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神秘的量子生命
● 在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何
……
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找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。 ● 酶促反应,光合作用,嗅觉,鸟类的磁感应,基因的复制,心智之谜,生命的起源,这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次,第一层是宏观世界,遵循牛顿运动力学法则,第二层次是热力学世界。遵循热力学法则。最深的第三层是量子世界。在这个维度里,原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。 ● 人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行! 【编辑推荐】 ● 媲美薛定谔《生命是什么》,量子生物学奠基之作! ● 北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者倾情推荐。 ● 亚马逊最佳科学图书、《纽约时报》畅销书;《经济学人》《金融时报》年度好书;英国皇家学会温顿奖获奖图书。 【各方赞誉】 读到《神秘的量子生命》书稿时,恰逢我在青海的旅途中,环顾四野,在茫然中辨识前路。想起年少时对候鸟迁徙的惊奇与困惑,想起我们这几年在寻找动物磁受体和生物导航机理研究中难于言说的彷徨和狂喜,书中描述的很多场景,和旅途中的一些思考在不停地重叠着,那种愉悦很难言表。这本书中的很多问题,同样是科学家们长久以来困惑和思考的问题。我想,包括我们在内的各领域的科学家正在一步步地逼近真相。《神秘的量子生命》将带我们从一个不常被人涉足的方向切入生物学的一些最基本的问题,用科学揭开自然的迷雾,告诉我们生物学背后的量子真相。翻开这本书,正如走进青藏高原:那种简单的美扑面而来! 谢灿 生命科学学院教授,动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者 《神秘的量子生命》对生命中的量子现象给出了最清晰的解释。量子世界中的微观事件,可以影响中等尺度生命体的世界,比如生活中的你、我、他。两位作者以活泼明晰的笔触告诉我们,神秘的量子现象无处不在。 菲利普·普尔曼 英国著名作家 畅销书“黑暗物质三部曲”作者 对于这样一个重要的新领域,作者的解读如此深入浅出、通俗易懂,真是太赞了! 安东尼·格雷林 英国著名哲学家 畅销书《维特根斯坦与哲学》《友谊》作者 《神秘的量子生命》是一本引人入胜、让人深思的惊世之作,它把坚实的科学理论、合理的推断和巧妙的推测紧密结合在一起,使得我们对生命世界的认识发生了革命性改变。 《华尔街日报》 一本地地道道的原创科普书,一个全新的研究领域,本书堪称了不起的作品。 《金融时报》 作者选择相干性这一复杂现象作为切入点,引领我们深入量子世界的神秘地带。他们用类比和比喻方法,把一些难于理解的概念解读得生动而又形象。 《经济学人》 物理学家艾尔-哈利利和生物学家麦克法登,把这样一个深奥的问题解读得既条理清晰又津津有味。 《自然》
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作者:[英]吉姆•艾尔-哈利利 约翰乔•麦克法登
出版社:浙江人民出版社
定价:69.9
ISBN:7213075217
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秋叶e飘逸
