埃尔温·薛定谔编著的《生命是什么/周读书系》把《生命是什么》和《意识和物质》合为一卷出版，后者也是他写的散文，文中研究了那些自古以来就使哲学家困惑迷离的问题，和这两篇经典著作放在一块的是薛定谔的自传。通过对他一生的回顾和引人入胜的描述，提供了他从事科学著作的背景材料。

埃尔温·薛定谔编著的《生命是什么/周读书系》是20世纪的伟大科学经典之一。它是为门外汉写的通俗作品，然而事实证明它已成为分子生物学诞生和随后DNA发现的激励者和推动者。本书把《生命是什么》和《意识和物质》合为一卷出版，后者也是他写的散文，研究了那些自古。以来就使哲学家困惑的问题。本书最后的自传，通过对他一生的回顾和引人入胜的描述，提供了他从事科学研究的背景材料。

第一部分 生命是什么

 前言

 序言

 第一章 经典物理学家走近这个主题

1 研究的一般性质和目的

2 统计物理学 结构上的根本差别

3 一个朴素物理学家对这个主题的探讨

4 为什么原子是如此之小

5 有机体的活动需要精确的物理学定律

6 物理学定律是以原子统计力学为根据的，因而只是近似的

7 它们的精确性是以大量原子的介入为基础的第一个例子（顺磁性）

8 第二个例子（布朗行动，扩散）

9 第三个例子（测量准确性的限度）

10 ∫n律

 第二章 遗传机制

1 经典物理学家那些绝非无关紧要的设想是错误的

2 遗传的密码本（染色体）

3 通过细胞分裂（有丝分裂）的个体生长

4 在有丝分裂中每个梁色体是被复制的

5 染色体数减半的细胞分裂（减数分裂）和受精（配子与合）

6 单倍体个体

7 减数分裂的突出性质

8 交换，特性的定位

9 基因的最大尺度

10 小的数量

11 持久性

 第三章 突皮

1 “跳跃式”的突变——自然选择的工作场地

2 它们生育同样的后代，即它们是完全地遗传下来了

3 定位，隐性和显性

4 介绍一些术语

5 近亲繁殖的有害效应

6 一般的和历史的陈述

7 突变作为一种罕有事件的必要性

8 X射线诱发的突变

9 第一定律，突变是个单一性事件

10 第二定律，事件的局域性

 第四章 量子力学的证据

1 经典物理学无法解释的持久性

2 可以用量子论来解释

3 量子论—不连续状态—量子跃迁

4 分子

5 分子的稳定性有赖于温度

6 数学的插曲

7 第一个修正

8 第二个修正

 第五章 对德尔勃吕克模型的讨论和检验

1 遗传物质的一般图像

2 图像的独特性

3 一些传统的错误概念

4 物质的不同的“态”

5 真正重要的区别

6 非周期性的固体

7 压缩在微型密码里的丰富内容

8 与实验事实作比较：稳定度；突变的不连续性

9 自然选择基因的稳定性

10 突变体的稳定性有时是较低的

11 不稳定基因受温度的影响小于稳定基因

12 X射线是如何诱发突变的

13 X射线的效率并不依赖于自发突变率

14 回复突变

 第六章 有序 无序和熵

1 一个从模型得出的值得注意的普遍结论

2 由序导出序

3 生命物质避免了向平衡衰退

4 以“负熵”为生

5 熵是什么

6 熵的统计学意义

7 从环境中抽取“序”来维持组织

 第七章 生命是以物理学定律为基础的吗

1 在有机体中可能有的新定律

2 生物学状况的评述

3 物理学状况的综述

4 明显的对比

5 产生序的两种方式

6 新原理并不违背物理学

7 钟的运动

8 钟表装置毕竟是统计学的

9 能斯特定理

10 摆钟实际上可看做在绝对零度下工作

11 钟表装置与有机体之间的关系

后记 决定论与自由意志

第二部分 意识和物质

 第一章 意识的物质基础

1 问题

2 一个尝试性的答案

3 伦理观

 第二章 了解未来

1 生物发展的死路

2 达尔文主义的明显的悲观情绪

3 行为影响选择

4 伪拉马克主义

5 习惯和技能的遗传固定

6 智力进化的危险

 第三章 客观性原则

 第四章 算术悖论：意识的单一性

 第五章 科学与宗教

 第六章 感知的奥秘

 自传

译后记

1.经典物理学无法解释的持久性

借助于X射线的精密仪器（物理学家会记得，30年前这种仪器曾揭示了晶体详细的原子晶格结构），在生物学家和物理学家的共同努力下，最近已成功地把决定生物个体宏观特性的微观结构的尺度——“基因的体积”——的上限降低了，并且降低到远远低于第二章第9节得出的估计数。我们现在面临的严重问题是：基因结构似乎只包含了很少量的原子（一般是1000个，也可能还要少），可是它的奇迹般的持久不变性却表现了最有规律的活动，如何从统计物理学的观点来协调地解释这两方面的事实呢？

