複雜之美：連結、意識和存在的科學

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方偉達／臺灣師範大學永續管理與環境教育研究所特聘教授、理學院副院長
李宣緯／美國理海大學健康學院助理教授
林秀豪／清華大學特聘教授
陳宣毅／中央大學物理系特聘教授、中央研究院物理所合聘研究員

【國內好評】
❄ 《複雜之美》令我深深著迷。本書深入科學的探索，對生命深情凝視。泰斯以病理學家的細膩眼光，從顯微鏡下的人體組織走入宇宙；帶領我們穿越幹細胞、組織、生態系統，以及人類意識的研究。結合科學、宗教與藝術，理解看見萬象共舞的可能性。
——方偉達／臺灣師範大學永續管理與環境教育研究所特...

第四章
【細胞層級：人類的身體和細胞】


我們診斷病理學者每天都有機會用顯微鏡研究人類組織樣本。這通常是為了進行診斷，例如某個人的切片樣本是不是腫瘤，如果是，這個腫瘤又是惡性還是良性等等。我們一天通常會花上好幾個小時看顯微鏡，逐一檢視這些樣本。這些樣本隨時都在提醒我們，人類由器官、組織和細胞等更小的部分組成。

透過顯微鏡觀察時，我們看到的不是整個身體，甚至也不是肢體或器官，只看得到細胞。細胞如何聚集和組織、如何彼此連結或維持分離，以及每個細胞即使和鄰近細胞屬於「同類」，但彼此又有什麼不同。每個皮膚細胞看起來都像皮膚細胞，但也都和鄰近細胞有少許不同。這些細胞相同但又不同，在一致中又有細微的多樣性。

這時候有人敲門，我們抬起頭來，回到人體看起來像是人體的日常生活中。一位實習人員或同事走進來，我們開始以日常方式進行社交互動。接受適當訓練後，我們可以在兩種狀態間交替來回。一種狀態和其他人或螞蟻或鳥類一樣，把人體視為人體，另一種狀態則是把人體視為所有組成部分的集合。

我們或許會問：「如果像螞蟻這類的身體能自我組織，產生和複雜系統相同的突現性質，那麼細胞也能這樣嗎？」答案是肯定的，因為細胞符合複雜系統組成部分的所有條件。細胞很少單獨存在或只有很少的數量。單細胞生物幾乎一定會聚集成一定規模的群集或群落，而最簡單的多細胞生物也有一千個以上的細胞。人類有數兆個細胞，藍鯨（地球上最大的動物）則有數千兆個。細胞之間會透過正負回饋迴路彼此交互作用；雖然荷爾蒙等分子訊號可從距離遙遠的身體部位傳遞到細胞，但從接收分子訊號和產生局部效果的細胞看來，這些交互作用仍然是「局部」的。當然，沒有一個或一群細胞真正監控整個系統。細胞的交互作用中也有驟冷無序的存在，隨機性不算太高、也不算太低，剛好足以讓細胞發現新方法，依據環境變化靈活地自我組織，或在疾病、傷害等部分大規模滅絕事件後恢復。

從「身體組成的複雜系統」到「細胞組成的複雜系統」，凸顯出十分重要的一點：複雜系統可由另一個複雜系統組成。我們從遠方觀察蟻群時，蟻群看起來可能就像地上的一塊黑色物體。如果看的時間夠長，或許會看出一點點活動跡象，或看到它改變形狀，但基本上看起來還是一個物體。接著我們走近一點，仔細觀察，發現它根本不是一個物體，而是一群螞蟻在不斷地運動，彼此交互作用、自我組織。

現在想像我們再走近一點，放大到只看一隻螞蟻，進入牠的微觀層次。我們接近蟻群時，原本看來像一個物體的蟻群化成彼此交互作用的螞蟻；而在微觀層次，螞蟻的身體同樣也會化成彼此交互作用的細胞。所以它究竟是什麼？是蟻群還是螞蟻？是身體還是細胞？

我有一次和朋友外出散步，他問我最近在做什麼研究。當時我看著朋友後面的空中有個奇怪的氣球，甚至可以說是一艘船，顏色很深，一直在改變形狀。我的大腦對這個景象疑惑了一下子，後來我重新集中注意力，發現那是一群椋鳥。我指著天空說：「看那邊！我在研究的就是這個。」我的意思是，鳥群有時看起來像個真實物體，同時也像許多隻各自飛翔的鳥。我把手指放在朋友眼前，晃著手指說：「這個手指也是一樣。它看起來像手指，但它是手指嗎？它是手指還是一群細胞？這可說是觀點問題，而且兩個觀點都一樣正確。」

某個事物看來是像物體，或是由更小的物體形成的現象，取決於我們觀察的尺度、看法或觀點。

這個概念不一定是完全抽象的。如果曾經坐過飛機，你可以想一下接近目的地時，飛行即將結束，飛機準備著陸時的情景。我們還在空中，但可以看到地面越來越近。我們看著屋頂，看著汽車沿著地面上的道路移動，就像螞蟻一樣。隨著下降速度越來越快，前面的機場越來越近，越來越快、越來越近，最後飛機降低到足以碰到大樓屋頂的高度，但我們不是在大樓之上，而是突然從世界之上掉進世界之中。我們從某個知覺尺度進入另一個尺度。這樣的改變可說是深入內心，至少我感覺得到。

