Giải thích nguồn gốc sự sống bằng vật lý – Physics World

Giải thích nguồn gốc sự sống bằng vật lý – Physics World

Dấu thời gian: Ngày 13 tháng 2024 năm 7 00:XNUMX sáng

Claire Malone đánh giá Bão phân tử: Vật lý của các ngôi sao, tế bào và nguồn gốc sự sống bởi Liam Graham

<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="Gây bão Cuốn sách của Liam Graham vạch ra con đường từ các định luật nhiệt động lực học đến nguồn gốc của sự đa dạng sinh học. (Được phép: Shutterstock/ivan_kislitsin)”>
hình ảnh trừu tượng của chất lỏng trộn
Gây bão Cuốn sách của Liam Graham vạch ra con đường từ các định luật nhiệt động lực học đến nguồn gốc của sự đa dạng sinh học. (Được phép: Shutterstock/ivan_kislitsin)

Bạn có thể giải thích nguồn gốc sự sống trên Trái đất bằng các nguyên lý nhiệt động lực học và cơ học thống kê không? Đó không phải là câu hỏi mà ngay cả sinh viên vật lý cũng thấy trong những bài tập khó hơn của họ. Nhưng đó là một trong những điều đó Liam Graham – nhà vật lý chuyển sang kinh tế học – cố gắng trả lời trong cuốn sách đầu tay của mình Bão phân tử: Vật lý của các ngôi sao, tế bào và nguồn gốc sự sống.

Khắp Bão phân tử, Graham sử dụng giọng điệu nhẹ nhàng, thân mật pha chút hài hước có chừng mực để đưa người đọc đi theo con đường trực tiếp từ các định luật nhiệt động lực học đến sự hình thành của đa dạng sinh học. Anh ấy bắt đầu bằng việc vẽ một bức tranh về chuyển động của các phân tử trong “cơn bão phân tử”. Các chương mở đầu giúp người đọc làm quen với các nguyên lý chính của cơ học thống kê (chẳng hạn như các trạng thái vi mô và chuyển động Brown) cũng như tất nhiên là nhiệt động lực học.

Graham giải thích rõ ràng rằng entropy (rối loạn) của một hệ thống kín nhất định sẽ tăng lên và mô tả chi tiết hoạt động của động cơ nhiệt, động cơ và người anh em họ ít được biết đến hơn của chúng, bánh cóc. Các nguyên lý vật lý bom tấn khác – chẳng hạn như định lý Noether (liên hệ các định luật bảo toàn với sự đối xứng trong tự nhiên) và sự chồng chập lượng tử – cũng được giới thiệu một cách ngẫu nhiên, dưới hình thức thừa nhận hơn là giải thích.

Graham tiếp tục xem xét những điều kiện tiên quyết của cuộc sống. Nền tảng vật lý mà anh ấy đặt ra cho phép anh ấy khám phá cách hình thành các hành tinh, hoạt động của các enzyme và các quá trình sinh học cần thiết cho hoạt động của tế bào đều có thể được hiểu theo các khái niệm nhiệt động lực học của bánh cóc và động cơ nhiệt.

Phần này được hỗ trợ bằng một đường vòng ngắn gọn nhưng rõ ràng về cách hỗn hợp các phân tử được đưa đến trạng thái cân bằng hóa học nhờ cơn bão phân tử. Việc chuyển hướng sang lĩnh vực hóa học là cần thiết để người đọc theo dõi phần thảo luận dài dòng trong một số chương tiếp theo về phản ứng của các hợp chất đóng vai trò trung tâm trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Cuốn sách kết thúc bằng phần thảo luận chi tiết về nhiệt động lực học có thể là chìa khóa để tạo ra các phân tử hữu cơ và môi trường của Trái đất mới hình thành, như các ao và miệng phun thủy nhiệt.

Là một người có nền tảng vật lý thuần túy, tôi muốn tham khảo các nguồn khác để hiểu đầy đủ các chương nặng về sinh học hơn. Tuy nhiên, vẫn có đủ chi tiết để người đọc có thể thoải mái theo dõi chiều hướng chung của lập luận trong cuốn sách. Nhưng do thực tế là không thể giải thích chi tiết mọi quy trình liên quan của một chủ đề phức tạp như vậy – trong khi vẫn mang tính giải trí và thu hút sự chú ý của người đọc – Graham đã đưa ra rất nhiều đề xuất đã được nghiên cứu kỹ lưỡng để đọc thêm và liên kết đến các tài liệu nghiên cứu có liên quan.

“Vấn đề khó khăn” nào?

Sự nghiệp của Graham, đặc trưng bởi hành trình xuyên suốt nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm vật lý, triết học và kinh tế, được phản ánh trong cấu trúc cuốn sách của ông. Sự kết hợp của các lĩnh vực khác nhau này có thể là lý do tại sao Bão phân tử là một bài đọc hấp dẫn. Giọng điệu mạnh mẽ của cơ học thống kê xuyên suốt câu chuyện chắc chắn có nguồn gốc từ tấm bằng đầu tiên của ông về vật lý lý thuyết tại Đại học Cambridge.

Nhưng Graham cũng dựa vào nền tảng triết học của mình để giải quyết câu đố về nguồn gốc của sự sống, liên tục đề cập đến khái niệm “bộ não Boltzmann” - tức là ý tưởng cho rằng những biến động ngẫu nhiên của vật chất có thể làm phát sinh ra ý thức. Theo cách tương tự, ông hạ bệ một cách rõ ràng “vấn đề khó khăn về ý thức” - đặt câu hỏi làm thế nào vật chất vật chất tạo ra trải nghiệm có ý thức và chủ quan - nói rằng, “Nguồn gốc của sự sống cũng là một vấn đề phức tạp (tôi nghi ngờ nó sẽ chứng minh khó hơn cái gọi là 'vấn đề khó' của ý thức).

Bão phân tử có khả năng thu hút độc giả ở hai cấp độ. Đầu tiên, nó có thể được coi là một hướng dẫn hấp dẫn dành cho độc giả quan tâm chung đến vật lý, xem xét quan điểm của một nhà vật lý về sự xuất hiện của sự sống. Người đọc bình thường này có thể tận hưởng chuyến đi mà không cần phải chuyển sang các phép tính toán học được nêu trong phần phụ lục.

Cuốn sách này là một ví dụ điển hình về tính chất liên ngành của nghiên cứu khoa học, một điều thường không được nhấn mạnh trong các khóa học đại học.

Ngoài ra, một sinh viên đại học quan tâm đến lĩnh vực này sẽ được hưởng lợi từ việc thực hiện các phép tính và làm theo các giải thích. Cuốn sách này cũng là một ví dụ điển hình về tính chất liên ngành của nghiên cứu khoa học, một điều thường không được nhấn mạnh trong các khóa học đại học. Tuy nhiên, tôi khuyên độc giả là sinh viên nên có sẵn các văn bản khác trừ khi họ đã nắm bắt rất tốt về khái niệm các nguyên tắc được đề cập.

Quả thực, cả người đọc bình thường và sinh viên sẽ được hưởng lợi từ việc tham khảo các tài nguyên trực tuyến để minh họa các khái niệm được thảo luận, vì các sơ đồ trong cuốn sách đôi khi chỉ đơn thuần là đại diện cho nội dung trực tuyến.

Nhưng như hầu hết Thế giới vật lý độc giả có thể rơi vào một trong những loại này, tôi thực sự khuyên bạn nên thêm Bão phân tử vào danh sách đọc của bạn.

  • 2023 Springer 291pp £29.99pb £23.99ebook

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý