解開生命之謎：運用量子生物學，揭開生命起源與真相的前衛科學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Jim Al-Khalili, Johnjoe McFadden

圖書標籤:

• 量子生物學
• 生命起源
• 生命科學
• 前沿科學
• 科學普及
• 生物物理學
• 量子力學
• 進化論
• 細胞生物學
• 意識研究

★全球知名物理傢《悖論》作者最新力作
　　★亞馬遜書店科普類書籍NO.1
　　★亞馬遜書店生物類書籍NO.1
　　★亞馬遜書店物理類書籍NO.1
　　★獨立報「年度選書」
　　★金融時報「年度選書」
　　★英國最受歡迎的科普作傢，擬人化、譬喻式文風，輕鬆讀懂艱澀的量子力學
　　
　　震撼科學界，
　　公開愛因斯坦、牛頓忽略的失落環節！
　　最前衛的「量子生物學」大膽主張：
　　量子力學，會不會就是「靈魂」的另一種說法？
　　
　　當代最震撼的科學突破！
　　量子力學補足生物學的失落環節，生命之謎呼之欲齣
　　神學、哲學、科學，終將握手言和……
　　
　　生命，是宇宙最不可思議的現象。
　　
　　明明構成人類、動植物的最基本原子，跟任何石頭都一樣，
　　為何在基因工程與閤成生物學高度發達的今天，仍沒人能用無生命物質製造齣生命來？
　　
　　生命到底是什麼？僅是宇宙大爆炸後的化學作用産物？
　　還是被吹進瞭一口氣？因為靈魂注入？或者我思故我在？
　　一直以來，科學、神學、哲學界各說各話。
　　終於，近十年跨學科的「量子生物學」最前衛研究，找到瞭失落的環節，破解瞭生命之謎。
　　
　　生命體跟機器不同，自動就能跑跳、呼吸、成長，候鳥能辨認方位，人類會愛恨、會思考⋯⋯
　　生物所展現的這些「生命力」，過去不管是生物學，或者愛因斯坦學說與牛頓力學，都隻能描述現象，
　　卻在解釋「怎麼來的」以及「怎麼運作」時，遇上瞭瓶頸。
　　直到最新研究發現，在在都跟「量子力學」脫不瞭關係！
　　特彆是歸功於量子力學的一些「詭異」的特性，
　　例如：粒子神齣鬼沒，可同時齣現在多處、能穿牆而過，以及相距韆萬裏還能彼此溝通。
　　
　　作者善用擬人化手法，解釋艱澀的量子力學，非理科背景也能看懂。
　　用粒子跳華爾滋與搖擺舞，解釋「量子自鏇」；
　　拿醉漢迴傢路徑以及城市淹水做比較，說明「量子漫步」的效率；
　　用彈奏吉他來說明嗅覺的原理。
　　我們也搭上作者想像的奈米潛水艇，潛入植物葉綠體的分子森林，
　　看激子如何瞬間漫步到反應中心，不損失任何能量。
　　
　　並且最重要的，親眼目睹量子力學運用它「詭異」特性，
　　在地球上創造齣第一個生命體的過程（為生命吹進一口氣？）。
　　以及，生命體又如何運用量子力學，來做到這些奇蹟：
　　
　　．光閤作用將光變生命能，轉換率百分之百（太陽能發電僅百分之七十）。
　　．基因自我復製齣錯率僅十億分之一（相當於你抄寫一韆本書，僅抄錯一個字）。
　　．加拿大帝王蝴蝶飛到墨西哥過鼕，隔年可飛迴同一棵樹，且歸鄉的並不是牠，而是牠的孫子。
　　．而人類「意識」是一種量子力學的現象，人腦就是部「量子電腦」，運算力纔會如此強大。
　　
本書特色

　　1.最尖端前衛科學研究成果，首度嚮普羅大眾公開。
　　2.打破藩籬，貫穿神學、科學與哲學，最具人性的科普之作！
　　3.同時輕鬆搞懂量子力學，與生命之謎。

　　「科際間的整閤總讓人興奮！之前奈米科技使生物、物理、化學交會齣令人目眩神迷的想像，現在在量子的層級竟然還能持續碰撞激盪。這是一個全新領域的開端，就讓作者引領我們大步嚮前，看見生命無比燦爛的煙花。」──北一女生物老師　潘彥宏

【哲學界與小說傢盛贊】

　　「對於如此重要的一個新領域來說，本書富啓發性的敘述，非常具有教育意義。」──格瑞林/英國暢銷哲學書作者

　　「量子世界的微小物體能影響包含人類在內的一般生物世界，這類著作我讀過很多，但本書提齣瞭最清楚的詮釋。在如此生動又充滿智慧的敘述中，它闡明瞭我們的世界如何包含並充滿量子的奇妙特性。」──菲力浦・普曼/英國暢銷科幻作傢

【各類型主流媒體＆書評推薦肯定】

　　「物理學傢吉姆・艾爾－卡利裏和分子生物學傢約翰喬伊・麥剋法登，以極富說服力又睿智的方式闡述瞭這個非凡的領域……是對這項新興科學極其齣色的探索。」──《自然》

　　「本書最好的風範就是它的論述──它明確又熱切地，提齣瞭量子理論中一項重大的論點。」──《新科學人》

　　「這本令人震驚的書概述瞭一個幾乎無法存在的領域。它的論點是生命中那些次原子尺度難以描述的微小事件，對於人類或是動物的行為具有重大影響。」──週日電訊報

　　「作者成功地運用瞭富有啓發性又迷人的譬喻和比擬……讓某些難以形容的概念變得可以理解。」──經濟學人

　　「一本開創性的書……有著令人著迷的結論……對於所有正在尋找新的研究領域且真正具原創性科學書籍的人來說，這本書絕對值得一讀。」──金融時報

　　「熱血沸騰……作者的寫作技巧帶領我們騰空飛起，穿越遊曆奇特、壯觀且尚未被開發的科學疆域。」──泰晤士報

　　「鍥而不捨就能成功：書末的章節探索瞭生命如何從初始的化學湯中浮現，這會讓你對這個世界産生敬畏……作者問瞭『生命是什麼』，讀完這本書，答案似乎非常明顯──超乎你所預料的奇特。」──觀察傢報

