T如果所有的生命都是由遵循我们已知的精确方程(似乎是正确的)的原子构成的，那么生命的存在可能只是这些定律的下游结果，我们还没有计算出来。这基本上是物理学家的思维方式，值得赞扬的是，它已经做了很多工作来帮助我们理解生物是如何工作的。
多亏了像Max Delbrück这样在20世纪中叶从物理学转向生物学的先驱，物理科学定量分析的影响帮助细胞生物学和生物化学产生了机械、分子方法，并带来了许多革命性的发现。像x射线晶体学、核磁共振和超分辨率显微镜这样的成像技术已经为DNA、蛋白质和其他比单个细胞更小的结构提供了生动的肖像，这些结构使生命在分子尺度上运行。1
此外，通过破解遗传密码，我们已经能够利用活细胞的机制，通过组装我们自己设计的新大分子来完成我们的任务。随着我们对生命中最微小、最简单的组成部分如何组合在一起形成整体有了越来越精确的了解，越来越有吸引力的想象是，生物学上最棘手的难题可能只有在我们弄清如何用物理学的术语来解决它们时才会得到解决。
当我们发明“生命”这个词时，我们对物理学一无所知。
但是，用这种态度对待生活的主题会让我们失败，原因至少有两个。第一个原因我们可以称之为还原论谬误。还原论的推定宇宙的任何一块我们可以选择学习就像一些古董的标本,结尾的发条,这样很容易(或者至少是非常可能的)来预测整体的行为一旦你知道规则如何推动它的每个部分,与其他移动。
从一些简单的规则解释和预测一切的梦想，长期以来一直吸引着许多科学家，尤其是物理学家的想象力。而且，平心而论，一些研究人员渴望对他们感兴趣的现象进行更彻底的简化解释，这推动了大量优秀科学的发展。毕竟，世界上有些东西可以被理解为各种简单部件之间已知相互作用的结果。起伏的海洋潮汐与月球的引力作用,某些遗传疾病的方式可以追溯到分子事件引发的改变化学蛋白质表面的一个小补丁,有时我们正在研究的东西看起来像一个理解各部分相加的总和。
唉，希望所有科学难题都会通过减速主义征服，在20世纪遍布20世纪之前，物理学家都更受欢迎。从那时起，物理学中的多个诺贝尔奖酶（以及无数的他人也在撰写了如何以及为什么Regraphy思想经常失败的方式写作。2你不能用牛顿定律或量子理论来预测股票市场，也不能预测“多粒子”系统更简单的性质，比如紊流或过冷磁铁。3.在所有这些情况下，被认为“支配”它的物理定律都被淹没在我们不知道、无法测量或缺乏直接计算能力的无限事物中。物理学仍然在这样的系统上工作，但不仅仅是从控制微观部分的基本方程开始。
人们如何看待生活与非生活之间的边界的第二个错误在当天仍然是猖獗的，并以我们使用语言的方式起源。很多人想象一下，如果我们了解物理，我们最终会理解生活是一种身体现象，我们现在了解水冻结或沸腾的方式以及为什么。实际上，似乎人们期望有足够好的物理理论可能成为新的黄金标准来说，说什么是活着的东西，而不是。
然而，这种方法没有认识到，在给世界上的现象命名时，我们自己的作用先于我们能够清楚地说出什么是有生命的东西。一个想要设计生物行为或出现理论的物理学家，必须首先做出直觉选择，如何将我们知道的生命例子的特征转化为物理语言。这样做之后，人们很快就会明白，生命和非生命之间的界限在一开始就已经划定了，通过一种不同于物理学提供的对话方式。
T在某种程度上，对还原论的一种有希望的倾向就表现在对生命从何而来的问题的追问中。我们看着一个活的有机体，不禁想知道，在形式和功能上如此惊人的成功，是否只是一堆更基本的部件相互碰撞的结果，就像简单而可预测的台球。除了那些无声的振动部件之外，这台机器还有其他的东西吗?如果没有，那不应该意味着我们最终可以理解整个事情是如何联系在一起的吗?换句话说，任何对生命出现的解释，难道不应该把它分解成一系列合理化的步骤，每一个步骤都从上一个步骤合理而可预测地进行下去吗?如果是这样的话，这与我们想要将生命简化为一场由一套简单、可计算的已知物理规则指导的精心编排的表演有什么不同呢?
