Elämän alkuperän selittäminen fysiikan avulla – Fysiikan maailma

<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="Myrskyn nostaminen Liam Grahamin kirja kartoittaa polun termodynamiikan laeista biologisen monimuotoisuuden alkuperään. (Kohtelias: Shutterstock/ivan_kislitsin)”>

Voitko selittää elämän syntyä maapallolla termodynamiikan ja tilastomekaniikan periaatteiden avulla? Se ei ole kysymys, jonka edes fysiikan opiskelijat näkevät haastavammissa tehtävissään. Mutta se on yksi sellainen Liam Graham – fyysikko taloustieteilijästä – yrittää vastata debyyttikirjassaan Molekyylimyrskyt: Tähtien, solujen fysiikka ja elämän alkuperä.

kauttaaltaan Molekyylimyrskyt, Graham käyttää kevyttä, epävirallista sävyä ja mitattua huumoria pitääkseen lukijat suoralla tiellä termodynamiikan laeista biologisen monimuotoisuuden alkuun. Hän aloittaa maalaamalla kuvan molekyylien liikkeistä "molekyylimyrskyssä". Alkuluvut tutustuttavat lukijaan tilastollisen mekaniikan pääperiaatteisiin (kuten mikrotilat ja Brownin liike) sekä tietysti termodynamiikkaan.

Graham selittää selkeästi, että suljetun järjestelmän entropian (häiriön) on määrä kasvaa, ja kuvailee yksityiskohtaisesti lämpökoneiden, moottoreiden ja niiden vähemmän tunnettujen serkkujen, räikkäkoneiden, toimintaa. Muut fysiikan hittiperiaatteet – kuten Noetherin lause (joka yhdistää säilymislakeja luonnon symmetrioihin) ja kvantti superpositio – esitellään myös ohimennen, enemmän tunnustuksen kuin selityksen muodossa.

Graham jatkaa elämän edellytysten tutkimista. Hänen luomansa fysiikan pohjatyöt antavat hänelle mahdollisuuden tutkia, kuinka planeettojen muodostuminen, entsyymien toiminta ja solujen toiminnalle välttämättömät biologiset prosessit voidaan ymmärtää räikkäkoneiden ja lämpökoneiden termodynaamisten käsitteiden avulla.

Tätä osiota tukee lyhyt mutta selkeä kiertotie siitä, kuinka molekyyliseokset ajavat molekyylin myrskyn kemialliseen tasapainoon. Kemiaan siirtyminen on välttämätöntä, jotta lukija voi seurata seuraavien lukujen pitkää keskustelua solujen aineenvaihdunnassa keskeisten yhdisteiden reaktioista. Kirja päättyy yksityiskohtaiseen keskusteluun termodynamiikasta, joka olisi ollut avain orgaanisten molekyylien tuottamiseen ja vasta muodostuneen maan ympäristöön, kuten hydrotermisiin aukkoihin ja lampiin.

Puhtaan fysiikan taustan omaavana minulla oli houkutus viitata muihin lähteisiin ymmärtääkseni täysin biologiaa vaativammat luvut. Yksityiskohtia on kuitenkin tarpeeksi, jotta lukija voi mukavasti seurata kirjan argumentin yleistä suuntaa. Mutta koska on käytännössä mahdotonta selittää näin monimutkaisen aiheen kaikkia olennaisia ​​prosesseja yksityiskohtaisesti – samalla kun se silti viihdyttää ja kiinnittää lukijan huomion – Graham sisältää paljon hyvin tutkittuja ehdotuksia lisälukemiseksi ja linkkejä asiaankuuluviin tutkimuspapereihin.

Mikä "kova ongelma"?

Grahamin ura, jolle on ominaista matka eri tieteenalojen, kuten fysiikan, filosofian ja taloustieteen, poikki, heijastuu hänen kirjansa rakenteeseen. Tämä eri alojen yhdistelmä saattaa olla syy Molekyylimyrskyt on niin koukuttavaa luettavaa. Tilastollisen mekaniikan vahva pohjasävy koko kertomuksen aikana johtuu epäilemättä hänen ensimmäisestä teoreettisen fysiikan tutkinnostaan ​​Cambridgen yliopistosta.

Mutta Graham hyödyntää myös filosofian taustaansa käsitelläkseen elämän alkuperän arvoitusta, viitaten toistuvasti "Boltzmann-aivojen" käsitteeseen - eli ajatukseen, että aineen satunnaiset vaihtelut voivat synnyttää tietoisuuden. Samalla tavalla hän alentaa nimenomaisesti "tietoisuuden kovaa ongelmaa" - joka kyseenalaistaa, kuinka fyysinen aine saa aikaan tietoisen ja subjektiivisen kokemuksen - sanoen: "Elämän alkuperä on yhtä monimutkainen ongelma kuin se on (epäilen sen todistavan vaikeampaa kuin niin sanottu tietoisuuden "kova ongelma").

Molekyylimyrskyt todennäköisesti vetoaa lukijoihin kahdella tasolla. Ensinnäkin sitä voidaan pitää kiehtovana oppaana fysiikasta yleisesti kiinnostuneelle lukijalle, joka tutkii fyysikon näkemystä elämän syntymisestä. Tämä rento lukija voi nauttia kyydistä ilman, että hänen tarvitsee käyttää liitteissä esitettyjä matemaattisia laskelmia.

Tämä kirja on hyvä esimerkki tieteellisen tutkimuksen tieteidenvälisyydestä, jota usein alipainotetaan perustutkinto-opinnoissa.

Vaihtoehtoisesti tästä aiheesta kiinnostuneelle perustutkinto-opiskelijalle olisi hyötyä laskelmien läpikäymisestä ja selitysten seuraamisesta. Tämä kirja on myös hyvä esimerkki tieteellisen tutkimuksen monitieteisyydestä, jota usein alipainotetaan perustutkinto-opinnoissa. Suosittelen kuitenkin lukija-opiskelijaa pitämään muita tekstejä käsillä, ellei heillä ole jo erittäin hyvää käsitteellistä ymmärrystä mainituista periaatteista.

Sekä satunnaiselle lukijalle että opiskelijalle olisi todellakin hyötyä, jos verkkoresursseista löytyisi kuvituksia käsitellyistä käsitteistä, sillä kirjan kaaviot edustavat joskus vain verkkosisältöä.

Mutta kuten useimmat Fysiikan maailma lukijat todennäköisesti kuuluvat johonkin näistä luokista, suosittelen lisäämistä Molekyylimyrskyt lukulistallesi.

• 2023 Springer 291pp 29.99 £ 23.99 e-kirja

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/explaining-the-origin-of-life-with-physics/