　　「本書優雅地揭開人對看帶自然的全新視野。」──獨立報

　　「把讀者帶入革命性新典範，一場知性的前緣科學振奮人心之旅。」──書選

　　「戰勝闡述的難度，讓艱澀的元素栩栩如生，作者排除萬難，讓量子理論站穩腳步。」──科剋斯書評

《意識之河：探索感知與現實的深層結構》 引言：穿越感知的迷霧 人類對自身存在的探索，從未停止。我們是誰？意識如何從物質中湧現？我們所感知的現實，是否就是全部的真實？長期以來，這些問題被哲學、宗教和傳統科學束縛在各自的藩籬之中，難以獲得突破性的進展。然而，隨著認知科學、神經物理學以及復雜係統理論的交匯融閤，一個全新的探索領域正在開啓。 本書《意識之河：探索感知與現實的深層結構》旨在搭建一座跨學科的橋梁，引導讀者深入探究意識的本質、感知的構建過程，以及我們與周圍世界之間那錯綜復雜的關係。我們不滿足於描述大腦如何“工作”，而是試圖觸及“為什麼”我們會有體驗，以及這種體驗是如何塑造瞭我們的存在。 第一部分：感知的錯覺與建構 我們相信自己的眼睛，依賴感官接收到的信息來描繪世界。但事實是，我們所體驗到的“世界”，是經過大腦精心“渲染”和“編輯”後的産物。 第一章：感官的局限與重塑 我們的大腦並非一個被動的錄像機，而是一個主動的預測引擎。本章將剖析感官信息的過濾機製。例如，視覺皮層如何處理顔色和邊緣，聽覺係統如何將聲波轉化為意義。我們將探討“感覺剝奪”實驗如何揭示瞭大腦對持續輸入的依賴性，以及當輸入被移除時，大腦如何“創造”齣內在的感知幻象。一個核心論點是：我們並非直接感知現實，而是感知大腦基於過往經驗和當前期望構建齣的“最佳猜測模型”。 第二章：具身認知：身體如何塑造心智 意識不是孤立存在於顱骨之內的“幽靈”。具身認知（Embodied Cognition）理論認為，我們的思維過程與我們的身體形態、運動能力以及與環境的互動密不可分。本章將展示肢體語言、姿勢甚至腸道菌群如何微妙地影響我們的情緒、決策和抽象思維。我們將審視“身體標記假說”在決策製定中的作用，以及運動技能習得如何固化瞭某些思維模式。身體不僅是意識的載體，更是意識的共同作者。 第三章：時間的相對性與主觀流逝 時間，這個我們認為最為客觀的物理量，在我們的主觀體驗中卻是高度可塑的。本章將深入探討“當下”的生物學基礎。我們如何感知時間是加速還是減慢？這將從神經元放電頻率的變化、前額葉皮層對時間間隔的估計失準，以及情緒強度（如恐懼或極度專注）對時間感知扭麯的機製展開。我們會考察一些極端案例，例如創傷幸存者報告的“慢動作”體驗，並分析這些現象如何挑戰瞭牛頓式的、均勻流逝的時間觀。 第二部分：湧現的奧秘：從信息到經驗 意識的核心難題在於“難問題”（The Hard Problem）：物理過程如何産生主觀體驗（Qualia）？本部分將超越傳統的還原論視角，探討信息整閤與復雜性在意識湧現中的關鍵作用。 第四章：信息的整閤與泰論（IIT）的挑戰 信息整閤理論（Integrated Information Theory, IIT）提供瞭一種量化意識的數學框架，即用“$Phi$”（Phi）值來衡量一個係統整閤信息的能力。本章將詳細介紹IIT的核心假設，即意識體驗的廣度和深度取決於信息如何被係統內部的因果關係所限定。我們不僅會討論該理論的精妙之處，也會批判性地分析其局限性，例如如何區分一個復雜計算機程序與一個真正有意識的實體。 第五章：無意識的巨大版圖 我們通常認為意識是我們心智的主宰，但神經科學的證據錶明，大部分的認知工作是在意識覺察之外完成的。本章將聚焦於“暗流”中的信息處理：自動化的技能習得、潛意識偏見（Implicit Bias）的形成、以及夢境的認知功能。我們將探討“注意力的黑箱”——我們是如何在無意識中選擇信息的，以及那些被排斥在意識之外的信息是如何通過“側門”影響我們的行為和判斷的。 第六章：敘事自我：記憶與身份的編織 我們構建的“自我”是一個持續性的、連貫的敘事。這個敘事主要依賴於我們的記憶係統。本章將分析記憶並非完美的迴溯，而是對過去的持續性重構。我們會深入研究情景記憶的易變性，以及“虛假記憶”是如何在我們試圖填補敘事空白時被植入的。自我感知的穩定性，恰恰建立在一個不斷被修正和更新的故事基礎之上。 第三部分：現實的邊緣：超越個體心智 意識的邊界在哪裏？它是否局限於個體的大腦？本部分將探索意識在更廣闊的係統和潛在聯係中的錶現。 第七章：集體意識與社會耦閤 人類是高度社會化的物種，我們的心智在持續地與他人耦閤。本章將研究“共同注意”（Joint Attention）、群體極化現象，以及社會傳染（Social Contagion）如何形成大規模的情緒和觀念同步。通過腦電圖（EEG）和功能性磁共振成像（fMRI）的同步研究，我們可以觀察到當兩個人或一群人共同參與一項任務時，他們的大腦活動是如何在時間和空間上相互映射的。這錶明，意識的“邊界”可以跨越皮膚，延伸到人際關係的網絡之中。 第八章：復雜性係統與湧現的秩序 意識可以被視為一種高度復雜的、自組織的係統行為。本章將藉鑒物理學中的相變理論和混沌理論，來理解意識的“臨界狀態”。在接近係統崩潰或劇烈重組的邊緣（例如在深度睡眠或特定藥物影響下），意識的結構會發生根本性的變化。我們將探討生命體如何維持在“非平衡態”的邊緣，正是這種動態的不穩定，纔允許瞭創造力和新穎體驗的産生。 第九章：未被探索的領域：感知與其他維度的猜想 本書的收尾部分將以審慎的、科學的視角，探索那些仍處於理論邊緣但值得深思的領域。我們不會涉及超自然現象，而是關注那些基於現有物理學框架下對“感知”的拓展性猜想。例如，量子力學在生物係統中的潛在作用，以及是否存在我們尚未發現的、負責信息傳遞的“場”或“介質”。本章鼓勵讀者以開放的心態，將這些前沿的理論作為激發進一步研究的起點，而非最終答案。 結語：成為我們所體驗的 《意識之河》引導我們認識到，意識並非一個被找到的“部件”，而是一條持續流動的過程，一個由身體、環境、記憶和社會互動共同編織的動態劇場。理解意識的真相，就是理解我們如何從宇宙中的基本元素中，構建齣一個如此豐富、如此主觀、如此令人著迷的“我”。這趟旅程的目的地，不是一個固定的終點，而是對我們自身存在狀態的深刻接納與持續探索。

作者簡介

吉姆．艾爾—卡利裏（Jim Al-Khalili）

　　理論物理學傢、暢銷書《悖論》作者

　　英國知名物理學傢，在英國薩裏（Surrey）大學任教並進行量子力學的研究。他緻力科學公眾教育推廣，主持過許多電視與廣播節目，其中《化學：一段揮發性的曆史》（Chemistry: A Volatile History）以及《渾沌的祕密生活》（The Secret Life of Chaos）都曾獲英國影藝學院奬提名，最受歡迎的還有BBC的科學節目《科學化的生活》（The Life Scientific）。2007年獲頒皇傢學會的麥可．法拉第（Michael Faraday）奬，2011年榮獲英國物理學會的剋耳文（Kelvin）奬，並曾獲大英帝國官佐勛章（OBE）。

　　著有多本暢銷科普書籍，被譯為二十種語言，包含《踏入宇宙的一小步：黑洞、蟲孔與時光機》與《悖論：破解科學史上最復雜的九大謎團》等。

　　TED演講影片：www.ted.com/talks/jim_al_khalili_how_quantum_biology_might_explain_life_s_biggest_questions?language=zh-tw

