信息、生命與物理學

這篇短評與其說是讀後感，不如說是對本書於我有啓發的點做簡單的總結。 生命是有機化學反應模式和信息模式的綜合體，生命的故事由這兩種敘事交織展開，本書聚焦於生命的信息敘事，強調許多科學證據暗示，生物系統正是通過將信息整合成有序模式的方式，從分子的混沌中變戲法般地創造出相干性和秩序。理解信息流動和存儲的組織原理，以及將這些原理與化學反應網絡結合起來的方式，很可能是理解生命的關鍵。 如今，跨學科的發展已經到達了計算機科學、數學、生物學和物理學、生命和非生命這樣不同的領域的交叉地帶，生命的概念正在以一種非常類似電子學和計算領域的方式重建。在作者看來，用電子電路思維追蹤生物體中的信息流，以及將信息流與重要的結構特徵聯繫在一起的研究具有很大的發展前景。在醫學領域，對信息流和信息簇的研究，也許會爲我們提供一種比今天使用的各種化學測試有效得多的診斷工具。 與薛定諤一樣，作者認爲，現有的物理定律已經爲構成生物體的個體原子和分子提供了相當令人滿意的解釋，但不可能從已知的物理定律中得到信息定律，爲了恰當地將生命與物理學融合起來，需要構建新的物理學，它能讓物質與信息、整體與部分、簡單性與複雜性交織在一起。作者對這種新物理定律也提出了自己的猜測：「狀態相依性法則和自上而下的因果關係的信息定律，它們也許並不具有預測生命起源的特殊性，但可能會有利於形成廣泛的複雜信息管理系統——生命就是這種系統的典型代表。」 信息物理學在生物系統中的應用是一個尚處於發展初期的領域，本書探討的很多問題仍在被激烈地爭論，還沒有明確的定論。從分子混沌到有序的信息管理，這一轉換是如何發生的？生命的信息模式和信息流是如何構建的？信息模式和化學模式如何合作的？量子力學真的涉足其中嗎？…所有這些問題都需要解答。用作者的話來說，我們只瞭解了一些新觀點的皮毛，其實驗前景又如何呢？在這一問題上，我們將遭遇生物那令人難以置信的複雜性。

《信息、生命與物理學》是英國理論物理學家、宇宙學家保羅·戴維斯融合多學科前沿研究的跨界著作，旨在揭示生命本質與物理學、信息科學之間的深層聯繫。以下是全書核心觀點與內容的提煉： ​​核心命題：生命是信息的載體與創造者​​ ​​信息定義生命​​ 戴維斯提出，生命與非生命的本質區別在於​​信息複雜性​​。生物體通過信息網絡（如 DNA、基因調控網絡）串聯物質複雜性，使生命具備自我組織、適應與創造的能力。信息通過降低“不確定度”，賦予生命對抗熱力學無序性的能力。 ​​信息與物理學的融合​​ 傳統物理學無法完全解釋生命現象，需構建“新物理學”框架，將物質、能量與信息統一。例如： ​​麥克斯韋妖​​：探討信息如何驅動熱力學系統（如細胞分裂中的能量轉化）。 ​​量子生物學​​：分析量子效應（如隧穿效應、量子相干性）在光合作用、鳥類導航中的作用。 ​​關鍵領域探索​​ ​​生命的起源與演化​​ ​​量子生命的萌芽​​：米勒實驗與自催化化學循環可能爲生命起源提供線索，但需結合信息管理能力的演化。 ​​演化 2.0​​：基因突變不僅是“硬件”改變，更涉及表觀遺傳學（如電轉導調控形態發生）和生物信息網絡的“軟件”演化。 ​​量子現象與生命的關係​​ ​​光合作用中的量子相干性​​：量子效應提升光能轉化效率。 ​​鳥類導航的量子機制​​：地磁感應可能依賴量子隧穿效應。 ​​嗅覺振動理論​​：分子振動頻率通過量子效應被嗅覺受體識別。 ​​意識與物理世界的橋樑​​ ​​意識的信息本質​​：大腦通過神經網絡實現信息整合，意識可能源於複雜系統的非線性動態。 ​​自由意志的量子解釋​​：量子不確定性爲意識決策提供物理基礎。 ​​跨學科啓示與未來方向​​ ​​醫學與技術變革​​ ​​癌症的演化視角​​：癌症是多細胞生物演化中“背叛合作”的產物，需從基因網絡調控入手治療。 ​​生物電路與合成生物學​​：模擬細胞內信息流設計人工生命系統。 ​​宇宙與生命的終極追問​​ ​​生命是否必然存在？​​：地球生命依賴特定物理常數，但新物理學可能揭示生命更普適的起源條件。 ​​影子生物圈假說​​：地外生命可能以非碳基或非 DNA 形式存在，需突破傳統生物學範式。 ​​書中獨到觀點​​ ​​超越還原論​​：生命是物質、能量與信息的“三位一體”，單一學科無法完整解釋。 ​​湧現與創造力​​：生命通過信息網絡實現“自上而下”的因果關聯（如基因調控網絡驅動形態發生）。 ​​倫理與科學邊界​​：意識研究引發對自由意志、人工智能倫理的反思。

