封面：理论中医学图说

生物光子辐射中的阴阳相互作用机制

Yinyang mutual action mechanism in biophoton emission

用多学科交叉的思维和眼光透视经典中医药学理论，重新发现和挖掘出孕育于其中的新的科学问题，构筑和交集全新的理论中医学（Theoretical Traditional Chinese Medicine，TTCM）发展前沿和边界。

按照经典中医药学（classic Chinese medicine，CCM）的理论，阴阳相互作用（互感、互消、互长、互生、互用和互化）是一个贯穿于不同层面生命运动之中的一个具有普适性的调控机制，所谓“阴阳者，天地之道也，万物之纲纪，变化之父母，生杀之本始，神明之府也”和“阴阳之中复有阴阳”，其“数之可十，推之可百，数之可千，推之可万，万之大，不可胜数，然其要一也”。正因为如此，将阴阳理论与现代自然科学的有关理论进行相关和交叉研究，既用以论证经典中医药学的阴阳理论在现代自然科学意义上的合理性，又用以从中发现和挖掘新的知识，这一直是中医学和其他相关学科的学者共同感兴趣的话题，甚至正在形成一个新的交叉研究领域，方兴未艾。

因为阴阳相互作用具有的普适性，所以可以从不同的角度对其进行研究。在这一领域，已有许多来自不同学科、采用不同方法进行的不同角度的研究，例如有关阴阳学说与物理学对称理论相关联的研究［1］、阴阳相互作用与逻辑斯蒂映像（logistic map）的关联性［2］、从细胞力学（cytomechanics）模型和方法对阴阳相互作用的研究［3］、基于天人之间的“阴阳应象”提出来的关于生命体和宇宙同样存在暗物质（dark matter）和暗能量（dark energy）的假说［4］、肾阴阳平衡与机体雌雄激素的交叉代谢及其非线性动力学平衡的相关性［5］等。此外，还有一些其他关于阴阳相互作用的数学原理及模型的研究［6-7］。近来，有学者综述了关于经典中医药学阴阳学说的现代研究的一些进展［8］。

这一系列的比较研究把经典中医药学的阴阳学说与现代自然科学相关学科的相关理论所内禀的关联性揭示了出来，这既清晰地验证了经典中医药学阴阳学说的正确性及合理性，也为现代生物医学以阴阳学说为“桥梁”把与其相关的现代自然科学理论及方法引入生物医学研究及临床应用，以及在这些关联的交叉领域发现了新的知识，建立了新的思维模式和研究方向。

基于同样的思维模式，本文探讨在生物光子辐射中存在和普遍利用的阴阳相互作用机制及其生物医学意义。为此，我们需要了解生物光子学（生物物理药理学）。

生物光子学（biophotonics）

从人们对“鬼火”的迷信和看到萤火虫发光开始研究生物发光现象至今，有关化学分子和生物分子（例如蛋白质和核酸）发光及其机制的研究已经取得一系列重大进展，这导致了一系列化学发光分析技术（例如发光、荧光、磷光、电化学发光光谱分析以及化学发光免疫分析等）的出现，并在化学、物理化学和生物化学领域得到广泛应用。2008年，日本和美国的科学家因绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）的研究而获得诺贝尔化学奖，在此基础上，以绿色荧光蛋白荧光标记为基础的一系列生物测量和分析技术（例如动植物活体成像）发展起来，广泛应用于生物体的分子标记、基于活体细胞的药物筛选、融合抗体制造以及基于GFP光信号传导的生物传感器研发等领域。

以往的生物光学研究均是在体外针对生物分子进行的，但自从20世纪50年代中期生物学家探测到谷物种子的光辐射开始，一个在整体生命体上探测和研究光辐射的时代就开始了，且至今已取得了一系列重要进展，这些研究导致了生物光子学（biophotonics）的诞生。

生物光子学是一门研究生物光子在体内的产生和辐射规律的学科。根据已有的研究，可以把生物光子分为两类，一类是激发生物光子（inspire biophoton），即通过一定的方法激发生物体内的特定细胞或分子，如体内的荧光素酶基因和生物分子荧光报告基团（如GFP、DsRed、Cy5和Cy7等）产生的光子（荧光或磷光），另一类是发射生物光子（emission biophoton），即生物体在各种条件和状态下的生命活动自然产生并发射的生物光子。

