生物的数学
2021-09-30编译夏冰
世界科学 2021年9期
编译 夏冰
牛津英语词典是大家都认可的知名权威工具书,但它对物理学的定义——“研究非生命物质和能量性质的科学分支”——显然并不全面,因为物理学同样研究生命。早在1900年,物理学家召开第一次国际大会时就报告过生物学方面的研究。如今,物理学和数学仍旧在帮助生物学家认识生物。
反过来,生物学也对物理学有显著的促进作用。20世纪40年代,爱因斯坦和薛定谔(相对论和量子物理学的奠基人)就预言,重大生物学问题的解决也能推动物理学的发展。事实证明,他俩是正确的:如今,在研究者的探索中,“信息”绝不是一种定义模糊的概念。相反,无论是在物理学领域,还是在生物学领域,信息都已经成为具有深刻内涵的明确统一概念。

爱因斯坦认为,生物学研究可以拓展物理学领域。“对候鸟和信鸽的研究,或许会在将来某一天推动我们对一些未知物理学过程的认识。”他这样写道。
将物理学和数学引入生物学的第一次重要工作出现很早。1917年,苏格兰生物学家、博学家达西•汤普森(D’Arcy Wentworth Thompson)出版了《生长与形态》(On Growth and Form)一书;1942年出版的该书第二版更是长达1 116页,堪称皇皇巨著。汤普森在书中解释说,生物体的结构“符合物理学和数学规律”。他提出,达尔文的自然选择理论尚不完备,并且向读者展示了如何运用分析的手段拓展进化论。汤普森运用力学定律解释了动物及其骨架的形状和尺寸,又通过纯数学演绎展示了动物躯体的演化过程。这部作品因对达尔文进化论的挑战和对大自然之美的生动阐述而影响了无数科学家。……
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