物理学与生物学的基本区别与联系！

中国微生物菌种查询网：物理学和生物学之间有什么区别？拿一颗羽毛球和一颗篮球，将它们从比萨斜塔放下，物理定律可以让您准确地预测它们的轨迹。现在再次进行相同的实验，但用一只麻雀和一只鸽子分别代替铅球和篮球，将它们从比萨斜塔放下。结果怎么样？物理定律再也不能准确地预测它们的轨迹。

一、物理学与生物学的基本区别

物理世界与生物世界是不同的世界，自然有不同的规律。实际上，物理世界并没有违抗生物世界定律，生物世界也并没有违抗物理世界定律。但是，物理系统不被生物定律所预测，生物系统不被物理定律所预测。如果将这两者随意混淆，自然会得出荒谬的结论。

生物学是对生命和生物的研究，研究其结构、功能、发生和发展规律的科学，是自然科学的一个基本组成部分。

物理学是对物质和自然规律的研究，以了解物质和宇宙的行为，具体地是对能量和物质以及两者如何在时间和空间中相互作用的研究的学科，研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，是许多自然科学的基础。

物理学和生物学之间的基本区别，我们许多人都知道，下面再说一些更深层次的区别。在某些情况下，物理学无法证明或无法解释生物学现象，生物学无法证明或无法解释物理学现象。例如，物理学无法解释DNA特质的加密或与进化有关的历史偶然性；物理学和生物学无法描述生命的起源，也无法解释无机物如何转变为有机生命。

生物学的进化论与物理学热力学的第二定律相矛盾，因为自然界不能无序地创造秩序，而进化是一个创造秩序的过程。

这两门科学的区别还在于模型的描述方式。在物理学中，我们处理最简单的事情：解释行星轨道、氢原子等问题，这些模型是完美的。在生物领域，事情变得越来越复杂，现有的理论范围往往非常有限。在生物学中，问题通常是如此复杂，以至于对于同一事物的不同方面通常拥有完全不同的模型。

为什么这两门科学存在这样的区别，重要原因之一在于不同的逻辑关系。物理学中存在固定的相互作用，这些相互作用是大自然赋予的无法改变的现象。生物系统中的因果关系，从生物分子层面及到以后所出现的每个层次，都具有功能目的性的逻辑性。

什么是功能目的性的逻辑性？譬如，月球或电子的存在或两个粒子的碰撞是没有功能目的性的，岩石和星星没有目的。月球的存在可能对我们所知的生命起源至关重要，因此可能说月亮的目的是使地球上的生命通过潮汐作用从海洋出现到旱地。但是，月球并没有意识到这种影响：就月球而言，它是绕地球轨道运行的产物。

这架飞机之所以飞行很好，是因为我们使用了明确的演绎数学逻辑以及我们对流体动力学定律的知识来优化其设计。存在这样的“因果关系”，如果原因不同，那么结果将是不同的。例如，如果飞机是航天飞机或民用飞机车，机翼的设计就会有所不同。

我们知道相对论是正确的，所以我们知道原则上可以制造核电站和核弹。因此，可靠的数据（对逻辑推导关系E = mc^2的实验验证）将演绎论证与现实世界的可能性联系起来。

二、物理学与生物学的基本联系

那么，物理学和生物学是完全不相干的两门科学吗？这两者之间不需要或不存在任何联系吗？

无论物理世界也好、生物世界也好，我们是生活在同一个、唯一的世界里。从根本上，物理学和生物学之间没有明确区分，只是不同的望远镜和显微镜。我们对这两门科学就了解得越多，望得越远、探得越深，就越了解它们之间的相互联系。

这两门科学之所以分离，是基于科学的发展历史。在学校教育中，学习者首要的是需要学习到这两门不同的基础知识。分离这两门学科，是因为有必要以有意义的方式对优先需要考虑的事项进行分开地学习。

但是在跨出学校以后，在实际的生活工作中，这些区别会再次变得模糊。即使在研究中，例如，在蛋白质晶体学研究中：要了解其过程，需要深入的物理知识，要了解其结构，需要良好的生化知识，必须能够了解生物学与物理学的联系才能进行这方面的研究。

物理学和生物学最基本的联系在于，当将世界仔细划分下去，比如将生物世界仔细划分下去，划分为器官、再到组织、再到细胞，在细胞下还有蛋白质、RNA、基因等，再细分为分子和原子、再到质子和电子等。从这个意义上来讲，物理学是生物学的基础，也成为其他各自然科学学科的研究基础。

物理学为生物学提供了基础。没有空间、物质、能量和时间等，生命有机体将不存在或无法描述。因此物理学将自然定律应用于生物研究。例如物理学有助于解释蝙蝠如何利用声波在黑暗中导航，以及机翼如何赋予昆虫在空中移动的能力。许多花朵以斐波那契式的顺序排列其种子或花瓣，以最大程度地暴露于光和营养。反过来，生物学又有助于证明物理定律和理论。费曼指出，生物学帮助物理学提出了能量守恒定律。

物理学与生物学之间联系的关键环节是由生物分子提供的，例如电离子通道，这些使生物逻辑从基础物理学中体现出来。功能的选择产生了活细胞。细胞通过从环境中收集能量来远离热平衡。它们由数千种不同类型的分子组成，以DNA的形式包含了以生存和繁殖为目的的信息。

目的或功能如何从物理学中体现？在宏观上，通过适应性神经网络和在人类和高等动物的生理系统中；在微观水平上，通过细胞发育的表观遗传效应、基因调控网络以及信号转导网络的适应性效应及神经突触。

神经元通过轴突接收信号，其流向执行求和运算的原子核，然后生成的尖峰序列将轴突流向突触，进行进一步的求和过程。如果结果高于阈值，则信号会传递到其他神经元。树枝状和轴突中的电流行为由基础物理学控制，基于这些力的量子力学相互作用是神经元及其组成部分结构的物理基础。

物理学逻辑和和生物学逻辑之间虽然存有差异，但使这种差异成为联系可能的生物分子，将两者连接起来，最后通过物理过程产生生物活性，演绎因果关系，最后是生物的可塑性将生物特性与物理特性分开。

在我们的大脑中，同时具有物理学逻辑：“如果 …… 那么 …… 否则 ……”，其基础是生物学中的生物分子所执行的逻辑运算。这同样适用于许多其他生物学环境。这些基本逻辑单元，通过特定的神经元连接和权重，以几乎难以理解的方式，与每个神经元上的数千个突触输入结合在一起，从而导致参与学习、记忆和更高水平的认知功能的协调作用。细胞功能所使用的必需的能量是由复杂的代谢调节网络控制，该网络根据逻辑运算确定将进行哪些能量交易。人工智能就是将物理学逻辑运用于生物学而人工制造出的、只有人类过去才具有的智能，甚至在许多方面远远超过人的智能。