生物学不像物理学那样以数学为基础。
必须承认的是，物理学家已经确定了一些规则，这些规则证明了在曾经看似不可救药、神秘复杂的系统中，可以做出高度精确的预测。多亏了开普勒和牛顿等人的思想，天体运动现在是一本打开的书，我们计算天空中这些明亮的光去了哪里的能力是如此的平凡，以至于现在可以在许多伟大的大学里接受广泛的物理教育，而不必钻研严格的轨道力学的专业杂项。然而，想象一下，在人类历史的大部分时间里，作为一个杰出的自然哲学家，你会惊叹于太阳、月亮和星星似乎是如何随着时间的流逝不断地在天空中重新排列自己，这似乎是难以解决的复杂性。用一对简洁的方程式来描述引力和在力的作用下的运动，就可以把遥远的星系、流浪的行星和用螺旋弹簧悬挂的盒子全部带入一个全面的理论框架中，这种想法，即使是每个时代最伟大的天才也难以想象。这场由牛顿和他同时代的人发起的革命，其范围和意义怎么说都不过分。
然后到了20世纪!爱因斯坦从思考描述光运动的方程开始，通过纯粹的洞察力，最终重新想象了引力的起源，从而最终解释了牛顿无法触及的行星运动的最后一个谜题(即水星)。与此同时，Erwin Schrödinger的量子力学波动方程解锁了原子，为各种类型的带电气体发出的光的颜色提供了一个优雅的定量解释。这是一种奇怪的、非直觉的关于物体内部数学运作的理论，这些物体太小，无法看到或触摸，但它仍然能够以惊人的精确度与实验测量相匹配。在这些伟大的科学胜利之后，人们可能会原谅一两个奇怪的科学家，因为他们觉得所有的不可预测性可能最终会随着更新的、更精彩的理论的出现而消失。
然而，仔细检查，这种胜利的减少理论科学的胜利揭示了一些偏见。成功的物理理论的许多其他例子都是共同的，即他们在试图预测由一个相对简单的数学制定中描述的世界上描述的世界上描述的孤立的世界的孤立的孤立的数学作品时最佳，涉及一些不同的东西可以测量 - 一球太阳能系统，单，孤立氢原子等。在每种情况下，该理论通过过滤出宇宙的其余部分并专注于准确地描述少量物理量之间关系的几个方程式成功。
事实是，当极端简化主义者用强大的超级计算机武装起来，试图直接从各个部分所遵循的简单规则来计算整个系统的行为时，他们会在很多方面偏离目标。正如诺贝尔物理学奖得主P.W.安德森(P.W. Anderson)曾经写过的那句名言:“多多益善。”4虽然我们很有可能成功地提出非常好的物理理论，比如冻结晶体或粘性流体，但这不会是因为我们一开始就完善了原子或亚原子粒子的详细模型，而原子或亚原子粒子是这些东西的基础。
T毫无疑问，作为一门硬科学，分子生物学有着悠久而可敬的历史。译文:由于在分子、细胞、组织和整个有机体上进行的无数次实验，现在我们已经充分认识到，一个生物各种各样惊人的功能都有着其物质部分的物理特性坚实的基础。
然而，这并不是说还原论占统治地位;相反，在生命如何运作的研究中，涌现特性的“越多越不同”的观点随处可见。例如，血液是一种流经静脉并携带氧气的液体。从血红蛋白(血红蛋白)上的一种蛋白质的原子结构就可以很好地了解血液吸收和释放氧气的生化能力。然而，与此同时，像血液粘度这样的量(理论上是水分子与血浆蛋白和许多其他成分混合的结果)是完全不可能从第一性原理来精确预测的。不同因素的数量如何给定细胞或分子的幻灯片被另一个在这种异构混合物是如此特别和复杂敏感的小每一对组件的交互属性的差异,将永远不会有计算尽可能可靠和便捷的做实验衡量实证答案是什么。
用超级计算机武装起来的极端简化主义者将会大错特错。
然而，这个经验答案很重要！寿命在特定的领域中茁壮成长，如果它们不同，它的组件可以通过其组件触发灾难性失败的组件来实现。我们不能认为任何小的变化都是血液慢慢地通过血管滑过的慢慢变化，例如指示细胞如何构建特定蛋白质的DNA序列，必然只会对生物的功能如何运作所有的。生命是一袋不同的碎片，其中一些物理性质比其他物理性质更容易预测，这肯定是至少一些重要的因素，重要的是对生物工作如何运作的重要性高度非普遍的紧急特性的类别是不可能从第一个原则中得出的。
在基础上，这个挑战总是会不断出现，因为用物理术语说话和用生物学术语说话从来都不是一回事，所以生物学上重要的问题并不是根据它们的物理处理能力挑选的。相反，生物学和物理上的交谈方式是在非常不同的概念空间中进行的。
物理学是一种根植于测量特定量的科学方法:距离、质量、持续时间、电荷、温度等等。无论我们谈论的是进行实证观察还是发展理论来进行预测，物理学的语言本质上是有韵律的和数学的。物理现象总是用一组可测数的行为来表达，而其他可测数的行为是固定的或变化的。这就是为什么牛顿第二定律的天才，F =马，不仅成功地提出了一个力(F),质量(米)和加速(一个)，而是意识到这些都是世界上可以独立测量和比较的量，以便发现这样一种普遍的关系。