約翰喬伊．麥剋法登（Johnjoe McFadden）


　　英國薩裏大學分子遺傳學教授

　　英國薩裏大學分子遺傳學教授，編撰過許多分子生物學及係統生物學方麵的教科書。過去二十年，潛心研究結核病與腦膜炎，他同時也是第一個發明腦膜炎分子測試的專傢。著有《量子演化》（Quantum Evolution）一書，編有《人類天性:事實與虛構》（Human Nature: Fact and Fiction），同時也是英國《衛報》的專欄作傢，撰寫過有關基因改造玉米，迷幻藥和量子力學等議題文章。

譯者簡介

王誌宏

　　英國蘭開斯特大學物理係博士，現為時空研究書苑專任講師。主要研究為宇宙的起源、黑洞以及廣義相對論。

吳育慧

　　英國南安普敦應用數學係博士，英國劍橋大學應用數學與理論物理碩士（沃夫森學院），通過高等數學資格，現為時空研究書苑負責人與執行長。主要研究為黑洞理論、重力波、廣義相對論。

吳育碩

　　國立中山大學生命科學所碩士，中央研究院生物醫學所研究助理，現為國防醫學院生命科學研究所博士生。主要研究為心肌細胞之訊息傳遞。

譯者序：量子生物為生命現象，開啓全新視野

1.序論
2.生命是什麼？
3.生命的引擎
4.量子拍頻
5.找到尼莫的傢
6.蝴蝶、果蠅與量子知更鳥
7.量子基因
8.頭腦
9.生命如何開始
10.量子生物：站在暴風邊緣的生命

後記：量子生命
參考文獻
 

作者序

　　1.序論

　　今年，歐洲嚴寒的鼕天提早到來，夜晚的空氣如此寒風刺骨。年輕的知更鳥心中一直深藏著一個想法。這個想法先前還模糊不清，但隨著時間的流逝日益增強。

　　過去幾個禮拜以來，知更鳥吃瞭許多昆蟲、蜘蛛、小蟲、莓果，而這些食物量遠超過牠平常的食量。現在牠的體重幾乎是今年8月牠的孩子可獨立飛離鳥巢時的兩倍重。體重增加的部分幾乎都是以脂肪的方式儲存著。牠即將齣發，展開一段艱钜的旅程，而這些脂肪會提供牠旅程中所需的養分。

　　離開這座位於瑞典中部的森林，是牠生命中第一次遷徙。在牠短暫生命過程中，一直都住在這座美麗的森林，幾個月前也在這裏養育瞭幼雛。所幸，去年鼕天不會太嚴寒，那時牠還沒完全長大，還沒有足夠能力進行這樣的長途的旅行。但是現在，隨著牠卸下養育的責任，到明年春天之前，牠隻需要顧慮自己，而這時牠也已準備好逃離即將來臨的鼕天，前往南方投嚮更溫暖的氣候。

　　日落後的幾個小時，牠並沒有為晚上的休息做準備。相反的，牠輕輕地從陰暗的樹叢間跳到牠築巢那棵樹的其中一根樹枝上，快速甩動全身，就像一位馬拉鬆選手賽前的暖身，而牠胸前橘色的毛在月光下閃耀著。那座牠辛勤建造並小心嗬護的巢——已離牠一兩公尺遠，而鳥巢的一部分也已經被布滿青苔的樹乾擋住——現在已成模糊的迴憶。

　　牠並不是唯一一隻即將展開旅程的鳥，還有其他知更鳥（雄的或雌的都有），也都決定在這天展開牠們這趟長途的南遷之旅。牠可以聽到四周其他知更鳥所發齣無比巨大且尖銳的叫聲，這些叫聲覆蓋過森林中其他動物的聲音。彷彿這些知更鳥正警告森林中其他居住者，如果要趁他們不在時入侵他們的領土或鳥巢，請記得三思。幾乎所有的知更鳥都計畫明年的春天會再迴來。

　　牠抬起頭看嚮沿海的天空，確定沿海地區的視野是清晰的，便飛進瞭夜晚的天空。鼕天的夜晚特彆長，這讓牠有十個小時的時間，可以持續並穩定地嚮前飛行，然後纔休息。

　　牠朝著195度的方嚮飛行（西偏南15度）。接下來的日子，牠會一直沿著這個方嚮飛行。天氣好時，一天可以飛三百多公裏。牠不知道這趟旅程會麵臨什麼，也不知道需要多久時間。目前的地貌還是牠所熟悉的，但是再繼續飛行幾公裏後，就會飛進陌生的湖泊、山榖和村莊。

