神秘的量子生命 在线下载 pdf mobi 2025 epub 电子版

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在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

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酶促反应，光合作用，嗅觉，鸟类的磁感应，基因的复制，心智之谜，生命的起源，这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次，第一层是宏观世界，遵循牛顿运动力学法则,第二层次是热力学世界。遵循热力学法则。最深的第三层是量子世界。在这个维度里,原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。

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人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行!

【编辑推荐】

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媲美薛定谔《生命是什么》，量子生物学奠基之作！

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北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者倾情推荐。

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亚马逊最佳科学图书、《纽约时报》畅销书；《经济学人》《金融时报》年度好书；英国皇家学会温顿奖获奖图书。

【各方赞誉】

读到《神秘的量子生命》书稿时，恰逢我在青海的旅途中，环顾四野，在茫然中辨识前路。想起年少时对候鸟迁徙的惊奇与困惑，想起我们这几年在寻找动物磁受体和生物导航机理研究中难于言说的彷徨和狂喜，书中描述的很多场景，和旅途中的一些思考在不停地重叠着，那种愉悦很难言表。这本书中的很多问题，同样是科学家们长久以来困惑和思考的问题。我想，包括我们在内的各领域的科学家正在一步步地逼近真相。《神秘的量子生命》将带我们从一个不常被人涉足的方向切入生物学的一些最基本的问题，用科学揭开自然的迷雾，告诉我们生物学背后的量子真相。翻开这本书，正如走进青藏高原：那种简单的美扑面而来！

谢灿

生命科学学院教授，动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者

《神秘的量子生命》对生命中的量子现象给出了最清晰的解释。量子世界中的微观事件，可以影响中等尺度生命体的世界，比如生活中的你、我、他。两位作者以活泼明晰的笔触告诉我们，神秘的量子现象无处不在。

菲利普·普尔曼

英国著名作家

畅销书“黑暗物质三部曲”作者

对于这样一个重要的新领域，作者的解读如此深入浅出、通俗易懂，真是太赞了！

安东尼·格雷林

英国著名哲学家

畅销书《维特根斯坦与哲学》《友谊》作者

《神秘的量子生命》是一本引人入胜、让人深思的惊世之作，它把坚实的科学理论、合理的推断和巧妙的推测紧密结合在一起，使得我们对生命世界的认识发生了革命性改变。

《华尔街日报》

一本地地道道的原创科普书，一个全新的研究领域，本书堪称了不起的作品。

《金融时报》

作者选择相干性这一复杂现象作为切入点，引领我们深入量子世界的神秘地带。他们用类比和比喻方法，把一些难于理解的概念解读得生动而又形象。

《经济学人》

物理学家艾尔－哈利利和生物学家麦克法登，把这样一个深奥的问题解读得既条理清晰又津津有味。

《自然》

中文版序 踏上探索之旅，感受量子生物学的澎湃

引言 没有量子力学，就不会有生命／001

在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要 理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过 微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到 回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

动物大迁徙

万物背后的量子真相

知更鸟是如何感知方向的

形形色色的量子现象

第一部分 生命科学的前世今生

01 生命是什么／029

在很长一段时间里,人们认为生命体与非生命 体的主要区别在于生命体内有一种特殊的“生命力”。后来,活力论渐渐让位于机械论。但 是,生命中仍有许许多多的待解之谜。尽管克雷 格·文特尔成就非凡,他仍不能从零开始创造出 生命,而最低级的微生物却可以毫不费力地创造 生命。薛定谔认为,生命是量子的,生命的秩序 属于“来自有序的有序”。

活力论

机械论

量子生物学的兴起

生命是量子的

02 酶是生命的引擎／067

酶是生命的引擎。所有的生命都依赖酶。我们体 内的每一个细胞中都填充着数百甚至数千个这样 的分子机器,无时无刻不在“帮助”细胞组装和 回收利用生物分子,使之持续不停地运转下去。 这个过程,就是我们所说的“活着”。

生死有关的酶

一场精心编排的分子舞蹈

量子思维，认识酶的关键

来自量子世界的魔法

第二部分 量子世界中的生命

03 光合作用中的量子节拍／113

光合作用中能量从光子到反应中心的传递效率算 得上是最高的,因为传递效率几乎是 100%。在 理想情况下,几乎所有叶绿素分子吸收的能量都 可以到达反应中心。如果能量不是取道最短进行传递,大部分乃至全部能量都会在传递中殆尽。 光合作用的能量为何能如此擅长寻找捷径,一直 以来都是生物学领域的一大谜题。

