قوانین جهان قادر به توضیح این اسرار مبدأ نیستند

اسم من پل دیویس است. من یک فیزیکدان نظری و کیهان شناس هستم. من یک استاد Regents در دانشگاه ایالتی آریزونا هستم، جایی که همچنین مدیر مرکز فراتر از مفاهیم بنیادی در علم هستم. من بیش از 30 کتاب نوشته ام. آخرین مورد چه چیزی جهان را می خورد؟ و دیگر مسائل کیهانی و قبل از آن شیطان در ماشین که در مورد ماهیت زندگی است.

فصل اول: زندگی چیست؟ تعریف و اطلاعات

سه راز مبدأ

در واقع سه راز در مورد منشا وجود دارد. من دوست دارم بگویم که مبدأ جهان، مبدأ حیات و منشاء آگاهی وجود دارد. من در حال حاضر بیشتر کارم را در کیهان شناسی گذرانده ام. و من می توانم بگویم که ما در واقع منشاء جهان را به خوبی درک می کنیم. منشأ آگاهی واقعاً دشوار است زیرا ما حتی نمی‌دانیم چگونه سؤالات را فرموله کنیم. ما چارچوب مفهومی درستی را نمی دانیم که در مورد ماهیت آگاهی به کار ببریم. فکر می کنم هنوز عمیقاً مرموز است. منشأ زندگی سؤال دشواری است، اما ما تا حدودی در این مورد هستیم و می توانم تصور کنم که در چند دهه آینده ممکن است درک نسبتاً خوبی داشته باشیم.

سخت افزار و نرم افزار

همیشه این خطر وجود دارد که از کلمات و تعاریف آویزان شوید. تعریف بسیار معروفی از زندگی وجود دارد که بر اساس تعریف پورنوگرافی است. وقتی میبینمش میدونم اما اگر می خواهید یک تعریف سریع داشته باشید، یکی از مواردی که در حال حاضر بسیار محبوب است این است که زندگی یک شیمی به علاوه اطلاعات است.

زندگی یک ماده جادویی یا مواد بسیار کمیاب نیست. اگر انسان‌ها را بگیرید و آنها را به ساختار مولکولی تجزیه کنید و سپس سعی کنید اجزای آن را در بازار آزاد بفروشید، برای چیزهایی که ما از آن ساخته شده‌ایم چند سنت بیشتر دریافت نخواهید کرد. هیچ چیز خاص یا نادری در مورد بدن ما وجود ندارد. بنابراین مهم نیست که از چه چیزی ساخته شده ایم، نه سخت افزار. این واقعاً کاری است که ما انجام می دهیم، رفتار ما. و این مکانی در قلمرو چیزی است که ما می توانیم نرم افزار بنامیم.

بنابراین من آن را اینگونه بیان می کنم. من می گویم سخت افزار و نرم افزار است. اینها روایات موازی است. آنها در تعارض نیستند. اما می‌توانم بگویم که جنبه نرم‌افزاری واقعاً تا همین اواخر در تلاش برای درک منشاء زندگی بسیار نادیده گرفته شده است. اما واضح است که برای درک کامل زندگی باید این دو مورد را با هم ادغام می کردیم. من فکر می کنم ما با آن خیلی فاصله داریم.

“اگر می خواهید یک تعریف سریع داشته باشید، تعریفی که در حال حاضر بسیار محبوب است این است که زندگی یک شیمی به علاوه اطلاعات است.”

از ارسطو تا ویتالیسم

و این سؤال که زندگی چیست، البته، جدید نیست. این فقط بخشی از عصر علمی نیست. این به هزاران سال پیش در تاریخ فلسفه بازمی‌گردد، زیرا موجودات زنده واقعاً برجسته هستند و فیلسوفان اولیه یونان را به عنوان چیزی واقعاً خاص می‌انگاشتند. به عنوان مثال، ارسطو در مورد چگونگی ارتباط موجودات زنده با طرح بزرگتر چیزها فکر می کرد. و دیدگاه او درباره ماهیت علیت به گونه‌ای است که می‌توان ویژگی‌های واقعی را نه تنها به خود موجودات زنده، بلکه به کل جهان نسبت داد. این زمانی است که شما یک سنگ را رها می کنید، روی زمین می افتد. چرا به دلیل نیروی گرانش آنطور که ما امروز فکر می کنیم نیست. اما چون آنجا یک مکان طبیعی وجود داشت، سعی می کرد به مکان طبیعی خود برسد. و بنابراین از این نظر هدفمند بود.

و اگر به 100-150 سال پیش برگردیم، این ایده وجود داشت که شاید زندگی نیاز به نیروی اضافی یا الان حیاتی دارد، مانند آنچه به زبان فرانسوی بیان می‌شود یا چیزی برای جان بخشیدن به ماده، که می‌توانید ماده پیچیده داشته باشید، اما باید نوع دیگری از جوهره داشته باشید تا آن را تزریق کنید و آن را زنده کنید. و کارهای شگفت انگیزش را انجام می دهد. و به این ترتیب که به عنوان حیات گرایی شناخته می شد و در طول سال ها با تعدادی از چیزهای دیگر در فیزیک مانند الکتریسیته، شاید یا شاید رادیواکتیویته یا نیروی اسرارآمیز مرتبط شد که ما هنوز به طور کامل آنها را درک نمی کنیم. و من فکر می کنم که این ایده ها کاملاً بی اعتبار شده اند.

داروین و راه شیمیایی

اکنون داروین نظریه درخشانی در مورد چگونگی تکامل حیات پس از ظهور آن در سیاره زمین داشت، چگونه طی میلیاردها سال تکامل یافت تا پیچیدگی زیست کره ای را که امروز می بینیم به ما ارائه دهد. اما او در وهله اول مجذوب چگونگی شروع زندگی نمی شد. بنابراین، پرداختن به این سوال که زندگی چیست؟ به ناچار با این سوال مواجه می شوید، خوب، چگونه غیرزندگی تبدیل به زندگی می شود؟ چه چیز ویژه ای در این راه به دست می آورد؟ داروین گفت این نقل قول فوق العاده ای است. در حال حاضر صحبت در مورد منشأ زندگی بیهوده است. می توان در مورد منشأ ماده نیز صحبت کرد.

اما در حوالی دهه 1920 علاقه فزاینده ای به آنچه ما می توانیم مسیر شیمیایی بنامیم وجود داشت. من فکر می کنم کاملا واضح است که زندگی بر اساس شیمی است. پس چه نوع جادوی شیمیایی برای بیدار کردن زندگی در مراحل اول اتفاق افتاد؟ و تلاش هایی برای آماده سازی زندگی در آزمایشگاه وجود داشت. در اوایل دهه 1950، شیمیدان هارولد اوری موفق شد دانشجوی جوان استنلی میلر را به تلاش برای بازسازی شرایط زمین اولیه علاقه مند کند. آنها واقعاً نمی دانستند که آن شرایط چیست، اما این فرض را داشتند که گازهای خاصی در جو و آب و رعد و برق و غیره وجود خواهد داشت. بنابراین میلر این آزمایش اولیه را انجام داد که در آن یک سری گازها را در یک فلاسک قرار داد و الکتریسیته را به مدت یک هفته از آن عبور داد و از اینکه بلوک های سازنده پروتئین ها، به نام اسیدهای آمینه، مولکول های ساده، در این فرآیند ساخته شده اند، خوشحال شد. و یک نوع رسوب قهوه ای در پایین فلاسک وجود داشت. و واقعاً به نظر می رسید که در مسیر زندگی است.

