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物理学是不是可以解释所有化学现象?如果是,那物理如何去解释生物机制?

物理学是不是可以解释所有化学现象?如果是,那物理如何去解释生物机制? 物理学中的量子力学在化学中有着很好的应用,那么作为基础学科的物理学在未来会对生物有什么影响呢,还是物理根本就不适合解释生命科学?

2 个回答

  • 袁世凯 | 2017-07-18 11:57:44

    要不怎么说安德森那篇Science是传世经典呢。

    物理帝国主义是要不得的啊。


    每到一个尺度自有每一个尺度的乐趣。

    我们能还原,但我们并不能构建。


    还原论vs构建论
    这种思维的主要错误在于,还原论假设绝没有蕴含“建构论”(constructionist)假设:将万物还原为简单基本定律的能力,并不蕴含从这些定律出发重建整个宇宙的能力。事实上,基本粒子物理学家关于基本定律的性质告知我们的越多,它们对于我们理解科学其余领域中的真正问题越不相关,对于解决社会问题就更不相关了。
    一旦面对尺度和复杂性的双重困难,建构论假设自然会站不住脚。大型和复杂的基本粒子集合体的行为,并不能按照少数基本粒子性质的简单外推来理解。事实上,在复杂性的每一个层次,都会有崭新的性质出现;在我看来,为理解这些新行为所进行的研究,本质上是同样基础性的
    ......
    在每一个层级上,新的定律、概念和原理都是必不可少的,其所需要的想象力与创造力丝毫不亚于前一个层级。心理学不是应用生物学,生物学也不是应用化学。

    More Is Different. Science 177, 393 (1972)

    ——安德森(Philip W. Anderson,1923-),1977年诺贝尔物理学奖获得者



    有兴趣的朋友可以输入这个答案:什么知识让你想知道他们生活在这么高的世界? - Summer Clover 的回答 - 百姓知道

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    针对评论区反馈的一点补充。


    1)这里问题的关键在于【构建】。

    2)导致more is different的主要因素是【对称性破缺】。


    能不能从经典力学构建描述龙卷风、飓风的物理理论。能不能从QED推算美国大选结果。简单,认为可以的,给出方案就行了。一个物理理论至少应该可以在某种程度上预测这个理论的研究对象。


    甚至不妨假设给定任意有限大的计算力,那么我们能否以有限小的误差,预测任意有限长时间后某非平凡系统的状态?这个答案很明确,非线性动力学领域的研究已经告诉了我们,一般是不可能的。


    某种意义上讲,在各个尺度上,物理定律的简洁优美是来源于【对称性】。Anderson的观点在于,不同尺度上会遇到各种可能的【对称性破缺】。对称性的破却引入了崭新的性质,但对这些性质的物理描述是无法从更基本的物理定律凭空构建出来的。某些对称性不复存在后,原有的物理描述可以变得非常丑陋。但是我们却可以在这个尺度上创造新的优美且简洁的科学理论,这些科学理论在本质上是同样基础的。


    再以龙卷风为例。

    我们需要的是描述龙卷风的理论。而牛顿力学非常丑陋地要通过精确地描述每一个分子的位置和动量来预测龙卷风的演化。这个灾难般的路径是走不通的。我们应该去创造新的物理理论,而这个物理理论其实可以不关心每个分子的运动。


    类似的,诊断癌症,我们需要医学研究;预测政治关系,我们需要政治学研究。而不是从头开始解薛定谔方程。


    谢谢知友@杨个毛的补充,我觉得很好。

    是不是可以这么话所,某种意义上,换个层级研究,也没有解决这个“不行”的问题。并不是说,牛顿定律回答不了一个龙卷风里每个气体分子在任意时刻的状态,换成一个别的层面上的定律,突然就能回答那个问题了。 但是,换一个层面去研究同一个问题,其实是巧妙地重新定义了问题,把我们所关心的,又可以研究清楚的那部分,跟我们所研究不清楚的部分切分开。

    本问答由袁世凯提供

  • 袁世凯 | 2017-07-18 11:52:28

    骚年,你的想法在科学哲学上叫做还原论_百度百科

    理论上讲,万事万物皆可还原。搞一个大统一理论出来,可以描述一切现象。即使没有大统一,现阶段讲低速非宏观的一切几乎都可以用量子力学搞定。什么化学生物材料流体工程机械blabla,全都可以。
    但是呢,这样很不经济。举一个简单的例子,三体问题。即使只有三个体,相互作用只是引力,就已经可以引入混沌性质,初始状态微小的改变或过程中轻微的扰动就会造成解的极大不稳定。那如果是300体呢?65536体呢?6.02E23体呢?
    而且,这一还原极度依赖对模型的良好构建。量子力学的计算已经被广泛运用在化学领域,但是实际上,使用不同的模型,会对结果产生很大影响。化学上还好,大多数结构都可以由晶体获得。但是生物领域,一来晶体难以获得,二来结构松散,在溶液中的结构与在晶体中其实很难讲是不是一样,甚至是不是相似。无法完成一个优美的建模,就更不要提后面的事情了。

    俗话说得好,more is different,每个层面有每个层面的理论,精致有精致的好处,唯象有唯象的优势。

    本问答由袁世凯提供

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