2016-12-27 23:30
写在之前:
任何时候,跨界都是一个勇敢的尝试,无论是科学还是社会学,跨界往往意味着变革。从某种意义上来说,《神秘的量化生命》就是一本跨界的书,读这本书之前,笔者正在写一篇有关量子世界的科幻小说,但对于量子概念却是存于一知半解的空想中,也算是跨界选了一本书来读。基于专业角度,笔者是万万无法做出评断的,甚至无法就书籍本身理论的真假做出判断,幸运的是Jim Al-Khalili和Johnjoe McFadden写真本书的本意便是:如何用最通俗易懂的文字告知读者最深奥的量子理论。显然这是一本入门级科普书,一个新领域的探路石;新领域往往意味着颠覆,以这本书作为蓝本,作为量子领域的文盲的我期望能够臆断出一些有关于未来量子技术的应用,可以当成科幻小说来看。
正式开始了。
1、生命在于运动
地球生态最为与众不同的就是生命的存在,生命标志是有自主意识。最让科学家痴迷的就是意识存在的条件,无数个细胞组成了一个
……
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生命体,通过无数的生化反应为生命体的活动提供能量,这点与机械类似。然后,生命体获得了独立思考的能力,能产生自我意识的动物大脑几乎都是同一个类型的,大脑这个器官(如果意识真的由大脑产生的话,在读这本书的时候一定要时刻用怀疑的眼光看待一些既定事实,以免被颠覆的难以接受。)开始不安分,想要弄明白鸟为什么会飞?鱼为什么能潜水?这点开始与众不同。于是,我们深入大脑内部,去看看那沟壑纵横的大脑皮层晃动中都在做什么。通过神经系统,大脑可以针对器官遭受的刺激做出对应的反应,于是痛了会放手、伤了会流泪,这是机械性的,从A-C必须经过B。与此同时,我们看到了一股更为奇特的力量在大脑中闪动,每一次闪动都会溢出能量刺激神经系统给出反应。大脑皮层细胞的奇异结构,制作了一个特殊的力场,让这股力量有序的无规则跃动,跃动信息传递到细胞中,有神经系统传递至全身,器官的反馈信息促使这个区域发生形变,从而改变跃动的频率,令人难以置信的是这个控制如此精巧的力量一旦溢出大脑便会瞬间消失。
我们恍然大悟,困扰多年的难题迎刃而解,原来真正的智慧是没有逻辑的,大脑提供了一绝佳的量子反应的容器,量子反应的有序给予了生命。我们一直用逻辑思维来设计人工智能,从问题到答案,一定存在运算步骤得出结论,机器学习算法也好,神经元算法也好,逻辑是基础。于是,我们设计出了一个高效的容器,通过电能刺激生成量子反应,让人工智能真正拥有了自己的意识。
2、心之所向,身之所至
生命中的每一处细胞,植物的光合作用中的量子节拍、细胞内的酶促反应、知更鸟识别方向的能力、基因遗传的高精度复制…这一切正深刻的告诉着我们,量子力学为我们编制了一个完美的世界。
我们一直渴望更快的出行方式,极致的速度成为人类征服宇宙最大的障碍,我们无法忍受在黑暗的宇宙中几百年几千年的星际航行。得益于量子理论的重大突破,我们明白了生物的本质是量子力学,量子力学创造世界的所有物质,在观察下,我们坍塌成了具象的实体。感谢大脑,感谢智慧,我们模仿大脑,制造出了智慧盒子,让非有机体也获得了意识。我们又开始寻找肉体量子化的可能,幸不辱命,科学家找到了肉体量子化的编码方式。科学家们制造了一个独立的大盒子,这个盒子能够保证物质量子波运动系统相干,不受任何外界影响;盒子里满是精心设计的探头,探头能够调制盒子中的物体粒子波动,让所有粒子波动一致。同时,另一个与之相干的盒子放置在遥远的火星,通过量子调制,将物体量子化,借用宇宙射线的庞大能量强行推动大粒子发生量子隧穿,穿越空间介质,从地球一瞬间出现在火星。
受启发于神话传说,我们将之命名为“传送阵”,而在实验中,我们发现空间也不过是介质的一种,编制空间必然成为可能,我们开始思考神话中蕴含着怎样的讯息,某个文明的科技是否早已经历了量子时代的变革,量子世界赋予了宇宙怎样的经历。
