הסבר על מקור החיים בפיזיקה - עולם הפיזיקה

<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="מעורר סערה ספרו של ליאם גרהם משרטט דרך מחוקי התרמודינמיקה אל מקור המגוון הביולוגי. (באדיבות: Shutterstock/ivan_kislitsin)”>

האם אתה יכול להסביר את מקור החיים על כדור הארץ באמצעות עקרונות התרמודינמיקה והמכניקה הסטטיסטית? זו לא שאלה שאפילו סטודנטים לפיזיקה רואים במשימות המאתגרות יותר שלהם. אבל זה אחד ש ליאם גרהם - פיזיקאי שהפך לכלכלן - מנסה לענות בספר הביכורים שלו סופות מולקולריות: הפיזיקה של כוכבים, תאים ומקור החיים.

בְּמֶשֶך סופות מולקולריות, גרהם משתמש בנימה קלה ובלתי פורמלית עם הזרקת הומור מדודה כדי לשמור על הקוראים בנתיב ישיר מחוקי התרמודינמיקה לתחילת המגוון הביולוגי. הוא מתחיל בציור תמונה של תנועות מולקולות ב"סופה המולקולרית". הפרקים הפותחים מכירים לקורא את העקרונות העיקריים של המכניקה הסטטיסטית (כגון מיקרו-מצבים ותנועה בראונית) כמו גם, כמובן, את התרמודינמיקה.

גרהם מסביר בבירור שהאנטרופיה (הפרעה) של מערכת סגורה נועדה לגדול, ומתאר בפירוט את פעולתם של מנועי חום, מנועים ובן דודם הפחות מוכר, ראצ'טים. עקרונות שוברי קופות אחרים של הפיזיקה – כמו משפט נואת'ר (המקשר את חוקי השימור לסימטריות בטבע) וסופרפוזיציה קוונטית – מוצגים גם הם בדרך אגב, יותר בצורה של הכרה מאשר הסבר.

גרהם ממשיך בבחינה של התנאים המוקדמים של החיים. היסודות הפיזיקליים שהוא הניח מאפשרים לו לחקור כיצד ניתן להבין את היווצרותם של כוכבי לכת, פעולתם של אנזימים והתהליכים הביולוגיים החיוניים לתפקוד התאים במונחים של המושגים התרמודינמיים של ראצ'טים ומנועי חום.

סעיף זה נתמך על ידי מעקף קצר אך ברור כיצד תערובות של מולקולות מונעות לשיווי משקל כימי על ידי הסערה המולקולרית. ההסטה לכימיה נחוצה כדי שהקורא יעקוב אחר הדיון הארוך בפרקים הבאים על תגובות של תרכובות, הממלאות תפקיד מרכזי במטבוליזם של תאים. הספר מסתיים בדיון מפורט על התרמודינמיקה שהיתה מפתחת לייצור מולקולות אורגניות וסביבת כדור הארץ החדש שנוצר, כמו פתחי אוורור הידרותרמיים ובריכות.

בתור מישהו עם רקע פיזיקה טהור, התפתיתי להתייחס למקורות אחרים כדי להבין היטב את הפרקים היותר כבדים בביולוגיה. ובכל זאת, יש מספיק פרטים כדי שהקורא יוכל לעקוב בנוחות אחר הכיוון הכללי של הטיעון של הספר. אבל בהתחשב בחוסר האפשרות הוירטואלית להסביר כל תהליך רלוונטי של נושא מורכב כל כך בפירוט - תוך שהוא משעשע ומשאיר את תשומת ליבו של הקורא - גרהם כולל המון הצעות מחקריות היטב לקריאה נוספת וקישורים למאמרי מחקר רלוונטיים.

איזו "בעיה קשה"?

הקריירה של גרהם, המאופיינת במסע בין דיסציפלינות שונות כולל פיזיקה, פילוסופיה וכלכלה, באה לידי ביטוי במבנה ספרו. השילוב הזה של תחומים שונים עשוי להיות הסיבה לכך סופות מולקולריות קריאה כל כך מרתקת. הנימה החזקה של המכניקה הסטטיסטית לאורך כל הנרטיב חייבת ללא ספק את מקורו לתואר הראשון שלו בפיזיקה תיאורטית מאוניברסיטת קיימברידג'.

אבל גרהם שואב גם את הרקע שלו בפילוסופיה כדי להתמודד עם הפאזל של מקור החיים, בהתייחס שוב ושוב למושג "מוח בולצמן" - כלומר, הרעיון שתנודות אקראיות של החומר יכולות להוליד תודעה. ברוח דומה, הוא מוריד במפורש את "הבעיה הקשה של התודעה" - המטילה ספק כיצד החומר הפיזי מעורר חוויה מודעת וסובייקטיבית - באומרו, "מקור החיים הוא בעיה מורכבת כמו שיש (אני חושד שזה יוכיח את עצמו). קשה יותר ממה שנקרא 'בעיה קשה' של התודעה).

סופות מולקולריות צפוי למשוך את הקוראים בשני מישורים. ראשית, ניתן לראות בו מדריך מרתק לקורא בעל עניין כללי בפיזיקה, הבוחן את השקפתו של פיזיקאי על הופעת החיים. קורא מזדמן זה יכול ליהנות מהנסיעה ללא צורך לפנות לחישובים המתמטיים המפורטים בנספחים.

ספר זה הוא דוגמה טובה לאופי הבינתחומי של מחקר מדעי, דבר שלעתים קרובות אינו מודגש בקורסים לתואר ראשון

לחלופין, סטודנט לתואר ראשון המתעניין בתחום זה ייהנה מלעבוד על החישובים ולעקוב אחר ההסברים. ספר זה הוא גם דוגמה טובה לאופי הבינתחומי של המחקר המדעי, דבר שלעיתים קרובות אינו מודגש בקורסים לתואר ראשון. עם זאת, הייתי ממליץ לתלמידים לקרוא טקסטים אחרים בהישג יד, אלא אם כן יש להם כבר הבנה רעיונית טובה מאוד של העקרונות שהוזכרו.

ואכן, הן הקורא המזדמן והן התלמיד ירוויחו מהפניה למשאבים המקוונים להמחשה של המושגים הנידונים, שכן התרשימים בספר מייצגים לעתים רק את התוכן המקוון.

אבל כמו רובם עולם הפיזיקה סביר להניח שקוראים ייכללו באחת מהקטגוריות הללו, אני ממליץ בחום להוסיף סופות מולקולריות לרשימת הקריאה שלך.

• ספר אלקטרוני 2023 ספרינגר 291pp £29.99pb £23.99

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/explaining-the-origin-of-life-with-physics/