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PG讀書會2:《薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》

說起薛丁格,大家可能跟我一樣都想到的是「薛丁格的貓」。

薛丁格貓(英語:Schrödinger’s cat)是奧地利物理學者埃爾溫·薛丁格於1935年提出的思想實驗

透過此思想實驗,薛丁格指出應用量子力學哥本哈根詮釋於宏觀物體會產生的問題,以及其與物理常識間的矛盾,在此思想實驗裏,由於先前發生事件的隨機性質,貓會處於生存與死亡的疊加態

今天我們來看看薛丁格本人寫的書,主題並不是物理,而是關於「生命」。


《薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》

這本書帶來的影響

薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》這本書原本只是一系列通俗科學演講的結集,沒想到這本為非專家所寫的書,最後卻成為發現DNA結構、並導致分子生物學誕生的關鍵著作。

書本發行當時,分子生物學剛起步,後世不少重量級的分子生物學者都曾表示他們受薛丁格這本書影響很深。

例如發現DNA結構的華生(J. Watson)和克里克(F. Crick)都曾說過他們透過這本書才體認探索「基因的結構雙螺旋鏈」不但有趣,而且非常重要。

另一位生物學家古爾德(S. J. Gould)也說,《生命是什麼?》是二十世紀生物領域最重要的書籍之一。


作者薛丁格居然是物理學家

埃爾溫·薛丁格(德語:Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger;1887年8月12日-1961年1月4日),是一位奧地利物理學家,1887年出生於維也納,1961年卒於維也納。

埃爾溫·薛丁格
埃爾溫·薛丁格

薛丁格曾在最有貢獻的物理學家排名第八位,以研究量子理論聞名,並以著名的波動方程式開創了波動力學,因而獲得1933年諾貝爾物理學獎。

知名的英國科學雜誌《物理世界》(Physics World),在1999年12月號千禧年特刊按照對人類科學的貢獻,作了一份物理學家排行榜。

它是由全球130多位有代表性的物理學家,每人票選五位統計出來的。

當時月刊編輯強調,他們沒有在問卷中明示要從哪一個年代中選取,所以我們其實可以在最有貢獻的物理學家之前加上「有史以來」四個字。

薛丁格在這名單中排名第八,在他前面依序是大家熟知的愛因斯坦,牛頓,馬克士威(J. C. Maxwell),玻耳(N. Bohr),海森堡(W.Heisenberg),伽利略,以及費曼(R.Feynman)。

狄拉克(P. A. M. Dirac)與薛丁格同票數,並列第八。

雖然排名主觀,但足見上榜的學者已是眾所公認的物理界巨擘。

薛丁格能躋身愛因斯坦與牛頓之列,是因為他的波動方程式創建了波動力學,他和建立矩陣力學的海森堡共享發現量子力學的榮耀,獲得1933年諾貝爾物理學獎。

這也是《薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》這本書有趣之所在,你能想像居然是由一個物理學家在1944年跨界研究的書,也因為這一點,影響後世深遠。


我從本書學到的三件事

一、從不同領域的角度探討同件事物,會帶來不同解讀

薛丁格在這本書以物理學家的角度來探討「生命是什麼?」這個問題。


最一開始人們認為的「生命」

一開始人們認為生命的新陳代謝過程,目的就是和外界交換物質,並在這個過程中補充生命活動所消耗的能量。

但在薛丁格看來,單純的物質交換跟能量獲取並不相關,因為生命個體內的一個碳原子和食物中的一個碳原子是一樣的,生物體內的一卡路里能量和體外的一卡路里能量也是等價的。


薛丁格從物理學家的角度解讀「生命」

他反而提出不一樣的觀點,他從熱力學第二定律來說明生命。

根據維基百科,化學及熱力學中所謂「(英語:entropy)」,是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數,也就是當總體的熵增加,其作功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指標。

「熵」也被用於計算一個系統中的失序現象,也就是計算該系統混亂的程度。

薛丁格認為,生命是有秩序的,否則就不是生命,可以輸入「負熵」的便是生命。

生命系統從外界輸入「負熵」,陽光是整個地球上所有生物所汲取負熵的根本來源,植物吸收陽光,動物吃植物的同時也吸收了植物體內的從太陽那裡獲得的負熵,生命吸收來的熵可抵消系統的熵值增長,從而維持和發展系統的有序化。

從這個角度,我們日常生活中吃的不是食物,而是秩序和穩定。

薛丁格認為,生命的本質其實是一種能夠穩定、連續存在並且可以一定程度上維持其有序性的有機物整體,而生命與非生命最大的區別就在於能夠自發維持其自身的有序性。

熵這個概念只是為我們認識世界提供了一種方式,雖然從後世看能有更完整的解釋,但我覺得在那個時候能提出這種跨領域、開創式的見解,實在不簡單。


二、專家不僅專業精通,而且觸類旁通,同時兼具深厚的人文科學素養,能文能武

1887年8月12日,薛丁格出生在一個富有的維也納家庭,是家裡的獨子,與愛因斯坦和發現X射線的倫琴一樣,薛丁格也出生於一個手工業主的家庭。

他的父親魯道夫·薛丁格繼承家族的工廠,足以保證全家無經濟窘迫,讓薛丁格從小生活在比較優裕的家庭環境中。

要知道,學術研究在當時的歐洲是十分休閒的活動,被上流社會發展為一種業餘愛好。

薛丁格的父親則是一個業餘的植物學狂熱愛好者,在學術期刊上發表論文,薛丁格的學術啓蒙受父親的影響很大。

1906年,19歲的薛丁格以首屈一指的成績通過畢業考試,進入維也納大學,主修他喜愛的物理和數學。

維也納大學(Universität Wien)

後來則在維也納大學開始自己的學術生涯,與愛因斯坦、普朗克、玻爾茲曼彼此保持著書信的溝通,有著相互促進式的切磋和借鑒,同時與「哥本哈根學派」展開辯論,透過辯論的較量促進量子物理的發展。

從1922年到完成突破性工作、提出波動方程的1926年之間,薛丁格發表了6篇關於統計力學的論文、5篇關於色覺的論文、4篇關於比熱的論文、4篇關於原子結構的論文,以及1篇關於相對論的論文。

這些論文是薛丁格當時在物理學界地位的一個重要標誌,因其對量子物理的貢獻與狄拉克分享了1933年的諾貝爾物理學獎。

一般公認薛丁格在1926年寫下的波動方程式是最佳理論工具,每一位想要了解微觀世界的學生,都得熟悉薛丁格方程式。

作為一個物理學家,薛丁格從物理學的角度切入生物學,他的智慧讓人嘆服,他所提出的遺傳基因,在當時的社會尚屬新鮮事物,鮮少有人瞭解遺傳的本質。

他所提供的角度,物理學與生物學的交融,為生物學研究提供了嶄新的思路。

受到他的啓發,一群物理學家紛紛跑去研究生物學,弗朗西斯·克里克(Francis Harry Compton Crick,1916年6月8日-2004年7月28日)便是其一,他在1953年發現了DNA雙螺結構,打開了分子生物學的大門。

由此可見專家不僅專業精通,而且觸類旁通,同時兼具深厚的人文科學素養,能文能武。


三、專精興趣,大器晚成

薛丁格是《大器晚成》的例子,台大物理系高涌泉教授在專文導讀寫道:

薛丁格是唯一過了35歲才有重要成就的學者,其他人都在20來歲就已鋒芒畢露。

以同樣因量子力而入榜的海森堡和狄拉克來說,他們的成名作在24歲以前就已完成,而薛丁格在1926年已經38歲了。

他那時雖已是蘇黎士大學教授,但尚未有任何驚世之作。

難免有些人會認為薛丁格只是應運而起,不像其他人有過人的天才,能夠創造時勢。

這樣的想法太過膚淺,低估了「天才」這個概念的複雜性。

其實真正的高手對薛丁格的評價是很高的。

有人曾向狄拉克問起對薛丁格的看法,狄拉克回答:

「我會把他緊排在海森堡之後,不過從某方面講,薛丁格的腦力還要勝過海森堡,因為海森堡有實驗數據的幫助,而薛丁格只能靠他的頭腦。」

——台大物理系高涌泉教授專文導讀

薛丁格的故事讓我想到《大器可以晚成》這本書所分享的觀點:大器不僅可以晚成,只要找到自己的步調,在任何人生階段都能有不同的發揮,獲得各式各樣的成就

大器晚成,正是薛丁格其他物理巨擎不同之處,他比其他物理巨擎花了更多時間探索人生和興趣,最終才達到他的高度。

當他人看他人平步青雲、年輕有為,而自己卻原地踏步,如果他心想技不如人,是否就會放棄?

只有找到自己的興趣、耐心耕耘以及等待,才能擺脫著急的心態,讓年齡變成優勢,讓自己隨著時間變得更有智慧。

在投資又何嘗不是這樣呢?

我們都急著想要在幾歲存到多少,就像我給自己的目標是在30歲存到一千萬,但年近三十,卻還有一段距離。

回過頭來看,數字的增長會帶來明顯快樂增長嗎?好像也沒有。

後來我讀到《金錢超思考》我才知道,金錢的增加不等於快樂,原因在於我們很快就會適應了下一個階段,導致我們只是在追求更好,追求更多。(延伸閱讀:《金錢超思考》心得筆記:為什麼有錢之後並不會比較快樂?

在投資時,時間往往是最大的武器,也要好好善用自己的時間紅利,畢竟金融市場的本質就是配置資源以及時間,耐心等待,一切終將開花結果。

大家總喜歡舉巴菲特為例,但實際上的確可以看到,他大多數的財富都是在50多歲後才累積出來的,及早開始投資、專注在自己的興趣上,然後給自己的雪球很長很長的坡道,最終都可以慢慢致富。


一句話形容這本書

如果要我用一句話形容這本書,我會這樣說:

在這本書裡看到的,不僅是科學,還有人文。


心得以及我認為生命是什麼?

閱讀本書時,由於物理大多都回給國高中老師,有部分讀起來略微生硬,不過出版社在本書開頭也請到台大物理系高涌泉教授專文導讀、台大生化所楊啟伸副教授撰寫2016全新導讀,對於普通讀者助益慎大。

我讀這本書是因為這問題實在是值得思考,到底生命是什麼呢?

我認為,生命是出生以及死亡之中的總和,它是由中間美好以及不美好湊再一起的巧合,生命也是宇宙在奔向熵最大的死寂過程中,為自己創造的觀眾。

感謝這本《薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》,讓我有機會探討科學巨人的精神之源。



感謝你閱讀這篇文章,我是一個28歲離開警察職務,現在在金融投顧業工作的投資顧問。

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