3、生命不止于皮囊
生命科学一直坚信,生命的存在除了灵魂(也就是意识,灵魂更灵动)还有肉体,也就是说,肉体与灵魂的结合才是一个完整的生命。有灵魂就是生命,有肉体没有灵魂就是生物,我们见惯了脑死亡,我们尝试挽救这些生命,但无一例外,失败似乎是永恒的主题。
自有生命存在以来,追求永恒的生命成为了所有人的梦,在自然规则面前,这显然不能实现,所以粒子都会衰老。量子现象的独一性,让生命寄托于机械大脑成为妄想,但喜讯从量子研究领域传来,人类永恒也有了眉目。在传送阵的研究中,量子化编制中,所有参与者都看到了一个奇特的现象:全身量子化的一瞬间,意识似乎无限扩散了,所有所见之物都在感受之中,俯视一切的感觉,甚至隐隐感觉到宇宙之外是什么。我们称之为“上帝视角”,处在这一时刻,生命似乎有了另一层存在的可能。
宇宙之外是无穷无尽的量子态的空间,就像汪洋大海中的一艘潜水艇,因为某种不为所知的观察出现,使得这一区域的量子态坍塌为物质宇宙,由于残留的量子物质被特殊的力场束缚,逐渐形成了意识的雏形。既然如此,我们大胆做出假设,寻找可能的力场,将人类意识从大脑中剥离出来,形成稳定的量子结构体,将力场移送到量子世界中,只要力场的持续存在,量子态的意识就能永恒存在。同时量子态的意识将会给人类带来前所未有的智力大爆炸,足以让人类拥有更先进的科技,在无垠的量子世界中开辟出新宇宙,独立于量子世界的量子宇宙,平行于物质宇宙。这里的人类拥有永恒的生命,拥有无穷的智慧,只是,人类或许会丧失繁衍的可能。所以只有极少一部分精英才能够进入量子宇宙享受永恒的生命。
结束再说两句:
笔者着重从《神秘的量子生命》中的一些理论深挖出三种未来应用的可能:
①量子隧穿的“放大应用”
②意识诞生的猜想
③量子之于平行宇宙的存在
《神秘的量子生命》是一本很迷人的量子生物学的科普书,如果只是单纯的了解量子生物学,这本书足以满足所有读者,高中生物的表述方式将生物学基础知识与量子现象巧妙的融合,能看明白,但若是想清楚量子力学理论,读者需要自行补课。我要说的是,这本恰恰是一个打开视野,用一个崭新的视角看世界的钥匙,这点弥足珍贵。
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中文版序 踏上探索之旅,感受量子生物学的澎湃
引言 没有量子力学,就不会有生命/001
在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要 理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比
动物大迁徙
万物背后的量子真相
知更鸟是如何感知方向的
形形色色的量子现象
第一部分 生命科学的前世今生
01 生命是什么/029
在很长一段时间里,人们认为生命体与非生命 体的主要区别在于生命体内有一种特殊的“生命力”。后来,活力
活力论
机械论
量子生物学的兴起
生命是量子的
02 酶是生命的引擎/067
酶是生命的引擎。所有的生命都依赖酶。我们体 内的每一个细胞中都填充着数百甚至数千个这样 的分子机器,
生死有关的酶
一场精心编排的分子舞蹈
量子思维,认识酶的关键
来自量子世界的魔法
第二部分 量子世界中的生命
03 光合作用中的量子节拍/113
光合作用中能量从光子到反应中心的传递效率算 得上是最高的,因为传递效率几乎是 100%。在 理想情况
双缝实验,切中量子力学的内涵
脆弱的量子相干性
神奇的叶绿素
光合作用中的量子计算机
04 小丑鱼“闻出”回家之路/149
气味分子或溶解在唾液中,或飘散在空气中,被 位于舌头或鼻腔顶部嗅觉上皮的感受器截获,嗅 觉就此产生。
我们是如何闻出味道的
形状模型,一把钥匙开一把锁
振动模型,臭鸡蛋味道是78太赫!
