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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Science
标题: 再论光和生命
发信站: 哈工大紫丁香 (Mon May 5 16:52:04 2003) , 转信

“再论光和生命”
　　（1962年6月，在科隆实验遗传学研究所的开幕式上的演讲，
　　未完成稿。）
　　应我的老友马科斯·戴耳布吕克（Max Delbruck）之约，来在科
伦大学这一新的实验遗传学研究所的落成典礼上讲话，这对我来
说是一种很大的喜悦。当然，作为一个物理学家，我对本研究所要
致力的那一广阔而迅速发展着的研究领域是没有第一手知识的，
但是，我欢迎戴耳布吕克的建议，来在这里评论评论关于生物学和
原子物理学之间的关系的某些一般见解；这些见解是我在题名为
《光和生命》的一篇演讲中提出的，那篇演讲是在三十年前在哥本
哈根召开的一次国际辐射疗法会议上发表的。戴耳布吕克当时作
为一个物理学家在哥本哈根和我们一起工作，他对这些见解感到
了很大的兴趣；他很亲切地说过，这些见解刺激了他对生物学的兴
趣，并且在他那些成功的实验遗传学研究方面对他提出了挑战。
　　生物机体在一般物理经验中的地位问题，多年以来曾经吸引
了科学家们和哲学家们的注意。例如，机体的不可分割性曾使亚
里士多德感到这对物质有限可分性的假设是一种根本性的困难；
在这种假设中，原子论学派企图找到理解在自然界起着统治作用
的秩序——尽管物理现象是形形色色的，但秩序还是有的。相反
地，卢克莱修（Lucretius）总结了原子论的论证，他把从种子到一棵
植物的成长解释为某种基元结构在发展过程中的持久性的证据，
这种考虑突出地使人联想到现代实验遗传学中的处理方式。
　　但是，在经典力学在文艺复兴时期的发展及其后来对热力学
定律之原子论诠释的有成果的应用以后，机体的复杂结构及复杂
机能中的秩序的保持，就常常被设想为会引起一些不可克服的困
难了。然而，本世纪第一年发现了作用量子，这却给对待这种问题
的态度创造了新的背景；这一发现揭示了原子过程中的一种整体
性特点，远远超出了物质有限可分性的古代学说。事实上，这一发
现给原子体系及分子体系的惊人稳定性提供了线索，而构成我们
的工具乃至我们的身体的那些物质的属性，归根结底是依赖于这
种稳定性的。
　　我在上述演讲中提出的那些见解，曾经因为当时刚刚建成了
一种逻辑上无矛盾的量子力学表述形式而受到启示。这种发展，
曾经从根本上澄清了原子物理学中客观说明的条件，这包括了一
切生观判断的消除。决定性的问题在于，尽管我们所遇到的是超
出了决定论的形象化描述范围之外的现象，但是，我们必须应用用
经典物理学术语适当改进了的普通语言，来表达我们在以实验的
形式向大自然提出问题时曾经做了什么和学到了什么。在实际的
物理实验过程中，这一要求是这样满足的：应用光阑、透镜以及照
相底片之类的刚体作为测量仪器，这些物体足够大和足够重，以致
在说明它们的形状以及相对位置和相对位移时，可以忽略它们反
地，卢克莱修（Lucretius）总结了原子论的论证，他把从种子到一棵
植物的成长解释为某种基元结构在发展过程中的持久性的证据，
这种考虑突出地使人联想到现代实验遗传学中的处理方式。
　　但是，在经典力学在文艺复兴时期的发展及其后来对热力学
定律之原子论诠释的有成果的应用以后，机体的复杂结构及复杂
机能中的秩序的保持，就常常被设想为会引起一些不可克服的困
难了。然而，本世纪第一年发现了作用量子，这却给对待这种问题
的态度创造了新的背景；这一发现揭示了原子过程中的一种整体
性特点，远远超出了物质有限可分性的古代学说。事实上，这一发
现给原子体系及分子体系的惊人稳定性提供了线索，而构成我们
的工具乃至我们的身体的那些物质的属性，归根结底是依赖于这
种稳定性的。
　　我在上述演讲中提出的那些见解，曾经因为当时刚刚建成了
一种逻辑上无矛盾的量子力学表述形式而受到启示。这种发展，
曾经从根本上澄清了原子物理学中客观说明的条件，这包括了一
切生观判断的消除。决定性的问题在于，尽管我们所遇到的是超
出了决定论的形象化描述范围之外的现象，但是，我们必须应用用
经典物理学术语适当改进了的普通语言，来表达我们在以实验的
形式向大自然提出问题时曾经做了什么和学到了什么。在实际的
物理实验过程中，这一要求是这样满足的：应用光阑、透镜以及照
相底片之类的刚体作为测量仪器，这些物体足够大和足够重，以致
在说明它们的形状以及相对位置和相对位移时，可以忽略它们的
原子构成中所根本涉及的任何量子特点。
　　在经典物理学中，我们假设现象可以无限地分割，特别是测量
仪器和所考察客体之间的相互作用，是可以忽略的或者无论如何
是可以补偿掉的。然而，普适作用量子所表示的原子过程的不可
分性这一特色却意味着，在量子物理学中，这一相互作用是现象的
一个不可分割的部分；如果仪器应该起到确定实验装置和纪录观
测结果的作用，这一相互作用就是不能分别开来加以说明的。这
种纪录，例如照相底片上由电子撞击而造成的斑点，本质上涉及一
些不可逆过程；这一情况并不给实验的诠释带来特殊的困难，而是
强调了观察概念本身在原理上就已蕴涵着的那种不可逆性。
　　在同一明确定义的实验装置中，我们一般会得到不同的个体
过程的纪录；那么，这一事实也就使得对量子现象应用统计说明成
为不可缺少的了。而且，不可能将在不同实验装置下观察到的现
象结合成一个单一的经典图景，这种不可能性就意味着，这些表观
上矛盾的现象必须被认为是互补的；互补的意义是，将这些现象汇
总起来，它们就将关于原子客体的一切明确定义的知识包罗资尽
了。事实上，这些方面的任何逻辑矛盾都已被量子力学表述形式
的数学一致性排除掉了；这一表述形式起着表达统计规律的作用，
那些统计规律适用于在任一组给定实验条件下求得的观察结果。
　　对于我们的主题具有决定重要性的是：量子物理学中的互补
性这一根本特点，适于用来澄清众所周知的关于电磁辐射和物质
粒子的二象性的佯谬问题；栈置和相对位移时，可以忽略它们的
原子构成中所根本涉及的任何量子特点。
　　在经典物理学中，我们假设现象可以无限地分割，特别是测量
仪器和所考察客体之间的相互作用，是可以忽略的或者无论如何
是可以补偿掉的。然而，普适作用量子所表示的原子过程的不可
分性这一特色却意味着，在量子物理学中，这一相互作用是现象的
一个不可分割的部分；如果仪器应该起到确定实验装置和纪录观
测结果的作用，这一相互作用就是不能分别开来加以说明的。这
种纪录，例如照相底片上由电子撞击而造成的斑点，本质上涉及一
些不可逆过程；这一情况并不给实验的诠释带来特殊的困难，而是
强调了观察概念本身在原理上就已蕴涵着的那种不可逆性。
　　在同一明确定义的实验装置中，我们一般会得到不同的个体
过程的纪录；那么，这一事实也就使得对量子现象应用统计说明成
为不可缺少的了。而且，不可能将在不同实验装置下观察到的现
象结合成一个单一的经典图景，这种不可能性就意味着，这些表观
上矛盾的现象必须被认为是互补的；互补的意义是，将这些现象汇
总起来，它们就将关于原子客体的一切明确定义的知识包罗资尽
了。事实上，这些方面的任何逻辑矛盾都已被量子力学表述形式
的数学一致性排除掉了；这一表述形式起着表达统计规律的作用，
那些统计规律适用于在任一组给定实验条件下求得的观察结果。
　　对于我们的主题具有决定重要性的是：量子物理学中的互补
性这一根本特点，适于用来澄清众所周知的关于电磁辐射和物质
粒子的二象性的佯谬问题；这一特点在原子体系属性及分子体系
属性的说明中表现得同样突出。例如，企图在时间和空间中确定
原子及分子中的那些电子，就要用到一种排斥光谱规律和化学键
的出现的实验装置。但是，原子核比电子重得多，这一事实就使我
们有可能将分子结构中各原子的相对位置确定到足以赋予化学结
构式以具体意义的程度，而化学结构式在化学研究中是被证实为
如此富有成果的。事实上，放弃原子体系的电子结构的形象描述，
而仅仅应用关于分子过程中的阈能及结合能的经验知识，我们就
能够在一个广阔的经验领域中，应用以明白确立的热力学定律为
基础的普通化学动力学，来处理这种体系的反应。
　　这些说法同样适用于生物物理学和生物化学；在这些学科中，
我们在本世纪中曾经亲眼看到了如此非凡的进步。当然，机体中
在实际上可以认为是均匀的那种温度，就将热力学的要求归结成
了自由能的固定不变或稳步递减。因此，看来可以这样假设：一
切永久出现或暂时出现的大分子结构（macromolecular structures）
的形成，代表着一些本质上不可逆的过程，这些过程在营养和呼
吸所保持的有利条件下增加着机体的稳定性。当然，正如布瑞顿
（Britten）和伽莫夫（Gamow）近来曾经讨论过的，植物中的光合作
