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楼主: 杨鸿智
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专集

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 楼主| 发表于 2005-6-15 00:10:44 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

    《速度有其极限》
    第二次世界大战前,飞机的速度远远落后于声速。今天,超音速飞机早已出现。无线电波以光的速度传播。那么,我们能否创造出“超光速”电讯设施来传递信息呢?这是根本不可能的。假如能够以无限大的速度传递信息,那么我们就能够建立这样的一种理论:任何两个时间的同时性是绝对的。如果关于第一事件的无限快的信息同关于第二个事件的信息同时到达,我们可以说,这两个事件发生在同一时刻。这样,两个事件的同时性这一概念,就获得了绝对的特点,而不管与这一结论有关的参照系的运动情况如何。但是,实验证明时间的绝对性是不可能的。由此,我们得出结论:信息的传递不可能是瞬时的。从空间一点传到另一点的信息传递速度,不可能大于某一极值,该极值即为速度的极限。这一速度极限等于光速。存在于宇宙的这一最高速的发现,是人类才智的最大胜利之一,也是人类实验能力的最大胜利之一。相对论表明,最高速度的存在决定于物质的内在本质。假定说,科学技术的发展,可使我们得到比光速更大的速度,这就象下面的说法一样荒唐可笑:在地球表面两万公里以外的地方并不存在任何点,但是,如果有人竟希望有朝一日,当地球上地形发生变迁的时候,在更遥远处发现地球上的新点,这显然是十分荒唐可笑的。正由于光速的最大速度,因而才使光速在自然界中发挥如此特别的作用。光速或者可以超过其它一切现象的传播速度,或者至少同其他现象的速度相同。假如太阳一分为二,形成两个星球,那么地球的运动自然也会发生变化。十九世纪的物理学家们由于不了解自然界里存在一个最高速度,他们很自然会设想:一旦太阳分裂成两个,地球的运动立刻会发生变化。但实际是,光从分裂后的太阳传到地球上尚需8分钟之久。这就是说,在太阳分裂8分钟之后,地球的运转才会开始发生变化。在这一时刻之前,地球仍继续按原来的方式运行。在太阳发生分裂后8分钟内,与太阳有关或发生在太阳上的任何现象,将不会对地球本身或者地球的运行产生任何影响。信息传递的最高速度,当然不会排除建立两个现象的同时性的可能性。我们必须做到的,就是注意观察信息的时间滞差。这就是通常的做法。建立同时性的方法,同这一观念的相对性是一致的。的确,为了减小时间的差别,我们必须将以光速传递的信息发生在两个地点之间的距离进行分割。
5. 反复无常的钟表和标尺
     《我们再次坐上火车》
    假定我们现在再次坐上爱因斯坦火车,在无限长的轨道上奔驰。在这条轨道上有两个车站,它们之间的距离是864,000,000公里。这列火车以每秒240,000公里的速度前进,需要1小时跑完这段路。两个车站各有一只钟表。一位旅客在第一个车站上车时,按车站的钟对了自己的表。当到达第二个车站时,他却吃惊地发现,它的手表慢了。这是怎么回事呢?为了弄清这个问题,让我们假定,这位旅客在车上点起一只火把,放置在车厢地板上。火把发出的光束很快到达车厢顶壁。在车厢顶壁与火把垂直处,有一面镜子,镜子又将光束发射回到火把上。这时旅客看到光束往返的路线是垂直的。但是,月台上的人看到的情景却很不相同。月台上的观察者看到,在光束从火把到达镜子的过程中,由于火车的运动,光线的传播路线是向后倾斜的。在这一过程中,光束经过的路线是一个等腰三角形的两腰长的和。通过这一事实使我们发现,月台上的人看到光束在这一过程中传播的距离是一个等腰三角形的两腰之和。而火车上的人看到光束传播的距离则仅仅等于这个三角形高的二倍。显然,前者的长度大于后者。另一方面,我们知道,光速是一种绝对速度。对于火车上的人和月台上的人来说,光速当然都是相同的。于是我们就得出结论:从月台来看,光从射出到返回所经过的时间要比从火车上看经过的时间长。
    《自相矛盾的钟表》
    从上面的事实我们很容易计算出这样的结果:从车站上经过了10秒钟,而火车上看仅仅经过了6秒钟。这就是说,根据车站的钟表,如果火车运行一小时到达另一车站,那么按照乘车人的手表,火车仅仅运行了36分钟。换句话说,乘车人的手表要比车站上的钟表每小时慢24分钟。显而易见,这列火车的速度越快,时间滞差就越大。如果将火车的速度提高到接近光速,那么车站上一小时的时间,在火车上的速度就能减小到极小。由此我们得出结论:一切运行中的钟表比静止的钟表要慢。这是否与我们提出问题所依据的相对论相矛盾呢?这是否意味着最快的钟表就是处于绝对静止状态的呢?不是。情况并不如此。因为火车上的钟表和车站上的钟表的快慢,是在完全不同的条件下进行比较的。实际上,这里有三个钟表,而不是两个。这位旅客是根据两个不同车站上的两个不同的钟表来校对他的手表的。相反,如果在这列火车的前后车厢都有一只钟表,当火车飞驰之际,旅客将车站钟表同前后车厢的两只钟表对照时,他就会发现车站钟表所表示的时间,总是落在后面。假定这列火车相对于车站作匀速直线运动,那么,就可以认为火车是静止的,而车站是运动的。自然界的规律对于他们来说都是相同的。当一个观察者相对于它的手表处于静止状态时,他就会发现下列事实:相对于他处于运动状态的钟表,总是比他自己的表快;而且这些运动中的钟表运动的速度越快,它们所表示的时间就越快。这一现象和下面的实例是一个道理:两个站在两根不同电线杆旁边的观察者,都从各自所处的位置来断定他们各自观察电线杆的角度要比对方的观察角度大。
    《步入将来》
    现在让我们假定,这辆爱因斯坦火车沿着一条圆形轨道,而不是直线轨道运行。火车经过一段时间的运行,就会回到它出发的地方。就象我们在前面讨论过的那样,这时乘车的人就会发现他的手表慢了。而且火车运行得越快,它的手表慢的就越多,如果不断增大火车的速度,直至火车运行速度增大到某一数值时,就可能出现这种情况:乘车人仅仅经过了一天的旅程(根据他自己的手表所表示的时间)回到他出发的车站,对于车站上的人实际上确实数年已经过去了。在这一圆形轨道上旅行的过程中,只有两只钟表——火车上的钟表和出发车站上的钟表。上面讨论的问题是否与相对论相矛盾呢?我们可否认为旅行者是处于静止状态,而出发时的车站则是以爱因斯坦火车的速度沿圆形轨道运行呢?如果是这样的话,我们就会得出这样的结论:车站上的人仅仅经过了一天的时间,而火车上的旅行者则度过了数年。这一结论是错误的。下面我们谈谈为什么是错误的。我们已经讨论过,只有当一个物体不受任何外力的作用时,才能认为这一物体是处于静止状态。正如我们已经知道的,两个静止的物体,可以是相互处于匀速直线运动中。这也就是说,两个相互处于匀速直线运动的物体是静止的物体。但是在圆形轨道飞驰的爱因斯坦火车上的钟表,却承受着离心力的作用,所以我们不能认为这只钟表是处于静止状态的。车站钟表和火车上的钟表所表示的时差是绝对的。假如两个人在分别时,他们的表所指的时间是一致的,然后两人又相会了。处于静止不动或以匀速直线运动的人所携带的表就会快,因为这只表没有经受任何外力的作用。设想我们乘上一列以接近光速飞驰的火车。在这列火车上,可以使我们进入将来,但不可能回到过去。为什么不能回到过去,也就是说,为什么不可能看到过去的事件重演呢?狭义相对论告诉我们,物体运动的速度,只能接近光速,而不能超过光速。实际上人们还未发现过比光速更快的运动。例如,我们可以得到高速运动的电子,它们的速度可以接近光速,但从未发现超光速的电子。进入将来只不过从表面看是矛盾的,实际上这是相对论阐述的客观规律。
    《星球旅行》
    宇宙空间有很多离我们远达40光年的星球。我们已经知道,不可能有比光速更快的速度。因此可以得出这样的结论:我们要到达这样的一个星球上去,不可能少于40年的时间。但是这样的一个推论是错误的,因为在做出这样一个推论时,没有考虑到运动中时间的收缩。假定我们乘一艘飞船,以每秒240000公里的速度飞向距地球40光年的一个星球,需要50年才能到达。但是当我们乘上以如此高速飞行的飞船,时间将以10比6的比率收缩,于是我们就只需要30年,而不是50年到达这个星球。我们可以尽量提高宇宙飞船的速度,以至将速度提高到接近光速,以便减少我们到达这一星球的飞行时间。从理论上来讲,将飞行的速度提高到足够的程度,我们能够在一分钟之内到达这一星球,而且再返回地球。但是就在这同时,地球上已经过去了80年。这样一来,从表面上看我们发现了一条延长人类寿命的途径,尽管一个人的年龄是以他自己实际经历的时间而定。所谓延长寿命,只不过是从另外一些人的角度来看的。然而遗憾的是,如果我们对这一问题进行更深入的探讨,就会发现,所谓延长人类寿命这种前景只不过是虚妄的幻象而已。首先,超越地球引力而进入任何可见宇宙领域后,人体不能适应那种长期加速度状态。要将速度提高到接近光速,需要相当长的时间。其次,人类无法承担星际旅行所需要消耗的能量。实际上,即使是宇宙飞船达到比光速还要小几万倍的第二宇宙速度所需要的能量已是非常巨大,而我们设想中的宇宙飞行所需要的巨大能量就可想而知了。

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 楼主| 发表于 2005-6-15 00:11:16 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