双缝实验，切中量子力学的内涵

脆弱的量子相干性

神奇的叶绿素

光合作用中的量子计算机

04 小丑鱼“闻出”回家之路／149

气味分子或溶解在唾液中,或飘散在空气中,被 位于舌头或鼻腔顶部嗅觉上皮的感受器截获,嗅 觉就此产生。“锁钥模型”认为,气味分子嵌入 嗅觉感受器就如同钥匙插进了钥匙孔。气味与分 子振动频率紧密相关,臭鸡蛋的味道是 78 太赫! 对于振动频率相同而气味却大不相同的个别现 象,“刷卡模型”给出了完美解释。量子力学中 的非弹性电子隧穿,是嗅觉产生的关键。

我们是如何闻出味道的

形状模型，一把钥匙开一把锁

振动模型，臭鸡蛋味道是78太赫！

刷卡模型，嗅觉的量子计算

05 帝王蝶与知更鸟的地磁方向感／187

加拿大和墨西哥之间的帝王蝶以及北欧和北非之间的知更鸟,它们的迁徙究竟是依靠什么导航的呢?研究发现,触角中的隐花色素校准了体内的生物钟,让帝王蝶在从加拿大飞往墨西哥的路上不会迷路。知更鸟的地磁感受器是一种磁倾角罗盘,能通过化学反应感受微弱的地磁。自旋单和三重态之间微妙的平衡性,让鸟类可以利用地磁实现导航。

帝王蝶蝶迁徙之谜

知更鸟的指南针

量子自旋与幽灵般的超距作用

自由基和方向感

06 量子基因／221

DNA 复制的错误率往往小于十亿分之一,极高的 复制精度,得以让生命一代一代传下去。但是, 如果遗传密码的复制过程一直完美无缺,生命便 不可能进化,也不能应对种种挑战。复制过程的 少许错误,能让子代更好地适应环境并繁盛起来。 基因非常小,一定会受到量子规则的影响。但量 子力学是否在基因突变中扮演了重要而直接的角色,还是一个待解之谜。

遗传，高精度的复制

突变，美丽的错误

基因编码

基因突变是量子跃迁吗

07 心智之谜／259

关于心智、意识究竟是如何工作的,目前被广泛 接受的理论是心智计算理论。如果一台量子计算 机能够维持 300 个量子位的相干性和纠缠态,它 的计算能力几乎相当于一台整个宇宙那么大的 经典计算机! 2011 年,我国科学家仅用 4 个以 原子自旋状态作为编码的量子位就成功对 143 (13×11)完成了因数分解,居于世界领先水平。

意识是什么

思想是如何产生的

人脑就是量子计算机

微管理论

08 生命的起源／297

弗雷德·霍伊尔说过,随机化学过程创造出生命 的概率,就像龙卷风吹过垃圾场,然后纯属意外 地造出了一架大型客机。他的话生动形象地说明, 我们今天所知的细胞生命体太过复杂有序,不可 能起源于纯粹的偶然,在此之前一定有更简单的 自复制体。量子相干性一定在生命起源中扮演了重要角色。

生命不是偶然的

RNA世界假说

没有量子力学，就不会有生命

量子相干性，生命起源中的重要角色

结语 我们一定能创造出遵循量子理论的新生命/323

人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力 学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了 生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行!

量子生物学的新发现

风暴边缘的生命

量子生物学的力量

理解生命，创造生命

后记：量子生命／361

译者后记／365

吉姆·艾尔—哈利利

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英国萨里大学物理学教授，最具影响力的量子生物学家。

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1989年，在英国萨里大学获得核反应理论博士学位。

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1992年，在英国工程和自然科学委员会的资助下，开始了为期五年的研究工作，他差不多每两个月就发表一篇论文，有些论文的引用次数超过500次。

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从20世纪90年代末开始，研究领域转向量子生物学，“量子隧穿”是他的研究重点。1999年，他与生物学家约翰乔·麦克法登联合发表了量子生物学方面的论文。2012年，在英国工程和自然科学委员会的资助下，他与约翰乔·麦克法登共同主办了量子生物学研讨会，并获得极大成功。2015年，他以量子生物学为主题做了TED演讲。

