Moderne fysikk kan ikke forklare livet - men en ny teori som sier at tid er grunnleggende, kan

I løpet av det korte tidsrommet på bare 300 år, siden oppfinnelsen av moderne fysikk, har vi fått en dypere forståelse av hvordan universet vårt fungerer i både små og store skalaer. Likevel er fysikk fortsatt veldig ung, og når det gjelder å bruke den til å forklare livet, sliter fysikere.

Til og med i dag, vi kan egentlig ikke forklare hva er forskjellen mellom en levende klump av materie og en død. Men kollegene mine og jeg skaper en ny livsfysikk som snart kan gi svar.

For mer enn 150 år siden bemerket Darwin på en gripende måte dikotomien mellom det vi forstår i fysikk og det vi observerer i livet – og la merke til på slutten av Opprinnelsen til arter "...mens denne planeten har syklet videre i henhold til den faste tyngdeloven, fra en så enkel begynnelse har de vakreste og mest vidunderlige formene vært og utviklet seg."

Viktigheten av tid

Isaac Newton beskrev et univers der lovene aldri endres, og tiden er et uforanderlig og absolutt bakteppe som alt beveger seg mot. Darwin observerte imidlertid et univers der endeløse former genereres, som hver endrer trekk ved det som kom før, noe som tyder på at tiden ikke bare bør ha en retning, men at den på noen måter folder seg tilbake på seg selv. Nye evolusjonære former kan bare oppstå via seleksjon fra fortiden.

Antagelig disse to områdene av vitenskap beskriver det samme universet, men hvordan kan to slike diametralt motsatte syn forenes? Nøkkelen til å forstå hvorfor livet ikke kan forklares i dagens fysikk kan være å revurdere våre forestillinger om tid som nøkkelforskjellen mellom universet som beskrevet av Newton og det til Darwin. Tid har faktisk blitt gjenoppfunnet mange ganger gjennom fysikkens historie.

Selv om Newtons tid var fast og absolutt, ble Einsteins tid en dimensjon – akkurat som rommet. Og akkurat som alle punkter i rommet eksisterer på en gang, så gjør alle punkter i tid. Dette tidsfilosofi blir noen ganger referert til som "blokkuniverset" hvor fortid, nåtid og fremtid er like reelle og eksisterer i en statisk struktur - uten noe spesielt "nå." I kvantemekanikk, fremkommer tidens gang fra hvordan kvantetilstander endres fra den ene til den neste.

Oppfinnelsen av termodynamikk ga tiden sin pil, og forklarer hvorfor den beveger seg fremover i stedet for bakover. Det er fordi det er klare eksempler på systemer i universet vårt, for eksempel en fungerende motor, som er irreversible – bare fungerer i én retning. Hvert nytt område av grunnleggende fysikk, enten det beskriver rom og tid (Newton/Einstein), materie og lys (kvantemekanikk), eller varme og arbeid (termodynamikk) har introdusert et nytt tidsbegrep.

Men hva med evolusjonen og livet? For å bygge nye ting krever evolusjon tid. Uendelig nyhet kan bare komme til å være i et univers der tiden eksisterer og har en klar retning. Evolusjon er den eneste fysiske prosessen i universet vårt som kan generere rekkefølgen av nye objekter vi forbinder med livet - ting som mikrober, pattedyr, trær og til og med mobiltelefoner.

Informasjon og minne

Slike gjenstander kan ikke fluktuere til eksistens spontant. De krever et minne, basert på det som eksisterte i fortiden, for å konstruere ting i nåtiden. Det er et slikt "utvalg" som bestemmer skillelinjen mellom universet beskrevet av dagens fysikk og det Darwin så: det er mekanismen som gjør et univers der minne ikke betyr noe for å bestemme hva som eksisterer, til et univers hvor det gjør det.

Tenk på det, alt i den levende verden krever en slags hukommelse og informasjonsflyt. DNAet i cellene våre er vår blåkopi. Og for å finne opp nye ting, som raketter eller medisiner, trenger levende vesener også informasjon – kunnskap om fysikkens og kjemiens lover.

For å forklare livet må vi derfor forstå hvordan de komplekse objektene livet skaper eksisterer i tid. Med mine samarbeidspartnere har vi gjort nettopp det i en ny foreslått teori av fysikk kalt monteringsteori.

En sentral formodning om monteringsteori er at når objekter blir mer komplekse, øker antallet unike deler som utgjør det, og det samme gjør behovet for lokalt minne for å lagre hvordan man setter sammen objektet fra dets unike deler. Vi kvantifiserer dette i monteringsteori som det korteste antallet fysiske trinn for å bygge et objekt fra dets elementære byggeklosser, kalt monteringsindeksen.

Det er viktig at monteringsteori behandler denne korteste veien som en iboende egenskap til objektet, og vi har faktisk vist hvordan en sammenstillingsindeks kan måles for molekyler ved å bruke flere forskjellige måleteknikker inkludert massespektrometri (en analytisk metode for å måle masse-til-ladning) forholdet mellom molekyler).

Med denne tilnærmingen har vi vist i laboratoriet, med målinger på både biologiske og ikke-biologiske prøver, hvordan molekyler med en sammenstillingsindeks over 15 trinn bare finnes i levende prøver.

Dette antyder at monteringsteori faktisk er i stand til å teste hypotesen vår om at livet er den eneste fysikken som genererer komplekse objekter. Og vi kan gjøre det ved å identifisere de objektene som er så komplekse, den eneste fysiske mekanismen for å danne dem er evolusjon.

Vi tar sikte på å bruke teorien vår til å estimere når opprinnelsen hvis liv skjer ved å måle punktet der molekylene i en kjemisk suppe blir så komplekse at de begynner å bruke informasjon til å lage kopier av seg selv—terskelen der liv oppstår fra ikke-liv. Vi kan deretter bruke teorien på eksperimenter som tar sikte på å generere en ny opprinnelse til livshendelse i laboratoriet.

Og når vi vet dette, kan vi bruke teorien til å lete etter liv i verdener som er radikalt forskjellige fra Jorden, og kan derfor se så fremmede ut at vi ikke ville gjenkjenne livet der.

Hvis teorien holder, vil den tvinge frem en radikal nytenkning på tid i fysikk. I følge vår teori kan sammenstilling måles som en iboende egenskap for molekyler, som tilsvarer deres størrelse i tid – noe som betyr at tid er en fysisk egenskap.

Til syvende og sist er tid iboende for våre opplevelser av verden, og det er nødvendig for at evolusjon skal skje. Hvis vi vil at fysikk skal være i stand til å forklare livet – og oss – kan det hende vi må behandle tid som en materiell egenskap for første gang i fysikken.

Dette er kanskje den mest radikale avvikelsen for livsfysikk fra standardfysikk, men det kan være den kritiske innsikten som trengs for å forklare hva liv er.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: Zdeněk Macháček / Unsplash

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2023/04/13/modern-physics-cant-explain-life-but-a-new-theory-which-says-time-is-fundamental-might/