4月11日晚，由通识教育部和尚进书院联合举办的第三十六期通识讲坛在顺德校区国际会议厅举行。生物医学工程学院副教授何江讲授《生命是什么？——从物理学角度解读生命》。

讲座的题目，来源于物理学家薛定谔发表于1944年的一本生物学著作《What is life?》。薛定谔在书中试图探讨：某个有机活体内所发生的事件，如何借由物理和化学来解释？何江结合自己的思考，从细胞、基因、进化、代谢四个方面带大家从物理学的角度解读生命。

在细胞层面，何江提出了两个问题，一个是生命为什么是碳基的？第二个问题是细胞为什么需要由那么多原子构成？生命的诞生是一件非常偶然的事，经历了漫长岁月的无数尝试。最终，以碳元素作为基础，满足了生命需要大量的、稳定的、复杂的分子结构的要求，才终于诞生了生命。一个细胞有百万亿至十亿亿左右的原子，为什么会形成这种结构呢？因为，组成生命的单位的微观粒子时刻都在做着不间断、无规律的热运动。而所有有序的现象都是大量原子或分子集体行动的“平均”趋势。一个有序现象中做“非规则”的运动的粒子遵循平方根法则，基数越大，误差率越低。所以，要提升生命现象必不可缺的秩序的精度，“原子必须小”而“细胞必须大”。

关于基因，何江提出的问题是：基因以极小的尺寸维持了自身的稳定并携带了大量信息，这是怎么做到的？一个基因包含的原子不会超出几百万个。从物理学的角度来看，这个数目太小了。基因能不受无规则热运动的剧烈影响保持稳定是因为基因中的原子都由量子力学中的一种叫作“海特勒-伦敦力”的化学键相连接的，海特勒-伦敦力是一种非常稳定的化学键，在这种化学键的影响下，原子之间可以形成一种井然有序的晶体结构，这时候的原子能够不再受无规则热运动的干扰，从而保持自身结构的长期稳定。所谓晶体，是指由大量原子、离子或分子按一定规则有序排列形成的固体。如氯化钠、冰晶等周期性晶体，内部的原子、离子或分子按照固定顺序排列，就像家里墙砖上或地毯上的花纹一样，都是周期性重复的，内容很单调，储存不了多少信息。而基因是非周期性晶体，它的内部结构不是周期性的，组成单元的排列顺序在不断变化，而这种组建顺序就像一大串密码一样，能储存大量信息。

那么，物理学怎么解释进化现象呢？生命在地球上生存，基因的稳定性非常重要。然而，当环境发生改变的时候，生命必须不断调整自身性状以适应环境，这就是基因突变。同时，突变率还不能太高，这样生命系统才不会崩溃。稳定与突变之间的平衡极其重要。那基因是如何找到这个平衡点的呢？量子力学可以给出完美的解释：基因突变其实就是由基因分子中的量子跃迁造成的。在宏观世界中，能量总是连续的，任意两个能量值之间肯定有居中的能量值，但在微观世界中，能量则是一份一份不连续的，任意两份能量值之间不存在中间值。所以，基因的改变是“突变”而不是“渐变”。微观粒子从一个能量状态变到另一个能量状态的过程，就叫作量子跃迁。而量子跃迁的结果，就是基因内部原子的排列顺序发生改变，也就是我们说的基因突变。DNA中量子跃迁的能量阈值仿佛经过精心设置，让基因突变恰好成为一种比较罕见的现象，既不会经常发生，也不会迟迟不来，在稳定和突变之间找到了完美的平衡。

最后，何江和同学们探讨了生命何以成为生命，以及该如何对待生命的问题。生命意味着某个物体会主动持续做某种事情，例如不停地移动，不停地和外界环境进行物质交换等，而且活动的持续时间，要比无生命物质长得多。热力学第二定律是物理学的一个基本定律，它指出，任何一个孤立系统，都会自发朝着最大熵的状态演化，也就是说会自然而然地变得更混乱，直到达到热力学平衡的“最大熵”状态。生命体之所以能够持续活动，一是因为它具有高度有序和结构化的低熵结构，另一个原因就是它不是处于一个孤立系统中，它能从外界引入负熵。这个过程就是代谢。我们消耗低熵食物，将之用于创造有序的结构、新细胞和其他生命过程；而高熵废物人体以固体和液体形式排出体外。因此，何江指出，我们要以负熵为生，不断从外界获取有序性，努力让自己的生活变得更加秩序，这是生命对我们的必然要求。

通过讲座，何江带领大家以物理学视角探索生命的奥妙，让大家获得一个看待生命的全新维度，并得到关于如何生活的启示。