🧬 書中幾個顛覆性思路： 1.從“能量”轉向“信息”看生命 傳統生物學關注能量代謝，但戴維斯說：生命真正的魔法在於如何組織信息。比如DNA不只是化學鏈，更是高密度信息存儲器；細胞內的信號通路，其實是生物電路。 2.麥克斯韋妖在細胞裏真實存在 細胞裏的分子馬達（如ATP合成酶）、離子泵，其實都在“讀取信息+做功”，就像那個小妖——它們利用信息降低熵，對抗混沌。 3.量子效應可能參與生命過程 雖然不主張“量子意識”那種玄學，但他認真探討了光合作用中的量子相干性、鳥類導航中的量子糾纏等實驗證據，認爲量子效應可能在進化中被“徵用”。 4.“達爾文主義2.0”：進化不僅是基因突變，更是信息架構的升級 生命演化出越來越複雜的信息處理能力——從單細胞到神經網絡，本質是信息控制層級的躍遷。 5.癌症、衰老、甚至意識，都可從“信息崩潰”角度理解 比如癌症不是單純基因突變，而是細胞信息調控網絡失序。

關於《信息、生命與物理學》摘要之一（信息與生命）—— 1、生命就是化學加上信息。 2、分子是一種物理結構，而信息是一種抽象概念，從根本上說源於人類溝通的世界。 3、“就一個化學系統而言，能量在其中的流動和存儲與信息的流動和存儲有關。” 4、生物繁殖的本質就是可遺傳信息的複製。錯誤是達爾文式演化的驅動力，所以基因複製在轉錄過程中偶爾出現錯誤，這是一件好事。 5、“信息就是物質的！”，它獨立存在，具有因果力。 6、無論何時，只要取平均，有些信息就會丟失，也就是說，我們接受一定程度的無知。 7、信息關乎你知道什麼，而熵關乎你不知道什麼。 8、生命擁有無約束的可能性—— 定義生命的自複製屬性直接來自充滿悖論的命題演算和自我指涉領域，該領域鞏固了計算的概念，反過來又爲我們現在所熟知的模擬和虛擬現實之類的屬性開闢了道路。生命有能力構建外部世界及其自身的內在表徵（作爲一個主體，操控其所在的環境並利用能量），這反映了邏輯法則是生命的基礎。 9、“細胞接觸到什麼決定了細胞能做什麼。”，細胞可能有一種機制，用於選擇讓哪些突變發生，這便是“適者到來”。 10、關於羣體智慧，鄰近個體間對簡單規則的反覆運用，就會展現成複雜、有組織的行爲，例如社會性的昆蟲團體（螞蟻之類）。 11、在生物學領域，最重要的東西是信息管理。 12、生命的一個信息特徵是，它會使用數學編碼來管理數字信息。

看過好幾本關於“外星人”關於“靈魂永生”的故事之後，對靈魂永生以及意識如何產生，我的好奇心一點不減，反而又增強許多。 只看別人講的故事並不能回答我的疑問，我便去找從科學層面研究意識的書籍來看。我找到的第一本書，是《信息、生命與物理學》，這本書對我來說很有些晦澀，是又一本靠些意志力讀完的書。 讀完全書，我記在腦子裏的內容，只有這樣幾個模糊的點： 信息是宇宙中最是重要的一個概念，將信息以某種很是規律的原則進行組織，是爲減熵。 意識究竟如何產生？作者說現在沒有答案，但生命可拆解爲化學與信息兩個部分，化學的主角是蛋白質活動所產生的新陳代謝，而信息都在DNA中。 你身體中的每個細胞都包含大約10億個DNA鹼基，它們可用生物學“字母表”上的4個字母表示，並排列組合成不同的序列。它們可能的組合數量是4的10億次方，也就是說該數字的尾部有6億個零。我們可以把這一數字與宇宙中的原子數量做比較，後者的數字尾部只有80個零。 我們人類（當然不止人類有DNA）的DNA，可以保存的信息堪稱無窮盡。心理醫生魏斯所碰見的凱瑟琳的輪迴記憶，多出一種可能解釋：凱瑟琳的前世記憶來自於遺傳，她先輩的經歷都被寫進DNA裏，在凱瑟琳這裏得到表達。 人類有兩萬個基因，但是並非所有基因都會表達出來。基因表達與否，是可以往後代遺傳的。抗擊癌症，也有多出兩個底層方向，一是修改基因，二是限制某些基因的表達。 現今有一個技術叫做DNA編輯，它想做的事情是弄懂DNA各片段功能後將其修復或者完善。DNA很複雜，構成它的底層元素是A、C、G、T四種鹼基；計算機也很複雜，但它最底層的邏輯卻只是0和1，科學家們通過編程語言（彙編、C、Python等等）抽象頂層邏輯構建讓計算機運行的各種軟件系統。編輯DNA的工具，也可以借鑑編程語言。 麥克斯韋妖是一個很有意思的理論，它說的是永動機可能被實現，當“信息”加入系統，熱量便能從低溫物體傳遞到高溫物體而不需要做功。這麥克斯韋妖看得我雲裏霧裏，我不能很好複述，只感覺很神奇。我理解到的是，大概功都是由麥克斯韋妖做的——通過一種極其簡單的微觀世界開關。 薛定諤的貓所描述的現象是，盒子裏面有只貓，我們不確定它是死是活，只有當我們打開盒子看見它的時候才能確定，這“不知死活”描述的是觀測所帶來的真實物理世界改變。觀察，是我們的意識行爲，波粒二象性是量子世界的存在基礎，由此意識或許和量子世界很有些關聯。 時間，只是我們人類爲了方便記錄自己行程而提出的一個概念。它可以用另一種方法表達，即時間的前與後，只是物理狀態的變化；基於此，如果狀態可以往回改變，那時間就是可逆的。逆轉的不是時間本身，而只是狀態序列。 以上，便是從全書當中摳出來的還剩下些印象的所有信息了。我想，大概不久之後，這些信息將再一次從記憶當中消失。 記憶切換到最近一次與阿力的山中散步。 “看完這本書，我真的啥都沒記住，只記得這樣一個結論：現在科學界根本不知道意識是怎麼產生的。” “會不會是你想複雜了？單純是神經元增多之後的某種大力出奇跡，狗有意識，但它神經元不夠多，所以不夠聰明。虎鯨也是很聰明的生物，它們能夠彼此交流，能夠有策略地捕獵，也有屬於自己的部落。” “總之，就是說不清啦，我爲什麼是我？胎兒在母親肚子裏時，怎麼就忽然產生了意識，肯定有一個變化的奇點？ “如果大力出奇跡是真的，如果確實是量變之後的忽然質變，那AI發展到最後，當神經元更多些，是不是意味着人類真就創造出來一種新的生命呢？” 我想不明白的！