    《长度的收缩》
    我们已经发现,时间并不是一个绝对概念。时间是相对的,而且必须根据观察时间的参照系来确定某一具体时间。现在我们来讨论空间。在讨论麦克尔逊实验之前,我们就已经发现空间是相对的,然而,我们仍然认为体积是物体的属性。物体的这一属性是不以观察它的参照系而转移的。但是,相对论又使我们放弃这一信念。就象由于我们接触的速度总比光速小得多,因而产生了认为时间是绝对的这一偏见一样。我们设想,那列爱因斯坦火车现在要通过一个2400000公里长的车站月台。火车从月台一端到达另一端,按车站钟表需要10秒。但是按火车上乘客的手表,火车通过月台则只需6秒。所以乘客完全有理由得出这样的结论:月台不是2400000公里长,而是240000X6=1440000公里长。这里我们看到,从相对于月台处于静止的参照系来看,月台较长;而从相对于月台处于运动状态的参照系来看,则月台较短。由此可知,一切运动中的物体,沿运动方向而收缩。但是这种收缩根本没有证明运动是绝对的:一旦我们从相对于一个物体处于静止的参照系来观察该物体时,这一物体就有其真实的体积。同样,火车上的乘客会发现月台收缩了,而在月台上的人则会认为这列爱因斯坦火车变短了。这种现象也并不是一种光幻觉。用任何测长仪器来测量,都会得到同样的结果。同这一发现有关,现在必须纠正我们前面做出的关于爱因斯坦火车上前后两门打开时间的结论。在“早”与“迟”这一节里,当我们以月台上观察者的角度,来测算前后两门打开的时间时,我们假定运动中火车的长度与静止火车的长度是相同的。但实际上对于月台上的人来说,火车要短些。同样,根据车站钟表,打开前后门所经过的时间间隔,实际上等于24秒。而不是10秒。当然,这一纠正,对我们前面已经作过的那个结论,并没有实质性影响。从长度的收缩,我们顺便谈一下标尺的收缩。我们要问,飞船飞行的时候,飞船上的标尺和地球上的标尺是一样长吗?我们已在前面讨论过,空间的量度与观察这一量度的参照系有关。所以,在飞船上的尺和地球上的尺是不会一样的。通过火车相对于月台的长度问题的讨论,我们得知:沿运动方向固定在高速运动飞船上的尺,如果由地球上的人来观测,就比飞船上的人观测的长度短。至于长度收缩多少,是与飞船飞行的速度,也就是两个参照系之间的相对速度有关。
    相反,固定在地球上的尺的长度,若由飞船上观察者来观测的话,则沿运动方向的长度不是伸长,也是缩短。由此,我们得出结论:当一个物体对于某参照系是静止的时候,就这个参照系来看,物体长度最大。沿垂直于运动方向时,长度则不发生变化。这种长度收缩的现象是真实的吗?这是不容怀疑的。不但运动的物体沿运动的方向产生收缩,而且收缩遵循着一定规律。这些都已从实际现象中得到证实。我们平时看不到这种收缩现象,是由于在低速缓慢的运动中,这种现象是不显著的。例如,即使物体运动速度达到每秒3万公里,长度的收缩也不过是千分之五。但是当物体运动速度接近光速时,情况就不同了,这时候长度的收缩非常显著。静止的时候,一米长的尺,沿相对运动方向的长度就会收缩成几厘米。如果物体速度变得就等于光速,那么长度就会缩减成零。然而,这是不可能的。这一点也说明了光速是速度的最高限。一般物体的速度,无论如何也不会达到光速的。
    《反复无常的速度》
    如果在以每小时50公里的速度运行的火车上,一位乘客以每小时5公里的速度朝着车头方向行走。那么相对路轨而言,这位乘客的速度是多少?显然,他前进的速度是每小时55公里。这一回答是根据速度相加定理得出来的。而且我们认为,这一回答毫无疑问是正确的。确实是这样的:火车一小时运行50公里,火车上的人又在这一小时内行走了5公里。于是人一共走了55公里。但是,因为有一个最高速度的存在,所以使速度相加定理不能普遍适用。比如说,爱因斯坦火车上的乘客以每秒100000公里的速度行进,那么相对路轨而言,它的速度就是每秒340000公里,但是由于这一速度超过了光速,所以这样的速度是根本不可能的。于是我们通常运用的速度相加定理,不是在任何情况下都是精确无误的。它仅仅适用于比光速小得多的低速度。在关于相对性原理的讨论中,经常要提出与各种同传统观念相反的论点。速度相加定理,就是我们根据这种表面看来是合理的论点推导出的。根据这一定理,我们将火车在一小时内运行的距离,同乘车人在车上沿火车运行方向一小时内运行的距离相加。但是相对论告诉我们,这两个距离是不能相加的。另外,要求的相对于车站乘车人的前进速度,必须按车站钟表计算出乘车人一小时前进的距离。而要求的乘客在车上的速度,必须使用固定在这列火车上的钟表。我们已经知道,这两处的钟表所表示的时间是大不相同的。由此我们得出这样的结论:接近光速的高速度的相加方式,同我们所习惯的速度的相加方式是很不相同的,我们可以通过实验来观察这一速度相加现象。例如,可以通过观察光在水中传播的速度,同光在静止水中传播的速度与水流速度的和并不相同,而是小于后两者的和。这一发现也要归功于相对论。假如两个速度相加,其中一个速度恰好是每秒30万公里,那么速度相加就会有一种非常特殊的情况出现。我们知道,光速具有永恒不变的特性,因而不必考虑观察这一速度的参照系的运动情况。假如我们将任何一个速度,同每秒30万公里的光速相加,仍会得到每秒30万公里的速度。根据速度相加并不能普遍适用这一现象,我们可以作一简单的比较,来进一步说明这一现象。我们知道,任何一个三角形三个内角的和等于两个直角(180度)。现在设想,在地球表面画一个三角形,这个三角形三个内角的和就会大于两个直角。这是由于地球是圆的,因而这个三角形不是在一个平面上。仅当三角形的面积近于地球表面这样大的面积时,上面提到的两个三角形的不同才能被发现。只有当我们讨论普通速度时,才能运用速度相加的一般原理。这就象测量地球表面的小块面积时,才能运用平面几何学的原理是同样的道理。
6. 质量
    《质量》
  在一般情况下,物体的质量不因静止或运动而有所变化。一个人在地上站着,质量是60公斤,当他乘上运动的火车,质量还是60公斤。这在低速世界当然是事实的。可是当这个人乘上高速运动的飞船的时候,它的质量却不是60公斤了,而是比60公斤要多。飞船的速度和光速越接近,人的质量变化就越显著。如果飞船速度达到光速,人的质量将变成无限大。当然这是不可能达到的。这也说明,一般物体的速度不可能达到光速。现在我们进一步来讨论这一问题。设想我们要使某一惯性物体以某一确定的速度运动,这就必须将一定的力作用于该物体。如果没有外力,比如摩擦力,来阻滞物体的运动,我们将能按需要来加速物体运动的速度。我们发现,用一定大小的力加速不同物体的运动,使其达到所需要的运动速度,就必须用不同的时间。为了排除摩擦力,我们设想,在宇宙空间由两个同样大的球体,一个用铅做成,另一个用木做成。现在用同样的力作用于这两个球体,直到将它们的运动速度增加达到每小时10公里。显然,将一定的力作用于铅球的时间,比作用于木球的时间要长些。铅球的质量比木球的质量大。在恒力作用下,速度的加大是与时间成正比的。所以质量与加快一个惯性物体运动速度所需时间有关。这就是说,质量同时兼有一定的比例,其比例系数由所加的力而定。
    《质量的增值》
  质量是一切物体的重要的属性。我们习惯于永恒不变的物体质量,即物体的质量不因物体运动速度的不同而不同。这同我们下面的结论是一致的:在一种恒力的持续作用下,速度的增加与力作用于物体的时间长短成正比。这一结论是基于速度相加定理之上的。但是我们在前面已经证实,速度相加定理不能在一切情况下都适用。比如说,我们用两秒的时间,对一个物体施加一定的力之后,将获得多大的速度呢?我们通常使用普通的速度相加规则求物体的末速度,即把第一秒末的速度与物体在第二秒获得的速度相加,以求得第二秒末的速度。我们可以这样继续不断的加下去,一直到使物体运动的速度接近光速。在这种情况下,速度相加这一陈旧的定理就不再适用了。根据相对论的观点,速度相加定理在这种情况下就无能为力了。如果继续运用这一陈旧定理,我们得到的速度就要比预想的速度小。这就是说,在高速运动中,速度的加大不再同对物体加力的时间长短成正比。换句话说,虽然以同样的时间将一定的力作用于物体,但是物体运动速度的加大率,要比在低速运动中小。出现这种情况是很自然的,因为宇宙间存在一个最高速度。如果将恒力作用于一个物体,当这个物体的运动速度在逐渐接近光速的过程中,它的运动速度加大的比例就会越来越小。因为物体运动的速度永远也不能超过速度的最高极限,即光速。只要物体运动速度与物体外加力的时间是成正比例的增加,我们就可以认为,质量与物体运动速度是无关的。但是,一旦物体运动速度接近光速,时间与速度的增加就失去了比例,于是质量就变得与速度息息相关了。由于时间可以无限加长,而速度却不能超越最高极限。由此我们发现,质量随速度的增加而增加,而且当物体运动速度达到光速时,质量就成为无限大。
  计算结果表明:运动物体的质量随其长度的缩减而增加。这样,一列爱因斯坦火车在以每秒24万公里的速度运行时,其质量要比它在静止时大10/6倍。很显然,与光速相比,我们日常接触的一般速度就显得微不足道了。所以在低速世界里,我们可以不考虑质量在运动中的变化,也不必考虑物体运动速度与其体积之间的关系。同样,也不必考虑两个事件发生之间的时间间隔同事件观察者的运动速度之间的关系。质量与速度之间的关系,是根据相对论的理论推导而出。要观察和检验这两个之间的关系,我们可以进行对电子的快速运动情况的观察实验。利用现代实验设备,使电子以接近光速的速度运动已是相当普通的事。在加速器中,能将电子运动速度加大到仅仅比光速低每秒30公里。 实验结果表明,现代物理学完全能够将处于高速运动中电子的质量同静止电子的质量加以比较。实验也充分表明,质量与物体运动速度息息相关。这也是相对论阐明的客观规律。物体质量的增值与作用于物体的力有密切的关系,而且有一定的比例关系。一切作用于物体的力,以及任何物体能量的增值,都会使物体质量增加。这就是当物体被加热时,其质量就比未加热时大的原因。这也就是当弹簧被压缩时,其质量就增加的原因。但是质量变化同能量变化之间的比例系数是微乎其微的。例如:要使一个物体的质量增加一克,就必须对该物体施加2500万千瓦小时的能量。这就是在一般物体情况下,物体质量的变化是非常微小的原因,即使是运用最精密的仪器,也无法测量出来。如果将一吨水从零度加热到沸点,其质量大约会增大一百万分之五克。
  在现代物理学中,我们也观察到质量的变化起着非常显著作用的现象。例如,当原子核相互碰撞后产生新的原子核的现象。又如,当一个锂原子与一个氢原子相互碰撞,产生两个氦原子。再这一过程中,氦原子的重量比原物质的质量减少四百分之一。前面已经提到,将一个物体的质量增加一克,必须对该物体施加2500万千瓦小时的能量。因此,将一克锂和氢转变成氦需要的能量就比上面这个数字小400倍,即62500千瓦小时。

63
 楼主| 发表于 2005-6-15 00:11:46 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

《结束语》
  
  相对论揭示了我们周围世界大量令人惊异的现象,而且精确而令人信服的大量实验,使我们必须承认相对论的正确性。相对论揭示的大量现象,如果是粗略的观察,往往会被忽视或者不易理解。相对论对人类通过实践经验积累起来的基本观念,带来了极其深远和根本的变化。那么,这是不是说,由于相对论的出现,以前长期发展起来的物理学理论,就像一只旧鞋一样而被抛弃呢? 如果是这样的话,那么,就没有必要从事科学研究了。新的理论必将不断出现,而且不断改变旧的理论和旧的观念。设想,如果一位乘上一般火车的旅客,一上车就开始矫正他的时间,因为根据相对论的理论,他的手表将比车站的时钟慢。这时,大家都会把他的做法当成笑柄。发动机设计家门是根据经典物理学的原理设计发动机,而且他们将继续这样做下去。因为,如果他们根据相对论来改进发动机的设计,那么这种改进的效果,就象把一个微生物放到发动机的飞轮上一样,丝毫改变不了发动机的性能。但是,研究高速运动的电子物理学家,却必须时刻记住运动速度同质量变化的关系。相对论决不排斥和否定经典物理学建立起来的观念和理论,而是大大扩展了经典物理学的领域。另一方面,相对论也规定了经典物理学理论和它建立起来的观念适用的范围,从而避免了导致错误的危险。相对论诞生以前,物理学家所发现的自然规律根本没有、也不可能被废弃,相对论只是明确地规定和限制了这些规律运用的范围。相对论物理学对经典物理学的校正,同高级大地测量学对基础大地测量学的校正大体相同。前者认为地球是圆的,而后者则忽视了这一点。高级大地测量学是从垂直的相对性出发。相对论物理学注意物体体积以及两个事件时间间隔的相对性,而经典物理学不研究相对性这一概念。同高级大地测量学是在基础大地测量学的基础之上发展起来的一样,相对论物理学是在经典物理学的基础上建立和发展起来的。如果我们假定地球半径是无限的,那么我们就能够从运用球面几何学的基本原理,转而运用平面几何学的基本原理来测量地球表面的面积。这样,地球就不再是一个球体,而是一片无限大的平面,那么垂直也成为绝对的了,三角形三个内角的和也恰恰等于两个直角三角形。如果我们假定光速是无限的,也就是说,光的传播速度是瞬时的,那么在相对论物理学中,也就会出现同样的变化。的确,如果光的传播是瞬时的,那么同时性这一概念就成为绝对的了,事件发生的间隔和物体的体积也就成为绝对的,而不必考虑它的参照系。于是,如果认为光速是无限的,那么,我们就应该保留经典物理学建立起来的全部观念。然而,企图将光速的极限性同旧的时空观混为一谈,就会使我们自己处于一种荒唐滑稽的境地。这就如同一个明明知道地球是圆的,但他还是固执地坚持,只有在他的家乡,垂直才是绝对的,从而不敢走出家乡一步,因为他害怕掉入浩瀚无涯的宇宙空间。
摘自《飞翔物理》(经校正)
《论坛反应与交流》
《博客中国 -> 博客论坛 -> 哲学与心理》
3565111:杨主任主要介绍了物理学知識。哲學和邏輯以比物理学更加深邃的目光,观察世界;和比物理学更加抽象,更加概括的语言描述宇宙。我的意思是:谈哲学和逻辑的内容太少了。哲学和逻辑比物理学更深刻。感谢楼下网友的指教。“这里是‘哲学论坛’不是‘少儿科普论坛”,我有同感。
菠萝菠萝蜜:楼上的文字组织能力有限,影响了拍马的精准度,遗憾啊~~(副主任给拍飞了)杨主任,在这里相对论已经不用“浅说”了(随便买张探索频道的光碟连小孩都知道“广义相对论了”),这里是“哲学论坛”不是“少儿科普论坛”,我想您不会傻到连论坛都分不清楚,毕竟是个“主任”啊,呵呵。我猜您在这里发“对少年儿童浅说相对论”的帖子可能有您的更深层的“哲学思考”。比如您可能想让大家“切身体会到相对论的魅力”。人们对不新鲜的又拖沓的文字“看一会”就觉得看了很久,很疲劳,最后只能记住文章的开头就是“杨主任为小朋友做了科普工作”,如此正符合了爱因斯坦的狭义相对论,又记住了“杨主任”,颇有深度。
*蓝色海洋*:有一点是肯定的,那就是爱因斯让大家知道了什么是相对之说。因此,对有些人来说,杨的说法就是为某些人准备的。
杨鸿智:感谢网友们的关注,谢谢!我的这一组文章的总题目是《后现代理论医学》,主要是写给医生看的,因此,在许多自然科学和哲学问题方面,我不得不采用科普的方法。因为医生的知识结构是有他的特殊性的。我不得不考虑读者的接受能力。希望哲学界的朋友给予理解。当然,网友们的说法都是对的。我来这里发表文章的目的正是为了听取哲学界专业人士对《后现代理论医学》的意见。《后现代理论医学》包括许多内容,有自然科学,有哲学,有医学。希望大家继续关注并给以指正。谢谢!
楚在边:医生有必要看"浅说"吗?我看杨先生还是不要折磨他们了.
杨鸿智:如果是做现在医院里常见的医生,我也知道是肯定不用看"浅说"。我想让医生看"浅说",是希望他们走出机械论的困境,解决机械论医生所不能解决的疾病。
《湘雅二院论坛>灌水论坛》
自由撰稿人:呵呵!好文章!楼主水平很高,应该做F2的院长嘛!现在公立医院大部分院长都是业务出生,管理出生的不多啊!医学和医院管理,在下认为应该跳出医学、医院来看,所谓“功夫在诗外!”坛子里学生读者居多,楼主的文章,真正理解的人不多!因为读者相对阅历太少,社会经验不多!很多东西,不是学位高就干得好的嘛!管理本身就是一门科学,而且这门学问不是光靠书本就能做好的,靠的是丰富的人生经历和对社会的理解!恕我直言,楼主的良苦用心,在这里不见得被人理解!不是有人叫嚣要封杀你吗?这就是明证!所以楼主应该上书国务院或者卫生部!那样效果比较好些!因为“真理总是掌握在少数人手中!”(引用CHAIRMAN MAO语)

