物理学与现代技术4

因为生命世界自有其多样性，高等生物(如大象)与低等 生命(如病毒）之间，在体制结构、生理功能上所显示出 来的巨大差异，使生物学家往往习惯于从差异性方面去总 结生物界的规律。正是在这一境况中，物理学家求同性、 简单性思维方式的引入，犹如一股清新之风，打破了生物 学家固有的思维定式，从而开辟了一个崭新的研究领域， 这就是以噬菌体、细菌为主要研究对象的分子生物学时代 的到来。揭开分子生物学时代惟幕的中心人物之一，是德 国物理学家德尔布吕克。
物理学家伽莫夫率先提出了三联体有力地推动信息学 派的成长等，但是我们相信，三个学派最终是要共同的合 作，才能根本揭示生命现象的整体奥秘。
结构是重要的，生命现象内部以及内外之间的信息传 递也肯定是重要的。它的生命现象的信息传递、能量传递 、物质传递，许多是通过化学方法转化的。因此生化也依 然是生命科学一个重耍的基础，这是毫无疑问的。
但是，比这些物理仪器更为重要的是，物理学家的思 维方式、工作态度对生物学研究所产生的深远影响，这 种影响来自于物理学家与生物学家的频繁接触，更来自 于物理学家直接跨入生物学研究的行列，分子生物学的 孕育、诞生过程就明显地体现了这一点。
牛顿在方法论上的重大成功之处即在于从复杂多变的客 体中，分解抽象出一个简单的“质点”模型，经典力学的宏 伟大厦即奠基于这一模型之上。于是，从复杂多变的世界 中寻找简单性、同一性，寻找"质点"模型，就成了经典物 理学思维的一个显著特征。值得注意的是，这种求同思维 恰与传统生物学中的求异思维形成截然不同的两种研究风 格。
分子生物学时代诞生的标志是DNA双螺旋模型的建 立。它代表着生物学与物理学的完美结合。
1953年，美国生物学家沃森和英国化学家克里克发 现了DNA双螺旋结构。
1954年，俄国籍的美国物理学家伽莫夫提出核苷酸 三联体的遗传密码。
1958年，克里克提出了遗传信息传递从DNA到RNA 再到蛋白质的中心法则。
1961年，法国生物学家雅各布和莫诺提出了基因的 功能分类和调节基因的概念等。
在这些以后，几乎所有对生命现象的研究，都深入到了分 子水平，去寻找生命本质规律，分子生物学成为生命现象研 究的核心领域，发展成为了发展生物技术的源泉。
1970年，基因重组开辟了基因技术工程应用的可能性，从 而使人类看到了运用生物技术造福人类的广阔的前景。生命 科学的这种革命性的变革正是物理学、化学和生物学等相互 交叉的结果，在这个过程中，物理学的概念与方法以及物理 学家深入到生命科学领域进行探索，为此做出了重要的贡献 。
同时我们也要重视生命科学对物理学的影响，量子论 的重要创立者之一波尔曾经号召物理学家关心生命现象研 究，他当时的目的，主要还是想在生命现象中寻找量子物 理适用的界限。当今，物理学家已经把一部分眼光注意力 转到软物质，生命物质方面来，这是一个大的趋势。
软物质如液晶、聚合物、胶体、膜、泡沫、颗粒物 质、生命体系等，在自然界、生命体、日常生活和生 产中广泛存在。
所以现在看来，生命科学与物理学之间，包括与数学 之间，没有不可跨越的鸿沟，许多有成就的生命科学家 ，有些就是来自于物理学，化学等其他领域。有许多原 本学物理的科学家，成名以后兴趣转移到去参与生命科 学的研究。
量子力学的创立者薛定谔，1944年写过《生命是什 么》，这一书曾深刻影响了一批物理学家和生物学家的 思想，促成了分子生物学诞生出了三个基本的学派。即 比德尔代表的化学学派、德尔布吕克代表的信息学派以 及肯德鲁代表的结构学派。
wk.baidu.com DNA双螺旋结构
沃森、克里克
DNA双螺旋结构模型 _高清.mp4
DNA分子结构立体模 型_标清.flv
在生物学的成长过程中，物理学曾从各方面予以慷慨的 援助和及时的扶持。
从历史上看，若没有显微镜的发明，那么细胞生物学和 胚胎发育学的研究将流于空泛；
同样从现代来看，若没有X-衍射技术的帮助，DNA双螺 旋模型结构的发现只能是一个神话，直至今天，由于最新 扫描隧道显微镜的应用，用它不仅可以直接观察DNA双 螺旋结构，而且还由此发现了三链状DNA结构的存在。
哈尔滨理工大学荣成学院
物理学与现代技术
Physics and modern technology
教 师：赵 丽
2014 年 2 月
目录
第一章 物理学对人类的影响 第二章 物理学对当代科技的影响 第三章 物理学与其他学科的关系 第四章 物理学在各领域中的技术应用
§3-4 物理学与生物学的关系
生命是物质的，所以物理学的发展也必定要涉及涵 盖生命物质的规律的研究。物理学与其他自然科学交 叉与相互作用，曾经产生并形成了科学物理学、生物 物理学和心理物理学、天体物理学、地球物理学、大 气物理学、海洋物理学和空间物理学等诸多的交叉学 科，这种交叉和相互作用最突出的表现还在于，20 世 纪的生命科学在物理学的基础上发生了革命性的变化 ，也就是DNA双螺旋结构的发现以及分子生物学的信 息。
它们与人们生活休戚相关，如橡胶、墨水、洗涤液 、饮料、乳液及药品和化妆品等等，在技术上也有广 泛应用，如液晶、聚合物等，生物体基本上由软物质 组成，如细胞、体液、蛋白、DNA等。
弱力引起大变化 科普作品《软物质与硬科学》一书中以 橡胶为例，说明了软物质的性质。放进一点硫，液态的橡 胶树就变成了固态的橡胶；一点骨胶可以使墨汁多年不变 质；一点卤汁使豆浆变成豆腐；非常微弱的电流，就能使 液晶从透明变成不透明。这些现象告诉我们：你只须施加 微小的作用，软物质的形状和性质就会大变。
软物质物理学体系
如果你处身于一个满是蚊子的房间里，你会躲到哪里 呢？答案是靠着墙，躲在角落里，这样身后就不会有蚊子 来了，只需对付前面的蚊子就可以了。
作为量子力学奠基人玻尔的学生，德尔布吕克对互补性 原理感受颇深。玻尔认为互补性现象同样可在生物学中发 现，由此激发了德尔布吕克对生物学研究的浓厚兴趣。于 是在20世纪30年代中期，德尔布吕克在柏林从事铀分裂 研究之余，常常参加一个由物理学家和遗传学家共同组成 的小型讨论组，关注遗传学的前沿问题。柏林小组的成立 ，标志着物理学家开始涉及遗传学领域。