新物理學是否潛伏在生命物質之中？

編譯 喬琦

自麥克斯韋引入著名的“妖”概念以來，信息與物理學之間的聯系就已經不言而喻。如今，信息甚至可能成為連接物理學與生物學的關鍵概念。

在物理學家看來，生命就像魔術。生物取得的成就如此耀眼又如此神秘，我們甚至因此忘記了生物也是由尋常原子構成。然而，如果生命的奧秘并不是構成它的那些物質，會是什么呢？是什么賦予了生物體如此不同的生命活力，使它們如此與眾不同？這正是埃爾溫?薛定諤（Erwin Schr?dinger）1943年在愛爾蘭都柏林所做的一系列著名講座上提出的問題。第二年，他又在頗有影響力的著作《生命是什么？》中正式發表了這個問題。

薛定諤是理論物理學巨匠，也是量子力學的創始人之一，而量子力學是迄今為止最成功的科學理論。例如，將量子力學應用于電磁場時，它能正確預言電子的異常磁矩，精度超過10位有效數字。量子力學幾乎一下子就解釋了所有非生命物質的性質，從亞原子粒子到原子、分子，再到恒星，似乎就沒有它不能解釋的。然而，量子力學沒能解釋生命物質，這令人沮喪。另外，雖然生物學在量子力學誕生之后的幾十年里進展神速，但生命之謎仍舊沒有揭開。沒有人能肯定地回答“生命是什么”以及“生命如何開始”。

在被問及“物理學是否能解釋生命”時，大多數物理學家的回答是肯定。然而，更為切題的問法應該是：目前已知的物理學是否能夠解釋生命，或者說，我們是否需要全新的基礎物理理論？20世紀30年代，量子力學的眾多設計師——最為知名的當屬尼爾斯?玻爾（Niels Bohr）、尤金?維格納（Eugene Wigner）和維爾納?海森堡（Werner Heisenberg）——就已經預感到：在有關生命物質的物理學中，的確存在一些全新和不同的東西。

對此，薛定諤并沒有明確表態，但他對這種可能性持開放態度?！拔覀兛赡軙业皆谏镔|中普適的全新物理學定律，必須做好準備?！彼茢嗾f。不過，薛定諤并沒有明確提出這類物理學定律究竟是什么。

這類問題已經超越了純粹的學術問題。天體生物學的核心目標就是在地球之外尋找生命的蹤跡，但如果沒有生命的定義，那就很難精確知道在尋找什么。舉個例子，美國宇航局正在籌劃一次飛行任務，目標是讓探測器穿過土衛二恩科拉多斯（我們已經確定這顆土星衛星上存在有機分子）冰殼裂隙中噴射出的羽狀物。那么，我們要怎么才能讓懷疑論者相信這些羽狀物中包含生命，或者包含曾經是生命的有機體的碎屑，而不是某種形式的前生命物質？與測量磁場這樣的行動不同，對于生命，科學家暫時還沒有任何形式的標準，以量化化學混合物向已知生命形式演化的過程，更不用提外星生命形式了。

圖1 黏液菌。這些自由單細胞構成的集合有時會結成合作聯盟，表現得就像擁有共同計劃的單一有機體一樣

大多數天體生物學家重點關注我們所知的生命特征。例如，美國宇航局在20世紀70年代開展的“海盜”系列探測火星的任務，就利用了可食用的陸地生物的營養物質湯搜尋火星上碳代謝的蹤跡。另一種經常被天體生物學家提及的生命特征就是同手性。雖然物理學定律并不關心左右手性的問題，但目前已知的地球生命確實都使用了左旋氨基酸和右旋核糖。然而，無機土壤中的化學環境也能產生類似新陳代謝的效果，且沒有生命參與的化學循環在重復多次后也足以產生同手性現象。因此，這些天體生物學家設想的生命特征并不是決定性的，要想確認地球之外的生命就更難了。

天體生物學家把希望寄托在探測太陽系外行星大氣層中的氧上，但這也并不是可靠的選擇，大氣層中的氧并不是光合作用的明確標志，因為非生物過程也能產生含氧大氣層。我們缺乏獨立于生化基底的關于“活著”的定義。是否存在更深層的普適原理，為我們指出毫無爭議的生物標志，即便是我們目前尚不知曉的生命形式也能憑此加以判斷？