　　牠旅程的目的地，是位於地中海附近的某個地方。雖然牠沒有鎖定任何特定的地點，但是當牠發現喜歡的地點，就會停下來並且記住這裏的景色。這樣纔可以在未來幾年的遷徙都迴到這裏。假如牠體力更好，甚至會飛到非洲大陸北方的海岸。但這是牠第一次遷徙，而且目前首要目的是遠離北歐即將到來的嚴鼕。

　　牠似乎沒有注意到周遭的知更鳥也都朝同一個方嚮飛。有些已經有多次遷徙經驗。夜晚的視野非常好，但是牠不像我們在進行這類旅行時會尋找地標，也不像其他夜行候鳥會按內在的星座地圖追蹤布滿夜空的星象排列。相對的，感謝幾百萬年的演化，讓牠具備比這些更卓越的能力，讓牠能在往後每年的鞦天，都能進行三韆多公裏的遷徙旅程。

　　遷徙在動物的國度裏是司空見慣的事。例如，每年鼕天，鮭魚會在北歐的河流與湖泊産卵。孵化後，這些幼小的魚苗會沿著河水流到海裏，進入北大西洋，並在那裏成長茁壯。3年後，這些成年的鮭魚會迴到當年孵化的那條河流與湖泊去産卵。北美洲的帝王蝴蝶，鞦天會橫跨整個美國數韆公裏嚮南遷徙。隔年春天，牠們或者是牠們的後代（在途中所孵化的），會飛迴北方當初牠們成蛹的那棵樹。在南大西洋的阿森鬆島孵化齣來的綠蠵龜，會在海洋中遊過韆萬公裏，而每3年牠們都會迴到當初孵化的海岸來産卵。這樣的例子可以一直列舉下去：各種鳥類、鯨魚、北美馴鹿、龍蝦、青蛙、蠑螈，甚至是蜜蜂都有能力完成令許多優秀的人類探險傢都感到異常艱辛的旅程。

　　動物究竟如何在地球上找到正確方嚮，這是許多世紀以來的謎團。目前所知牠們使用的方法有下列幾種：某些動物在白天利用太陽來導航，而夜晚則運用星座；某些動物則靠記憶地標的位置；還有一些動物甚至可以「聞到」正確的路徑。但是所有動物的導航本能中，最令人感到神祕的，就是歐洲知更鳥所擁有的導航能力：具備感測地球磁場的方嚮和強度的能力，就像磁場接收器一樣。我們現在知道還有一些其他的生物也有相同的感應能力，但是歐洲知更鳥的遷徙仍是令我們最感興趣的。

　　知更鳥能夠知道要飛多遠以及飛行方嚮的機製，都儲存在去氧核糖核酸（DNA），這是父母所遺傳給牠的。這項能力如此精巧又非凡——一項用來描繪路綫的第六感。就像許多其他的鳥類、昆蟲以及海洋生物一樣，牠有能力感知到地球微弱的磁場，並且從自身內建的導航能力來描繪齣飛行方嚮的資訊，這是一種非常新穎的生物性羅盤。

　　知更鳥有類似磁場接收器的感知力是個謎。問題在於地球磁場非常微弱——錶麵磁場大約介於30到70微特斯拉：足夠去偏轉羅盤裏一根平衡且沒有摩擦力的針。但是這個磁場的大小約莫是一般黏在冰箱上的磁鐵所産生磁力的百分之一。這就齣現一個讓人難以理解的事：一隻動物要能偵測到地球的磁場，代錶磁場對動物身體中的某些化學反應産生影響——畢竟這是所有生物感知外在訊號的方法，包括人類在內。但是地球磁場與細胞分子之間的交互作用中所提供的能量，比破壞或産生一個化學鍵能量的十億分之一還小。所以，到底知更鳥是如何感知到地球磁場的？

　　神祕的事物，即便微小，總是格外吸引人，因為這些事物的答案很有可能會在本質上改變我們對這個世界的理解。例如，十六世紀時，哥白尼深入思考托勒密描述太陽係時所提齣的地心說模型中的一個有關幾何的問題。這個看似不重要的問題，讓他推翻瞭以人類為整個宇宙中心的說法。達爾文著迷於不同物種在地理上的分布狀況，而且疑惑為什麼不同島嶼上的雀科鳥與仿聲鳥有著不同的特徵，從而讓他提齣生物的演化論。還有德國的物理學傢馬剋斯・普朗剋在嘗試解決黑體輻射的問題中，讓他在1900年提齣瞭，能量是以一團一團不連續的形式存在，稱之為「量子」，並催生瞭量子理論。所以，如果我們能瞭解鳥類如何在地球上遷徙，是否就可以為生物學帶來革命性的進展？這個答案，也許聽起來很奇怪，但肯定是對的。

　　神祕的事物也經常是僞科學傢和神祕主義者所喜愛圍繞的主題。就像牛津的化學傢彼德・阿特金斯（Peter Atkins）在1976年所說的：「在探討磁場如何影響生物內的化學反應的研究上，長久以來一直都被江湖術士所包圍著。」的確，許多怪異的解釋，例如，從心電感應和遠古地綫（一些隱形的路綫串接著不同的考古遺址或者是某些地理位置，而且這些位置都被賦予某種靈性能量），到一位受爭議的超心理學傢魯伯特・謝爾瑞剋（Rupert Sheldrake）所提齣的「形態共振」（morphic resonance）中，都有針對候鳥如何找到牠們的方嚮提齣一些看法和機製。阿特金斯保守的言論是可以理解的，這反映瞭那個時代大部分的科學傢，對於任何有關鳥類感知地球磁場的主張，始終抱持著懷疑態度。因為沒有任何的分子結構的反應機製，可以允許動物感知到地球的磁場——至少在傳統的生物化學領域沒有。

　　就在彼德・阿特金斯提齣懷疑的同一年，德國法蘭剋福專門研究鳥類學的沃爾夫岡・威爾奇科夫（Wolfgang Wiltschko）和羅斯維塔・威爾奇科夫（Roswitha Wiltschko）夫婦與他們的研究團隊，在聞名全球的學術期刊《科學》上，發錶瞭一篇突破性的論文，證實瞭知更鳥確實可以偵測到地球的磁場 。更值得注意的是，他們發現，鳥類感知的方式並不像我們一般所使用的羅盤。羅盤可以區彆地磁的北極和南極，但是知更鳥隻能區彆地磁的南北極與赤道的不同。

　　在瞭解羅盤是如何測得磁場之前，我們得先介紹磁力綫，一條隱形的麯綫，它決定瞭磁場的方嚮。當羅盤放在磁場內的任何地方，羅盤的指針都會順著磁力綫的方嚮。最為人熟知的實驗就是在一根磁棒上放一張紙，並在紙上撒下鐵粉時所呈現許多麯綫的圖形。現在，想像地球就像一根大磁棒，磁力綫從南極輻射齣來，在空間中形成一條麯綫，最後進入北極。在接近南北極的磁力綫方嚮幾乎是垂直於地麵。但是當越來接近赤道附近時，磁力綫則會逐漸的平行於地錶。所以用來偵測磁力綫與地球錶麵夾角的羅盤，我們稱之為磁傾角羅盤。它可以用來區彆往南北極的方嚮或是往赤道的方嚮，但是卻無法區彆齣南極或北極。因為無論在南極或北極，磁力綫和地麵的夾角是一樣的。威爾奇科夫在1976年所做的研究顯示，知更鳥的磁場感應能力很像磁傾角羅盤。但是仍然沒有人知道這種生物性的磁傾角羅盤原理是如何運作的，因為在那個年代沒有人知道是什麼樣的機製，可以讓動物的身體偵測到地球的磁場和地麵的夾角。答案將會和近代一個令人感到驚訝的科學理論有關，那就是奇特的量子力學。

譯者序

量子物理為生命現象，開啓全新視野　文/王誌宏

　　《解開生命之謎：運用量子生物學，揭開生命起源與真相的前衛科學》是我從事科普翻譯工作的第一本書。剛閱讀到這本書的原文版時，便對書中所探討有關量子生物的內容所吸引。這本書之所以引起我如此大的興趣，主要是它探討瞭生物係統中存在的量子效應。量子理論的建立已經超過一百年，但是這個理論主要是應用在描述微觀的物質，例如原子、電子等。對於我們平常周遭所經驗到巨觀的物體，量子理論可以說是英雄無用武之地。你或許會想，所有的東西都是由原子、分子等微小的物體所組成，既然量子是描述這些微小物體的基本理論，為什麼這些巨觀的物體卻不存在量子效應？根據目前的研究顯示，當我們所考慮的係統，粒子數目很多時，量子理論中的奇特性質便會很快地流失到周遭的環境中。如果從這個觀點來看，這本書所探討的內容便格外吸引人。因為我們所經驗到的各種生命現象是包含著許多分子的復雜係統，但是書中所探討各種生命機製的運作卻依靠著量子的效應，這的確引起瞭我極大的好奇心。  

　　量子物理的創建者之一埃爾溫・薛丁格（Erwin Schrödinger）在1940年代所發錶的著作《生命是什麼？》一書中，便對生命中可能存在的量子現象提齣深刻的見解。本書的作者從薛丁格的觀點齣發，帶領讀者去瞭解許多生物係統中所存在的量子效應。從酵素的運作、植物的光閤作用、嗅覺的機製、基因的復製、大腦的神經元傳遞，一直到生命的起源。從二十世紀開始，我們的科學研究在各個領域上都有突破性的進展，但是不可否認的，生命對於我們來說仍然充滿著許多未知。我們仍舊無法在實驗室中製造齣最初的原始生命，所以生命的起源依然是個未解之謎。有沒有可能我們在嘗試瞭解生命的現象時，忽略瞭某些重要的因素？而生命中的量子現象是否正是解開這些謎團的重要關鍵？相信讀者可以從這本書中發現解開這些謎團的綫索。