اما باز هم می بینید که زندگی فاقد تعریف است. این تلاشی بود برای تعریف زندگی بر اساس اجزای شیمیایی آن، نه بر اساس آنچه که انجام می دهد. بنابراین می‌توانم بگویم که مشکل سخت‌افزاری زندگی را حل کرده است، اما نه نرم‌افزاری. و اگر به امروز سریع برویم، فکر می‌کنم هنوز یک مشکل بسیار عمیق است. اگر می‌خواهید تعریف زندگی را فقط بر روی سخت‌افزار متمرکز کنید، فقط بر روی اجزای شیمیایی آن، خوب، ما تا حدودی پیشرفت کرده‌ایم. من نمی توانم چیز زیادی از این آزمایش اولیه میلر-اوری بگویم. در آنجا، مردم بیشتر از این آزمایش‌های پری‌بیوتیکی را انجام دادند، اما در این مسیر زندگی چندان دور نشدند.

کریستال غیر پریودیک شرودینگر

اکنون مکانیک کوانتومی با شروع درخشان خود در سال 1925 طی چند سال به توضیح ماهیت ماده از ذرات زیر اتمی تا ستارگان پرداخت و اروین شرودینگر که یکی از بنیانگذاران مکانیک کوانتومی بود، کتابی به نام زندگی چیست؟ و شرودینگر در کتاب خود توجه خود را به این واقعیت جلب کرد که همانطور که قبلاً گفتم، زندگی شیمی به اضافه اطلاعات است، که محتوای اطلاعاتی زندگی کلید نحوه عملکرد آن است. او همچنین بسیار واضح بود که برای پایداری این اطلاعات باید از مکانیک کوانتومی استفاده شود.

او استعاره ای را ارائه کرد که بسیار زیباست. او گفت که این اطلاعات بیولوژیکی باید در چیزی مانند یک کریستال غیر پریودیک ذخیره شود. این به چه معناست؟ خب، کریستال، البته، برای همه آشناست. این یک چیز بسیار ساده است. این یک ساختار بسیار پایدار است. به یک کریستال نمک فکر کنید. این به سادگی یک الگوی هندسی تکرار شونده از اتم ها است. هیچ مشکلی با آن وجود ندارد به جز اینکه نمی تواند اطلاعات زیادی را ذخیره کند زیرا بسیار ساده است. بنابراین او چیزی می خواست که پایداری یک بلور را داشته باشد، اما نه تنها این تناوب ساده را داشته باشد، بلکه بتواند تعداد زیادی آرایش جایگزین و جایگشت اجزای آن را داشته باشد. بنابراین او این ایده از یک کریستال غیر پریودیک را داشت. من در آن زمان نمی‌دانستم آن مولکول ممکن است چیست، اما تجزیه و تحلیل معروف کریک و واتسون از DNA طول کشید تا اعلام کنیم که مولکول حیات است، و اکنون می‌گوییم که حاوی کتاب زندگی است، که در آن اطلاعات مورد نیاز برای ساخت ارگانیسم در آن کریستال غیر دوره‌ای به نام DNA رمزگذاری شده است.

اطلاعاتی که به معنای چیزی است

من فکر می کنم مفهوم اطلاعات در درک تفاوت بین زندگی و غیرزندگی بسیار مهم است. مردم از این اصطلاح اطلاعات به شیوه ای بسیار غیررسمی در زندگی روزمره استفاده می کنند. و بالاخره فناوری اطلاعات را داریم. پس آن چیست و چرا به این چیز اطلاعات، کلید زندگی می گویند؟

یک تعریف کلی نسبتا خوب از اطلاعات کاهش عدم قطعیت است. من فقط یک مثال ساده برای شما می زنم. ممکن است یک سکه را بچرخانید و ممکن است سرها بالا بیاید، ممکن است دمش بالا بیاید. نمیدونی چیه اما اگر بگردید و متوجه شوید که عدم قطعیت 50/50 کاهش یافته است، مطمئن هستید که سر و صدا است و این بدان معناست که شما اطلاعاتی به دست آورده اید. و من از این کلمه عمدا استفاده می کنم، زیرا برای تعریف فنی واقعاً کمی است. مخفف عدد باینری است. بنابراین اطلاعات حاصل از بررسی پرتاب سکه اندکی در عدم قطعیت شما کاهش می‌یابد و می‌توانید بر روی آن کار کنید و این راهی برای کمی کردن اطلاعات است و یک شاخه کامل از علم اطلاعات و نظریه مهندسی وجود دارد که فقط بر اساس آن تعریف بسیار دقیق است.

اما وقتی نوبت به زندگی می رسد، کاملاً واضح است که چیز دیگری وجود دارد، زیرا اگر مثلاً به یک باکتری فکر کنیم، می توان DNA آن را استخراج کرد. این کار به طور معمول انجام می شود. شما می توانید آن DNA را ویرایش کنید و آن را برگردانید و باکتری ها را کاری کنید که کمی متفاوت عمل کنند. اما اگر DNA آن را بیرون بیاورید و فقط آن را به هم بزنید، فقط جفت‌های باز آن DNA را به هم بزنید و آن را برگردانید تا دیوانه شود، در این صورت باکتری در واقع مرده است. من همان مقدار اطلاعات را در DNA خود دارم، اما هیچ کاری انجام نمی دهد و کم کم از بین می رود. به عبارت دیگر، مانند یک کتاب است. اگر کلمات موجود در آن کتاب را بردارید و سپس آنها را به طور تصادفی به هم بزنید و سپس کتابی با همان محتوای اطلاعاتی خواهید داشت، اما هیچ معنایی نخواهد داشت.

و این معنای زندگی است، اطلاعات موجود در DNA، و می توانم بگویم که این تنها بخش کوچکی از کل محتوای اطلاعات موجودات زنده است. اطلاعات اپی ژنتیکی زیادی در خارج از DNA نیز وجود دارد. اما همه را در نظر بگیرید، این بسیار موثر است زیرا معنایی دارد. بنابراین این جزء نرم افزاری است که طی میلیاردها سال کامل شده است. بنابراین این یک سیستم عامل است، و زمانی که یک باکتری تقسیم می شود و یک ارگانیسم جدید ایجاد می کند، زمانی که تکثیر می شود، باید این اطلاعات را که برنامه ریزی می کند در فرزندان آپلود کند تا کل چیز کار کند. بنابراین زندگی اینگونه است. و بدون دستورالعمل، زندگی نیست. این فقط یک شیمی پیچیده است.

