英文名：What Is Life
作者：Erwin Schrödinger
译者：何玲燕
前言
本人由于需要根据哈耶克的自发秩序原理来解释孔子所说的“天何言哉？”（《论语》）以及“万物并育而不相害，道并行而不相悖”（《礼记·中庸》），因此读了不少关于生命起源和耗散结构理论相关的内容。
BBC的一部纪录片《有序与无序》简单介绍了这个问题，并提出了一个较为合理的解释。
薛定谔的《生命是什么》是分子生物学奠基之作，打破物理和生物的学科界限，推动西元20世纪分子生物学革命，许多诺贝尔奖得主因为这本书改变了自己的研究方向，取得令人瞩目的成就，包括威尔金斯、克里克、沃森等。
薛定谔还写过不少令我感兴趣的东西，他写的散文《意识和物质》中研究了那些自古以来就使哲学家困惑迷离的问题。《心灵与物质》是薛定谔另一本哲学论著。 在这篇演讲中，薛定谔探讨了意识在生命演化中占据着什么位置，以及人的心灵发展在道德问题中扮演着什么角色。薛定谔结合东西方古代哲学思想对此作了常识性的回答，大胆新颖且颇具启发性。
本书最后的《论决定论与自由意志》的部分写得一般，没能给我带来有启发意义的内容。 相对之下，卡尔·波普尔的《历史决定论的贫困》的给我提供了不少的“武器弹药”射向“历史决定论者”。
搜索时发现还有不少致敬本书的同名著作，比如王立铭的《生命是什么》、埃迪•普罗斯（Addy Pross）的《生命是什么》。以后有空的时候可以多读读上面提到的这些书。
埃迪•普罗斯（Addy Pross）的《生命是什么》只有两百多页，但思路极其开阔，作者带领读者深入思考何为生命，然后又用现代格致新发展为读者解开疑惑，他将一个似乎显而易见的问题解析，然后超越我们以往的传统生物学进化论常识，将其嵌入一个更为宏大壮丽的背景下。作者用系统化学的方式解析生物学基本问题，我们的生命不过是一系列具有自我复制功能的分子在动态动力学的规律下寻求动态动力学稳定从而形成的复杂网络，比起达尔文将人降格为猴子，此书将生命还原成化学反应，在庞大的生命网络中，我们人类非但只是个偶然，而且像细菌和蓝藻一样不过是某个更高级定律下的一部分。不过格致不会引发绝望，探索和发现会激发更大的积极求知欲，人类存在的意义不在于唯我独尊，而是我们是更壮阔的生命交响曲中的一分子。
目录
序言
序言中提到noblesse oblige（贵族义务）来自古典法语，身为贵族，除了享有特权，也应履行与其地位相匹配的社会责任。引申为”地位越高，责任越大“。——译者注
自由的人绝少想到死：他的智慧不是死的默念，而是生的沉思。——斯宾诺莎，《伦理学》，第四部分命题六十七
第一章 经典物理学家对这个主题的探讨
我思故我在。——笛卡尔
1 这项研究的总体特性及目标
关于这个重大问题，已经有过许多讨论：发生在有机生命体内部的时空事件，要如何用物理和化学理论来解释？
这本小册子力求阐明并论证的初步结论可概括如下：
目前的物理学和化学显然无法解释这些事件，但这完全不意味着物理学和化学不可能解释它们。
2 统计物理学 结构上的根本差别
上文提到将周期性晶体看作研究中最为复杂的对象之一时，我想到的是严格意义上的物理学家。事实上，有机化学家在研究日趋复杂的分子时，已经非常接近“非周期性晶体”了，而“非周期性晶体”，在我看来，正是生命的物质载体。因此，有机化学家已经在生命问题上做出了重大贡献，而物理学家却几乎毫无建树，也就不足为奇了。
3 一位朴素物理学家对这个主题的探讨
4 为什么原子如此之小 ？
5 有机体的运作需要精确的物理学定律
