踏上探索之旅，感受量子生物學(xué)的澎湃

聽聞本書的中文版即將面世，我感到非常高興。近年來，中國在世界科學(xué)研究中扮演的角色日益重要，涌現(xiàn)出了許多新的研究成果。因此，我覺得讓更多中國朋友了解量子生物學(xué)這樣一個令人興奮而又剛剛起步的新學(xué)科可謂非常重要。

我是一名出生于伊拉克的英國理論物理學(xué)家，目前供職于英國的薩里大學(xué)。本書的另一位作者，分子遺傳學(xué)家約翰喬·麥克法登也在這所大學(xué)任職。在整個學(xué)術(shù)生涯中，我一直致力于研究核物理，專長是用量子力學(xué)研究原子核間的模型反應(yīng)。坦白地說，我的專業(yè)其實和生物學(xué)相去甚遠(yuǎn)！

除了物理學(xué)教授的工作外，我還會抽些時間通過不同的媒體做一些科普工作：圖書、公開課、電視或廣播節(jié)目等。比如，在過去的十年間，我曾為英國廣播公司（BBC）策劃、制作過多部節(jié)目，內(nèi)容廣泛涉及各種科學(xué)話題。從事科普的經(jīng)歷讓我和來自不同專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)家也能相談甚歡。

大約是1997年的一天，約翰喬·麥克法登教授從校園另一邊的生物系來到物理系。他組織了一次研討會，并在會上向我們介紹了分子生物學(xué)中的一個研究領(lǐng)域——某些種類的細(xì)菌如何發(fā)生突變。他認(rèn)為，要想解決該問題離不開量子力學(xué)。不出所料，他的觀點飽受爭議。然而，這也成了我們兩人非正式合作的開始。近20年后，本書的出版將我們的合作推向了高潮，而這本書也成為世界上第一本介紹量子生物學(xué)的專著。

正如我們在引言中所說，因為各方面原因，量子生物學(xué)還只是一個充滿爭議和推測的新興研究領(lǐng)域。首先，即便是在更傳統(tǒng)的物理學(xué)或化學(xué)領(lǐng)域，量子力學(xué)都略顯晦澀，更不用說在混亂復(fù)雜的活細(xì)胞環(huán)境中了——活細(xì)胞中數(shù)以千計的生化反應(yīng)無時無刻不在進(jìn)行，由酶、其他蛋白質(zhì)和大分子參與的復(fù)雜過程在生物體中執(zhí)行著各類不可思議的任務(wù)。在過去的幾十年間，生物學(xué)家們對生命過程的理解取得了重大的進(jìn)展，因此不難理解，他們最不想聽到的觀點就是，要想完全理解某些生命過程，還需要用到量子力學(xué)的知識。

大多數(shù)生物學(xué)家確實不需要和量子力學(xué)打交道，因此他們之前并沒有詳細(xì)地學(xué)過量子力學(xué)，而現(xiàn)在他們也不太愿意從頭學(xué)起。同樣，每天都要用到量子力學(xué)的物理學(xué)家們更愿意將量子力學(xué)用于他們能夠理解和控制的系統(tǒng)，而不是一層又一層地對生物化學(xué)進(jìn)行剖析。

既然生物學(xué)家們和物理學(xué)家們都沒有準(zhǔn)備好張開雙臂迎接這個連接兩大學(xué)科的新領(lǐng)域，那么處于他們之間的化學(xué)家們又是怎樣的態(tài)度呢？畢竟，化學(xué)家們經(jīng)常使用量子力學(xué)來描述各類不同的分子過程，而且像物理學(xué)家們一樣，在過去幾十年中，他們已經(jīng)習(xí)慣了原子世界違反直覺的特征以及量子力學(xué)對這些現(xiàn)象的準(zhǔn)確描述。此外，化學(xué)家們同樣經(jīng)常研究生命系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)。生命如果不是紛繁復(fù)雜的化學(xué)過程又能是什么呢？在英語中，我們甚至?xí)褂谩吧幕瘜W(xué)”（the chemistry of life）這樣的詞語。因此，你可能會覺得化學(xué)家們會是第一批擁抱量子生物學(xué)的人。確實，這個新興學(xué)科的許多成果來自使用激光、光譜等技術(shù)來研究生物大分子行為的化學(xué)家們。

但即使這樣，大多數(shù)化學(xué)家還是不愿意接納這個領(lǐng)域。生物學(xué)家們不想學(xué)量子力學(xué)，物理學(xué)家們不想將量子力學(xué)應(yīng)用到環(huán)境復(fù)雜的活細(xì)胞中去，而化學(xué)家們的理由與他們不同。化學(xué)家們認(rèn)為，當(dāng)深入到生命體的分子層面時，觀察到遵循量子力學(xué)規(guī)律的現(xiàn)象不足為奇。他們認(rèn)為，如果挖掘得足夠深入，一切事物都是量子的。

但這正是量子生物學(xué)的獨特之處。當(dāng)我們在談?wù)摿孔由飳W(xué)時我們想說的是什么呢？我們?yōu)槭裁从X得本書如此令人興奮呢？因為對一些非專業(yè)人士來說，量子世界的一些性質(zhì)簡直就像魔法，而我們講述的內(nèi)容其實很容易理解——你可能早已聽說過類似的科普解釋——比如原子同時出現(xiàn)在兩個地方、粒子像波一樣擴(kuò)散或者若兩個分離的粒子相互糾纏，那我們對一個粒子的作用會同時影響遠(yuǎn)處的另一個粒子。正是這些量子世界違反直覺的特征讓我們開始更為深入地理解生命系統(tǒng)。目前看來，生命似乎演化出了各種方法，利用量子世界的“戲法”來為自己的生存提供便利。

光合作用的過程便是一例。植物通過光合作用來獲得營養(yǎng)。現(xiàn)在我們開始認(rèn)識到，該過程的一個環(huán)節(jié)需要植物固定的光能同時向多個方向游走。如果你之前沒有接觸過量子力學(xué)的話，估計現(xiàn)在還不太能理解上面這句話。不過沒關(guān)系，我向你保證，我們會在書中清楚地解釋這一切。

我想，閱讀并了解這個新的領(lǐng)域一定會讓你樂在其中。雖然你可能會有些疑惑，但探索一個新學(xué)科不就該如此嗎？如果量子生物學(xué)太過簡單，它的出現(xiàn)也就不會給科學(xué)界帶來如此的驚喜了。最后，我們邀請你和我們一起踏上這次探險之旅，希望你也能像我們一樣心潮澎湃。