自然科学总论
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78千字
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2021-06-01
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主编推荐语
生命的出现和进化,跨学科阐述物理学无法解释的答案。
内容简介
生命是如何开始的?生命的进化是否可以用物理类定律来描述?斯图亚特·考夫曼的最新著作提供了一种超越了物理定律所能解释的观点:从复杂的化学环境到分子繁殖、新陈代谢和早期原细胞,以及进一步进化到我们所认作生命的东西。
在已知宇宙中大约有一千亿个太阳系中,正在进化的生命肯定是丰富多彩的。无论在哪种情况下,进化都是一个“正在变化”的过程。自牛顿以来,我们已经转向借助物理学来考量现实。但是单凭物理是无法告诉我们我们来自哪里,我们是如何到达这里,以及为什么我们的世界已经从单细胞生物进化到一个极其复杂的生物圈。
目录
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版权信息
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总序
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再版序 一个坠落苹果的两面:极端智慧与极致想象
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序
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第1章 世界不是一台机器
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原子水平之上“非遍历”的宇宙
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第二定律之外
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人的心脏为什么存在?
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生物体是什么?
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世界若像一台机器
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第2章 功能的功能
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第3章 传播组织
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功
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边界亲件、功和熵
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约束功周期
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非传播和传播的功
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约束闭合体系
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两个闭合体系
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自我繁殖的潜力:三个闭合体系
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并不神秘的整体观
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物理学的通用性和生物学的特异性
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过程组织形式的传播
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第4章 解密生命
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RNA的世界
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脂的世界
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随机图像的连接
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从计算机到实验室
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生命的三个闭合体系
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生命,是分子多样性诞下的女儿
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“生命力”
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第5章 如何制造新陈代谢
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这是怎么产生的呢?
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碳氢氮氧磷硫(CHNOPS)
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对反应图谱作一些初步猜测
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走进实验室
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将新陈代谢系统和共同自催化集体组装起来
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第6章 原初细胞
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戴默-迪默场景
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前进到达原初细胞
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熵和持续的自我构建
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没有说的事情
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第7章 可遗传变异
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第8章 我们玩的游戏
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对世界的感觉、评价和回应
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移动
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从物质到意义
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工具性的应然
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我们所玩的花哨的游戏
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插曲 帕特里克·S.第一、鲁伯特、斯赖、格斯那些令人惊讶的莫实故事
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帕特里克的故事!
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鲁伯特的故事
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原初细胞斯赖的神奇故事
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格斯的故事
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第9章 舞台已经搭好了
