Czym jest życie? -What Is Life?

W przypadku innych zastosowań zobacz Czym jest życie (ujednoznacznienie) .
Czym jest życie? Fizyczny
aspekt żywej komórki
Was ist Leben (1)-OG.JPG
Strony tytułowe wydania z 1948 r.
Autor Erwin Schrödinger
Kraj Wielka Brytania (Wielka Brytania)
Język język angielski
Gatunek muzyczny Popularna nauka
Wydawca Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge
Data publikacji
 1944
Typ mediów Wydrukować
Strony 194 s.
Numer ISBN 0-521-42708-8
OCLC 24503223
574/.01 20
Klasa LC QH331 .S357 1982

Czym jest życie? Fizyczny aspekt żywej komórki to książka naukowa z 1944 r. napisana dla laickiego czytelnika przez fizyka Erwina Schrödingera . Książka została oparta na kursie publicznych wykładów wygłoszonych przez Schrödingera w lutym 1943 r. pod auspicjami Dublin Institute for Advanced Studies, gdzie był dyrektorem Fizyki Teoretycznej w Trinity College w Dublinie . Wykłady przyciągnęły publiczność liczącą około 400 osób, której ostrzegano, „że temat jest trudny i że wykładów nie można nazwać popularnymi, mimo że najbardziej przerażająca broń fizyków, dedukcja matematyczna, prawie nie zostanie wykorzystana”. Wykład Schrödingera koncentrował się na jednym ważnym pytaniu: „w jaki sposób zdarzenia w przestrzeni i czasie, które mają miejsce w obrębie przestrzennej granicy żywego organizmu, mogą być wytłumaczone przez fizykę i chemię?”

W książce Schrödinger przedstawił ideę „kryształu aperiodycznego”, który zawierał informację genetyczną w swojej konfiguracji kowalencyjnych wiązań chemicznych . W latach pięćdziesiątych pomysł ten pobudził entuzjazm do odkrycia cząsteczki genetycznej. Chociaż istnienie jakiejś formy informacji dziedzicznej było hipotezami od 1869 roku, jej rola w reprodukcji i jej spiralny kształt były wciąż nieznane w czasie wykładu Schrödingera. Z perspektywy czasu aperiodyczny kryształ Schrödingera można postrzegać jako dobrze uzasadnioną teoretyczną prognozę tego, czego biolodzy powinni szukać podczas swoich poszukiwań materiału genetycznego . Zarówno James D. Watson i Francis Crick , który wspólnie zaproponował podwójną helisę strukturę DNA na podstawie, między innymi spostrzeżeniami teoretycznych, dyfrakcji rentgenowskiej eksperymentów przez Rosalind Franklin , kredytowanych książkę Schrödingera z prezentuje wczesne teoretyczny opis sposobu przechowywania informacja genetyczna zadziałałaby i każdy niezależnie uznał książkę za źródło inspiracji dla swoich wstępnych badań.

Tło

Książka oparta jest na wykładach wygłoszonych pod auspicjami Dublin Institute for Advanced Studies w Trinity College w Dublinie w lutym 1943 r. i opublikowanych w 1944 r. W tamtym czasie, chociaż wiedziano, że DNA jest składnikiem jąder komórkowych, „cząsteczki dziedziczności” było ściśle teoretyczne, z różnymi kandydatami. Jedną z najbardziej udanych gałęzi fizyki w tamtych czasach była fizyka statystyczna i mechanika kwantowa , teoria, która jest również bardzo statystyczna z natury. Sam Schrödinger jest jednym z ojców założycieli mechaniki kwantowej.

Myślenie Maxa Delbrücka o fizycznych podstawach życia miało istotny wpływ na Schrödingera. Jednak na długo przed publikacją Czym jest życie? , genetyk i zdobywca nagrody Nobla z 1946 r. HJ Muller w swoim artykule z 1922 r. „Zmiana spowodowana zmianą w indywidualnym genie” przedstawił już wszystkie podstawowe właściwości „cząsteczki dziedziczności” (wtedy jeszcze nie znanej jako DNA), którą Schrödinger był wyprowadzić ponownie w 1944 r. „od pierwszych zasad” w Czym jest życie? (w tym „aperiodyczność” molekuły), właściwości, które Muller określił i udoskonalił dodatkowo w swoim artykule „Gen jako podstawa życia” z 1929 roku oraz w latach 30. XX wieku. Co więcej, sam HJ Muller napisał w liście do dziennikarza z 1960 r. na temat Czym jest życie? że cokolwiek książka miała rację na temat „molekuły dziedzicznej”, została już opublikowana przed 1944 rokiem i że Schrödingera były tylko błędnymi spekulacjami; Muller wymienił również dwóch słynnych genetyków (w tym Delbrücka), którzy znali wszystkie istotne publikacje sprzed 1944 r. i byli w kontakcie ze Schrödingerem przed 1944 r. Ale DNA jako cząsteczka dziedziczności stała się najważniejsza dopiero po eksperymentach Oswalda Avery'ego z transformacją bakteryjną opublikowanych w 1944 r. ; przed tymi eksperymentami białka były uważane za najbardziej prawdopodobnych kandydatów. DNA zostało potwierdzone jako cząsteczka, o której mowa w eksperymencie Hershey-Chase przeprowadzonym w 1952 roku.

