內容簡介
● 在整個科學領域,量子力學是最具影響力的重要理論。沒有量子力學,我們就無法解釋世界是如 何運轉的,比如:知更鳥長途遷徙時是如何通過微弱的地球磁場感知方向的?小丑魚是如何找到回家之路的?光合作用中能量的傳遞效率為什麼 那么高?對所有這些問題的解答,都離不開量子 力學,離不開量子隧穿、量子相干性和量子糾纏。
● 酶促反應，光合作用，嗅覺，鳥類的磁感應，基因的複製，心智之謎，生命的起源，這種種現象都與神秘的量子世界有關。物理世界有三個層次，第一層是巨觀世界，遵循牛頓運動力學法則,第二層次是熱力學世界。遵循熱力學法則。最深的第三層是量子世界。在這個維度里,原子、分子以及組成它們的所有成分粒子都遵循精確而有序的量子規則。
● 人造生命一定要遵循量子理論,因為沒有量子力學,就不會有生命。費曼說過:“凡是我做不出 來的,就是我還不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成為現實,那將意味著我們終於理解了生命的本質。我們將會看到:生命正駕馭著混沌 之力,在經典世界與量子世界之間狹窄的邊緣上, 乘風前行!
作者簡介
吉姆·艾爾—哈利利
● 英國薩里大學物理學教授，最具影響力的量子生物學家。
● 1989年，在英國薩里大學獲得核反應理論博士學位。
● 1992年，在英國工程和自然科學委員會的資助下，開始了為期五年的研究工作，他差不多每兩個月就發表一篇論文，有些論文的引用次數超過500次。
● 從20世紀90年代末開始，研究領域轉向量子生物學，“量子隧穿”是他的研究重點。1999年，他與生物學家約翰喬·麥克法登聯合發表了量子生物學方面的論文。2012年，在英國工程和自然科學委員會的資助下，他與約翰喬·麥克法登共同主辦了量子生物學研討會，並獲得極大成功。2015年，他以量子生物學為主題做了TED演講。
● 2005—2007年，他參與拍攝BBC的紀錄片《愛因斯坦大腦之謎》和《原子》，廣受好評，他於2011年開始在BBC製作廣播節目《生命科學》，每周吸引的聽眾數量高達200萬。
約翰喬·麥克法登
● 英國薩里大學分子遺傳學教授，著名量子生物學家。
● 1982年獲得帝國理工學院生物化學博士學位。
● 發表科學論文超過100篇。
編輯推薦
● 媲美薛丁格《生命是什麼》，量子生物學奠基之作！
● 北京大學生命科學學院教授動物磁感應受體基因和“生物指南針”發現者傾情推薦。
● 亞馬遜最佳科學圖書、《紐約時報》暢銷書；《經濟學人》《金融時報》年度好書；英國皇家學會溫頓獎獲獎圖書。
各方評價
讀到《神秘的量子生命》書稿時，恰逢我在青海的旅途中，環顧四野，在茫然中辨識前路。想起年少時對候鳥遷徙的驚奇與困惑，想起我們這幾年在尋找動物磁受體和生物導航機理研究中難於言說的彷徨和狂喜，書中描述的很多場景，和旅途中的一些思考在不停地重疊著，那種愉悅很難言表。這本書中的很多問題，同樣是科學家們長久以來困惑和思考的問題。我想，包括我們在內的各領域的科學家正在一步步地逼近真相。《神秘的量子生命》將帶我們從一個不常被人涉足的方向切入生物學的一些最基本的問題，用科學揭開自然的迷霧，告訴我們生物學背後的量子真相。翻開這本書，正如走進青藏高原：那種簡單的美撲面而來！
謝燦
生命科學學院教授，動物磁感應受體基因和“生物指南針”發現者
《神秘的量子生命》對生命中的量子現象給出了最清晰的解釋。量子世界中的微觀事件，可以影響中等尺度生命體的世界，比如生活中的你、我、他。兩位作者以活潑明晰的筆觸告訴我們，神秘的量子現象無處不在。
菲利普·普爾曼
英國著名作家
暢銷書“黑暗物質三部曲”作者
對於這樣一個重要的新領域，作者的解讀如此深入淺出、通俗易懂，真是太贊了！
安東尼·格雷林
英國著名哲學家
暢銷書《維根斯坦與哲學》《友誼》作者
《神秘的量子生命》是一本引人入勝、讓人深思的驚世之作，它把堅實的科學理論、合理的推斷和巧妙的推測緊密結合在一起，使得我們對生命世界的認識發生了革命性改變。
《華爾街日報》
一本地地道道的原創科普書，一個全新的研究領域，本書堪稱了不起的作品。
《金融時報》
作者選擇相干性這一複雜現象作為切入點，引領我們深入量子世界的神秘地帶。他們用類比和比喻方法，把一些難於理解的概念解讀得生動而又形象。
《經濟學人》
物理學家艾爾－哈利利和生物學家麥克法登，把這樣一個深奧的問題解讀得既條理清晰又津津有味。
《自然》
目錄
中文版序 踏上探索之旅，感受量子生物學的澎湃
引言 沒有量子力學，就不會有生命/001
在整個科學領域,量子力學是最具影響力的重要 理論。沒有量子力學,我們就無法解釋世界是如 何運轉的,比如:知更鳥長途遷徙時是如何通過 微弱的地球磁場感知方向的?小丑魚是如何找到 回家之路的?光合作用中能量的傳遞效率為什麼 那么高?對所有這些問題的解答,都離不開量子 力學,離不開量子隧穿、量子相干性和量子糾纏。