　　在最近的十幾年內，量子生物領域纔開始逐漸受到重視。在這個充滿未知的領域中，有太多奇妙的現象等待著人類去探索。我們可以想像也許在未來的幾十年中，量子生物會帶給人類一個全新的視野來看待生命。這本書的作者吉姆・艾爾—卡利裏以及約翰喬伊・麥剋法登，分彆是物理學和分子遺傳學的教授。在他們彼此專業的共同閤作之下，纔能以如此深入淺齣的方式寫下這本跨領域的科普書籍。

　　在翻譯這本書的過程中，我要感謝兩位與我共同翻譯的吳育慧博士與吳育碩先生。我的學術研究是有關宇宙的起源、黑洞以及廣義相對論。然而本書中有許多生物相關的內容，並非我所熟悉的領域。為瞭要維持本書翻譯的品質，我特彆邀請吳育慧博士和吳育碩先生加入本書的翻譯工作。這本書開拓瞭我們對生物係統的認識，使得我們對於生命有更深一層的瞭解。而作者以專業的知識加上通俗流暢的文筆，讓讀者很容易就能進入書中，跟著他們展開一場豐富的科學之旅。

生命詭祕的笑

在路易斯・卡羅（Lewis Carroll）的《愛麗絲夢遊仙境》裏，柴郡貓會突然消失，隻留下牠露齒的笑容，這刺激愛麗絲注意到她「通常看到沒有笑容的貓，但從沒看過沒有貓的笑容」。很多生物學傢感到類似的睏惑，盡管他們已經知道熱力學怎麼在生物中運作，以及基因如何將形成細胞所需要的每一個步驟編碼，然而生命是什麼這個謎，仍舊對著他們露齒一笑。

我們的問題在於，每個生命細胞裏的生化反應實在太復雜。化學傢人工製造齣胺基酸或是糖類，幾乎每次總是隻能閤成單一個産物。他們必須小心控製反應所需的實驗條件，像是不同成分之間的濃度和溫度，來讓目標閤成物可以最有效率地進行。這任務並不容易，而且需要小心控製許多不同儀器內部的實驗條件，例如訂做的燒瓶、冷凝器、分離器、過濾裝置和其他精密的化學儀器。但是每個你身體內的生命細胞，卻可以在一個僅有幾百萬分之一微升（註：一微升的水，體積是一立方毫米。）液體的反應室裏，持續不斷閤成成韆上萬不同的生化物質。所有這種種反應如何同時進行？還有，在這微小的細胞裏要怎麼協調所有這些分子的行為？這些問題是係統生物學（system biology）這個新的科學所關注的，但是我們可以很公正地說，答案仍然是個謎。

另一個生命的謎團是終有一死。化學反應的一個特點則是它們總是可逆的。我們可以寫下一個化學反應的方嚮：基質 → 産物。但是實際上逆嚮的反應：産物 → 基質，也是可以同時進行的。隻不過在某一組定好的環境條件下，會導嚮其中一個方嚮。但是，總是有可能找到另外一組條件，讓逆嚮的化學反應發生。例如，化石燃料在空氣中燃燒，基質是碳和氧，而單一的産物是溫室氣體二氧化碳。一般認為這是不可逆的反應，但是某些型態的抓碳技術，正嘗試逆轉這個反應過程，藉著外加能量去驅動逆嚮反應。例如，伊利諾斯大學的瑞奇・馬賽爾（Rich Masel）已經創立瞭一個公司——二氧化物材料公司（Dioxide Materials），目標是利用電能將大氣層中的二氧化碳，轉變成汽車的燃料。

生命卻不一樣。沒人發現過任何條件能讓反應方嚮變成：死細胞 → 活細胞。就是這個難題，讓我們的祖先提齣靈魂這個想法。我們不再相信細胞擁有某種靈魂，但是當細胞或人死去時，究竟是什麼東西不可逆瞭？

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這本《解開生命之謎》光看書名就讓我覺得，這絕對是今年必讀的科普書籍之一！我平常就蠻喜歡看一些能拓展視野、觸及科學邊緣的讀物，而「量子生物學」這個詞簡直就是為我量身打造的。想像一下，把我們日常生活中最熟悉但也最不可思議的「生命」，跟那種微觀世界裡各種反直覺的「量子效應」連結起來，會碰撞齣怎樣的火花？我總覺得，很多生命現象，像是植物的光閤作用、鳥類的定嚮導航，甚至是大腦的意識，似乎都隱藏著超越經典物理學的解釋。比如說，鳥類是如何在沒有GPS的時代，精準地在遷徙時找到方嚮的？難道牠們的視覺係統裡，真的存在著我們尚未理解的量子感應器嗎？這本書聽起來就像是提供瞭一個全新的視角，讓我們能夠用更宏觀、更基礎的物理學原理，去重新審視和理解生命。我非常期待書中能有具體的例子和深入的分析，告訴我們量子糾纏、量子穿隧等現象，是如何在生物體內發揮作用，甚至在生命起源的最初階段扮演瞭不可或缺的角色。

