1943 年 2 月，物理学家埃尔温·薛定谔在都柏林圣三一学院宣布了题为《生命是什么？》的系列讲演，讨论怎么用物理和化学原理解说生命现象。
在接下来的几十年中，分子生物学有了长足发展，部分答复了薛定谔的疑问。但天体物理学家依然不满意——咱们现有的理论只适用于地球上的生命，在世界中其他地方，生命还或许有其他的形状吗？
土卫六北极邻近的一个湖泊（艺术设想图）。图片来历：NASA/JPL-Caltech
本文节选自《生命与新物理学》
作者：[英] 保罗·戴维斯
译者：王培
出书社：中信出书·鹦鹉螺
科学范畴有一句名言：假如某个东西实在存在，咱们就应该能够丈量它（乃至或许对它纳税）。但咱们能计量生命，或许丈量“活着的程度”吗？这好像是一个笼统的问题，但它近年来显露出必定的直观性。
1997 年，美国和欧洲的航天组织携手将卡西尼号勘探器发射到土星及其卫星上。科学家最感爱好的是“土卫六”，它是土星最大的卫星。克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）于 1655 年发现了土卫六，之后天文学家一直对它猎奇不已，这不仅是由于它的巨细，还由于它被云层掩盖。在卡西尼项目施行之前，云层下面是什么，这是个未解之谜。
卡西尼号勘探器伸出了一根被恰当地称为“惠更斯”的小探针，它穿过土卫六的云层，安全抵达这颗卫星的外表。“惠更斯”的探究显现出有海洋和沙滩的景象，但这儿的海洋是由液态乙烷和甲烷构成的，岩石则是由水结成的冰构成的。土卫六上十分冰冷，平均温度为零下 180 摄氏度。
天体生物学家也对卡西尼号的使命抱有热切的爱好。现在咱们现已知道，土卫六的大气是一层厚厚的石化烟雾，它的云层充溢了有机分子。可是，由于极度冰冷，就像咱们知道的那样，该星体上不行能有生命存在。有一些猜想以为，某种奇特的生命方式或许会用液态甲烷替代水，但大多数天体生物学家并不以为这种做法可行。可是，即使土卫六上没有任何生命，它依然与生命之谜密切相关。实际上，它构成了一个天然的化学试验室，现已在整整 45 亿年间稳定地“烹制”出杂乱的有机分子。
土卫六也是太阳系中仅有具有稠密大气层的卫星。图片来历：NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
说得再生动一些的话，土卫六就像一项失利的大型生物试验，它让咱们直击“生命是什么”这一问题的中心。从化学含义上讲，假如土卫六在通往生命的环绕长路上现已走了一段，却未能像地球那样抵达结尾——发作生命，那么土卫六间隔标志着“生命始于这儿”的结尾线还有多远呢？咱们能够以为现在的土卫六现已在某种程度上适当挨近结尾了吗？咱们真的能够发现隐藏在它那模糊云层下面的“近乎生命”的东西吗？
说得更清晰一些，咱们有或许制作某种生命计量仪，从土卫六的充溢有机分子的大气中取样，并给出一个数值吗？幻想一下，科学团队在未来完结了一项研讨使命后声称，“在超越 45 亿年的时间里，土卫六成功走完了通往生命之路的 87.3%”，或许“土卫六只完结了从有组织成要素到简略活细胞这一绵长旅程的 4%”。
这些说法听起来太荒唐了。但这是为什么呢？
当然，咱们底子没有生命计量仪。更重要的是，咱们彻底不清楚这种计量仪的运作原理是什么。它究竟能丈量什么呢？
理查德·道金斯（Richard Dawkins）引入了一个风趣的比方来论述生物进化进程，他称之为“不行能的山峰”。杂乱生命的呈现不行能一蹴即至，它有必要从十分简略的微生物开端，经过绵长的自然选择才干逐步进化为杂乱生命。在道金斯的比方中，今日的杂乱生命方式（比方人类）的先人几十亿年来一直在攀爬越来越高的山峰（这意味着在进化进程中生命方式变得越来越杂乱）。
十分有道理！但生命发作的第一步，或许从非生命到生命的改变，是怎样发作的呢？从简略化学物质的混合到原始生命细胞的构成，中心的途径是什么，也要攀爬化学含义上的“不行能的山峰”吗？好像必定如此。要从简略分子的随机混合物改变成一种功用齐备的生物，明显不行能经过化学层面上巨大而惊人的一跃来完结，必定要经过一段绵长的旅程，并且有各种中心进程。没人知道那些进程是什么。
事实上，咱们乃至无法答复一个愈加根本的问题：从非生命到生命，从无生命的物质到生物，是一段绵长、渐进、无缝的进阶之路，仍是一系列不连贯的严重改变，就像物理学所谓的相变（比方，从水变成蒸汽）？没人知道答案。可是，无论是哪种状况，生命发作之前的“不行能的山峰”这个比方是有用的，跟着山峰越来越高，化学杂乱性也越来越大。让咱们回到被送至土卫六的设想生命计量仪，假如它存在，或许会被视为一种杂乱性测高仪，丈量土卫六的大气现已攀爬到了发作生命那“不行能的山峰”的哪个高度。