64
 楼主| 发表于 2005-6-15 00:12:20 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

《中国思维 → 科学无界》
silin007:研相攻略:通读爱氏《浅说》破解“百年”疑团!百年以来亿万学子谁不想领悟爱氏相对论的真谛?但由于人们因盲目崇拜其伟大而盲目应用其思想,所以将其已经发展成为一个硕大无比的伟大学说,从而使人们无法真正了解其伟大之处究竞在哪里,进而使就其是否真的伟大的百年纷争至今无结果,因此无论持相的还是否相的想要结束这百年纷争,必须从爱因斯坦的《狭义相对论浅说》原文入手,因为只有他自己说的才是真正的狭义相对论思想,而知到了他自己是怎说的才能理解相对论的真谛,至于理解了相对论真谛自然就结束了这百年纷争,这就是研究相对论的快速取得成果的方法或攻略。
研相速成攻略案例:
《赵本山看爱因斯坦浅说狭义相对论》
引子
爱因斯坦的伟大与相对论的神奇令世人敬仰万分,而在世界物理年赵本山想了解一下这伟大与神奇,至于如何了解当然是看爱因斯坦自己说的相对论。那么赵本山看过爱因斯坦推介相对论的浅说之后,发现爱氏推销相对论的技巧比自己卖拐高明万倍,于是在万分感慨之余十分小心的将爱氏秘诀公开。以便提高观众的物理意识与坚定对物理学的信念,推动社会对物理学的认识促进物理学的全新发展,进而克服学术界的浮躁情绪让科学早日走下神坛。
正文
《爱氏卖怪秘诀》
~~爱因斯坦卖奇怪的相对论的不传之秘的诀窍
~~解读《狭义与广义相对论浅说》之第一部分
爱因斯坦卖奇怪的相对论的不传之秘的诀窍简介
导言:
因为爱因斯坦在向公众介绍其狭义相对论思想时,采用了与卖拐异曲同工的方法只是手段更加高明。所以在研习爱氏秘诀时千万注意别再让其拐卖了。
秘诀一:爱因斯坦先一步一步的动摇人们坚持真理的决心。
01、先置疑几何学的点、线、面等公理的真实性;
02、并假定欧氏几何的定理适用于物理学的距离;
03、再声称人们对位置和空间的理解是不清楚的;
04、并将牛顿定律的有效性局限在宏观惯性系中;
05、最后断言经典力学还是不够充分或有局限性;
06、并声称经典速度相加定理不正确性或是错的;
这是爱因斯坦推销其《狭义相对论》的第一步骣。
点评:爱氏此秘诀是为了施展骗术而在混淆是非。其实从几何量到物理量再到时空量最后到力学量,原本都是清楚的概念只是让爱氏等解释乱套而已,因为这些量无一不是从真实事物上抽象出的概念;
秘诀二:爱因斯坦再一步一步的诱导人们走上相对论飞船。
07、先提出光与参考系间的速度相加不变的谬论,
08、并置疑同时发生的两个物理事件间的同时性;
09、再依据光速不变假设否定同时性的物理事实,
10、并按照光速不变假设否定空间距离的绝对性;
11.最后给出依据光速不变假设建的洛伦兹变换,
12.并通过洛伦兹变换方程导出慢钟缩尺的谬论。
这是爱因斯坦推销其《狭义相对论》的第二步骣。
点评:爱氏此秘诀是为了骗人入局而在强词夺理。其实从物体的移动到电磁光热声水等的波动现象,原本都服从经典速度相加定理只是爱氏不看而已,因为这些现象无一不是真实事物之间的相对运动;
秘诀三:爱因斯坦最后一步一步的将人们带进了科幻世界。
13、先强调其速度定理能很好的解释移斐索实验,
14、并夸大其狭义相对论的启发作用或指导意义;
15、再宣扬狭义相对论具有普遍性的一系列结果。
16、并极力为狭义相对论的正确性提供实验伪证;
17、最后抛出了闵可夫斯基四维空间的科幻世界,
附、并在附录中才指出其基础是怎么变换出来的。这是爱因斯坦推销其《狭义相对论》的第三步骣。
点评:爱氏此秘诀是为了继续行骗而在自圆其说。其实从惯性参照系到非惯性参照系等物理坐标系,原本都满足伽利略变换只是爱氏等无法理解而已,
因为这些坐标系无一不是对真实事物系统的抽象。
结语:由此爱因斯坦就用极其模糊的雄辨达到了其目的,但因假的终究真不了而日益受到越来越的人指责,只不过由于其太能忽悠了才使人很难以识破而已。详见爱因斯坦浅说狭人相对论的秘诀一、二、三
参考:《相对三论——运动物体的波动力学》
《自然物理观——自然力学与物理统一论纲》
附件;《狭义与广义相对论浅说》之目录
第一部分狭义相对论
1、 几何命题的物理意义…………………………………………………………4
2、 坐标系…………………………………………………………………………5
3、 经典力学中的空间和时间……………………………………………………7
4、 伽利略坐标系…………………………………………………………………8
5、 相对性原理(狭义)…………………………………………………………8
6、 经典力学中所用的速度相加定理 …………………………………………10
7、 光的传播定律与相对性原理的表面抵触 …………………………………10
8、 物理学的时间观 ……………………………………………………………12
9、 同时性的相对性 ……………………………………………………………14
10、距离概念的相对性 …………………………………………………………15
11、洛伦兹变换 …………………………………………………………………16
12、量杆和钟在运动时的行为 …………………………………………………19
13、速度相加定理斐索实验 ……………………………………………………20
14、相对论的启发作用 …………………………………………………………22
15、狭义相对论的普遍性结果 …………………………………………………22
16、经验和狭义相对论 …………………………………………………………25
17、闵可夫斯基四维空间 ………………………………………………………27
    第二部分广义相对论
18、狭义和广义相对性原理 ……………………………………………………29
19、引力场 ………………………………………………………………………31
20、惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据 ………………32
21、经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意 ………34
22、广义相对性原理的几个推论 ………………………………………………35
23、在转动的参考物体上的钟和量杆的行为 …………………………………37
25、高斯坐标 ……………………………………………………………………41
26、狭义相对论的空时连续区可以当作欧几里得连续区 ……………………43
27、广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区 …………………………44
28、广义相对性原理的严格表述 ………………………………………………45
29、在广义相对性原理的基础上解引力问题 …………………………………47
第三部分关于整个宇宙的一些考虑
30、牛顿理论在宇宙论方面的困难 ……………………………………………49
31、一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性 ……………………………50
32、以广义相对论为依据的空间结构 …………………………………………53
    附录
一、洛伦兹变换的简单推导 ……………………………………………………54
二、闵可夫斯基四维空间(世界) ……………………………………………57
三、广义相对论的实验证实 ……………………………………………………58
(1)水星近日点的运动…………………………………………………………59
(2)光线在引力场中的偏转……………………………………………………60
(3)光谱线的红向移动…………………………………………………………62
四、以广义相对论为依为依据的空间结构 ……………………………………64
五、相对论与空间问题 …………………………………………………………65
(1)场……………………………………………………………………………70
(2)广义相对论的空间概念……………………………………………………73
(3)广义的引力论………………………………………………………………76

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 楼主| 发表于 2005-6-15 00:12:54 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