于是，我们面临下面这个问题：为什么像我们大脑这样的器官（拥有依附于它的感觉系统）必须由大量原子组成，以保证物理状态的变化与高度发达的思想保持高度一致呢？作为整体或与环境直接相互作用的某个外围部分，上述器官的后一项任务基于哪些不同于精细灵敏到足以响应外界单个原子的碰撞的机械装置？
原因在于：我们所谓思想（1）本身是一种有序的东西，（2）只能应用于具有一定秩序的材料，即知觉或经验。这会导致两个结果。首先，和思想密切相关的身体组织（比如我的大脑之于我的思想）必须高度有序，这意味着身体组织内部发生的事件必须遵循严格的物理定律，至少要达到很高的精确度。其次，外界其他有机体对这个在物理意义上组织良好的系统所施加的物理作用，显然与相应思想的知觉和经验相对应，从而形成了我所说的思想材料。因此，我们的身体系统和其它系统之间的物理相互作用本身就必须具有一定的物理有序性。也就是说，它们也必须遵循严格的物理定律，达到一定的精确度。
6 物理定律以原子统计学为基础，因而只是近似的
仅由少量原子组成，对一个或几个原子的碰撞就很敏感的有机体，为什么无法实现这一切？
因为，我们知道，所有原子无时无刻不在进行着完全无序的热运动，可以说，这种热运动削减了原子自身行为的有序性，使得发生在少数原子间的事件无法显现出可识别的规律性。只有当数量巨大的原子协同作用时，统计规律才开始起作用，开始掌控这些原子集合体的行为，随着相关原子数量的增加，其精确度也会提升。正是通过这样的方式，这些事件获得了真正的有序性。所有已知的在有机体的生命过程中发挥重要作用的物理和化学定律都属于这种统计学类型的定律，人们能想到的其他任何类型的规律性和有序性都会因受到原子不间断的热运动的持续干扰而失效。
7 物理定律的精确性基于大量原子的参与 第一个例子（顺磁性）
8 第二个例子（布朗运动，扩散）
9 第三个例子（测量准确性的极限）
10 $\sqrt{n}$律
用于描述任何物理定律都会有的不精确度，即$\sqrt{n}$律。
物理和化学定律的不精确度，相对误差的范围在$1/\sqrt{n}$量级内，这里的n代表分子数——在某一重要的时间或空间（或二者）范围内，确保该定律对某些理论和特定实验而言具有有效性而参与协作的分子数目。
由此，你会再次看到，无论是内在生活还是与外界世界的相互作用，要享受相当精确的定律，有机体必须具备相对较大的结构。否则，合作的粒子数量太少，这个“定律”就不精确。特别苛刻的要求是这个平方根。
第二章 遗传机制
存在是永恒的，因为法则保存了生命的宝藏，宇宙用它们装饰自己。——歌德
1 经典物理学家那些绝非无关紧要的设想是错误的
因此，我们得出结论，一个有机体及其所经历的生物学相关过程必须具有一种极其“多原子”的结构，必须防止偶发的“单原子”事件变得太过重要。“朴素的物理学家”告诉我们，这是必要的。这样一来，可以说，有机体才可能遵循足够精确的物理定律，实现规则有序而令人惊叹的运作。从生物学角度来看，这些通过先验知识（即纯粹的物理学视角）得出的结论，如何与现实的生物学事实相符？
乍看之下，人们倾向于认为这些结论无关紧要。比如，一位生物学家可能在三十年前就已经说过这些了。尽管一位通俗演讲者强调统计物理学在有机体中和在其他地方一样重要是非常合适的，但事实上，这一点可以说众所周知、不言自明。因为不仅是任何高等生物个体的成年驱体，构成驱体的每个单细胞都包含天文数字的各种单原子。我们观察到的每个特定生理过程，无论是在细胞内部，还是在细胞与其环境的相互作用中，似乎都涉及数量庞大的单原子和单原子过程（三十年前看上去是这样）。这保证了所有相关物理、物理化学定律的有效性，即使是在统计物理学关于“大数”的严格要求下；这个要求我在前面用$\sqrt{n}$律解释过了。