審慎地推薦。這書有幾個問題，1）亂，這本書寫作結構非常亂，有一種播客稿件整理後出版的感覺；2）學科邊界問題，科普也要講基本法，戴維斯其人寫文章一直這個調調，雖然我不會指責戴維斯學術不端，但他之前就一直這樣對文章“不修邊幅”，被撤稿的非磷細菌也是這樣的問題。從閱讀下來的另一種感受就是，當討論多個“元學科”（也就是產生理論的學科，理論物理、混沌等）的時候，是非常需要一種強直覺的天賦的，但這批物理學家真不行，物理直覺和數學直覺都不太好。也總結出了另一種推論，對於討論生命、湧現的書來說，作者如果不是凝聚態方向的，基本沒啥必要浪費時間讀。

僅靠已知物理學無法完全解釋生命的獨特性和起源，需引入以“信息”爲核心的全新概念。生命是一種獨特物理現象，本質可視爲“物質+信息”，信息是區分生命與非生命的關鍵，它能讓物質形成生命，生命的運作遵循着深刻的邏輯和計算原理。

作者引用薛定諤的說法，認爲解釋生命需要新物理。而他所謂的新物理是信息論和湧現。首先我覺得這東西一點不新。其次作者似乎始終採用一種非黑即白二元對立的觀點在看還原論。認爲還原論就是要把一切拆分到原子進行解釋纔算還原論。還聲稱以前的生物學沒有采用模塊化的思想進行研究（完全不贊同）我的理解下所謂的模塊化不就是一種還原論嗎。作者還是支持量子糾纏是產生意識緣由的那一派。這本身也沒什麼，對未知有不同的信仰完全沒有問題。但是我不太贊同因爲A很神奇，B我們不能解釋，於是B肯定和A有關這種沒有細節過程和任何證據的思考模式。作者講得比較好的是表觀遺傳的部分。認爲癌症可能是環境誘發的某種促進突變率的返祖現象。但是總體所有知識都是講得比較淺，有點隔靴搔癢。然後生命起源居然沒提鹼性熱液。又一次驗證法則：少看物理科普哎

本書的閱讀還是有一定的難度。作者把信息、生命和物理學之間的界限以及之間的關聯。進行了各種各樣的解釋。核心通過信息的解析對意識進行理解。意識是如何產生的。意識的組織結構是什麼？意識的物理基礎又是什麼？這是目前科學上的一大難題。人們還在從不同的角度，特別是量子學的角度，理解意識的形成。

保羅·戴維斯（Paul Davies）這位當代著名的理論物理學家、宇宙學家和天體生物學家，以他物理學家的嚴謹、哲學家的思辨和作家的文采，在《信息、生命與物理學》一書中圍繞“生命是什麼”這一終極問題展開跨學科探索，重新定義生命與宇宙的本質重新定義生命與宇宙的本質; 並試圖從信息論的視角,遵循一種尚未被完全理解的“新物理法則”在生物學與物理學之間建立密切的聯繫。這是一部跨學科的科學哲學科普著作，通過啓發式論述，引導我們開闊視野和思路，對書中提出的基本概念和理論進行深入思考。這本書的價值或許不在於提供答案，而在於重新定義問題。 讓我們在閱讀此書的過程中，對書中以下的核心內容/概念給予自己的理解和思考，這也許會是我們閱讀此書時最直接的收穫： - 信息作爲物理學的新維度 - 生命的信息本質-物質+信息的結合; - 麥克斯韋妖(信息、熱力學與生命本質之間的聯繫)的現代信息詮釋 - 信息驅動的達爾文演化論詮釋; - 量子生物學與生命現象 - 生命起源的信息路徑 - 尚未被完全理解的“新物理法則” 我想，這本書最吸引讀者之處是直面科學前沿的模糊地帶，追問那些最值得探索的問題。也許這些新概念並不是那樣完美，甚至存在着一些爭議，但是它們不僅挑戰了傳統生物學和物理學的邊界，也爲人工智能、量子計算、合成生物學等前沿領域提供了新的研究方向。