What is Life? with Mind and Matter and Autobiographical Sketches
物理学大师薛丁格辞世五十五周年纪念，猫头鹰出版社二十五周年巨献
台大生化所杨启伸副教授特别撰写二○一六全新导读
中华民国物理学会最佳百本物理科普书
《薛丁格物理学讲义：生命是什么？》：负熵概念的提出
本书发表年代距今已超过五十年，当年薛丁格虽精准预测遗传分子的运作过程，但仍因为现代科学的进展而有一些疏漏，没想到这本为非专家所写的书，最后却成为发现ＤＮＡ结构、并导致分子生物学诞生的关键著作。这本《薛丁格物理学讲义：生命是什么？》实在有遗传研究上举足轻重的地位。
生命是什么？
国立台湾大学生化科技学系副教授/杨启伸
如果你现在拿起此书，想着这本“生命是什么？”到底会讲些什么？能给我启发什么？那这篇导读，就是要你在几分钟之内，知道这本书的内容精髓。于是，不论你最终是否决定拥有这本书，你都会像是已经拥有“它”，或至少认识了“它”。
因此，对于生命体，在第一章，针对“化学”观点方面，薛丁格首先认为，生命，仍是以原子为基础组成，有排列次序的巨大有机体，而这有机体的运作规则和描述，可用组成原子接近统计的整体行为来看。
生命为何要先组合成巨大有机体，小原子或分子当生命有何不可？薛丁格认为，因为物体要大到一定程度，才能有精确的行为。小分子的运动，除了自己的动能外，还有环境的随机力量推著，如布朗运动和扩散。如果生命不是大到可使其他运动力量足以被忽略的程度，那么，当我问你要去哪里时，你可能会跟我说：“我会试着去对街的超商，但我不确定我能不能走到！因为其他力量也会参与影响我往那个方向走。我可能被‘推’或‘扩散’到光华商场去！”。
薛丁格更进一步，对大有机体的集体行为和统计的关系，说明对“集体数目”开根号的值，就是和环境交互作用准确性“误差值”的估计：大数目之下的误差反而小。以量子力学的观点换言之，我们必须“不能”长得和小原子一般尺寸，才得以控制巨观行为。不仅如此，巨大有机体也因能准确控制行为，才能从事各种原本小分子不能做的事；而且所做的事，不一定和小分子本身有相关。如大脑是由无数原子所组成，但却不是用来记录单个原子事件。
作者在建立了生命是由原子尺寸的小分子所结合，成为具有行为准确性的巨大有机体后，想要找说明的例子。他似乎是受原本开布染坊，后来也研究植物的父亲影响或启发，决定用当时以植物为主的遗传学成果为例，把基因设想为：比原子大，但却有准确控制行为的作用单位。他准确（或卖弄）地，以人有23对、46个染色体为例，说明人类基因来自父和母减数分裂后，以各23个染色体配对。之后，同一个表现型，是由父与母各自带着的染色体上，具有显性或隐性之基因配对后，决定最终是显性或隐性。他由数学机率和表现型之配合，说明基因运作原则，并提出遗传分子虽小但稳定，以及其可能的大小尺寸。作者指出当达林顿以染色体上的横纹（当成是一个基因）和染色体大小相除，得到基因大小是30奈米，并由此推算基因大小只是100～150个原子；虽小，但却有不可思议的稳定性。
接着，作者以“突变”这个基因看得见的行为，说明基因的变化是不连续的，且是以在定点为单位地发生。作者为何要提基因运作、突变这些事呢？其实这是先设好舞台，为了要说明二件事：基因尺寸小而稳定，以及古典物理无法说明基因这种小尺寸分子稳定的原因，但量子力学可以！因为量子力学有能阶（离散，非连续）的概念，可以能阶差和温度会影响稳定性两个概念解释基因特性。但作者也迅速地以生命化学分子有同分异构物，以及能阶间的转换有时不只需要热能，也要能越过比变化前后两态能量都要高的活化能门槛（或阈值）这二个观念，做为二个修正之后，才能明确说明生命分子的稳定性（如基因突变后，仍然是稳定的）。换言之，不会随便出门晒晒太阳，我们就变了模样！
犹有进者，作者对生命如何维持运作秩序、逃避直接衰退，提出了颇具争议的“负熵”概念。大致上，熵可以用“多么不能作功的程度”的方式来了解；熵越大，这个状态越不能做功。也因此，生命结束时的熵是甚大的！熵之计算，是若吾人在绝对温度T 提供热量Q（卡路里）来把一个状态改变到另一个状态时，此时的Q/T值；所以单位是 cal/度。作者解释，生物是用吃、喝和呼吸当材料进行新陈代谢，以获得“负熵”！但如何得到数学式上的负值呢？若对大于0，小于1的值取对数，会得到负值；于是如果用D代表一个系统是“多么没有秩序”的数值，那么，D的倒数， 1/D，就是“多么有秩序”的程度。于是负熵，就以 k log(1/D) 来代表。其中 k 是波兹曼常数 3.2983×10-24 cal/oC。
最后，作者以产生有序的两种方式来说明他的内心 OS：一个是统计型机制，用以描述由“无序产生有序”；另一种是动力型机制，用以描述“由有序产生有序”。前者为一般物理学家经常研究的；后者则较接近生命运作的实况。但两者是一体两面，互不冲突。事实上由研究生命的有机机械结构如何运作时，会产生新的物理原理，研究和解释这些新的物理原理，终究能以统计型所得到的原则来解释。
最新的生命科学上，已把蛋白质的结构以原子分辨率解出，并用其来解释本书所描述的所有生命现象。作者出版此文，是1944年。有趣的，是该年同时也是学者第一次证明和发表DNA这个分子是引起肺炎球菌转变的原因！另外，大分子具有粒子和波的双重性，也在近年被发表。大分子具有波的性质，代表同一个时间，大分子可以在一个或一个以上的地方被发现（有干涉和绕射的现象）。
本书作者本身，和书中所提的一些科学家的先见，完全令人赞叹！以今日生命科学和物理、化学来评断书中内容的对错，固有其意义，但若以“参话头”的精神来看这本小而影响深远的钜作，吾人体受到的，是融合两个或两个以上的学科，细思其共同性的领悟模式，是从事科学研究和学习，永久都不会过时的模式。如果你决定阅读这本书，请细细去品味薛丁格的热情、用心、和试图融会贯通的美丽心灵。是的，it’s a beauty!
本文由猫头鹰出版社授权推荐
