Использование физики для переосмысления определения жизни

data-testid=»article-title» class=»content—article-render__title-1g»>Использование физики для переосмысления определения жизни2 прочтенияВчераОбманчиво сложно отличить живые системы от неживых. Физика может стать ключом к решению этой проблемы.

Сара Имари Уокер — профессор физики в университете штата Аризона и автор новой книги «Жизнь, какой ее никто не знает: физика возникновения жизни». Предметом её работы и новой книги является то, что можно назвать «физикой жизни». Это отличается от биофизики, которая пытается объяснить конкретные физические аспекты биологических процессов. У физики жизни более амбициозная цель: понять, что отличает живые системы от неживых .

Вместе со своими коллегами Уокер разработала теорию сборки, которая фокусируется на «отборе» и является фундаментальным физическим объяснением разницы между жизнью и не-жизнью. Теория сборки количественно определяет сложность, измеряя, сколько уникальных шагов необходимо для построения молекулярной структуры. Выявляя сложные закономерности, которые обозначают биологические процессы, эта структура может помочь ученым обнаружить формы жизни в других мирах — даже те, которые могут не выглядеть как что-либо, с чем мы знакомы на Земле.

Теория сборки вызвала как большой интерес, так и споры. Между тем, её книга вызвала большой интерес и похвалу. Недавно профессор астрофизики в университете Рочестера и ведущий эксперт по конечным стадиям эволюции таких звезд, как Солнце, Адам Фрэнк поговорил с Уокер о физике, жизни, информации и других темах. Это первая из серии статей, которые появятся в результате этого интервью.

Адам Франк: Я хотел бы начать с самой книги. Это ваша первая «популярная» книга, и мне было интересно узнать о вашем опыте изложения своих идей таким образом. Почему вы решили сделать этот шаг?

Сара Уокер: Для меня это был глубоко личный процесс, как глубокий разговор с читателем. Я действительно всегда хотела написать научно-популярную книгу, но это само по себе не является для меня мотивацией. На самом деле речь шла об изменении характера дискурса вокруг этой проблемы физики жизни. Я действительно думала о её культурном влиянии.

Я хотела, чтобы больше людей думали о физике и жизни, потому что это не проблема, которая рассматривается как часть передового края физики. Но так должно быть! Поскольку это не так, это означает, что физики просто не начинают раньше в своей карьере заниматься этой проблемой. Как можно ожидать решения большой проблемы [такой как эта], если люди не начнут в молодом возрасте? Это так сложно.

Адам Франк: Хорошо, давайте начнём с проблемы рассмотрения явлений жизни как физической проблемы. Вы были тем, кто указал мне на книгу Шредингера 1944 года «Что такое жизнь?» как на своего рода основу для современной эпохи. Что, по-вашему, было важным в этой маленькой книге?

Сара Уокер: Я думаю, что больше всего мне нравится в «Что такое жизнь?» признание того, что жизнь может иметь какое-то отношение к физике — что физика может предложить что-то по этому вопросу. Когда я работала над своей докторской диссертацией с Марсело Глейзером, он указал мне на происхождение жизни как на интересную проблему для работы. Но по мере того, как я читала, я не нашла много глубокой физики. Поэтому мне было очень интересно увидеть, как Шредингер, этот пионер основ физики, указывает на жизнь как на важную проблему, и увидеть, как он пытается продумать её логику. И затем, кроме того, он сделал предсказания, например, что для функционирования жизни потребуется апериодический кристалл, который оказался правильным [ДНК]. Это было довольно глубоко. Но очевидно, что эта книга оставила открытыми гораздо больше вопросов, чем дала ответов.

Одна вещь, которая мне показалась действительно забавной, это то, что «Что такое жизнь?» была опубликована почти 80 лет назад. Но люди до сих пор спрашивают: «Что такое жизнь?» Я просто подумала, что это безумие, что кто-то такой гениальный, как Шредингер, не смог ответить на этот вопрос. Тем не менее, хорошо в этой книге то, что она заставила людей, по крайней мере, задать вопрос — увидеть, что это физическая проблема.

Адам Франк: В чем, по-вашему, заключалась трудность ответа на этот вопрос?

Сара Уокер: Я думаю, возможно, дело в том, что время для ответа на этот вопрос тогда было неподходящим. Я много думаю об истории, и когда Шредингер написал «Что такое жизнь?» , это было подходящее время, чтобы задать этот вопрос, но мы не были достаточно подготовлены, чтобы понять его. Мы ещё не знали, скажем, о молекулярных механизмах клетки. Поэтому нам пришлось пройти через целый период понимания биохимии. Когда это происходило, все думали, что этот подход — то, что надо. У нас была молекулярная биохимия, поэтому мы понимали, как работает жизнь. Но, конечно, эта перспектива тоже не осуществилась.

Адам Франк: Интересно думать, что нам пришлось сначала узнать что-то новое, а потом понять, что эти новые вещи не были тем ответом на вопрос «что такое жизнь?», на который мы надеялись.

Сара Уокер: Да. Это тоже была настоящая пребиотическая химия, верно?

Адам Франк: Вы имеете в виду такие вещи, как эксперимент Миллера-Юри, в котором люди могли начать с условий «ранней Земли» в лаборатории, а затем создавать строительные блоки для жизни, такие как аминокислоты?

