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德国物理学家海森堡说，“原子物理学家不得不服从这样的事实：他的科学仅仅是连接人类与自然的无限链条中的一个链节，科学不可能简洁地说出自然界‘本身’。”玻尔也同意他的观点，“物理学只涉及我们对自然界能说什么的问题。”根据A·爱丁顿的观点，物理学的永恒世界已经变成了影子世界。尽管有人建议不要考虑超越实验室观察范围的实体的本质，但有些物理学家还是在进一步冒险。他们猜想，用科学语言和“教科书”表述的世界是精神的而不是物质的。海森堡不无遗憾地说到德谟克利特哲学观点的错误，他说世界是按数学，而不是按物质和结构组成的；越过它们自身追问数学物理公式提供了什么是无用的。正如柏拉图在抽象的形式和观念世界中粉碎了爱奥尼亚自然哲学家的唯物主义那样，现在经典力学的决定论世界观在复杂的数学物理公式中也被粉碎了。
科学家不仅不能认识作为多样性复杂现象基础的基本实体，而且甚至不能说这样的实体真的存在于自然界中。很清楚，无论是德谟克利特的原子还是牛顿的质点，都不是物理实在的最终基础。物理学家E·魏格纳说得好，现代量子力学必须满足于讨论“观察”而不是讨论“可观察的”。物理学家可以描述他们观察到了什么，但是不可能把它们说成是独立于被观察而存在的实在。这种情况类似于《爱丽丝奇遇记》中的情况：物质粒子就像露齿而笑的猫，它们显露出笑，但是没有什么东西可以承担它们的笑。
事情的这种状态并不是令人愉快的，而且决不会被每个人所接受。在实验室中量子的物理学家所遇到的谜引起了现代科学史上有关物理实验的本质的最著名和最有影响的深刻讨论。从1927年到1933年间，爱因斯坦和玻尔定期会见，交流对令人迷惑不解的观察现象的解释。爱因斯坦不承认基本粒子行为中似乎固有的那种奇怪的非决定性，他提出了一个又一个的思想实验试图证明当时表述的量子理论在逻辑上是不自洽的，而玻尔则回击了超越实际观察范围的任何解释。玻尔指出，自然不仅在我们能够测量和观察到什么上，而且在我们对自然界无任何歧义地说些什么上，都加上了绝对的限制。
惠勒的观点与玻尔和海森堡的观点接近。他认为，当说到粒子时我们再也不是在处理客观的，独立于观察者的实体了，在显示它们发射时被观察到的和被接收到的之间，人们没有任何基础说粒子是什么和粒子正在干什么。用惠勒自己的话说，在被观察到的和被接收到的之间出现的东西是一个“巨大的烟龙”，在粒子发射的地方龙的尾巴是清楚的，在它咬住检测器的地方龙的嘴也是清楚的，但在这两者之间的身子却是“烟雾”，什么也看不清。量子现象真是这个奇怪世界上最奇怪的东西。
今天的量子物理学家已接受了这种最奇怪的现象棗按它们的方程做人们希望它们做的事。通常，如果研究涉及到主要公式的有效性的话，物理学家并不冒险探索更实在的东西。事实是，在经过了约70年的研究和探索后，量子力学理论既取得了巨大的成功，同时也给人们留下了使人烦恼的不解之谜：任何健康的心灵所能接受的作为独立于观察者的实体的本质究竟是什么？
一方面，量子力学理论不能描述作为客体中的要素的那些熟知客体的基本组分。这就是说 （在常识认为是不可想象的），概率性的实体可在一个以上的位置上同时出现，根据我们问什么问题和我们与它们如何作用，它们可能是波，也可能是粒子。另一方面，量子力学理论也不能一般地解释关于我们自己和世界的最基本的直觉：时间的不可逆性。
总而言之，尽管在物理世界的小范围结构中量子物理学在计算过程上取得了无疑的成功，但处于那个世界中的实体仍是模糊的，仍由现实中不可想象的数学形式来描述。这些对计算目的来说也许是足够了，但对于了解其意义来说是不够的。显然，量子理论在本质上仍不完善，因此量子世界的主要理论家还没有成功地对这一问题作出清楚地回答：“什么是物质”？