杨鸿智:
一  网友silin007的观点是什么?
网友silin007用了幽默的文艺的笔法写了自己对爱因斯坦相对论的认识。这很好。可以减少学术论坛的枯燥。不过,为了方便讨论,我还是想首先把网友silin007的观点摘录如下:
1 现代科学是客观事物的抽象
从几何量到物理量再到时空量最后到力学量,这些量无一不是从真实事物上抽象出的概念;
2 现代科学早已经包括相对运动理论
从物体的移动到电磁光热声水等的波动现象,原本都服从经典速度相加定理,因为这些现象无一不是真实事物之间的相对运动;从惯性参照系到非惯性参照系等物理坐标系,原本都满足伽利略变换。因为这些坐标系无一不是对真实事物系统的抽象。
3 实践是检验真理的标准,人们不相信相对论,这个事实就证明相对论是错误的。
假的终究真不了(相对论)日益受到越来越多的人指责。
二  我的问题是什么?
我认为,网友silin007在上面文章中所表达的观点是真正现代自然科学的观点。看了这句话,大家可能会想,我下面就要说我同意并且支持网友silin007的观点。其实,正相反,我要说的是,我不同意网友silin007的观点。我认为他的观点是错误的。我的观点如下:
1 世界上有一个思想学派叫《后现代主义》,他们在分析自然科学发展历史的时候,认为以爱因斯坦相对论作为分界点,其前后两段自然科学的本质是不一样的。按他们的分类方法,他们把爱因斯坦相对论以前的自然科学叫做:《现代科学》。其实,这是大家历史形成的叫法,是一个事实,不能改变,也不容讨论。他们把爱因斯坦相对论以后的自然科学叫做:《后现代科学》。即,一个在《现代科学》以后出现的新的科学。
2 有了这样一个划分,我们就可以知道爱因斯坦地位了。他是后现代科学的开创者。也就是说,他的理论说的是一种被叫做《后现代科学》的新的理论。而不是大家已经承认并且习惯的《现代科学》。
3 在上面两条的基础上,我们就可以知道,要讨论爱因斯坦相对论正确与错误,除了要看爱因斯坦相对论的内容说了什么以外,还要看讨论者是什么人,站在什么立场。如果讨论者是后现代科学立场的,他就会认为爱因斯坦相对论是正确的;如果讨论者是现代科学立场的,他就会认为爱因斯坦相对论是错误的。这样,讨论者不是在系统以外,而是在系统以内。因为讨论者的立场不同,而影响了讨论的结果。这也有点相对论的意思了吧。
4 网友silin007的观点是反对爱因斯坦相对论的。所以我说他是一个真正现代自然科学的观点。那么,他的这个观点是正确的呢?还是错误的呢?是先进的呢?还是落后的呢?就像前面所说的一样,要回答这个问题,还要看讨论者的立场是什么。如果讨论者是后现代科学立场的,他就会认为网友silin007的观点是正确的;如果讨论者是现代科学立场的,他就会认为网友silin007的观点是错误的。
5 其实,这也不是什么高深的理论问题,这是一个实践问题。就是说,看你是否知道自然科学发展的历史,看你是否知道爱因斯坦相对论与牛顿的物理学有本质的不同,知道了这些,就会同意这两个科学是科学发展的两个阶段,如果牛顿的物理学已经叫了《现代科学》,那么爱因斯坦的科学是不是应该叫一个新名称呢?如果同意了这一点,是否叫《后现代科学》就没有原则的问题了。虽然我们中国大多数人对这个《后现代》不习惯。
三  怎样理解相对论和量子力学
怎样理解相对论和量子力学。相对论和量子力学确实是从实证科学的出发点开始研究的。可是,研究的结果却得出两个否定实证论的结论:
1 牛顿经典力学不适用于宏观宇宙和微观高速运动。
2 量子力学还得出“测不准原理“,明确否定了机械论的决定论。
因为相对论和量子力学是从实证科学的出发点开始研究的,所以,应该称它们为实证科学。可是,因为它们又否定了实证科学,开创了非确定性的系统科学,所以,又可以称它们是系统科学。其实,相对论和量子力学既不是实证科学,也不是系统科学。它们是介于实证科学和系统科学之间的过渡性科学。正因为如此,后现代科学把爱因斯坦称为“经典力学的最后一人,也是后现代科学的第一人”。爱因斯坦打开了物质世界一扇新的大门,发现物质世界有两种不同性质的物质。可是,作为机械论教育出来的研究者,他不能接受这个事实。因此,他用自己的后半生研究如何将二者统一的“统一场论”。当然,这是不能成功的,因为这两种物质是根本不同的。现在,我们中国的实证论者仍然希望用机械论来处理包括复杂系统在内的所有物质。可想而知,他们也不会成功的。但是,爱因斯坦的失败具有神秘和悲壮的色彩,而我们的机械论者却不会得到爱因斯坦那样的光环了。虽然是同样的事情,但是其间相距了整整100年。100年的时间都不能让我们觉醒吗?这样的麻木是应该受到惩罚的。特别是这其间已经有贝塔朗菲的系统论问世。
四  应该怎么样对待新生事物
科学是一个不断发展变化的思想,是上层建筑,是受生产力水平决定的,是历史性的,是有时间性的,在不同的历史时期,在不同的生产力水平下会有不同的形式和内容。实证科学与后现代科学在研究对象、研究方法方面都是不同的,是两种根本不同的科学。对于实证科学者来说,不是如何用“实证科学”的方法来说明后现代科学,而是应该让这些实证科学者放弃自己的实证科学,转而接受新的后现代科学。实证科学是机械论科学,后现代科学是系统论科学,是辩证法科学;机械论科学研究的对象是简单物质的简单机械运动,系统论研究的对象是由简单物质按照等级差别原理组织起来的复杂系统物质。这是两种完全不同的科学。
几乎每一门新科学出现的时候都会受到旧科学的阻挠和反抗,这已经是科学史上的一个常识。用“推销不出去”作为是否科学的标准是站不住脚的。这里也表现出“实践是检验真理的唯一标准”的局限性。
麦克林托克的转座子基因理论经过科学界40年的检验,终于承认是正确的,并给予诺贝尔奖。你可以说这是“实践是检验真理的唯一标准”的最好证明。但是,在这以前的39年中你会怎样说呢?你只能说:“实践证明麦克林托克的转座子基因理论是错误的”。同样是实践,既是“错误”的证明,又是“正确”的证明。这说明单纯一个实践因素是不能证明一个科学理论是否是正确的。还必须有另外的因素。这个因素就是判断者的理论水平。因为对于一个人来讲,他的任何一次实践都不可能是盲目的实践,而是在自己现有的理论知识的指导下的实践。人类的第一次实践肯定是没有理论指导的纯实践,可是,第二次实践的时候,人类就有了由第一次实践所产生的简单理论做指导了。从此人类不再会有“没有理论指导的纯粹的”实践。我们现在不可能知道人类第一次实践的时间了,但是,总是几十万年的时间了吧。几十万年来我们人类已经积累了多少理论来影响和指导自己的实践?即使有些人不承认这是理论,但是,起码承认是“习惯势力”吧。难道可以认为在“习惯势力”限制下的实践是科学和公正的吗?
任何新生事物出现都是这样的过程。反对者最有力的证明是新生事物没有实践资料,没有得到大家的公认。这就是所谓“实践是检验真理的标准”。但是,这些反对者往往忽略了一条:实践是需要时间的。你今天说它是错的,也许它明天被证明是正确的了。科学的历史,就是正确不断变成错误,错误又不断变成正确的历史。几十年被认为是错误的事情,几十年后被证明是正确的事情太多了。稍有文化知识的人,都应该知道这些事情。我只是为这些反对者担心,有朝一日真的证明他们的反对是错误的时候,他们又怎么说?不过,这也用不着担心,因为,历史上记录下来的都是他们批判别人的说法,从来没有见到过这些人的自我批评。
当然,我不是说现在被批评是错误的事情将来都会证明是正确的。那样一来,我真的成了伪科学的代表了。但是,有一点是肯定的,许多新生事物,特别是那些真正具有创新内容的科学知识,是经常被批判为“伪科学”的。不知道批判伪科学的人是怎么认识和处理这个问题的。
改革开放以来,因为新思想的引进,在我国肯定会出现一个科学发展和创新的高潮。但是,由于我们没有正确解决如何对待新生事物的态度和方法问题,竟然把这个时间称为:“在20世纪80年代,伪科学在中国极为吃香”的时期。因为伪科学太多,也就造就出一大批反伪英雄。时间总是要过去的。当有朝一日国家真的会思考我国总是不能出现创新成果的原因时,这些反伪英雄会不会为阻碍科学创新负责?
后现代理论医学是以系统论为指导思想的一个新的医学理论。而我们原来所在的现代医学是以机械论为指导思想的。这是两种完全不同的指导思想。所谓接受后现代理论医学,就是要我们在思想中完成从机械论向系统论的转变。所以,后现代理论医学问题的实质不是医学问题。而是思想方法问题。正因为如此,我在真正说明医学问题以前,首先是说明一系列思想方法问题。关于现代医学的机械论性质不是一个新问题,是大家都非常熟悉的老问题。所以,有时说起来不会引起人们的激动。但是我们一般人有谁能够说出医学机械论在什么地方并加以改变呢?基本没有。所以从这个角度,我现在所做的是一个重要而实在的工作。
接受一个新思想不可能是短时间的事情,但是,只要没有特别的偏见,也是容易接受的。真正新颖的观点还在后面,现在只是绪论部分,请大家继续看来。
对于我们大多数人来讲,学习新知识是主要的,首先看一个知识自己是否知道,如果不知道时会有两种反应,一个是先学习学习再说如果学习后认为是对的,当然接受,如果认为不对,再反对不迟.另一个是见到自己不知道的知识立刻反对,这实际是他认为自己是真理,凡是与自己不同的.包括自己不知道的知识都是不对的.我认为面对自己不知道的新知识,应该采取第一个态度
现在,社会上最出名的大科学家,一般都是自己的学说一出来就立刻得到社会承认的人。这也是社会民主的一种表现吧。但是,出名不见得就是最好的。因为,按着民主的模式,是以多数人的意见为准的。而谁都知道,所谓多数人的意见,就是最一般人的意见,最没有创意的意见,这个意见肯定不是最坏的意见,但是,同样肯定的是,这个意见也不是最好的意见。因为最好和最坏一样,是少数人的意见。历史的事实也是这样,凡是好的超过了时代人们的一般水平的东西,总是要等几十年,上百年后才能够被人们接受。我们本来可以做一个名利双收的现代人,可是,命运把我们推向后现代的未来。当然,后现代实现的那一天,我们肯定已经不是活人而是灵魂了。但是,我想,那时,我们的灵魂也会快乐的。因为,历史将证明,我们在我们的那个时代曾经应该是最好的。
1905年是值得纪念的,因为从爱因斯坦开始产生了非机械论的自然科学。但是,非机械论的自然科学的产生与机械论自然科学结束应该是两件事情。两种自然科学还有一个交替过程。20世纪的100年就是这样一个交替过程。在这100年里,虽然非机械论自然科学在生长,而机械论自然科学也没有停止,也在继续发展。特别是在我们所在的生物医学领域,机械还原论更是取得了非常巨大的成果,基因理论的发展使生物医药成为世界经济发展的支柱产业。在世界科学界许多学科已经开始进行机械还原论批判的背景下,生物医学领域机械还原论的发展显得特别突出。因此有人提出这样的评论,说生物医学领域可能是机械还原论最后的一个堡垒。现在。20世纪已经结束,21世纪已经开始。人们预测,21世纪可能是非机械论自然科学大发展并最后战胜机械论自然科学的世纪。当然,要做到这一点,还需要许多科学家做许多工作。因为头脑清醒的人都知道,虽然非机械论自然科学有了许多发展,但是,现在仍旧是机械论自然科学占主导地位的时代。而这也正是说明我们现在宣传非机械论自然科学的重要性。
习惯是客观存在不能忽视的。习惯是既往真理的继续,不能说是不正确的。但是,新生事物的出现也总是不可能阻挡的,这也是一个客观存在,也是不能忽视的。不能够要求人们在新生事物一出现的时候就出来支持新生事物,但是,在新生事物与习惯的斗争中开始占优势的时候,人们都会“急不可待”地“迫切”地“热烈”地表态支持新生事物。这是人类历史的常见现象。这只是一个时间问题。对此我们应该有信心。

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 楼主| 发表于 2005-6-23 14:28:40 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

第43篇  后现代科学(4)— 量子力学与生命科学
作者:
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
我的系列文章的主题是要介绍一种以后现代科学为指导思想的新的医学理论。我把这个新的医学理论称为“后现代理论医学”。为了要了解这个医学理论,就要了解后现代科学,为了要了解后现代科学,就要了解现代科学。这样,就必须得讲一讲科学发展的历史。我们的医生作为现代医学的从业者本来是应该知道这些知识的。但是,由于历史的原因我们这一代医生在这方面存在着明显的知识漏洞。这样。讲一讲科学发展史就成为学习后现代理论医学的必要阶段。
当然,我们医生中也有人是有这方面知识的,于是,他们对我的工作提出了批评,认为讲这些东西没有必要。当这个意见又受到一些人的批评时,他们说:
“说实话,我看不到什么理论,只看到自然科学史、哲学史、医学史和一些科学新进展等等等等的大杂烩。正确的讨论态度是什么?是去和杨鸿志讨论自然科学史么?”
    对于这样的批评我的回答是:“好象我们的医生是不需要讨论自然科学史的。如果你自己不知道自然科学发展的历史,也不知道自己在这个历史中是处于什么位置,那么你怎么能够说明你的医学技术是正确的呢?现在,在西方医生都已经时髦双博士了。一般就是在医学博士之外,再拿一个哲学博士,或者其他自然科学博士。为什么?就是要向患者表明他这个医生的医学技术是经过哲学或者其他自然科学的论证的,是可信的。如果你没有这样的证明我们为什么要相信你呢?”
下面,我们就来看一个自然科学与医学相互关系的生动故事。
DNA是生命的重要组成物质,这是每一个医生都知道的事实。但是,有一件关于DNA的事情是许多医生所不知道的。那就是:DNA双螺旋结构的发现是在一位量子力学家的启发下做出的。
当我们说到量子力学的时候,我们医生会感觉与自己的工作距离很远,当我们知道了这个故事以后,我们就会对量子力学有新的感觉。下面我就来讲这个故事:
半个世纪以前,在人类尚未发现DNA之时,奥地利物理学家、哲学家欧文?薛定谔就因重申这个永恒的哲学命题而激发了一代科学家们的灵感:什么是生命?在他1944年以此为书名的经典著作中,薛定谔就这一命题论述道:尽管无法对生命下一个确切的定义,但我们最终可以用物理和化学原理来说明它。薛定谔说,生命是一个好似结晶体的东西,一种奇特的、无周期性可言的晶体,在成长的过程中不断重复着自身的结构;但生命又远比任何晶体矿石迷人和变幻莫测:
    两者间结构上的差异就如同一张普通的墙纸和一件杰出的刺绣工艺品之间的差异一样:前者是同样的图案按一定的周期不断地重复,后者可比作拉斐尔的提花绒绣,不是简单乏味的重复,而是一幅由艺术大师描绘出的精美的、有着内在联系的、富有深意的图案。
    薛定谔,这位诺贝尔奖得主,对生命所有伟大的复杂性都崇敬有加。的确,虽然他发明了波动方程,为量子力学打下了坚实的数学基础,但他从没有把生命视作一种简单的机械现象。
有一个叫田松的人写了一篇文章,说明薛定谔对生命科学的影响,文章写道:
60年前,一位忧郁的,有诗人气质的物理学家写了一本小书,他在序中承认,对于所讲的内容,他并没有专门的深入的研究,只不过由于学科分化过于严重,每个专家都钻到越来越小的小圈子里,没有人能够把已有的知识综合起来,只好由他这个敢于做蠢人的二把刀跳出来做这件事了。这个二把刀叫薛定谔,这本小书叫做《生命是什么》,它扭转了20世纪生物学的方向。
  我上大学的时候,我们的系主任吴成礼教授说:如果说数学是科学的皇后,物理学就是科学的皇帝。弄得我们在下面个个小腰溜直。物理学是给上帝把脉的学问,是一切自然科学的基础。作为一个物理学家,薛定谔琢磨着用物理学去解释生命现象,简直是一种本能。无论生命多么美妙,她总是原子构成的,是原子,那就要遵从量子力学呀。那么,生物体的原子是如何遵从量子力学的呢?
  生命是什么?这个问题本来就不是科学问题,而是哲学问题。物理学家薛定谔所拷问的其实并不是“生命是什么”的这个问题,而是“生命是怎样的”的那个问题!当年伽利略就是这样,他不问物体为什么下落,而是问它怎样下落,就弄出来一个自由落体公式——在大自然和数学之间建立起一种简单的联系,这件事儿实在是太牛了。现在薛定谔也是这样,他问的是:生命是怎样符合物理学的,物理学是怎样解释生命现象的?
  于是,物理学进入了生物学,一杂交就变异,弄出个分子生物学,很多妖蛾子鱼贯而出,什么基因改造啊,什么克隆啊,都来了。
  薛定谔开了物理学家插足生物学的一代新风。很多年轻的物理学家投入到生物学领域寻找物理生长点。和沃森一起发现双螺旋结构的克里克本来是学物理的,据说就是因为看了这本书才转了向。不只是年轻物理学家,很多成名物理学家也忍不住要到生物领域去逛逛。那个著名的天才费曼曾在假期的时候玩过一把生物票,另一位爱搞恶作剧的物理学家盖莫夫有很长一阵子整天和沃森混到一起,参加什么RNA俱乐部,还真把自己当生物学家了。不过,他也的确没有白混,基因遗传密码的思想就是他先弄出来的。连沃森的最新回忆录都把他写到书名里去了。中国物理学家郝柏林也在几年前迷上了生物,自己把大学生物系教材整个自学了一遍,就用物理学武器对付什么病毒啊细菌啊的全基因组去了。
  克里克在拿到诺奖之后,又转了一回向,转到了脑科学那边。他认为,大脑神经元之类的玩艺儿和电子元器件没有什么区别,终有一天,我们弄清了大脑是怎么玩的,就可以把大脑的玩法用电子器件复制出来。虽然他把这叫做《惊人的假说》,但是他自己分明已经当了真:精神,只是一系列复杂的生化反应,并且是可以复制的生化反应。保罗•戴维斯(物理学家)在《上帝与新物理学》中说:20世纪的物理学越整越玄乎,对精神这东东越来越倾向于肯定;而从前很玄的生物学,则走到了19世纪物理学的道路上,正试图完全取消精神。
在50年前的那个时候,很多人受到薛定谔《生命是什么》这本书的影响,当然,受益最大的有两个人,一个是克里克,另一个是沃森。在DNA双螺旋结构发现50年的时候,北京日报发表了一篇纪念文章,文章的题目是《DNA双螺旋结构发现50年 生命科学技术飞速发展》,下面我们来看文章的内容:
1953年2月28日中午,剑桥大学的两位年轻的科学家弗朗西斯•克里克和詹姆斯•沃森步入老鹰酒吧,宣布他们的发现:DNA是由两条核苷酸链组成的双螺旋结构。
  这家著名的酒吧位于剑桥大学国王学院斜对面,酒吧的标志是一只展开翅膀的老鹰,英文名字就叫TheEaglePub。现在酒吧门口专门有一个介绍这段历史的牌子。当时沃森和克里克在剑桥大学非常普通,甚至有些不得志,沃森才25岁,克里克也不过37岁。他们甚至连一个正式宣布成果的场合都很难找到,到酒吧宣布如此伟大的一项发现总给人一种滑稽的感觉,幸好剑桥人的素质很高,当时并没有人把他们当成疯子轰走。沃森和克里克成名后,他们出场做报告都受到隆重接待,只不过他们讲解和宣布的内容再没有像发现DNA双螺旋结构这么重大。
  物理学家的小册子《生命是什么》开拓了生命科学研究的广阔领域 DNA双螺旋结构的发现得益于一本科普小册子《生命是什么》,它的作者是量子力学奠基人之一奥地利物理学家薛定谔(1887年-1961年)。
  长期以来,人们从许多初步实验中发现生物体之间的遗传性是由一个因子决定的,但一直不知道究竟是什么因子在决定这一现象。在20世纪上半叶,很多物理学家把目光投向了生命现象,希望能从物质层次揭示生命的奥秘。1944年薛定谔出版了《生命是什么》的小册子,用通俗的语言阐明了用物理学的新观点研究生命现象的重要性,他从生物学已有的研究成果中引申出许多新的课题,如遗传信息是怎样编码等,认为最终要靠物理学和化学方法研究解决。
  《生命是什么》的出版,在年轻的科学家中产生了巨大的影响,被誉为从思想上唤起生物学革命的小册子。正在剑桥大学攻读物理学博士学位的克里克深读了这本小册子之后,从中品味到生物学广阔的领域需要物理学家参与共同开拓,他深信用自己掌握的物理学知识有助于生物学的研究,便毅然转向了生物学。无独有偶。美国青年学者沃森(1928年-)也受《生命是什么》的影响,从书中悟出联结原子、分子与生命本质之间的关键因素是基因,预言能解开基因携带遗传信息的化学物理密码的人将成为有卓越贡献的科学家。
  当时,生物学家开始自由地用基因这个词,表示基因学信息的最小单位这个概念,但他们还不知道基因究竟是什么。1951年的秋天,沃森在剑桥大学首次遇见了克里克。他们两个一拍即合,相见恨晚,立即开始合作,决心搞清楚什么是DNA。1953年初,沃森和克里克受到伦敦大国王学院科学家成果的启发,沃森回忆道:“突然间,我脉搏加快,思如泉涌,眼前出现了一幅画面:DNA的结构要比许多人想象的简单许多,它应该是螺旋型的。”
  不过,DNA的双螺旋结构这一发现在公众中并没有引起重视。1953年4月25日英国《自然》杂志发表了这一成果。20天后,他们所在的剑桥大学卡文迪研究室主任劳伦斯布拉格爵士在一个演讲中提到了这个发现,被媒体报道,这才引起公众的关注。在这一成果问世50周年之际,很多国家在举办各种纪念活动,媒体也利用这一机会开展科普工作。不过,关于这一成果的生日是1953年2月28日还是4月25日仍有争论。按照国际学术界惯例,一项成果必须经过同行评审后在学术杂志上正式发表才能被视为正式宣布,这样做为的是防止有人钻空子随便宣布获得重大成果造成混乱。因此,尽管沃森和克里克2月28日就在老鹰酒吧宣布了这一成果,但包括英国官方机构在内的很多机构把今年4月25日作为DNA双螺旋结构发现50周年庆祝日。
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 楼主| 发表于 2005-6-23 14:29:10 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

