和傾向性的壓力,而離開了“簡單明了”。
用比喻的說法來形容:這些物種已經發現它們的生命機遇在何方,并循著這條路前進。
一個人在其一生中的努力和勞動能對物種發展做出貢獻。
生物的未來,作為一種在大時空范圍的歷史進程,決不能認為是按照自然法則預先決定的、不可更改的。
消除能力上的競爭,這無異于為生物進化裝了高效的剎車。
機器必須取代那些人類已太熟悉的勞作,而不是讓人來做那些用機器做太昂貴的工作。
目的是強調個人間有趣的有智慧的競爭。
三
薛定諤提出的兩個構成科學方法的基礎的總原則,即大自然的可理解性原則和客觀性原則。
這兩個原則是古希臘思想的傳承,而西方的科學和所有科學思想都源于古希臘人的創造。
科學的目的只不過是對客觀事物作出正確恰當的陳述。科學家強加于人的只有兩點,即真理和真誠。
客觀性原則也常被稱為對我們周圍的“真實世界的假說”。
兩個悖論
第一個悖論是發現我們的世界是“無色、冰冷、無聲”時的震驚。
第二個悖論是我們在尋求意識與物質相互作用的位置時一無所獲。
物質世界的構建是以把我們自己,即我們的意識排除在外為代價的;意識不屬于物質世界,因此顯然無法作用或被作用于它的任何部分。
意識用自身的材料建造了自然哲學家的客觀外部世界。客觀世界并不包含它的締造者。
每個人的世界是并且總是他自己意識的產物。
將性格和意識局限于身體內部只具有象征意義,只是為了實際用途的一種輔助手段。
品格從來都不在這個身體中,身體只是象征性地充當實際的參照而已。
沒有可能對任何物體作出完整、沒有缺失的描述。
康德讓我們徹底放棄理解“物自體”:永遠不可能對“物自體”有任何了解。
從謝靈頓和斯賓諾莎那里得知感覺和思考不屬于“能量實界”,它們無法使能量世界產生任何變化。
我只被賦予了一個世界,而不是存在和感知分開的兩個世界。主體和客體是同一個世界。它們間的屏障并沒有因物理學近來的實驗發現而坍塌,因為這個屏障實際根本不存在。
四
為什么在我們描述的科學世界的圖畫中任何部分都找不到感覺、知覺和思考的自我? 原因可簡單用一句話來表示:因為它(意識)就是那副畫面本身。它與整個畫面相同,因此無法作為部分被包括進去。
算術悖論:看似有很多有意識的自我,但世界卻只有一個。
多重性只是表面現象,實質上只有一種意識。
弗里茨.邁耶:靈魂世界只是由惟一的靈魂構成,它就像身體世界后的一盞燈,當任何一個生物形成時,它的光芒就仿佛透射過一扇窗戶一樣穿過身體。光進入世界的多少取決于窗戶的大小和種類,但光自身未發生任何變化。
意識總是處于“現在”。對意識來說沒有曾經和將來,只有包括記憶和期望在內的現在。
世界只出現過一次,沒有任何東西被反映。原始的和鏡中的形象是等同的。時空延伸的世界只是我們的表象。
自然對生命毫不尊重,仿佛它是世界上最沒有價值的東西。它數以百萬計地被制造出來,很大程度上是因為它們經常被迅速消滅或成為其他生命捕食的獵物。這恰恰是造物主不斷制造新生命形式的原因。
“事物無良莠,只是思考使然”。
我們看得越認真,世界就顯得越沒有目的、越愚蠢。
當上帝被人們經驗到時,就像直接的感覺一樣真實。但像感覺一樣,他一定不在時空中。
上帝是圣靈。
五
薛定諤認為科學提供的最突出的幫助是時間被逐漸理念化。
柏拉圖是第一個設想永恒存在的理念并反理性地把它作為現實加以強調的人,他認為這種理念的真實性遠遠超越了我們的實踐經驗,而我們所有的現實經驗都來自永恒存在的理念世界,經驗只是理念世界的影子。
數學原理不因時間推移而變化,它并不是當人們發現時才產生。
哥德巴赫猜想:除了1和2,每一個整數都是兩個質數的“中間數”或其算術平均值。
康德認為空間的廣延和事物發生的“先后”順序不是我們所觀察到的世界的特性,而是感官意識的先天形式。
我們的感知構成了我們所有關于事物的知識。這個客觀世界無論顯得多么自然,只是一個假設而已。
康德論斷的重要意義及偉大之處是關于單一的思維或世界可以以其他形式出現的論點,這種形式我們無法掌握,也無法引入時空的概念。
除了時空形式,事物還有其他秩序。
在時間不起任何作用的順序中,“后來”這個概念沒有意義。單純思考當然不能保證我們獲得脫離時空存在的事物的證據,但可以掃除那些認為它不可能存在的障礙。這就是康德所作分析的重要哲學意義。
四維空間理論是由愛因斯坦(和其他幾個人,例如洛倫茲、龐加萊、閔科夫斯基)確立的。
(1)“前和后”的概念主要基于“因果”關系。
(2)事件不是以無限高的速度傳播,上限是光速。
這就是愛因斯坦1905年的發現,被稱為狹義相對論。
時間倒流有可能。
薛定諤認為“時間的統計理論”比相對論對哲學的影響更大。
意識不會被時間摧毀。
六
在科學發現基礎上形成的對外世界的認識或模式中沒有任何關于感知的成分。
所有神經系統的傳導過程都是相同的,其變化只與刺激強度有關;而刺激強度只影響神經脈沖的頻率。
觀察者不是逐漸被替代,而是從一開始就被取代。
儀器永遠無法完全替代觀察者。
實際觀察與通過觀察獲得的理論間的區別。由于觀察總是包含了感覺成分,于是理論很容易被認為可以解釋感知;而事實上它永遠無法做到這一點。