如今，我们已经知道这种观点是错误的。正如我们即将看到的，在生命有机体内部，存在极其微小的原子团，小到不足以显示精确的统计规律，却在非常规律有序的事件中起着主导作用。它们控制着有机体发育出的可观察到的宏观形状，决定了有机体功能的重要特征；在所有这些情况下，生物定律都显现出了清晰严格的特性。
2 遗传的密码本（染色体）
3 身体靠细胞分裂（有丝分裂）生长
4 在有丝分裂中每个染色体都被复制
5 染色体数减半的细胞分裂（减数分裂）和受精（配子配合）
6 单倍体个体
7 减数分裂的显著相关性
8 交叉互换 特性定位
9 基因的最大尺度
10 小数目
11 持久性
第三章 突变
在变幻的现象中徘徊之物，以永恒的思想将其固定。——歌德
1 “跳跃式”突变——自然选择的作用基础
选择没有起作用，因为微小、连续的变异不会被遗传。它们显然不是基于遗传物质的结构，而是偶然出现的。但是，大约四十年前，荷兰人德弗里斯（de Vries）发现，即使是完全纯种的种群，其后代中的极少数个体，大概万分之二或万分之三，会突然出现微小但是“跳跃式”的变化。之所以用“跳跃式”这个词，不是说这种变化非常显著，而是因为它的不连续性——在没有发现变化和发生变化的少数个体之间不存在过渡形式。德弗里斯称之为突变。不连续性这一事实很重要。这让物理学家联想到了量子论——两个相邻能级之间没有中间能量。他会倾向于把德弗里斯的突变理论比作生物学的量子理论。后面我们会看到这远不只是一个比喻，突变其实是由遗传分子的量子跃迁引起的。
2 突变孕育同样的后代，即突变被完美地遗传下来
3 定位，隐性和显性
4 介绍一些术语
5 近亲繁殖的危害
6 一般的和历史的评论
7 突变作为罕有事件的必要性
8 x射线诱发的突变
9 第一定律，突变是单一性事件
10 第二定律，事件的局域性
第四章 量子力学证据
你高高腾起的精神火焰，已然默许了那个比喻、那副图景。——歌德
1．经典物理学无法解释的永恒
2．可用量子理论解释
在这个问题上，量子理论可以作出解释。根据现有的知识，遗传机制和量子理论的基础密切相关，而且，前者建立在后者之上。
西元1927年，物理学家海特勒和伦敦用量子力学的方法处理氢分子时，解决了氢原子之间两个化学键的本质问题，奠定了近代价键理论的基础。——译者注
3．量子理论一不连续状态一量子跃迁
4．分子
5．分子的稳定性取决于温度
6．数学插曲
7．第一处修正
所以第一处修正并不是很重要：我们必须忽视这个能级方案的“振动精细结构”。“相邻的较高能级”必须理解为与构型的相关变化对应的相邻能级。
8．第二处修正
现在，我们可以引出“第二处修正”了，即这种“同分异构”类型的转变是我们在生物学应用中唯一感兴趣的。在本章第四至第五小节解释”稳定性“时，我们考虑的正是这个。所谓”量子跃迁“就是指从一种相对稳定的分子构型向另一种分子构型的转变。这种转变所需的能量不是真正的能级差，而是从初始能级到临界值的跨越。
在初始状态和最终状态之间不存在临界值的分子构型转变毫无意义，这不仅仅是在生物学应用中。它们实际上对分子的化学稳定性没有任何贡献。为什么？因为它们的作用无法持久，总也不会引起注意。因此，当转变发生时，它们几乎是立即回到初始状态，因为没有东西阻止它们往回走。