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生物圈在多样性上的爆炸式增长
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我们无法将这种变化数学化
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情境依赖的信息
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第10章 扩展适应和螺丝刀
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预适应和扩展适应
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螺丝刀的多种用途
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应急装置、凑合着用
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第11章 物理之外的世界
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熵和演化
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生态位的创造是自我放大的
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定律之外:生物学不能被还原为物理学
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生物圈的变化不受定律限制
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还原论失败了
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尾声 经济的演化
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经济网络是什么?
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“需求”的两层意义
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窥探信息技术行业的演化
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经济网络中的邻近可能性
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有算法可循的邻近可能性
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无算法的、不可预知的邻近可能性
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情境的多样性和用途的多样性
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扩大着的网络正是它自己进一步扩大所需的不断增加的情境
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对经济学增长的标准模型的简单评论
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一个邻近可能性的初步统计学模型
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参考文献
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译后记
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牵扯的太广,感觉有点收不回来
这是一本充满想象力且富有逻辑性的一本书,作者斯图尔特・考夫曼所提出的约束闭合共生集体这个想法 我觉得很有创意。换个角度来看,今天我们所做的不是为了明天的什么目的,而是给明天提供了可能发生什么的条件。不是在创造新事物,而是赋予未知新事物发生的可能性。一切都是变化的,看似没有边界。实际上今天现存的所有事物共同构成了边界,亦即保持了一定的有序度,而这一切都是为了明日的演化所提供的 “大概” 方向。
复杂科学入门之书
湖南科学技术出版社的第一推动丛书推出了它的第十二本书《物理之外的世界》,它将带你打开一扇门,给你展露一个新兴的学科:复杂科学。该书是从生命的出现和进化的底层规律为切入点,再迁移到其他各种非平衡态复杂场景。都有哪些复杂场景呢?大自然的生命(包括人类)、人类社会的经济等具有无限多样性的场景。解释世界是人类的本能从亚里士多德到牛顿、莱布尼兹,再到爱因斯坦,无数的数学家、物理学家都在用简洁优美的公式解释这个世界。物理科学家们用分解的方法(还原论)将这个世界不断拆分,直至拆分到粒子然后再寻找其规律。随着越来越多的物理定律被人们掌握,人们越来越坚信宇宙的一切皆有规律可循,人们终将用优美的公式解释宇宙的一切规律。真的是这样吗?不完全是!我儿时曾将闹钟拆散后学到了闹钟的运行原理,可安装时却发现有一些零件装不回去了。我们将世界拆散理解,可是我们却不知道宇宙原子以上的世界是怎么组装起来的,因为这是一个复杂的世界,多样性多到没有足够的算力计算其规律,像谢顿(阿西莫夫的《基地》小说中类似先知的科学家)这样的人是根本不存在的。我们眼中的复杂世界就像一个黑盒子。复杂的世界毫无规律可言,可是我们可以通过生命的出现来理解复杂世界底层的运作规律。现在让我们来看看生命是如何开始的吧!在 40 亿年以前地球存在有机分子,有地球本土的坐地户还有外来陨石带来的外来户,它们在大海中形成了一锅 “汤”,当某些大有机分子浓度达到一个阈值时,奇迹发生了!它们会按自己的样子将其他有机分子拼接到一起,构成了一个和自己一模一样的的分子。这个过程叫埃尔德什 - 雷尼相变。经过实验 DNA 是这样,RNA 也是这样,蛋白质分子也是这样,这个不是偶然,这是一个必然的规律。所以咱们的生命过程就是一个复制的过程。好了,现在有了 DNA、RNA、蛋白质这些喜欢搭乐高的家伙,那么积木是哪里来的呢?这需要另一个伙伴 — 新陈代谢系统。所有的有机分子都是由碳氢氧硫磷等原子组成,当在肽的催化下一些原子会发生聚合 ,同时这些分子又会催化另一些原子聚合,再然后又会催化其他分子聚合,然后大家互相催化(很绕吧?这和咱们的复杂人类社会相似吧?)最终形成了一个可以产生有机分子的系统。现在组成细胞的材料全了,那么这些材料又是如何产生细胞的呢?科学家们猜测,细胞产生在冷热交替水池的边缘,水分蒸发后水中的脂质贴在岩石壁上,一些 DNA,RNA 等分子贴在脂质上,然后下一层脂质又覆盖在其上,形成了 “三明治” 的泡泡结构。泡泡的外壁是脂质,中间是一些可以复制自己的有机分子。后面我把它们的组合 — 细胞称为 “乐高俱乐部”,其中的一些俱乐部演化出复制整个自己的能力 — 分裂。从此,生命的意义就产生了!有些物质适合 “乐高爱好者” 们,可以提供 “积木” 或者有利于催化积木就是 “好的”,反之就是 “有毒” 的。(插一嘴,从细胞角度看新冠病毒不就是不利于人体这个 “乐高俱乐部” 吗?)再然后咱们看一个轻松点的故事:很久很久以前,一个叫帕特里克的细胞被刮在了一个岩石上,它发现在这里也可以获得养分,于是它在这块岩石上不断复制自己,产生了无数个自己附在岩石上。有一天,有个叫鲁伯特的细胞演化出了在其他细胞上钻洞,吃掉对方内部的能力,它碰到了帕特里克们,于是它就在这里一直吃帕特里克。又有一天,一个叫斯赖的细胞无意中沾到鲁伯特身上,它发现鲁伯特钻帕特里克漏出的液体可以给自己带来养分,于是它也定居在这里。有一个叫格斯的细胞碰到了帕特里克,它有一种功能,它能分泌一种胶质帮助帕特里克粘在岩石上。这样形成了一个微观情境。每一个细胞的诞生就产生了生态位,其他细胞有机会 “被适应” 这个生态位。同时这些细胞又产生了更多的生态位。这样生命以爆炸式的演化形成了生态环境。下面的故事情节交给达尔文吧。这就是生命的诞生历程,繁殖是我们与生俱来的属性,因为这是物理世界的规律!复杂的世界以物理世界为基石,其演化却又无法用物理定律解释,这就是物理之外的这个世界!拓展:复杂世界和生命的世界是类似的,都是无数多样性的个体之间按简单的规则相互作用,当达到一个阈值后会涌现出一个特点。在生命系统中,我们可以通过埃尔德什 - 雷尼相分析这个系统中的 E 和 N 以及阈值就可以模拟建立这个系统的模型。同样人类社会、人类的经济体系都是复杂系统,也同样具有这种特性。如果大家想进一步了解可以看看杰弗里。韦斯特博士的《规模》和梅拉妮。米歇尔的《复杂》一书。
出版方
湖南科学技术出版社
湖南科学技术出版社,系中南传媒旗下子公司。出版社以“弘扬科学精神,推动科技发展”为出版宗旨,推出一大批高品位、高格调、重实用、讲实效的科技佳作,如《时间简史》《医学临床“三基”训练》等。