第9章 对德尔勃吕克模型的，讨论和检验(1)

诚然，正如光明显出了自身，也显出了黑暗一样，真理是它自身的标准，也是谬误的标准。——斯宾诺莎《伦理学》第二部分，命题43

1．遗传物质的一般图像

前面的章节论述到的事实，我们可以据此回答一个基本的问题：由少量原子组成的分子结构——诸如遗传物质等，它们对于热运动的干扰能否长时间有效地持续抵制？我们假定，作为巨大的分子的基因结构，只有原子的重新排列这种不连续的变化发生其间。根据前面的论述，不连续的变化直接导致同分异构分子的产生。原子的一种重新排列可能只会对基因中很小一部分区域产生影响，但是这并不排除原子有大量重新排列的可能性。基因分子的实际模型和它的同分异构体分开的阈能远远高于原子的平均热能，以至于使得这种变化成为概率极其低下的罕有事件。这种罕见的变化就是我们常说的基因自发突变。

这一章的后面将会对基因、基因突变的一般图像同遗传学事实进行比较，详细论述其中的异同。在将要开始之前，我们先看看这个理论的基础和一般性质吧！

2．图像的独特性

我们研究生物学问题并孜孜不倦地探求其本质，并力求把图像建立在量子力学的基础之上，这种必要性值得我们百分之百地确定吗？对于基因是一个分子这样的一个结论，我想在今天这个时代已经是不言而喻的了。可能有些人对量子论不是很熟知，但是丝毫不妨碍对这一结论的坚信。在第四章第1节中，量子论诞生之前物理学家的语言已经为我们所用，并且成为我们可观察的分子持久性的唯一可以接受的合理解释。除此之外，我们还介绍了同分异构性、阈能，以及W∶kT在分子同分异构跃进中的重要作用——所有这一切，我们可以抛开量子论而在纯粹经验的基础上很好地解释说明。要想真正地把量子论在这本小册子里论述清楚，绝非是一件容易的事情，况且量子论的解读可能会使得更多的读者感到厌烦，那我为什么还在一如既往地坚持量子力学的观点呢？，量子力学的理论价值是众所周知的，它是第一个根据第一原理阐明自然界中实际存在的、原子的各种集合体的理论。有一个十分有趣但是却以非常费解的方式得出的推论——海特勒-伦敦键是量子力学理论的一个独特之处，它根据完全不同的理由使得人们最终被迫接受，但其本身并不是为了解释化学键而来。不管怎样，就现在的科研水平而言，这个推论已经科学地证明了可观察到的化学实验事实。像这种特殊的理论，在今后量子论发展的过程中恐怕“不可能再发生这样的事情了”。

通过上述问题的讨论，我们可以断定，遗传物质的分子解释是最恰当的，除此之外没有其他的解释了。这是我想说明的第一点。

3．一些传统的错误概念

但是我们似乎还有一些怀疑：由原子构成的持久性结构，除了分子之外，就没有其他的了吗？举个例子，比如在坟墓底下掩埋着具有千年历史的一枚金币，它上面的人像难道不是安然无恙地保留着吗？毫无疑问，这枚金币的材质确实是由原子构成的，但是我们一定不会把人像的完整保存归因于数字理论方面的统计。同样的道理，对于深藏在岩石中经历数个地质年代的纯净水晶，也同样是适用的。

实际上，分子、固体、晶体这样的单独物质个体并没有真正意义上的差别，而且从现代科学知识的角度看，它们的本质是完全相同的。然而，学校里的教科书似乎还在传播过时已久的观念，模糊人们的认知，这真是一件不幸的事情。

学校教科书里关于分子的知识，忽视了分子与固态物质的相似度比对液态或气态物质的相似度更为接近。相反，教科书传递给我们的却是确定物理变化和化学变化之间的区别；像熔化或蒸发这样的物理变化，分子在整个变化过程中是保持不变的。比如固体、液体或气体的酒精，不论是何种形态，它们总是由相同的分子C2H5OH组成的；而化学变化如酒精的燃烧：，C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O在这里，1个酒精分子同3个氧分子作用，经过原子重新排列生成了2个二氧化碳分子和3个水分子。

