神秘的量子生命 (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。)

内容简介

● 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!

【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》

目录

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。

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,活力论渐渐让位于机械论。
但 是,生命中仍有许许多多的待解之谜。
尽管克雷 格·文特尔成就非凡,他仍不能从零开始创造出 生命,而最低级的微生物却可以毫不费力地创造 生命。
薛定谔认为,生命是量子的,生命的秩序 属于“来自有序的有序”。

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,无时无刻不在“帮助”细胞组装和 回收利用生物分子,使之持续不停地运转下去。
这个过程,就是我们所说的“活着”。

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 理想情况下,几乎所有叶绿素分子吸收的能量都 可以到达反应中心。
如果能量不是取道最短进行传递,大部分乃至全部能量都会在传递中殆尽。
光合作用的能量为何能如此擅长寻找捷径,一直 以来都是生物学领域的一大谜题。

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。
“锁钥模型”认为,气味分子嵌入 嗅觉感受器就如同钥匙插进了钥匙孔。
气味与分 子振动频率紧密相关,臭鸡蛋的味道是 78 太赫! 对于振动频率相同而气味却大不相同的个别现 象,“刷卡模型”给出了完美解释。
量子力学中 的非弹性电子隧穿,是嗅觉产生的关键。

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,触角中的隐花色素校准了体内的生物钟,让帝王蝶在从加拿大飞往墨西哥的路上不会迷路。
知更鸟的地磁感受器是一种磁倾角罗盘,能通过化学反应感受微弱的地磁。
自旋单和三重态之间微妙的平衡性,让鸟类可以利用地磁实现导航。

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, 如果遗传密码的复制过程一直完美无缺,生命便 不可能进化,也不能应对种种挑战。
复制过程的 少许错误,能让子代更好地适应环境并繁盛起来。
基因非常小,一定会受到量子规则的影响。
但量 子力学是否在基因突变中扮演了重要而直接的角色,还是一个待解之谜。

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 300 个量子位的相干性和纠缠态,它 的计算能力几乎相当于一台整个宇宙那么大的 经典计算机! 2011 年,我国科学家仅用 4 个以 原子自旋状态作为编码的量子位就成功对 143 (13×11)完成了因数分解,居于世界领先水平。

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 地造出了一架大型客机。
他的话生动形象地说明, 我们今天所知的细胞生命体太过复杂有序,不可 能起源于纯粹的偶然,在此之前一定有更简单的 自复制体。
量子相干性一定在生命起源中扮演了重要角色。

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!
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