Zadowolony

W rozdziale I Schrödinger wyjaśnia, że ​​większość praw fizycznych na dużą skalę wynika z chaosu na małą skalę. Nazywa tę zasadę „porządkiem od nieporządku”. Jako przykład podaje dyfuzję , którą można modelować jako wysoce uporządkowany proces, ale która jest spowodowana przypadkowym ruchem atomów lub cząsteczek. Jeśli liczba atomów jest zmniejszona, zachowanie układu staje się coraz bardziej losowe. Twierdzi, że życie w dużej mierze zależy od porządku i że naiwny fizyk może założyć, że kod główny żywego organizmu musi składać się z dużej liczby atomów.

W rozdziałach II i III podsumowuje to, co w tamtych czasach było wiadome o mechanizmie dziedziczenia. Co najważniejsze, szczegółowo omawia ważną rolę, jaką mutacje odgrywają w ewolucji . Konkluduje, że nośnik informacji dziedzicznej musi być zarówno niewielki, jak i trwały w czasie, co przeczy oczekiwaniom naiwnego fizyka. Tej sprzeczności nie rozwiąże fizyka klasyczna .

W rozdziale IV Schrödinger przedstawia jako rozwiązanie cząsteczki , które są rzeczywiście stabilne, nawet jeśli składają się z kilku atomów. Chociaż cząsteczki były znane wcześniej, ich stabilności nie można wyjaśnić fizyką klasyczną, ale wynika to z dyskretnej natury mechaniki kwantowej. Ponadto mutacje są bezpośrednio powiązane z skokami kwantowymi .

Kontynuuje wyjaśnianie w rozdziale V, że prawdziwe ciała stałe , które również są trwałe, są kryształami . Stabilność cząsteczek i kryształów wynika z tych samych zasad, a cząsteczkę można nazwać „zarodkiem ciała stałego”. Natomiast ciało stałe amorficzne , bez struktury krystalicznej, należy traktować jako ciecz o bardzo dużej lepkości . Schrödinger uważa, że ​​materiał dziedziczny jest cząsteczką, która w przeciwieństwie do kryształu nie powtarza się. Nazywa to kryształem aperiodycznym. Jego aperiodyczna natura pozwala na zakodowanie niemal nieskończonej liczby możliwości za pomocą niewielkiej liczby atomów. W końcu porównuje ten obraz ze znanymi faktami i znajduje go w zgodzie z nimi.

W rozdziale VI Schrödinger stwierdza:

...żywa materia, chociaż nie wymyka się „prawom fizyki” ustalonym do tej pory, prawdopodobnie będzie obejmować „inne prawa fizyki” dotychczas nieznane, które jednak, gdy zostaną ujawnione, będą stanowić równie integralną część nauki jak dawniej.

Wie, że to stwierdzenie jest podatne na nieporozumienia i stara się je wyjaśnić. Główną zasadą związaną z „porządkiem od nieporządku” jest druga zasada termodynamiki , zgodnie z którą entropia wzrasta tylko w układzie zamkniętym (takim jak wszechświat). Schrödinger wyjaśnia, że ​​żywa materia unika rozpadu do równowagi termodynamicznej, utrzymując homeostatycznie ujemną entropię w układzie otwartym.

