非线性动力学的生命观
根据近50年来物理学、数学以及其他领域的研究进展,发现过去由牛顿力学为哲学背景建立起来的自然科学的思想基础(包括量子力学在内)都是有一定局限性的,是以线性叠加原理成立为前题的。但是自然界的各种现象中很多都是非线性的。在过去不论从数学上或物理学中都是认为这类非线性问题很困难而是无法解决的难题。由于近年来计算技术的发展和数学物理中的突破,出现了一大类的研究非线性问题的理论和方法,如“突变论”、“耗散结构”、“协同论”,分岔理论以及混沌现象等等。这些理论虽然问题提法,解决方法都不相同但是它们都是由于动力系统的非线性而产生。可以统称为非线性问题。简单地讲就是一个系统的性质不同于它的组成部分性质的叠加就是一个非线性系统。生物学中长期的争论如还原论和整体论、机械论与生机论,可从这个领域的发展中找到解决的方案。
当一个系统的变化是非线性时,它的控制参数超越
过了某个临界值,就会出现“对称性的破缺”。一个均匀的,对称的系统就变为不均匀的和不对称的系统,物质在空间中出现了不均匀的分布也就意味着出现了结构这种结构的形成和维持是由于系统中各个组分以及与外界相互作用的非线性的性质才能实现。一旦各组分以及与外界的相互作用发生变化它们就可能解体、消失。所以有人称它为“耗散结构”因为它们的相互作用不断地耗散能量和物质。生命现象是一个典型的非线性动力系统,因此这方面的研究对生命的理解将有重要的贡献。
生命现象是一个不断地对称性破缺的过程。从分子水平上看所有的核苷酸、绝大部分的氨基酸以及很多脂肪酸和其他分子都是“光学活性”分子即只有手性分子的镜像的一面,它的镜像异构分子在生物体中却不存在。这个特性自巴斯德发现以来直到现在是唯一的有无生命活动的经验判据。这也可能是宇宙不守恒的对称性破缺的结果。这些分子的相互作用构成了一系列的对称性破缺从而生成了有复制能力的对称性破缺的反应系统,最终导致生命现象的出现。