物理有自己的理論體系，一類是基礎(chǔ)物理，一類是應(yīng)用物理，再一類是估算語文。你們曉得語文在天文、物理和工程領(lǐng)域得到了特別成功的應(yīng)用，天文上好多小行星的發(fā)覺，包括軌道的估算都有賴于物理；化學(xué)學(xué)更是這么生物學(xué)和天體物理學(xué)，量子論和相對論的提出都深深打下了物理的印記；工程方面橋梁的設(shè)計、宇宙飛船和潛艇的發(fā)射等都要用到大量估算，可以說物理的應(yīng)用及其價值無可估量。
>>>>
"21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)"，近代生物科學(xué)的發(fā)展可以說有兩個特征：
一是微觀方向的發(fā)展，如"細(xì)胞生物學(xué)"、"分子生物學(xué)"、"量子生物學(xué)"的發(fā)展等等，顯微鏡的出現(xiàn)促使生物科學(xué)向微觀方向發(fā)展得到了可能，顯微鏡下人們可以看見生物的細(xì)胞和細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，并且顯微鏡下未能使人們了解各類細(xì)胞群體之間的互相關(guān)系。作為一個系統(tǒng)，它的發(fā)展過程以及發(fā)展趨勢，就必須用物理的方式來研究。人們可以通過顯微鏡觀察和實驗去了解生物細(xì)胞的各類特點，而且顯微鏡和實驗都不能得到綜合的推論，而這些推論也必需用物理的方式來進(jìn)行，因而也可以說生命科學(xué)的微觀方向發(fā)展必不可少的要引用物理方式。
另一發(fā)展特征是宏觀方向，從研究生物體的臟器、整體到研究種群、群落、生物圈，生物體、生物臟器、細(xì)胞分之的研究，我們都可以通過觀察和實驗來進(jìn)行，并且對于生態(tài)學(xué)的研究則不完全是這樣，物理的推理顯示了非常的重要性，可以說生態(tài)學(xué)是一個以推理為主體的科學(xué)，所以有人說"生態(tài)學(xué)就是物理"。
人們堅信物理也將象顯微鏡一樣幫助人們?nèi)リU明生命的奧秘，生物物理的研究就是通過物理模型來實現(xiàn)的，只要模型的構(gòu)建符合生物發(fā)展規(guī)律，之后通過對模型的物理推理，因而發(fā)覺新的生命現(xiàn)象。就如人們周知的事實一樣，再天體熱學(xué)的發(fā)展史中曾有借助萬有引力的假定，借助物理模型和嚴(yán)格的物理推理，確切的預(yù)測仍未被人們發(fā)覺的天體的具體位置和大小，人們也堅信語文在生命科學(xué)中的地位。物理模型不但可以幫助人們?nèi)パ芯可矬w、了解生物體，并且可以幫助人們?nèi)グ焉铿F(xiàn)象與工程聯(lián)系上去，為生物工程的理論工作凸顯出美好的前景。
凝膠，顯微鏡和移液器是現(xiàn)代分子生物學(xué)家們的必備物品。并且基因和蛋白網(wǎng)路的物理模型不久也將成為同等重要的工具。2000年是物理開始在主流生物學(xué)中發(fā)揮作用的一年。這一領(lǐng)域的帶頭人之一，劍橋?qū)W院的Bray說："這個領(lǐng)域正在創(chuàng)造出大量的驚喜，并且有大量的人開始步入這個領(lǐng)域。"
雖然結(jié)構(gòu)生物學(xué)家們和神經(jīng)科學(xué)家們常年以來始終以來用物理來解釋她們的實驗，并且大多數(shù)的分子生物學(xué)家，細(xì)胞生物學(xué)家和發(fā)育生物學(xué)家們還沒有使用太多的物理方式。并且隨著基因組數(shù)據(jù)的積累，以及同時研究數(shù)千個細(xì)胞成份的技術(shù)的出現(xiàn)，情況將要發(fā)生改變。Bray說："我們將要實現(xiàn)用模型來進(jìn)行有意義的預(yù)測。"去年6月芝加哥學(xué)院的von和他的朋友們的工作暗示了該領(lǐng)域的巨大前景1。她們的目的是使用一個由100多個微分多項式構(gòu)成的模型，模仿一個幫助控制胚胎發(fā)育過程的，稱為體節(jié)極性網(wǎng)路的果蠅基因群的行為。
然而研究者雖然努力去實現(xiàn)自己的目標(biāo)，她們可能不能讓她們的虛擬基因的行為真的象果蠅。經(jīng)過幾個禮拜，對蛋白質(zhì)半衰期，擴散常數(shù)和結(jié)合系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了研究，研究者們重新考量了自己模型中的各成份。
