物理学家的新生命之书
杰里米·英格兰是谁？这个问题有很多答案。他是一名生物化学毕业生，29岁时成为麻省理工学院物理学助理教授。他是一位被任命为拉比的人。他是大屠杀幸存者的孙子。他是地球上第一种生命形式的后代。他也可以被描述为表现出复杂的、栩栩如生的行为的原子的集合。英格兰可能会将自己描述为宇宙中众多能源消散者中的一员-他说，这似乎是回答人类几千年来一直在问的问题的一个有用的方式：生命是什么，它是如何产生的？
这个问题--以及英格兰的答案--构成了他的新书“每个生命都着火了：热力学如何解释生物起源”的基础，这本书探讨了燃烧能量是生命的基本活动这一观点。但他说，英国没有简单、巧妙的故事可讲：这是一个复杂的、多层次的主题，必须不仅仅作为一个科学问题来对待。这就是为什么“每个生命都在燃烧”大胆地从希伯来语圣经中带来想法，并用它们来解开科学的包袱。文化和宗教传统长期以来一直在探索这一领域，他说，在我们最终从哪里来的问题上，文化和宗教传统可以补充科学的角度。他认为，如果我们真的想了解自己，我们需要的不仅仅是科学。
你是如何将物理学和生物学结合起来，提出关于生命起源的想法的？
我一直想学物理，因为我喜欢简单原理的预测能力。与此同时，我对生物学中形式和功能之间的关系很着迷--特别是当你看到它仍然存在的时候，当你深入到分子水平的时候。我一开始在一个结构生物学和一个细胞生物学湿实验室工作，但在这方面做得很差！当我本科毕业的时候，我在一个理论实验室工作，研究蛋白质折叠。所以对我来说，被这一组问题所吸引是很自然的。
没有人给生命下一个无懈可击的定义，这重要吗？
不怎么有意思。我们得到了生命是什么的概念。你可以做很多伟大的科学，同时说，“让我接受有一类东西，鱼属于它，树木属于它，但岩石不属于它，冰也不属于它。”我们可以继续使用这个词，同时承认我们对于这个词的发展从哪里来并没有真正的科学谱系。是的，会有一些疑难病例，比如病毒。但是我们可以接受这个范畴，并尽我们所能地研究这个范畴中我们感兴趣的东西的性质。
探索的一部分也包括在无生命的事物中寻找逼真的行为，不是吗？
在某种程度上，是的。几年前，我们在“物理评论快报”(Physical Review Letters)上发表了一篇论文，内容是关于一堆球和弹簧的模拟，只是晃动一下，弹簧就会从球上钩住和松开。然后你以一定的频率摆动其中一个弹簧，它就会以一种不同的方式混杂在一起，并以不同的方式钩在一起。现在你有了一个谐振器，它能更好地从你摆动球的频率吸收能量。学会更好地从周围环境中获取能源是一个听起来栩栩如生的反馈过程。另一方面，如果你把它举到某人面前说，“看这一大堆摇晃的球和弹簧，它是活的。”他们会嘲笑你，这是理所当然的。
所以很明显，这是一个将会有很多不同争论的领域。有些人可能会说，“嗯，生命的根本就是它做了X。”其他人可能会说，“嗯，生活的根本就是它做Y。”我发现，当我专注于这些属性中的任何一个时，您总是可以找到示例和反例。例如，如果你对复制自己意味着什么的理解足够松散，那么蔓延的火焰就是一种自我复制现象。但是，把火说活是这个词领域的一个真正有争议的延伸。
我们所说的生命就是所有这些不同事物的五花八门的捆绑在一起：你擅长自我复制，能量收集，等等。当你单独研究这些东西时，它是一种物理现象，有更原始的例子。但这些例子是我们有机会更好地理解基本原则的地方。
许多物理学家理解生命的努力似乎都引用了热力学的观点，比如熵。对我来说，这感觉很不舒服，因为热力学的发展完全是为了另一个目的。你执着于热力学方法吗？
出于历史原因，有必要谈论熵，如果我们对如何使用这个术语足够保守，它仍然可以作为一种速记有用。我现在主张的是，我们试着提出一些关于事情发生的概率的理论。是的，熵，也就是计算事情可能发生的方式的数量，确实是决定概率的天平的一部分-但它不是唯一影响概率的东西。因此，试图谈论熵是否应该增加，变得非常分散注意力。我认为谈论它的更好方式是更多地考虑可能的结果，考虑到起点，考虑到系统的驱动方式，以及系统中的波动来源。熵将是那里重要的事情之一，但不是唯一的。
