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探索宇宙起源物理的新使命

 昵稱137991 2009-06-11
分析物種演化數(shù)學(xué)物理幫了大忙   外星生命研究是目前物理最重要研究

100多年前,物理與生命科學(xué)各行其道,如今兩個領(lǐng)域已緊密結(jié)合;生命科學(xué)研究需要大量物理知識與計算,宇宙演化及外星生命研究,也要援引生命科學(xué)基礎(chǔ),兩個領(lǐng)域在新世紀(jì)將共同激發(fā)更多科學(xué)的火花。 100多年前,物理與生命科學(xué)各行其道,如今兩個領(lǐng)域已緊密結(jié)合;生命科學(xué)研究需要大量物理知識與計算,宇宙演化及外星生命研究,也要援引生命科學(xué)基礎(chǔ),兩個領(lǐng)域在新世紀(jì)將共同激發(fā)更多科學(xué)的火花。 

李弘謙說,19世紀(jì)中葉前,世界上只有宗教觀,沒有科學(xué)觀,哲學(xué)就是唯一的科學(xué);達(dá)爾文25歲時搭船到新大陸,研究5年后發(fā)現(xiàn),有些鳥與舊大陸的鳥形態(tài)極為類似,但又不太一樣,開始懷疑原本相同的物種,在不同環(huán)境中會衍生出另一物種,但因達(dá)爾文是虔誠的天主教徒,深信生命是上帝創(chuàng)造的,所以拖了20年才發(fā)表論文。

當(dāng)時達(dá)爾文認(rèn)為,所有物種是由一個或一小群共同祖先,經(jīng)由「天擇」慢慢演化而來;雖然達(dá)爾文也在書里詳述社會上不同的意見,但仍引發(fā)社會極大爭議,直到今日,仍有許多人反對達(dá)爾文的觀點。

生命演化受制于物理定律

在1926年首創(chuàng)量子力學(xué)的薛定格,在1944年寫下「生命是什么?」一書,大膽預(yù)言數(shù)碼化的遺傳機(jī)制;英國科學(xué)家華生與克立克在1953年,依據(jù)1張X光照片,連夜做出DNA模型,不僅開啟生命科學(xué)研究,還獲得諾貝爾獎,后人更依據(jù)兩人研究,逐步確認(rèn)DNA就是數(shù)碼化遺傳機(jī)制,證實了薛定格的假設(shè)。

李弘謙表示,早期生命科學(xué)與物理領(lǐng)域,幾乎沒有重疊之處,但現(xiàn)今生科研究也需搜集大量數(shù)據(jù)資料,用數(shù)學(xué)物理方法分析,并用理論與模型反覆驗證同一批數(shù)據(jù),亦即生命的起源與演化,也受制于物理定律,且愈早期的生命愈簡單,也愈容易用基本物理原理加以探索。

李弘謙還說,每個物種各有獨特的基因圖譜,人類基因圖譜在21世紀(jì)初完成測序,并證實是在23對染色體上,每個人的演化歷史和生長藍(lán)圖,就寫在每個人的基因圖譜上;人類基因圖譜是由4大堿基組合成數(shù)億個字母的巨大資料,若未結(jié)合物理分析,不可能完成測序。

每個物種從胚胎到成年,都會把演化過程重走一遍;李弘謙說,最有趣的現(xiàn)象是,不同物種的胚胎,像魚、龜、豬、雞、牛、兔、人等,在最早期時長得極為相近,后來卻會分別長成完全不同模樣,顯示每個物種的基因圖譜里,有極為不同的演化痕跡。

相對論讓生科與物理結(jié)合 相對論讓生科與物理結(jié)合

李弘謙認(rèn)為,在達(dá)爾文1859年發(fā)表「物種演化」前,生命只是哲學(xué)問題,并非科學(xué)問題,達(dá)爾文首度將生命起源問題帶進(jìn)科學(xué)范疇,但僅限于地球上的生命;人類直到愛因斯坦于1905年發(fā)表狹義相對論后,才開始思考宇宙起源與演化問題,生命科學(xué)與物理也才逐漸結(jié)合,并不斷出現(xiàn)爆發(fā)性的發(fā)展。

李弘謙進(jìn)一步指出,在20世紀(jì)前,宇宙被認(rèn)為是靜態(tài)的,沒有人想到宇宙也有起源與演化過程,直到愛因斯坦發(fā)表狹義相對論,賦予宇宙是動態(tài)的觀點后,科學(xué)界才陸續(xù)提出宇宙動態(tài)觀理論,像勒梅特1927年的「大霹靂假設(shè)」、哈伯1929年的「宇宙在膨脹」及1960年代陸續(xù)發(fā)表的宇宙溫度、脈沖星、類星體、黑洞等,都說明了宇宙在演化。

李弘謙說,物理學(xué)是不受時空限制的科學(xué),宇宙間最大的物件—宇宙本身、宇宙間最小物質(zhì)—蛋白質(zhì),都是物理的研究對象,兩者尺度相差了10的35次方;宇宙中最古老的事件,即137億年前的宇宙大霹靂及存活時間僅十億億萬之一秒的基本粒子,也都是物理研究范疇,顯示物理的研究對象無所不包。

而目前物理最重要的研究,就是宇宙的起源與演化及尋找外星生命,李弘謙說,若沒有生命科學(xué)的基礎(chǔ),即使發(fā)現(xiàn)外星生命,也無法進(jìn)一步證實,所以在新世紀(jì)的科學(xué)發(fā)展中,生命科學(xué)與物理必須更緊密結(jié)合,才能開創(chuàng)出更多令人驚異的科學(xué)成就。

 


中央大學(xué)物理系教授李弘謙高中時就是運動健將,還曾是臺北市中學(xué)運動會100公尺低欄亞軍,至今他還維持每天晨跑習(xí)慣,即使年過六旬,說話仍中氣十足。
李弘謙的幼年,不斷在逃難中度過。 出生香港的他,因日本侵華占領(lǐng)香港,跟著父母逃到中國大陸貴陽、重慶等地,后來因父親李直夫擔(dān)任軍事代表團(tuán)副團(tuán)長,被派到印度加爾各答,全家人又跟到印度,直到對日抗戰(zhàn)結(jié)束后,才回到重慶。

不久后,又因父親工作關(guān)系,李弘謙和家人搬到新加坡,才過1年又搬回蘇州,沒想到國共戰(zhàn)爭,國民政府軍節(jié)節(jié)敗退,東北失守,李弘謙全家人又搬到香港,直到臺灣定居,才開始有安定的念書環(huán)境。

李弘謙說,他原本就很喜歡自然科學(xué),加上楊振寧、李政道獲得諾貝爾物理學(xué)獎,讓他決定投身物理,師大附中畢業(yè)后,也順利考上臺大物理系;但他笑說,大學(xué)時因個性自負(fù),覺得教授教得不好,蹺課自己念,現(xiàn)在回想起來很后悔,「因為只靠自己念,真的很辛苦,也少了與教授、同學(xué)的互動,如果當(dāng)年多認(rèn)識些同學(xué),現(xiàn)在應(yīng)該會比較有成就」。

李弘謙自認(rèn)個性好動,高中、大學(xué)均是學(xué)校田徑代表隊,他開玩笑說,可能是受到小時候四處逃難影響,讓他練出好腳力;他還參加過全國第一個青年管弦樂團(tuán),擔(dān)任第二小提琴,現(xiàn)今國際音樂大師李泰祥,是該團(tuán)第一小提琴首席。

李弘謙還精通滑雪、風(fēng)帆、美式足球等運動,15年前在加拿大工作時,有次一個人跑去滑雪,不慎摔進(jìn)已結(jié)了一層薄冰的河中,爬不上來、也潛不下去,幸虧有艘氣墊艇聽到他在喊救,急時將他救起,否則他不是凍死就是淹死了。

李弘謙說,以前的他很自負(fù)、得失心很重,因為那次從鬼門關(guān)前撿回一命的經(jīng)歷,讓他體會到人生無常,凡事也不需太計較,他也常常勸學(xué)生,只要用心念書、做實驗、參加社團(tuán)多學(xué)些東西,不要太在意成績,過自己的人生才重要。

 


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