这不是生物学的原理。的确，在生物学领域做出色的研究涉及到数字交易，特别是在当今时代:例如，统计方法有助于人们对通过反复观察发现的趋势获得信心(例如，当药物被引入时，细胞死亡率有显著但微小的增加)。然而，生命的科学研究并没有从根本上定量的东西。相反，生物学把生物和非生物的分类视为理所当然的起点，然后用科学的方法来研究生命的行为和质量的可预测性。生物学家不需要到处说服人类相信世界实际上是有生命的和没有生命的;相反，就像在人类语言中创造星星、河流和树木等普通事物的术语非常流行一样，活着和不活着之间的区别也通过词汇来表示。
简而言之，如果没有生命观的启发，生物学是不可能被发明出来的，而它所需要的只是有人意识到，通过对生命的科学推理，可以发现一些东西。然而，这意味着，生物学绝大多数肯定不是建立在物理学那样的数学基础上的。发现植物生长需要阳光，或者鱼离开水后会窒息，不需要任何量化。当然，我们可以通过测量植物获得了多少阳光，或者计时鱼离开水的时间来了解更多。但从生物学角度来看，基本的经验法则只关心什么条件会使繁荣或阻止繁荣，而繁荣的含义来自于我们对成功生存的定性和整体判断。如果我们诚实地面对自己，做出这种判断的能力并不是科学家教给我们的，而是来自一种更普通的知识:我们自己是活着的，不断地给我们周围的虫子和花朵带来生与死。科学也许能帮助我们发现使事物生存或死亡的新方法，但只有当我们告诉科学家如何使用这些词的时候。当我们发明“生命”这个词的时候，我们还不懂任何物理学，如果到现在物理学才突然开始指示我们这个词的意思，那就奇怪了。
杰里米英国是乔治亚州理工学院的Glaxosmithkline的人工智能人工智能高级总监，前托马斯D.和弗吉尼亚W. Cabot Capot Career Development Maticics Mitics教授。本文由英格兰的新书改编《每一个生命都在燃烧:热力学如何解释生物的起源》．
请阅读我们对杰里米·英格兰的采访。”物理学家的新生命之书。“
脚注
1.《核酸的分子结构》。自然171737 - 738 (1953);Wüthrich, K.蛋白质在溶液中的结构NMR测定。生物化学杂志26522059 - 22062 (1990);陈志强，陈晓东，陈志强，等。随机光学重建显微术的亚衍射极限成像研究。光学精密工程，2004,25(3):427 - 434。自然方法3.793(2006)。
2.劳克林，R.B.和派恩，d。万物理论。美国国家科学院院刊9728-31 (2000);p·w·安德森(P.W. More)则不同。科学177, 393 - 396(1972)。
我们应该说，安德森和劳克林并不是说，有许多组成部分的系统是完全不可预测的;相反，他们的职业生涯都是在如此复杂的系统中发现可预测性。然而,经常发生在所谓的世界努力凝聚态(也就是说,金属和更多的异国情调的固态材料)的方式削减通过众多,看到订单在整个意识到集体行为必须由一些非常具体的系统的对称性。
这在数学上是很少见的，但举个简单的例子，想象一个平面上箭头指向各个方向的平面点阵。假设每一个箭头的能量都比它的相邻箭头的能量要低。显然，当所有的箭头都指向同一个方向时，集体能量是最低的。然而，对称性告诉我们，最低能态不应该显示出指向任何一个方向的平均偏差，因为当我们旋转我们的视角时，我们决定系统能量的总体方式看起来是完全相同的。解决方法是认识到有无限多个等效的最低能态，所有的箭头相互对齐，但每个集体对齐的状态指向不同的方向。
3.值得陈述为什么有人可能会想象出如此外壳的想法，作为量子理论可用于预测股票市场的想法。这一点是，从物理学家的角度来看，所有的人员和文件和计算机和手机以及工厂和林业和林和森林（以及其他一切），以确定原料的原子。通过知名的等式，这些原子将这些原子结合在一起的方式被描述为电荷，光的相互作用，以及在最小的尺度上的尺度上的相互作用。那么为什么我们不尝试使用这些方程式预测股票（并且确实，世界的所有事件，影响股票的所有事件）？不仅代表如此精细详细信息所需的计算的纯粹规模将使任务远远超过范围，但我们也有很多方法可以知道将作为模型输入的输入的大多数数字。因此，股东可能不容易了解所有是一个公开交易公司的人，我们也是默认情况下，默认情况下，这几乎完全了解地球上的每个原子或分子都在做什么。而不是尝试衡量每一个细节，我们更好地提供了制作预测模型，这些模型绘制了我们正在尝试模型的东西的更简单的图片（例如，只要认为价格由供需之间的平衡决定）。
4.p·w·安德森(P.W. More)则不同。科学177, 393 - 396(1972)。
首席图像:谢尔盖·尼文斯
