动态：生命的意义量子力学的创始人薛定谔具体提出了什么问题

来源：互联网　2023-04-12 09:28:53

哈喽小伙伴们，今天给大家科普一个小知识。在日常生活中我们或多或少的都会接触到生命是什么薛定谔（生命的意义薛定谔）方面的一些说法，有的小伙伴还不是很了解，今天就给大家详细的介绍一下关于生命是什么薛定谔（生命的意义薛定谔）的相关内容。

什么是生命薛定谔(生命薛定谔的意义)

(资料图)

1944年，奥地利的理论物理学家薛定谔提出了这个问题。

量子力学的创始人薛定谔，因为发现统计热力学大师、分子生物学的创始人薛定谔方程，带领一大批物理学家探索生命的奥秘，获得了1933年的诺贝尔物理学奖；然而，最被大众熟知的，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——一只死了又活着的猫

1944年，薛定谔出版了一本小册子《什么是生命:生物细胞的物理观点》，吸引了大批物理学家研究分子生物学。今天，凭借一个伟大物理学家的智慧，我们可以从物理学的角度探索生命的奥秘。

由原子组成的世界

我们日常生活中接触到的所有物质，其实都是数量多得难以想象的原子(分子)。如何超乎想象？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，彻底搅拌，然后从七大洋中的任何一个里舀出另一杯水。你会发现，这杯水距离原来的一杯水还有100个左右的水分子！

换句话说，100个分子与一杯水相比，就像一杯水与七大洋相比一样。它显示了水分子的微小。

有多小？我们一般认为原子的直径约为1~2埃(1埃= m)。

实际上，原子没有确定的直径，因为—

原子不是实体。

原子由一个原子核和一个电子组成。电子本身是一个没有半径的“点”。它围绕原子核旋转，其旋转的范围可以理解为原子内部。

原子核更小，大约是原子的百分之一。那么，原子核是一个实体吗？

不会的，原子核是由质子和中子组成的，而质子和中子都是由三个夸克组成的，而这个夸克只是一个点，没有直径，没有实体！

看到这里，我们才真正的之一次明白了“万物是空”是什么意思，因为原子本身只是由一些“点”组成的，原子是“空”，万物是“空”！

“色是空，色是空-心经

前面我们已经学习了宏观世界和微观世界的一些基本关系，这有助于我们运用想象力出入宏观世界和微观世界。下面，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。

统计物理学告诉我们，虽然每个原子都在做不可预测的运动，但是一堆原子的“集体行为”是可以预测的，这是所有物理定律的基础。

比如我们说的“温度”，一个物体很热或者很冷，其实是对这个物体中所有疯狂热运动的原子提出的一个统计概念。温度越高说明原子热运动剧烈，温度越低说明原子热运动没那么剧烈。

温度的唯一意义是它代表了原子热运动的程度。

比如我们说的“扩散”，一种化学物质在水中逐渐扩散。宏观上，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，只是无头无脑的热运动。在任何截面上，整体来说，在相同的时间段内，必然会有更多的原子穿过截面，最终。

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这么大？

可能很多同学都思考过这样一个问题，为什么生物的体积那么大，而不是小几个数量级？有可能存在由几个原子组成的生命吗？

号码

因为生命要想生存，需要一个基本的功能，那就是“感觉”。比如人类需要视觉、听觉、触觉等等。所谓的感觉必须是“稳定的信号”，也就是说必须是感觉到“足够多的原子群”。一旦原子数量太少，我们感受到的信号就很不稳定，不符合统计规律，那么人类就成了没有感觉的物体。

就像一个测量仪器，如果太灵敏，那么它其实是最没用的。

因此，人类的思维只能建立在“有序”的物质基础上。

但是，好像生命体和生命体内部的物质有着完全不同的物理规律。

量子力学和基因突变

现在我们知道生命遵循一个基本定律，这个定律非常重要，被称为生命科学的“中心定律”，如下图所示——

从图中我们已经感受到了一个和上一个有些矛盾的问题，就是原子的热运动很不稳定，所以必须有大量的原子才能算出稳定定律。但是，DNA分子中的原子数量并不大，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“更低能量状态”—

如果一个分子想要做出不稳定的构型变化，它不可能连续运动。它只能从大量不连续的状态中进行选择。这些状态被称为“能级”，而从一种状态变化到另一种状态被称为“量子跃迁”。对于DNA分子来说，也叫“突变”。

幸运的是，通过计算，我们发现变异的概率很小。提高温度可以增加突变的概率，如果暴露在X射线下，突变率会大大增加。

为此铺平了道路，我们今天终于可以扩展我们的核心思想了-

生命究竟是什么？

或者问“什么样的质量的物质可以认为是有生命的东西？”

水可以沸腾，化学物质可以剧烈反应。但是，随着时间的推移，系统必将衰退到一个永恒的状态，不再发生可观测的事件，变成一片死寂，这就是物理学上所说的“热力学平衡”或“更大熵状态”。

熵是一个非常重要的概念，尤其对生命而言。通常我们会这样解释:熵是“混沌”，负熵是“有序”。

一切都会自发地变化到更大熵状态，这其实就是所谓的“热力学第二定律”。

但是，你有没有想过什么是“乱”？水中的化学物质扩散前后谁更困惑？

其实还有一种方式可以很好的理解熵的概念——熵是达到同一状态的途径的数量，熵是概率，熵是概率的能量当量。

所以，这么说很容易理解，原子热运动自发形成浆糊的概率很大，所以熵大，自发形成手表的概率很小，然后熵小。

既然万物都会自发地变化到更大熵状态，那么生命就必须能够产生或吸收抵抗熵增加的物质，也就是“负熵”。生物学中的“新陈代谢”指的是及时消除所有必须一直产生的熵。

所以，生命是靠负熵生存的。

说到这里，不禁让人感叹和思考。人生的原始欲望无非是“秩序”。可能的哲学思考，就留给读者在评论区讨论学习吧。

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