用，也是由全面的熵增过程伴随着的。
　　尽管有这样的一般考虑，长久以来事情却显得是这样的：生物
机体中的那些调节机能，通过细胞生理学和胚胎学的研究而特别
地受到了揭示，它们显示了对普通的物理经验及化学经验是如此
陌生的精致性，以致这种精致性指示了噎子体系属性及分子体系
在，这些规律在以可重演的简单实验条件被研究的无生命物质属
性中并没有对应的东西。强调了在以完备的原子说明为目的的条
件下保持机体生命的那些困难，我从而就提出了这样的建议：生命
的存在，本身就可以看成生物学中的基本事实，其意义正如作用量
子在原子物理学中必须认为是不能归结为经典物理学概念的基本
要素一样。
　　当从我们现在的立足点再来考虑这种猜测时必须记得，生物
学的任务，不可能是说明长久地或暂时地包括在生物机体中的无
数原子中每一原子的命运。在研究调节性的生物学机构时，形势
却是这样的：在这些机构的详细结构和它们在维持整个机体的生
命中所完成的机能之间，不能划定截然的分界线。事实上，实用生
理学中所用的很多名词，都反映着一种研究程序，在这种程序中，
人们从认识机体各部分的机能作用开始，企图对各该部分的更精
致结构以及涉及各该部分的那些过程进行物理的和化学的说明。
毫无疑问，只要人们为了实用的或认识论的原因而谈到生命，就一
定要用这样一些目的论的名词来补充分子生物学的术语。然而，
这一情况本身，并不意味着在把明白确立的原子物理学原理应用
于生物学时会受到任何限制。
　　为了处理这一根本问题，必须区分下述两种概念：第一，在很
小的范围内发生并在很短的时段内完成的各别的原子过程；第二，
由分子聚集而形成的皆示了对普通的物理经验及化学经验是如此
陌生的精致性，以致这种精致性指示了一些生物学基本规律的存
在，这些规律在以可重演的简单实验条件被研究的无生命物质属
性中并没有对应的东西。强调了在以完备的原子说明为目的的条
件下保持机体生命的那些困难，我从而就提出了这样的建议：生命
的存在，本身就可以看成生物学中的基本事实，其意义正如作用量
子在原子物理学中必须认为是不能归结为经典物理学概念的基本
要素一样。
　　当从我们现在的立足点再来考虑这种猜测时必须记得，生物
学的任务，不可能是说明长久地或暂时地包括在生物机体中的无
数原子中每一原子的命运。在研究调节性的生物学机构时，形势
却是这样的：在这些机构的详细结构和它们在维持整个机体的生
命中所完成的机能之间，不能划定截然的分界线。事实上，实用生
理学中所用的很多名词，都反映着一种研究程序，在这种程序中，
人们从认识机体各部分的机能作用开始，企图对各该部分的更精
致结构以及涉及各该部分的那些过程进行物理的和化学的说明。
毫无疑问，只要人们为了实用的或认识论的原因而谈到生命，就一
定要用这样一些目的论的名词来补充分子生物学的术语。然而，
这一情况本身，并不意味着在把明白确立的原子物理学原理应用
于生物学时会受到任何限制。
　　为了处理这一根本问题，必须区分下述两种概念：第一，在很
小的范围内发生并在很短的时段内完成的各别的原子过程；第二，
由分子聚集而形成的较大结构的构造和机能，这些分子在可以和
细胞分裂的周期相比或大于该周期的时间内保持在一起。即使是
延。但是，整个这一领域中的新的转折点，是在大约十年以前随着
克里克（Crick）和瓦特孙（Watson）关于解释DNA分子结构的一种
天才建议而相与俱来的。我很生动地记得戴耳布吕克是怎样告
诉我这一发现的，他说，这一发现可能在微观生物学中导致一次革
命，足以和以卢瑟福有核原子模型为起点的原子物理学中的发展
相媲美。
　　与此有关，我也可以回想起几年以前克里斯蒂安·安分森
（Christian Anfinsen）在哥本哈根一次讨论会上的演讲是怎样开
头的；他说，他和他的同道们一直认为自己是有学问的实验遗传
学家和生物化学家，但是，现在他们感到自己好像一些试图在多
多少少不连贯的生物化学资料中找出一点头绪的业余爱好者一
样了。他所描绘的这种形势，确实和物理学家们因为原子核的
发现而面临过的形势非常相似；那一发现以如此出人意料的程
度完善了我们关于原子结构的知识，它对我们挑战，要我们看看
怎样才能利用它来整理累积起来的关于物质的物理属性和化学
属性的知识。如所周知，通过整整一代的物理学家们的共同努力，
这一目的在几十年内就已大大地达到了；这种情况在强度上和范
围上都和近年来出现于实验遗传学及分子生物学中的情况相仿