زندگی چگونه رمز خود را نوشت؟

پس چطور این اتفاق افتاد؟ این کد ژنتیکی چگونه به وجود آمد؟ این یک چیز بسیار دشوار و پیچیده است. کد پیشرو ساده تری وجود داشت؟ اگر به چهار میلیارد سال قبل برگردید، آیا موجوداتی وجود داشتند که از کد دوگانه به جای رمز سه گانه استفاده می کردند؟ آیا اسیدهای آمینه کمتری وجود داشت؟ اما این ایده اطلاعات کدگذاری شده در وهله اول چگونه به وجود آمد؟ بنابراین فکر می‌کنم برای من سؤال منشأ حیات این است که مولکول‌ها، مولکول‌های پیچیده‌ای که زندگی را می‌سازند، چگونه کد خود را نوشتند، کد رایانه‌ای خود را، زیرا به این موضوع مربوط می‌شود. چگونه این اتفاق افتاد؟ من فکر می کنم این یک راز عمیق است. من فکر نمی کنم که ما به درک این مرحله خاص نزدیکتر باشیم.

اما برای من، اگر به این فکر کنم که در این سفر از شیمی پیچیده به موجودی واقعاً زنده، نقطه حساسی که شما می‌گویید زنده است، در نقطه‌ای است که آن کد ریاضی انتزاعی ظاهر می‌شود، نمی‌دانیم چگونه این اتفاق افتاده است، اما برای من نقطه‌ای است که می‌گویید منشأ زندگی است.

چگونه مولکول‌ها، مولکول‌های پیچیده‌ای که زندگی را می‌سازند، کد خود را نوشتند، کد رایانه‌ای خود را، زیرا به این موضوع مربوط می‌شود.»

مدیریت اطلاعات

بنابراین اگر به عقب برگردم و به جادوی زندگی نگاه کنم، به روشی که آن شاهکارهای شگفت انگیز خود را انجام می دهد، به نظر می رسد که کلمات مناسبی که به ذهن می رسد مدیریت اطلاعات است. این روشی است که اطلاعات فقط مجموعه‌ای از بیت‌ها نیست، نه فقط محتوا، بلکه روشی است که اطلاعات بر آنچه که زندگی انجام می‌دهد، حکومت یا سازماندهی یا کنترل می‌کند. و بنابراین این اطلاعات باید در چارچوب باشد. باید در یک سیستم بزرگتر تعبیه شود. باید آن عملکرد بیولوژیکی در آن مقیاس بزرگتر وجود داشته باشد.

اندیشیدن به این موضوع برای فیزیکدانان بسیار دشوار است، زیرا ما عادت کرده‌ایم با تفکر محلی، آنچه را که در جهان می‌گذرد از نظر نیروها و برهم‌کنش‌ها و غیره درک کنیم. اتفاقی که در یک نقطه خاص می افتد. بگذارید یک مثال بزنم. شما می توانید به یک پروتون به یک هسته شلیک کنید و هسته را متلاشی کنید. و سپس چگونه آنچه در این تعامل اتفاق می افتد را توصیف کنیم؟ خوب، بر حسب نیروهای متمرکز در این حجم هسته ای است. وقتی می‌خواهیم بفهمیم چه اتفاقی می‌افتد، به کل آزمایشگاه رجوع نمی‌کنیم. اما وقتی صحبت از زیست شناسی می شود، باید به ارگانیسم به عنوان یک کل نگاه کنید. این سازماندهی جمعی کل چیز است و مشکل همین است. سعی می کند بفهمد که چگونه اطلاعات جاسازی شده در ارگانیسم، ذخیره شده در DNA و سایر ویژگی های ارگانیسم، می تواند به گونه ای مستقر شود که سازمان کلی را کنترل کند. مثال های زیادی وجود دارد که می توانم ذکر کنم، اما این اصل است. این اطلاعات معنایی یا معنادار یا متنی که اطلاعات است به علاوه اینکه فقط یک بیت نیست.

فراتر از ژنوم

بنابراین من چندین بار گفته ام که محتوای اطلاعاتی زندگی کتاب دستورالعمل است، اگر بخواهید، و مدیریت اطلاعات بسیار بیشتر از DNA است. بنابراین ما این اصطلاح ژنتیک را داریم و یک ژن دنباله خاصی از حروف در DNA است و می توانیم آن را به عنوان اطلاعات ژنتیکی در نظر بگیریم. اما کاملاً واضح است که اطلاعات بسیار دیگری وجود دارد که اپی ژنتیک نامیده می شود. این به معنای خارج از ژنوم است. سوال اینجاست که این اطلاعات در کجا ذخیره می شود؟ شبکه‌هایی از ژن‌ها وجود دارند که یکدیگر را روشن و خاموش می‌کنند. و بنابراین این شبکه ها مکانی هستند که می توان اطلاعات را در آن ذخیره کرد. راه دیگری هم وجود دارد، آن هم این است که DNA آنطور که در کتاب‌های درسی می‌بینید، آنجا نمی‌نشیند. همه چیز به شکل الگوهای پیچیده جمع شده است و این الگوها خود می توانند اطلاعات را ذخیره کنند. اما سوال واقعاً این است که آیا اطلاعات خارج از ژنوم می توانند از نسلی به نسل دیگر زنده بمانند؟ آیا می تواند ارثی باشد؟

در قرن نوزدهم، زمانی که مشخص شد حیات طی میلیاردها سال تکامل یافته است، نظریه‌های رقابتی در مورد چگونگی وقوع این اتفاق وجود داشت، و البته یکی از آنها به عنوان نظریه تنوع تصادفی و انتخاب طبیعی داروین شناخته شده است، اما دیگری به دلیل زیست‌شناس فرانسوی بود و لامارک و لامارک این ایده را داشتند که شاید برخی از ویژگی‌هایی را که در طول حیات خود به ارگانیسم‌ها منتقل می‌کنند، به شما می‌دهد. یک نمونه بی اهمیت گردن‌های بلند زرافه‌ها دراز می‌کشند تا غذا را بالاتر و بالاتر ببرند. بنابراین شاید زرافه ای که در طول زندگی خود مجبور بود گردن خود را حتی بیشتر دراز کند و در نتیجه به نوعی گردن کشیده ای به دست آورد، آن را به فرزندان خود منتقل کند. بنابراین نوزادان او گردن بلندتر از حد متوسط ​​خواهند داشت. به عبارت دیگر، ویژگی هایی که در طول زندگی به دست می آورید، منتقل می شوند.

و این نظریه از بین رفت. به نظر می رسد یافتن نمونه های متقابل بسیار آسان است. برای مثال آهنگری را در نظر بگیرید که هر روز با آهنگری ماهیچه های بزرگی به دست می آورد. آیا آهنگر بچه هایی با عضلات بزرگ دارد؟ خوب جواب منفی است. به نظر می‌رسد که ژن‌های موجود در ژن‌های آهنگر، اگر بخواهید، زودتر ثابت شده‌اند و به فرزندان منتقل شده‌اند و ربطی به فعالیت‌های طول عمر آهنگر ندارند.

