Mit der Physik den Ursprung des Lebens erklären – Physics World

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/explaining-the-origin-of-life-with-physics-physics-world-1.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/explaining-the-origin-of-life-with-physics-physics-world-1.jpg" data-caption="Einen Sturm entfachen Liam Grahams Buch zeigt einen Weg von den Gesetzen der Thermodynamik zum Ursprung der biologischen Vielfalt. (Mit freundlicher Genehmigung: Shutterstock/ivan_kislitsin)“>

Können Sie den Ursprung des Lebens auf der Erde mithilfe der Prinzipien der Thermodynamik und der statistischen Mechanik erklären? Es ist keine Frage, die selbst Physikstudenten in ihren anspruchsvolleren Aufgaben sehen. Aber es ist eines Liam Graham – vom Physiker zum Ökonomen – versucht in seinem Debütbuch eine Antwort darauf Molekulare Stürme: die Physik von Sternen, Zellen und der Ursprung des Lebens.

Während Molekulare StürmeGraham verwendet einen leichten, informellen Ton mit einer maßvollen Prise Humor, um den Leser auf dem direkten Weg von den Gesetzen der Thermodynamik zum Beginn der biologischen Vielfalt zu führen. Er beginnt damit, ein Bild von den Bewegungen der Moleküle im „molekularen Sturm“ zu zeichnen. Die ersten Kapitel machen den Leser mit den wichtigsten Grundsätzen der statistischen Mechanik (wie Mikrozustände und Brownsche Bewegung) sowie natürlich mit der Thermodynamik vertraut.

Graham erklärt deutlich, dass die Entropie (Unordnung) eines geschlossenen Systems dazu bestimmt ist, zuzunehmen, und beschreibt ausführlich den Betrieb von Wärmekraftmaschinen, Motoren und ihren weniger bekannten Verwandten, den Ratschen. Andere Blockbuster-Prinzipien der Physik – wie der Noether-Satz (der Erhaltungssätze mit Symmetrien in der Natur in Beziehung setzt) ​​und die Quantenüberlagerung – werden ebenfalls nebenbei vorgestellt, eher in Form einer Anerkennung als einer Erklärung.

Graham fährt mit einer Untersuchung der Voraussetzungen des Lebens fort. Die von ihm gelegten physikalischen Grundlagen ermöglichen es ihm zu erforschen, wie die Entstehung von Planeten, die Wirkung von Enzymen und die für das Funktionieren von Zellen wesentlichen biologischen Prozesse im Hinblick auf die thermodynamischen Konzepte von Ratschen und Wärmekraftmaschinen verstanden werden können.

Dieser Abschnitt wird durch einen kurzen, aber klaren Abstecher darüber ergänzt, wie Molekülmischungen durch den molekularen Sturm ins chemische Gleichgewicht gebracht werden. Der Abstecher in die Chemie ist notwendig, damit der Leser der ausführlichen Diskussion in den nächsten Kapiteln über die Reaktionen von Verbindungen folgen kann, die im Stoffwechsel von Zellen eine zentrale Rolle spielen. Das Buch endet mit einer detaillierten Diskussion der Thermodynamik, die für die Produktion organischer Moleküle und der Umgebung der neu entstandenen Erde, wie hydrothermale Quellen und Teiche, von entscheidender Bedeutung gewesen wäre.

Als jemand mit rein physikalischem Hintergrund war ich versucht, auf andere Quellen zurückzugreifen, um die eher biologielastigen Kapitel vollständig zu verstehen. Dennoch gibt es genügend Details, damit der Leser der allgemeinen Argumentation des Buches problemlos folgen kann. Aber da es praktisch unmöglich ist, jeden relevanten Prozess eines so komplexen Themas im Detail zu erklären – und gleichzeitig die Aufmerksamkeit des Lesers zu unterhalten und zu fesseln –, enthält Graham viele gut recherchierte Vorschläge zur weiteren Lektüre und Links zu relevanten Forschungsarbeiten.

Welches „schwere Problem“?

Grahams Karriere, die durch eine Reise durch verschiedene Disziplinen, darunter Physik, Philosophie und Wirtschaftswissenschaften, gekennzeichnet ist, spiegelt sich in der Struktur seines Buches wider. Diese Mischung aus verschiedenen Bereichen könnte der Grund dafür sein Molekulare Stürme ist so eine fesselnde Lektüre. Der starke Unterton der statistischen Mechanik in der gesamten Erzählung ist zweifellos auf seinen ersten Abschluss in theoretischer Physik an der Universität Cambridge zurückzuführen.

Aber Graham greift auch auf seinen philosophischen Hintergrund zurück, um sich mit dem Rätsel um den Ursprung des Lebens zu befassen, und bezieht sich dabei wiederholt auf das Konzept eines „Boltzmann-Gehirns“ – also auf die Idee, dass zufällige Fluktuationen der Materie Bewusstsein hervorbringen könnten. In ähnlicher Weise degradiert er ausdrücklich das „schwierige Problem des Bewusstseins“ – das in Frage stellt, wie physische Materie zu bewusster und subjektiver Erfahrung führt – und sagt: „Der Ursprung des Lebens ist ein ebenso komplexes Problem wie es existiert (ich vermute, es wird sich beweisen). schwieriger als das sogenannte ‚harte Problem‘ des Bewusstseins).“

Molekulare Stürme dürfte die Leser auf zwei Ebenen ansprechen. Erstens kann es als faszinierender Leitfaden für einen Leser mit allgemeinem Interesse an Physik angesehen werden, der die Sicht eines Physikers auf die Entstehung des Lebens untersucht. Dieser Gelegenheitsleser kann die Fahrt genießen, ohne sich mit den in den Anhängen beschriebenen mathematischen Berechnungen befassen zu müssen.

Dieses Buch ist ein gutes Beispiel für den interdisziplinären Charakter wissenschaftlicher Forschung, der in Grundstudiengängen oft zu wenig betont wird

Alternativ würde es für einen an diesem Bereich interessierten Bachelor-Studenten von Nutzen sein, die Berechnungen durchzuarbeiten und den Erläuterungen zu folgen. Dieses Buch ist auch ein gutes Beispiel für den interdisziplinären Charakter wissenschaftlicher Forschung, der in Grundstudiengängen oft zu wenig betont wird. Allerdings würde ich studentischen Lesern raten, andere Texte zur Hand zu haben, es sei denn, sie verfügen bereits über ein sehr gutes konzeptionelles Verständnis der genannten Prinzipien.

Tatsächlich würden sowohl der Gelegenheitsleser als auch der Student davon profitieren, wenn sie sich für die Illustrationen der besprochenen Konzepte auf die Online-Ressourcen beziehen, da die Diagramme im Buch manchmal lediglich repräsentativ für den Online-Inhalt sind.

Aber wie die meisten Physik-Welt Da die Leser wahrscheinlich in eine dieser Kategorien fallen, würde ich Ihnen wärmstens empfehlen, sie hinzuzufügen Molekulare Stürme zu Ihrer Leseliste.

• 2023 Springer, 291 Seiten, 29.99 £, 23.99 £, E-Book

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/explaining-the-origin-of-life-with-physics/