物理和生物交叉，本来就是迟早的事情。现代科学详细分工之前，中世纪或近代那些博学家兼通生物和物理的我们不算。早在量子力学奠基人薛定鄂的年代，一些物理学家就开始对生物有了研究兴趣，薛定鄂本人就是一例，后来还写了本著名的“生命是什么”(名字凭记忆，可能有出入)。俺是没看过，只看过书的介绍。曾经听过一次系里请某生物物理的大牛来做报告。真是饮水不忘挖井人，老先生专门copy了此书上黄乎乎一页纸到透明片上，作为开场白，可见此书对他们那几代物理学家都是一直有影响的。
 
兴趣归兴趣，物理和生物在那个年代(约50年代吧)都还很不成熟，真能交叉上的并不多。举个例子，量子力学框架完备后，奠基人之一的狄拉克就曾自信地说：“大部份的物理和全部的化学的基础都已经奠定”。因为原则上讲，化学键合和反应都可以采用量子力学来描述和预言。可是由于实际原子分子体系的复杂性，从量子力学出发的计算化学真正广泛应用在分子、材料的计算和模拟，也只是最近十多年来的事情，特别是现代超级并行计算机出现之后。无生命较简单的化学尚且如此，何况生物？
 
虽然解决不了本质问题，但是物理学的技术进展还是一直在为生物和医学提供着服务。五十年前剑桥卡文迪许实验室的一个划时代杰作：DNA分子双螺旋结构的测定。由此开创了蛋白质晶体学与现代结构生物学。X射线的发明和广泛应用也是个很经典的例子了，后来发展的如核磁共振等手段也被用于精确的医学探测，放射性幅射可以治疗癌症。俺小时候看的日本连续剧“血疑”，好象就是由山口百惠在医院里面不小心接触Co60放射源引起白血病而开始的。两弹元勋之一的唐孝威先生曾率领一批物理学家在基金委那里立了个生物物理和核医学方面的重大项目，也可以说明这始终是物理学家感兴趣的一个方向吧。
 
虽然生物体系异常复杂，可是也难不倒那些善于和敢于取近似、构建模型的理论物理学家们。利用一些生物系统与物理系统(确切说是物理的模型系统)的相似性，研究非线性、液晶、统计物理(如自旋玻璃)等方向的理论物理学家近年来纷纷转向生物物理研究。其精神还是在现有的物理模型和数学方法基础上改进，对生物体系做一些模型化的定性描述，例如对神经网络的研究。
 
90年代以来，伴随着扫瞄隧道电镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等一系列纳米级探测和操纵技术的进展，人类对世界的认知真正进入了纳米量级。在纳米尺度上的操纵、表征和计算机模拟都成为可能。这时候，和生物的会师也就在一定意义上实现了。就我个人的所知和理解，大概可以有这两个相互关联的方面：一是采用物理学家研究模拟微观体系的手段研究生物分子；二是将生物分子如DNA直接用于物理学或材料科学中。
 
前者的例子，如采用物理学家现成的分子动力学或Monte-Carlo模拟等方法，采用一定的原子、分子间相互作用经验势，可以研究生物大分子的结构、动力学行为或反应活性等。有名的例子大概是蛋白质折叠的研究吧。近年来随着线性化(order N)从头计算方法的发展和计算机能力的增强，人们也开始尝试使用以量子力学为基础、在电子和原子键合水平上的从头计算程序来较精确描述生物分子的电子性质。也算是开始在生物学层面实践狄拉克当年的豪言了。当然，现在精确的从头计算最多也只能算到千把个原子，要在复杂的生物大分子中得到真正应用还很受限制。
 
另一方向，则是因为生物分子本身在纳米量级而且很多有自组织生长的特性，因此制备上反而比现有的种种纳米材料如碳纳米管更方便。近年来的热门之一的分子电子学就是尽可能采用有机分子和生物分子作为纳米尺度的电子学元器件。生物计算机则是更加遥远的方向。还有人把DNA当成模板(template)，在上面生长各类无机物的纳米结构。如此种种五花八门。。。
 
顺便再扯远些，受生物学的启发，物理学家还发展了一些模仿生物现象的算法。我个人用过的遗产算法，就是试图模仿达尔文进化论适者生存的思想来实现高效率的优化。在优化之初，产生一定数量的父母，这些父母被随机选取进行杂交、变异，生下孩子来，孩子进行一定处理(长大)，如果足够强又可以替代父母。如此操作下去，最后会得到一组很强的种群(population)。
 
乱七八糟说了一堆，估计真懂生物物理的内行看了，心里早把俺当民间科学家对待了。好在生物物理学科开创未久，尚无明确的定义。最后说个道听途说的典故。加州伯克利某物理大家伙一次找了一帮做生物物理的人到一起，问他们什么是生物物理，请他们把答案写在纸上。答卷收回来，竟然个个不同。用科学史家库恩的话讲，这学科的范式大概还没形成吧。如是思维，俺上面的东扯西扯也都不算离题太远吧。


【原文2002年发表于虹桥科教论坛，在博客发表时有删改】

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