兩種文化

物理學與生物學之間的分歧可不只是復雜性上的問題，這兩門學科在概念框架上也存在本質上的不同。

物理學家通過能量、熵、分子力、反應率這樣的概念研究生物。生物學家則完全不同，他們考察的是諸如信號、編碼、轉錄、轉換這樣的概念——也是信息的語言。令人驚奇的全新基因編輯技術CRISPR就是很好的例子。這項技術賦予了科學家編輯生命密碼本的能力。欣欣向榮的生物物理學試圖通過對各類生物控制網絡的信息流動和存儲的模式建模以跨越這兩門學科之間的概念鴻溝。

生命在各個層面上（不只是DNA）都會進行信息存儲和處理?；颉鸬郊用苤噶罴饔玫腄NA序列——可以通過化學信使開關其他基因，并且常常會形成復雜網絡。那些化學回路就像是電子元件或計算組件，有時也會充當執行邏輯運算的模塊或門。

在細胞層面上，有多種物理機制會發出信號，進而促成合作行為。圖1所示的黏液菌就是極好的例子。它們其實只是諸多單細胞構成的集合，但可以自組織形成引人矚目的形狀，有時還會表現出統一的行為，就好像它們是單個有機體一樣。類似，像螞蟻和蜜蜂這樣的社會性昆蟲會互相交換復雜信息并且參與集體決策，而人類大腦則是極為復雜的信息處理系統。

生命的信息基礎讓部分科學家發布了這樣的非正式聲明：生命=物質+信息。然而，要想通過這個等式做出真正有效的解釋和預測，就必須構建能夠把物質和信息聯系起來的理論框架。這種聯系的第一條線索出現于1867年。當時，在寫給朋友的一封信中，蘇格蘭物理學家麥克斯韋構想了一種能夠感知盒中氣體分子的微小生物。這種生物很快就頂著“麥克斯韋妖”的名頭為大家所知。如圖2盒中場景所示，這個小東西能通過操作隔板及小門將所有運動速度較快的分子趕到盒子左側，把運動速度較慢的分子趕到盒子右側。

圖2 “麥克斯韋妖”示意圖

麥克斯韋妖

圖2展示的是一個裝有氣體的盒子，中間有一塊帶著小門的隔板把盒子分成兩個小房間，氣體分子（灰色圓）可以一個一個穿過小門?？刂七@扇小門的就是麥克斯韋1867年的腦力勞動產物：一只時刻觀察著隨機運動分子的小妖，它會盡職操作小門以保證運動速度較快的分子從右側房間運動到左側，而運動速度較慢的分子則被它“趕”到右側。于是，我們就可以利用這樣一種機制把無序的分子運動轉變成有方向的機械運動。

在其誕生之后的幾十年里，麥克斯韋妖的概念一直是人們不愿直面的物理學核心問題，大多數人都只是把它當作理論謎團。麥克斯韋提出這個思想實驗一個世紀后，一只真正的妖在他的出生地愛丁堡的一間實驗室中誕生了。這個實驗由一個套在桿上、可以前后滑動的分子環構成，桿的末端裝有塞子，中部待著另一個分子。這個分子有兩種狀態：一是阻隔分子環，使其不得前進；二是放行，讓分子環通過。因此，這個分子就起到了門的作用，與麥克斯韋最初構想的小門類似。

自那之后就興起了一個制造這種“妖”設備的產業，其中包括芬蘭阿爾托大學尤卡?佩科拉（Jukka Pekola）領導的納米科學研究小組和石溪大學德米特里?艾弗林（Dmitri Averin）共同研制的信息驅動冰箱。在這款冰箱中，充當氣體分子的是一枚處于雙面納米盒中的電子，且這個納米盒與一個熱浴耦合。冷卻循環利用納米盒的兩種簡并態獲取一定電子能量。循環開始時，電子處于一種確定的非簡并態。外部電場可以把電子能量提高到簡并能級，在這種能量下，電子可以處于兩種狀態中的任何一種，且概率相等。

這種不確定性的介入代表電子的熵增加，而熱浴的熵及溫度則相應減少。這個時候，妖——第一個電子盒耦合的另一個單電子盒——就開始發揮作用。它會偵測到電子究竟處于哪種狀態，并且自動把這個信息反饋給驅動場，后者則根據這條信息迅速將電子的狀態調回初始時的非簡并態并完成整個冷卻循環。研究人員發現，每次循環都會產生一個比特的信息——表明電子處于循環之中——這個過程能以75%的平均效率從熱浴中汲取熱量。麥克斯韋沒錯，信息真的可以充當某種形式的燃料。

