T.here is just something obviously reasonable about the following notion: If all life is built from atoms that obey precise equations we know—which seems to be true—then the existence of life might just be some downstream consequence of these laws that we haven’t yet gotten around to calculating. This is essentially a physicist’s way of thinking, and to its credit, it has already done a great deal to help us understand how living things work.
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。
解释和预测来自几个简单规则的一切的梦想已经长期捕获了许多科学家，特别是物理学家的想象力。并且，在所有公平中，一些研究人员的饥饿，一些研究人员的饥饿是一个更完全还原的解释它们的兴趣。毕竟，世界上有些东西可以理解，因为在各种更简单的件之间的已知交互的结果。From the rise and fall of ocean tides with the moon’s gravitational tug, to the way that some genetic diseases can be traced to molecular events arising from the altered chemistry of one tiny patch on a protein’s surface, sometimes the thing we are studying looks like a comprehensible sum of its parts.
一个由微小的随机块制成的宇宙
科学最重要的尚未获得的成就之一是使用数学的物理宇宙的描述 - 特别是使用连续，平滑的数学函数，如SINE WAVE如何描述光和声音。这有时被称为牛顿的Zeroth法则......阅读更多
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您不能使用牛顿的法律或量子理论来预测股票市场，也无法预测“多粒子”系统的更简单的性质，例如湍流流体或过冷磁铁。3.在所有这些情况下，据称“管理”的物理法则都是淹没了我们不知道的巨大的淹没，不能衡量或缺乏直接计算的能力。物理仍然在这种系统上工作，但不仅仅是通过针对微观零件的基本方程开始。
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.o某种程度上，在询问生命来自于生命的问题，表达了对减速主义的充满希望的倾向。我们看看生物体，不禁怀疑这种形式和功能的令人叹为观止的成功是否可以简单地成为一堆更多基本件的结果，如简单和可预测的台球相互作用。除了所有笨重的振动部件之外的机器中还有更多吗？如果没有，不应该这意味着我们最终能够了解整个东西如何合适吗？换句话说，不会对生活的出现没有任何建议的解释，必须将它全部分解成一系列合理化的步骤，其中每个下一个都是明智的，可预测地从最后一次？如果是，那么说我们想要将生命减少到由一个简单，可计算的已知物理规则的编排表现的生活如何？
生物学不像物理学那样以数学为基础。
必须授予物理学家已经确定了一些规则，证明在曾经绝望和神秘地复杂的系统中具有高度准确的预测。感谢像Kepler和Newton这样的人的想法，天体的运动现在是一本开放的书籍，以及我们在天空中这些明亮灯光的地方计算的能力是如此不起眼的平庸，现在可以获得广泛的教育在许多伟大的大学的物理学中，没有忘记严格的轨道机制的专业旁门。然而，想象一下，在大多数人类历史上的任何时候都是一个辉煌的自然哲学家，并且在阳光下，月亮和星星的似乎棘手的复杂性上令人惊叹，似乎在日子和几年的传球时似乎不断地重新排列自己。关于描述的引力和动作的简洁方程可以带来遥远的星系，漫长的行星和通过卷起的春天悬挂到一个综合理论框架中的盒子一定是甚至是每一个时代最大的最佳天才年。从牛顿和他的同时代人开始的革命的范围和意义难以夸大。
然后是20世纪！爱因斯坦开始盘算描述光的运动方程，并通过洞察力的纯粹力量结束了reimagining重力的起源，从而最终解释行星运动，牛顿不能摸（即水银），最后剩下的谜题。同时，ErwinSchrödinger的量子机械波方程解锁原子，为各种类型的通电气体发射的光颜色提供了优雅的定量解释。这是一个奇怪的，对物体的数学内部运作的不良理论太小，无法看到或触及，但它仍然可以匹配具有令人惊叹的准确性的实验测量。在这些盛大的科学胜利之后，人们可能原谅奇怪的科学家或两个人的感觉，就像所有不可预测性最终都会被扫除，因为更伟大的辉煌理论。
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。
但是，这并不是说还原主义统治;相反，“越来越不同”的紧急房产的想法随着寿命如何工作的研究中的目的。例如，血液是流过静脉并携带氧气的液体，并且在被称为血红蛋白的红细胞上的蛋白质的原子结构方面，其生化能力很好地理解。与此同时，虽然，如血液的粘度的量（其在从混合血浆蛋白和许多其它组件水分子理论结果）将是完全任何人都不可能精确地从第一原理预测。有助于给定细胞或分子如何在这种异质混合物中脱落的不同因素的数量对每对组件的相互作用性质的相互作用性质的较小差异来说很特别且复杂地敏感，这将永远不会是可靠和信息的计算正如实验一样，以衡量实证答案是什么。
与超级计算机一起武装的极端还原器会将标记错过。
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 =嘛，不仅仅是它提出了成功的等式权力（F）， 大量的 （m)和加速(一种)，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，没有预先存在的生命概念来激励生物学，并且所有所需要的都是为了让人们意识到有人在科学上进行科学的推理，所以要得到一些东西。但是，这意味着，这种生物学肯定不是在物理学的方式上以数学创作。发现植物需要阳光来生长，或者鱼类将窒息的鱼会窒息，不需要量化任何东西。当然，我们可以通过测量工厂所获得的阳光或时间需要多长时间来了解更多信息，或者捕捞水中需要多长时间。但是生物术语的基本实证法只关注有什么条件，使其能够实现或预防蓬勃发展，以及茁壮成长的意义来自于我们的质量和全面判断它看起来像活着的东西。如果我们对自己诚实，那么对科学家们没有教授这种判决的能力，而是来自一个更常见的知识：我们还活着，并且在周围环境中不断地将生死和鲜花生死。科学可能有助于我们发现新的方式来实现事物或死亡，但只有一旦我们告诉科学家如何使用这些话。当我们发明了“生命”这个词时，我们不知道任何物理学，如果现在只能突然开始，它会突然开始对我们来说意味着什么，这将是奇怪的。
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》。
阅读我们与Jeremy英格兰的采访，“物理学家的新生命之书。“
脚注
1. Watson，J.D.＆Crick，F.H.C。核酸的分子结构。自然171.，737-738（1953）;Wüthrich，K.蛋白质结构通过NMR光谱法测定溶液中。生物化学杂志265.，22059-22062（1990）;Rust，M.J.，Bates，M.，＆Zhuang，X.通过随机光学重建显微镜（风暴）副衍射极限成像。自然方法3.，793（2006）。
2. Laughlin，R.B.＆Pines，D。一切的理论。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。
这可以得到很少的数学上稀有，但是对于一个简单的例子来想象一个平坦的平面箭头，指向飞机中的每种方式。假设每个箭头的能量较低到它与其邻居相同的方向。显然，当所有箭头指向相同方向时，能量对于集体而言最低。然而，对称性告诉我们，最低能量状态不应该在任何一个方向上表现出平均偏见，因为我们确定系统的能量时，我们在旋转我们的角度时看起来完全相同。该分辨率是认识到，存在多重等同的最低能量状态，所有箭头彼此对齐，但是每个箭头彼此指向不同的方向。
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.安德森，P.W.更多不同。科学177., 393 - 396(1972)。
首席图像:谢尔盖·尼文斯