还有一篇文章是《读者》晓晓所写,题目是《走在生命的旋梯上——记詹姆斯•沃森》,内容如下:
说起人类基因组,就不能不讲DNA;说到DNA,就不免想象它的双螺旋结构,就一定会去追寻那些首先攀上生命之梯的高大身影——詹姆斯•沃森、弗兰西斯•克里克、莫里斯•威尔金斯。
  DNA双螺旋结构的发现被称为20世纪最伟大的科学成果之一。为此,沃森、克里克、威尔金斯获得了1962年的诺贝尔生理与医学奖。
  究竟是什么样的契机、什么样的际遇、什么样的人生使他们成为幸运的成功者呢?也许通过沃森博士的经历可见一斑。
爱鸟的少年
  沃森的少年时代是在美国芝加哥度过的。那时,他的父亲非常喜欢观察鸟。在7岁那年,沃森从父亲手中得到了第一本讲鸟的书,书中介绍了有关鸟的迁徒的知识。沃森读了这本书以后,就产生了一些疑问。例如,鸟是怎样从北半球长途飞往南半球的?幼鸟能找到吗?沃森被这些疑问吸引着。不过,不当时这些疑问几乎不可能得到答案,因为那被认为是奇迹。稍微长大一点之后,沃森在每周的星期日都要与父亲一起去观鸟。
  沃森的家住在芝加哥的街市上,他和父亲去芝加哥的周围观鸟,常去一个距离他家四五千米远的公园。他热衷于能发现多少只鸟,好像玩游戏一样。长得更大一点以后,沃森知道了达尔文的进化论,于是他对“生命的根源是什么”这个问题产生了兴趣,总想知道为什么“生命”能存在。
  那时正值20世纪30年代末到40年代初。随后,沃森上了两年公立高中。9年级的时候,他学习了“一般科学”这门课程;10年级的时候,他学习了生物学课程。通过这些课程,沃森了解了基因的有关知识和遗传规律,也懂得了位于染色体上的基因能发出决定眼睛和头发颜色的指令,但怎么发出的并不清楚。15岁的时候,沃森去芝加哥大学读书。那时,学校距离家八千米远,他每天乘电车上学。
与《生命是什么》相约
  在大学里,沃森学习了一般的生物学课程。最初学的是遗传学,他觉得没有意思,仍然觉得研究鸟和鸟的行为比较有趣。大学3年级时,沃森接受了一些稍微深入的课程教育,这些课程与生态学有关。沃森对生物的行为模式和生态学比较感兴趣。在学习生态学课的过程中,他读了一本书——奥地利物理学家薛定谔因为著名的“薛定谔方程”而闻名,并获得了诺贝尔物理学奖。在当时,物理学家关于生命的论断具有划时代的意义。
  那本书提出了“生命是什么”的问题。薛定谔针对这个问题,叙述了生命的本质存在于信息中——某种使人类、老虎、老鼠维持种群特性的信息中,而生命的特异性存在于染色体中。薛定谔认为生命中有一份“说明书”,它印在分子上。此外,分子一定有某种非常特别的结构,有某种复制信息的方法。当然,他并不知道分子的本质是什么。
  沃森读《生命是什么》这本书时只有17岁,然后他就满怀兴趣地去听著名的遗传学家莱特讲的课。莱特是非常优秀的遗传学家,当时在芝加哥大学执教,他对基因如何发挥作用抱有浓厚的兴趣。
  沃森没有选莱特的课,只是去听讲而已。对于沃林来说,如果想了解生命是怎么回事,只有通过这个办法。此外,沃森的注意力也从鸟身上转移到基因上。无独有偶,就在同一时期,或者稍微晚些时候,英国的弗兰西斯•克里克也读了《生命是什么》这本书,威尔金斯也读了这本书。
分子生物学的诞生
  在沃森读大学的时代,生物学并不被看做高水平的科学,真正的尖端科学是物理学,所以非常优秀的人才都去做物理学研究。物理学是最基础的学科,是真正的科学,而生物学则是记述科学,因为做的都是收集鸟的标本之类的事情。沃森在学习生物学中的植物学课程时,因为绘画技艺很差,因而没有取得高分数。生物学中的植物学是观察自然的学问,而不是用准确的标准来分析问题的学问。当时,生物学中惟一存在的法则的领域是遗传学,因此遗传学也吸引了一部分非常优秀的人才。不过,遗传学在那时的学生中间一点都不受欢迎。
  与此同时,沃森了解到来纳斯•泡令的工作。当时,泡令是美国最著名的化学家,他获得了1954年的诺贝尔化学奖。泡令说,要了解生命就必须了解分子。这里的分子指的是大分子,生命的秘密不存在于葡萄糖那样的小分子上。当时的人们认为,信息是由蛋白质分子以某种方式传递的。于是,泡令对蛋白质也开始感兴趣了。
  因为泡令当时在加州理工学院执教,所以沃森从芝加哥大学毕业之后,也想去加州理工学院进一步学习和研究。在1946年的秋天,沃森寄出了申请书,但是没有被加州理工学院录取。原因是他们认为沃森只是个接受过简单生物学训练的学生,而大部分的物理学和化学课都没有学过。沃森的芝哥大学的老师能够为他写的评语就是“沃森是一个热心的观鸟者”,了解沃森的人都知道,他的脑袋里装的全是有关鸟的事情。
  不过,沃森的运气还不坏。他继续向印第安那大学提出申请,这回他被录取了。印第安那大学在遗传学方面的研究水平处于第二位,是非常优秀的大学。
发现DNA双螺旋结构
  沃森被印第安那大学录取的时候,校方对他说,如果沃森想继续研究鸟的话,就不必到这里来了。因为印第安那大学与加州理工学院一样,在基因研究方面位居前列。
  印第安那大学的教授赫尔曼•马勒由于有关X身线引起的突然变异的研究工作,而在1946年的秋天刚获得了诺贝尔生理与医学奖。除马勒以外,还有一些年轻的研究工作者,比如微生物学家萨尔瓦多•卢里亚(意大利人,1969年的诺贝尔生理与医学奖得主),也对基因感兴趣。当时,他正在研究细菌中感染的噬菌体,这种病毒是研究基因的样板。
  沃森到印第安那大学后,立刻选学了卢里亚开设的有关病毒的课程。在病毒课上,沃森了解到卢里亚与加州理工学院的物理学家马克思•德尔布吕克(德国人,1969年的诺贝尔生理与医学奖得主)正在共同展开有关研究,将《生命是什么》一书的精髓作为研究的基础就是他的想法。不久,沃森也见到了德尔布吕克。1948年的夏天,卢里亚让沃森去科尔德•哈博研究所。就在这个夏天,德尔布吕克也在该研究所呆了一段时间。
  沃森觉得能与卢里亚一起做研究工作是非常幸运的事,他从卢里亚那里学到了大量有关DNA的知识。那时,人们已经证实带有遗传信息的物质不是蛋白质,而是DNA。沃森在印第安那大学做了2年半的研究生,并取得了博士学位。因为卢里亚德布尔吕克都是欧洲人,他们认为受过教育的人都应该去欧洲“看看”。于是,沃森也到哥本哈根留学1年,学习DNA的生物化学知识。在留学期间,他结识了威尔金斯。
  更为幸运的是,在6个月后去意大利开会的时候,沃森看到了英国牛津大学的研究人员弗兰克林拍摄的DNA的X射线衍射照片。他与朋友克里克根据DNA的X射线衍射照片,以及威尔金斯博士对该照片的解释,一起提出了DNA具有双螺旋结构的构想。有关获得诺贝尔奖的经过,沃森在后来写的《双螺旋》一书中更详细的介绍。
  沃森曾经担任过哈佛大学教授,从1968年起,他开始担任科尔德•哈博定量生物学实验室主任。
21世纪DNA将带给人们福音
沃森认为,在21世纪,与生物学有关的重大课题是解读存在于DNA中的“生命说明书”,有关生命的奥秘都写在那里面,它不仅对人类,而且对细菌、苍蝇、毛毛虫、老鼠等都适用。  目前,人类基因组图谱已经完成,因此对于21世纪的生物学工作者来说,他们拥有“说明书”这个武器,还必须学会解读这份“说明书”,生命奥秘的诠释将给21世纪的人类带来福音。
  了解大脑如何保存信息也是21世纪的重大课题。沃森说,与发生在几十亿前年的生命起源相比,人类在21世纪恐怕应该更精确地了解大脑的活动机理。科学家总想说明基因对于大脑形成所起的作用,这是发生在生物学领域的问题。大脑是细胞的集合体,科学家正在了解细胞的工作原理以及细胞间的相互作用,不过迄今为止这些问题基本上还是谜团。正如在21世纪人类发现了遗传信息是如何保存在基因上一样,在21世纪人类要是能发现来自眼、耳、鼻的信息如何在大脑中存取就好了。
  沃森还认为,应该让DNA真正地服务于社会,一切基础知识,都应该成为全人类共有的财产,而不是变成某些企业的机密。现在,有多个国家的科学工作者正在共同研究人类基因组图谱,沃林希望研究者们能够自由地互通有无,而不是彼此保密,以使生命的本质真相大白的一天早日来临。
从以上这些文章中。我们可以初步了解自然科学与生物医学的密切关系。医学不是原创科学,医学是自然科学。特别是物理学、化学、生物学在生命科学领域应用的产物。为解决目前现代医学所遇到的困难,有必要回顾自然科学的发展,将自然科学的最新研究成果引进到医学中来。因为我们医生知识结构的原因,我们不可能详细了解量子力学的具体内容,但是,量子力学中有一个人叫薛定谔,他写了一本书叫《生命是什么》。这本书促进了DNA双螺旋结构的发现,使我们有希望在分子水平上了解生命的机制——这些,是我们作为一个医生应该知道的。如果我们原来不知道,那么,现在,当我们读了这篇文章以后,我们已经知道了。
《论坛反应与交流》
《肝胆相照>学术讨论》
特深沉:在《三思科学》,网站,有一本书,是回顾DNA发现的历史传记。http://magazine.oursci.org/dna50/dna50-02.htm
纪念发现DNA螺旋结构特集。那本书在三思藏书架,叫《双螺旋》
http://207.152.99.250/~myscience/libarchive.htm
这些都是普通的历史文章,并没有什么高深难测的理论。
杨鸿智:我现在所想的问题是:在自然科学中已经是科普知识的东西,我们在医学中应用了多少?如果已经知道我们与自然科学的距离,我们就应该努力尽快赶上去。别人已经走过的路,并不等于你自己也走过。当我拿这些科普知识向医生们讲述的时候,我也感觉羞涩。但是,当我知道大多数医生连这些科普的东西也不知道的时候,我就不只是感觉羞涩,而是感觉可悲了。这时候,我知道这些科普宣传是我不得不进行的工作。如果一些人感觉这些知识浅显无聊,那是说明他对自然科学有深刻的理解,他是我们学习的榜样,但是,我们大多数人还是得从浅显无聊开始起步。如果不是这样,我们又能够怎么样呢?
特深沉:核磁共振几乎用到了现代物理学的所有分支了。有关药物筛选的技术,也几乎用到了化学,计算机,自动控制方面的所有分支了。药物公司用来筛选蛋白质空间结构的计算机几乎是世界上最强大的。现代科学是专业化,分工化。
临床医生并不需要了解药物是如何合成,筛选出来的;也不需要了解核磁共振是如何成像的。但他们的临床经验,也是药物公司的化学家们不懂的。这就是术业有专攻。
杨鸿智:我们许多人大概都像这位网友一样,对现代科学的分工与线性因果关系的研究方法佩服得五体投地。认为这是最好的制度和方法。至于说在这样好的方法面前还有一些问题不能解决,大家是不以为然的,认为这只是一个时间问题。现在我要说的是,我们是否可以换一个思想,是否可以怀疑方法的正确性?系统论思想正是这样,它告诉我们分工和线性因果关系的研究方法是永远也不能解决复杂系统问题的。前面网友所说的,在系统论来讲,叫做“决定论思想”,这个问题我已经在第22篇文章中说过了,网友们可以再回头看一看。我现在所宣传的正是要大家放弃分工的思想,而用综合的系统思想研究问题。目的是为了解决那些我们现在还不能解决的复杂系统问题。20世纪这100年里,自然科学有很多新成果。这些成果可以分为两类,一类是还原论的东西,另一类是系统论的东西。还原论的东西是机械论自然科学的一贯思想产物,具体成果是新的,但是,方向是旧的,是落后的东西。系统论是新的,真正先进的东西,是可以帮助我们解决复杂系统问题的东西。我现在所要做的工作,就是要大家知道,自然科学还有这样的两种,我们要放弃旧的机械论还原论的科学,要学习新的系统论的科学。
特深沉:当然,大多数做具体工作的人,是遵循分工化和精细化的。但并不是说,现代科技都是没头苍蝇,在黑暗里撞。还有一些功成名就的人,在从事过年具体工作以后,从具体研究里脱出来,关心和掌握研究方向,和综合问题。比如那些已经诺贝尔到手几十年后,大多都在考虑指导性的事情。另外,所谓机械论,决定论,是对牛顿,拉普拉斯时代的称谓,自1905年后就没有了,不知道你说的是什么。
杨鸿智:1905年是值得纪念的,因为从爱因斯坦开始产生了非机械论的自然科学。但是,非机械论的自然科学的产生与机械论自然科学结束应该是两件事情。两种自然科学还有一个交替过程。20世纪的100年就是这样一个交替过程。在这100年里,虽然非机械论自然科学在生长,而机械论自然科学也没有停止,也在继续发展。特别是在我们所在的生物医学领域,机械还原论更是取得了非常巨大的成果,基因理论的发展使生物医药成为世界经济发展的支柱产业。在世界科学界许多学科已经开始进行机械还原论批判的背景下,生物医学领域机械还原论的发展显得特别突出。因此有人提出这样的评论,说生物医学领域可能是机械还原论最后的一个堡垒。现在。20世纪已经结束,21世纪已经开始。人们预测,21世纪可能是非机械论自然科学大发展并最后战胜机械论自然科学的世纪。当然,要做到这一点,还需要许多科学家做许多工作。因为头脑清醒的人都知道,虽然非机械论自然科学有了许多发展,但是,现在仍旧是机械论自然科学占主导地位的时代。而这也正是说明我们现在宣传非机械论自然科学的重要性。现在我们要问:是什么人说自1905年以后就没有机械论了?这已经不是什么理论问题,而是一个实践问题了。如果不知道什么是机械论,不知道是否现在还有机械论,不知道自己是不是机械论,这样的人还如何参加关于机械论的讨论呢?当然,现在这里所进行的讨论,作为一个案例,从反面证明我在医学界进行系统论科学的宣传是正确的——现在许多人不理解我为什么进行这样的宣传。
《博客中国 -> 博客论坛 -> 生物科技》
biobot:精彩
《天涯虚拟社区> 科学论坛》
非常很不烦:扫描 了一下,发现只有两个人顶,不过点击率很高,说明这方面不懂的人太多了。我也不懂,但我还是准备那天静下心来好好的看。佩服楼主。
杨鸿智:感谢关注和支持!点击率很高,说明已经引起许多人的注意。回帖少,说明大多数人确实对这方面的知识不多,没有发言权。但是,相比之下,这些不发言的人比那些一上来就痛骂“伪科学”的人要有知识得多。因为大家还知道自己的知识不够,还需要学习。谢谢!
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 楼主| 发表于 2005-6-23 14:29:58 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

