【书  名】神秘的量子生命

【作　者】叶铁林  编

【出版者】浙江人民出版社

【索书号】Q7/4426

【阅览室】中校区理科阅览室

作者简介

    吉姆·艾尔—哈利利

    英国萨里大学物理学教授，最具影响力的量子生物学家。

    1989年，在英国萨里大学获得核反应理论博士学位。

    1992年，在英国工程和自然科学委员会的资助下，开始了为期五年的研究工作，他差不多每两个月就发表一篇论文，有些论文的引用次数超过500次。

    从20世纪90年代末开始，研究领域转向量子生物学，“量子隧穿”是他的研究重点。1999年，他与生物学家约翰乔·麦克法登联合发表了量子生物学方面的论文。2012年，在英国工程和自然科学委员会的资助下，他与约翰乔·麦克法登共同主办了量子生物学研讨会，并获得极大成功。2015年，他以量子生物学为主题做了TED演讲。

    2005—2007年，他参与拍摄BBC的纪录片《爱因斯坦大脑之谜》和《原子》，广受好评，他于2011年开始在BBC制作广播节目《生命科学》，每周吸引的听众数量高达200万。

    约翰乔·麦克法登

    英国萨里大学分子遗传学教授，著名量子生物学家。

    1982年获得帝国理工学院生物化学博士学位。

    发表科学论文超过100篇。

内容简介

    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。

    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》

    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!

    序  踏上探索之旅，感受量子生物学的澎湃

    吉姆·艾尔-哈利利

    听闻本书的中文版即将面世，我感到非常高兴。近年来，中国在世界科学研究中扮演的角色日益重要，涌现出了许多新的研究成果。因此，我觉得让更多中国朋友了解量子生物学这样一个令人兴奋而又刚刚起步的新学科可谓非常重要。

    我是一名出生于伊拉克的英国理论物理学家，目前供职于英国的萨里大学。本书的另一位作者，分子遗传学家约翰乔·麦克法登也在这所大学任职。在整个学术生涯中，我一直致力于研究核物理，专长是用量子力学研究原子核问的模型反应。坦白地说，我的专业其实和生物学相去甚远!

    除了物理学教授的工作外，我还会抽些时间通过不同的媒体做一些科普工作：图书、公开课、电视或广播节目等。比如，在过去的十年问，我曾为英国广播公司(BBC)策划、制作过多部节目，内容广泛涉及各种科学话题。从事科普的经历让我和来自不同专业领域的科学家也能相谈甚欢。

    大约足1997年的一天，约翰乔·麦克法登教授从校园另一边的生物系来到物理系。他组织了一次研讨会，并在会上向我们介绍了分子生物学中的一个研究领域——某些种类的细菌如何发生突变。他认为，要想解决该问题离不开量子力学。不出所料，他的观点饱受争议。然而，这也成了我们两人非正式合作的开始。近20年后，本书的出版将我们的合作推向了高潮，而这本书也成为世界上第一本介绍量子生物学的专著。

    正如我们在引言中所说，因为各方面原因，量子生物学还只是一个充满争议和推测的新兴研究领域。首先，即便是在更传统的物理学或化学领域，量子力学都略显晦涩，更不用说在混乱复杂的活细胞环境中了——活细胞中数以千计的生化反应无时无刻不在进行，由晦、其他蛋白质和大分子参与的复杂过程在生物体中执行着各类不可思议的任务。在过去的几十年间，生物学家们对生命过程的理解取得了重大的进展，因此不难理解，他们最不想听到的观点就是，要想完全理解某些生命过程，还需要用到量子力学的知识。

    大多数生物学家确实不需要和量子力学打交道，因此他们之前并没有详细地学过量子力学，而现在他们也不太愿意从头学起。同样，每天都要用到量子力学的物理学家们更愿意将量子力学用于他们能够理解和控制的系统，而不是一层又一层地对生物化学进行剖析。

    既然生物学家们和物理学家们都没有准备好张开双臂迎接这个连接两大学科的新领域，那么处于他们之间的化学家们又是怎样的态度呢?毕竟，化学家们经常使用量子力学来描述各类不同的分子过程，而且像物理学家们一样，在过去几十年中，他们已经习惯了原子世界违反直觉的特征以及量子力学对这些现象的准确描述。此外，化学家们同样经常研究生命系统内发生的反应。生命如果不是纷繁复杂的化学过程又能是什么呢?在英语中，我们甚至会使用“生命的化学”(the chemistry of life)这样的词语。因此，你可能会觉得化学家们会是第一批拥抱量子生物学的人。确实，这个新兴学科的许多成果来自使用激光、光谱等技术来研究生物大分子行为的化学家们。

    但即使这样，大多数化学家还是不愿意接纳这个领域。生物学家们不想学量子力学，物理学家们不想将量子力学应用到环境复杂的活细胞中去，而化学家们的理由与他们不同。化学家们认为，当深入到生命体的分子层面时，观察到遵循量子力学规律的现象不足为奇。他们认为，如果挖掘得足够深入，一切事物都是量子的。

    但这正是量子生物学的独特之处。当我们在谈论量子生物学时我们想说的是什么呢?我们为什么觉得本书如此令人兴奋呢?因为对一些非专业人士来说，量子世界的一些性质简直就像魔法，而我们讲述的内容其实很容易理解——你可能早已听说过类似的科普解释——比如原子同时出现在两个地方、粒子像波一样扩散或者若两个分离的粒子相互纠缠，那我们对一个粒子的作用会同时影响远处的另一个粒子。正是这些量子世界违反直觉的特征让我们开始更为深入地理解生命系统。目前看来，生命似乎演化出了各种方法。利用量子世界的“戏法”来为自己的生存提供便利。

    光合作用的过程便是一例。植物通过光合作用来获得营养。现在我们开始认识到。该过程的一个环节需要植物固定的光能同时向多个方向游走。如果你之前没有接触过量子力学的话，估计现在还不太能理解上面这句话。不过没关系．我向你保证，我们会在书中清楚地解释这一切。

    我想，阅读并了解这个新的领域一定会让你乐在其中。虽然你可能会有些疑惑，但探索一个新学科不就该如此吗?如果量子生物学太过简单，它的出现也就不会给科学界带来如此的惊喜了。最后，我们邀请你和我们一起踏上这次探险之旅，希望你也能像我们一样心潮澎湃。