〈第一章 生命是什麼？〉
你是否曾想過，是什麼讓你「活著」？又是什麼讓任何東西「活著」？
在二〇一二年美國化學學會（American Chemical Society）的年度研討會上，一場以生命起源（origin of life）為主題的會議中，安德魯．艾靈頓（Andrew Ellington）提出了一個激進的理論：「生命並不存在。」艾靈頓是德州大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）的化學教授，而這是他關於「RNA化學與生命起源」演講的第一張投影片。他的想法讓我困惑不已。
那時的我之所以困惑，是因為也許我應該同意艾靈頓的說法；但是我並不同意。在他演講時，我確信自己是活著的——此刻的我同樣如此確信。你應該也確信自己是活著的，難道你沒有花費一輩子在……活著？活著這件事很重要，它與沒有活著截然不同。
然而，儘管我們如此直觀地相信自身的存在，仍有一些科學家對此提出質疑，並主張生命或許只是一種幻象（或副現象〔epiphenomenon〕）完全可以用已知的物理學與化學加以解釋——物理學家兼公共知識分子尚．卡羅（Sean Carroll）便是其中之一。在一場我任職的亞利桑那州立大學（Arizona State University）校園舉辦的晚間演講中，我坐在擁擠的人群中目瞪口呆地聽著卡羅聲稱：粒子物理學的方程式足以解釋所有物質的存在——包括你與我。諾貝爾獎得主傑克．索斯塔克（Jack Szostak）持有相似的觀點，他認為，過度執著於定義「生命」反而阻礙了我們理解生命的起源。依索斯塔克之見，愈是仔細檢視那些定義生命的「決定性」性質，生命與非生命之間的界線便愈顯模糊。
我記得自己小時候曾試圖拆解一隻昆蟲，再將它組裝成原樣，卻徒勞無功。那時的我實在太過驚訝，甚至來不及為牠感到難過。我們都對以下事實知之甚詳：生命無法被簡化為其組成部分之總和——不論那些部分是基本粒子、原子，甚或是分子。或許採取艾靈頓、索斯塔克與卡羅的立場是最省事的選擇：生命並非其組成部分的一種性質，因此我們也就不必費心去定義它。若真如此，那麼要理解生命的行為以及其如何湧現，只需要理解它的組成部分就足夠了。
在我受訓成為理論物理學家的過程中，我被教導去相信，生命並不是一個在概念上有多麼深奧的科學問題。有關現實本質的最基礎概念，應該是其他物理學家所研究過的那些——如空間、時間、光、能量，以及物質。的確，物理學此前的成就絕對不容小覷：在過去短短四百年間，我們已對宇宙的運行方式有了極為深刻的理解，甚至定義了「宇宙」（universe）這個概念。在極小的尺度上，我們已對所有物質的基本組成知之甚詳；在極大的尺度上，我們甚至能拍攝遙遠星系的影像——它們發出的光花了超過一百三十五億年才抵達我們的望遠鏡。
然而，生命的起源依然是科學中最重大的謎題之一。此時此刻，我們所共同理解的物理學描繪了一個歸根究柢沒有生命的宇宙。那不是我所生活其中的宇宙，而我敢保證那也非你的棲身之所。
但如果生命真的存在，它究竟是什麼？
而我們，又是什麼？
如果生機論已死，或許你也難逃一劫
與現代物理學家和化學家的觀點形成鮮明對比的是，科學家曾經相信生命是一個與物質截然不同、並獨立於其存在的類別。
這樣的觀點認為會動的物質被注入了一種「活力」（vital force），有時也被稱為生命衝力（élan vital）；亞里斯多德（Aristotle）稱之為「圓極」（entelechy）；哥特弗里德．萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz）則稱之為「單子」（monads）。與許多人一樣，他們所描述的是一種只存在於生命體中的特質，這樣的特質引導出了生命行為，例如胚胎的發育、肢體殘缺後的再生，或其他任何看來只屬於生命、有目的之活動。這種對「活著」的理解，某種程度上與宗教概念中的靈魂相近，有些人甚至直接如此稱呼它。不論你如何為其命名，我們之所以認為這些特徵是生命所獨有的，是因為我們並未在非生命事物中觀察到它們——一塊石頭被劈成兩半後不會自行恢復原狀；但一條渦蟲（planarian worm）卻可以，並且確實會這麼做。這場科學思潮後來被稱為生機論（vitalism），其背後的核心思想在於：使物質成為生命的東西，無法以機械論的方式描述，因此也不屬於物質。