这真是太棒了！伽利略先生的调查结果是正确的。“。这个结论并不是基于你所见过的最仔细的实验，但它是最壮观的实验之一-因为它是在月球上进行的。在.。多读。
你说生活似乎需要一个解释。你觉得你找到了一个吗？
我的研究重点更多的是，我们是否能够发展能力，在实验环境中实现我所说的“逼真”的不同方面，通过控制和能够清楚表达的理论原则。我们可能不知道我们生活的具体例子是如何组合在一起的，但我们开始看到一个人是如何将一堆事情总体上组合在一起的。这样做的起点是将事物分解成这些不同的现象，比如能量收集、自我复制等等。在每一个方面，我们都取得了一些进展。还有更多的事情要做，但我们可以开始看看故事是如何结合在一起的。
能源收集是你想法的核心。你认为生命出现的一个关键方面是通过耗散能量来适应环境的结构。你能详细说明一下吗？
想象一下，我有一个受环境影响的物质集合。从本质上讲，环境是推动问题、撞击问题并使其改变形状的能量来源。我感兴趣的是，在未来的某个时候，这种物质的哪些配置可能会存在。这种可能性在一定程度上取决于在此过程中吸收和消散了多少额外的能量。在整个系统的历史进程中，高度耗散的历史将导致极有可能的结果。
一个例子可能是一种能自我复制的细菌，它吃一些糖。它用糖来制造自己的另一个副本。现在我有两只，它们吃糖的速度更快，然后它们生出四只，然后它们吃糖的速度更快。所以化学消散正在加速走向一个可能的结果，那就是我的未来比我过去拥有更多的细菌。球和弹簧也是这样工作的。这是一个积极的反馈过程，在这个过程中，你正在探索一个有物质组合的空间。那里有一种能源。系统中的能量流动会导致正反馈关系，你会发现一个更好的能量吸收器，它会帮助你吸收更多的能量，然后你会发现另一个更好的能量吸收状态。
有一个积极的反馈过程：我最终来到了一个特定的地方，因为我过去处于一种善于吸收能量的状态，它将我不可逆转地带向了一个我无法回头的方向。它留下了自己的印记。因此，耗散适应的一般思想是，系统的当前状态包含了我在过去必须处于某种特殊状态才能吸收大量能量的特征。这帮助我在相应的方面改变了我的身材。有时这会导致能量吸收随着时间的推移而增长，有时会导致能量吸收随着时间的推移而消亡。这两件事都会留下非常明显的指纹，这是逼真行为的不同方面。
我还不能将这些想法严格地应用到活细胞之类的任何东西上--当然不是在实验中，甚至也不是在理论模型上。在生物学的背景下做事情要复杂得多，也要复杂得多。但我不认为做这样的实验是很遥远的事。通常情况下，如果我给生物学家看一个活细胞，我说，“看，它的行为方式是它对环境正在做的事情的反应非常聪明。”默认的假设是，“嗯，你还不理解生物学上的某些东西，这就是你所看到的东西的解释。”实验的设计必须非常仔细地进行。
如果你还不会使用生物学，你可以用什么来探索这些想法呢？
例如，有一些无膜液滴在不同的条件下自组织成细胞。它们似乎具有非常可塑性和弹性的特性，以帮助细胞响应不同的功能需求。生物学家可能会说，“哦，嗯，它拥有所有这些进化的能力，这些能力来自亿万年的自然选择，使它在所做的事情上变得越来越好。”但是，很难想象每一种像这样的反应都有自己的独立程序，就好像它们都是从过去学到的一样。越来越多的实验生物学家对生物系统中这些新出现的适应行为感兴趣。
我们一直在研究原始的非生物样本。我们正在寻找的地方叫做“活性物质”。它可以包括蛋白质咀嚼化学燃料，以及相互结合和解离。但是你也可以用更大的物体来做这件事。我在佐治亚理工学院有一个合作项目，我们用机器人群来做这件事。也有“胶体颗粒”的例子，它们的表面有特殊的涂层-它们就像小型化学喷射器。而且它们已经表现出非常有趣的集体行为。活性物质是一个很好的实验大本营。你不必试图去理解活细胞，在那里，除了其他一切之外，你还可以在有机体层面上受到自然选择的所有影响。我们可以只研究像更原始的相互作用蛋白质汤一样的东西的集体行为。