因為分子運動速度是對溫度的一種度量，所以從效果上來說，這個小妖會利用有關分子的信息在盒內創造一個熱量梯度。然后，工程師就可以從這個梯度中汲取能量并加以利用。從表面上看，麥克斯韋無視熱力學第二定律，設計了一部由信息驅動的永動機。

為了解決這個悖論，我們就必須量化信息并將其正式整合到熱力學定律中。20世紀40年代末，克勞德?香農（Claude Shannon）構建了現代信息理論的基礎。他將信息定義為不確定性的下降。舉一個統計擲硬幣結果的例子，用我們熟悉的二進制數字，或者說比特，來表征擲硬幣得到的信息——正面向上還是背面向上。綜合應用香農的信息理論和熱力學定律，我們就會把信息認定為負熵。小妖為提升熱力學有序度獲取的所有信息都必須以某些階段的熵增為代價。例如，為了讓小妖重啟循環，就必須在適當的時候擦除并重置它的記憶庫。

麥克斯韋只是把他的妖當成思想實驗，但如今納米技術的發展讓我們得以在實驗層面上實現這個想法（比如前文所述的電子盒）。不過，生命在幾十億年的發展歷程中一直在創造并利用各種妖。我們的身體中到處都是它們的身影——復制DNA，沿著纖維運送“貨物”，把質子抽送到細胞膜中的各類分子機制等，運作方式非常接近理想熱力學極限。它們利用熱力學第二定律獲取能量。人類大腦也在回路中使用了一類妖——電壓門控離子通道——以傳送電信號。有了那些離子通道，大腦才能用相當于一只昏暗電燈泡的能量完成工作，且計算能力相當于一臺兆瓦級超級計算機。

圖3 8～9周的人類胚胎，38毫米長

生物信息的環境屬性

這種“妖”機制只是生命信息的冰山一角。生物信息的作用遠不止優化能量分配，它還常常起到管理者的作用。想想受精卵發育成胚胎（圖3）的方式。發育過程的每個階段都受到信息網絡的監督，而這些信息網絡在進化過程中已經微調適應了物理過程和化學過程，所有這些安排的目的，都是為了讓胚胎最終能以正確的結構和形態出現。

利用基因調控網絡中的信息流模擬胚胎形成過程的嘗試已經取得巨大成功。從化學角度上說，加州理工大學的埃里克?戴維森（Eric Davidson）和他的合作者已經繪制了管控海膽早期發育過程的基因網絡的完整線路圖。通過追蹤信息流，這個研究小組編寫程序來模擬基因網絡演化過程。他們在每個階段都會將回路狀態的計算機模型同實際觀察到的海膽發育階段作比較，結果驚人地吻合。研究人員還在計算機模型中考慮了化學沉默特異性基因的影響，以預測突變胚胎的情況。結果，模型預測再一次與實驗觀測相符。

普林斯頓大學托馬斯?格雷格（Thomas Gregor）和威廉?比亞萊克（William Bialek）領導的研究小組一直在研究果蠅發育的初期階段，尤其是果蠅的標志性形態特征最初是怎么出現的。在發育過程中，細胞需要知道三維空間中它們與其他細胞之間的相對位置。那么，它們是怎么獲得那些位置信息的呢？很早之前，我們就知道細胞可以充當某種以化學梯度為基礎的GPS，而這些化學梯度又由特定基因的表達水平管控。普林斯頓大學的這個研究小組最近把重點放在了四個所謂的“間隙基因”上。這些基因通過在身體平面圖中創造間隙或條帶為胚胎基本模型打下基礎。研究人員發現，細胞利用貝葉斯概率從基因表達水平中提取最佳位置信息，并且誤差小到了令人咋舌的1%。他們將一個優化貝葉斯模型應用到誘變菌株上，并且成功預測了修正后的菌株形態。

所有這些實驗分析都提出了一個至關重要的哲學問題，直指物理學與生物學概念不匹配問題的核心。我們現在通常把針對基因調控網絡和貝葉斯算法應用的研究看作現象學模型，在該模型中，“信息”是生成真實有機體的逼真模擬的簡便替代或標簽。然而，麥克斯韋妖的思想實驗告訴我們，信息其實是一種可以深刻影響物質行為的物理量。按照香農定義，信息不只是一種非正式參數，更是一種在熱力學定律中有明確位置的基礎物理學變量。