第44篇  后现代科学(5)— 薛定谔传记
作者:
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
一  简历
薛定谔(Erwin Schrdinger, 1887~1961),奥地利理论物理学家。
1906年中学毕业后以优异的成绩考入维也纳大学物理系。毕业后留校任物理实验课助教,
1910年获博士学位后,在维也纳大学第二物理研究所工作。
1914年1月正式取得大学教师资格。
1920年后移居德国,先后在耶拿大学、斯图加特工学院任教。
1921年至1927年在瑞士苏黎士大学任数学物理教授,
1925年底至1926年初提出了用波动力学方程来处理电子运动问题,得到了与实验数据相符合的结果,这一方程以后被称为薛定谔方程。他还证明了波动力学和矩阵力学在数学上是等价的,是量子力学的两种形式。为此,薛定谔荣获1933年的诺贝尔物理学奖。以后,他致力于研究有关波动力学的应用和统计诠释,以及广义相对论和统一场论问题。
1926年连续发表了“作为本征值问题的量子化”、“从微观物理学到宏观物理学的连续变换”、“论海森伯、玻恩和约尔旦的量子力学与薛定谔的量子力学之间的关系”等6篇论文,成为量子力学的创始人之一。
1927年举家迁居柏林,就任柏林大学理论物理学教授。
1933年10月,薛定谔为了抗议希特勒上台后的种种倒行逆施,借口休假来到英国牛津大学任玛格达伦学院研究员。
1933年诺贝尔物理学奖。
1936年回到奥地利,任格拉茨大学物理学教授,同时兼任维也纳大学名誉教授。
1938年,薛定谔为了逃避纳粹党徒的迫害离开了格拉茨大学,
1939年转到爱尔兰,在都柏林高级研究所工作了17年,直至1955年退休。
1944年,薛定谔发表《生命是什么》一书。在书中,他试图用热力学、量子力学等理论来解释生命现象,引入了负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念,这些概念至今仍有着广泛的影响。他是公认的分子生物学的先驱。
1956年返回奥地利。
1961年元月在奥地利阿尔卑巴赫山村病逝。
二  对薛定谔的评价
薛定谔最杰出的贡献是在1925年底至1926年初提出了用波动力学方程来处理电子运动问题,得到了与实验数据相符合的结果,这一方程以后被称为薛定谔方程。他还证明了波动力学和矩阵力学在数学上是等价的,是量子力学的两种形式。为此,薛定谔荣获1933年的诺贝尔物理学奖。以后,他致力于研究有关波动力学的应用和统计诠释,以及广义相对论和统一场论问题。
薛定谔一生写了许多论文和著作,其中代表性的有:“量子力学的当前形势”、《统计热力学》(1946)、《时空结构》(1950)、《膨胀着的宇宙》(1956)和《我的世界观》(1957)。薛定谔在1944年写的《生命是什么——活细胞的物理学观》成为生命科学与物理科学联姻的里程碑。在书中,他试图用热力学、量子力学等理论来解释生命现象,引入了负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念,这些概念至今仍有着广泛的影响。他是公认的分子生物学的先驱。
三  薛定谔获得诺贝尔物理学奖授时的情况
1933年10月的一天,以雾都著称的伦敦是一个难得的好天气。街上人很多,仿佛都想得到阳光的恩泽。薛定谔和他的夫人却在伦敦的一家小旅馆里,闭门而坐。从柏林来到伦敦已经5天了。今天,他以牛津大学客座教授的身份,被玛格达伦学院接纳为研究员。这是一个好消息,他可以在伦敦继续他钟情的物理学研究了。当然,他不知道紧接着有一个更大的喜讯在等着他。他坐在旅馆的客房里,与他夫人一起回忆着今年希特勒上台以来在德国的种种倒行逆施。希特勒政权在大学校园里实施法西斯教育,迫害知识分子尤其是犹太血统的知识分子。薛定谔虽然不是犹太人,尚不在被迫害之列。但他为人正直、嫉恶如仇,对希特勒的法西斯暴行义愤填膺。他不惜放弃柏林大学最荣耀的教授职位,不惜放弃对他个人来说还是安定的生活,借口休假离开柏林来到了伦敦。现在虽然在玛格达伦学院可以继续他的研究工作,但又怎能和在柏林大学物理系相比。那里有他的老师辈科学家普朗克和爱因斯坦,还有他的好友迈特纳和哈恩等。他们都是最杰出的人物……“滴铃铃,滴铃铃”,一阵急促的电话铃声打断了薛定谔和他夫人的回忆。薛定谔拿起话筒,只听得电话另一端传来陌生却又充满激情的声音:“您是薛定谔教授吗?这里是《泰晤士报》编辑部。告诉您一个令人振奋的喜讯:瑞典皇家科学院已决定把1933年诺贝尔物理学奖授给您和狄拉克教授了。您是值得骄傲的。”
薛定谔因为发现了原子结构的新形式而获得诺贝尔物理学奖,以他的波动力学成为量子力学创始人之一。不仅薛定谔本人值得骄傲,他的祖国奥地利也为此而骄傲。薛定谔之所以能成为量子力学的创始人,获得诺贝尔奖金并在后来的科研生涯里继续作出卓越的贡献,既和他有坚实的物理理论功底、优秀的哲学素养和数学素养有关,也和他始终重视理论之间的综合,追求科学的统一有关。
四  粒子和波的综合
  
把一块石子扔进平静的水池,水池里立即会出现一圈圈由中心向外扩散的水波。水波涟漪,但是水并没有流动。在生活中,声音和光线也都是波动。波动和石块、车辆乃至像分子这样大小的微粒的运动都不一样,波和粒子不是一回事。但是当我们把目光注视到像原子核、电子这样一些极小的粒子的时候,是不是也和我们日常生活中看到的物体有着差不多的形状和行为,只不过体积大小上有差别呢?薛定谔大学毕业后就一直在思考着这个问题。他隐约感到,在原子内部这样小的范围里,用粒子的图像、用地球绕太阳公转的图像来解释电子绕原子核运动不一定可靠。他比较了粒子运动时遵循的哈密顿原理和波动服从的费马原理(也叫最小光程原理)的异同,深深感到这两个原理完全可以综合为一个定律。他说:“大自然是把同一个定律用完全不同的方式表现了两次:一次是用十分明显的光线来表现;另一次是用质点来表现。”他坚信把粒子和波的概念综合起来,把粒子的力学过程建立在波动力学的基础上,是给出原子内部结构形式的真正出路。1926年,薛定谔终于建立了一个完整的波动力学方程。他建立的为微观粒子服从的规律——波动方程,成为打开微观世界大门的金钥匙。今天我们把薛定谔建立的波动方程叫做薛定谔方程。
  
