MIT达尔文|杰里米·英格兰Jeremy England:爱科学,也爱上帝

达尔文,英国生物学家、进化论奠基人,在搭乘小猎犬号环球航行5年、观察了大量动植物和地质结构后,写出了《物种起源》。这恐怕是小学生都知道的常识。

MIT达尔文|杰里米·英格兰Jeremy England:爱科学,也爱上帝

然而,有人站出来,宣称生命的起源和随后的演化并不存在那么多机缘巧合的神秘变异,而是遵从着自然的基本规律,这一切都是水到渠成。

这个人叫杰里米·英格兰(Jeremy England),提出这项观点的时候只有31岁。他也因为这项发现被称为“达尔文第二”。

英格兰1982年出生于美国波士顿,母亲家是二战种族大屠杀中幸存下来的波兰犹太人,父亲是新罕布什尔大学经济系教授,一个算不上虔诚的路德教徒。

杰里米·英格兰(Jeremy England)

杰里米·英格兰(Jeremy England)

虽然从儿时开始,英格兰就常被父母带去各种博物馆,也因为离得近常去哈佛大学的校园里玩,但这并不足以解释小英格兰何以对科学如此感兴趣。3岁时,他曾语出惊人:“如果恐龙会灭绝,有一天我们也会。”7岁起,他开始强烈感觉到知识储备的匮乏,于是涉猎各种书籍,从哲学到音乐再到奇幻文学,9岁的时候已经通读了霍金的《时间简史》。

对于这种神级学霸来说,一路从哈佛到牛津到斯坦福到普林斯顿,最后到现在在麻省理工学院物理系执教,这一切都是顺理成章。

除了中途出现的一点小意外。

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在牛津读研究生期间,英格兰平生第一次从同班同学身上感受到了排犹情绪。虽然生长在犹太背景的家庭,也会随着母亲参加一些犹太教活动,但他从来不是个犹太教徒。这次的负面体验让他第一次开始认真审视起自己的文化身份,暗下决心要展开一场寻根之旅。

2005年,英格兰第一次踏足以色列,就对这片土地一见钟情。骨子里某种古老的记忆被唤醒了。他拾起犹太教经典研读,称无论宏观还是微观上,自己的心智都从未有过如此奇妙而深刻的体验,这是一种“回家的感觉”。

当这种体验延伸到学术领域,不可避免地,他开始重新审视生命起源这一古老的问题。

生命究竟是什么?又是从何起源的?这不仅是每一部宗教典籍中开宗明义的教义,更是现代科学长久以来试图回应的终极挑战。

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达尔文主义和自然选择学说告诉我们,适应良好的生物体为了生存下来并在环境中更好地繁衍后代而进行了进化。英格兰对此并不反对,但他认为这种观点过于含糊。他举例指出,蓝鲸与浮游生物都生活在海洋这一环境中,但二者赖以生存的手段却大相径庭。虽然它们的基本构造相同,DNA的排列却迥然相异。

“树是有生命的,鱼是有生命的,云和岩石是无生命的。个中差异就在于生物体会从周遭环境中吸收能量,再将吸收的能量以热的形式释放出来。随意取一团原子,对其施以足够长时间的光照,便会长出一株植物,这是很自然的事。”英格兰说道。“我绝不是说进化论是错的,恰恰相反,我的意思是说,从物理学的角度来看,达尔文的进化论是普遍现象中的特例。”

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英格兰的理论核心正是物理学中的热力学第二定律,又称熵增定律,即孤立系统的熵永不自动减少,熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加。假设孤立房间中放着一杯刚煮好的咖啡,最终,咖啡的温度会降到与房间温度相等,且永不可能自动再加热。尽管孤立系统中的熵随时间推移而增加,在开放系统中,却可以通过大大增加环境的熵来在原子间不均匀地分配能量,使熵保持在低水平。

物理学家大卫·卡普兰用物理学解释生命起源

生命并不违背熵增定律,但直到近年来物理学家们才开始试着用热力学阐释生命的起源。因为接受过生物化学和物理学的系统教育,英格兰得以将物理学定律应用在生物学上。“随着时间的推移,被大气或海洋包围的原子团会趋向于使自己与周围环境中的机械、电磁或化学的做功源越来越协调。”推动进化的驱力来自生物的生殖过程。在这一过程中,随着时间的推移,一个系统消耗的能量会越来越多。这一理论同样适用于非生物。