超級模型：從物理的視角來探討基因網(wǎng)路，如這些上圖中對果蠅發(fā)育的理解，如今可以提供對真實生物系統(tǒng)的挺好描述。
結(jié)果發(fā)覺顯然缺乏兩個關(guān)鍵性的聯(lián)系。當(dāng)von和他的朋友們對有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索的時侯，她們發(fā)覺了兩個表明基因產(chǎn)物可以影響基因活動的另兩個途徑的研究。應(yīng)用這些物理方式早已發(fā)覺了被大多數(shù)生物學(xué)家們忽視了的結(jié)果蘊涵的重大意義。von工作的研究組的領(lǐng)導(dǎo)Odell說："以我的觀點看，物理模型的作用是要告訴你你所不曉得的。"
了解了這種知識以后，von和他的朋友們更新了她們的模型。她們希望優(yōu)化每位基因和蛋白的活動以使模型可以工作。并且讓她們驚訝的是，該模型不僅僅可以沒有任何障礙地進(jìn)行工作，并且可以容忍大量的錯誤。大概非常之九的情況下，以一個隨機數(shù)據(jù)替代模型中的一個數(shù)據(jù)，不會影響基因網(wǎng)路的整體功能。
Odell說："這是一個可以趕超人類能力的工程設(shè)計，人類做的每件事，倘若任何一個部份稍微超出耐受值或則出錯，幾乎就會以失敗告終。"
和在耶魯學(xué)院的同學(xué)們，構(gòu)建了一個真菌對物理訊號作出反應(yīng)進(jìn)行聯(lián)通的模型，早已發(fā)覺了類似的耐受范圍。這種發(fā)覺表明這些強健特點可能正是生命的廣泛特點生物學(xué)和天體物理學(xué)，這個特點是經(jīng)過漫長的進(jìn)化形成以幫助應(yīng)付未能預(yù)知的世界的。
其他研究者也正在開始應(yīng)用物理模型來操作生物學(xué)系統(tǒng)。例如，波士頓學(xué)院的生物醫(yī)學(xué)工程師James和他的朋友們早已使用不同的方程式來設(shè)計一個由一對對外部物理訊號以互斥方式打開和關(guān)掉的基因構(gòu)成的回路--一種基因魔棒開關(guān)3。
她們通過遺傳加工將該回路置入大腸球菌中。的研究組通過獨立工作，早已使用一個幾乎完全一致的策略將一個基因振蕩器加工入大腸球菌中--以更規(guī)則或更不規(guī)則的周期打開和關(guān)掉的一個基因4。
然而其實物理生物學(xué)不斷發(fā)展的重要性的最確信的訊號是該領(lǐng)域新項目，甚至完全研究所的出現(xiàn)。例如，知名生物學(xué)家LeroyHood和早已分別在西雅圖構(gòu)建了系統(tǒng)生物學(xué)研究所，和加洲伯克利構(gòu)建了分子科學(xué)研究所。
同時，佛羅里達(dá)學(xué)院東北醫(yī)學(xué)中心的諾貝爾獎獲得者Al早已為他的細(xì)胞訊號合作聯(lián)盟獲得了一筆為期5年，2500萬歐元的經(jīng)費，該聯(lián)盟的工作將大大地依賴于物理模型。日本國際科學(xué)基金會也早已感遭到了物理的重要性，而且正在敦促降低對數(shù)學(xué)研究的投資，其中的一個誘因就是為了支持生物學(xué)研究。
這種變革正在將不同背景的科學(xué)家們帶到生物學(xué)實驗室來。在Odell開始將研究重點移到生物學(xué)上之前，他的研究點是流體熱學(xué)；Hood的研究所早已將Lake招至麾下，而他是一位始終從事天體化學(xué)學(xué)和恒星科學(xué)研究的物理家。其實該領(lǐng)域遇見的最大挑戰(zhàn)是讓主流細(xì)胞和分子生物學(xué)家與這種理論學(xué)家和物理家進(jìn)行合作。洛克菲勒學(xué)院的理論化學(xué)學(xué)家預(yù)言："這一限速步驟將是一種思想狀況。"
語文促進(jìn)了生物的發(fā)展，生物物理研究工作本身也促進(jìn)了物理的發(fā)展。人們發(fā)覺，不但曾經(jīng)許多物理中的古典方式在生物科學(xué)中得到了挺好的借助，并且對生物科學(xué)問題的研究，也給物理工作者提出了許多新的課題。諸如近些年來人們很有興趣的關(guān)于混沌現(xiàn)象的研究等等，這些新的課題的出現(xiàn)并非碰巧，由于物理從研究非生命體到研究生命體是從簡單到復(fù)雜的一個飛越。
生物物理是一門獨立的學(xué)科，是一門邊沿性的新興的學(xué)科。作為一名物理系的中學(xué)生，我以物理的廣泛應(yīng)用而驕傲，但也激勵我要更好的學(xué)好物理。
來源：物理中國，以上文章觀點僅代表文章作者，僅供參考，以拋磚引玉！
END
往期精彩回顧
讓我曉得你在看