正如物理学中的光子具有波粒二象性一样，生物光子在体内的行为当同样也具有波粒二象性，由此，我们可以看到并预计，生物光子学研究将使生物学家有机会把包括人体在内的生物体模拟为一个生物量子系统（bioquantum system），从而把认识生命活动的视野引向量子水平和量子机制，利用量子力学（quantum mechanics）、波动力学（wave mechanics）、量子场论（quantized field theory）、量子电动力学（quantum electrodynamics）、量子信息学（quantum informatics）以及量子通信（quantum communication）和量子控制论（quantum control theory）、量子计算（quantum computation）等理论与方法进行生理学、病理学和药理学研究。在此，我们将这一领域的研究称为量子生理学（quantum physiology）、量子病理学（quantum pathology）和量子药理学（quantum pharmacology），这将是一个在与基于解剖学建立的生命系统完全不同的生命系统上进行的生物量子力学（bioquantum mechanics）研究。之前，我们已经提出了中医药学理论的生物量子力学研究方向，并首先对气作为宇宙间一种统一的能量进行了初步的探讨［9］，这正像以前我们曾指出的，只有这样的研究才有可能使生物学家真正“触摸”到生命的本质，也才有可能真正理解和重建经典中医药学，并在这一基础上将经典中医药学与现代生物医学统一起来。

生物光子辐射（biophoton emission）

关于生物光子辐射的研究，最早要追溯到20世纪20年代，那时候，俄罗斯生物学家Gurwitsch A A［10］通过一个设计精巧的实验，观察到了完全不相连的两根洋葱头根丝之间细胞有丝分裂的相互感应。不过，这一奇特现象的研究在当时并没有引起普遍的重视，只是随着微弱光探测技术的进步［11］。到了20世纪50年代，意大利物理学家Colli在一些植物幼芽上检测到超弱发光之后，生物光子辐射的研究才成为一个受到普遍重视的研究领域。

生物光子辐射研究的首要问题是生物光子的辐射源，换句话说就是生物光源（biophotosource）的问题。如上所述，激发生物光子的辐射源是体内的萤光素酶基因和生物大分子（蛋白质和核酸）上的荧光报告基团。发射生物光子辐射源是正在研究中的问题。根据现有的研究报道，发射生物光子辐射大约源于以下几种机制。

（一）DNA和蛋白质分子以及这类分子的电子能态（能级）时时都发生的在高低之间的跃迁，对此，早有研究证明蛋白质分子具有半导体的性质和特征是电子能态（能级）跃迁的结构基础，而也已有研究表明，DNA分子空间构象相应于不同强度的生物光子辐射［12］。

（二）生命体内时时都存在的非局域相干电磁场［12］。

（三）源于细胞分裂，在酵母细胞torula utilis上进行的研究显示，细胞分裂过程与生物光子辐射相关联［13］；

（四）生命系统具有的类激光器结构和性质。有关的生物学与物理学的比较研究表明，细胞就是一个生物耦极子（biology dipole），而机体则可以模拟为一个生物耦极子系统（biology dipole system），是生物光子的辐射源，也正是在这个意义上，物理学家和生物学家借助于激光辐射的物理机制，巧妙地“沟通了生物学与物理学”。

（五）生物电化学发光（bioelectrochemiluminescence，BECL），即生物体液中的阴阳粒子在生物电的作用下发生湮灭反应而产生生物光子［13］。

现在知道，生物光子辐射（biophoton emission）是一种超微弱的电磁辐射，其强度约在10～1 000光子/（s·cm2），光谱分布在200～800 nm，具有明显的合作效应，是伴随着生命活动的一种普遍和基本的生命现象，携载着生命体在不同环境和条件下的整体活动信息，也是生命在量子水平普遍利用的一种具有高效率、高保密性和高保真度的通信和调控机制。已有的量子信息学研究表明，量子通信具有许多独特的特性，例如量子钥匙分配（quantum key distribution）、量子隐形传态（quantum teleportation）、量子秘密分享（quantum secret shring）以及量子比特承诺（quantum bit commitment）等，这些特性是量子通信能具有高保密性和高保真度的物理基础，也是高速和精准量子计算的物理基础，我们相信这些特性和机制在生物光子通信与调控过程中同样存在。在此需要提出来的是，来自生物体的红外辐射也是生物光子辐射，只不过截至目前的研究只是聚焦在红外辐射的热效应上，而没有从光量子角度进行研究罢了。但根据生物光子学和物理学中有关红外通信与控制的原理，我们相信，发自生物体的红外辐射可能在自身生命体以及生命体之间的生命信息传递、识别与调控方面发挥着重要作用。