Сара Уокер: Да, вся эта фаза синтеза вещей в «добиологических условиях» не сработала с точки зрения демонстрации нам того, как сформировалась жизнь. Мы всё ещё держимся за неё, потому что люди думают, что это лучший подход. Но это не так. Если что-то не работает в течение 50 или 60 лет, я обычно предполагаю, что нужна новая идея.

Адам Франк: Хорошо. А как насчет вопроса, который задал Шредингер, о необходимости новой физики для ответа на вопрос «Что такое жизнь?» Один из путей, которым люди следуют, чтобы понять жизнь (или, по крайней мере, сознание), — это предложить новые физические «вещи», новые объекты. Это то, что панпсихизм или Дэвид Чалмерс предлагают в качестве решения сложной проблемы. Что вы думаете об этом?

Сара Уокер: Я всегда придерживалась позиции, что в проблеме физики и жизни чего-то фундаментально не хватает. Я начала думать об этом, когда училась в аспирантуре, потому что читала так много литературы, где все, казалось, хватались за что-то, но никто не знал, за что держаться.

Но что меня действительно удивило, так это сопротивление идее, что может быть что-то новое. Я часто получаю контраргументы к нашей работе, вроде: «Ну, новая физика должна быть последним средством, если вы не можете объяснить её какими-либо известными вещами». Я просто продолжаю думать об истории физики. Буквально это не так работало каждый раз, когда нам требовалась новая ветвь физики.

Я на самом деле думаю, что это более экономно, более практично в каком-то смысле, просто подойти к проблеме свежим взглядом, как будто никто не смог на неё ответить. Просто начните с первых принципов, а затем спросите, как бы вы на неё ответили. Тогда может быть так, что вы придумаете что-то, что действительно восстанавливает стандартную физику. Тогда не будет необходимости в новом объяснении. Но это упражнение должно быть сделано само по себе. И есть вероятность, что вы откроете что-то новое.

Адам Франк: Мне это нравится. Особенно если ты работаешь над проблемой 70 чёртовых лет. В этот момент, да, может быть, пришло время попробовать что-то другое.

Сара Уокер: Я думаю, что другая проблема в том, что у нас есть слепые пятна. Одна из них заключается в том, что ученые склонны считать историю завершенной. Существует сопротивление идее о том, что могут быть радикальные преобразования в наших знаниях или что способы, которыми наука должна преобразовываться сейчас, могут быть действительно другими, чем это было в прошлом. Мы, ученые, обычно просто не думаем о реальной истории. Мы не думаем о себе, живущих в определенный момент истории, и о том, что история движется сквозь нас.

Адам Франк: Вполне с этим согласен. Я сейчас много читаю об истории квантовой механики, и становится ясно, насколько основатели были готовы просто отправиться туда, куда им было нужно, чтобы решить текущие проблемы. Как в знаменитой истории о Гейзенберге, который отправился на остров Гельголанд на несколько дней, где он изобрел матричную механику, которая послужила основой квантового формализма. Он был явно готов занять позицию: «О, черт с ним. Я просто найду что-то, что работает». Он не спрашивал, вписывается ли это в существующие предубеждения о том, как должна выглядеть физика. История двигалась сквозь него, как вы говорите.

Сара Уокер: Я также много читала о Больцмане и его вероятностных выводах энтропии. Что-то похожее произошло и там. И то же самое с уравнением сборки, где у нас есть это странное уравнение, экспоненциальное по индексу сборки и линейное по числу копий.

Адам Франк: Просто для ясности: уравнение сборки является ключевой частью вашей теории сборки, касающейся отбора и жизни, а индекс сборки и число копий являются двумя ключевыми измеряемыми квантилями в этой теории.

Сара Уокер: Да. Все спрашивают нас: «Как вы вывели уравнение сборки? Откуда оно взялось?» Но у уравнения есть свойства, которые вы хотели бы получить от такого уравнения. Вот и всё. Что действительно интересно в этом, так это то, что люди забывают: эти уравнения придуманы в человеческом сознании с какой-то целью. А затем они критикуют вас за то, что вы предлагаете новую идею, не понимая, как работает история науки.

Адам Франк: Я нахожу что-то похожее в критике эмерджентности некоторыми людьми. Они хотят утверждать, что все в физике может быть выведено из более низких уровней, как Лагранжиан для Стандартной модели. Но, как показали некоторые теоретики конденсированного состояния, этот вывод снизу вверх работает только в определенных случаях. Не менее важно, что вы уже должны знать о существовании явлений, которые вы хотите вывести. Затем вы можете найти путь от низшего к высшему уровню. Вы уже должны знать о вещи, которую хотите объяснить. Вы не начинаете с кварков и каким-то образом слепо выводите все существующее.

Сара Уокер: Еще один момент, который я считаю очень важным в подобных дискуссиях, это то, насколько предвзятыми мы являемся в том, как понимаем мир. Люди приходят к ответу, используя те же самые перспективы, которые они всегда используют, и поэтому они думают, что решили проблему, но они забывают о своей собственной организации. Они выбрали эту точку зрения, а не другую. Они не спрашивают, является ли «эта перспектива репрезентативной для всего ландшафта?» Это было проблемой отсутствия нового мышления о физике жизни.

Оригинал.

Приходите на мой канал ещё — буду рад. Комментируйте и подписывайтесь!