神秘的量子生命 下载 pdf 电子版 epub 免费 txt 2025

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在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

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酶促反应，光合作用，嗅觉，鸟类的磁感应，基因的复制，心智之谜，生命的起源，这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次，第一层是宏观世界，遵循牛顿运动力学法则,第二层次是热力学世界。遵循热力学法则。最深的第三层是量子世界。在这个维度里,原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。

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人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行!

【编辑推荐】

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媲美薛定谔《生命是什么》，量子生物学奠基之作！

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北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者倾情推荐。

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亚马逊最佳科学图书、《纽约时报》畅销书；《经济学人》《金融时报》年度好书；英国皇家学会温顿奖获奖图书。

【各方赞誉】

读到《神秘的量子生命》书稿时，恰逢我在青海的旅途中，环顾四野，在茫然中辨识前路。想起年少时对候鸟迁徙的惊奇与困惑，想起我们这几年在寻找动物磁受体和生物导航机理研究中难于言说的彷徨和狂喜，书中描述的很多场景，和旅途中的一些思考在不停地重叠着，那种愉悦很难言表。这本书中的很多问题，同样是科学家们长久以来困惑和思考的问题。我想，包括我们在内的各领域的科学家正在一步步地逼近真相。《神秘的量子生命》将带我们从一个不常被人涉足的方向切入生物学的一些最基本的问题，用科学揭开自然的迷雾，告诉我们生物学背后的量子真相。翻开这本书，正如走进青藏高原：那种简单的美扑面而来！

谢灿

生命科学学院教授，动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者

《神秘的量子生命》对生命中的量子现象给出了最清晰的解释。量子世界中的微观事件，可以影响中等尺度生命体的世界，比如生活中的你、我、他。两位作者以活泼明晰的笔触告诉我们，神秘的量子现象无处不在。

菲利普·普尔曼

英国著名作家

畅销书“黑暗物质三部曲”作者

对于这样一个重要的新领域，作者的解读如此深入浅出、通俗易懂，真是太赞了！

安东尼·格雷林

英国著名哲学家

畅销书《维特根斯坦与哲学》《友谊》作者

《神秘的量子生命》是一本引人入胜、让人深思的惊世之作，它把坚实的科学理论、合理的推断和巧妙的推测紧密结合在一起，使得我们对生命世界的认识发生了革命性改变。

《华尔街日报》

一本地地道道的原创科普书，一个全新的研究领域，本书堪称了不起的作品。

《金融时报》

作者选择相干性这一复杂现象作为切入点，引领我们深入量子世界的神秘地带。他们用类比和比喻方法，把一些难于理解的概念解读得生动而又形象。

《经济学人》

物理学家艾尔－哈利利和生物学家麦克法登，把这样一个深奥的问题解读得既条理清晰又津津有味。

《自然》

中文版序 踏上探索之旅，感受量子生物学的澎湃

引言 没有量子力学，就不会有生命／001

在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要 理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过 微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到 回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

动物大迁徙

万物背后的量子真相

知更鸟是如何感知方向的

形形色色的量子现象

第一部分 生命科学的前世今生

01 生命是什么／029

在很长一段时间里,人们认为生命体与非生命 体的主要区别在于生命体内有一种特殊的“生命力”。后来,活力论渐渐让位于机械论。但 是,生命中仍有许许多多的待解之谜。尽管克雷 格·文特尔成就非凡,他仍不能从零开始创造出 生命,而最低级的微生物却可以毫不费力地创造 生命。薛定谔认为,生命是量子的,生命的秩序 属于“来自有序的有序”。

活力论

机械论

量子生物学的兴起

生命是量子的

02 酶是生命的引擎／067

酶是生命的引擎。所有的生命都依赖酶。我们体 内的每一个细胞中都填充着数百甚至数千个这样 的分子机器,无时无刻不在“帮助”细胞组装和 回收利用生物分子,使之持续不停地运转下去。 这个过程,就是我们所说的“活着”。

生死有关的酶

一场精心编排的分子舞蹈

量子思维，认识酶的关键

来自量子世界的魔法

第二部分 量子世界中的生命

03 光合作用中的量子节拍／113

光合作用中能量从光子到反应中心的传递效率算 得上是最高的,因为传递效率几乎是 100%。在 理想情况下,几乎所有叶绿素分子吸收的能量都 可以到达反应中心。如果能量不是取道最短进行传递,大部分乃至全部能量都会在传递中殆尽。 光合作用的能量为何能如此擅长寻找捷径,一直 以来都是生物学领域的一大谜题。