現代的唯物論者——如艾靈頓、卡羅與索斯塔克——認為物質的已知性質足以解釋生命；生機論者則持相反的看法，他們相信生命「確實」存在，但無法以物質的性質來解釋。
生機論的原理往往被描述為一種生命能量，或能讓死亡物質重新活動起來的生命火花。如果這聽起來有點像《科學怪人》（Frankenstein）中的情節，那是因為它們確實系出同源。瑪麗．雪萊（Mary Shelley）在一八一八年出版這部著名小說之時年僅二十一歲，她的書反映了那個時代最前沿的科學，尤其是關於靈魂、關於是什麼讓我們活著，以及關於是否能使用電力讓死者復生的理論。
瑪麗受到當時路易吉．伽伐尼（Luigi Galvani）的研究影響，而這些研究後來由他的外甥喬凡尼．阿爾蒂尼（Giovanni Aldini）繼承並延續。6這兩位科學家試圖以電刺激使身體部位動起來：他們會在死去青蛙的腿部施加電擊，使它們「跳舞」。據信，瑪麗也受到伊拉斯謨斯．達爾文（Erasmus Darwin，也就是更為人熟知的查爾斯．達爾文〔Charles Darwin〕之祖父）的啟發。這位較年長的達爾文曾以自然發生（spontaneous generation）為題撰文，主張在經陽光加熱的水中，無生命的物質能夠自發地獲得生命。
在雪萊的小說中，只要將新逝者的身體部位正確連接並通電，便能使它們重新動起來。她筆下的主角維克多．法蘭克斯坦（Victor Frankenstein）正是透過這種方式、以死者的身體部位製造出他那「活著」的怪物。如果我們試圖寫下一套物理定律，以解釋法蘭克斯坦博士有關創生怪物的獨門見解，我們或許會猜想：他發現了一種在死亡後會緩慢消散的生命「力」，而不管這種力由何種物質構成，其與電磁力有著極強的耦合。法蘭克斯坦博士在這個虛構世界中發現的這組特性有一點怪異；但我們真實世界中的物質同樣擁有許多奇特的性質。當你開始理解我們的宇宙之時，就會發現它是奇怪的（實際上，當你愈以為自己理解它，事情往往只會變得愈奇怪）。
不難想像，法蘭克斯坦博士使用了一套自圓其說的物理學來解釋生命——只是不管他使用的是哪套物理學，都不是描述我們真實宇宙的那套。真正支配生命的物理原理或許更加奇異，雖然我們此刻尚未理解生命受哪些原則所主宰，但也許有一天，這些原則對未來世代而言將是顯而易見的，就如同時空曲率或光子（photon）的存在對現今的我們而言那般。
許多生機論者認為，生命無法由非生命產生。具有生命的物質之所以特別，是因為它的組成本就特別——它們具有那必要的生命衝力。因此，生命必須由生命產生。即使是法蘭克斯坦博士，也必須使用那些曾經活著但新死不久之人的身體部位。
在《科學怪人》出版前後，「生命必須由生命產生」的觀念已開始在科學界失去支持。一八二八年，弗里德里希．維勒（Friedrich Wöhler）以兩種簡單分子（氰酸〔cyanic acid〕與銨離子〔ammonium〕）成功合成了尿素（urea）——一種在尿液中發現的有機分子。這項實驗顯示，由生物而來的分子並不具有任何生命力，生命物質的成分與非生命物質的成分並無二致。科學家經由這類實驗一再證明，非生命的化學過程與生命的化學過程之間並不存在本質上的區別，在適當的條件下，前者可以輕易地被轉化為後者。
當人類愈來愈了解化學及其背後的物理學，生命與非生命之間那條清晰的界線開始變得模糊。卡羅、索斯塔克、艾靈頓，以及許多持類似觀點的人，確實是對的——在某種程度上。
事實上，我們發現物質從非生命轉變為生命的過程並沒有違反任何已知的物理及化學定律，不存在所謂的「生命守恆定律」規定生命不能被創造或毀滅。當然，這看似不言自明，畢竟，我們知道生物會誕生也會死亡，但有時正是這些最顯而易見的現象，最難以被科學解釋，更難以被寫成數學定律。
現代科學教導我們的是：生命並非物質的某一種性質。
物理學家與化學家可以比那些堅信生命存在的我們以更近的距離觀察到，不存在某個魔法般的臨界點，使得一個分子或一群分子突然「變成活的」。生命是化學中的霧件（vaporware）：這個性質在我們的日常經驗——活著——中如此順理成章，但當你檢視組成我們的部分時，它卻無處可尋。
如果生命並非物質的一種性質，而只有物質能存在，那麼，生命便不存在。這大概就是艾靈頓當初想說的邏輯。