关于晶体，教科书的大部分内容只是告诉我们它是一种周期性的空间三维方向的堆叠晶格。单个分子的结构在晶体里有时是可以分辨出来的，例如酒精和许多有机化合物；而在其他一些晶体中，例如氯化钠，其分子则是没有办法明确区分，因为每一个钠原子被六个氯原子包围，并且十分整齐对称。因此，无论把哪一对钠氯原子看做是氯化钠分子，都是可以的。，另外我们还知道，一个固体可以是晶体，也可以不是晶体。我们把不是晶体的固体称之为无定形固体。

4．物质的不同“态”

对于上面的问题，我并没有进行深入的探讨，不过却愿意对上面所有这些说法和区别持否定性态度。实际上，它们在某些现实的应用过程中还是有一定作用的。尽管如此，我们还是不能按照上文中的方法来揭示物质结构的真实内涵，而必须找到另外一种完全不同的方法。新方法与原先的划分方法的最大区别是可以用下面的两个基本等式所联系的状态表示出来：，分子=固体=晶体气体=液体=无定形固体。

对于这些我们必须作简要的几点说明。所谓无定形固体并非一定是没有固定形状的，或者也不一定就是固体。木炭纤维看起来似乎是“无定形的”，不过通过X射线却在木炭纤维中发现了石墨晶体的基本结构。所以，木炭既是固体，又是晶体。而那些没有发现晶体结构的物质，“黏性”极大的液体恐怕是它们的最好称谓了。像这种没有确定的熔化温度和熔化潜热的物质，可以充分说明其并不是一种真正的固体。慢慢给它们加热，于是它们就会逐渐软化，最后液化。因此，不连续性的状态对它们而言是不存在的。

气态和液态之间的变化连续性对我们而言是一件司空见惯的事情。任何一种气体在靠近临界点的路径上液化而表现出的连续性，我们在这里就不多谈了。

5．真正重要的区别

不用考虑原子的数量多少，直接把它们结合起来组成的分子所需要的力的性质，与形成固体——晶体所需的大量原子所结合的力的性质是一样的，因此我们可以把分子看成固体或晶体。分子表现出的结构稳定性与晶体一样。于是，关于基因的持久性，我们便可以利用分子的稳固性来解释说明。

一种物质与另一种物质的真正区别在于物质结构中的原子之间相互结合的力的性质，这种力的性质是不是海特勒-伦敦“固化”力呢？原子在固体、分子中确实是这样结合的；但是在单原子气体中——比如水银蒸气，就不是这个样子了。即使是在分子组成的气体中，以这种方式结合的也仅仅限于每个分子中的原子。

6．非周期性的固体

我们通常把一个很小的分子称之为“固体的胚芽”。大的物质就是从这一个很小的“固体的胚芽”开始以两种不同的方式建造的，慢慢地，越来越大。有一种比较乏味的建造方式，是同一种结构在空间的三个方向上不断重复。正在生长中的晶体就是以这种方式建造起来的。在这种方式之下，如果周期特性能够较早确定，那么集合体就没有固定的生长增幅和大小了。还有另一种方式能够改变第一种方式的枯燥乏味风格，那就是有机分子在其中发挥着关键作用。它是不用那种乏味的重复来建造逐渐扩大的集合体。在越来越复杂的有机分子里，单个的原子和原子团都各自发挥着作用。这与在周期性结构那里的原子或原子团是不相同的。以这种方式来逐渐扩大的集合体，我们可以称它为非周期性的晶体或固体。于是，我们便可以利用这些得出下面的假设：一个基因是一种非周期性的固体，这种基因不排除是整个染色体纤丝的可能。

7．压缩在微型密码里的丰富内容