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2005—2007年，他参与拍摄BBC的纪录片《爱因斯坦大脑之谜》和《原子》，广受好评，他于2011年开始在BBC制作广播节目《生命科学》，每周吸引的听众数量高达200万。

约翰乔·麦克法登

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英国萨里大学分子遗传学教授，著名量子生物学家。

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1982年获得帝国理工学院生物化学博士学位。

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发表科学论文超过100篇。

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当波遇到任何微小的物体后，如果这一物体的三维比波的波长要短，那么这个物体将不会影响和改变波的传播，就像波长几米的海浪冲击着沙滩上的鹅卵石一样。你需要更短的波长，比如那种在学校的科学实验课上常见的水槽里的涟漪，才能在遇到鹅卵石后产生反射和衍射，使我们最终“看见”这个鹅卵石。

量子纠缠是指，曾经在一起的粒子，无论分开多么遥远的距离，都能保持瞬时的、近乎魔法般的联系。

苏格兰化学家格雷厄姆.凯恩斯—史密斯（Graham Cairns-Smith）估计，由“原始汤”中可能存在的简单有

机化合物合成RNA碱基，需要约140步反应。每一步至少需要避免六种副反应。这就让整个合成过程可以更加形象：你可以把每个分子想象成一个分子骰子，每一步就像掷一次骰子，掷出点数6代表产出了正确的产物，而其他点数意味着得到了错误的产物。因此，任何起始分子最终反应成为RNA的概率就像连续140次掷出了点数6一样。

当然，化学家可以通过精心控制每一步反应来提高反应成功的概率。不过，在生命出现以前的世界里，只能靠机会。或许太阳恰到好处地升起，蒸干了泥火山周围的一小滩化学物质？又或许泥火山喷发，向小水滩添加了水和一点硫，创造出了另一组化合物？还有可能是闪电风暴搅拌了混合物，用电能刺激加速更多的化学变化？这样的例子不胜枚举，但可以估计的是，如果只靠偶然性，这140步必要的反应都能在六种可能的产物中得 到正确产物的概率是1/6¹⁴⁰，即大约1/10¹⁹⁰。为了能够通过纯粹的随机过程获得制造出RNA的概率，“原始汤”中至少要有如此数量级的起始反应分子。但是，10¹⁰⁹比整个可见宇宙中全部基本粒子的总和（约10⁸⁰）还要大得多。按照伊苏古岩显示的时间，从地球形成到生命出现的几百万年中，地球上

显然没有足够的分子，也没有足够的时间来制造出数量显著的RNA。

然而，假设确实通过某些依然不为人知的化学过程合成了数量显著的RNA，我们必须还要克服一个同样棘手的问题一将四种不同的RNA碱基（与编码DNA密码的四个不同字母A、G、C、T类似）按照正确的序列串联形成可以自我复制的核酶。大多数核酶是至少有100个碱基的RNA链。由于链上每个碱基位点一定要有四种碱基之一，因此长度为100个碱基的RNA链就有4¹⁰⁰种不同的排列方式。你觉得随机乱堆的RNA碱基又有多大的可能恰好沿...

为了表述更清楚，我们可能需要多讨论一些与场（Field）相关的内容。场的衍生概念来自它的本意：它表示在空间上铺展的事物，比如打谷场或者足球场。在物理学中，场的基本含义没有改变，但是通常指能对物质施加力的能量场。引力场可以移动其中任何具有质量的物体，电场或者磁场则可以移动带电荷或者具有磁性的粒子，比如穿过神经元细胞膜上通道的离子。

19世纪，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发现电和磁是同一种现象的两个方面，于是两者被合称为电磁（electro--magnetism），两者的场则合称为电磁场。爱因斯坦的质能方程：E=c。左边代表能量而右边则包含了质量，这个著名的公式阐明了能量和质量之间的可转化性。所以具有能量的大脑电磁场一相当于爱因斯坦公式的左边一与构成大脑神经元的物质没有本质区别。由于大脑电磁场是由神经元放电产生的，所以它编码与神经元放电相一致的大脑信息。但是与无法直接共享信息的单个神经元放电不同，大脑电磁场中包含了所有神经元的放电信息，这为捆绑问题的解决提供了可能。此外，通过影响电压门控离子通道的开闭，大脑电磁场直接影响了具有量子相干性的离子活动。

