衰老本质是物理问题!

有人说:"当个生物学家还不够研究衰老和疾病吗?干嘛非要扯上物理学?"

作为一个研究衰老生物学的物理学家,我理解这种质疑。毕竟化学归根结底也是物理,但化学家不懂量子力学照样能做研究;分子生物学本质是化学,但生物学家不需要会解薛定谔方程也能取得突破。这个逻辑可以一直往上推——从生物学到心理学,再到经济学和社会学。

这种直觉没错,它其实揭示了一个深刻真理:复杂系统是分层级组织的,每个层级都会涌现出专属的新概念和研究工具。这些工具不是随便选的——它们是描述、建模和控制该层级系统的唯一实用方法。

就像物理学家P·W·安德森的名言:"多即不同。"庞大复杂系统的行为,无法简单从其组成部分的性质推导出来。这就是"涌现现象"的核心要义——顺便说,这个术语正是来自物理学。

比如热力学第二定律:在经典力学或量子力学的微观层面,根本没有时间箭头。但当大量粒子相互作用时(甚至只是曲面上弹跳的小球),系统会变得不稳定,微小的不确定性会不断放大,直到"可逆性"实际上变得不可能——时间箭头就这样涌现了。

在这种状态下,微观知识反而变得无关紧要。宏观行为取决于整体的平均量,这些量对单个组分的变化很不敏感。更惊人的是,宏观和微观之间的关系是单向的:往往是宏观层面决定着微观层面的行为,而不是反过来。

现在你明白药物研发和材料设计的难点了吧?这两个领域本质上都是在寻找能影响宏观结果的微观变量。无论是让新材料产生超导性,还是通过药物或基因编辑延缓衰老,核心挑战都一样:涌现特性存在于更高组织层级上,从底层几乎不可能直接操控。决定健康寿命或恢复力的变量,不会整齐地标注在分子清单里——它们分散各处、依赖环境,与我们能调控的开关只有微弱关联。这就是药物研发如此困难的原因:不是我们缺少工具,而是游戏规则存在于另一个尺度上。

物理学家称之为"普适性":不同微观系统在宏观尺度可能表现一致。这也解释了为何设计新材料或新药物如此困难——我们关心的特性(超导性、衰老、恢复力)都是涌现现象,无法通过摆弄几个原子或基因直接实现。

但物理学没有止步于发现问题,它还创造了像"重整化群"这样的工具,告诉我们宏观尺度如何涌现出简单有效的理论,以及如何识别那些真正重要的少数微观参数。物理学不仅能建模涌现现象,简直就是专门攻克这类问题的行家。

在凝聚态物理中,这种方法催生了朗道-金兹堡相变理论等经典案例,随后又发展出BCS超导理论,再后来是安德森的理论。这些不仅是方程式——它们是描述和控制涌现系统的专用语言。物理学提供了跨越尺度的框架:既能反映复杂生物学,又能实际操控的"重整化"自由度。从这个角度看,药物研发不仅是生物或化学问题,更是个多尺度物理问题。

衰老生物学正需要这样的语言。这就是物理学不可或缺的原因:寻找延寿疗法,本质上就是在寻找能改变宏观轨迹的微观开关——而这正是几代物理学家最拿手的课题。所以衰老本质上不是生物学问题,而是物理学问题(引自海弗利克)。