让我再把这种令人惊讶的情况说得鲜明生动些。哈布斯堡王朝的一些成员有一种很难看的下唇（哈布斯堡唇）。在王室的赞助下，维也纳皇家科学院仔细地研究了这种唇的遗传，并连同历史肖像一道发表了，证明这种特征是正常唇形的一个真正的孟德尔式的“等位基因”。如果注意比较16世纪这个家族中某一成员和他的活在19世纪的后裔的肖像，我们完全可以有把握地说，决定这种畸形特征的物质性的基因结构已经世代相传了几个世纪，而且每次细胞分裂都是忠实地复制。尽管每一代的细胞分裂次数并不很多。此外，这个基因结构所包含的原子数目很可能同前面由X射线实验测得的原子数目是同一个数量级。在全过程中基因处于华氏98度（36.67摄氏度）左右的温度，它能不受热运动的无序趋向的干扰保持了几个世纪，对此我们如何理解呢？

19世纪末的一位物理学家，如果只打算根据他所能解释的、真正理解的那些自然界的定律来解答这个问题，肯定是一筹莫展的。在对统计力学的情况稍加考虑后。他也许会做出回答（如我们将看到的，是正确的回答）：这些物质结构只能是分子。因为关于这些原子集合体的存在及其高度稳定性，当时的化学已有了广泛的了解。不过这种了解是纯粹经验的，人们对分子的性质还不了解——使分子保持一定形状的、原子间强键的本质，对于当时的化学家来说，还完全是个谜。所以，上面这个回答是正确的；可是它只是把这种莫名其妙的生物学稳定性归结到同样莫名其妙的化学稳定性，这是没有价值的。尽管证明了两种表面上相似的特性系依据同一原理。但只要这个原理本身是未知的，那证明就总是靠不住的。

2.可以用量子论来解释

对于这个问题，量子论提供了解释。根据现在的了解，遗传机制是同量子论的基础密切有关的，不，是建立在量子论的基础之上的。量子理论是马克斯·普朗克①于1900年发现的。现代遗传学则可以从德弗里斯、科伦斯和切尔玛克（1900年）重新发现孟德尔的论文，以及德弗里斯关于突变的论文（1901～1903年）的发表算起。因此，两大理论几乎是同时诞生的，而且它们两者一定要在相当成熟后才会发生联系，这也是很自然的。在量子论方面，花了1／4世纪以上的时间，直到1926～1927年W·海特勒（Heitler）和F·伦敦（London）才给出化学键量子论的普遍原理。海特勒一伦敦理论包含了量子论最新进展的最精细而复杂的概念（称为“量子力学”或“波动力学”）。对此，不用微积分的描述几乎是不可能的，或者至少要写像本书一样的另一本小册子。不过，好在全部工作现在都已完成了，这些工作可以用来澄清人们的思想。看来已有可能更直截了当地指明“量子跃迁”同突变之间的联系，并直接去搞清楚最主要的事情。这就是我们在这里试图去做的。

3.量子论—不连续状态—量子跃迁

量子论的最大启示是在“大自然之书”里发现了不连续性的特点，而原先的观点认为自然界中除了连续性外全皆荒谬。

第一个例子是能量。经典理论中一个物体可以在很大范围内连续地改变着它的能量。例如一个摆，它的摆动由于空气的阻力逐渐缓慢下来。十分奇怪的是，量子论却证明了，具有原子这样大小的微观系统的行为是不同的。根据无法在这里详细论述的那些理由，必须假定一个小的系统只能具有某种不连续的能量，这是它本身固有的性质，这种不连续能量称为能级。从一种不连续状态转变为另一种，是一件相当神秘的事情，人们通常称之为“量子跃迁”。

不过，能量并不是一个系统的惟一特征。再以摆为例，设想它能够作各种运动。天花板上悬下的绳子上挂一个重球，它能够在南北、东西或其他方向上摆动，也能作圆形或椭圆形的摆动。用风箱轻轻地吹这个球，便能使它从运动的一种状态连续地转变到任何另一种状态。