香農強調，他的信息理論純粹處理的是信息流的效率和能力，不涉及任何信息傳播的意義。然而，在生物學中，意義或語境非常重要。我們要怎樣才能從數學角度捕捉指令信息、監管信息或者語境信息的屬性呢？一種方法是分子生物學的所謂“中心法則”（克里克和沃森提出DNA雙螺旋結構之后10年左右杜撰的術語），即認為信息只會單向流動，從DNA流向蛋白質再流向有機體。我們也可以稱這是一種“自下而上”的流動。

現在，我們已經知曉，生物學中的信息轉移其實是一種雙向過程，涉及反饋循環和自上而下的信息流。例如，如果培養皿中培養的細胞太過擁擠，它們就會停止分裂，這個現象叫做接觸抑制。另外，在國際空間站開展的微生物實驗則表明，零重力環境下的細菌基因表達與地球環境不同。顯然，系統層面上的物理力能夠影響分子層面上的基因表達。

塔夫斯大學艾倫發現中心邁克爾?列文（Michael Levin）及其同事的工作就是自上而下信息流的極好例子。列文領導的這個小組正在研究在某些生物的生長和形態控制實驗中，為什么系統層面的電模式與機械力及化學模式同等重要？

健康細胞是電極化的，它們通過抽送離子在細胞壁間維持了上百毫伏的電勢差。相較之下，癌細胞是去極化的。

列文研究小組發現，在多細胞生物中，各組織之間的細胞極化模式在生物的生長、發育、傷口愈合以及器官再生過程中都發揮了關鍵作用。研究小組運用化學手段打亂了這些生物電模式，成功催生了全新的生物形態。某種扁渦蟲為開展這類實驗提供了便利（圖4）。在正常情況下，如果把這種扁渦蟲砍為兩截，原先的頭部就會長出新尾巴，原先的尾巴則會長出新腦袋，這樣就產生了兩條完整的扁渦蟲。不過，在改變傷口附近的電極化狀態之后，我們得到的就不是兩只正常扁渦蟲了，而是兩只雙頭扁渦蟲或雙尾扁渦蟲。

令人驚異的是，如果我們繼續把雙頭扁渦蟲截為兩段，它們并不會回到正常的表現型，即并不會變成正常的單頭扁渦蟲。雙頭扁渦蟲在一分為二后產生的仍是雙頭扁渦蟲，雙尾扁渦蟲也是如此。雖然雙頭/雙尾扁渦蟲與正常扁渦蟲的DNA完全一致，但在外觀上似乎就成了兩個物種。系統的形態信息必然是以分散的形式儲存在截斷的組織中，并且各自在基因層面上指導正確的再生過程。不過，這個過程到底是怎么發生的呢？電信號密碼是否與遺傳密碼協同工作？

表觀遺傳學是指一些超越基因層面且能決定表現型的因素，比如總物理力。我們現在對表觀遺傳過程中的信息存儲、加工和傳播機制幾乎一無所知，但它們在生物學中起到了至關重要的作用。要想在這方面取得進展，我們需要研究不同類型的信息模式（生物電信息、化學信息、遺傳學信息）之間如何發生相互作用，以產生能夠管理生命物質組織并將其翻譯為特定表現型的調控網絡。

從信息角度而非分子角度思考生命物質涉及的物理學問題與計算科學中軟件與硬件的差別類似。全面理解某個特定的計算機應用不但需要掌握軟件工程原理，而且對計算機電路涉及的物理學也需要有同樣的認識。類似，只有在我們全面了解生物信息機制之后，才能真正理解生命。

動力學的新概念

自牛頓時代以來，主導物理學的一直是基本二元論。雖然物理狀態會隨時間而改變，但基本物理學定律通常是永恒不變的。這一假設是漢密爾頓動力學、軌跡可積性和遍歷性的基礎。然而，把物理學定律不會改變這個假設應用到生物系統中時，就有點“水土不服”了。在生物系統中，信息的動力學模式與時間依賴的化學網絡相耦合，并且信息表達——比如基因的開啟——既可以受整體或系統物理力控制，也可以由局部化學信號管控。

