NO.449 罗胖精选 | 薛定谔和学科鄙视链


和你一起终身学习,这里是罗辑思维。

今天的“罗胖精选”,来自得到App付费课程《王立铭·生命科学50讲》。

相信得到用户都听说过一个词,叫做“薛定谔的猫”。我们也都知道,薛定谔是著名的物理学家、量子力学的奠基人。但是你可能不知道,原来薛定谔这位物理学家,竟然对生命科学这门学科的生成起到了关键性的作用。我们甚至可以说,今天几乎所有生物医学技术突破,都和薛定谔有着千丝万缕的联系。

这是为什么呢?下面就让我们来听听王立铭老师的讲解。

你好,欢迎回到《生命科学50讲》,我是王立铭。

对于我们得到的很多用户来说,薛定谔的名字应该不陌生。

他是1933年的诺贝尔物理学奖获得者;他提出了大名鼎鼎的薛定谔方程,成为整个量子物理学的奠基性工作。

而他最被大众记住的,可能是“薛定谔的猫”这个通俗比喻。这只同时处在生存和死亡两种状态下的可怜的猫,绝妙地展示了量子力学对人类认知的革命性改造。

更有趣的是,这位物理学界的祖师级人物,偏偏在生命科学的学科生成史上起到过拐点性的关键作用。

这一讲,我就来讲讲薛定谔对生命科学带来的革命性影响,以及由他引发的我对学科鄙视链的思考。

必须说明,探索生命奥秘在今天的世界上和科学共同体内部已经成为显学,不管是想要理解生命、治疗疾病、解读人类智慧,还是仅仅想要申请经费、上报纸头条,研究生命科学都是非常靠谱的选择。

但是在70年前,情况完全不是这样。

在那个时候,新鲜出炉的相对论和量子力学正在剧烈地重塑人类的时空观、世界观乃至人生观。

爱因斯坦、波尔、薛定谔、海森堡他们刚刚打开了通向新世界的大门,在这块人类智慧的处女地上,随便插个旗子挖一铁锨,都是足以万世不朽的功绩了。而当年的生命科学却幼稚粗糙得可怜。

举两个例子吧。

在基础研究领域,人们连遗传现象背后的物质基础都还说不清楚,支持蛋白质是遗传物质的人和支持DNA是遗传物质的人还在吵成一锅粥。

在临床领域,医生们对癌症患者唯一的办法还只是一切了之。全世界的肿瘤医生唯一能比拼的就是谁的刀快,谁能在不杀死患者的前提下,尽可能地把患者的患病组织切除掉。

就是在这样悬殊的差别之下,薛定谔悄悄地暂时躲开了热火朝天的物理研究,在生命科学的领域烧了一把冷灶。

在二战结束前的1943年,薛定谔在爱尔兰三一学院公开进行了一系列关于生命科学的演讲,这些演讲随后被编辑成一本小书出版,叫《生命是什么》。

这本书的内容代表了薛定谔作为一个顶级物理学家,是如何试图理解生命现象背后的物理学和化学基础的。

限于时代,薛定谔在这本书里,其实也没有真的给生命现象提出惊天动地的革命性新解释。科学家仍然是肉眼凡胎,不是前知五百年,后知五百载的神仙妖怪。

但是薛定谔非常深刻地把握住了一个原则,那就是,不管生命现象在当时看起来有多么复杂、多么神秘、多么难以理解,它都一定不会违背我们这个世界已知的物理和化学定律。

你可以把薛定谔这个原则看成是一个物理学家的骄傲。实际上,科学家的这种骄傲由来已久。

• 阿基米德说,给我一个杠杆我就能撬起地球;

• 开普勒说,天上的天体没有什么神圣的,仅仅是像机器一样精密地运动;

• 拉普拉斯说,我的世界里不需要上帝这个假设。

这些名人名言的背后,本质上都是在强调一种骄傲的价值观:我发现的科学规律,适用于这个世界的每个角落,每个时间。

而实际上,他们这种骄傲一次又一次地被新的科学发现所证明和强化。

我们还是说薛定谔的例子。

薛定谔在《生命是什么》这本书里提出了两个革命性的观点。

第一,遗传信息一定是存储在生物体内部的,某种不规则的、非周期性重复的晶体里面。

第二,基于热力学第二定律,一个孤立系统的混乱程度只会单调增加。因此,想要在混乱的大自然里诞生精巧有秩序的生物体,必须有持续不断的能量输入。这也就是著名的生命“以负熵为生”。

在今天,这两个观点实际上已经是科学共同体里人所共知的常识了。

咱们课程的用户肯定还记得,我们课程的第二和第三单元,就是在集中讨论能量和遗传物质的问题。

薛定谔所说的这种“非周期性晶体”,其实就是DNA分子。而薛定谔所说的以负墒为生,也自然地引出了我们对葡萄糖、ATP的讨论。

但是放在当年那个时代来看,薛定谔的观点可以说是石破天惊、振聋发聩。他吹响了物理学家和化学家向着生命科学进军的号角。

当时,一大批野心勃勃、但是又不甘心在物理学领域拾人牙慧的科学家,决心沿着薛定谔指明的方向,用物理学和化学的已知规律,给幼稚的生物学来一场革命。

这里就包括后来发现了DNA双螺旋结构的弗朗西斯·克里克(Francis Crick)和詹姆斯·沃森(James Watson),也包括后来证明了行为和基因之间关系的大科学家西莫·本泽(Seymour Benzer)。

我们甚至可以说,20世纪的分子生物学革命,今天享受到的几乎所有生物医学技术突破,都和薛定谔的这本书有着千丝万缕的联系。

那我说了这么多,仅仅是为了吹捧一下薛定谔这位大神吗?