但是对于微观系统来说，这些特征或类似的其他特征——对此我们不能详细讨论了——的大多数都是不连续地发生变化的。如同能量一样，它们是“量子化”的。

这样的结果是什么呢？许多个原子核，包括围绕它们的电子，当彼此靠拢形成“一个系统”时，是本质上不可能任意选择一种假想构型的。可以选择的只是大量的但不连续的“状态”系列。我们通常称这些状态为能级，因为能量是特征中的十分重要的部分。但是必须懂得，对状态的完整的描述，要包括能量以外的更多的东西。正确的说法是，状态是系统中全部粒子的一种确定的构型。

一种构型转变为另一种构型就是量子跃迁。如果后一构型具有更大的能量（“处于较高的能级”），那么，外界要向这个系统提供不低于两个能级间的能量差额的能量，才能使这种转变成为可能。当然，系统也可以自发地变到较低的能级，通过辐射来消耗多余的能量。

4.分子

在给定的一组原子的若干不连续状态中，不一定有但其中可能有使原子核彼此紧密靠拢的最低能级。在这种状态中，原子组成了分子。需要着重指出的是，分子必须具有一定的稳定性；除非外界供给它以“泵浦”到邻近的较高能级所需的能量差额，否则，构型是不会改变的。因此，这种数量十分确定的能级差定量地决定了分子的稳定程度。下面将会看到，这个事实和量子论的基础本身——能级的不连续性——联系得多么紧密。

请读者注意，上述观点已经被化学的实验事实彻底地核查过了；而且在诸多方面已经被证明是成功的，例如在解释化学原子价的基本事实和关于分子结构的许多细节方面，如结合能，不同温度下的稳定性等。这里我是指海特勒-伦敦理论，如前所述，这个理论在本书里是无法详细讨论的。

P44-48

在1950年初，当我还是一名学数学的年轻学生时，我读的书并不是很多，但我还是读了一些埃尔温·薛定谔的论著，至少是读完了这本书。我总是发现他的著作很吸引人，包含令人兴奋的新发现，能使我们对生活其间的这个神秘世界获得一些真正的新了解。在他的论著中，没有比他的短篇名著《生命是什么》更具有上述典型特征的了。我认识到这本书一定会跻身于本世纪最有影响的科学著作之列。它代表了一个物理学家力图理解一些真正的生命之谜的有力尝试，这位物理学家的深刻洞察力在很大程度上已经改变了人们对世界组成的理解。尽管这本书所涉及的交叉科学内涵之广博在当时是罕见的，但对于非专业读者和希望成为科学家的年轻人来说，它的笔触又是那样亲切、轻松和谦虚。的确，很多在生物学领域做出过重要贡献的科学家（如霍尔丹和克里克），都承认受到过这位具有高度独创性和缜密思维的物理学家在本书中提出的诸多观念的影响，尽管他们并不总是完全同意他的观点。

正如许多对人类思维有较大影响的著作一样，它提出了一系列一旦被掌握，其真实性就显而易见的论点；然而令人不安的是这些观点至今仍被大部分人所忽视，虽然他们本应对此有更深入的了解。例如，我们不是经常听到“量子效应与生物学研究没有多大关系”，或者“我们吃东西是为了获取能量”这样的议论吗？这说明了薛定谔在《生命是什么》一书中所论述的内容直至今日仍然适用。它确实值得一读再读。

罗杰·彭罗斯

1991年8月8日

奉献在读者面前的这本小书是薛定谔的名著《生命是什么及对意识和物质的思考》。这本书分两大部分，第一部分《生命是什么》是基于作者1943年在英国都柏林三一学院高等研究院的系列讲演，曾单独发表于1944年，以后在1945，1948，1951，1955，1962年多次再版。第二部分包括有关意识和物质的讨论的6篇论文，发表于1956年10月剑桥三一学院的TameI·讲座，以《意识和物质》的书名首次发表于1958年，除了上述两部分外，书末还附了薛定谔本人在1960年写的自传。1967年上面两个部分合在一起，由剑桥大学出版社出版，至今已重印过20余次，这个译本是根据2000年版译出的。

埃尔温·薛定谔1887年生于维也纳，1920～1933年往来于德国、瑞士等地，1925年发现了波动力学（量子力学的一种标准形式），1933年由于这个重大发现获诺贝尔物理奖。1939年后开始在英国定居，直到1956年回维也纳，1962年去世。本书的两个部分都是他在英国时期作的演讲和写的论文。薛定谔的父亲是植物学家，受到父亲的熏陶，薛定谔在幼年时期就对生物学和达尔文进化论有着浓厚的兴趣。也许这提供了一个基础和动力，使他能在物理学中取得如此重大成就后，又转向生命科学的研究。

薛定谔的《生命是什么》这本小册子在生物学界极负盛名，被称为“分子生物学中的《汤姆叔叔的小屋》”，意思是指这本书可看做分子生物学的开端，好像《汤姆叔叔的小屋》是黑奴文学的开端一样。在那个传统生物学占统治地位的年代，“这本书的出版给生物学增添了异彩”。很多在生物学中做出过重要贡献的科学家如霍尔丹和克里克，都承认受到过这位具有高度独创性的缜密思维的物理学家在本书中提出的许多观念的影响；事实上，沃森和克里克就是在薛定谔的影响下去分析遗传物质DNA的。正如彭罗斯1991年在本书前言中说“这本书一定会跻身于本世纪最有影响的科学著作之列，它代表了一位物理学家力图理解真正的生命之谜的有力尝试。这位物理学家的深刻洞察力在很大程度上已经改变了人们对世界组成的理解”。

那么， 《生命是什么》这本著作中谈了一些什么问题呢？主要谈了三个问题，一是从信息学的角度（尽管那时中农的信息论还没有诞生）提出了遗传密码的概念（尽管伽莫夫提出DNA密码假设是10年后的事），提出了大分子——非周期固体——作为遗传物质（基因）的模型；二是从量子力学的角度论证了基因的持久性和遗传模式长期稳定的可能性；三是提出了生命“以负熵为生”，从环境中抽取“序”来维持系统的组织的概念，这是生命的热力学基础。

从20世纪的30年代开始，物理学家就开始闯到生物学的前沿——遗传学中来了。因为那个年代生物学已经发展到染色体和基因的水平，为了用实验方法研究遗传就必须研究突变。1927年缪勒发现X射线是强有力的基因突变剂，短时间内就能人工产生几百个突变体。德布吕克在玻尔的影响下，转向了生物学。1932年玻尔在“光和生命”的论文中宣称“用严格的物理学术语来解释生命的本质，我们是否还缺少某些用来分析自然现象的基本资料……在这种情况下，人们不得已把生命的存在看做是无须再作解释的生物学研究起点”。为了寻找玻尔所说的基本资料，德布吕克和生物学家通力合作，研究x射线诱发基因突变的规律。在1935年的论文中指出基因所占的体积大体上与10个原子距离作为边长的立方体相同，也就是说一个基因大约只包含1000个原子。这个结论比遗传学的繁育实验和直接细胞学观察得到的基因体积小三四个数量级。薛定谔紧紧抓住了这个事实进行了透彻分析。第一，他认为基因中存在一种微型密码，“一个基因，也许是整个染色体纤丝，是一种非周期性的固体”，正是它，包含了足够多的信息，可以充当密码的负载者；第二，他强调一个基因包含原子数量之少，是无法克服涨落效应的；而一种遗传性状可维持若干世代，达几百年之久，这种持久性无法用经典物理学解释。但是上述矛盾可以从刚刚发现的量子力学获得满意解释。因此基因的奥秘中蕴藏了量子力学。薛定谔从空间大小（微型）和时间范围（持久性）两个方面对基因研究后，得到了上面两个极为重要的结论，这构成了生命的分子基础。

20世纪50年代以后分子生物学的发展如火如荼，90年代以后基因信息学的崛起，如旭日东升，究其起源，都和薛定谔这本小书中阐述的观点紧密相关。

基因序列资料的积累已如天文数字，并且还在以指数方式增长。基因信息学向何处去？重温薛定谔的论著，我们受到了进一步的启发。例如：第一，由微型密码构成的序列如何决定生物大分子系统的结构，从而决定这个系统的生命功能？从密码和序列到生命功能之间，有一个重要环节，这就是结构。因此，由DNA序列预测编码蛋白质的基因及蛋白质三维结构是一个核心问题；第二，如何由序列的各种单元间的相互作用给出基因表达的顺序？生命密码的信息如何在时间轴上展开？第三，如果说，薛定谔微型密码概念的正确性和价值在今天已经得到了充分展示，那么，他的关于遗传稳定性和可变性的量子力学解释似乎尚有更多发挥的余地，这是否将会引起分子进化理论的重大变革呢？

本书第二部分《意识和物质》主要讨论了四个问题（除了第五章科学与宗教中介绍了时间的观念及爱因斯坦、玻耳兹曼有关时间的物理工作外）：

第一，意识的形成与生物体的学习密切相关。当一个情景一旦出现，对它的正确反应便形成意识。如果再不断重复这些情景，它又从意识中逐渐隐退，成为无意识反应。从应用的角度讲，构造学习机器（如基于神经网络的学习机）可从这个观点中获得启示。