3 生命的起源及其进化
生命曾经是自然现象中最熟悉和最神秘的现象，只要我们在思考和呼吸，我们就确信我们活着，但是这种确信并不能回答这样的基本问题：“生命是什么”？
如果物质的本质仍被面纱罩着，如果在理解宇宙的本质方面还有未解决的问题的话，我们还能指望对生命的本质作科学的理解吗？生命可能是特殊的复杂化学机器，由数以百万计的原子、分子和细胞组合而成；它也可以表示为与物理世界完全不同的一种实体棗一种在本质上是精神的实体。西方宗教认为，仅仅暂时地与生命体联系在一起但注定是永恒生命的是不朽灵魂；而东方宗教则认为，生命体被一次又一次地注入像灵魂的非物质要素，并根据其功德和恶行一次又一次地因果报应。
西方人的常识更倾向于认为生物体是一个复杂机器，但是关于生命的新科学已经越过了这一概念。尽管科学家（偶而有例外）不同意与不同的无生命体相关联的灵魂或其他“生命原则”的概念，但他们有一种与我们理解生物体的完全不同的概念。我们可以通过把它放进历史的透视中很好地理解这一概念，看它实际上是如何出现的。
3。1 生命来自非生命
回顾近代生命概念的发展，我们不需要追溯到亚当和夏娃，只要回到19世纪中叶就足够了。19世纪科学的不解之谜显示了，牛顿物理学的机械宇宙与达尔文的生命进化世界之间的冲突是多么深刻。物理宇宙被认为是时间可逆的机械，并遵守少数几个普遍定律，而生命世界被认为以不可逆的方式在进化。这样一来，科学的实体概念就被撕为两半：如果达尔文是正确的，即生命系统是从物理系统进化而来的，那么物理世界一定渗透着一些超物理原则，就像柏格森的“生命之流”之类的东西。
与经典力学完全不同的经典热力学证实而不是否定了时间的不可逆性，它的著名的第二定律声称，在一个工作的封闭系统内，无序和偶然性只能增加。无论其公式是多么著名和精确，但这一定律对弥合牛顿物理学和达尔文生物学之间的罅隙没有什么帮助，因为热力学第二定律显示，可观察到的世界的发条将是在放松，而不是在上紧。然而，生命似乎依赖于后者：从细胞和由细胞的集合体构成的简单藻类和海绵生物开始，沿着复杂性的阶梯向上爬，直到动物王国的顶端棗似乎是人类。这说明，在生物进化的过程中，生物体变得越来越复杂，而不是越来越简单。而热力学第二定律并没有解释这种现象是如何出现的。
科学家一直等到20世纪下半叶才有了一个可以接受的解决这一矛盾的答案，这就是所谓的“非平衡态热力学”。这一新学科表明，生物有机体并不是那种必定会衰败下去的系统，因为它们不是封闭系统。生命系统实质上是开放系统，它们不断地补充自由能贮量，因此就可以像不断补充燃料的机器能保持运转那样使自己保持在远离热力学平衡态的状态。
根据这些新概念我们可以推知，尽管生命远不是一个想象中的物理系统，但它可以被看成是物理宇宙中发生的过程的一种逻辑延伸。宇宙的进化导致产生了星系团，在星系团中又有恒星，有些恒星还有自己的行星。有些行星处在轨道上，在那儿来自母恒星 （mother sun）的能量流允许它们表面上已经很复杂的化学汤进一步结构化。来自区域恒星的能量的恒常辐射使化学汤更加充满活力，并创造了开放系统（通过其边界有能量出入），这些系统进一步向远离化学惰性和热平衡状态移动。在适宜的行星表面（像我们的地球的表面），生命就在远离平衡态的环境下发展起来了，而并不需要借助像生命力和非物质的灵魂这样的超物理原则的帮助。
根据标准的大爆炸理论，当生命在我们这个行星上（或许也在其他行星上）出现之前，宇宙必定有至少100亿岁了。围绕太阳的原初行星的气体似乎在45。6亿年前开始固化，显然，地球上的生命的进化是在此之后不久开始的。现在已经确证，具有高级化学进化痕迹的化石可追溯到35亿年前；原始的生物有机体被证明至少在28亿年前就已存在，而具有现代酶结构的原核细胞的生物化学活动的证据已经在化石中被发现，这种化石据今约有23亿年。
