Quantum Aspects of Life pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Pati, Arun K. 编

出品人:

页数:442

译者:

出版时间:

价格:$ 124.30

装帧:

isbn号码:9781848162532

丛书系列:

图书标签:

量子生物学
量子物理
生命科学
意识
生物物理学
量子信息
生物化学
神经科学
哲学
跨学科研究

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具体描述

This book presents the hotly debated question of whether quantum mechanics plays a non-trivial role in biology. In a timely way, it sets out a distinct quantum biology agenda. The burgeoning fields of nanotechnology, biotechnology, quantum technology, and quantum information processing are now strongly converging. The acronym BINS, for Bio-Info-Nano-Systems, has been coined to describe the synergetic interface of these several disciplines. The living cell is an information replicating and processing system that is replete with naturally-evolved nanomachines, which at some level require a quantum mechanical description. As quantum engineering and nanotechnology meet, increasing use will be made of biological structures, or hybrids of biological and fabricated systems, for producing novel devices for information storage and processing and other tasks. An understanding of these systems at a quantum mechanical level will be indispensable.

《生命的量子维度》内容概述《生命的量子维度》是一部深度探索生命现象与量子物理学之间潜在联系的著作。本书旨在打破传统学科界限，为读者呈现一个跨越宏观生物学和微观量子世界的全新视角。作者并非仅仅列举一些已知的量子生物学现象，而是从更根本的物理原理出发，深入剖析生命系统如何在量子层面上运作，以及这些量子效应如何为生命的出现、演化和维持提供不可或缺的支撑。本书的开篇，作者便着重阐述了为何传统的经典物理学模型在解释某些生命过程时显得力不从心。例如，在能量传递、催化反应、甚至生物传感等关键生物化学过程中，经典理论无法完全解释其惊人的效率和精确性。这种“效率之谜”正是引导我们走向量子世界的入口。作者通过生动形象的类比和严谨的物理学推理，揭示了诸如叠加态、纠缠态、隧道效应等量子现象，是如何在生物分子层面扮演至关重要角色的。书中对光合作用这一地球生命赖以生存的基石进行了深入剖析。作者详细解释了在光合作用的初期阶段，光能如何被高效地捕获并传递到反应中心。这一过程的量子相干性，即能量如何在多个路径之间同时传递，是其高效性的关键。本书援引了近年来的实验证据，展示了光合反应中心中的电子和激子是如何利用量子叠加和量子纠缠来优化能量传递路径，从而极大地减少能量损失。作者认为，这并非偶然，而是生命在漫长进化过程中“优化”出的量子策略。接下来，本书将笔锋转向生物体的导航能力。许多动物，例如迁徙的鸟类和海龟，拥有令人难以置信的导航能力，能够穿越大陆和海洋，准确地找到目的地。作者提出，这种导航机制很可能与量子磁感应有关。具体来说，视网膜中的ryptochrome（隐花色素）蛋白，在受到光激发后，会产生一对量子纠缠的电子。这对电子的自旋状态会受到地磁场微弱影响，进而影响到蛋白质的化学反应，最终向大脑传递关于方向的信息。本书深入探讨了这一过程的量子力学基础，解释了为何如此微弱的磁场信号能够被生物系统有效检测到。此外，《生命的量子维度》还触及了酶催化作用的量子隧穿效应。酶是生命体内的催化剂，能够极大地加速生化反应。一些关键的酶促反应，尤其是涉及质子转移的反应，其速率远远超过了经典物理学所能预测的范畴。作者解释了量子隧穿现象，即粒子有一定概率“穿过”能量壁垒，即使其能量不足以“翻越”。在酶活性位点，这种隧穿效应能够显著降低反应活化能，从而提高了酶催化效率。本书通过详细的分子模型和计算，展示了这种微观层面的量子行为如何对宏观生命过程产生深远影响。关于意识的本质，本书也进行了大胆而富有启发性的探讨。虽然意识的起源和本质仍然是科学界最大的谜团之一，但作者提出，量子过程可能在其中扮演着某种角色。书中引用了Penrose和Hameroff提出的Orch OR（Orchestrated Objective Reduction）理论，该理论认为意识的产生与神经元微管中的量子相干过程有关。本书详细介绍了该理论的核心观点，并讨论了其支持和反对的论据，以及未来可能的研究方向。虽然这一领域的争议较大，但作者鼓励读者以开放的心态去审视量子世界对复杂生命现象的可能性影响。本书并非一本简单的科普读物，而是面向对生命科学和基础物理学都有一定了解的读者。作者在行文中，既保持了科学的严谨性，又力求语言的清晰易懂。每一章节都辅以丰富的图示和模型，帮助读者理解复杂的量子概念及其在生物学上的应用。例如，在解释量子相干性时，作者会通过波函数示意图来展示能量如何在不同路径之间同时传播；在描述量子隧穿时，则会用能级图来形象地描绘粒子穿过势垒的过程。《生命的量子维度》更进一步，探讨了量子信息如何在生命系统中存储和传递。DNA的遗传信息编码，以及蛋白质的折叠过程，都可能涉及到量子信息处理的某些方面。作者推测，生命系统可能进化出了利用量子态来处理和存储信息的方式，这种方式比经典信息处理更为高效和鲁棒。本书的价值在于其前瞻性和整合性。它不仅梳理了量子生物学领域已有的重要研究成果，更重要的是，它试图构建一个更宏观的理论框架，将量子物理学的基本原理与生命活动的普遍特征联系起来。作者挑战了许多我们习以为常的观念，引导读者思考，生命之所以成为生命，其根本原因是否深深植根于量子世界的奇妙规律之中。在结论部分，作者强调，对生命量子维度的探索尚处于起步阶段，仍有大量的未知等待我们去揭示。然而，已经涌现出的证据表明，量子效应绝非与生命无关的“旁观者”，而是构成生命复杂性的内在组成部分。本书的出版，旨在激发更多的跨学科研究，鼓励物理学家、生物学家、化学家以及计算机科学家共同努力，以全新的视角去理解生命的本质，或许，在量子世界的深处，隐藏着生命的终极奥秘。本书的结构清晰，逻辑严谨，每一章都围绕一个核心的量子生物学主题展开，并逐步深入。从基础的量子概念讲解，到具体生命过程的量子机制分析，再到对生命起源和意识的哲学性思考，层层递进，引人入胜。作者在引用大量前沿科学研究成果的同时，也注重理论的普适性和可理解性，力求让不同背景的读者都能从中获益。《生命的量子维度》不仅仅是一本关于科学的书，它更是一次关于生命本质的哲学探索。它鼓励我们跳出传统的思维模式，去拥抱那些看似不可思议但却真实存在的微观世界的力量。通过理解生命在量子层面的运作，我们或许能更深刻地认识到生命的神奇与精妙，以及宇宙的深邃与无限可能。这本书将为您打开一扇通往全新理解生命的大门，让您重新审视我们自身的存在，以及我们在这个浩瀚宇宙中的位置。