双缝实验，切中量子力学的内涵

脆弱的量子相干性

神奇的叶绿素

光合作用中的量子计算机

04 小丑鱼“闻出”回家之路／149

气味分子或溶解在唾液中,或飘散在空气中,被 位于舌头或鼻腔顶部嗅觉上皮的感受器截获,嗅 觉就此产生。“锁钥模型”认为,气味分子嵌入 嗅觉感受器就如同钥匙插进了钥匙孔。气味与分 子振动频率紧密相关,臭鸡蛋的味道是 78 太赫! 对于振动频率相同而气味却大不相同的个别现 象,“刷卡模型”给出了完美解释。量子力学中 的非弹性电子隧穿,是嗅觉产生的关键。

我们是如何闻出味道的

形状模型，一把钥匙开一把锁

振动模型，臭鸡蛋味道是78太赫！

刷卡模型，嗅觉的量子计算

05 帝王蝶与知更鸟的地磁方向感／187

加拿大和墨西哥之间的帝王蝶以及北欧和北非之间的知更鸟,它们的迁徙究竟是依靠什么导航的呢?研究发现,触角中的隐花色素校准了体内的生物钟,让帝王蝶在从加拿大飞往墨西哥的路上不会迷路。知更鸟的地磁感受器是一种磁倾角罗盘,能通过化学反应感受微弱的地磁。自旋单和三重态之间微妙的平衡性,让鸟类可以利用地磁实现导航。

帝王蝶蝶迁徙之谜

知更鸟的指南针

量子自旋与幽灵般的超距作用

自由基和方向感

06 量子基因／221

DNA 复制的错误率往往小于十亿分之一,极高的 复制精度,得以让生命一代一代传下去。但是, 如果遗传密码的复制过程一直完美无缺,生命便 不可能进化,也不能应对种种挑战。复制过程的 少许错误,能让子代更好地适应环境并繁盛起来。 基因非常小,一定会受到量子规则的影响。但量 子力学是否在基因突变中扮演了重要而直接的角色,还是一个待解之谜。

遗传，高精度的复制

突变，美丽的错误

基因编码

基因突变是量子跃迁吗

07 心智之谜／259

关于心智、意识究竟是如何工作的,目前被广泛 接受的理论是心智计算理论。如果一台量子计算 机能够维持 300 个量子位的相干性和纠缠态,它 的计算能力几乎相当于一台整个宇宙那么大的 经典计算机! 2011 年,我国科学家仅用 4 个以 原子自旋状态作为编码的量子位就成功对 143 (13×11)完成了因数分解,居于世界领先水平。

意识是什么

思想是如何产生的

人脑就是量子计算机

微管理论

08 生命的起源／297

弗雷德·霍伊尔说过,随机化学过程创造出生命 的概率,就像龙卷风吹过垃圾场,然后纯属意外 地造出了一架大型客机。他的话生动形象地说明, 我们今天所知的细胞生命体太过复杂有序,不可 能起源于纯粹的偶然,在此之前一定有更简单的 自复制体。量子相干性一定在生命起源中扮演了重要角色。

生命不是偶然的

RNA世界假说

没有量子力学，就不会有生命

量子相干性，生命起源中的重要角色

结语 我们一定能创造出遵循量子理论的新生命/323

人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力 学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了 生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行!

量子生物学的新发现

风暴边缘的生命

量子生物学的力量

理解生命，创造生命

后记：量子生命／361

译者后记／365

吉姆·艾尔—哈利利

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英国萨里大学物理学教授，最具影响力的量子生物学家。

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1989年，在英国萨里大学获得核反应理论博士学位。

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1992年，在英国工程和自然科学委员会的资助下，开始了为期五年的研究工作，他差不多每两个月就发表一篇论文，有些论文的引用次数超过500次。

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从20世纪90年代末开始，研究领域转向量子生物学，“量子隧穿”是他的研究重点。1999年，他与生物学家约翰乔·麦克法登联合发表了量子生物学方面的论文。2012年，在英国工程和自然科学委员会的资助下，他与约翰乔·麦克法登共同主办了量子生物学研讨会，并获得极大成功。2015年，他以量子生物学为主题做了TED演讲。

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2005—2007年，他参与拍摄BBC的纪录片《爱因斯坦大脑之谜》和《原子》，广受好评，他于2011年开始在BBC制作广播节目《生命科学》，每周吸引的听众数量高达200万。

约翰乔·麦克法登

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英国萨里大学分子遗传学教授，著名量子生物学家。

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1982年获得帝国理工学院生物化学博士学位。

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发表科学论文超过100篇。

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书籍介绍

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在整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

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酶促反应，光合作用，嗅觉，鸟类的磁感应，基因的复制，心智之谜，生命的起源，这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次，第一层是宏观世界，遵循牛顿运动力学法则,第二层次是热力学世界。遵循热力学法则。最深的第三层是量子世界。在这个维度里,原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。

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人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行!