佛。
　　此处略去了评论细胞生长过程中的节奏问题的一段。作
　　者特别讨论了DNA倍生过程的控制，讨论了染色体的结构
　　在这一过程中以及在遗传物质的稳定性中所可能起的作用。
　　更进一步，他讨论了倍生过程和来自DNA的信息的传递有
　　着密切关系的可能性。
　　在结束之前，我愿意简单地提到和生命有关的所谓精神经验
所可能提供的生物学知识来源。我几乎用不着强调，意识一词是
出现于一种行为的描述中的，那种行为如此复杂，以致它的传达蕴
涵着关于个体性机体对自己的认知的问题。而且，例如思想和情
感之类的字眼都涉及互斥的经验，因此，自从人类语言刚刚起源时
起，这些字眼就已经是以一种典型的互补方式被应用着了。当然，
在客观的物理描述中并不涉及观察着的主体，而在谈到意识经验
时我们却说“我想”和“我感到”。但是，这和量子物理学中将实验
装置之一切重要特点全都考虑在内的要求颇为类似，这种类似性
是由我们联系在代名词上的不同动词来反映的。
　　我们所曾意识到的任一事物都会被记住，这一事实指示着该
事物会在机体中留下永久性的记号。当然，我们这里涉及的只是
对于行动和思考具有重要性的新颖经验。例如，我们在正常情况
下不会意识到我们的呼吸和心跳，而且也几乎不会注意到当我们
运动四肢时的肌肉动作和骨骼动作。然而，当接受到我们当时或
以后要按照它来有所行动的知觉印象时，神经系统中就会发生导
致新的调节作用的某种不可逆的变化。不须涉及脑活动之分区和
汇集的或多或少素朴的任何图景，将这种调节作用和用来在新形
势下恢复稳定性的那种不可逆过程相比较是很引人入胜的。当
然，有遗传性的只是这种挂糯镏实奈榷ㄐ灾兴赡芷鸬淖饔谩?
　　更进一步，他讨论了倍生过程和来自DNA的信息的传递有
　　着密切关系的可能性。
　　在结束之前，我愿意简单地提到和生命有关的所谓精神经验
所可能提供的生物学知识来源。我几乎用不着强调，意识一词是
出现于一种行为的描述中的，那种行为如此复杂，以致它的传达蕴
涵着关于个体性机体对自己的认知的问题。而且，例如思想和情
感之类的字眼都涉及互斥的经验，因此，自从人类语言刚刚起源时
起，这些字眼就已经是以一种典型的互补方式被应用着了。当然，
在客观的物理描述中并不涉及观察着的主体，而在谈到意识经验
时我们却说“我想”和“我感到”。但是，这和量子物理学中将实验
装置之一切重要特点全都考虑在内的要求颇为类似，这种类似性
是由我们联系在代名词上的不同动词来反映的。
　　我们所曾意识到的任一事物都会被记住，这一事实指示着该
事物会在机体中留下永久性的记号。当然，我们这里涉及的只是
对于行动和思考具有重要性的新颖经验。例如，我们在正常情况
下不会意识到我们的呼吸和心跳，而且也几乎不会注意到当我们
运动四肢时的肌肉动作和骨骼动作。然而，当接受到我们当时或
以后要按照它来有所行动的知觉印象时，神经系统中就会发生导
致新的调节作用的某种不可逆的变化。不须涉及脑活动之分区和
汇集的或多或少素朴的任何图景，将这种调节作用和用来在新形
势下恢复稳定性的那种不可逆过程相比较是很引人入胜的。当
然，有遗传性的只是这种过程的可能性而不是它们的实际痕迹，这
运动四肢时的肌肉动作和骨骼动作。然而，当接受到我们当时或
以后要按照它来有所行动的知觉印象时，神经系统中就会发生导
致新的调节作用的某种不可逆的变化。不须涉及脑活动之分区和
汇集的或多或少素朴的任何图景，将这种调节作用和用来在新形
势下恢复稳定性的那种不可逆过程相比较是很引人入胜的。当
然，有遗传性的只是这种过程的可能性而不是它们的实际痕迹，这
就使各个后代不会受到思维历史的影响，不论这种思维对后代的
教育可能有多大价值。
　　为了对在这一设备精良的新研究所中工作着的一群杰出科
学家即将取得研究上的成功表示我最热诚的愿望，我所能想到
的最美好的远景就是：这个研究所将对增加我们在一种自然秩
序方面的深入理解有所贡献，而那种秩序的阐明则正是原子概念
的最初目的！
　　〔英文本编者注〕：当为了出版面校订这一稿件时，曾经作
了一些小的形式上的改动。

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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]

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