وراثت اپی ژنتیک

و این موضوع کاملاً بحث برانگیز است. به آن وراثت اپی ژنتیک می گویند. اکنون بسیار واضح است که می تواند در سطح سلولی کار کند. یک سلول پوست می تواند یک سلول پوست بسازد و یک سلول کبد می تواند یک سلول کبدی بسازد و غیره. بنابراین این هویت است، آنها DNA یکسان دارند، اما هویت بیان ژن در این سلول های مختلف متفاوت است و در عین حال می توان آن را منتقل کرد، اما آیا شما می توانید وراثت اپی ژنتیکی بین نسل ها داشته باشید؟ منظور من از این این است که یک موجود زنده ممکن است برخی از اطلاعات را نه در ژن های خود، بلکه در کل بدن به فرزندان خود منتقل کند. بسیار بحث برانگیز ظاهراً در گیاهان اتفاق می افتد.

اما مردم چطور؟ اینکه آیا کاری که در زندگی انجام می دهید می تواند بر فرزندان شما تأثیر بگذارد، قد آنها بلندتر یا کوتاهتر، لاغرتر یا چاق تر یا حتی رفتار آنها. آیا ممکن است شواهد کمی وجود دارد که ممکن است چنین باشد، اما همانطور که می توانید تصور کنید بحث برانگیز است. هر چیزی که مربوط به انسان باشد به یک موضوع بسیار بحث برانگیز تبدیل می شود. و سپس مشکل در مکانیسم است. چگونه این امر از طریق تخمک و اسپرم منتقل می شود؟ آیا ممکن است آنها چیزی غیر از DNA، برخی اطلاعات شیمیایی یا ساختاری که بر رشد کودکان تأثیر می گذارد با خود حمل کنند؟ و به نظر یک سوال باز است. می توانم قانع شوم. من چند آزمایش روی موش ها را می شناسم که نشان می دهد ممکن است، حتی در خط نر، اسپرم فرزندان به نحوی تحت تأثیر تجربه پدران در این مورد قرار گیرد.

کرم های دو سر

بنابراین فکر کردن به راه هایی که می تواند این اتفاق بیفتد آسان است. آزمایش های شگفت انگیزی توسط مایکل لوین و همکارانش در دانشگاه تافتس با استفاده از پلاناریا وجود دارد. آنها بسیار محبوب هستند زیرا به آنها سر و دم می گویند. و اگر كرم را دو نیم كنی، دمی از سرش می روید و سر از دمش. بنابراین شما دو کرم به قیمت یکی دارید. و شما می توانید به این کار ادامه دهید، به نوعی آنها را خرد کنید. در واقع می توانید چنین کرمی را به 100 قسمت مختلف تقسیم کنید. و به نوعی آن بخش ها به یاد می آورند که کدام جلو و کدام پشت است و به 100 کرم مختلف تبدیل می شوند. و این همه بسیار شگفت انگیز است.

حالا می توانید آنها را به صورت شیمیایی دستکاری کنید تا بتوانید کرم هایی با دو سر و کرم هایی با دو دم درست کنید. اما حالا شما این سوال را مطرح می کنید که اگر یک کرم دو سر را از وسط نصف کنید چه اتفاقی می افتد؟ آیا این کرم اصلی را بازیابی می کند؟ حالا دو کرم با یک سر و یک دم. نه، معلوم می شود که کرم دو سر، دو کرم دو سر دیگر می سازد. به عبارت دیگر، مانند یک خط جدید است. بنابراین در یک آزمایشگاه در سراسر شهر می توانید یک جمعیت کامل کرم با دو دم داشته باشید. و در آزمایشگاه خود شما یک جمعیت کامل از کرم های دو سر دارید. ممکن است فکر کنید اینها گونه های متفاوتی هستند، اما DNA یکسانی دارند. بنابراین این نشان می‌دهد که مورفولوژی، فنوتیپ واقعی اصطلاح فنی است که زیست‌شناسان برای این کرم‌ها استفاده می‌کنند، بسیار بیشتر از محتوای DNA بستگی دارد. این است که اطلاعات به نوعی ذخیره می شود، احتمالاً الکتریکی، احتمالاً شیمیایی. من واقعا نمی فهمم. به نوعی ذخیره می شوند و می توانند کرم ها را پس از آن به آن فرم خاص بازگردانند. بنابراین این یک سرنخ است که تنها تمرکز بر روی ژن ها بخش بزرگی از تصویر را از دست داده است.

فصل 2: زندگی، آنتروپی و قوانینی که از دست می دهیم

اطلاعات فیزیکی است

دانشمند معروفی به نام رولف لاندوئر بود که به او گفته شد که عبارت اطلاعات فیزیکی است و در ذهن بسیاری از افراد دیگر در ذهن من ماندگار شد، تا جایی که می‌توانیم در مورد اطلاعات به صورت انتزاعی صحبت کنیم، درست مثل اینکه شما به یک دپارتمان علوم کامپیوتر می‌روید، با یک مهندس نرم‌افزار صحبت می‌کنید و آن‌ها همه این کد کامپیوتر را می‌نویسند و در مورد آن صحبت می‌کنند که گویی یک چیز جداگانه است، اما البته در یک ماده فرعی است. بنابراین اطلاعات چیزی نیست که بتواند به تنهایی در اتر شناور باشد و کار خود را انجام دهد. باید در ماده مصداق شود.

سپس با این چیز بسیار جالب مواجه می شویم، اینکه ماده همان کاری را انجام می دهد که ماده قرار است انجام دهد. قوانین فیزیک وجود دارد که توصیف می کند که چگونه باید رفتار کند. و ما نمی توانیم بگوییم اوه، فقط به این دلیل که اطلاعات را رمزگذاری می کند، رفتار متفاوتی خواهد داشت. این قوانین روابط ریاضی هستند و این نکته بسیار مهمی برای درک است. بنابراین وقتی فیزیکدانان در مورد قوانین صحبت می کنند، منظورشان فقط شیوه های تفکر درباره جهان نیست. منظور آنها اصول سازماندهی است که روابط ریاضی هستند.

و من یک مثال ساده برای شما می زنم. ممکن است بخواهید در رایانه خود شطرنج بازی کنید. اشکال روی صفحه مطابق با قوانین شطرنج حرکت می کنند. خوب، آیا این بدان معناست که شما قوانین فیزیک را با قوانین شطرنج درگیر کرده اید؟ چه کسی اینجا برنده خواهد شد؟ البته این کاملاً سازگار است. فقط قوانین فیزیک، ما به این برمی گردیم، محلی عمل می کند. قوانین استاندارد فیزیک که ما درک می کنیم اثرات محلی هستند. قوانین شطرنج به سازماندهی کلی اشکال روی صفحه و قوانین بازی و غیره مربوط می شود. بنابراین در اینجا ما با تلاش برای کشف اینکه آیا می خواهیم آشتی کنیم، اگر در مورد زندگی یا آگاهی صحبت می کنیم، می خواهیم قوانینی را که جهانی یا زمینه یا نظم کلی چیزها را توصیف می کنند با قوانین محلی در پایین تطبیق دهیم.

زندگی و قانون دوم

برخی از مردم بر این باورند که رمز و راز زندگی همه چیز در مورد قانون دوم ترمودینامیک است، که با روند از نظم به هرج و مرج در تضاد است. در اینجا، موجودات زنده راه دیگری را طی می کنند. بدون نظم نظم ایجاد می کنند. و این به برخی از غیر دانشمندان القا می کرد که یک ماده اضافی اسرارآمیز یا نیروی حیاتی یا چیزی معنوی یا دست هدایت کننده یک خدا یا چیزی وجود دارد که باعث این تأثیرات می شود. و این یک سوء تفاهم کامل از قوانین ترمودینامیک است.