刷卡模型,嗅觉的量子计算
05 帝王蝶与知更鸟的地磁方向感/187
加拿大和墨西哥之间的帝王蝶以及北欧和北非之间的知更鸟,它们的迁徙究竟是依靠什么导航的呢?研究发现,触
帝王蝶蝶迁徙之谜
知更鸟的指南针
量子自旋与幽灵般的超距作用
自由基和方向感
06 量子基因/221
DNA 复制的错误率往往小于十亿分之一,极高的 复制精度,得以让生命一代一代传下去。但是, 如果遗传
遗传,高精度的复制
突变,美丽的错误
基因编码
基因突变是量子跃迁吗
07 心智之谜/259
关于心智、意识究竟是如何工作的,目前被广泛 接受的理论是心智计算理论。如果一台量子计算 机能够维持
意识是什么
思想是如何产生的
人脑就是量子计算机
微管理论
08 生命的起源/297
弗雷德·霍伊尔说过,随机化学过程创造出生命 的概率,就像龙卷风吹过垃圾场,然后纯属意外 地造出了一架
生命不是偶然的
RNA世界假说
没有量子力学,就不会有生命
量子相干性,生命起源中的重要角色
结语 我们一定能创造出遵循量子理论的新生命/323
人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力 学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我
量子生物学的新发现
风暴边缘的生命
量子生物学的力量
理解生命,创造生命
后记:量子生命/361
译者后记/365
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中文版序 踏上探索之旅,感受量子生物学的澎湃
引言 没有量子力学,就不会有生命/001
在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要 理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比
动物大迁徙
万物背后的量子真相
知更鸟是如何感知方向的
形形色色的量子现象
第一部分 生命科学的前世今生
01 生命是什么/029
在很长一段时间里,人们认为生命体与非生命 体的主要区别在于生命体内有一种特殊的“生命力”。后来,活力
活力论
机械论
量子生物学的兴起
生命是量子的
02 酶是生命的引擎/067
酶是生命的引擎。所有的生命都依赖酶。我们体 内的每一个细胞中都填充着数百甚至数千个这样 的分子机器,
生死有关的酶
一场精心编排的分子舞蹈
量子思维,认识酶的关键
来自量子世界的魔法
第二部分 量子世界中的生命
03 光合作用中的量子节拍/113
光合作用中能量从光子到反应中心的传递效率算 得上是最高的,因为传递效率几乎是 100%。在 理想情况
双缝实验,切中量子力学的内涵
脆弱的量子相干性
神奇的叶绿素
光合作用中的量子计算机
04 小丑鱼“闻出”回家之路/149
气味分子或溶解在唾液中,或飘散在空气中,被 位于舌头或鼻腔顶部嗅觉上皮的感受器截获,嗅 觉就此产生。
我们是如何闻出味道的
形状模型,一把钥匙开一把锁
振动模型,臭鸡蛋味道是78太赫!
刷卡模型,嗅觉的量子计算
05 帝王蝶与知更鸟的地磁方向感/187
加拿大和墨西哥之间的帝王蝶以及北欧和北非之间的知更鸟,它们的迁徙究竟是依靠什么导航的呢?研究发现,触
帝王蝶蝶迁徙之谜
知更鸟的指南针
量子自旋与幽灵般的超距作用
自由基和方向感
06 量子基因/221
DNA 复制的错误率往往小于十亿分之一,极高的 复制精度,得以让生命一代一代传下去。但是, 如果遗传
遗传,高精度的复制
突变,美丽的错误
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基因突变是量子跃迁吗
07 心智之谜/259
关于心智、意识究竟是如何工作的,目前被广泛 接受的理论是心智计算理论。如果一台量子计算 机能够维持
意识是什么
思想是如何产生的
人脑就是量子计算机
微管理论
08 生命的起源/297
弗雷德·霍伊尔说过,随机化学过程创造出生命 的概率,就像龙卷风吹过垃圾场,然后纯属意外 地造出了一架
生命不是偶然的
RNA世界假说
没有量子力学,就不会有生命
量子相干性,生命起源中的重要角色
结语 我们一定能创造出遵循量子理论的新生命/323
人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力 学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我
量子生物学的新发现
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量子生物学的力量
理解生命,创造生命
后记:量子生命/361
译者后记/365
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