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薛定谔化约经典论,遗产还是危机?

  一九四三年二月裡的冬天,物理學家薛丁格在愛爾蘭都柏林市做了一系列演講,演講的主題是由物理科學概念出發,希望給當時生命科學中遺傳問題帶來新解。
 
  薛丁格的科學成就早在十多年前已經得到肯定,當時已是地位崇隆的諾貝爾獎得主,加上生命科學研究曙光乍現,他自己對於哲學甚至東方宗教出名的好奇與思索,因此,一年後以他演講內容集結成的一本小書《生命是什麼》,成為二十世紀被許多人議論的名著,有人說,這本書對現在蔚為主流的分子生物學,可謂啟蒙之作。
 
  今年九月初,為回應薛丁格七十五年前的演講,在薛丁格當年演講的愛爾蘭三一學院舉行一個討論會,主題是「生物學的未來」,討論會踵續薛丁格演講的調子,當然要瞻望未來。薛丁格當年演講,主調是以分子基礎來討論染色體遺傳,他提出猜想,認為遺傳物質是「不規律晶體」,由原子的一種無序但特殊有序結構形成,對於遺傳物質在生物體中的運作,薛丁格借用了物理的熱力學概念,熱力學第二定律是說整個體系的熱熵會持續增加,生物遺傳物質運作則選擇反其道而行,簡单說,薛丁格就是希望用物理學思維,來替生物學解惑。
 
  一九四三年薛丁格五十六歲,他最輝煌的物理工作是一九二六年提出的波動方程,那奠定了量子力學或然律表徵的問題,也奠定他在物理科學上的不朽地位,有一個說法指薛丁格做出波動方程後表示,有了波動方程,化學家的工作變得沒有意義了。薛丁格會做《生命是什麼》演講,當然也有物理科學燦然大備、顧盼自雄的味道,但是一些人看他的演講內容,覺得既沒有特別的原創性,也不是領先群倫之作,原因是薛丁格所說的遺傳分子的不規律性,遺傳學家穆勒(Hermann Muller)早在一九二二年已經提出,後來得到諾貝爾獎的穆勒在六○年代曾寫信給記者,指薛丁格的說法只是錯誤揣測,因為一九四四年埃弗里(Oswald Avery)完成細菌轉化實驗後,DNA才被確定為遺傳分子,之前認為最有可能的遺傳分子角色是蛋白質。
 
  但是薛丁格的影響確是毋庸置疑,十年後做出重要工作而開啟分子生物學的代表人物,由物理學家克里克(Francis Crick)、威爾金(Maurice Wilkins)和班澤(Seymour Benzer)到動物學家華生(James Watson),都聲稱他們受到薛丁格思想的啟發,原因除了薛丁格有思想創新的名聲,也來自一個絕佳時機;因為生物學已經由主要是描述性有機體科學,轉變成為機械性的微觀科學,因此,由物理或化學觀點來探究生命現象,自然而然是順理成章。
 
  一九五三年克里克與華生的大膽猜測出DNA的核酸氫鍵結構,不但標誌著二十世紀生物科學的一個歷史躍進,也開啟了往後迄今的分子生物學新紀元,過去整體組織視野的生物科學,化約為微觀結構的分子與基因生物學,這個傳承的未來何去何從,事實上還在未定之天。
 
  薛丁格雖說在物理科學的量子力學貢獻卓著,以新的數學方法解決了微觀粒子行為不能確定的或然率問題,但是他心知肚明,這些美妙玄奧的數學理論,到底如何能在真實客觀現象中展現,也還未可知。因此他曾經提出一般稱之為「薛丁格的貓」的一個悖論。這是一個想像的實驗,
 
  一隻貓與一個放射物質源共處於密閉空間,實驗設計如果放射物質源發生輻射反應,會觸動放射探測器,然後引發機關釋出致命氰化物殺死貓。
 
  以巨觀世界來看,貓只可能是活的或是死的,但是在這個密閉空間的實驗中,貓的生死卻取決於一個或然率判定的微觀放射現象,因為根據量子力學的理論,微觀現象在被觀察前,只是一個或然率,只在觀察時被確定,因此貓的生死也只能在被觀察的當下決定。
 
  「薛丁格的貓」悖論說明的,就是數學解釋合理的微觀現象,在巨觀世界是有矛盾的,因為巨觀的真實世界裡沒有既生又死的貓。
 
  這麼多年以來,一些物理實驗學家在實驗室裡的努力,確實創造出在特定控制條件下,一個微觀粒子「既生又死」的「雙重狀態」,這樣的實驗就叫作「薛丁格的貓」。
 
  但是這種物質的微觀現象只能在控制條件中存在,還無法同樣產生於一般的外在世界,更惶論用以來描摹更為多樣和難以預測的生命現象。
 
  開創分子生物學的明星人物華生,曾經寫了一本回述他與克里克如何解構DNA化學鍵的小書《雙螺旋》,書中坦承自己的知識其實有限,成功更多是憑藉著大膽的猜測,由於他的坦白自敘,這本小書反成敘述科學發現的經典著作,歷久不衰。
 
  和華生共同解構DNA奧秘的克里克,聰明自恃,獲獎後投入對於人類意識的研究,一九九四年出版了一本著作《驚異的假說——對於靈魂的科學探索》,他在這本書的主旨中引述說,「你,你的快樂和憂傷,你的記憶和野心,你對於自我的認定和自由意志,事實上都不過是一大組神經細胞以及它們相關分子的行為造成。」
 
  是一個絕對物質化約主義的生命觀。分子生物學一路走來,雖說也有明顯可見的許多成果,但如果就一個合理自洽理論發展而論,離開物理量子力學的成就還頗有距離。
 
  當年以提出DNA結構的「夏加夫(Erwin Chargaff)準則」而卓有貢獻的夏加夫,因對華生浪得虛名的不滿,曾經說過一句別有深意的話,「天色向晚,太陽西垂,就算是一個侏儒,也會有長長的影子。」
 
  難道分子生物學也是如此? 
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