باید تاکید کنم که موجودات زنده سیستم های باز هستند. قانون دوم به شدت بیان می کند که در یک سیستم بسته آنتروپی هرگز نمی تواند کاهش یابد. اما موجودات زنده سیستم های بسته ای نیستند. نشت انرژی و مواد از محیط آنها وجود دارد. و اگر می‌خواهید روش خوبی برای بیان آن باشد این است که آن‌ها می‌توانند آنتروپی یا هرج و مرج خود را به محیط وسیع‌تر بیاورند. بنابراین وقتی غذا می خوریم به ما کمک می کند نظم درونی خودمان را حفظ کنیم اما غذا را تجزیه می کنیم و در به دست آوردن غذا در وهله اول آشفتگی و بی نظمی زیادی در محیط ایجاد می کنیم.

باید بگویم که این عمیقاً مرموز نیست. یخچال من می تواند این کار را انجام دهد زیرا یکی از بهترین بیان قانون دوم ترمودینامیک این است که گرما خود به خود از گرم به سرد جریان می یابد. البته یخچال من دقیقاً همان کاری را که گفتم برخلاف قانون دوم ترمودینامیک انجام می دهد. گرما را از داخل یخچال می گیرد و به آشپزخانه پمپ می کند که گرما را از منطقه سرد گرفته و به منطقه گرم می آورد. این برخلاف اصل قانون دوم ترمودینامیک است، اما می تواند این کار را انجام دهد، زیرا من قبض برق را برای تحقق آن پرداخت می کنم. ببینید، این خود به خود اتفاق نمی افتد. اگر سیستم را به عنوان یک کل در نظر بگیرید که شامل منبع تغذیه و ژنراتور در شهر می شود، همه اینها به این معنی است که آنتروپی بالا می رود، اما به صورت محلی می تواند پایین بیاید. اگر بخواهید، می‌توانیم موجودات زنده را به‌عنوان چاه‌های کوچک آنتروپی در نظر بگیریم، که می‌توانند برخلاف قانون دوم، اما به ضرر محیط وسیع‌تر، به این هدف دست یابند.

دیو ماکسول

روش دیگر تفکر در مورد زندگی و قانون دوم ترمودینامیک این است که اطلاعات مانند آنتروپی منفی است که اگر اطلاعاتی در مورد چیزی به دست آورید، میزان هرج و مرج یا بی نظمی را کاهش می دهید. و یکی از بنیانگذاران ترمودینامیک، جیمز ماکسول، در نامه ای به یکی از دوستانش ایده عجیبی را مطرح کرد که در آن یک جعبه گاز با یک غشاء در وسط و یک سوراخ کوچک در آن غشاء را تصور کرد. و سپس یکی از آن مولکول ها از سوراخ عبور می کند و به طرف دیگر جعبه می رود و برمی گردد. و در حالت تعادل ترافیکی در هر دو جهت وجود خواهد داشت که متعادل خواهد شد.

اما حالا تصور کنید که او می‌گوید شما موجود کوچکی دارید که بعداً شیطان نامیده شد، که می‌تواند یک مکانیسم شاتر را کار کند و می‌تواند مولکول‌های ورودی را ببیند. و فرض کنید دیو یک مولکول سریع می بیند که از یک طرف جعبه می آید، و فکر می کند بله، درب را باز می کنم و اجازه می دهم از آن عبور کند، اما مولکول های کند حرکت رد خواهند شد. سپس با گذشت زمان تجمع مولکول های سریع در سمت دیگر غشا ایجاد می شود که از نظر دما به معنای دمای بالاتر خواهد بود. هر چه مولکول ها سریعتر ارتعاش کنند به این معنی است که در آن طرف گرمتر است. بنابراین اهریمن می تواند با نقض کامل قانون دوم ترمودینامیک، که بیان می کند گرما از گرم به سرد جریان می یابد، اختلاف دما بین دو طرف ایجاد کند. این نمونه ای از هل دادن در جهت دیگر است. نه با پرداخت قبوض برق برای یخچال که همین کار را انجام می دهد، بلکه با استفاده از اطلاعات مربوط به حرکات مولکولی.

بنابراین آنچه این نشان می دهد این است که اطلاعات نوعی سوخت است. این چیزی است که اساسا می تواند برای ایجاد یک موتور کوچک استفاده شود. شما یک اختلاف دما ایجاد می کنید و سپس می توانید با استفاده از تمام قدرت اطلاعات، آن اطلاعات به عنوان سوخت، موتور را از آن اختلاف دما به حرکت درآورید.

“طبیعت میلیاردها سال پیش شیاطین ماکسول را کشف کرد زیرا بدن ما پر از آنها است.”

جالب اینجاست که طبیعت میلیاردها سال پیش شیاطین ماکسول را کشف کرد زیرا بدن ما پر از آنهاست. یه جورایی با ما قاطی میکنن پمپ ها و اهرم ها و انواع مکانیزم های کوچک، موتورهای کوچک و غیره وجود دارند که این عملیات را انجام می دهند و محدودیت های قانون دوم ترمودینامیک را انجام می دهند. باید تاکید کنم که آنها قانون دوم ترمودینامیک را نقض نمی کنند، اما به چیزی که ما می توانیم کمال بدانیم بسیار نزدیک می شوند، بسیار نزدیک به حد نظری مجاز قانون دوم ترمودینامیک. بنابراین زندگی این پردازش اطلاعات یا اطلاعات را به‌عنوان سوخت کامل کرده است تا جایی که تعداد زیادی از این ماشین‌های مولکولی کوچک وجود دارند که اساساً شیاطین ماکسول هستند که کار زندگی را انجام می‌دهند، و جهان به‌عنوان یک کل بدون شک در یک لغزش یک طرفه به سمت یک وضعیت آنتروپی بالاتر و بالاتر است، منابع انرژی کمتر و کمتر مفید، این است. بنابراین زندگی برخلاف روند قانون دوم ترمودینامیک پیش نمی رود. او فقط روی لبه های آن بازی می کند.

نوع جدیدی از قانون فیزیکی

و اگر بتوانم برگردم و بگویم که قبلاً در مورد شرودینگر صحبت کرده بودیم. شرودینگر این کتاب قابل توجه را نوشت: “زندگی چیست؟ و در آن گفت که ما باید آماده باشیم تا نوع جدیدی از قانون فیزیکی را که در آن عمل می کند، کشف کنیم. کلمه عمل کننده خوب است، نه فقط یک قانون فیزیکی جدید. به عبارت دیگر، او نمی گفت که همه قوانین فیزیک وجود دارد که ما می دانیم، و یکی وجود خواهد داشت که ما هنوز یک نوع زندگی جدید را کشف نکرده ایم. به طور جدی در طول زندگی حرفه ای من و من فکر می کنم که این نیاز به یک نوع جدید از قانون است.