互補性

這樣的雙重性或許會讓人覺得有點怪怪的。讀者或許會問：「那它本質上究竟是什麼？」我們的身體究竟是單一的實體，還是由更小的組成部分（也就是彼此交互作用的細胞）形成的現象？答案當然是兩者皆是，兩者都永遠正確。

現實世界的這種兩面現象，量子物理學家稱之為互補性（complementarity）。互補性最著名的例子，應該是大家都知道、但不一定很瞭解的「光是粒子也是波」。

互補性的概念源自雙狹縫實驗，這個實驗證明，我們以某種方式觀察光時，光的表現像一束粒子，但用另一種方式觀察時，又像連續起伏的波。光表現得像波動或像粒子，取決於實驗裝置和觀察方法，這種現象稱為光的波粒二象性（wave-particle duality）。顯而易見地，這兩個描述本身都不夠完整，不足以完全說明光的性質。波和粒子這兩個不完整的描述彼此互補。兩者必須通力合作，才能完整表達光的性質，各自提供另一方沒有的資訊；兩者之間的這種關係就稱為互補性。

波耳（Niels Bohr）是量子力學創始者之一，他於1928年提出互補性原理的概念，之後十分深入地加以思考。顯而易見地，沒有一個實驗能同時演示波粒二象性的兩個面向。大家都同意，在量子層級中，不可能同時呈現兩種狀態，這是存在本質的基本原理。然而波耳更進一步，主張互補性不只是以極微小的量子尺度描述存在時的基本性質，也是以日常生活尺度描述生物時的基本性質。

此外，波耳也認為互補性是所有尺度的存在都具有的基本性質。這一點在他的理論中十分重要，因此他在獲得丹麥最高等級的大象勳章時，為自己設計了一個盾形紋章，其中就包含最能代表互補性的陰陽符號。啊，可能因為邁入20 世紀之後，科學界所有領域都變得越來越專科化，所以只有哲學和一小部分的科學在探討這些關於廣義互補性的概念。儘管如此，相關探究仍然相當活躍。

互補性還有另一個呈現方式，就是一幅常見的黑白人臉側面輪廓圖，圖中兩個人臉之間的空間看起來像個花瓶。這張圖片畫的是什麼？是兩個人臉？還是一個花瓶？當然兩者都是，而且同樣正確。兩種看法都無法完整描述這個影像，都缺少某些要素。我們必須把兩個相反的看法結合成單一的互補性，才能構成完整的描述。

同樣地，「身體本身是單一的實體，還是細胞間活躍的交互作用形成的現象？」這個問題相當容易回答：它是一種互補。它是單一實體，也是現象，但看起來是什麼樣子，則取決於我們的觀點。我們觀察它的時候，是以日常尺度還是微觀尺度？在日常尺度中，我們的身體是單一的整體。但在微觀尺度中，這個整體化成許多組成部分，變成永不停止、活躍的細胞活動，在時間和空間上和其他細胞合作。兩種看法永遠同時成立，只不過我們任何時刻都只看得到其中之一。

現在我們的邊界在哪裡？

理解一個人的身體本身是單一實體，又不是單一實體，意義重大。其中一個重點是一個人身體的界線將會開始變得模糊。在日常尺度中，我的邊界是我的皮膚，讀者的邊界則是讀者的皮膚。現在閉上眼睛，感受手指接觸到這本書或用來讀這本書的裝置。在皮膚和物體接觸的地方，應該可以感受到自己和非自己之間有著清晰明確的邊緣。

但在微觀層次，我們的皮膚表面究竟有多清晰明確？其實一點也不。最上層皮膚細胞在死亡之後就會剝落。事實上，我們家裡的灰塵大多是我們和使用這些空間的所有人身上掉落的皮膚細胞。所以在微觀層次，我們的邊界其實不是皮膚的最上層，至少還包含我們居住的空間。

現在想想看，一個人的身體不只由這個人本身的細胞組成。微生物體（microbiome）指的是我們的微生物的群落（大多是細菌，但也包含真菌和病毒），分布在皮膚表面，以及體內與外界連通的所有空間（例如呼吸道和消化道）的表面。在人體內的所有活細胞中，這些人類以外的生物所佔的比例超過一半。
微生物體不僅生活在我們體內，也是有生命的健康身體不可或缺的一部分。實際上，我們人類完全依靠人類和非人類細胞間的密切合作才能存活。

看看我們的手指，彎一彎手指關節。關節摺紋裡面的細菌擁有專屬於皮膚紋路的特殊功能。為了滿足自己的需求，這些細菌吸收死亡細胞的碎片和皮膚最上層的分子元件，製造潤滑劑，用以濕潤、軟化和保護摺紋處的皮膚，皮膚才不會因為關節彎曲造成的耗損而裂開。