然而，我們就在這裡。
你是否曾想過，是什麼讓你「活著」？又是什麼讓任何東西「活著」？
在二〇一二年美國化學學會（American Chemical Society）的年度研討會上，一場以生命起源（origin of life）為主題的會議中，安德魯．艾靈頓（Andrew Ellington）提出了一個激進的理論：「生命並不存在。」艾靈頓是德州大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）的化學教授，而這是他關於「RNA化學與生命起源」演講的第一張投影片。他的想法讓我困惑不已。
那時的我之所以困惑，是因為也許我應該同意艾靈頓的說法；但是我並不同意。在他演講時，我確信自己是活著的——此刻的我同樣如此確信。你應該也確信自己是活著的，難道你沒有花費一輩子在……活著？活著這件事很重要，它與沒有活著截然不同。
然而，儘管我們如此直觀地相信自身的存在，仍有一些科學家對此提出質疑，並主張生命或許只是一種幻象（或副現象〔epiphenomenon〕）完全可以用已知的物理學與化學加以解釋——物理學家兼公共知識分子尚．卡羅（Sean Carroll）便是其中之一。在一場我任職的亞利桑那州立大學（Arizona State University）校園舉辦的晚間演講中，我坐在擁擠的人群中目瞪口呆地聽著卡羅聲稱：粒子物理學的方程式足以解釋所有物質的存在——包括你與我。諾貝爾獎得主傑克．索斯塔克（Jack Szostak）持有相似的觀點，他認為，過度執著於定義「生命」反而阻礙了我們理解生命的起源。依索斯塔克之見，愈是仔細檢視那些定義生命的「決定性」性質，生命與非生命之間的界線便愈顯模糊。
我記得自己小時候曾試圖拆解一隻昆蟲，再將它組裝成原樣，卻徒勞無功。那時的我實在太過驚訝，甚至來不及為牠感到難過。我們都對以下事實知之甚詳：生命無法被簡化為其組成部分之總和——不論那些部分是基本粒子、原子，甚或是分子。或許採取艾靈頓、索斯塔克與卡羅的立場是最省事的選擇：生命並非其組成部分的一種性質，因此我們也就不必費心去定義它。若真如此，那麼要理解生命的行為以及其如何湧現，只需要理解它的組成部分就足夠了。
在我受訓成為理論物理學家的過程中，我被教導去相信，生命並不是一個在概念上有多麼深奧的科學問題。有關現實本質的最基礎概念，應該是其他物理學家所研究過的那些——如空間、時間、光、能量，以及物質。的確，物理學此前的成就絕對不容小覷：在過去短短四百年間，我們已對宇宙的運行方式有了極為深刻的理解，甚至定義了「宇宙」（universe）這個概念。在極小的尺度上，我們已對所有物質的基本組成知之甚詳；在極大的尺度上，我們甚至能拍攝遙遠星系的影像——它們發出的光花了超過一百三十五億年才抵達我們的望遠鏡。
然而，生命的起源依然是科學中最重大的謎題之一。此時此刻，我們所共同理解的物理學描繪了一個歸根究柢沒有生命的宇宙。那不是我所生活其中的宇宙，而我敢保證那也非你的棲身之所。
但如果生命真的存在，它究竟是什麼？
而我們，又是什麼？
如果生機論已死，或許你也難逃一劫
與現代物理學家和化學家的觀點形成鮮明對比的是，科學家曾經相信生命是一個與物質截然不同、並獨立於其存在的類別。
這樣的觀點認為會動的物質被注入了一種「活力」（vital force），有時也被稱為生命衝力（élan vital）；亞里斯多德（Aristotle）稱之為「圓極」（entelechy）；哥特弗里德．萊布尼茲（Gottfried Wilhelm Leibniz）則稱之為「單子」（monads）。與許多人一樣，他們所描述的是一種只存在於生命體中的特質，這樣的特質引導出了生命行為，例如胚胎的發育、肢體殘缺後的再生，或其他任何看來只屬於生命、有目的之活動。這種對「活著」的理解，某種程度上與宗教概念中的靈魂相近，有些人甚至直接如此稱呼它。不論你如何為其命名，我們之所以認為這些特徵是生命所獨有的，是因為我們並未在非生命事物中觀察到它們——一塊石頭被劈成兩半後不會自行恢復原狀；但一條渦蟲（planarian worm）卻可以，並且確實會這麼做。這場科學思潮後來被稱為生機論（vitalism），其背後的核心思想在於：使物質成為生命的東西，無法以機械論的方式描述，因此也不屬於物質。