و این چیزی است که من قبلاً به آن اشاره کرده‌ام، اینکه روشی که اطلاعات و ماده، سخت‌افزار و نرم‌افزار، نحوه تعامل آنها در موجودات زنده، چارچوبی شبیه به قانون برای توصیف اینکه ما به چیزی نیاز داریم که آن اطلاعات بیولوژیکی را در متن قرار دهد، ندارند. من توضیح دادم که چگونه یک ژن مجموعه ای از دستورالعمل ها است، برای اینکه یک سیستم مولکولی بتواند کاری مانند ساخت پروتئین انجام دهد، عملکرد بیولوژیکی دارد، ما باید زمینه جهانی یک ارگانیسم را به مجموعه دستورالعمل های محلی متصل کنیم. اگر در مورد قانون گرانش یا چیزی صحبت می کنیم، چرا جسم سقوط می کند؟ این به این دلیل است که میدان گرانشی در آن نقطه بر روی آن اثر می گذارد. این یک چیز محلی است. وقتی در مورد موجودات زنده صحبت می کنیم باید به نحوی سازماندهی کل سیستم، زمینه اجتماع را در نظر بگیریم و باید آن را در نوعی قانون فیزیکی جدید بسازیم، من فکر می کنم که ما این کار را فقط با ابداع قوانین محلی جدید انجام نمی دهیم، ما باید روش جدیدی برای تفکر در مورد قوانین داشته باشیم، قوانین فیزیک در بالاترین سطح در سطح سازمانی که در سطح بالاتری از قوانین ما با آن ارتباط داریم. مردم تلاش کرده اند

منظورم این است که نمی گویم این یک دلیل گمشده است. تلاش های زیادی برای توصیف آنچه که معمولاً علیت از بالا به پایین نامیده می شود، صورت گرفته است. آنچه در سطح جهانی اتفاق می افتد بر آنچه در سطح محلی اتفاق می افتد نیز تأثیر می گذارد. شما می‌توانید معادلات و چیزهایی را بنویسید و برخی از آنها در حد متوسطی موفق هستند، اما من فکر نمی‌کنم که ما واقعاً در سطح بسیار اساسی درک کرده‌ایم که سطوح بالاتر سازمان و سطوح پایین‌تر قوانین فیزیک چگونه واقعاً به روشی اساسی در یک مفهوم کلی کنار هم قرار می‌گیرند. بدون داشتن این نوع جدید قانون فیزیکی مانند شرودینگر.

فصل سوم: آیا ما تنها هستیم؟ جستجو برای پیدایش دوم

نمایی از آن سوی زمین

بخشی از مشکل ارائه تعریفی از زندگی و منشأ حیات این است که ما تقریباً به طور کامل توسط حیات روی زمین هدایت می شویم. و بنابراین ما می‌توانیم ببینیم که شرایط در زمین اولیه چگونه بوده است و چه شرایطی برای حفظ حیات روی زمین امروز ضروری است. حالا ما نمی دانیم که اینها همان چیزها هستند. ممکن است که پیدایش حیات مستلزم یک سری شرایط باشد، اما برای شکوفایی آن شرایط متفاوتی است. ما می دانیم که زندگی می تواند حرکت کند. شاید مریخ اولیه مکان بهتری برای زندگی بود، اما زمین اولیه مکان بهتری برای رشد بود. اما از آنجایی که حیات ابتدایی است، حیات میکروبی می تواند از طریق پرتاب ضربه از مریخ به زمین برود. این مشکلی نیست. از مریخ شروع شد، در زمین شکوفا شد. ما واقعا نمی دانیم. بنابراین وقتی می‌خواهیم به دنبال حیات فراتر از زمین باشیم، این تمایل وجود دارد که فکر کنیم باید به دنبال سیاراتی شبیه زمین باشیم.

از یک تصادف عجیب تا یک جهان پر از آب

زمانی که دانشجو بودم، واقعاً به ایده زندگی در خارج از زمین علاقه مند بودم. اما در آن روزها ممکن بود کسی به جستجوی پری ها علاقه داشته باشد. بدیهی بود که زندگی فرازمینی وجود ندارد زیرا زندگی آنقدر پیچیده است که فقط یک بار اتفاق می‌افتد، و برای مثال فرانسیس کریک که ساختار DNA را کشف کرد، گفت که زندگی تقریباً یک معجزه به نظر می‌رسد، آنقدر شرایط لازم برای وجودش، که دهه‌ها پیش عقیده غالب این بود که زندگی یک حادثه شیمیایی عجیب و غریب است که فقط یک بار در کل جهان چنین غیرمحتملی به دست می‌آید.

و سپس، در طول دهه‌ها، آونگ به نوعی چرخید و اکنون بسیاری از دانشمندان برجسته آماده هستند که بگویند جهان پر از حیات است. اما من اغلب از این جمله انتقاد می کنم، وقتی دانشجو بودم، کسی آن را جدی نمی گرفت. حالا همه شما می گویید که پر از زندگی است. چه چیزی تغییر کرده است؟ و پاسخی که اغلب می‌گیرم این است، خوب، ما می‌دانیم که اکنون می‌توان در شرایط بسیار وسیع‌تری نسبت به زمانی که من دانشجو بودم زندگی کرد. تصور می شد که حتی میکروب های مقاوم نیز نمی توانند در دمای بالای 50 یا 60 درجه سانتیگراد زنده بمانند، سپس مشخص شد که موجوداتی در چشمه های آب گرم با دمای بسیار بالاتر از آن زندگی می کنند و همین امر در مورد سایر شرایط فیزیکی، آلودگی شیمیایی شدید سرد، شوری شدید نیز صادق است و بنابراین این اسم جمعی برای موجوداتی که در آن شرایط زنده می مانند، افراطی دوست است.

و بنابراین مردم به این اشاره می کنند و می گویند که ما اکنون می دانیم که زندگی می تواند در شرایط بسیار گسترده ای زنده بماند که میزان املاک و مستغلات را که می توانیم برای یافتن زندگی جستجو کنیم بسیار افزایش می دهد. و این درست است که ممکن است ضریب 10 یا بیشتر وجود داشته باشد که بتوانیم به آن نگاه کنیم. اما اگر احتمال تشکیل حیات از غیر حیات یک در تریلیون تریلیون باشد، ضریب 10 اضافی کمک چندانی به شما نخواهد کرد. من یک نمایش یا کشف فقط یک نمونه دیگر از زندگی را می خواهم. یک میکروب در اینجا روی زمین که حیات است، اما نه آنطور که ما می شناسیم، این کار را انجام می دهد. دو نمونه از زندگی بر روی زمین مطمئناً به این معنی است که زندگی در همه جا وجود خواهد داشت.