五  薛定谔猫——哲学思维和物理思维的综合
  
薛定谔在量子力学中构造的波动力学体系一问世,就以它优美的数学方程和用这个方程计算出的原子结构图像的正确性轰动了整个物理学界。今天要估算一下薛定谔方程究竟已被人们使用过多少次几乎是不可能的。尽管薛定谔方程极为有用,但是在这个方程所反映的波动究竟是什么波的问题上一开始就有不同的看法。薛定谔认为是物质粒子的波,与他持相同观点的有著名科学家德布罗意等,爱因斯坦也对薛定谔的观点表示赞赏。但是,包括玻尔、海森伯及玻恩在内的大多数物理学家则认为薛定谔方程中的波不是物质粒子的波而是几率波。描写波的函数——波函数,使我们知道的不是物质粒子的波动行为而是微观粒子出现在某一地方的几率,就像我们事先不知道一枚硬币扔到桌上究竟哪一面向上,但却能知道每一面向上的几率(等于1/2)一样。薛定谔反对用几率来解释粒子的行为。1935年,他以自己的哲学见解,特别是唯物主义观点,加上娴熟的物理技巧,聪明地设计了一个今天我们叫做“薛定谔猫”的理想实验。它使人们相信,粒子的几率行为将会给我们人类所能观察到的宏观世界带来可笑的矛盾。薛定谔想象在一只密闭的盒子里有一只猫,猫的旁边有一瓶毒药。这瓶毒药能不能打开取决于放在盒中的微观粒子的行为(如辐射物质的原子衰变)。一旦装毒药的瓶子被打开,猫就会被毒死。薛定谔说,根据几率解释,这只猫既可能是活猫又可能是死猫,但是只要我们打开盒子就能看到究竟是活猫还是死猫。薛定谔发问,难道猫的死或活是被打开盒子观察的人所决定的吗?这有悖常情,也不符合唯物主义的观点。
薛定谔关于猫的理想实验,虽然在今天用量子力学的几率解释大体上能够说明。但是,几率解释真是唯一正确的吗?今天还有一些科学家在努力,希望得到比几率解释更高明的解释。
  
六  更广泛的综合——活细胞和物理学
  
1941年,薛定谔来到爱尔兰的都柏林高级研究所担任理论物理组主任。因为爱尔兰在地理上远离欧洲大陆,二战期间,那里几乎成了欧洲人的“世外桃源”。在都柏林的日子里,他的视野更开阔了,注意力不再只集中在物理学领域,他的目光对准了整个科学。他在追求科学的综合和统一。
生命现象是自然界最神奇、最美妙的现象。自古以来有多少哲人学者想揭开生命现象的奥秘啊。“生命是什么”这个千古难题真可谓“引无数英雄竞折腰”。薛定谔在都柏林也开始思考“生命是什么”的问题,这或许与他的父亲是生物学家有关。和别人不同的是,薛定谔既没有用纯粹的哲学想象,也没有用传统的生物学方法,而是开创了把物理学和生物学综合在一起去思考生命现象本质的新思路。他用原子间化学键的作用,解释生物大分子结构的稳定性;用生物大分子中有关元素的空间排列解释“遗传密码”;用热力学第二定律与生物进化的矛盾性来提出负熵的概念,认为像活细胞这样的有机体是依赖负熵为生的。薛定谔把这一系列和生命有关的研究成果写在一本不到100页的小册子《生命是什么——活细胞的物理学观》里。1944年,这本小册子正式出版,震动了生物学和物理学界,吸引了许多年轻科学家投身于他所开创的新的研究领域。今天一些著名的分子生物学家在谈起他们为何投身于对生命本质的研究时,几乎都提及该书对他们的影响。他们中间有发现DNA双螺旋结构的1962年诺贝尔生理学奖获得者沃森和克里克,有1969年诺贝尔生理学奖获得者卢里亚等。当我们今天享用由基因工程带来的工农业新产品,医疗上的新方法、新药品时,可不能忘记薛定谔作为一名物理学家、一位开创物理学和生物学综合之路的科学大师的功绩呀!
七  物理学家们如何看待生命的本质
  
生命究竟是什么?生命运动有没有规律?多少年来,人们都在积极思考这些问题。20世纪以来,随着物理学和生物学的发展,物理学不可避免地向生物学渗透。早在20世纪初,美国遗传学家摩尔根的一位小有名气的同学洛布就提出,生命运动的规律同一般的物理学和化学的规律是完全一致的。所以要理解生命现象,就必须用物理学、化学的观点,用实验、定量的方法来研究生物学。
物理学家们也饶有兴趣地议论生物学的问题。30年代,丹麦著名的物理学家、量子论的奠基人玻尔对于生命问题发表了非常有意义的见解。1932年他在题为“生命和光”的演讲中指出,试图把有机体简单地还原为化学的相互作用来回答“生命是什么?”的问题,就如同试图画出每个电子的位置来描述原子一样困难。简单地将生物体分解为其组成部分的化学系统,那样机体就不能活了,就成为另外的不同系统了。在生物学里承认生命的存在是一个给定的基本事实。旧的概念,即机械论对此不可能作出满意的结论。生物学也必须像物理学那样,当它运用新的概念和新的研究方法时,就能上升到新的认识水平。玻尔天才地预示了物理学与生物学或许也是互补的,这两者相结合将对生命现象作出满意的解释。
玻尔的思想启发了他的学生德尔布吕克。德尔布吕克20年代到玻尔的理论物理所工作过两年。30年代他到美国的加州理工学院,与摩尔根等遗传学家交往甚密,兴趣转到了生物学上。德尔布吕克认为,经典物理学和化学不能为基因如何体现其功能提供充分的描述,某些其他的方法比旧式的机械论更能说明问题。他在美国创建了著名的噬菌体小组,以噬菌体为对象研究起基因来。他的小组作出的杰出贡献是确立了主管遗传的不是蛋白质,而是DNA(脱氧核糖核酸)。
  
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 楼主| 发表于 2005-6-23 14:30:32 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

八  关于生命是什么的物理学新观念
  
使现代物理学与生物学实现“互补”并取得卓越成就的,是薛定谔。薛定谔是量子力学的奠基人之一。他建立了描述微观粒子的运动方程——薛定谔方程,奠定了波动力学的基础,为此荣获了1933年的诺贝尔物理学奖。薛定谔与玻尔交往很深,与德尔布吕克也是好友,他充分了解德尔布吕克关于遗传方面的研究。薛定谔出于对科学统一的信念,以及对奇妙的生命现象,如遗传性状的不变性和新陈代谢等的深入思考,运用现代物理学的理论和方法剖析生命现象,提出了一系列有价值的见解。1944年,反映他主要思想的名著《生命是什么》问世。
薛定谔认为,复杂的生命现象是无法归结为物理学的普通定律的。我们不必为此感到沮丧,因为这是预料之中的事情。这不是因为生命体中有一种“新的力量”在起作用,而是因为生命体的构造同在物理实验室里实验过的任何东西都不一样。他说,要发现在生命物质中占支配地位的新定律,这些定律既非超物理学定律,也不能称为非物理学定律,而是迄今为止已确立的“物理学定律”,以及迄今还不了解的“物理学的其他定律”。
薛定谔在前人把新陈代谢解释为物质交换和能量交换的基础上,参照热力学定律,引入了“负熵”的概念。由热力学第二定律可知,孤立系统中不可逆的过程,其熵值总是趋向增加,系统趋于几率增大的无序状态,直至达到热力学平衡。而生命却是物质有秩序、有规律的行为,生命有机体作为宏观系统能保持自身的高度有序状态和不可几状态,避免很快衰退到平衡态,并不断向有组织性的方向进化。应当怎样解释生命物质的这种功能呢?薛定谔认为:“一个生命有机体要活着,唯一的办法就是从环境中不断地汲取负熵。……有机体就是依赖负熵为生的,或者更确切地说,新陈代谢中本质的东西,乃是使有机体成功地消除了当它活着时不得不产生的全部的熵。”他以高等动物为例,认为它们正是从极有秩序的作为食物的、复杂程度不同的有机物中不断吸取秩序,维持自身组织的高度有序水平的。
  
九  决定生物性状的遗传密码的设想
  
薛定谔在《生命是什么》这部著作里,对于染色体如何决定生物体的遗传性状作了最初的设想。他发挥了德尔布吕克的思想。德尔布吕克曾猜想过,基因在世代相传中之所以保持其结构不变,是因为染色体(基因是它的一部分)是像非周期性晶体那样构造的。薛定谔提出了基因大分子是一种由同分异构元素连续组成的非周期晶体,像稳固的晶体结构一样,它的稳定是由于原子间的海特勒—伦敦键(一种化学上的共价键)的作用。他指出,染色体是以遗传密码的形式来决定生物体的遗传性状以及生物体未来发育的模式的。可是在微小的遗传物质中,怎么能包含那么多性状的密码呢?他说,就是这种同分异构的非周期晶体结构,“提供了各种可能的(异构的)排列,在它的一个很小的空间范围内,足以体现出一个复杂的‘决定’系统。真的,在这种结构里,不必有大量的原子就可以产生出几乎是无限的可能排列”。他天才地预示,莫尔斯电报密码只用点与划两种符号,如果每一组合用的符号不超过4个,就可编成30种不同的代号;如果在点与划之外再加上第3种符号,每一组合用的符号不超过10个,就可以编出88572个不同的字母。因此“就基因分子的图式来说,微型密码丝毫不错地对应于一个高度复杂的特定的发育计划,并包含了使密码发生作用的手段,这一点已经是不再难以想象的了”。
薛定谔第一次把量子力学中的“跃迁”概念用来解释基因突变的原因。他说:“突变实际上是由于基因分子中的量子跃迁所引起的,这种变化在于原子的重新排列并导致了一种同分异构的分子。”对比原子的平均热能,这种构型变化的阈能很高,以致变化的几率极低,这种罕见的变化就是自发突变,它们成为自然选择的基础。
  
十  现代生物学革命的契机
  
薛定谔在《生命是什么》一书里,倡导从分子水平来探索遗传机制和生命本质,引入了“负熵”、“遗传密码”等一系列新概念。在方法论上,他强调以物理学和化学的理论、方法和实验手段来研究生物学,并率先在这方面做了大胆的尝试。《生命是什么》在西方科学界产生了深刻的影响。
第二次世界大战结束期间,许多物理学家面临着职业选择。原子战争的恐怖和物理学可能导致的毁灭作用,使许多物理学家,尤其是年轻的物理学家重新考虑他们的工作能否给人类带来幸福。一些人感到量子理论的大发展时期已经过去,他们所能做的工作或许仅仅是完善理论的内容或改正某些细节而已。薛定谔在此时提出用热力学和量子力学来研究生命的本质,并认为新的物理学定律将在这种研究中被揭示出来,这对一批年轻的物理学家有着极大的诱惑力,吸引他们投身于这个充满希望的领域。1962年诺贝尔生理学奖的获得者沃森、克里克和威尔金斯,都是受薛定谔思想的影响从物理学领域转到分子生物学研究上来的年轻学者。战后,正是受《生命是什么》的影响,克里克放弃了研究基本粒子的计划,选择了“原来根本不打算涉猎的生物学”,而部分由于原子弹对物理学失去兴趣的威尔金斯,“为控制生命的高度复杂的分子结构所打动”,“第一次对生物学问题发生了浓厚的兴趣”。沃森则是在大学期间读了《生命是什么》而“深为发现基因的奥秘所吸引”。他们三人因在1953年发现DNA的双螺旋结构而荣获诺贝尔奖。
威尔金斯认为尽管薛定谔不是一个纯粹的生物学家和化学家,但他的著作之所以有影响,其中一个原因就恰恰是因为“他是作为一个物理学家来写作的,如果他作为一个正式的大分子化学家来写,或许就不会有同样的功效”。正是从一个理论物理学家的角度,薛定谔对生命物质和遗传机制的研究开辟了一种全新的途径,促成了现代生物学从定性描述到定量研究,从强调整体到重视具体机制,从强调生命与非生命的差别转到强调两者之间的统一性,从单科研究转到多学科综合研究的重大转折;同时促进了分子生物学的诞生。日本遗传学家近藤原平评价说:“给予生物学界以革命契机的是一本叫做《生命是什么》的小册子。它所起的作用正像《黑奴吁天录》这本书成为奴隶解放的南北战争的契机一样。”
说明:本文内容是由《世界科技英才录》一书中的两篇文章综合而成。这两篇文章是:《善于进行创造性综合的物理学家——薛定谔》(张沁源)和《赋予生命科学以革命性契机的理论物理学家——薛定谔》(陈敬全)
《论坛反应与交流》
     
《生物谷——中国生命科学论坛》
Blueyixiaodi:终于也知道一点关于薛定谔的知识了。
杨鸿智:这使我感觉欣慰。谢谢关注!
Wangchangwei:玻尔有句话,薛定谔方程比薛定谔聪明!楼主听说过吗?
杨鸿智:一个人的自身和他对人类的贡献相比,永远是后者大于前者。我们生活中所应用的器物,我们很少知道是什么人发明创造的。马克思也说过:如果你们是马克思主义者,那么我就不是马克思主义者。马克思主义在后来的时间里,在后来的人那里有了新的发展,所以,可以说马克思主义比马克思本人还伟大。都是这个道理。
Wangchangwei:谢谢楼主,你分析的很有道理!
Kunlunxia:是个人物,向前辈学习!
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 楼主| 发表于 2005-6-23 14:31:13 | 只看该作者

<后现代理论医学>专集

第45篇  后现代科学(6)— 薛定谔的书《生命是什么》
作者:
中国医药信息学会北京分会后现代理论医学专业委员会主任委员杨鸿智
这里,我们从薛定谔的书《生命是什么——活细胞的物理学观》中,做一些摘录,以便网友对这本书有所了解。限于篇幅,这里只做很少的摘录,因此,这些摘录也不可能表现作者所有的观点,只是给大家一个感性认识,知道这本书大概是什么样的一本书就是了。真正要掌握这本书,还要大家自己去看。摘录中小节前面的标题和数字是书中原来有的。下面就请看摘录:
56. 生命物质避免了趋向平衡的衰退
  生命的特征是什么?一块物质什么时候可以说是活的呢?那就是当它继续在“做某些事情”,运动,新陈代谢,等等,而且可以指望它比一块无生命物质在相似情况下“维持生活”的时间要长得多。当一个不是活的系统被分离出来,或是放在一个均匀的环境里的时候,由于各种摩擦阻力的结果,所有的运动往往立即陷于停顿;电势或化学势的差别消失了,倾向于形成化学化合物的物质也是这种情况,温度由于热的传导而变得均一了。在此以后,整个系统衰退成死寂的、无生气的一团物质。这就达到了一种永恒不变的状态,不再出现可以观察到的事件。物理学家把这种状态称为热力学平衡,或“最大值的熵”。
  实际上,这种状态经常是很快就达到的。从理论上来说,它往往还不是一种绝对的平衡,还不是熵的真正的最大值。最后达到平衡是十分缓慢的。它可能是几小时、几年、几个世纪……。举一个例子,这是接近平衡还算比较快的一个例子:倘若一只玻璃杯盛满了清水,第二只玻璃杯盛满了糖水,一起放进一只密封的、恒温的箱子里。最初好象什么也没有发生,产生了完全平衡的印象。可是,隔了一天左右以后,可注意到清水由于蒸汽压较高,慢慢地蒸发出来并凝聚在糖溶液上。糖溶液溢出来了。只有当清水全部蒸发后,糖才达到了均匀地分布在所有水中的目的。
  这些最后是缓慢地向平衡的趋近,决不能误认为是生命。在这里我们可以不去理会它。只是为了免得别人指责我不够准确,所以我才提到它。
57. 以“负熵”为生
  一个有机体能够避免很快地衰退为惰性的“平衡”态,似乎成了如此难解之谜,以致在人类思想的最早时期,曾经认为有某种特殊的非物质的力,或超自然的力(活力,“隐得来希”)在有机体里起作用,现在还有人是这样主张的。
  生命有机体是怎样避免衰退的呢?明白的回答是:靠吃、喝、呼吸以及(植物是)同化。专门的术语叫“新陈代谢”。这词来源于希腊字,意思是变化或交换。交换什么呢?最初的基本观点无疑是指物质的交换(例如,新陈代谢这个词在德文里就是指物质的交换)。认为物质的交换应该是本质的东西的说法是荒谬的。氮、氧、硫等的任何一个原子和它同类的任何另一个原子都是一样的,把它们进行交换又有什么好处呢?过去有一个时候,曾经有人告诉我们说,我们是以能量为生的。这样,使我们的好奇心暂时地沉寂了。在一些很先进的国家(我记不清是德国还是美国,或者两个国家都是)的饭馆里,你会发现菜单上除了价目而外,还标明了每道菜所含的能量。不用说,这简直是很荒唐的。因为一个成年有机体所含的能量跟所含的物质一样,都是固定不变的。既然任何一个卡路里跟任何另一个卡路里的价值是一样的,那么,确实不能理解纯粹的交换会有什么用处。
  在我们的食物里,究竟含有什么样的宝贵东西能够使我们免于死亡呢?那是很容易回答的。每一个过程、事件、事变--你叫它们什么都可以,一句话,自然界中正在进行着的每一件事,都是意味着它在其中进行的那部分世界的熵的增加。因此,一个生命有机体在不断地增加它的熵--你或者可以说是在增加正熵--并趋于接近最大值的熵的危险状态,那就是死亡。要摆脱死亡,就是说要活着,唯一的办法就是从环境里不断地汲取负熵,我们马上就会明白负熵是十分积极的东西。有机体就是赖负熵为生的。或者,更确切地说,新陈代谢中的本质的东西,乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的熵。
  
  58. 熵是什么?
  熵是什么?我首先要强调指出,这不是一个模糊的概念或思想,而是一个可以计算的物理学的量,就象是一根棍棒的长度,物体的任何一点上的温度,某种晶体的熔化热,以及熔化一种物体的比热等。在温度处于绝对零度时(大约在-273℃),任何一种物体的熵等于零。当你以缓慢的、可逆的、微小的变化使物体进入另一种状态时(甚至因此而使物体改变了物理学或化学的性质,或者分裂为两个或两个以上物理学或化学性质不同的部分),熵增加的总数是这样计算的:在那个步骤中你必须供给的每一小部分热量,除以供给热量时的绝对温度,然后把所有这些求得的商数加起来。举一个例子,当你熔解一种固体时,它的熵的增加数就是:熔化热除以熔点温度。由此,你可看到计算熵的单位是卡/度(摄氏)(就象卡是热量的单位或厘米是长度的单位一样)。
  59. 熵的统计学意义
  为了消除经常笼罩在熵上的神秘气氛,我已简单地谈到了这个术语的定义。这里对我们更为重要的是有序和无序的统计学概念的意义,它们之间的关系已经由玻尔兹曼和吉布斯在统计物理学方面的研究所揭示。这也是一种精确的定量关系,它的表达式是:熵=klogD,k是所谓的玻尔兹曼常数(=3.2983E-24卡/℃),D是有关物质的原子无序状态的数量量度。要用简短的非专业性的术语对D这个量作出精确的解释几乎是不可能的。它所表示的无序,一部分是那种热运动的无序,另一部分是存在于随机混合的、不是清楚地分开的各种原子或分子中间的无序。例如,上面例子中的糖和水的分子。这个例子可以很好地说明玻尔兹曼的公式。糖在所有水面上逐渐地“溢出”就增加了无序D,从而增加了熵(因为D的对数是随D而增加的)。同样十分清楚的是,热的任何补充都是增加热运动的混乱,就是说增加了D,从而增加了熵。为什么应该是这样情况呢?只要看下面的例子就更加清楚了,那就是,当你熔化一种晶体时,因为你由此而破坏了原子或分子的整齐而不变的排列,并把晶格变成了连续变化的随机分布了。
  一个孤立的系统,或一个在均匀环境里的系统(为了目前的考虑,我们尽量把它们作为我们所设想的系统的一部分),它的熵在增加,并且或快或慢地接近于最大值的熵的惰性状态。现在我们认识到,这个物理学的基本定律正是事物接近混乱状态的自然倾向(这种倾向,跟写字台上放着一大堆图书、纸张和手稿等东西表现出的杂乱情况是同样的),除非是我们在事先预防它。(在这种情况下,同不规则的热运动相类似的情况是,我们不时地去拿那些图书杂志等,但又不肯化点力气去把它们放回原处。)
  
  60. 从环境中引出“有序”以维持组织
  一个生命有机体通过不可思议的能力来推迟趋向热力学平衡(死亡)的衰退,我们如何根据统计学理论来表达呢?我们在前面说过:“以负熵为生”,就象是有机体本身吸引了一串负熵去抵消它在生活中产生的熵的增加,从而使它自身维持在一个稳定的而又很低的熵的水平上。
  假如D是无序的度量,它的倒数1/D可以作为有序的一个直接度量。因为1/D的对数正好是D的负对数,玻尔兹曼的方程式可以写成这样:负熵=klog(1/D)。
  因此,“负熵”的笨拙的表达可以换成一种更好一些的说法:取负号的熵,它本身是有序的一个量度。这样,一个有机体使它本身稳定在一个相当高的有序水平上(等于熵的相当低的水平上)的办法,确实是在于从它的环境中不断地吸取秩序。这个结论比它初看起来要合理些。不过,可能由于相当繁琐而遭到责难。其实,就高等动物而言,我们是知道这种秩序的,它们是完全以此为生的,就是说,被它们作为食物的、复杂程度不同的有机物中,物质的状态是极有序的。动物在利用这些食物以后,排泄出来的是大大降解了的东西,然而不是彻底的分解,因为植物还能利用它。(当然,植物在日光中取得“负熵”的最有力的供应)
61. 在有机体中可以指望有新的定律
  总之,在这最后一章中我希望阐明的是,根据我们已知的关于生命物质的结构,我们一定会发现,它的活动方式是无法归结为物理学的普遍定律的。这不是由于有没有什么“新的力量”在支配着生命有机体内单一原子的行为,只是因为它的构造同迄今在物理实验室中试验过的任何东西都是不一样的。浅显地说,一位只熟悉热引擎的工程师,在检查了一台电动机的构造以后,会发现它是按照他还没有懂得的原理在工作的。他会发现,他很熟悉的制锅用的铜,在这里却成了很长的铜丝绕成了线圈;他还会发现,他很熟悉的制杠杆和汽缸的铁,在这里却是嵌填在那些铜线圈的里面。他深信这是同样的铜和同样的铁,服从于自然界的同样的规律,这一点他是对的。可是,不同的构造却给他准备了一种全然不同的作功方式。他是不会认为电动机是由幽灵驱动的,尽管它不用蒸汽只要按一下开关就运转起来了。
62. 生物学状况的评述
  在有机体的生命周期里展开的事件,显示出一种美妙的规律性和秩序性,我们碰到过的任何一种无生命物质都是无法与之匹敌的。我们发现,它是受一群秩序性最高的原子所控制的,在每个细胞的原子总数里,这种原子团只占了很小的一部分。而且,根据我们已经形成的关于突变机制的观点,我们断定,在生殖细胞的“占统治地位的原子”团里,只要很少一些原子的位置发生移动,就能使有机体的宏观的遗传性状中出现一个明显的改变。
  这些事实无疑是当代科学所揭示的最感兴趣的事实。我们也许会发现它们终究还不是不能接受的。一个有机体在它自身集中了“秩序之流”,从而避免了衰退到原子混乱--从合适的环境中“吸取秩序”--这种惊人的天赋似乎同“非周期性固体”,即染色体分子的存在有关。这种固体无疑代表了我们所知道的最高级的有序的原子集合体--比普通的周期性晶体的有序高得多--它是靠每个原子和每个自由基在固体里发挥各自的作用。
  简单地说,我们亲眼看到了现存的秩序显示了维持自身和产生有序事件的能力。这种说法听上去似乎是很有道理的。然而它之所以似乎有道理,无疑地是由于我们汲取了有关社会组织的经验和涉及到有机体活动的其他事件的经验。所以,它有点象一种恶性循环的论证。
65. 产生有序的两种方式
  在生命的发展中遇到的秩序性有不同的来源。有序事件的产生,看来有两种不同的“机制”:“有序来自无序”的“统计学机制”,和“有序来自有序”的一种新机制。对于没有偏见的人来说,第二个原理似乎简单得多,合理得多。这是无疑的。正因为如此,所以物理学家是如此自豪地赞成另一种方式,即赞成“有序来自无序”的原理。在自然界中,不仅实际上是遵循这个原理,而且只有这个原理才使我们理解自然界事件的长期发展,首先是理解这种发展的不可逆性。可是,我们不能指望由此得出的“物理学定律”能直截了当地解释生命物质的行为,因为这些行为的最惊人的特点,是明显地主要以“有序来自有序”的原理为基础的。你不能指望两种全然不同的机制会提出同一种定律,正象你不能指望用你的弹簧锁钥匙去开你邻居的门。
  因此,我们不必因为物理学的普遍定律难以解释生命而感到沮丧。因为根据我们对生命物质结构的了解,这正是预料中的情况。我们必须准备去发现在生命物质中、占支配地位的新的物理学定律。这种定律,我们姑且不称它是一种超物理学定律,可是难道能称之为非物理学定律吗?
  
  66. 新原理并不违背物理学
  不,我不那么想。因为这个涉及到的新原理是真正的物理学原理:在我看来,这不是别的原理,只不过是量子论原理的再次重复。要说明这一点,我们就要说得详细些,包括对前面作出的所有物理学定律全以统计学为基础的论断作一番推敲,但不是作修正。
  这个一再重复的论断,是不可能不引起矛盾的。因为确实有很多现象,它们许多突出的特点是明显地直接以“有序来自有序”的原理为基础的,并且同统计学和分子的无序看来是毫无关系的。
  太阳系的秩序,行星的运动,几乎是无限期地维持着。此时此刻的星座是同金字塔时代的任何一个具体时刻的星座一脉相承的;从现在的星座可以追溯到那时的星座,反过来也是如此。曾经预测过历史上的日食和月食,并且发现这种预测同历史上的记载几乎是完全符号的,在某些情况下,甚至用来校正公认的年表。这些预测不包括任何一种统计学,它们是以牛顿的万有引力定律作为唯一的依据的。
  一台好的时钟,或者任何类似的机械装置的有规则运动,似乎跟统计学是无关的。总之,所有纯粹机械的事件,看来是明确而直接地遵循着“有序来自有序”的原理。如果我们说“机械的”,必须在广义上来使用这个名词。你们知道,有一种很有用的时钟,是以电站有规则地输送电脉冲来运转的。
  我记得马克斯•普朗克写过一篇很有意思的小文章,题目是《动力学型和统计学型的定律》(德文是《动力学和统计学的合法性》)。这两者的区别,正好就是我们在这里称之为“有序来自有序”和“有序来自无序”的区别。那篇文章旨在表明控制宏观事件的统计学型的定律,是如何由被认为是控制微观事件、即控制单原子和单分子的相互作用的“动力学”定律所组成的。宏观的机械现象,如行星或时钟的运动等,说明了后一种类型的定律。
  这样看来,被我们一本正经地当作了解生命的真正线索的“新原理”,即“有序来自有序”的原理,对物理学来说,完全不是新东西。普朗克甚至还摆出了论证它的优先权的架势。我们似乎得出了可笑的结论,即了解生命的线索是建立在纯粹机械论的基础之上的,是普朗克那篇文章所说的“钟表装置”的基础之上的。我看,这个结论既不是可笑的,也不是全错的,但是对它是“不可全信”的。
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