圖4 人為操控電極化狀態產生的一只雙頭扁渦蟲

以高度多樣性、創新性和不可預測性為特征的生物演化過程與非生命系統的時變方式形成了鮮明對比。然而，生物學并不等同于混亂，我們也能在這個領域中找到許多能確實發揮作用的規律。以具有普遍性的遺傳密碼為例，核苷酸三聯體CGT會編碼精氨酸。雖然這個現象或規則目前還沒有出現過例外情況，但如果你把它看作自然定律（就像絕對正確的萬有引力定律一樣），那絕對是一種錯誤。幾乎可以肯定的是，CGT編碼精氨酸這種現象必然是上百萬年前從某些更早、更簡單的規則演化而來。生物學中還有許多這樣的案例。更有現實意義的生物系統變化描述應該是把動力學規則的變化視為系統狀態的函數。這種隨狀態改變的動力學機制（狀態依賴動力學機制）開辟了包含無數新奇行為的廣闊天地，但遠不是正式的數學理論。那么，這種新動力學機制與正式數學理論之間還差點什么呢？我們拿國際象棋來作類比。在標準國際象棋中，游戲系統封閉且規則固定。從正常初始狀態開始，國際象棋棋手可以自由探索棋局的后續狀態。雖然后續的可能狀態有很多，但會受到不可改變的對弈規則的限制，因而也只會是所有可能出現的棋局的微小子集。也就是說，雖然規則容許的棋局狀態有許多，但規則禁止的棋局狀態更多，比如，所有象都處在相同顏色的方格內就是規則禁止出現的一種棋局狀態。

以高度多樣性、創新性和不可預測性為特征的生物演化過程與非生命系統的時變方式形成了鮮明對比。

現在，我們想象一種修正版的國際象棋：規則可以隨棋局的整體狀態而改變，即一種系統層面、自上而下的標準。舉一個簡單例子，如果白方即將獲勝，那么規則就會變為黑方的兵可以前后移動，而非只能向前。在這種“進階版”國際象棋中，整個系統處于開放狀態，出現的棋局狀態也會是固定規則下的標準國際象棋所禁止的。生物學其實就和這種想象中的國際象棋類似，其中，生物體同樣也是開放系統，容許非生命系統禁止的事情發生。

為了探索把這種狀態依賴動力學機制放在以自上而下信息流為特征的簡單模型中會產生什么效果，我在亞利桑那州立大學的研究小組運用了一種修正版的一維細胞自動機（cellular automaton）。標準細胞自動機應該是一排細胞——用方格或者像素來模擬——要么是空的，要么是實的（分別用白和黑表示，當然也可以用其他方法表示）。然后就要用固定規則根據每個細胞及其最近鄰居的現時狀態來更新它們的下一步狀態。整個系統有256種可能的更新規則。

這個細胞自動機游戲是這么玩的：先選一個初始細胞模式——用二進制序列（0或1）表示會比較方便——然后再反復應用挑選出來的更新規則驅動系統演化。許多更新規則只會引出毫無意義的結果，但有一些會產生具有相當復雜性的精致模式。為了應用機制隨狀態改變的修正版細胞自動機，我的同事阿利薩?亞當斯（Alyssa Adams）和薩拉?沃克（Sara Walker）通過計算機手段耦合了兩種標準細胞自動機，一種代表生物體，另一種代表環境。

然后，他倆允許生物體的更新規則在每次更新換代時改變。那么，每次更新時如何在256條規則中挑選呢？為此，他們把生物體細胞自動機中的細胞捆綁成相鄰“三胞胎”形式——000、010、110，以此類推；然后再將每個三胞胎的相對出現頻率同環境細胞自動機中的相同模式作對比。這樣一種設定就把更新規則改變成了生物體狀態和環境狀態共同的函數。更新規則是生物體狀態的函數，意味著它有自我參照；是環境狀態的函數，意味著它是開放系統。

亞當斯和沃克在計算機上運行產生了上萬個研究案例，并試圖從中找到一些有意思的模式。他們想要認證那些既具有開放性（生物體不會迅速通過循環返回初始狀態）又具有創新性的進化行為。這里的創新性是指：無論從何種初始狀態開始，觀測到的生物體狀態序列都永遠不會與256種固定規則下的細胞自動機產生的狀態模式相同。這就好比是在我們前面提到的修正版國際象棋中出現了雙方4個象最后都處在相同顏色方格中的對局狀態。雖然這個系統已經如此開放，但這種創新性進化行為仍十分稀少，只出現了少數明確的案例。計算機對細胞自動機的模擬花了很長時間，但亞當斯和沃克的發現已經足夠證明，即便在他們的這個簡單模型中，狀態依賴動力學機制也能產生通往復雜性和多樣性的新進化道路。他們的工作還證明，只是加工處理信息是不夠的。要想全面體現生物學多樣性，約束信息處理過程的規則本身也必須進化。

