Förklara livets ursprung med fysik – 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="Piska upp en storm Liam Grahams bok kartlägger en väg från termodynamikens lagar till ursprunget till biologisk mångfald. (Med tillstånd: Shutterstock/ivan_kislitsin)”>

Kan du förklara livets uppkomst på jorden med hjälp av principerna för termodynamik och statistisk mekanik? Det är inte en fråga som ens fysikstudenter ser i sina mer utmanande uppgifter. Men det är en sådan Liam Graham – fysiker blev ekonom – försöker svara i sin debutbok Molekylära stormar: stjärnornas, cellernas fysik och livets ursprung.

Hela Molekylära stormar, använder Graham en lätt, informell ton med en uppmätt injicering av humor för att hålla läsarna på en direkt väg från termodynamikens lagar till början av biologisk mångfald. Han börjar med att måla en bild av molekylernas rörelser i "molekylstormen". De inledande kapitlen gör läsaren bekant med huvudprinciperna inom statistisk mekanik (såsom mikrotillstånd och Brownsk rörelse) såväl som, naturligtvis, termodynamiken.

Graham förklarar tydligt att entropin (störningen) i ett slutet system är avsett att öka, och beskriver i detalj driften av värmemotorer, motorer och deras mindre kända kusin, spärrhakar. Andra storsäljande fysikprinciper – som Noethers teorem (som relaterar bevarandelagar till symmetrier i naturen) och kvantsuperposition – introduceras också i förbigående, mer i form av erkännande än förklaring.

Graham fortsätter med en undersökning av livets förutsättningar. Den fysiska grunden som han har lagt låter honom utforska hur bildningen av planeter, verkan av enzymer och de biologiska processer som är väsentliga för cellers funktion kan alla förstås i termer av termodynamiska begrepp för spärrhakar och värmemotorer.

Detta avsnitt stöds av en kort men tydlig omväg till hur blandningar av molekyler drivs till kemisk jämvikt av molekylstormen. Omläggningen till kemi är nödvändig för att läsaren ska kunna följa den långa diskussionen i de kommande kapitlen om reaktionerna hos föreningar, som spelar en central roll i cellernas metabolism. Boken avslutas med en detaljerad diskussion om termodynamiken som skulle ha varit nyckeln till produktionen av organiska molekyler och miljön på den nybildade jorden, som hydrotermiska ventiler och dammar.

Som någon med en ren fysikbakgrund lockades jag att hänvisa till andra källor för att fullt ut förstå de mer biologitunga kapitlen. Ändå finns det tillräckligt med detaljer för att läsaren bekvämt ska kunna följa den allmänna riktningen för bokens argumentation. Men med tanke på att det är praktiskt taget omöjligt att förklara varje relevant process i ett så komplext ämne i detalj – samtidigt som han underhåller och håller läsarens uppmärksamhet – inkluderar Graham massor av väl genomarbetade förslag för vidare läsning och länkar till relevanta forskningsartiklar.

Vilket "svåra problem"?

Grahams karriär, präglad av en resa över olika discipliner inklusive fysik, filosofi och ekonomi, återspeglas i strukturen i hans bok. Denna blandning av olika områden kan vara orsaken Molekylära stormar är så engagerande läsning. Den starka undertonen av statistisk mekanik genom hela berättelsen har utan tvekan sitt ursprung till hans första examen i teoretisk fysik från University of Cambridge.

Men Graham använder sig också av sin bakgrund inom filosofi för att ta itu med pusslet kring livets ursprung, och hänvisar upprepade gånger till begreppet en "Boltzmann-hjärna" - det vill säga tanken att slumpmässiga fluktuationer i materien skulle kunna ge upphov till medvetenhet. På liknande sätt degraderar han uttryckligen det "hårda medvetandeproblemet" - som ifrågasätter hur fysisk materia ger upphov till medveten och subjektiv upplevelse - och säger: "Livets ursprung är ett lika komplext problem som det finns (jag misstänker att det kommer att visa sig) svårare än det så kallade "hårda problemet" med medvetandet).

Molekylära stormar kommer sannolikt att tilltala läsare på två nivåer. För det första kan den ses som en fascinerande guide för en läsare med ett allmänt intresse för fysik, som undersöker en fysikers syn på livets uppkomst. Den här avslappnade läsaren kan njuta av resan utan att behöva vända sig till de matematiska beräkningarna som beskrivs i bilagorna.

Den här boken är ett bra exempel på den tvärvetenskapliga karaktären av vetenskaplig forskning, något som ofta underbetonas i grundkurser

Alternativt skulle en student som är intresserad av detta område tjäna på att arbeta igenom beräkningarna och följa förklaringarna. Den här boken är också ett bra exempel på den vetenskapliga forskningens tvärvetenskapliga karaktär, något som ofta underbetonas i grundkurser. Däremot skulle jag råda studerande läsare att ha andra texter till hands om de inte redan har ett mycket bra konceptuellt grepp om de nämnda principerna.

Faktum är att både den tillfälliga läsaren och studenten skulle tjäna på att hänvisa till onlineresurserna för illustrationer av de diskuterade begreppen, eftersom diagrammen i boken ibland bara är representativa för onlineinnehållet.

Men som de flesta Fysikvärlden läsare kommer sannolikt att hamna i en av dessa kategorier, jag rekommenderar starkt att du lägger till Molekylära stormar till din läslista.

• 2023 Springer 291pp £29.99pb £23.99 e-bok

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/explaining-the-origin-of-life-with-physics/