動物大遷徙
萬物背後的量子真相
知更鳥是如何感知方向的
形形色色的量子現象
第一部分 生命科學的前世今生
01 生命是什麼/029
在很長一段時間裡,人們認為生命體與非生命 體的主要區別在於生命體內有一種特殊的“生命力”。後來,活力論漸漸讓位於機械論。但 是,生命中仍有許許多多的待解之謎。儘管克雷 格·文特爾成就非凡,他仍不能從零開始創造出 生命,而最低級的微生物卻可以毫不費力地創造 生命。薛丁格認為,生命是量子的,生命的秩序 屬於“來自有序的有序”。
活力論
機械論
量子生物學的興起
生命是量子的
02 酶是生命的引擎/067
酶是生命的引擎。所有的生命都依賴酶。我們體 內的每一個細胞中都填充著數百甚至數千個這樣 的分子機器,無時無刻不在“幫助”細胞組裝和 回收利用生物分子,使之持續不停地運轉下去。 這個過程,就是我們所說的“活著”。
生死有關的酶
一場精心編排的分子舞蹈
量子思維，認識酶的關鍵
來自量子世界的魔法
第二部分 量子世界中的生命
03 光合作用中的量子節拍/113
光合作用中能量從光子到反應中心的傳遞效率算 得上是最高的,因為傳遞效率幾乎是 100%。在 理想情況下,幾乎所有葉綠素分子吸收的能量都 可以到達反應中心。如果能量不是取道最短進行傳遞,大部分乃至全部能量都會在傳遞中殆盡。 光合作用的能量為何能如此擅長尋找捷徑,一直 以來都是生物學領域的一大謎題。
雙縫實驗，切中量子力學的內涵
脆弱的量子相干性
神奇的葉綠素
光合作用中的量子計算機
04 小丑魚“聞出”回家之路/149
氣味分子或溶解在唾液中,或飄散在空氣中,被 位於舌頭或鼻腔頂部嗅覺上皮的感受器截獲,嗅 覺就此產生。“鎖鑰模型”認為,氣味分子嵌入 嗅覺感受器就如同鑰匙插進了鑰匙孔。氣味與分 子振動頻率緊密相關,臭雞蛋的味道是 78 太赫! 對於振動頻率相同而氣味卻大不相同的個別現 象,“刷卡模型”給出了完美解釋。量子力學中 的非彈性電子隧穿,是嗅覺產生的關鍵。
我們是如何聞出味道的
形狀模型，一把鑰匙開一把鎖
振動模型，臭雞蛋味道是78太赫！
刷卡模型，嗅覺的量子計算
05 帝王蝶與知更鳥的地磁方向感/187
加拿大和墨西哥之間的帝王蝶以及北歐和北非之間的知更鳥,它們的遷徙究竟是依靠什麼導航的呢?研究發現,觸角中的隱花色素校準了體內的生物鐘,讓帝王蝶在從加拿大飛往墨西哥的路上不會迷路。知更鳥的地磁感受器是一種磁傾角羅盤,能通過化學反應感受微弱的地磁。自旋單和三重態之間微妙的平衡性,讓鳥類可以利用地磁實現導航。
帝王蝶蝶遷徙之謎
知更鳥的指南針
量子自旋與幽靈般的超距作用
自由基和方向感
06 量子基因/221
DNA 複製的錯誤率往往小於十億分之一,極高的 複製精度,得以讓生命一代一代傳下去。但是, 如果遺傳密碼的複製過程一直完美無缺,生命便 不可能進化,也不能應對種種挑戰。複製過程的 少許錯誤,能讓子代更好地適應環境並繁盛起來。 基因非常小,一定會受到量子規則的影響。但量 子力學是否在基因突變中扮演了重要而直接的角色,還是一個待解之謎。
遺傳，高精度的複製
突變，美麗的錯誤
基因編碼
基因突變是量子躍遷嗎
07 心智之謎/259
關於心智、意識究竟是如何工作的,目前被廣泛 接受的理論是心智計算理論。如果一台量子計算 機能夠維持 300 個量子位的相干性和糾纏態,它 的計算能力幾乎相當於一台整個宇宙那么大的 經典計算機! 2011 年,我國科學家僅用 4 個以 原子自旋狀態作為編碼的量子位就成功對 143 (13×11)完成了因數分解,居於世界領先水平。
意識是什麼
思想是如何產生的
人腦就是量子計算機
微管理論
08 生命的起源/297
弗雷德·霍伊爾說過,隨機化學過程創造出生命 的機率,就像龍捲風吹過垃圾場,然後純屬意外 地造出了一架大型客機。他的話生動形象地說明, 我們今天所知的細胞生命體太過複雜有序,不可 能起源於純粹的偶然,在此之前一定有更簡單的 自複製體。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世界假說
沒有量子力學，就不會有生命
量子相干性，生命起源中的重要角色
結語 我們一定能創造出遵循量子理論的新生命/323
人造生命一定要遵循量子理論,因為沒有量子力 學,就不會有生命。費曼說過:“凡是我做不出 來的,就是我還不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成為現實,那將意味著我們終於理解了 生命的本質。我們將會看到:生命正駕馭著混沌 之力,在經典世界與量子世界之間狹窄的邊緣上, 乘風前行!
量子生物學的新發現
風暴邊緣的生命
量子生物學的力量
理解生命，創造生命
後記：量子生命/361
譯者後記/365