当然不是。

薛定谔固然是大神,但是他这本《生命是什么》之所以能起到这种历史拐点性的重大作用,主要不是因为他个人,而是因为他所在的学科。

虽然我自己是个生物学家,但是我仍然不得不承认,科学门类之间确实是存在鄙视链和上下游的。

物理学的上位科学是数学,我们对天体运动和原子碰撞的解释离不开数学。化学的上位科学是物理学。没有原子物理学的发现,门捷列夫虽然能天才地把化学元素按照特性排列成周期表,但是,却根本没办法解释为什么化学元素就一定会形成这样的周期。

而生物学的上位科学包括物理学和化学。没有这两门科学的帮助,大部分生物学家可能只能被叫做博物学家。我们可以搜集和比较世界上不同的物种、不同的细胞和生物现象,但是我们将难以理解这些现象究竟是如何被驱动的。

也就是说,薛定谔这本《生命是什么》,其实是借助了物理学和化学作为上位学科的巨大势能,对当时仍处在婴儿期的生物学进行了一次全方位的重整和改造。

薛定谔背后,是亚里士多德、是阿基米德、是伽利略、是牛顿、是爱因斯坦、是汤姆生、是卢瑟福,是人类好几千年物理学和化学探索的智慧总和。这些智慧输入,对于婴儿期的生物学来说是无坚不摧的巨大力量。

说了这么多,好像生物学就是个受气的小媳妇儿?那倒也不是。

我们同样可以推导出,也有很多学科,需要把生物学作为上位学科。生物学的武器进入这些学科,同样能发挥革命性的力量,尽管这件事在今天也仅仅是刚刚开始。

我同样举几个例子。

比如说经济学。这门学科有一个外行都耳熟能详的假设,叫理性经济人假设,也就是假设市场活动中,人的思想和行为都是绝对理性的,唯一的目标就是经济利益最大化。

而站在生物学,特别是神经科学的角度,我们其实可以肯定地说,人显然不是绝对理性的动物,人的行为受到遗传物质、环境、经历、情感、回忆等因素的深刻影响。

而且,通过生物学,我们是有可能真正理解人脑的工作原理,解释人类的感觉、情绪、学习的来源,以及这些大脑活动到底是怎么样改变人类的行为的。

类似的例子还有心理学、社会学等等所有研究人本身的学问。

心理学自不必说,现代神经科学本质上就是在试图把心理学定义的很多概念,比如动机、情绪、下意识,还原到神经细胞、神经网络、神经活动的层次上去。

而社会学呢?如果我们把社会学理解成在宏观视角下,研究人类个体之间如何交流、组织、合作、和对抗的一门学问,那答案也就不言而喻了。

人类个体之间的所有互动,都仍然需要通过人体的感觉系统,需要人类的语言和文字系统,需要借助自我意识、同理心、甚至自由意志。

就像咱们这门课展示的一样,所有这一切,都一定遵循某些生物学的底层逻辑。

所以说到底,薛定谔这本70多年前写成的《生命是什么》,除了在历史上挟上位学科的力量,启动了现代生物学革命之外,对于今天的我们,还有一层重要的意义:他生动地说明了学科门类之间深刻的相互生成的关系,也给生物学的未来发展指明了方向。

生物学的未来:

一方面,在于继续利用物理学和化学,完成体系的重整和革命;

另一方面,在于开始利用自身的积累,发起对经济学、心理学、社会学等等学科的进攻,为这些学科带去生物学的理论框架和技术手段。

最后呢,我想跟你说一个好消息。

今天,我的新书会在得到App课程内上架。作为《生命科学·50讲》的用户,你可以在文稿内抢先订购并享有专属优惠。而我这本书的名字也叫《生命是什么》,为的就是向薛定谔致敬。

这里有一个特别有意思的细节。薛定谔这本书的英文版标题,《生命是什么》后面有一个问号,是一个疑问句《What is Life?》。而我的新书去掉了这个问号。

这并不是说在70多年后的今天,我们这些后辈科学家,已经可以狂妄地宣称生命的秘密已经全然揭晓了,当然不是。

我的一点小心思是,在跨越70多年的光阴之后,沿着薛定谔指明的方向,一代代的科学家已经对生命现象展开了全方位的探索。

这半个多世纪以来积累的知识遗产,其实可以印证薛定谔在书里反复强调的一个观点:生物体作为高度有序的物质体,在它内部发生的所有事件,都必须严格遵循已知的或者未知的物理学和化学定律。

我也相信,生命是什么这个疑问句,会是人类文明历史上最核心、最持久的一个疑问句了。

我也特别期待,在此后每一天、每一年、每个世纪,人类科学家都能在这个问题引导下,给出越来越精彩、越来越精细、越来越清晰的回答。

内容听完了,我是罗胖。

王立铭老师是浙江大学生命科学院的教授。他的上一部作品《上帝的手术刀:基因编辑简史》,就非常地精彩。

《生命是什么》是王立铭老师的最新力作。他在得到App开设的《生命科学50讲》课程,就脱胎于这本书,在科学家群体和我们用户里有着很好的口碑。很荣幸,这本书可以在得到App独家首发。

如果你想更深刻地认识生命,那就点击这期节目的文稿,就可以看到购买入口。

《生命是什么》在阅读这本书的过程中,相信你会和我一样,一次又一次被地球生命,被人类智慧所震撼。

好,罗胖精选,明天见。