第五章 对德尔布吕克模型的讨论和检验
正如光明之显示其自身并显示黑暗，真理既是真理自身的标准，又是错误的标准。——斯宾诺莎《伦理学》，第二部分命题四十三
1．遗传物质的一般图像
2．图像的唯一性
3．一些错误的传统概念
4．不同的物质状态
5．真正重要的区别
我们已经解释了上面方案中的所有内容，除了核心点，即我们希望将分子视作固体或晶体。
原因在于，形成分子的原子，无论数量多少，使其结合在一起的力与使形成真正固定或晶体的大量原子结合的力，本质上完全相同。分子具有与晶体同样稳固的结构。请记住，我们正是用分子的这种稳固性解释了基因的持久性！
6．非周期性固体
7．压缩在微型密码中的内容的多样性
8．与实验事实相比较：稳定度、突变的不连续性
9．自然选择的基因的稳定性
10．突变体的稳定性有时比较低
11．温度对不稳定基因的影响小于稳定基因
12．x射线如何诱发突变
13．x射线的效率不依赖于自发突变率
14．可逆的突变
第六章 有序、无序和熵
身体不能决定心灵，使它思想，心灵也不能决定身体，使它动或静，更不能决定它成为任何别的东西，如果有任何别的东西的话。——斯宾诺莎，《伦理学》，第三部分命题二
1．一个从模型得出的非凡的普适结论
2．基于有序的有序
生命似乎是物质有序、规律的行为，它不是全然基于从有序走向无序的倾向，而是部分地基于其维持的现有秩序。
对物理学家——也只能对物理学家——来说，我希望如下表述可以令我的观点更加清晰：生命体似乎是一个宏观系统，它的部分行为接近纯粹的机械行为（与热力学行为形成对比）。当温度接近绝对零度，分子的无序性被消除时，所有系统都将趋于这种机械行为。
3．生命物质避免了向平衡的衰退
4．以“负熵”为生
每一个过程、事件、偶发之事，自然界发生的一切都意味着它所在的那部分世界的熵在增加。因此，生命有机体在不断地增加它的熵（或者说，产生正熵）并逐渐走向最大熵的危险状态，即死亡。要远离死亡（也就是活着），它只能不断地从环境中摄取负熵——我们马上就会看到，负熵是非常积极的东西。有机体就是以负熵为生。或者，说得更加明白些，新陈代谢的本质就是，有机体成功地消除生命活动中不得不产生的熵。
5．熵是什么
6．熵的统计学意义
7．从环境中汲取“有序”而得以维持的组织
带负号的熵就是对有序性的度量。因此，有机体使自身维持高度有序性（等于熵相当低的水平）的途径，便是不断地从周围环境汲取”有序“。
第六章的注释
”负熵“的说法遭到了物理学界同行的质疑和反对。……顺便说一下， 负熵不是我发明的词，而恰恰是玻尔兹曼原始理论的关键。
我们的身体在不断地消耗机械能，也在向环境释放热能，这都需要通过能量来补充。释放热量并非偶然，而是至关重要的。因为正是通过这个方式，我们才抵消了生命过程中不断产生的多余的熵。
这似乎表明，体温较高的恒温动物能以较快的速度消除熵，从而拥有更加激烈的生命过程。我不知道这个推论在多大程度上是正确的（这个责任由我来承担，而不是西蒙）。也许有人会反驳说，许多恒温动物都用毛皮来防止热量迅速散失。所以，我所相信的体温与“生命强度”之间存在的相关性，前面第五章第十一节提到的范托夫定律也许可以给出更直接的解释：较高的温度本身就加速了生命活动中的化学反应。（事实上，这已经在对变温动物的实验中得到了证实。）
第七章 生命是以物理定律为基础的吗 ？
如果一个人从不自相矛盾的话，那一定是因为他其实从不说话。——乌纳穆诺（引自其谈话）
1．有机体中可能存在的新定律
