De oorsprong van het leven verklaren met natuurkunde – 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="Een storm opwekken Het boek van Liam Graham schetst een pad van de wetten van de thermodynamica naar de oorsprong van biologische diversiteit. (Met dank aan: Shutterstock/ivan_kislitsin)”>

Kun jij de oorsprong van het leven op aarde verklaren met behulp van de principes van de thermodynamica en de statistische mechanica? Het is niet een vraag die zelfs natuurkundestudenten tegenkomen bij hun meer uitdagende opdrachten. Maar het is er eentje Liam Graham – natuurkundige die econoom is geworden – probeert in zijn debuutboek een antwoord te geven Moleculaire stormen: de fysica van sterren, cellen en de oorsprong van het leven.

Door Moleculaire stormen, gebruikt Graham een ​​lichte, informele toon met een afgemeten injectie van humor om de lezers op een direct pad te houden van de wetten van de thermodynamica naar het begin van de biologische diversiteit. Hij begint met het schetsen van een beeld van de bewegingen van moleculen in de ‘moleculaire storm’. In de eerste hoofdstukken wordt de lezer vertrouwd gemaakt met de belangrijkste principes van de statistische mechanica (zoals microstaten en Brownse beweging) en uiteraard ook met de thermodynamica.

Graham legt duidelijk uit dat de entropie (stoornis) van een gesloten systeem zal toenemen, en beschrijft in detail de werking van warmtemotoren, motoren en hun minder bekende neef, ratels. Andere blockbuster-principes van de natuurkunde – zoals de stelling van Noether (die behoudswetten in verband brengt met symmetrieën in de natuur) en kwantumsuperpositie – worden ook terloops geïntroduceerd, meer in de vorm van erkenning dan in de vorm van uitleg.

Graham gaat verder met een onderzoek naar de vereisten van het leven. De natuurkundige basis die hij heeft gelegd, laat hem onderzoeken hoe de vorming van planeten, de werking van enzymen en de biologische processen die essentieel zijn voor het functioneren van cellen allemaal kunnen worden begrepen in termen van de thermodynamische concepten van ratels en warmtemotoren.

Dit gedeelte wordt ondersteund door een korte maar duidelijke omweg naar hoe mengsels van moleculen door de moleculaire storm naar chemisch evenwicht worden gedreven. De afleiding naar de chemie is voor de lezer noodzakelijk om de langdurige discussie in de volgende paar hoofdstukken over de reacties van verbindingen, die een centrale rol spelen in het metabolisme van cellen, te kunnen volgen. Het boek eindigt met een gedetailleerde bespreking van de thermodynamica die van cruciaal belang zou zijn geweest voor de productie van organische moleculen en de omgeving van de nieuw gevormde aarde, zoals hydrothermale ventilatieopeningen en vijvers.

Als iemand met een puur natuurkundige achtergrond kwam ik in de verleiding om naar andere bronnen te verwijzen om de meer biologie-zware hoofdstukken volledig te begrijpen. Toch zijn er voldoende details zodat de lezer de algemene richting van de argumentatie van het boek gemakkelijk kan volgen. Maar gezien de vrijwel onmogelijkheid om elk relevant proces van zo'n complex onderwerp in detail uit te leggen – terwijl het toch de lezer blijft vermaken en de aandacht vasthoudt – geeft Graham veel goed onderbouwde suggesties voor verder lezen en links naar relevante onderzoekspapers.

Welk “moeilijke probleem”?

Grahams carrière, gekenmerkt door een reis door verschillende disciplines, waaronder natuurkunde, filosofie en economie, wordt weerspiegeld in de structuur van zijn boek. Deze mix van verschillende velden zou de reden kunnen zijn Moleculaire stormen is zo'n boeiende lectuur. De sterke ondertoon van de statistische mechanica in het hele verhaal dankt zijn oorsprong ongetwijfeld aan zijn eerste graad in theoretische natuurkunde aan de Universiteit van Cambridge.

Maar Graham maakt ook gebruik van zijn achtergrond in de filosofie om de puzzel van de oorsprong van het leven aan te pakken, waarbij hij herhaaldelijk verwijst naar het concept van een ‘Boltzmann-brein’ – dat wil zeggen, het idee dat willekeurige fluctuaties van materie aanleiding kunnen geven tot bewustzijn. In dezelfde geest degradeert hij expliciet het ‘harde probleem van het bewustzijn’ – dat zich afvraagt ​​hoe fysieke materie aanleiding geeft tot bewuste en subjectieve ervaringen – door te zeggen: ‘De oorsprong van het leven is een net zo complex probleem als er is (ik vermoed dat het zal blijken moeilijker dan het zogenaamde ‘harde probleem’ van het bewustzijn).”

Moleculaire stormen zal waarschijnlijk lezers op twee niveaus aanspreken. Ten eerste kan het worden gezien als een fascinerende gids voor een lezer met een algemene belangstelling voor natuurkunde, waarin de kijk van een natuurkundige op het ontstaan ​​van het leven wordt onderzocht. Deze gewone lezer kan van de rit genieten zonder zich te hoeven wenden tot de wiskundige berekeningen die in de bijlagen worden beschreven.

Dit boek is een goed voorbeeld van het interdisciplinaire karakter van wetenschappelijk onderzoek, iets waar in bacheloropleidingen vaak te weinig nadruk op wordt gelegd

Als alternatief zou een student die geïnteresseerd is in dit gebied baat hebben bij het doornemen van de berekeningen en het volgen van de uitleg. Dit boek is ook een goed voorbeeld van het interdisciplinaire karakter van wetenschappelijk onderzoek, iets waar in bacheloropleidingen vaak te weinig nadruk op wordt gelegd. Ik zou studentenlezers echter aanraden om andere teksten bij de hand te hebben, tenzij ze al een zeer goed conceptueel begrip hebben van de genoemde principes.

Zowel de gewone lezer als de student zouden er baat bij hebben om naar de online bronnen te verwijzen voor illustraties van de besproken concepten, aangezien de diagrammen in het boek soms slechts representatief zijn voor de online inhoud.

Maar zoals de meeste Natuurkunde wereld lezers waarschijnlijk in een van deze categorieën vallen, zou ik u ten zeerste aanbevelen om toe te voegen Moleculaire stormen aan je leeslijst.

• 2023 Springer 291pp £ 29.99pb £ 23.99eboek

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/explaining-the-origin-of-life-with-physics/