简言之,在英格兰的理论中,进化只不过是符合物理定律的一种必然现象。

普利策奖得主、著名科学史学家爱德华·J·拉尔森说,如果英格兰的理论最终被验证,那么他无疑将成为第二个达尔文。

康奈尔大学物理学家卡尔·弗兰克是这样评价英格兰的研究成果的:“差不多每30年人类就会经历一场巨大的飞跃,这次或许就是这个了。”

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而在英格兰看来,探索生命的究极奥义与在犹太经卷间解读神的旨意是殊途同归的。他曾说过,上帝创造地球并非字面意义上的“创造”,而是赋予了这个行星“地球”之名;约瑟也不是旧约中的先知,而是一个科学家。

那么,或许生命的秘密也并非深不可测,而是一直以来就静静躺在人类的掌心,只等待着我们低头凝视的刹那。

文章由未来论坛(ID:futureforum)编译
文章来源:Wikipedia,Quanta Magazine,Ozy,The Times of Israel

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  1. 想象一种语言就是想象一种生活方式。——路德维希·维特根斯坦《哲学研究》(1953)
    考虑到词汇的含义以及它们所能表达的深意,杰里米·英格兰(Jeremy England)非常注重措辞。他避免使用“意识”或“信息”这样的词,他觉得这太意味深长了,所以反而不可靠。在他考虑合适的措辞时,他的嗓音甚至会出现小小的破音,随后才再次恢复流畅。

  2. 34岁的麻省理工学院物理学助理教授提出了一项叫做“耗散适应”(dissipative adaptation)的新理论,来诠释复杂的生命体是如何由无机质这样的简单物质进化出来并完成自我组织功能的。这个理论让英格兰获得了一个他不怎么喜欢的称号:“第二个查尔斯·达尔文”。但英格兰的故事在探讨生命的同时也与语言相关。当前世界仍在使用的语言有6800种之多,然而并不是每个词都有准确的翻译,一些独特的含义也就在不同的语种转换间流失掉了。例如,日语中的wabi-sabi(侘寂,指残缺之美)和德语中的waldeinsamkeit(指独处于树林中的孤独感)在英语中都没有完全对应的单词。

  3. 起初神创造天地。”这句话中的“创造”、“天”、“地” 在希伯来语中分别是bara,shamayim和aretz,但英格兰说,这三个词只有和下文的语境联系在一起时才具有实际含义。比如说“创造”这个词bara表示赋予事物以名称,那么创造世界就是创造一种语言游戏。“神说,要有光,就有了光。”神说出光的名字才创造了光。“我们对这句话太熟悉了,以至于我们开始真正思考这句话时,很容易忽略它最简单的含义,”英格兰说道,“正是我们这样称呼光,才有了能够让我们看见这个世界的光。”英格兰认为,如果要用物理语言来描述生物学的话,这一点或许很重要。

  4. 热力学第二定律表明,在封闭系统的条件下——比如盒子中的气体,或是把宇宙看做一个整体——混乱度会随时间而增加(即熵增定律)。雪会融化成一滩水,但一滩水绝不会自发地聚集成雪花。如果你真的看到水变成了雪花,那你肯定以为自己在看电影回放,这就像时间倒流一样。热力学第二定律使得大量原子颗粒的行为都具有不可逆性,所以我们才会有“过去”、“现在”和“将来”这些词汇。

  5. 薛定谔又发现了一个疑问。他说,引发时间箭头和生命箭头的机制一定是不同的。时间箭头来源于大量样本的统计——当你有足够多混乱无序的原子时,其中的无序排布要比有序排布多得多,所以这些原子形成有序状态的可能性为零。但对于生命而言,即便在显微镜下看,原子也是有序而不可逆的,而只有极少的原子游离在外。在这种条件下,原子不可能大量聚集,也就无法在统计上形成热力学第二定律这样的规律。比如说,生命的基础成分、RNA和DNA的构成单位——核苷酸,就仅由30个原子组成。但薛定谔也注意到,遗传密码的组成之牢固简直不可思议,甚至能够“以近乎奇迹的持久力”遗传成千上万代。