現代的唯物論者——如艾靈頓、卡羅與索斯塔克——認為物質的已知性質足以解釋生命；生機論者則持相反的看法，他們相信生命「確實」存在，但無法以物質的性質來解釋。
生機論的原理往往被描述為一種生命能量，或能讓死亡物質重新活動起來的生命火花。如果這聽起來有點像《科學怪人》（Frankenstein）中的情節，那是因為它們確實系出同源。瑪麗．雪萊（Mary Shelley）在一八一八年出版這部著名小說之時年僅二十一歲，她的書反映了那個時代最前沿的科學，尤其是關於靈魂、關於是什麼讓我們活著，以及關於是否能使用電力讓死者復生的理論。
瑪麗受到當時路易吉．伽伐尼（Luigi Galvani）的研究影響，而這些研究後來由他的外甥喬凡尼．阿爾蒂尼（Giovanni Aldini）繼承並延續。6這兩位科學家試圖以電刺激使身體部位動起來：他們會在死去青蛙的腿部施加電擊，使它們「跳舞」。據信，瑪麗也受到伊拉斯謨斯．達爾文（Erasmus Darwin，也就是更為人熟知的查爾斯．達爾文〔Charles Darwin〕之祖父）的啟發。這位較年長的達爾文曾以自然發生（spontaneous generation）為題撰文，主張在經陽光加熱的水中，無生命的物質能夠自發地獲得生命。
在雪萊的小說中，只要將新逝者的身體部位正確連接並通電，便能使它們重新動起來。她筆下的主角維克多．法蘭克斯坦（Victor Frankenstein）正是透過這種方式、以死者的身體部位製造出他那「活著」的怪物。如果我們試圖寫下一套物理定律，以解釋法蘭克斯坦博士有關創生怪物的獨門見解，我們或許會猜想：他發現了一種在死亡後會緩慢消散的生命「力」，而不管這種力由何種物質構成，其與電磁力有著極強的耦合。法蘭克斯坦博士在這個虛構世界中發現的這組特性有一點怪異；但我們真實世界中的物質同樣擁有許多奇特的性質。當你開始理解我們的宇宙之時，就會發現它是奇怪的（實際上，當你愈以為自己理解它，事情往往只會變得愈奇怪）。
不難想像，法蘭克斯坦博士使用了一套自圓其說的物理學來解釋生命——只是不管他使用的是哪套物理學，都不是描述我們真實宇宙的那套。真正支配生命的物理原理或許更加奇異，雖然我們此刻尚未理解生命受哪些原則所主宰，但也許有一天，這些原則對未來世代而言將是顯而易見的，就如同時空曲率或光子（photon）的存在對現今的我們而言那般。
許多生機論者認為，生命無法由非生命產生。具有生命的物質之所以特別，是因為它的組成本就特別——它們具有那必要的生命衝力。因此，生命必須由生命產生。即使是法蘭克斯坦博士，也必須使用那些曾經活著但新死不久之人的身體部位。
在《科學怪人》出版前後，「生命必須由生命產生」的觀念已開始在科學界失去支持。一八二八年，弗里德里希．維勒（Friedrich Wöhler）以兩種簡單分子（氰酸〔cyanic acid〕與銨離子〔ammonium〕）成功合成了尿素（urea）——一種在尿液中發現的有機分子。這項實驗顯示，由生物而來的分子並不具有任何生命力，生命物質的成分與非生命物質的成分並無二致。科學家經由這類實驗一再證明，非生命的化學過程與生命的化學過程之間並不存在本質上的區別，在適當的條件下，前者可以輕易地被轉化為後者。
當人類愈來愈了解化學及其背後的物理學，生命與非生命之間那條清晰的界線開始變得模糊。卡羅、索斯塔克、艾靈頓，以及許多持類似觀點的人，確實是對的——在某種程度上。
事實上，我們發現物質從非生命轉變為生命的過程並沒有違反任何已知的物理及化學定律，不存在所謂的「生命守恆定律」規定生命不能被創造或毀滅。當然，這看似不言自明，畢竟，我們知道生物會誕生也會死亡，但有時正是這些最顯而易見的現象，最難以被科學解釋，更難以被寫成數學定律。
現代科學教導我們的是：生命並非物質的某一種性質。
物理學家與化學家可以比那些堅信生命存在的我們以更近的距離觀察到，不存在某個魔法般的臨界點，使得一個分子或一群分子突然「變成活的」。生命是化學中的霧件（vaporware）：這個性質在我們的日常經驗——活著——中如此順理成章，但當你檢視組成我們的部分時，它卻無處可尋。
如果生命並非物質的一種性質，而只有物質能存在，那麼，生命便不存在。這大概就是艾靈頓當初想說的邏輯。
然而，我們就在這裡。