生物光子辐射中的阴阳相互作用机制

根据生物光子学已有的研究，空间和时间相干性是生物光子辐射的一个基本性质和特征，而正是由此我们发现了充满在生物光子辐射中那些与经典中医药学理论有关阴阳相互作用完全相似的机制，据我们已经进行的有限研究，主要体现在以下几个方面。

（一）生物光子辐射有相长的超辐射（constructive superradiance）和相消的亚辐射（destructive subradiance），这两类生物光子辐射的相干性是生物光子辐射一系列许多其他性质和生物学功能的来源和基础，已有的研究包括：（1）生物光子存储和生物能量存储［13］，而这一能量储备功能对于生命活动无疑是非常重要的；（2）形成生物光子的合作辐射；（3）生物光子合作辐射的参数演化最终形成生命体能级的平衡分布（fυ=constant），这与非生命体能级的波尔兹曼分布有显著的不同，由此可以进一步演化出许多生命体特有的特性。例如已经得到研究的有降低围观状态的自由度，使自身熵变最小化，从而达到和保持组织的高度有序性。已经在DNA中观察到这一生物热力学和动力学特性［13］；相干生物光子通过组织时的零能量损耗［13］，有文献称这一特性为生物光子在生物组织中传播的透明性；使生物光子传播具有极高的信噪比，这决定了生物系统对生物信号响应的高敏感性；决定并支配生物系统中的非平衡相变，该相变发生在一个有序的低度耗散态与混沌的高度柔韧态之间，能不断地发射生物光子［13］；决定并调控生物系统内生化反应的高反应速率；（4）由fυ=constant能演化出光子强度、相干时间等参数的相对性平衡变化，从而使生物光子辐射强度、生物光子谱熵与光子相干时间的乘积以及生物光子强度与谱熵的比值均导向一个常数，这些参数在趋向常数的相对演化过程中使生物系统的熵降低和有序度提升；（5）构成生物体的不同水平的不同生命结构之间（例如大分子之间、细胞与细胞之间以及人体与人体之间等）实现量子通信的基础。可以看出，生物光子的“相长”和“相消”辐射是一种典型的“阴阳相互作用”，由此能产生一系列许多重要的生物物理学效应，就如经典中医药学理论中由阴阳相互作用可产生一系列许多生理学效应一样。

（二）基于生物光子辐射相干性形成的生物光子合作辐射和合作效应，生物光子辐射的相关参数在体内可产生一系列奇特的动力学演化和运算，并呈现出一系列奇特的性质及其生物物理学效应，已有的研究包括：（1）对激发因素有一个相当长的“弛豫时间”而导致延迟发光，这是生物光子辐射的一个重要特征，而这一特征则可能是生物系统对外来刺激进行安全响应和适应的生物物理学机制。根据延迟发光方程，决定延迟发光的三个主要参数（初始强度、特征时间和一个特别的指数因子）与生物系统的内在性质相关，应是由遗传决定的。（2）合作辐射系统的哈密顿包含了生物光子的湮灭和产生的算子，成为决定生物光子合作辐射系统哈密顿的重要演化和运算控制因素。（3）合作辐射系统的哈密顿（H）在数学的意义上可形成四个正交归一的本征态，这一本征态中充满着丰富的阴阳要素及其相互作用，例如分别在高、低能态的光子；各能态辐射场对应的∣1+＞和∣1-＞对称和反对称态及其正交性，而这又与生物光子辐射的超、亚辐射相对应，相互纠缠在一起，这就正如经典中医药学阴阳学说中关于“阴阳之中复有阴阳”的理论。（4）在生物光子辐射及其相干过程中，存在一种反对称态（∣1-＞），也就是相消辐射（亚辐射）和相消干涉优势的机制，这一机制不仅决定并形成生物光子辐射相干的非线性动力学演化，而且也决定生物系统的生物光子存储能力。已有研究证明，在许多应激的条件下，生物系统会发生与理想反对称态的偏离，从而导致其非线性动力学演化的一系列动力学改变，这是生物系统在量子水平存在并普遍利用的一个量子病理学机制，而这显然与经典中医药学关于“阴阳失衡是所有疾病发生的基础”的理论是完全一致的，由此可以引导我们将经典中医药学的病理学理论与量子病理学融合起来。