评分☆☆☆☆☆

我一直對宇宙的運行法則充滿瞭好奇，從星係的形成到最微小的粒子，都讓我著迷。而「生命」本身，絕對是宇宙中最令人驚嘆的奇蹟之一。看到這本《解開生命之謎：運用量子生物學，揭開生命起源與真相的前衛科學》，我立刻就被吸引住瞭。這不僅僅是一本科普書，它更像是一張藏寶圖，引導我們去探索生命最深層次的秘密，而且是用一種全新的、充滿未來感的視角。我常常在想，生命是如何從無生命的物質中誕生的？這個過程一定充滿瞭各種巧閤和精準的條件。而量子生物學聽起來就像是解開這個謎團的關鍵鑰匙。它能幫助我們理解，在生命的最初時刻，那些微小的量子效應是如何促成瞭複雜有機分子的形成，以及最初的自我複製係統是如何啟動的。我迫不及待地想知道，書中是否會探討量子力學如何解釋生命演化的某些關鍵步驟，例如基因突變的隨機性與必然性之間的微妙平衡，或是生態係統中能量流動的效率之謎。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿瞭探索未知的冒險感！「解開生命之謎」，這絕對是許多人心底的渴望。而「運用量子生物學」，更是讓我眼睛一亮，彷彿打開瞭一扇通往全新世界的大門。我一直覺得，生命的複雜性遠超我們的想像，而傳統的生物學解釋，雖然已經解釋瞭很多現象，但總覺得還有一些更深層次的、更基礎的原理我們還沒觸及。特別是當我們談論到生命起源的時候，那是一個充滿瞭無數未知和疑問的領域。量子生物學的齣現，似乎為我們提供瞭一種全新的工具，讓我們能夠從物質的最基本層麵去理解生命的奧秘。我很好奇，書中是否會介紹一些實際的實驗和理論，來證明量子效應在生命中的作用？例如，是否會探討酵素催化過程中量子隧穿效應對反應速率的影響，或者在細胞信號傳導中，量子糾纏是否扮演瞭某種角色？我期待這本書能夠為我帶來全新的啟發，讓我對生命有更深刻、更全麵的認識。

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這本《解開生命之謎》光書名就已經讓我有種被科學的魅力徹底徵服的感覺！「量子生物學」這幾個字，彷彿是一把鑰匙，能開啟生命最深層次的奧秘。我一直覺得，生命的齣現本身就是一個奇蹟，而這個奇蹟的背後，一定有著遠超我們日常經驗的物理學原理在運作。想像一下，我們身體裡的每一個細胞，每一個分子，都在以一種我們尚未完全理解的方式運作著。量子力學那種非確定性、非局域性的奇特性質，聽起來就非常適閤用來解釋生命那種看似“不可能”的精準和效率。我非常期待這本書能以清晰的邏輯和豐富的例子，嚮我們展示量子效應是如何在生命的各個層麵發揮作用的。例如，光閤作用中能量傳遞的高效率，DNA的精準複製，甚至是大腦的神經遞質傳遞，會不會都與量子現象息息相關？我希望這本書能帶領我踏上一場智識的冒險，用一種全新的視角去重新認識我們自身，以及我們所處的這個充滿生命的世界。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書光是書名就讓我驚豔瞭！「解開生命之謎：運用量子生物學，揭開生命起源與真相的前衛科學」，聽起來就好有深度，好像能帶我們窺探到最底層的生命奧秘。我一直對生命從何而來、為何存在感到好奇，但傳統的生物學解釋總是讓我覺得少瞭點什麼，好像還沒有觸及到最核心的原理。書名中的「量子生物學」更是激起瞭我的好奇心，這聽起來就非常前沿，結閤瞭兩個我既熟悉又覺得深不可測的領域。我一直覺得，生命這種複雜而又精妙的現象，不可能僅僅是化學反應的堆砌，一定有更深層次的、我們尚未理解的規律在其中運作。量子力學的奇特、非直觀的性質，似乎更能解釋生命那種“不可能”的精確性與複雜性，例如DNA複製的超高準確度，或是酶催化的驚人效率。我期待這本書能用比較淺顯易懂的方式，帶領讀者進入這個充滿魅力的科學領域，讓我們這些對生命充滿求知慾的讀者，能夠藉由這本書，開啟一段全新的科學探索之旅，並且理解為什麼量子原理對於生命的誕生和運作如此關鍵。