Wyjaśnianie pochodzenia życia za pomocą fizyki – Świat Fizyki

<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="Wywołuję burzę Książka Liama ​​Grahama wyznacza ścieżkę od praw termodynamiki do początków różnorodności biologicznej. (Dzięki uprzejmości: Shutterstock/ivan_kislitsin)”>

Czy potrafisz wyjaśnić pochodzenie życia na Ziemi, korzystając z zasad termodynamiki i mechaniki statystycznej? Nie jest to pytanie, które nawet studenci fizyki widzą w swoich trudniejszych zadaniach. Ale to jest to Liama ​​​​Grahama – fizyk, który stał się ekonomistą – próbuje odpowiedzieć w swojej debiutanckiej książce Burze molekularne: fizyka gwiazd, komórek i pochodzenia życia.

Poprzez Burze molekularne, Graham używa lekkiego, nieformalnego tonu z wyważoną dozą humoru, aby utrzymać czytelników na bezpośredniej ścieżce od praw termodynamiki do początków różnorodności biologicznej. Zaczyna od namalowania obrazu ruchu cząsteczek w „burzy molekularnej”. Początkowe rozdziały zapoznają czytelnika z głównymi założeniami mechaniki statystycznej (takiej jak mikrostany i ruchy Browna), a także oczywiście termodynamiką.

Graham jasno wyjaśnia, że ​​entropia (nieporządek) układu zamkniętego ma tendencję do wzrostu i szczegółowo opisuje działanie silników cieplnych, silników oraz ich mniej znanego kuzyna, zapadek. Inne przełomowe zasady fizyki – takie jak twierdzenie Noether (które wiąże prawa zachowania z symetriami w przyrodzie) i superpozycja kwantowa – również są wprowadzane mimochodem, bardziej w formie potwierdzenia niż wyjaśnienia.

Graham kontynuuje badanie warunków wstępnych życia. Stworzone przez niego podstawy fizyki pozwalają mu zbadać, w jaki sposób powstawanie planet, działanie enzymów i procesy biologiczne niezbędne do funkcjonowania komórek można zrozumieć w kategoriach termodynamicznych koncepcji mechanizmów zapadkowych i silników cieplnych.

Ta część jest uzupełniona krótkim, ale wyraźnym omówieniem, w jaki sposób mieszaniny cząsteczek doprowadzane są do równowagi chemicznej przez burzę molekularną. Przejście do chemii jest konieczne, aby czytelnik mógł śledzić w kilku następnych rozdziałach obszerne dyskusje na temat reakcji związków, które odgrywają kluczową rolę w metabolizmie komórek. Książka kończy się szczegółowym omówieniem termodynamiki, która byłaby kluczowa dla produkcji cząsteczek organicznych i środowiska nowo powstałej Ziemi, takiego jak kominy hydrotermalne i stawy.

Jako osoba z doświadczeniem czysto fizycznym miałem ochotę odwołać się do innych źródeł, aby w pełni zrozumieć rozdziały zawierające więcej biologii. Mimo to jest wystarczająco dużo szczegółów, aby czytelnik mógł wygodnie podążać za ogólnym kierunkiem argumentacji zawartej w książce. Biorąc jednak pod uwagę fakt, że szczegółowe wyjaśnienie każdego istotnego procesu w tak złożonym temacie jest praktycznie niemożliwe – przy jednoczesnym zachowaniu rozrywki i przykucia uwagi czytelnika – Graham zawiera wiele dobrze opracowanych sugestii dotyczących dalszej lektury oraz linki do odpowiednich artykułów naukowych.

Jaki „trudny problem”?

Kariera Grahama, charakteryzująca się podróżą przez różne dyscypliny, w tym fizykę, filozofię i ekonomię, znajduje odzwierciedlenie w strukturze jego książki. Być może przyczyną jest to połączenie różnych dziedzin Burze molekularne to naprawdę wciągająca lektura. Silny wydźwięk mechaniki statystycznej w całej narracji niewątpliwie zawdzięcza swoje pochodzenie jego pierwszemu dyplomowi z fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Cambridge.

Ale Graham czerpie także ze swojego doświadczenia filozoficznego, aby rozwiązać zagadkę pochodzenia życia, odnosząc się wielokrotnie do koncepcji „mózgu Boltzmanna” – to znaczy idei, że przypadkowe fluktuacje materii mogą dać początek świadomości. W podobnym duchu wyraźnie degraduje „trudny problem świadomości” – który kwestionuje to, w jaki sposób materia fizyczna powoduje powstanie świadomego i subiektywnego doświadczenia – mówiąc: „Pochodzenie życia jest problemem równie złożonym, jak jego istnienie (podejrzewam, że to udowodni trudniejszy niż tak zwany „trudny problem” świadomości).”

Burze molekularne prawdopodobnie spodoba się czytelnikom na dwóch poziomach. Po pierwsze, można ją postrzegać jako fascynujący przewodnik dla czytelnika zainteresowanych fizyką, badający pogląd fizyka na pojawienie się życia. Ten przypadkowy czytelnik może cieszyć się jazdą bez konieczności odwoływania się do obliczeń matematycznych opisanych w załącznikach.

Niniejsza książka jest dobrym przykładem interdyscyplinarnego charakteru badań naukowych, czegoś, co często jest niedoceniane na studiach licencjackich

Alternatywnie, student studiów licencjackich zainteresowany tą dziedziną odniesie korzyść z przerobienia obliczeń i zapoznania się z wyjaśnieniami. Książka ta jest także dobrym przykładem interdyscyplinarnego charakteru badań naukowych, co często jest niedoceniane na studiach licencjackich. Radziłbym jednak czytelnikom-studentom, aby mieli pod ręką inne teksty, chyba że mają już bardzo dobre pojęcie koncepcyjne dotyczące wspomnianych zasad.

Rzeczywiście, zarówno zwykły czytelnik, jak i student odnieśliby korzyść, gdyby odwołali się do zasobów internetowych w celu uzyskania ilustracji omawianych koncepcji, ponieważ diagramy w książce są czasami jedynie reprezentatywne dla treści online.

Ale jak większość Świat Fizyki czytelnicy prawdopodobnie należą do jednej z tych kategorii, gorąco polecam dodanie ich Burze molekularne do swojej listy lektur.

• 2023 Springer 291 stron 29.99 GBP szt. 23.99 GBP ebook

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/explaining-the-origin-of-life-with-physics/