读书: 《生命是什么》中的原子尺寸问题

2020年4月19日 15:07

被我们津津乐道的思想本身就是一个有序的体系,思想只能是建筑在有一定秩序性的知觉或经验之上。

E.薛定谔 《生命是什么》

薛定谔以一个物理学家的视角,分析了发生在生命世界的事件,怎样用物理学和化学的原理来解释。不过这本书的翻译有点问题,我还是以个人理解对大师的论点进行重新梳理。

文章开篇提到了一个问题:为什么原子如此之小?作者并没有从正面回答这个问题,我个人的理解是,如果从这个角度切入,可能陷入人择原理,即为什么宇宙和生命是现在这种形式而不是其他?答:如果不是现在这种形式,就不会存在人类这种生命形式来研究这个问题。当然这只是一种通俗的解释,人择原理其实比较复杂,比如这个理论会研究各种常数如果不是现在这个值,原子将无法形成,如果空间是三维以上,引力的衰减将导致正常的天体系统无法稳定运行等等。

等效问题

薛定谔换了一个视角,从一个等效问题出发:为什么有机体,尤其是我们自己的身体相对于原子来说如此之大?他的观点是:思维是一个有序的体系,而有序体系的形成建立在一定秩序性的知觉或经验之上。

讨论这个问题需要一定的知识储备,我们应该知道,少量微观粒子的运动是无规律的,统计力学是基于大量粒子的近似理论。微观粒子的运动是无序、杂乱、很难预测的。比如在装满清水的容器中溶解少量高锰酸钾,我们从宏观上会发现高锰酸钾逐渐扩散到整个容器,但是从微观的角度来说,每一个高锰酸钾分子的运动都是无规则的热运动,在扩散过程中,任取一个截面,一侧高锰酸钾分子数量多,一侧少,高锰酸钾分子由于水分子的不断撞击,向不同的方向蔓延,如果某一时刻两侧分子通过这一截面的概率相等,那么总体而言,高锰酸钾分子是从高浓度处扩散到低浓度。同样,我们熟知的布朗运动也源于微粒的无规则热运动。

可见,微观世界的运动很多都是身不由己,但是从宏观角度,有些性质是比较确定的,比如气体分子会对容器产生压强,麦克斯韦-玻尔兹曼分布可以准确计算一定温度下微观粒子运动速度的概率分布。但是这些计算都基于大量微观粒子,对于单一微观粒子,可变参数太多,很难预测。很容易理解,如果人体器官对单个粒子的测量足够敏感,那么获取的信息必然是杂乱无章的,基于杂乱无章的数据,进化出有序的思维模式,这是相当困难的。

但是以人体这个尺度来说,很多规律是确定的,人们也很容易从身边出发,研究一些现象。以此为基础,建立牛顿运动定律、相对论等。这种有序思维历经漫长的时间才能最终形成原子的观念以及其他观念,这也是一个从简单到复杂的过程。

所以总结一下,薛定谔对这个问题的回答是:

  • 有机体的活动需要精确的物理学定律;
  • 单个粒子或少量粒子的运动规律是无序的;
  • 在不确定性规律的基础上无法产生有序的思维;
  • 有机体需要运转在以大量粒子为基础上的精确定律之上。

不过感觉绕来绕去又回到了人择原理:如果有机体无法产生有序的思维,那么也就不会存在智慧生物来问这些问题。