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《生命是什么?》读书心得

网站:公文素材库 | 时间:2019-08-21 23:51:26 | 移动端:《生命是什么?》读书心得

《生命是什么?》读书心得

  本书的时间是1943年2月份,正值二战。和C. N. Yang同一level的物理学巨匠薛定谔先生在英国爱尔兰都柏林三一学院的讲演。

  阅读的版本为中文版本,商务印书馆2014年版,张卜天翻译。

  注:心得简要英中文,实体中文。

  The brief

  A professional physicist tries to crackdown the mystery of genes by asking two fundamental questions - what is the structure of the gene, and which physical law governs the behaviour of the gene. As the answer questing throughout the book, which makes it a whole, an inspired book.

  简述

  一位训练有素的物理学家试图通过提出两个根本性的问题来解开基因的神秘面纱 - 基因的结构是什么,以及物理学中的”什么“定律可以描述基因的行为。通过这两个问题的定义和探寻,得成此书,发人深省。

  基因的结构是什么?

  物理学和化学研究物质的基本性质,一般会考虑这些方面 - 尺度大小,结构特征,稳定性

  尺度大小 - 通过测量和估算,一个基因的大小为边长约300埃的立方体(1埃=10-10米),约2000个基因大致线性的组成了细长条状的果蝇的染色体。

  结构特征 - 染色体是非周期性晶体,基因只是这个非周期性晶体上的一个线性排列单元。在物理学中,分子=固体=晶体的(周期性的+非周期性的)=受海特勒-伦敦力控制的,气体=液体=无定形的=受范德华力控制的。周期性的晶体可以是石墨,以及一些纯金属等。

  稳定性 - 从电子显微镜观察来看,基因很稳定,从遗传学的基因性状表达来看,基因可以稳定保持几代人甚至几个世纪。如果物理学家盲目推广描述无定形物质稳定性度量规律的大数定律的话,会出现荒唐的冲突,因为一个基因只包含约包含1000个左右的原子,这表明基因的结构应该很不稳定,与观察到的现象相反。因此,薛定谔猜想量子力学才是解释基因长久稳定性的钥匙,海特勒-伦敦力才是维持这个小尺度物质稳定性的原因所在。

  物理学中的”什么“定律可以描述基因的行为?

  基因的行为有哪些

  长久稳定性(即极低的不稳定概率)

  即使考虑基因是分子,其包含的原子数也过小,无法用大数定律来解释这一现象

  量子力学的海特勒-伦敦力可以解释这一现象,因为此力将原子与原子牢牢的绑在一起,形成一个稳定的结构(即破坏它所需的能量很大),如此大的能量出现在在人体这个复杂能量场中出现概率极低

  罕见的突变(大的变异,例如麦穗的麦芒出现了无芒)并且稳定传递下去,而常见的小的变异(例如麦穗的麦芒长度)不会被遗传下去

  突变后的基因也遵循“父基因”的第一条特性,那即意味着两者结构一致,此时基因的结构模式没有发生根本性的变化,而是类似于化学领域中的同分异构体的差异,如果突变遵循这个模式,那么从“父”基因的化学分子构型变化到“子”基因的化学分子构型,此变化过程需要被外界提供超过结构1直接到结构2的能量差,因为变化过程中会到达一个能量更高的“中间态3”

  而小的变异则不是分子结构的改变,更多的是基因代表的形状的表达程度的不同,例如麦芒的长度的差异。因为不是基因的变化因此不能遗传给后代也就不足为奇了

  辐射剂量和突变率成线性关系,但不连续

  为了探寻基因突变和哪些因素有关,生物学家使用X射线来照射亲体,获取到突变率和辐射剂量成正比(线性变化)而不是累积变化的,因此,某一辐射剂量只会激发某一类的基因,或者用量子力学的概念来描述就是某一个“能级”的基因。

  此外,薛定谔还讨论了上述主线之外的一些相关问题,集结如下。

  观察世界得到的两种明显的模式

  从无序到有序

  大量无序行为中涌现出统计学意义上的有序,例如布朗运动,顺磁性等。这是统计物理学的领地。

  从有序到有序

  精巧结构组合而成的准确精妙过程,对热运动的强大抵抗性,例如遗传物质的稳定性,宏观世界中的纯机械行为等。如果可以降低热力学的影响,这里是量子力学的领地。

  如何统一的理解这两种模式

  熵才是答案,熵的单位是卡/摄氏度,温度是理解上述“看起来不同其实相同的模式”的关键,例如如果我们把一座可以精确运行的摆钟加热到室温以上,它就不再继续工作了,最终会融化,也就是无序状态,所以对于任何物质,这两种模式同时存在,只不过强弱不同而已,我们可以理解为固体依靠海特勒-伦敦力来大大摆脱热运动的无序。

  人为什么要新陈代谢(吃喝呼吸等)

  不是为了获取物质也不是获取能量,因为我们吃喝进去的食物,呼吸的空气,其原子和构成我们身体的原子一样,其能量也与我们身体中包含的能量没有区别,看不出单纯为了交换的必要性。

  那我们通过新陈代谢获得了什么?负熵,通过新陈代谢来“吸取”有序(负熵)来抵消生命过程中不断制造的正熵。

  直接经验本身,无论有多么千差万别和多种多样,在逻辑上却不可能相互矛盾。

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