W rozdziale VII utrzymuje, że „porządek od porządku” nie jest zupełnie nowy w fizyce; w rzeczywistości jest jeszcze prostsze i bardziej prawdopodobne. Ale natura podąża za „porządkiem od nieporządku”, z pewnymi wyjątkami , takimi jak ruch ciał niebieskich i zachowanie urządzeń mechanicznych, takich jak zegary. Ale nawet one są pod wpływem sił termicznych i tarcia. Stopień, w jakim system działa mechanicznie lub statystycznie, zależy od temperatury. Podgrzany zegar przestaje działać, ponieważ się topi. I odwrotnie, jeśli temperatura zbliża się do zera bezwzględnego , każdy system zachowuje się coraz bardziej mechanicznie. Niektóre systemy dość szybko zbliżają się do tego mechanicznego zachowania, a temperatura pokojowa jest już praktycznie równa zeru bezwzględnemu.

Schrödinger kończy ten rozdział i książkę filozoficznymi spekulacjami na temat determinizmu , wolnej woli i tajemnicy ludzkiej świadomości . Próbuje on „zobaczyć, czy nie możemy wyciągnąć poprawnego, niesprzecznego wniosku z następujących dwóch przesłanek: (1) Moje ciało funkcjonuje jako czysty mechanizm zgodnie z Prawami Natury; że kieruję jego ruchami, których skutki przewiduję, które mogą być zgubne i bardzo ważne, w którym to przypadku czuję i biorę za nie pełną odpowiedzialność. – Ja w najszerszym tego słowa znaczeniu, to znaczy każdy świadomy umysł, który kiedykolwiek powiedział lub poczuł „ja” – jestem osobą, jeśli w ogóle, kontroluje „ruch atomów” zgodnie z Prawami Natury ”. Schrödinger stwierdza następnie, że ten wgląd nie jest nowy i że Upaniszady uważały ten wgląd „ATHMAN = BRAHMAN” za „reprezentujący kwintesencję najgłębszego wglądu w wydarzenia na świecie”. Schrödinger odrzuca ideę, że źródło świadomości powinno zginąć wraz z ciałem, ponieważ uważa ten pomysł za „niesmaczny”. Odrzuca również ideę, że istnieje wiele nieśmiertelnych dusz, które mogą istnieć bez ciała, ponieważ wierzy, że świadomość jest jednak wysoce zależna od ciała. Schrödinger pisze, że aby pogodzić te dwie przesłanki,

Jedyną możliwą alternatywą jest po prostu trzymanie się bezpośredniego doświadczenia, że ​​świadomość jest liczbą pojedynczą, której liczba mnoga jest nieznana; że jest tylko jedna rzecz i że to, co wydaje się być mnogością, jest jedynie serią różnych aspektów tej jednej rzeczy…

Wszelkie intuicje, że świadomość jest mnoga, mówi, są iluzjami. Schrödinger sympatyzuje z hinduską koncepcją Brahmana , zgodnie z którą świadomość każdej jednostki jest jedynie manifestacją jednolitej świadomości przenikającej wszechświat — co odpowiada hinduskiej koncepcji Boga. Schrödinger konkluduje, że "...'Ja' jestem osobą, jeśli w ogóle, która kontroluje 'ruch atomów' zgodnie z Prawami Natury". Jednak kwalifikuje on również wniosek jako „koniecznie subiektywny” w jego „filozoficznych implikacjach”. W ostatnim akapicie zwraca uwagę, że przez „ja” rozumie się nie zbiór przeżytych wydarzeń, ale „mianowicie płótno, na którym są one gromadzone”. Pisze, że jeśli hipnotyzerowi uda się wymazać wszystkie wcześniejsze wspomnienia, nie będzie utraty osobistej egzystencji – „ani nigdy jej nie będzie”.

„paradoks” Schrödingera

W świecie rządzonym drugą zasadą termodynamiki oczekuje się , że wszystkie izolowane układy osiągną stan maksymalnego nieporządku. Ponieważ życie zbliża się i utrzymuje wysoce uporządkowany stan, niektórzy twierdzą, że wydaje się to naruszać wspomniane drugie prawo, co sugeruje, że istnieje paradoks. Ponieważ jednak biosfera nie jest systemem izolowanym, nie ma paradoksu. Wzrost porządku wewnątrz organizmu jest z nawiązką opłacany przez wzrost nieporządku na zewnątrz organizmu poprzez utratę ciepła do środowiska. Dzięki temu mechanizmowi przestrzegane jest drugie prawo, a życie utrzymuje wysoce uporządkowany stan, który utrzymuje, powodując wzrost netto nieporządku we Wszechświecie. Aby zwiększyć złożoność na Ziemi – tak jak życie – potrzebna jest darmowa energia , którą w tym przypadku dostarcza Słońce.

Edycje

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki