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作者:施一公 清華大學(xué)副校長 節(jié)選自《生命科學(xué)認(rèn)知的極限》的演講
本文分兩部分: 第一部分探討生命本質(zhì) 第二部分探討世界本質(zhì) 當(dāng)然,。最令人震撼的 就是最后的推論了……
1,、生命的本質(zhì)和生命的極限 我們先看看人從哪而來?
人的整個(gè)出生過程是這樣的:一個(gè)精子在卵子表面不停地游逛,,尋找一個(gè)入口,找到合適位點(diǎn)以后,,會(huì)分泌一些酶,,然后鉆進(jìn)去。
卵子很聰明,,一般不會(huì)讓第二個(gè)精子再有機(jī)會(huì),,所以一有精子進(jìn)來,馬上把入口封死,。
精子進(jìn)來后就被降解,,然后精子的細(xì)胞核和卵子的細(xì)胞核結(jié)合,形成雙倍體,,受精卵開始發(fā)育,,逐漸分裂為2個(gè)細(xì)胞、再分裂為4個(gè)細(xì)胞,、8個(gè)細(xì)胞,、16個(gè)細(xì)胞,此時(shí)受精卵還在子宮外面游逛,,還沒有著床,。繼續(xù)分裂下去,形成64個(gè)細(xì)胞,、128個(gè)細(xì)胞,,這時(shí)它快要找到著床地點(diǎn)了。著床之后,,繼續(xù)發(fā)育,。
你們可能知道也可能不知道,短短四個(gè)禮拜,,胎兒開始有心跳,。慢慢地,神經(jīng)管形成了,,脊椎形成了,,四肢開始發(fā)育,通過細(xì)胞凋亡,,開始形成手指頭,。到四五個(gè)月的時(shí)候,胎兒開始在母親肚子里踢騰,。
出生之前,,胎兒的大腦發(fā)育非常快,,各種神經(jīng)突觸迅速形成,。然而不要忘了,,這樣一個(gè)鮮活的生命來自于一個(gè)受精卵。
生命開始之后,,生命的歷程很漫長,,這里面有很多苦惱。我記得我看過一首打油詩是這樣說的:
0歲閃亮登場(chǎng),, 10歲茁壯成長,, 20歲為情彷徨, 30歲拼命打闖,, 40歲基本定向,, 50歲回頭望望, 60歲告老還鄉(xiāng),, 70歲搓搓麻將,, 80歲曬曬太陽, 90歲躺在床上,, 100歲掛在墻上。
我們?cè)谟梦覀兊奈骞�,,就是視覺,、嗅覺、聽覺,、味覺,、觸覺理解這個(gè)世界。這個(gè)過程是不是客觀的呢,,肯定不是客觀的,。我們的五官感受世界以后,把信息全部集中到大腦,,但是我們不知道大腦是如何工作的,,所以在這方面也不能叫客觀。
我們?nèi)司烤故鞘裁茨?仔細(xì)想一想,,人是怎么樣處理信息的呢?我們先來對(duì)信息也就是物質(zhì)做一個(gè)定義,。
我們有三個(gè)層面的物質(zhì):
第一個(gè)物質(zhì)是宏觀的,就是我們可以感知到的,,直覺可以看到的東西,,比如人是一個(gè)物質(zhì),房子也是一個(gè)物質(zhì),,天安門,、故宮都是物質(zhì)。
第二個(gè)層面是微觀的,,包括眼睛看不到的東西也叫微觀,,我們可以借助儀器感知到,、測(cè)量到,從直覺上認(rèn)為它存在,,比如說原子,、分子、蛋白,,比如說很遠(yuǎn)的一百億光年以外的星球,。
第三個(gè)層面,就是超微觀的物質(zhì),。對(duì)這一類,,我們只能理論推測(cè),用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,,但是從來不知道它是什么,,包括量子,包括光子,。盡管知道粒子可以有自旋和能級(jí),、能量,但是我們真的很難通過直覺理解,,這就是超微觀世界,。
但盡管如此,我們還是要想一想,,這個(gè)世界是超微觀世界決定微觀世界,,微觀世界決定宏觀世界。
我們?nèi)耸鞘裁?人就是宏觀世界里的一個(gè)個(gè)體,,所以我們的本質(zhì)一定是由微觀世界決定,,再由超微觀世界決定。我毫不懷疑我就是一個(gè)薛定諤方程,、一個(gè)生命形式,、一個(gè)能量形式,但不知道怎么解這個(gè)方程,,不知道思維是怎么產(chǎn)生的,,僅此而已。我相信,,你也應(yīng)該相信,,我們每個(gè)人不僅是一堆原子,而是一堆粒子構(gòu)成的,。
所以,,我們真的就是一堆由粒子構(gòu)成的原子,如此之簡(jiǎn)單,。我們有多少原子?大約有6×10^27個(gè)原子,,形成大約60種不同的元素,,但真正的比較多的元素,不過區(qū)區(qū)11種,。原子通過共價(jià)鍵形成分子,,分子聚在一起形成分子聚集體,然后形成小的細(xì)胞器,、細(xì)胞,、組織、器官,,最后形成一個(gè)整體,。
但是你會(huì)覺得,不管你怎么做研究,,都無法解釋人的意識(shí),,這超越了我們能說出和能感知的層面。我認(rèn)為要解釋意識(shí),,一定得超出前兩個(gè)層次,,到量子力學(xué)層面去考察。我自己認(rèn)為是這樣的,。
量子糾纏是可以進(jìn)化的現(xiàn)象嗎?
我想班門弄斧講一講量子糾纏,。1935年,當(dāng)愛因斯坦(Einstein)和波多爾斯基(Podolsky)以及羅森(Rosen)一起,,寫出了著名的EPR佯謬之后,提出了量子糾纏,。實(shí)際上“量子糾纏”這個(gè)詞并不是愛因斯坦提出來的,,而是薛定諤提出來的,當(dāng)時(shí)看來是很不可思議的,。
量子糾纏的意思是說,,兩個(gè)糾纏的量子不管相距多遠(yuǎn),它們都不是獨(dú)立事件,。當(dāng)你對(duì)一個(gè)量子進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候,,另外一個(gè)相距很遠(yuǎn)的量子居然也可以被人知道它的狀態(tài),可以被關(guān)聯(lián)地測(cè)量,,很不可思議,。但這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)象既然存在于客觀世界,我相信它會(huì)無處不在,,包括存在于我們的人體里,。
加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名的理論和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Matthew Fisher就篤信,人的意識(shí),、記憶和思維是量子糾纏的,,要用量子理論來解釋,。那怎么證明呢?
他說我一定要在實(shí)物上證明,要尋找量子糾纏的實(shí)體,。很多科學(xué)家找了很長時(shí)間,,發(fā)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞里面的微管可以形成量子糾纏,但是微管的時(shí)間尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒,,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人的記憶和意識(shí)的形成時(shí)間,。但是他通過理論的實(shí)踐,以模擬的方式找到了,,他正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,。
生命科學(xué)認(rèn)知的極限 比如把磷和鈣放在一起,也就是磷酸鈣,,當(dāng)磷酸鈣以波斯納分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的時(shí)候,,它的量子糾纏時(shí)間可以長達(dá)105秒!
能把這樣一個(gè)極其脆弱的,,對(duì)聲,、光、電,、熱都極其敏感的量子糾纏現(xiàn)象的持續(xù)時(shí)間提高15個(gè)數(shù)量級(jí),,那么如果再提高5個(gè)數(shù)量級(jí),就可以達(dá)到年的水平,,以年為單位來保存量子糾纏現(xiàn)象,。那么依此類推,你們覺不覺得,,有一天我們?nèi)祟悤?huì)發(fā)現(xiàn)量子糾纏也是一個(gè)可以進(jìn)化的現(xiàn)象,,它可以保存一百年、一千年,、一萬年,。也就是說,量子糾纏,,它在遠(yuǎn)古的時(shí)候就存在了,,在進(jìn)化過程中被保存了下來。
我要問你們四個(gè)問題:
第一個(gè)問題,,你們相信有第六感官嗎?很多人會(huì)說不相信,。
第二個(gè)問題,有沒有可能,,兩個(gè)人會(huì)以未知的方式進(jìn)行交流?你會(huì)說也許,,不會(huì)像第一個(gè)問題那樣肯定地說不信。
第三個(gè)問題,量子糾纏是否存在于人類的認(rèn)知世界里面?存在于大腦里?我相信聽了我的講座,,你會(huì)覺得很有可能,。
第四個(gè)問題,量子糾纏是不是適用于地球上的物質(zhì)呢?你一定會(huì)說一定適用,,因?yàn)槲覀円呀?jīng)證明了,。
簡(jiǎn)單講,這四個(gè)問題是完全一樣的問題,,倒推回去就說明一定有第六感官,,只是我們無法感受,所以叫“第六感官”,。
那么我們?nèi)司烤故鞘裁?我們只不過是由一個(gè)細(xì)胞走過來的,,就是受精卵,所有受精卵在35億年以前,,都來自于同一個(gè)細(xì)胞,,同一團(tuán)物質(zhì),一個(gè)處于復(fù)雜的量子糾纏的體系,,就這么簡(jiǎn)單,。
其實(shí)我不知道這里面是什么,但是我相信它,。我每呼吸一次會(huì)攝入10^22次方的氧原子進(jìn)入我的身體,,進(jìn)入共價(jià)結(jié)構(gòu)。這一口呼吸至少有10^4次方以上的氧原子,,被處在世界上一個(gè)很遙遠(yuǎn)角落里的,,我沒有見過的人呼吸過至少一次,這在一個(gè)月內(nèi)就會(huì)做到,,人一輩子一直在這么做,。而兩個(gè)人在一個(gè)房間里的時(shí)候,一天可以有63克的氧氣在彼此的肺當(dāng)中交換,。
科學(xué)發(fā)展到今天,我們看世界完全像盲人摸象一樣,,我們看到的世界是有形的,,我們自己認(rèn)為它是客觀的世界。其實(shí)我們已知的物質(zhì)的質(zhì)量在宇宙中只占4%,,其余96%的物質(zhì)的存在形式是我們根本不知道的,,我們叫它暗物質(zhì)和暗能量。
那么盲人摸象般地認(rèn)識(shí)世界是科學(xué)嗎?一定是科學(xué),。每個(gè)人摸的都是真實(shí)存在,,而且都是客觀存在的,都是看得見摸得著的,我們現(xiàn)在也是如此,。只是我們不知道摸的是象的后背,,還是尾巴,還是耳朵,。我認(rèn)為人類的認(rèn)知極限就在于,,我們是一堆原子,我們處在宏觀世界,,但我們希望隔著兩個(gè)世界去看超微觀世界,。那是一個(gè)最美好的、極其美妙的世界,。
世界還有多少我們不知道的東西,?
隨著量子衛(wèi)星上天,有關(guān)量子的事科普一下: 當(dāng)代科技最前沿發(fā)現(xiàn)了什么,?竟然顛覆人類世界觀,!
我們的世界,因?yàn)閹讉(gè)最新的科學(xué),,全亂了,!
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