第二，意识对于生物进化有反作用。行为的变化与体质的变化相平行，后者的偶然变化（据达尔文）会引起前者的变化；而前者的变化，某些特征的有效使用又影响选择，影响体质、器官，使其朝着有利的方向变异。薛定谔认为光靠达尔文的“偶然积累”，无法解释某些物种具有的那些特殊技能和习惯的形成和遗传固定。为了避免人类这个物种的停滞不前，必须注意行为对于进化的意义，因为“高智商的人类可以按自己的选择来行事”。

第三，阐明“客观性原则”作为一种科学方法的必要性。即使对于感知过程的研究，也必须坚持这一原则，即把认知主体排除在客观世界之外。同时薛定谔也深刻地指出这一方法的局限性，“建成我们世界的材料完全产生于作为意识器官的感知……但意识本身在它构建的世界里又是一个陌生者，在这个世界里没有它的生存空间”，“无论生理学发展到多么先进的水平……在任何地方你都看不到性格特征……虽然它们的存在对你来说如此肯定”。科学研究必须借助仪器，但仪器永远无法代替观察者，观察者的感官最终还是要介入，因此上述矛盾仍然存在。

第四，为什么众人意识中的世界是相同的，合成一个单一的世界？为什么单一意识的形成能以许多细胞许多次大脑为基础？前半主要是一个认识论问题，后半则是一个可能尚未完全解决的科学问题。

读了薛定谔的这本小书，给人两个突出的印象。第一，他总是面对原始的科学问题，紧密联系实验，抓住关键。第二，他的缜密的逻辑。尽管受生物问题的复杂性和本书的性质所限，没有使用数学，但论述处处体现出严格的逻辑关系。因此，这本书像其他对人类思想有巨大影响的著作一样，“提出了一系列一旦被掌握其真实性就显而易见的论点”。

近代科学是从伽里略、牛顿开始的，已经形成了一种规范，这个科学规范有两个特点。第一是实证性，伽里略继承了文艺复兴的先进思想，“我们的一切知识全都来自我们的感觉能力”，“经验是一切可靠知识的母亲，那些不是从经验里产生，不接受经验检定的学问，那些无论在开头、中间或末尾都不通过任何感官的学问是虚妄无实的，充满谬误的”。惟有充分重视实验，才能摆脱中世纪哲学的桎梏，这是伽里略成为近代科学之父的原因。第二是理性，任何实验都必须与推理相结合，才能去粗取精、弃伪存真，最好的最严密的推理工具是逻辑、是数学，看上去非常隐晦、非常复杂、非常困难的问题，如果懂了逻辑精神，一步一步推理，就变成很简单、很明了、很容易的了。伽里略十分重视数学，他说“自然之书是用数学语言写成的，没有数学，一个人只能在黑暗的迷宫里徘徊”。牛顿《自然哲学的数学原理》一书的写法就是借鉴欧几里得的《几何原本》。试问，如果没有数学的精密的推演，如何能证明天体运动和地面上抛物，是由于同一种力——万有引力呢？所以实证性和理性的结合便形成了四百年来的科学传统和规范，这种结合在物理学中特别是20世纪的物理学中表现得最为完美和富有成果。相对论和量子论是这种结合的典范。薛定谔正是把近代物理学的这种思维方法运用到生命科学的基本问题中来的：这本书取得巨大成功的原因也就不言而喻了。

杨振宁在回答成功“秘诀”的问题时，特别提到了两个原因，一个是面对物理学的原始问题，另一个是不排斥数学，要成功地运用数学。这两点和薛定谔在本书中体现出的特点和方法不谋而合。

读这本书，给人以享受。当我们学到牛顿定律，F=ma；学到量子论，E=hz；学到相对论，E=mc2。；学到统计物理学，S=kin W，不禁大为惊讶，原来自然界的基本规律是如此简单而美妙！一个对科学怀有兴趣，对自然没有丧失好奇心的人都会想：“那么下一个自然科学领域内的自然界的基本规律在哪里呢？”薛定谔这本书似乎告诉我们：“你看，它就在那里！闪闪发光！它就埋藏在那里！等待人们去发现。”

在这本书的翻译过程中，我们深感专业科学工作者和语文工作者的密切合作，对于译好一本普及科学思想的名著是多么重要。老版的“What is life？”每一小节都加了序号，而新版没有序号，为了阅读查阅的方便，我们在翻译中按老版加了节序号。另外，为了便于读者理解本书的思想，译者在页下增加了一些注，并标明“译者”字样，以区别于原注。

罗辽复 罗来鸥

2002年9月