信息、生命与物理学

【前言（节选）】

已经有很多书探讨过生命能做什么了，但本书想要探讨生命是什么。是什么创造了生物？是什么使得生物能够做出如此令人惊讶的事情，而这些事情是非生物做不了的？生物与非生物的区别来自哪里？哪怕一个低级的细菌也能完成如此美妙、如此神奇的事情，却没有任何一位工程师能够制造出与生物相媲美的东西。这些问题让我十分着迷。生命看上去就像一种魔法，它的秘密隐藏在令人费解的复杂性之中。过去几十年来，生物学取得的巨大进展只不过强化了这种神秘感。是什么让生物产生了神秘的魅力，既非凡又独特，完全不同于其他物理系统？所有这些独特性*早来自哪里？

我们可以提出很多类似的问题，它们也是非常重要的问题。在我的职业生涯中，我常常痴迷于这些问题。我不是生物学家，而是一名物理学家和宇宙学家，所以，处理这些重要问题时我将避开大多数技术细节，主要关注基本原理。这就是我将在本书中做的事情。我会专注于真正重要的难题和概念，以试图回答那个非常重要的问题：生命是什么？我绝不是**个提出这一问题的物理学家。距离伟大的量子物理学家埃尔温·薛定谔发表著名的系列演讲《生命是什么？》已经过去了三代人的时间，我将以此作为出发点。在这些演讲中，薛定谔提出了一个达尔文回避的问题。然而，我认为我们现在正处于回答这个问题的临界点上，相关的答案将会引领一个全新的科学时代。

如果不引入全新的基本概念，物理学与生物学之间的巨大鸿沟——原子和分子领域与生物体领域之间的鸿沟——就将无法弥合。生物体有其目标和使命，这是几十亿年来演化的产物，而原子和分子只盲目遵从物理规律。但是，生物体必定是以某种方式从原子和分子中产生的。尽管科学界已经广泛接受“我们需要将生命重构为一种物理现象”这一观点，但事实证明，科学家还是常常低估了全面理解生命起源和生命本质的难度。

试图寻找非生命与生命之间存在的“缺失的连接”，并在单一理论框架下将两者连接起来的研究，已经产生了一个全新的交叉科学领域，它融合了生物学、物理学、计算机科学和数学。该领域不仅旨在对生命做出终极解释，还希望开启新的应用场景，为纳米技术带来变革，并引导医学研究取得巨大进步。这一变革背后的统一概念就是信息。它不是指日常意义上的信息，而是一种类似于能量的抽象概念，能让物质形成生命。从字面上理解，信息流模式可以表现出它们自己的生命特征，比如，在细胞间穿梭翻涌，在大脑中飞旋，在生态系统和社会中交互并呈现出它们自己的系统动力学机制。正是在这种丰富又复杂的信息流动过程中，行为主体的概念产生了， 这一概念与意识、自由意志和其他令人困惑的难题有关。生物系统正是通过将信息整合成有序模式的方式，在分子领域的混沌中形成了生命的独特秩序。