生命进化所需的化学成分在生命进化产生之前就在地球的化学汤中存在，组成已知宇宙98％的六种化学元素（氢、氦、碳、氮、氧、氖）和合成第一批自养细胞所必需的更复杂的分子已经在宇宙中合成起来，甚至氨基酸和核酸已经在宇宙中创生，人们在陨石中发现了它们。因此，很可能生命在其他行星上也以某种形式发展起来了：在我们的银河系中有数百亿个行星，在宇宙中有数百亿个银河系。
我们这个行星上的热环境和化学环境非常适合于作为生命成分的复杂分子的合成。像糖、氨基酸、嘌呤、嘧啶这样的单体和由这些单位（如蛋白质、核酸和其他大分子）构成的线性复合体可能在来自太阳的恒定能量流中合成起来。在某个时候，作为更高生命形式的先导的原核细胞诞生了，并成了这一星球上正在出现的生物圈中的主要要素。
除病毒和细菌这两个特例外，今天分布在地球上的生物物种都是从早期的原核细胞演化而来的，整个物种家族在标志成功的进化时代的突创中出现。约在6亿年前的寒武纪大爆炸在相当短的几百万年之间产生了绝大多数的无脊椎动物。
在物种的不可逆进化中，那些有能力在更广的环境条件（如各种气候，地势，雨水，捕食者和被捕食者等）下存在的物种比那些只能在范围狭窄的环境中才能存活的物种活的时间更长。特殊物种在普通物种能够适应和存活的许多环境下发生突变或消失。结果，生命的进化树不再与经典的达尔文理论的连续Y型枝节相似。现在这一进化树是根据突然的变化画出的，从已经灭绝的占统治地位的物种直到今天在环境中占统治地位的物种，特殊物种只有短暂的生命线 （它们灭绝了，或被变异体取代了），而普通物种则具有相当长的生命周期。
自从有机生命在浅水中和温暖的原始海洋中诞生之后，它们就依靠来自太阳的自由能量流维持生命。植物以光合作用形式利用太阳，把水和二氧化碳转化为碳水化合物；动物吃其他的动物和植物，而人类处在食物链的顶端，既吃植物也吃动物。如果太阳表面和地球表面几乎没有能量差别的话，那么不仅生命，而且地球上的所有热力学过程都将很快结束，贮存在地球大气层中的热量将在几个月内耗尽，而贮存在海洋中的热量将在几个星期内消散。只有海底的蠕虫和蚌类能存活一段时间。然而，只要来自太阳的能量流在地球表面上持续不断（估计要持续几十亿年），生命系统就将会把一些自由能转化成维持其存活的生物能。它们不仅维持它们的结构，而且还进化出新的、不同的结构和一些比先前存在的更复杂和更精巧的结构。
3。2 进化的步伐
我们这一星球上的进化过程显示出有一个确定无疑的动力：在持续35亿年的进化过程中已经产生了数量巨大的生物细胞，其总质量比六大洲的质量还大。这一质量庞大的有机物质不仅使自己不断再生，而且还变得更加复杂。进化的节律在地球生命的存在期不断加速。生物学家W·戴（Day）注意到，细胞生命从一个阶段到另一个阶段的演变（从原核细胞到真核细胞）花费了超过一半的进化时间，又经过大约这个时间的一半进化到了鱼的水平。后来步步紧跟着，主要突变之间的时间间隔缩短了。虽然或迟或早生物世界中某些部分达到了与环境平衡的形式，从而停止了进化，但是进化被作为总体并没有停止前进，它继续一个阶段又一个阶段地向前加速。
由于进化的步伐呈加速趋势，因而人们不得不用越来越短的时间周期来描述它们：世，代，纪，期和年代。世表示的时间最长，而年代最短。在生物进化开始前的事件可以归类在一个标题下：无生物时代。在这个时期中地壳熔融并反复硬化，最终形成一个永恒的地壳，它被大气层包裹着并大部分被海洋覆盖着。后来到了下一个阶段，即所谓的太古代，细菌和海藻这些最初的也是最原始的生命形式出现了。在由遍地