量子邊緣的生命

如果生物學應用我們目前尚不了解的全新物理學，比如前面所說的狀態依賴動力學機制，那么這種物理學會在簡單分子與生物細胞之間的哪個節點上出現？細胞自動機模型確實能為我們提供許多信息，但它們只是計算機勾勒出來的“動畫”，并不是物理學，也沒有告訴我們任何有關去哪兒尋找這些新興現象的信息。實際上，標準物理學中已經出現了狀態依賴動力學機制，而且我們也相當熟悉，那就是量子力學。

用相干波函數描述處于孤立狀態的純量子態，我們就可以根據充分掌握了的數學方法（即“幺正演化”）準確預測這種量子態的演化過程。不過，在測量之后，這個量子態就會突然改變，這個現象叫作波函數坍縮。如果測量結果理想，那么量子態的躍遷會把系統投射到與被測量的可測量對應的可能本征態上。這時候，幺正演化就被玻恩規則代替，后者能預測各種可能測量結果出現的相對概率，并且將非決定性或不確定性引入量子力學。這標志著從量子領域到傳統領域的轉變。那么，量子力學能告訴我們是什么讓生命生生不息嗎？

薛定諤在他著名的都柏林系列講座中提出，量子力學應該能解釋遺傳信息儲存的穩定性問題。早在克里克和沃森闡述DNA結構之前，薛定諤就已經推斷出，這類信息在分子層面上必須儲存在他命名為“非周期晶體”的結構中，事實證明，這個說法正是對核酸聚合體的感性描述。然而，量子現象是否可能在生物體中起到更為普遍的作用，這個問題仍舊沒有定論。

從薛定諤都柏林講座到DNA結構提出的幾十年里，大家普遍秉持的主流觀點是：在生命物質這種溫暖、嘈雜的環境中，量子現象會被扼殺，經典化學就足以解釋生命。不過，最近的十多年里，大家開始覺得非平凡量子現象（比如疊加、糾纏和隧道效應）終究可能對生命頗為重要，對這些現象與生命間聯系的興趣也因此與日俱增。雖然懷疑的聲音仍舊不小，但量子生物學這個新興領域現在已經進入深入研究階段，且重點研究課題涵蓋范圍甚廣，比如光合作用中相干能量的傳輸、鳥類磁場羅盤以及蒼蠅的嗅覺反應。

由量子調節的大分子領域確實有可能是我們見證全新物理學誕生的地方，而那種物理學正是薛定諤以及他那一代人所期盼的。

在納米尺度上研究生命物質的量子特性是一項非常困難的挑戰。對生命運行至關重要的那些系統可能幾乎不涉及任何自由度，大幅偏離熱力學平衡態，并且與熱環境強烈耦合。然而，事實就是如此，非平衡量子統計力學領域的確是有可能產生全新物理學的地方。

一組可能與此相關的實驗是通過有機分子測量電子電導性。最近，伽柏?瓦泰（Gábor Vattay）及其同事宣稱，許多在生物學上頗為重要的分子，比如蔗糖和維生素D3，都擁有獨特的電導特性。這個特性與絕緣體和金屬導體之間的關鍵分界點有關。瓦泰和同事們寫道：“這一發現表明，生命物質中普遍存在著一種電荷傳導機制?！彪m然他們的發現無法證明量子怪異性能解釋生命機制，但他們的確讓我們意識到，由量子調節的大分子領域確實有可能是我們見證全新物理學誕生的地方，而那種物理學正是薛定諤以及他那一代人所期盼的。

思想的碰撞

理論物理學家約翰?惠勒（John Archibald Wheeler）常說，重大科學進展更多時候起源于思想的碰撞，而非事實的穩定堆積。生物物理學正處于兩大科學領域的交匯之處：物理科學和生命科學。這兩個領域不但有各自的語言，而且有各自鮮明的概念框架。物理學的根基是力學概念，而生物學的根基則是信息概念。由此產生的思想碰撞預示著生物物理學必然是一片全新的科學前沿陣地。在這個領域內，現在已經被正式視為物理量（或者說一組物理量）的信息占據了核心位置，且起到了整合物理學與生物學的作用。

過去幾十年內，分子生物學的巨大進展很大程度上應該歸功于力學概念在生物系統中的應用，也就是要歸功于物理學在生物學領域的滲透。神奇的是，現在發生的過程正好與此相反。許多物理學家，尤其是那些在量子力學基礎問題領域耕耘的物理學家，都提倡把信息放到物理學的核心位置。另有一部分物理學家則猜測，新物理學潛藏在惹人注目卻又令人困惑的生物有機體世界中。生物學正逐漸成為物理學的下一個偉大前沿陣地。

資料來源 Physics Today