انسلادوس و جستجوی یک عمر سنج

هر کس نقطه تماشای مورد علاقه خود را دارد. من دوست دارم به مریخ به عنوان بهترین گزینه فکر کنم. اما تاکید زیادی بر قمرهای بیرونی سرد منظومه شمسی، اروپا و انسلادوس وجود دارد. این قمر زحل است. پوسته یخی دارد و زیر آن اقیانوسی مایع است. پوسته یخ دارای شکاف هایی است و گازها از آن شکاف ها خارج می شوند و ماموریت کاسینی از میان آن ستون عبور کرد و مولکول های آلی پیدا کرد. ارگانیک لزوماً به معنای زندگی کردن نیست. مولکول های آلی مولکول های کربن پیچیده هستند. آنها ممکن است محصول موجودات زنده باشند، یا ممکن است به سادگی محصول شیمی کربن پیچیده باشند. چگونه می توانید تفاوت را تشخیص دهید؟

چگونه می‌توانیم بفهمیم که چیزی در آن ابر می‌تابد که شاید زمانی زندگی می‌کرده و در هم می‌آمیخت یا شاید هنوز زنده است؟ کاری که می خواهید انجام دهید این است که ابزاری داشته باشید که بتوانید آن را روی یک فضاپیما قرار دهید که از میان آن ابر پرواز کند، مواد پرتاب شده را جمع آوری کند و درباره زنده بودن یا نبودن آن قضاوت کند. ما دقیقا نمی دانیم که آن ابزار چه خواهد بود. آخرین نشانه زندگی چه خواهد بود؟ یا برای این موضوع، چه تفاوتی بین چیزی که زنده بود و اکنون به اجزاء تقسیم شده است، ایجاد می کند؟ پس اگر بخواهید مرگ است. این یک متر کشنده خواهد بود. آیا ما پیشخوان مرگ داریم؟ چیزی که می تواند بگوید بله، مرده است، اما زنده بود در مقابل نه، هنوز کاملاً زنده نیست. در برابر این زنده است.

خوابیده نه مرده

و این بلافاصله شما را به سوالات بسیار جالبی می کشاند. ما آشکارا به مرگ برای انسان و از دست دادن هوشیاری می پردازیم و مردم نگران این هستند که آیا بعد از مرگ وجود دارد یا خیر. اما من می خواهم کمی علمی تر باشم و آن را به چیزی بسیار ساده تر برای فکر کردن خلاصه کنم. فرض کنید یک باکتری، اگر یک باکتری را تا دمای نیتروژن مایع خنک کنید، غیر فعال می شود. باکتری هایی وجود دارند که به عنوان مثال در یخ به دام افتاده اند و می توانند پس از میلیون ها سال دوباره احیا شوند یا در کریستال های نمک یا در یخچال به دام افتاده باشند. آنها نمرده اند، اما زنده هم نیستند.

و من به آن کمی شبیه یک ساعت فکر می کنم. خب، ساعت متوقف شده است. هنوز یک ساعت اگر دوباره شروع کنید هنوز پتانسیل نشان دادن زمان را دارد. اما اگر ساعتی متوقف شده باشد، ساعت مرده نیست، بلکه یک ساعت خواب است. و همین موضوع در مورد باکتری ها نیز وجود دارد، زمانی که منجمد می شوند نمرده اند. آنها به سادگی خفته هستند و می توانند دوباره با بیان کامل خود زنده شوند.

اما اکنون این سوال دیگری را ایجاد می کند، زیرا کاملاً ممکن است که حیات از زمین به مریخ یا از مریخ به زمین در داخل یک پرتاب برخوردی سفر کرده باشد. ما می دانیم که مریخ و زمین هر از گاهی توسط دنباله دارها و سیارک هایی که سنگ ها را در سراسر منظومه شمسی پراکنده می کنند مورد اصابت قرار می گیرند و موجودات زنده می توانند بر روی این سنگ ها سوار شوند و از مریخ به زمین یا از زمین به مریخ سفر کنند. حالا ظاهرا این امکان وجود دارد. ما نمی دانیم که آیا این اتفاق افتاده است یا خیر، اما به نظر کاملاً محتمل است که این اتفاق افتاده است. بزرگترین خطر در فضای بین سیاره ای سرما نیست، زیرا این میکروب ها خفته می شوند. در واقع تابش است. بنابراین، با نشستن در داخل یک صخره در فضا، یک باکتری خفته توسط پرتوهای کیهانی و مقداری تشعشعات از خود سنگ بمباران می شود. و بنابراین در طول سفر خود آسیب خواهد دید. و فرض کنید میلیون ها سال گذشت تا سرانجام به زمین رسید. آیا او دوباره زندگی می کند؟ قبل از اینکه از نقطه بی بازگشت فراتر برود چقدر می تواند آسیب ببیند؟ منظورم این است که باکتری زنده است یا مرده؟ می توانید آن را خنک کنید و از کار کردن آن جلوگیری کنید. و ممکن است تا حد مشخصی آسیب ببیند، اما در یک نقطه مشخص دوباره راه اندازی نمی شود و سپس می توانید آن را مرده اعلام کنید.

تیتان و تقریبا زندگی

اما اکنون بیایید به یک مورد پیچیده تر مانند تیتان، قمر زحل و تیتان بسیار سرد نگاه کنیم. زندگی همانطور که می دانیم بعید است، اما پر از مولکول های آلی است. این مانند دود فتوشیمیایی در جو آن است. می توانیم تصور کنیم که این آزمایش به عنوان نوعی آزمایش فضایی میلر-اوری انجام می شود. او 4 میلیارد سال، 4 و نیم میلیارد سال است که شیمی پری بیوتیک را می پزد. و بنابراین او توانست زندگی بیافریند، حتی اگر آنطور که ما می دانیم نباشد. و چگونه بدانیم؟

تصور کنید چند سنج عمر را برای تایتان فرستاده اید و آن را از جو عبور کرده و سپس حکم صادر کرده اید. می‌توانید بگویید: “خب، ما روی تایتان زندگی پیدا نکرده‌ایم، اما 93.4 درصد از مسیر زندگی است.” یا فقط 5 درصد راه رسیدن به زندگی وجود دارد. از آن چه می خواهید بسازید؟ خوب، چیزی که من گفتم یک جورهایی مسخره به نظر می رسد. ما نمی کنیم، به اندازه کافی سخت است که تعریفی از زندگی ارائه دهیم. ما واقعاً تعریفی از تقریباً زندگی نداریم. با نگاه نمی توانستیم بفهمیم که تقریباً آنجاست. یک میلیارد سال دیگر به آن فرصت دهید و می تواند زندگی ایجاد کند. ما حتی نمی دانیم چگونه به آن فکر کنیم.

بالا رفتن از کوه باورنکردنی

و این استعاره بسیار خوبی است. ریچارد داوکینز، زیست شناس، کتابی به نام صعود به کوه غیرممکن نوشته است. و به این سوال نگاه می کند که زندگی بسیار ساده شروع شد، فقط میکروب ها، و امروز ما کل زیست کره پیچیده را داریم. و برخی افراد آن را معجزه آسا می دانند. اما روشی که او دوست دارد آن را توصیف کند این است که مانند بالا رفتن از یک کوه است و بعید است که هر مرحله پیچیدگی، نظم بیشتر و غیره را به دست آورد. اما این کاری است که انتخاب طبیعی انجام می دهد. به عنوان یک جغجغه عمل می کند که نظم پیچیده تر کارآمد را مسدود می کند و آنهایی را که به خوبی کار نمی کنند می کشد. و با این همه پشتکار قدم به قدم از این کوه غیرممکن بالا می روید.