【编辑推荐】

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媲美薛定谔《生命是什么》，量子生物学奠基之作！

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北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者倾情推荐。

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亚马逊最佳科学图书、《纽约时报》畅销书；《经济学人》《金融时报》年度好书；英国皇家学会温顿奖获奖图书。

【各方赞誉】

读到《神秘的量子生命》书稿时，恰逢我在青海的旅途中，环顾四野，在茫然中辨识前路。想起年少时对候鸟迁徙的惊奇与困惑，想起我们这几年在寻找动物磁受体和生物导航机理研究中难于言说的彷徨和狂喜，书中描述的很多场景，和旅途中的一些思考在不停地重叠着，那种愉悦很难言表。这本书中的很多问题，同样是科学家们长久以来困惑和思考的问题。我想，包括我们在内的各领域的科学家正在一步步地逼近真相。《神秘的量子生命》将带我们从一个不常被人涉足的方向切入生物学的一些最基本的问题，用科学揭开自然的迷雾，告诉我们生物学背后的量子真相。翻开这本书，正如走进青藏高原：那种简单的美扑面而来！

谢灿

生命科学学院教授，动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者

《神秘的量子生命》对生命中的量子现象给出了最清晰的解释。量子世界中的微观事件，可以影响中等尺度生命体的世界，比如生活中的你、我、他。两位作者以活泼明晰的笔触告诉我们，神秘的量子现象无处不在。

菲利普·普尔曼

英国著名作家

畅销书“黑暗物质三部曲”作者

对于这样一个重要的新领域，作者的解读如此深入浅出、通俗易懂，真是太赞了！

安东尼·格雷林

英国著名哲学家

畅销书《维特根斯坦与哲学》《友谊》作者

《神秘的量子生命》是一本引人入胜、让人深思的惊世之作，它把坚实的科学理论、合理的推断和巧妙的推测紧密结合在一起，使得我们对生命世界的认识发生了革命性改变。

《华尔街日报》

一本地地道道的原创科普书，一个全新的研究领域，本书堪称了不起的作品。

《金融时报》

作者选择相干性这一复杂现象作为切入点，引领我们深入量子世界的神秘地带。他们用类比和比喻方法，把一些难于理解的概念解读得生动而又形象。

《经济学人》

物理学家艾尔－哈利利和生物学家麦克法登，把这样一个深奥的问题解读得既条理清晰又津津有味。

《自然》

• 作者：目若 发布时间：2017-03-31 18:43:57

  出于对量子论的兴趣买的，可惜全书涉及到量子论的不过是个别相关实验性猜想以及上世纪中叶大师薛定谔的一些语录。。干货不多，结果凑了很多各种生物学知识。另作者还在书中提到了演讲邀请的联系方式。综合来看，让人感觉是一位“下海”的科学家吧。。。

• 作者：ly的读享生活 发布时间：2016-08-21 14:41:35

  搭配文特尔的《未来的生命》一起食用，味道佳！一部颠覆性的、前瞻性的科普大作。气象宏伟而且逻辑严密。如果量子力学真的可以解释生命的起源、生命的进化、生命的未来，那么，不光“上帝造人”是可能的，而且还可以随时改变生命的状态，我可以“量子隧穿”破墙来到隔壁，我还可以瞬移到其他地点，想想就好厉害！

• 作者：超越 发布时间：2022-05-31 09:49:14

  小朋友的节日礼物。主题在大人看不错，期待小朋友读的效果。

• 作者：ficus 发布时间：2016-11-26 11:39:41

  写的不算好，量子力学是世界的基础，宏观由微观构成，量子层面上很多东西还在探索中。量子存在多种态并存，在无变化中他可以一直存在，遇到适宜环境就可以进行到下一步，变成了宏观，唯一的存在，这可以解释生命的试错及起源，量子的并行能力使所需的时间大大减少

• 作者：静修 发布时间：2016-10-13 15:32:54

  BBC纪录片 量子力学揭秘 （结合纪录片看更好）

  （1）http://www.acfun.tv/v/ac1947007

  （2）http://www.acfun.tv/v/ac1980137

• 作者：丁丁虫 发布时间：2017-07-25 21:51:06

  这就是那种话说一半偏不肯讲明白的书

• kindle摘

  作者：phasor 发布时间：2022-01-29 10:56:35

  量子世界决定性特征：波粒二象性》电子显微镜

  叠加态现象：粒子可以同时完成10件甚至100万件事

  核磁共振：通过大型磁铁使人体内氢原子保持一致的规律运动，释放磁铁吸力后，氢原子重回随机运动并释放能量，设备捕捉能量绘图

  量子纠缠态：曾经在一起的粒子，无论分开多远，理论上讲仍能保持联系，刺激其中之一，会同时作用到另一个

  费曼认为：凡是我们做不出来的就是我们还不理解的

  量子力学基本性质：频率和能量紧密相连

  薛定谔：

  像热力学之类的定律，不能精确的描述仅有少数粒子构成的系统

  来自有序的有序和来自无序的有序

  蝌蚪的尾巴哪去了

  物理学三层次

  