然而，“每个生命都在燃烧”仍然不是人们期待已久的生命故事的起源吗？
这是真的：还有更多的东西需要填写。我相信有些人读了这本书后会说，“好吧，你已经谈到了不同种类的生命力以及它们是如何出现的，但这与我们所知的生命是如何组合在一起的从头到尾的完整故事不是一回事。”也许我们可以理解自我复制者是如何开始出现的，通过准确预测他们的环境或他们的行为来响应环境模式的预测机制是如何出现的。也许能量采集是我们可以理解的东西。因此，这无疑重新调整了我们的意识，即如何想象一个益生菌的情况，并思考利用周围的东西实现什么是困难的，还是容易的。但是，不，这不是一回事，这和讲述一个详细的故事不是一回事。我敢肯定，任何想要在一个令人信服和可测试的故事中寻找那样程度的细节的人都必须等待一段时间。对这样的历史距离进行取证是相当困难的。
试图掌握生命起源的下一个阶段是什么？
短期内，这将是关于我们能在多大程度上推动这一想法，即在正确的模式下，天真的物质可以表现出计算和学习行为。我现在正试图和我的一些合作者-佐治亚理工学院的丹·戈德曼和其他参与控制机器人群的人一起做这件事。我们想要突破这一极限，展示那种效果的确凿证据，创造出可以在实验室进行测试和验证的东西。这将使物理原理站稳脚跟。我们越能以这种方式取得令人印象深刻的成果，我们就越能加倍努力，理解这一理论的更广泛影响，并将其与其他事情联系起来。老实说，更广泛的问题是，我们如何开始谈论生活是如何结合在一起的，这是我发现更难预测的问题：我还不能断言我还看不到方向。
有一件事使你的书特别有趣，那就是它并不完全专注于科学，而是将宗教叙事-特别是希伯来经文中摩西的故事-编织到科学叙事中。你为什么要这么做？
谈论生命的起源，或者说什么是活的和什么不是之间的界限，涉及到更广泛的问题，而不是你可以科学理解的狭义领域。我不想把头埋在沙子里。如果我对事物进行科学的推理，我想了解它们是如何运作的。但我也是一个有其他兴趣的人。我是一个信奉宗教的犹太人--我是一名被任命的东正教拉比--我非常关心这些事情。因此，我会觉得把科学想法放在那里，而不是对一个更大的对话发表我自己的评论是愚蠢的，因为更大的对话包括对其中一些可能意味着什么的更多视角。当我决定写这本书的时候，我很快意识到我想去看看律法，看看我是否能找到一条评论，回应我已经在思考的科学问题。我当然认为可以从这个角度来思考生命和非生命之间的界限，我会争辩说，这篇文章显然包含了这样的思考。
你认为包含所有这些不同的观点对于我们寻求自我意义很重要吗？
很明显，关于过去发生了什么的问题并不是一个低风险的问题。你可以从人们对历史的争论中看到这一点，在非常情绪化的争论中，人们最终会对史前或宇宙学产生争议。归根结底，这是我从“律法”中学到的，你如何描述过去并不是意识形态中立的。你谈论我们是谁，我们来自哪里的方式对人们来说很重要-部分是因为这让一些人变得强大，并使他们能够说服其他人做某些事情。因此，我当然不想消除我们谈论过去所需要的任何意义框架-我们不能只有涉及基础领域或生前化学反应等概念的框架。
有时我认为基础物理学家会鼓吹这样的概念，即当我们完成。我们只讨论弦，这就够了。但是我们已经知道，如果你仅仅从库仑定律和薛定谔方程开始，你就不能描述有趣的世界现象。它不起作用。你需要不同的语言。我们当然不应该试图减少它们的数量。物理学和生物学的不同之处在于，它们是谈论同一个世界的不同语言。试图寻找一种可以取代或包容所有其他语言的语言是错误的。我可以谈论一个人，并将其视为原子的集合，这一事实不应取代我也可以将这个人作为经济参与者、道德存在者或个人来谈论的事实。
这不是我们应该希望耗尽的谈话。那些认为我们已经解决问题的人在某种程度上是被误导的。人们需要保持尊重，带着理智的诚实，用不同的语言交谈，并按顺序相互分享这些语言。这就是我们在理解上取得进步的方式。
迈克尔·布鲁克斯拥有物理学博士学位，是“量子占星家手册”的作者。
阅读杰里米·英格兰的“为什么物理学不能告诉我们生命是什么”，也在本期。