換句話說，沒有身體內外各處表面的細菌，我們人類就無法健康地存活。要是沒有這些細菌，皮膚將開始分解，變得相當容易感染。抗生素於第二次世界大戰期間問世之前，這類感染經常導致死亡。

近年來微生物體研究獲得的發現更令人驚奇。這些生物和我們人類自己的細胞一樣，都是身體不可或缺的一員，但也會在我們接觸其他物體時離開我們，例如門把、行動電話、檯面、筆，以及其他人類等。我們和別人握手、親吻或擁抱時，就會有一部分的「我們」留在別人身上，別人也會有一部分跟著我們。這個細菌交換過程既深且廣，所以同住在一起的人（和寵物）的微生物體將會結合成龐大的共同微生物體，這個連續的多細胞實體籠罩著所有孤立的人（以及狗和貓）—它是一片巨大的、或說一群微生物。此外，這些不同物種和生物形式的群落，包括細菌、人類細胞、貓的細胞、狗的細胞等等，在生理上彼此交織，每個部分都影響其他部分的生理，也影響整體的生理。

這又是什麼意思？如果將這個關於共同微生物體的事實放在心上，我們和外界之間的邊界將會開始變得更加模糊。我們的極限會突然擴大，涵括我們在日常生活中偶然觸碰到的任何人或物品，以及和我們有身體接觸的任何人。我們的空間邊界將會因此擴展到皮膚以外。

進入微觀的細胞層次時，時間邊界也會改變。想想看今天的身體，再想想看昨天的身體、上個月的身體和去年的身體。想想看我們剛成年、青少年、兒童、幼兒和新生兒的時候—在細胞層次，每個細胞都來自先前我們身上的另一個細胞。再早一點，從新生兒到胎兒再到胚胎，中間沒有區隔—每個細胞都來自先前就存在的細胞，從胚胎到受精卵。在這之前呢？同樣沒有邊界—當初形成我們的卵子和精子，是我們父親和母親身體的一部分。如果只看母親這邊，會發現卵子是我們母親先前所有身體的一部分，而且最後同樣是她母親的身體的一部分。接著是母親的母親，再接著是母親的母親的母親。如此一直追溯到三十萬年以前，這時的母親甚至可能不是智人，而是直立人，接著是巧人，再沿著演化樹回溯到早期哺乳類、早期兩棲類，一直回溯到我們是簡單多細胞生物，再回溯到單細胞生物，以及可能存在的單細胞生物共同祖先。

地球上各種各樣的生物不只是空間上，在時間上其實都是一個單一的龐大生物，如同我們每個人（在自己心中）在有限的生命中，似乎也像是與自己有所不同的人一樣。

因此，我們還有另一種互補性：我們每個人都是獨立的人，也是極度微小又極度短暫的一個單位。從這個觀點看來，一代代人類的交替，無論平靜或混亂，其實都只是皮膚細胞脫落的過程而已。

第四章
【細胞層級：人類的身體和細胞】


我們診斷病理學者每天都有機會用顯微鏡研究人類組織樣本。這通常是為了進行診斷，例如某個人的切片樣本是不是腫瘤，如果是，這個腫瘤又是惡性還是良性等等。我們一天通常會花上好幾個小時看顯微鏡，逐一檢視這些樣本。這些樣本隨時都在提醒我們，人類由器官、組織和細胞等更小的部分組成。

透過顯微鏡觀察時，我們看到的不是整個身體，甚至也不是肢體或器官，只看得到細胞。細胞如何聚集和組織、如何彼此連結或維持分離，以及每個細胞即使和鄰近細胞屬於「同類」，但彼此又有什麼不同。每個皮膚...

國內好評
國際讚譽

作者的話

第一篇 複雜性

第一章 存在的科學
第二章 秩序、混沌，以及複雜性的起源
第三章 複雜性的規則以及相鄰可能

第二篇 互補性與全子系，或「沒有邊界的身體」

第四章 細胞層級：人類的身體和細胞
第五章 分子層次：細胞學說之外
第六章 原子層次：蓋亞
第七章 次原子層級：量子奇異性
第八章 最小的層次：時空和量子泡沫

第三篇 意識

第九章 意識的困難問題
第十章 維也納學派和科學經驗主義
第十一章 哥德爾和形式邏輯
第十二章 形上學再度登場：基礎覺察

後記
致謝

資料來源
參考書目
延伸閱讀
圖片來源
作者簡介

國內好評
國際讚譽

作者的話

第一篇 複雜性

第一章 存在的科學
第二章 秩序、混沌，以及複雜性的起源
第三章 複雜性的規則以及相鄰可能

第二篇 互補性與全子系，或「沒有邊界的身體」

第四章 細胞層級：人類的身體和細胞
第五章 分子層次：細胞學說之外
第六章 原子層次：蓋亞
第七章 次原子層級：量子奇異性
第八章 最小的層次：時空和量子泡沫

第三篇 意識

第九章 意識的困難問題
第十章 維也納學派和科學經驗主義
第十一章 哥德爾和形式邏輯
第十二章 形上學再度登場：基礎覺察

後記
致...