（三）由生物光子相干性形成的非线性动力学演化是决定生物系统品质的重要基础，而由生物系统的“共振腔”模型［13］，生物系统的非线性动力学品质可以由一个品质因子（Q）加以度量，而Q唯一的依赖于生物光子的相干性时间，这也决定了生物系统对生物光子的存储能力，而这可以成为我们在量子水平基于生物光子辐射相干性研究经典中医药学阴阳学说的一个生物光子学模型。

（四）生物光子辐射的相干态具有叠加性，而由这种叠加性能够形成新的辐射场态（∣ψ＞），在这些新的辐射场态中存在着丰富的量子干涉作用和效应，而这一量子干涉作用同样具有相长抑或相消两种类型。研究证明，辐射场态中的量子干涉是采取相长抑或相消的方式取决于∣ψ＞方程中的位相因子。对辐射场态的进一步研究表明，量子干涉只发生在成对相干态之间。可见，在生物光子辐射的量子干涉中，同样存在丰富的阴阳相互作用。

以上，我们粗略地讨论了生物光子学和生物光子辐射的相关问题，并比较性地提出了在生物光子辐射中存在的那些丰富的，且与经典中医药学阴阳相互作用理论相似或一致的一些问题。这些问题的发现和提出毫无疑问是具有引导性的，它将指引我们将经典中医药学的阴阳相互作用理论与生物光子辐射中的“阴阳相互作用机制”进一步关联起来，而由这样的关联可以进一步引导将生物光子学的理论及技术应用与临床医学中，从而建立起关于疾病以及疾病诊断和治疗的全新理论和方法。例如，基于生物光子辐射的空间和时间相干性及其动力学演化将经典中医药学“证及其辨证”方法定量化，再例如以生物光子辐射的空间和时间相干性及其动力学演化作为筛选新药，特别是基于中药和方剂筛选全新药物生物物理学模型，而这将助生一个新的药理学分支，即生物物理药理学（biophysics pharmacology）的诞生等。对于这些极有兴趣的问题，我们将另文深入的予以揭示和讨论。

［1］冯前进，牛欣，刘亚明，等.中医阴阳学说与物理学对称理论的相互关联［J］.山西中医学院学报，2003，4（4）：1-5.

［2］冯前进，刘润兰.阴阳相互作用与逻辑斯谛映像（Logistic Map）［J］.山西中医学院学报，2009，10（6）：5.

［3］冯前进，刘润兰.阴阳相互作用研究的细胞力学模型和方法［J］.山西中医学院学报，2011，12（5）：封二.

［4］冯前进，刘润兰.阴阳说：从宇宙暗物质的发现到生命暗物质和暗能量的研究［J］. 2007，8（3）：8.

［5］冯前进；刘润兰.肾主生殖研究：肾阴阳平衡与机体雌雄激素的交叉代谢及其非线性动力学平衡［J］.山西中医学院学报，2014，15（2）：封二.

［6］张蕾，严广乐.近年中医学阴阳五行学说定量模型研究［J］.中医学报，2010，25（3）：445-447.

［7］赵致镛，赵威.中医阴阳理论的数学模型之建立及其微积分定量的研究［J］.四川中医，2005，23（11）：8-10.

［8］李胜男，张怀亮.中医阴阳学说研究进展［J］.辽宁中医药大学学报，2014，16（1）：21-22.

［9］冯前进，刘润兰.中医药学理论的生物量子力学研究（一）：气作为宇间万物运动的统一能量［J］.山西中医学院学报，2014，15（4）：封二.

［10］Gurwitsch A A.A historical review of the problem of mitogenetic radiation［J］.Experientia，1988，44（1）：545-550.

［11］Colli L，Facchini U，Guidotti G，et al.Further measurements on the bioluminescence of the seedlings［J］.Experientia，1955，11（2）：479-481.

［12］Popp F A.Coherent photon storage of biological systems［M］.In：Popp F A，Warnke U，Konig H L，et al.Electromagnetic Bio-information.Munchen：Munchen-Wien-Baltimore：Urban＆Schwarzenberg，1989：144-167.

［13］Konev S V，Lyskova T I，Nisenbaum G D.Very weak bioiuminescence of cells in the ultraviolet region of the spectrum and its biological role［J］.Biophysics，1966，11（2）：410-413.

（文/冯前进 图/冯前进 刘润兰）