20世纪初，意识的电磁场理论刚刚提出，那时还没有直接证据显示大脑电磁场能够影响神经元的兴奋，进而影响我们的思维和活动。不过，后来在数个实验室里完成的实验都证实，与人类大脑强度、组成相近的外加电磁场的确能够影响神经元的放电和兴奋。实际上，电磁场的作用看起来像是协调神经元兴奋：使众多神经元同步放电，让它们同时兴奋。这些发现提示大脑神经元兴奋所产生的电磁场，同样有可能影响神经元的放电活动，形成一种自我调节的环路。许多理论学家认为，这就是意识的必要组成。

大脑电磁协调神经元同步放电的现象在解决意识这个谜题时显得非常重要，因为这是为数不多的与意识有明确关联的神经活动之一。我们可能都有过这样的经历：看着一堆杂物，然后突然在眼...

（Douglas Hofstadter）在1979年出版的著作。彭罗斯在他的《皇帝的新脑》中以哥德尔的不完全性定理作为自己观点的切入点，他首先指出，经典的计算机会利用统一的逻辑系统（也就是计算机算法）产生命题。根据哥德尔的定理，计算机也一定能够推论出它们无法证明真伪的命题。但是，彭罗斯认为，人类（或者说属于数学家的那一群人类）能够推导和证明这些计算机无法证伪的命题。因此，彭罗斯据此认为，人类的大脑要胜于传统的计算机，因为它能够执行一种彭罗斯称之为非计算性的处理过程。继而，他假设这种非计算性能力需要一些特别的解释，只有量子力学才能提供这样的解释。最终彭罗斯得出结论，意识正是量子计算的产物。

没有复杂的数学证明，仅仅是基于命题的可证明性，不得不说这个结论，总结得实在大胆。彭罗斯在后来出版的著作《意识之影》（The Shadowof the Mind）中更进一步，提出了大脑如何利用量子力学计算的生理学机制。彭罗斯与亚利桑那大学的麻醉学与心理学教授斯图尔特·哈梅罗夫（StuartHameroff）0合作，两人宣称神经元里一种叫微管（microtubules）的结构相当于量子计算机的量子位。

微管是由微管蛋白组成的链状结构。哈梅罗夫和彭罗斯提出这种微管蛋白一组成微管的蛋白珠

至少可以在伸展和收缩这两种形状之间进行转换。最重要的是作为量子物体，微管蛋白可以同时具有伸张或者收缩的状态，这一点让它类似于量子位。哈梅罗夫和彭罗斯的假设还不止如此，他们还认为，一个神经元中的微管蛋白还与其他神经元中的微管蛋白维持着量子纠缠。你可能还记得纠缠就是那种可以把相距甚远的物体联系在一起的“幽灵般的超距作用”。如果大脑中万亿个神经元之间真的存在神秘的遥控力量，那么原本独立的每条神经中所包含的信息就可能通过这种方式被整合起来，捆绑问题也就迎刃而解了。大脑成了一台原理神秘但是异常强大的...

书籍介绍

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在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

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酶促反应，光合作用，嗅觉，鸟类的磁感应，基因的复制，心智之谜，生命的起源，这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次，第一层是宏观世界，遵循牛顿运动力学法则,第二层次是热力学世界。遵循热力学法则。最深的第三层是量子世界。在这个维度里,原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。

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人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行!

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媲美薛定谔《生命是什么》，量子生物学奠基之作！

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北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者倾情推荐。

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【各方赞誉】

读到《神秘的量子生命》书稿时，恰逢我在青海的旅途中，环顾四野，在茫然中辨识前路。想起年少时对候鸟迁徙的惊奇与困惑，想起我们这几年在寻找动物磁受体和生物导航机理研究中难于言说的彷徨和狂喜，书中描述的很多场景，和旅途中的一些思考在不停地重叠着，那种愉悦很难言表。这本书中的很多问题，同样是科学家们长久以来困惑和思考的问题。我想，包括我们在内的各领域的科学家正在一步步地逼近真相。《神秘的量子生命》将带我们从一个不常被人涉足的方向切入生物学的一些最基本的问题，用科学揭开自然的迷雾，告诉我们生物学背后的量子真相。翻开这本书，正如走进青藏高原：那种简单的美扑面而来！

谢灿

生命科学学院教授，动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者

《神秘的量子生命》对生命中的量子现象给出了最清晰的解释。量子世界中的微观事件，可以影响中等尺度生命体的世界，比如生活中的你、我、他。两位作者以活泼明晰的笔触告诉我们，神秘的量子现象无处不在。

菲利普·普尔曼

英国著名作家

畅销书“黑暗物质三部曲”作者

对于这样一个重要的新领域，作者的解读如此深入浅出、通俗易懂，真是太赞了！

安东尼·格雷林

英国著名哲学家

畅销书《维特根斯坦与哲学》《友谊》作者

《神秘的量子生命》是一本引人入胜、让人深思的惊世之作，它把坚实的科学理论、合理的推断和巧妙的推测紧密结合在一起，使得我们对生命世界的认识发生了革命性改变。

《华尔街日报》

一本地地道道的原创科普书，一个全新的研究领域，本书堪称了不起的作品。

《金融时报》

作者选择相干性这一复杂现象作为切入点，引领我们深入量子世界的神秘地带。他们用类比和比喻方法，把一些难于理解的概念解读得生动而又形象。

《经济学人》

物理学家艾尔－哈利利和生物学家麦克法登，把这样一个深奥的问题解读得既条理清晰又津津有味。

《自然》

• 作者：丁丁虫 发布时间：2017-07-25 21:51:06

  这就是那种话说一半偏不肯讲明白的书

• 作者：ly的读享生活 发布时间：2016-08-21 14:41:35

  搭配文特尔的《未来的生命》一起食用，味道佳！一部颠覆性的、前瞻性的科普大作。气象宏伟而且逻辑严密。如果量子力学真的可以解释生命的起源、生命的进化、生命的未来，那么，不光“上帝造人”是可能的，而且还可以随时改变生命的状态，我可以“量子隧穿”破墙来到隔壁，我还可以瞬移到其他地点，想想就好厉害！

• 作者：目若 发布时间：2017-03-31 18:43:57

  出于对量子论的兴趣买的，可惜全书涉及到量子论的不过是个别相关实验性猜想以及上世纪中叶大师薛定谔的一些语录。。干货不多，结果凑了很多各种生物学知识。另作者还在书中提到了演讲邀请的联系方式。综合来看，让人感觉是一位“下海”的科学家吧。。。

• 作者：若云游子 发布时间：2021-02-22 10:29:25

  这个版本少了不少词。

• 作者：静修 发布时间：2016-10-13 15:32:54

  BBC纪录片 量子力学揭秘 （结合纪录片看更好）

  （1）http://www.acfun.tv/v/ac1947007

  （2）http://www.acfun.tv/v/ac1980137

• 作者：ficus 发布时间：2016-11-26 11:39:41

  写的不算好，量子力学是世界的基础，宏观由微观构成，量子层面上很多东西还在探索中。量子存在多种态并存，在无变化中他可以一直存在，遇到适宜环境就可以进行到下一步，变成了宏观，唯一的存在，这可以解释生命的试错及起源，量子的并行能力使所需的时间大大减少

• 来自有序的有序

  作者：绯村拔刀斋 发布时间：2020-01-20 14:21:15

  迁徙的动物是如何找到远在万里的家的？微小的光子是如果被植物捕捉并实现超高效光合作用的？人类的DNA为什么可以实现高精度的复制？人类的意识如何产生，甚至生命是如何起源的？这些困扰科学家多年的问题看起来无一不是高深莫测，他们之间看起来却是风马牛不相及。然而，«神秘的量子生命»这本书却给出了一个惊世骇俗的答案，这些现象均源自生命体中的量子力学现象。

  生物学，其实只是一种应用化学，而化学又是一种应用物理学。因此，当你非要刨根问底时，所有的事物，包括我们和其他生物，都是物理学而已！这正是许多科学家所支持的论点，他们认为量子力学必须深层次地参与到生物学中，但他们同时也认为量子力学在生物学中的角色是无足轻重的。这些科学家想表达的观点是：因为量子力学的规则描述了原子的行为，而生物学毫无疑问地包含了分子间的相互作用，那么量子力学的规则在生物学最微观的层面一定也适用--不过也仅仅在这些最微观的层面适用，而在对生命至关重要的一些宏观过程中，量子力学只有很少的作用或是根本就没有作用。

  那是什么力量在物理实验室之外使量子行为消失了呢？答案与粒子的排列方式及其在大型宏观物体中的运动方式有关。原子与分子倾向于在非生命固体内随机地散布及无规则地振动；在液体与气体中，由于热的关系，它们也会持续地随机运动。这些随机的因素--散布、振动与运动--导致粒子波浪式的量子性质迅速消失。因此，其实是一个物体的所有量子成分的整体行为，共同完成了对所有成分的“量子测量”，也因此让我们周围的世界看起来变得正常。然而，量子生命学奠基人薛定谔认为，生命是量子的，生命的秩序属于“来自有序的有序”。数量相对较少却高度有序的一些粒子或者量子现象，能对整个生命体造成巨大的影响，这正是约尔旦所说的“放大效应”。

  在«神秘的量子生命»中，作者用量子特有的相干性、叠加态、隧穿和纠缠态现象，对那些困恼我们的生物学现象进行解释，通过对生命科学以及量子力学的科普，并结合量子生物学的发展历史和最新研究进展，让我们普通人也能进入量子生物学这个最前沿科学的殿堂。然而，量子生物学毕竟属于前沿新兴科学，其理论很多仅仅是猜想，将那些经典物理学无法解释的，如微观粒子穿越能量壁垒，超级高效的能力用量子力学来解释，但其理论是不完备的，有的看起来合情合理，有的却感觉牵强附会，甚至被很多科学家所嘲笑，用来证明理论的案例和实验结果，也更多的是个案，并没有形成范式形式的证据链条。但是，作为宇宙“终极解释”之一的量子力学，为什么不能用来解释宇宙的奇迹--生命呢？

• “人造生命”意味着多少可能性？

  作者：ly的读享生活 发布时间：2016-09-05 09:31:13

        有个流传很广的科学假设：一只猴子拥有无限生命，它不停地随机打字，尽管需要漫长到难以想象的时间，总有一天会碰巧打出莎士比亚全集；假如这只猴子不停地随机排列原子，总有一天也会碰巧创造出一个“有意识的生物”。猴子造出万物？不，最初的生命只是原子们恰好遇到了合适的排列方式。

  　　这则假说探讨生命的起源。很有趣，不过看上去实在太简单了。我们来听听两位顶尖的量子生物学家，英国萨里大学物理学教授吉姆•艾尔－哈利利和分子遗传学教授约翰乔•麦克法登，在他们引人入胜的科普著作《神秘的量子生命》之中，对这个问题是怎么说的。

  　　假设现在来制造“原始汤”。搅拌、搅拌，感受一种力量的驱使；搅拌、搅拌，不停地搅拌。请问要到什么时候？100万年？1亿年？1000亿年？得了吧，我们又不是猴子。实际上，要靠这样“纯粹的偶然”让生命诞生，是不可能的。两位学者认定：“在此之前一定有更简单的自复制体”。那么，早期的自复制体长什么样子呢？它们又是如何运转的呢？根据目前最可靠的“RNA世界假说”，这个自复制体叫做核酶，这是一种具有催化反应功能的RNA分子。核酶的自我复制是个非常复杂的过程。如果以猴子那种劳作效率，你和我包括咱们最老的祖宗，估计现在连一根毛都看不到呢！这个过程需要海量的数据运算，目前的电子计算机大概都会罢工，必须得靠量子计算来完成。

  　　这里还有一个困难。两位量子生物学家提醒我们，要想进行量子计算，量子位必须处于相干且纠缠的状态。如果一个分子不具备量子力学的性质，并处于无法自我复制的错误原子排列状态，要尝试一种不同结构，就须经历同地演变般漫长的分子键分解和重组过程。与此相反，具备了以上前提的原始复制体才会在量子世界中持续重复这一过程，寻找实现自我复制的可能性。对生命起源的解答所涉及的量子力学，虽然还只是猜测，但说明量子相干性的确在其中扮演重要角色。

  　　原始世界必须依靠想象，但通过当下的生物研究可以推证。我们都学过“光合作用”，这是生物界赖以生存的基础。可是，传统观点以为光合作用的能量是随机游走的。《神秘的量子生命》认为，这是个大错误！如果是随机游走的穷举法，如果能量不是取道最短，大部分乃至全部能量都会在传递中消耗殆尽。快，快，快！赶快到达反应中心。快，快，快！哪条路径最近？量子计算瞬间解决。光合作用传递效率几乎是100%。这是经过美国科学家格雷厄姆•弗莱明及其团队严格验证的，叶绿素分子能执行一种特殊的检索方式，这被称为“量子漫步”。动物世界同样奇妙。小丑鱼“闻出”回家之路，因为量子力学中的非弹性电子隧穿，是产生嗅觉的关键。帝王蝶与知更鸟在长途迁徙时能辨明方向，自旋单态和三重态之间微妙的平衡性，让鸟类可利用地磁导航。

  　　那么，如果人类掌握了生物体的量子计算过程，是不是就意味着能创造生命了？新兴的合成生物学是21世纪最受关注的学科之一。其代表人物克雷格•文特尔因在人类基因组工作中的杰出贡献而被称为“人造生命之父”。他和他的团队制造了第一个合成染色体生殖支原体。文特尔同样认为，当下处于数字生物学时代，布朗运动是生命驱动力。如同薛定谔在1944年在《生命是什么》中所言：“在一个生命有机体的范围内，那些发生在空间上和时间上的事件，如何用物理学和化学知识来解释呢？”尽管文特尔的技术从严格上讲还不算是创造新生命，但他为量子生物学开启了一片新天地。而且这项技术很有可能将衍生出制备药品、种植庄稼、分解污染等更有效的方法。这项技术还呈现了这样一幅场景：以电磁波形式发送数字化DNA密码，然后在另一个地方接收后重新排列组合，我们就可以实现瞬移啦！

  　　美国“科学狂人”雷•库兹韦尔的梦想是实现“人机合体”。冰冻刚刚死亡的大脑，及时检测并储存必要数据，然后下载、传达给智能机器——智能拥有了思维意识，死去的人就以机器形态复活。听上去很科幻，但据说他的科技预言在过去30年里有86%成真。他的想法并非全无道理。现在看病经常用到的核磁共振就是一种生物磁自旋成像技术，而自从理查德•费曼提出量子计算机构想后，包括中国在内的世界各主要国家都投入了大量人力物力在开发。2013年6月8日，由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队的陆朝阳、刘乃乐研究小组，在国际上首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验。

  　　从地磁指南针到酶促反应，从光合作用到遗传再到嗅觉，这些问题终究没有脱离传统化学和物理学范畴。量子生物学并不止步于此，还要解决“心智之谜”。意识是什么？是所有生命的共同特征吗？《神秘的量子生命》的两位作者提出，“思维是对大脑中复杂信息的整合，以塑造对我们有意义的概念”。法国探险家让-马里•肖韦的手电筒照在洞穴岩壁上，壁画进入他眼帘的一瞬间，仿佛三万年时光倒流，现代人心智和原始人心智奇妙地撞击在了一起。通过科学还原和想象力的充分发挥，本书作者给我们营造出形象生动的旧石器时代的人们在岩壁上作画的场景。野牛尸体横躺在地，原始艺术家用眼看、用鼻闻、用耳朵听、用手触摸。和野牛有关的信息通过神经元的“点”信号到达艺术家的大脑。这是艺术家体内一股股从感受器到大脑特定区域的电流脉冲。“感官信息的整合形成了有意义的概念，而概念的整合则产生了意识。意识驱动了大脑的思维活动，思维活动继而驱使身体发生物理运动。”通过量子力学解释思想产生，这是一个让人心潮澎湃的过程。

  　　照史蒂芬•平克的说法，自然选择让我们更好地应对所处的世界，心智让个人都成为一定程度的创造者，天才只不过是最具推理能力的人。这种推理能力，在本书中反映为一种量子计算能力。从理论上讲，当智能机器极速运算到达一定程度，就会产生一定的自主意识。1997年“深蓝”战胜卡斯帕罗夫，今年初李世石败于“阿尔法围棋”，世人对“人不如机”深感震惊。到底是人类创造新生命，还是机器取代人类，或者人机同行，人与万物共发展？本书用科学解答我们的疑虑：当量子物理遇到生物工程，未来的世界将多出哪些可能性。