• 7句话告诉我到底什么是“神秘的量子生命”

  作者：hao@内容工匠 发布时间：2016-09-01 15:09:25

  1.

  生物学，其实只是一种应用化学，而化学又是一种应用物理学。如果挖掘得足够深入，一切事物都是量子的。

     如果没有量子力学的解释，我们目前对世界如何运转的大部分法都不能成立，现代技术世界的一大半成果都不可能出现。而如今，越来越多的研究证明，量子力学不仅仅作用于非生命现象，在生命现象中仍旧起关键作用。没有量子力学，我们就无法解释酶的催化（量子隧穿）、光合作用（量子漫步）、鸟的导航（量子纠缠）、鱼的嗅觉（量子自旋）、基因突变（量子跃迁）等生命现象。

  2.

  量子世界有很多奇异的性质，这些奇特的性质在生命现象中都会出现。

      在微观的量子世界中，粒子们的奇特性质包括：同时做两件事（量子自旋）、能穿墙而过（量子隧穿）、具有幽灵般的联结等（量子纠缠）。这些奇特的性质之所以没有出现在宏观的经典世界，是因为分子间的“测量”。而在生命中，这些分子特异性都会存在。

  3．生命是一台复杂的分子机器。

  生命有序性的自我维持需要依靠酶、色素、DNA、RNA 和其他生化分子的协同合作，而这些生化分子的性质则多数建立在诸如隧穿、相干性和纠缠态等量子现象上。量子范畴内发生的变化引起宏观世界的效应是生命独有的特征，正是生命宏观现象对量子世界的敏感性,让奇特的量子现象造就了宏观的我们。

  3.

  酶是生命的引擎。所谓的生命力，不过是一种“催化反应”。

  酶参与了每一个活着的活死去的细胞中的每一个生物分子的合成与分解。与其他生命要素一样，酶之于生命，生死攸关。酶在分子内或分子间操控着单个的原子、质子和电子。酶可以精确操纵基本粒子的运动，并借此深入到量子世界中利用其奇异的法则。酶的作用机理正是“量子隧穿”。

  4.

  双螺旋结构中质子的位置决定了生命的“故事”。

     质子的位置是有量子而不是经典物理定律决定的。使生命称为可能的遗传密码毋庸置疑是量子密码。基因突变是遗传性变异的推手，而遗传性变异让最简单的微生物进化成了如今地球上色彩斑斓、物种极度丰富的生物界。如果时间充裕，微小的失真也会引起巨大的变化。进化“通过保护和积累极其微小的可遗传改进”得以继续。

  5.

  生命不是偶然的。

  你可以将一只鸡放在盛水的锅里，加热搅拌，熬出鸡汤。但从没有人可以向锅里倒入一罐鸡汤, 然后造出一只鸡。这就是“来自有序的有序”和“来自无序的有序”的区别。我们今天所知的细胞生命体太过复杂有序，不可能起源于纯粹的偶然：在此之前一定有更简单的自复制体（原初生命体）。量子力学就是原初生命体中缺失的部分，它也是合成真正生命的关键。量子力学的介入不仅提供一种革命性的技术，同时也为那个古老问题(生命是什么)提供了新的洞见。

  6.

  人脑是一台量子计算机。

     量子计算机的运算能力以指数级的方式随着量子位数目的增加而增长。如果大脑中万亿个神经元之间真的存在神秘的遥控力量，那么原本独立的每条神经中所包含的信息就可能通过这种方式被整合起来，“捆绑问题”也就迎刃而解了。大脑成了一台原理神秘但是异常强大的量子计算机。

  7.

  生命之舟驾驭着混沌之力，乘风

  

  破浪。

  生命就像一艘船，狭窄的龙骨植根于量子岩层，因此它可以利用量子现象，比如量子隧穿或者量子纠缠维持自身的存在。在这种情况下，热力学风暴有助于活细胞维持与量子世界的联系，而不是破坏它的量子相干性。死亡可能意味着生命丧失了有序的量子力学性质, 生命之舟在海上徒劳地抵抗着热力学的风暴。生命驾驭着混沌之力，在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上，乘风破浪。