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生命之谜的核心在于：与一块石头相比，为什么物质一旦形成生命就会表现得如此不同？ 古希腊的哲人们是探究这个问题的第一批人。哲学家亚里士多德或许是世界上第一位伟大的科学家。他发现了非生命物质的一些可靠且可预测的性质：比如，固体具有下落的倾向，而火和水蒸气倾向于上升；天体倾向于围绕地球做圆周运动。然而，生命却大不相同：尽管很多动物也有下落的倾向，但它们也会跑；植物可以向上生长，而鸟儿则可以飞离地面。那么，是什么让生命与世界上其他的东西不同呢？年代更早的哲学家苏格拉底曾做出回答，答案记录在其学生柏拉图的书中：“是什么，当其出现在物体体内时，就让它拥有了生命？答案是灵魂。”
亚里士多德同意苏格拉底关于生命体拥有灵魂的说法，但他认为灵魂也有等级。最低级的灵魂附身于植物，让植物能够生长，并从周围吸取养分；动物的灵魂更高一级，赋予其宿主感觉和运动的能力；只有人类的灵魂，承载着理性与智力。古代中国的哲人们持有相似的看法。他们认为，生命体之所以活着，是有一种叫作“气”的无形生命力在生命周身流转。后来，世界上的主要宗教都吸收了“灵魂”这一概念，但灵魂的性质、灵魂与身体之间的联系等问题却仍然玄妙而神秘。
生命的另一个谜团在于生命的必死性。 大家普遍相信灵魂是不朽的，可为什么生命却如此短暂？大多数文化给出的答案是，在死亡降临时，灵魂会脱离躯体。到了1907年，美国医生邓肯·麦克杜格尔（Duncan MacDougall）宣称自己能够通过在病人死后立刻称量其体重的方法，对比其死亡前后体重的变化，从而测量出灵魂的质量。他的实验让他相信灵魂的质量大约为21克。但灵魂为什么非要在陪伴了我们70多年后脱离我们的身体呢？这仍是个谜。
灵魂的概念虽然不再是现代科学的一部分，但它至少将对生命体与非生命体的研究区分开来，使科学家能够心无旁骛地研究非生命体内部运动的成因而不受神学和哲学问题的困扰。研究“运动”（motions）这一概念的历史可谓久远、复杂而又迷人，但在本章中，我们只是带着你简要地游览一遭。之前已经提过，亚里士多德认为，物体有向着地球、远离地球或围绕地球旋转等运动倾向，他将这些倾向统称为“自然运动”（natural motions）。他还发现，固体能够被拉、推和抛出。这些运动在他看来是“被动的”（violent），而且是由另一个物体提供的某种力量发起的，比如一个投掷物体的人。但是，投掷这一动作又是怎么产生的呢？或者说鸟是如何飞起来的呢？似乎还有其他的原因。亚里士多德指出，与非生命体不同，生命体具有自发产生动作的能力。而就上述的例子而言，产生动作的就是生命体的灵魂。
一直到中世纪，亚里士多德关于“运动”起源的看法都占据着主导地位，但有趣的事情发生了。科学家们（当时他们称自己为自然哲学家）开始用逻辑和数学的语言来表达关于非生命体运动的理论。大家可以争论究竟谁对这次极具效益的人类思想转变做出了贡献，但可以明确的是，中世纪阿拉伯和波斯的学者们，比如阿尔哈曾（Alhazen，965—1040）和阿维森纳（Avicenna，980—1037），一定扮演过重要的角色，而之后兴起的欧洲学术机构，比如巴黎大学和牛津大学，延续并发展了这一潮流。
不过，这种描述世界的方法第一次结出丰硕的果实应该是在意大利的帕多瓦大学。伽利略在那里用数学公式推导出了简单的运动定律。在伽利略逝世的1642年，牛顿诞生于英格兰的林肯郡。牛顿继续伽利略的工作，对非生命体在力的作用下运动发生改变的现象提出了极其成功的数学表达。今天，我们将他提出的这套理论称为“牛顿力学”。
牛顿的力在一开始还是一个神秘的概念，但几个世纪过去之后，人们越来越认识到力与“能量”的概念密不可分。移动物体，被描述为向碰到的静物转移能量，使其移动。但是，力同样可以在物体间远程传递：比如把牛顿的苹果拉向地面的地球引力，或是让指南针的指针旋转的地磁力。
由伽利略和牛顿发端的伟大科学进步在18世纪得到了长足的发展，到19世纪末期，经典物理学的理论框架已经基本建成。在那个时候，科学家们已经知道，热和光等其他形式的能量也可以与物质的组成（原子和分子）进行互动，让物质变热、发光或改变颜色。物体是由微小的粒子构成的，而这些粒子的运动受到重力和电磁力的控制。在19世纪晚期，苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）证明，电力和磁力其实是同一种力（电磁力）的两个方面。这样一来，物质世界，或者至少是物质世界中的非生命体，就被分成了两个截然不同的部分：由粒子组成的可见的物质和以难以理解的方式在物质之间作用的不可见的力。当时认为，不可见的力以能量波的形式在空间中传播或是利用“力场”（force field）发生作用。但是，构成生物的生命物质又是怎么一回事呢？是什么构成了这些生命物质，它又是如何运动起来的呢？