图片来历：NASA/JPL-Caltech
明显，假如只重视化学杂乱性，咱们在解说“生命是什么”的问题时就会失去某些东西。一只刚死的老鼠与一只活老鼠的化学杂乱性是相同的，但咱们不会以为前者活着的程度是 99.9%。清楚明了，它便是死了。咱们又该怎么看待那些正在蛰伏而没有真实死去的微生物呢？比方，当遇到恶劣环境时，细菌芽孢会处于蛰伏状况，直到它遇到更好的环境并再次活泼起来；被称为水熊虫的八足微型动物，会在极低的液氦温度下进入休眠状况，在温度升高后又“活过来”。当然，即使是这些适应能力很强的生物，也有生存力的极限。生命计量仪能告知咱们什么时候细菌芽孢或许水熊虫跳过生命的临界点，再也不会醒来吗？
这不仅仅一个哲学难题。土星还有另一颗冰卫星，近年来得到许多重视。这个被称为“土卫二”的卫星会被其岩质中心内部的潮汐力加热，这种潮汐力是它环绕土星运转发作的。所以，虽然土卫二间隔太阳十分悠远，外表又掩盖着冰层，但它的冰壳之下却有液态海洋。可是，它的冰壳并不是完好无损的。卡西尼号勘探器发现，土卫二的冰壳上存在巨大裂隙，它一直在经过裂隙向太空喷发物质。这些物质都是有机分子，它们是否暗示在冰冷的冰壳下面有生命存在呢？咱们怎么才干知道这一问题的答案？
NASA 正在规划一项使命，估计在 21 世纪二三十年代飞到土卫二上空，首要的意图便是寻觅生物活动的痕迹。但他们面临着一个急切的问题：应该用哪些仪器来完结勘探作业，它们应该寻觅什么呢？咱们能为这次旅程规划出一种生命计量仪吗？即使不行能用它准确丈量“活着的程度”，是否也至少能够区别“远非生命”、“近乎活着”、“活着”和“从前活着但现在现已死了”呢？乃至，咱们要开端考虑：“生命是什么”这一问题有含义吗？
计量生命的难题还触及一个更大的问题。人们一直对研讨太阳系外行星的大气层的远景兴奋不已，企图经过了解满足多的细节，提醒太阳系外的生命痕迹。但有说服力的确凿证据是什么样的？有些天体生物学家以为，大气中的氧泄露了本相，暗示光合作用是一个必备条件；其他人则以为，甲烷或许氧与甲烷的混合物才是必备条件。事实上，科学家没有达到一致，由于非生物机制也能发作一切的常见气体。
1976 年，事前界说生命的坏处给人们上了有利的一课，其时 NASA 的两个勘探器海盗 1 号和海盗 2 号在火星着陆。这是美国航天局第一次也是迄今为止最终一次企图在另一个行星上展开真实的生物试验，而不仅仅研讨生命发作的条件是否存在。
海盗号试验中的一个被命名为“符号开释”，是由现在在亚利桑那州立大学任兼职教授的工程师吉尔伯特·莱文（Gilbert Levin）规划的。该试验的做法是，把培养基倒在火星的泥土上，调查培养基是否会被火星上的任何微生物耗费，并被转化成二氧化碳废气。培养基中的碳元素是经过放射性符号的，假如培养基开释出二氧化碳，就能被勘探到。科学家的确勘探到了二氧化碳。此外，当培养基被加热时，化学反应中止了，就好像火星上的微生物被热量杀死了。两个海盗号勘探器在不同的地址重复该试验，均取得了相同的成果。
直到今日，吉尔伯特依然声称他在火星上勘探到了生命，并以为前史终将证明他是正确的。相反，NASA 的官方说法是，海盗号勘探器没有发现生命，“符号开释”试验的成果是由不寻常的土壤条件构成的。这很或许是NASA不想再重复这项试验的原因。
NASA 和参加这项使命的科学家之间的尖利不合标明，假如咱们只依托化学作为规范，那么事实上，咱们将很难判别另一个世界上是否存在生命。咱们都知道，规划海盗号勘探器的初衷是寻觅生命的化学踪影。假如咱们坚信地球生命是仅有或许的生命方式，咱们就有或许规划出用于勘探满足杂乱的有机分子的设备，而这些分子只能经过已知的生物进程发作。比方，假如该设备发现了一种核糖体（一种制作蛋白质的分子机器），生物学家就会坚信，试验样本要么现在是活着的，要么在不远的曩昔活过。
可是，咱们又该怎么看待已知生命运用的更简略分子呢，比方氨基酸？状况不太令人满意：一些陨石中就含有氨基酸，而它们是在太空中构成的，并不需要生物进程。最近，科学家在间隔咱们 400 光年之遥的一颗恒星邻近的气体云中发现了乙醇醛这种糖分子，但它自身离生命的明显特征还差得十分远，由于简略的化学反应就能发作这类分子。所以，咱们有或许归纳出化学杂乱性的规模，但从氨基酸和糖到核糖体和蛋白质，在这条分子链上哪个才是生命发作的决定性要素？乃至，咱们是否有或许朴实根据化学指纹图谱来确认生命的存在？许多科学家喜爱把生命视为一个进程，而不是一种事物，或许这样的进程只在行星尺度上才有含义。
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