2．生物学状况回顾
有机体生命周期中展开的事件，表现出了一种绝妙的规律性和有序性，这是我们见过的任何无生命物质都无法比拟的。这些事件由一系列高度有序的原子团控制，而这些原子团在每个细胞中只占原子总数的很小一部分。此外，从突变机制的观点来看，生殖细胞中“支配性原子团”内的少数几个原子的错位即足以导致有机体的宏观遗传性状发生切实变化。
这些都是当代科学向人们揭示的最有趣的事实。或许，我们最终会发现这些事实并非全然无法接受。有机体凭借惊人的天赋将“秩序流”集中在自身上，从而避免了其原子向混乱的衰退。这种从环境中“汲取有序性”的天赋似乎与“非周期性固体”，即染色体分子的存在有关。它们无疑是人类目前所知的有序度最高的原子集合体（比普通的周期性晶体的有序度更高）基于其中每个原子和每个原子团各自发挥的作用。
3．物理学状况概述
4．醒目的对比
熵增就是分子无序性本身。
5．产生序的两种方式
生命在展开过程中遇到的有序有不同的来源。有序事件的产生似乎存在两种不同的“机制”：一种是从无序中诞生有序的“统计学机制”，另一种则是从有序中诞生有序的新机制。对立场公正的人来说，第二个原理似乎更易理解，听起来也更合理。毫无疑问。正是因为这样，物理学家才会如此自豪地赞同第一种原理——“有序来自无序”。自然界实际在遵循此原理，而且仅这一条原理就可以解释大部分的自然事件，而其中处于首位的便是自然界的不可逆性。但我们不能指望由此原理得出的“物理定律”能直接解释生命物质的行为，因为这些行为最显著的特征在很大程度依然建立在“有序来自无序”的原理之上。
6．新原理并不违背物理学
我记得，马克斯·普朗克写过一篇非常有趣的小论文，主题是“动力学类型和统计力学类型的定律”。两者的区别正是我们在此提到的“有序来自有序”和“有序来自无序”的区别。这篇论文的目的正是阐明控制微观事件（即单原子和单分子之间的相互作用）的动力学规律是如何构成控制宏观事件的统计学规律的。宏观的机械现象就属于动力学类型，例如行星或时钟的运行等。
因此，被我们视作真正了解生命线索的“新”原理，即“有序来自有序”，对物理学来说并不是全然新鲜的事物。普朗克甚至明确表示要维护它的优先性。
7．时钟的运动
8．时钟的运行毕竟是统计学的
9．能斯特定律
量子理论为能斯特的经验定律提供了理论基础，由此我们能够估计出，系统必须在多大程度上接近绝对零度，才会显示出近似于“动力学”的行为。在某一特定情况下，什么温度已经实际上相当于绝对零度？
10．钟摆实际上可看作是处于绝对零度
对钟摆来说，室温实际上就相当于绝对零度。这就是它能以“动力学”方式运作的原因。如果将其冷却，它会持续工作（如果你已经清除了所有的油痕迹！）。但是如果将其加热至室温以上，它不会再继续工作，因为它最终会熔化。
11．钟表装置与有机体之间的关系
后记 论决定论与自由意志
我已经平心静气地阐述了这个问题的纯科学方面，作为对这种辛劳的回报，下面请允许我从哲学的角度谈谈对这个问题的一些看法——当然都是主观看法。
根据前几章提出的论据，发生在生命有机体内，与其自身的意识活动、自我知觉或任何其他行为相对应（考虑到这些事件的复杂结构和公认的物理化学的统计学解释）的时空事件，即使不是严格决定论的，也至少在统计学意义上是决定论的。对于物理学家，我想强调的与某些人的观点相反，量子不确定性在这些事本件中发挥不了生物学作用，这在任何情况下都是显而易见的，并形成共识。尽管量子不确定性也许加强了减数分裂、自然突变和X射线诱发突变这类事件的纯粹偶然性。