  6. 安伯托·艾柯说过:“翻译是门失败的艺术。”这次全新的“翻译”会不会也是个失败还尚未可知。最终,可能不只有一种语言能够表达生命的复杂性,但是英格兰想要尝试崭新的一种。他去年在《评论》(Commentary)杂志中这样说道:“不止有一种语言能够描述这个世界,而上帝想要人们掌握所有。”

  7. “如果只是模仿生物体做的某件事,而非模仿生物本身,要做的事情可能就会减少很多。”就拿英格兰及其实验室成员目前正在研究的突现计算(emergent computation)来说,他们的目标是在不接受任何设计指导的情况下,使粒子系统在自身环境中进化出预测改变的能力,毕竟想要在环境波动中变得更适合吸收和耗散能量需要一定程度的预测水平。“如果这个实验能够成功,那么关注点就变成了粒子系统是如何基于对过去的统计来调整相互作用,有效实施关于未来的计算的。”英格兰说道。这可能会影响到一系列与预测力相关的技术,不管是神经网络的运作,还是预测低价机票的程序设计。

  8. MIT只授予一种学士学位:理学,缩写不是BS而是SB,这一点比较独特。哪怕是学音乐或法语专业的(每届总有少数几个),都是授予理学学士,都要必修两门微积分、力学、电磁学、化学、生物学、实验课、至少4门训练沟通能力的课程、至少8门文科课程、等等。
    MIT的文化的精髓其实是恶作剧(Hack),历史上有许多经典的恶作剧,MIT有只有女生住的宿舍、比较传统,也有很诡异的以吸毒、滥交闻名的宿舍。MIT的戒指是Brass Rat,历史悠久,影响力大,很多人会去买一枚金戒指(正式场合用)和一枚钢戒指(平时用),很可能是现在普遍流行的毕业戒指的滥觞。

  9. ,MIT的学术气氛非常浓厚。每一层楼里都有很多公共空间,配有沙发和白板,讨论气氛很浓厚。而组里也很鼓励这种讨论和交流,基本上大家有什么想法和疑难都会拿出来分享,所以组里同学间互相合作的论文非常多。科研机构当然少不了学术研讨会,而最让人喜欢的一点就是所有的学术研讨会都附带一个social event,大家听完讲座都出来吃点心(或者宅实验室不听讲座算好时间出来吃点心),学生们交换八卦,大牛们交换研究心得。MIT的校园带有一种历经岁月沉淀的浓重的学术气息,除了随处课件的学术成果展览以外,校园就像一个科技历史博物馆,随处可见陈列在橱窗里的年代久远的实验仪器或者是陈年的研究手稿。这种研究氛围又是有传递性和吸引力的,每周都会有团体或机构借这块宝地开研讨会。而作为学生,可以很容易地混进去并参与其中,这也是一个很好的机会和不同的人交流。这种学术气息也不会让人产生“书呆子”的联想,专注的气氛中也可感受到活跃。你经常可以看到有关学生创业的项目和分享会,创业小团队拉人的广告,或者是更直接的码农招聘。

  10. 運动比赛非MIT的强项,但志在参与。哈佛和耶鲁的传统年度橄榄球赛,本来没有MIT什么事,但我记得有一年球赛中场休息时,场中央草地上忽然憑空“长”起了一个上面印了“MIT” 白色字体的大黑气球,全场哗然!原来是MIT的学生趁夜将草皮中的自动喷淋器接上了气泵气球,在中场时启动,上演了一场屌丝复仇记。第二天当地报纸的大标题是
    “Harvard vs.Yale,MIT Won”
    现在回想起来,斯校斯风,殊为难能可贵!

  11. 对这个世界更为强烈的好奇心和持续释放对科学真理的巨大热情,课程计划,实验室项目和校园建筑不以创新的姿态展现在我们面前,还有许多无比博学的Nb教授和激情无限才华洋溢的同学们,一起组成了MIT这个不断创造知识、用新的视角来重新审视我们自己以及周围的这个世界的梦想合唱团。P.S 很多media lab的同学真正高智商,而且创意无限,有名的就是Hacker!如果常春藤的气质可以用“高贵”来形容,西海岸学校气质用“自由”来形容,那么MIT的气质无疑就是“严谨”。