خب، البته با میکروب ها شروع نشد. کوه غیرممکن وجود دارد که با شیمی شروع می شود. شما باید از شیمی ساده به شیمی پیچیده تا شیمی زنده صعود کنید. شیمی ماده زنده چگونه می توان به این قله باورنکردنی به این مفهوم پربیوتیک صعود کرد؟ و آیا راهی برای اندازه گیری ارتفاع کوه Improbable وجود دارد؟ آیا می‌توانیم به یک مخلوط شیمیایی پیچیده نگاه کنیم و به آن احتمال دهیم و بگوییم که چقدر به شکل‌گیری واقعی حیات نزدیک است؟ خب، فکر نمی کنم بتوانیم. می بینید، من فکر می کنم ما نه تنها تعریفی از زندگی نداریم، بلکه تعریفی نداریم که حتی چقدر می توانید به زندگی نزدیک شوید.

و چه فایده ای دارد؟ ما حتی نمی دانیم که آیا مسیری از غیرزندگی به زندگی فقط یک سیر صعودی یکپارچه از پیچیدگی بوده است یا خیر. شروع ساده در طی میلیون‌ها و میلیون‌ها سال پیچیده‌تر و پیچیده‌تر می‌شود تا اینکه ناگهان می‌گویی خوب حالا فکر می‌کنم این چیز واقعاً پیچیده را زندگی می‌نامیم یا بیشتر شبیه یک انتقال فاز است مثل گازی که در شعله می‌سوزد که می‌خواهی از این مسیر بروی، این مسیر بیشتر و بیشتر پیچیده‌تر می‌شود و یکدفعه می‌گوییم زندگی به آنجا می‌رود. یک لحظه خاص و سپس اگر ما یک عمر سنج داشتیم که بتواند نشان دهد در صورت وقوع آن پرش کجا هستید، ارزش آن را داشت که آن متر را به جهان بفرستیم تا به دنبال جای دیگری بگردیم که ممکن است آن پرش اتفاق افتاده باشد، اما ما هنوز به آن مرحله نرسیده ایم. ما نمی دانیم چگونه یک متر زندگی بسازیم زیرا واقعاً نمی دانیم چگونه این مسیر و آستانه زندگی را درک کنیم و تقریباً زندگی را تشکیل می دهد.

بیوسفر سایه

بنابراین اختر زیست شناسان دوست دارند سیاراتی شبیه زمین را در خارج از منظومه شمسی جستجو کنند و این بسیار طبیعی است. اما شبیه ترین سیاره ای که می شناسیم خود زمین است. و این سؤال را مطرح می کند که آیا زندگی در شرایط زمینی به راحتی به وجود آمده است؟ آیا ممکن است بیش از یک بار در این سیاره ما اتفاق افتاده باشد؟ از کجا بفهمیم اینطور نیست؟ آیا کسی واقعا تماشا کرده است؟ و معلوم می شود که هیچ کس واقعاً این ایده را جدی نمی گیرد که زندگی ممکن است بارها روی زمین سرچشمه گرفته باشد.

شبیه‌ترین سیاره‌ای که می‌شناسیم خود زمین است.

اکنون ممکن است حیات 500 بار روی زمین پدید آمده باشد و تنها یک شکل از حیات تا به امروز باقی مانده است. اما آیا می‌توانیم کاملاً مطمئن باشیم که نمونه دیگری از حیات روی زمین وجود ندارد که در جایی در یک طاقچه کوچک فراتر از دسترس حیات شناخته شده در کمین باشد؟ آیا این امکان وجود دارد که نوادگان پیدایش دیگری در 4 میلیارد سال پیش هنوز در بیوسفر زمین امروز باشند؟ این یک ایده بسیار گمانه‌زنی است که گاهی اوقات بیوسفر سایه‌ای نامیده می‌شود، که همراه با زیست کره‌ای که ما می‌شناسیم و دوستش داریم، مخلوط شده در میان موجودات، میکروارگانیسم‌هایی که در اطراف ما هستند ممکن است میکروارگانیسم‌هایی از یک پیدایش دیگر باشند. این نه تنها شاخه ای متفاوت از درخت آشنای زندگی، بلکه درختی متفاوت خواهد بود. چگونه می‌توانیم بدانیم که چگونه می‌توانیم بدانیم که چنین چیزهایی در جایی وجود داشته است؟ آیا ما متوجه آنها خواهیم شد؟ و معلوم می شود که وقتی با دقت به این موضوع نگاه می کنید، پاسخ منفی است. ما احتمالا متوجه آنها نمی شویم. آنها می توانند در اطراف ما باشند. بنابراین، اگر بخواهید، می‌تواند نمونه دومی از حیات فرازمینی وجود داشته باشد، دقیقاً زیر بینی ما یا حتی در بینی ما، و هیچ‌کس واقعاً تلاشی برای بررسی آن نکرده است.

زمین کمیاب؟

حالا یک استدلال متقابل وجود دارد که مردم دوست دارند مطرح کنند و آن این است که وقتی یک شکل زندگی شروع می شود، همه منابع را در اختیار می گیرد و شرایط را تغییر می دهد تا از وجود خودش حمایت کند. که بر علیه بقای هر نوع ارگانیسم دیگری عمل می کند. مثال کلاسیک زمانی است که فتوسنتز توسط حیات کشف شد، نمی دانم، 2 و نیم 3 میلیارد سال پیش و سپس منجر به تجمع اکسیژن در جو شد. ما تمایل داریم به اکسیژن به عنوان یک چیز خوب فکر کنیم، و برای من و شما است، اما یک سم خورنده وحشتناک است. و هنگامی که برای اولین بار ظاهر شد، زندگی را به طور کامل تهدید کرد. آلاینده بود. و تنها به این دلیل بود که برخی از زندگی‌ها توانستند خود را تطبیق دهند و در واقع گناه را به یک فضیلت تبدیل کنند و از آن اکسیژن به عنوان منبع انرژی استفاده کنند که ما امروز در فضایی غنی از اکسیژن هستیم.

اما انباشته شدن اکسیژن چیزی فراتر از این بود که زندگی پرانرژی‌تر و پیچیده‌تر شود. برای مثال، ماهیت سنگ ها را نیز تغییر داد. زمین را با مریخ مقایسه کنید. به مریخ نگاه کنید، به طور قابل توجهی قرمز است زیرا آن قرمز واقعا زنگ زده است. و بنابراین مریخ آن مکانیسم بازیافت را ندارد. هیچ تکتونیک صفحه ای وجود ندارد. هیچ صفحه متحرکی ندارد. و آتشفشان هایی که تغییر می کنند. آتشفشان‌ها دارد، اما نمی‌تواند همه آن عناصر را بچرخاند، و غیره. بنابراین یک رابطه معکوس بین زندگی روی زمین و چرخه‌هایی که زندگی روی زمین را به حرکت در می‌آورند، وجود دارد و هر کدام بر دیگری تأثیر می‌گذارند. بسیار نامشخص است که هر چند وقت یکبار با یک سیاره زمین مانند مواجه می شوید که دارای این چرخه های به هم پیوسته است – بیولوژیکی، زمین شناسی و جوی – که با هم کار می کنند تا یکدیگر را تغییر دهند و یکدیگر را حفظ کنند، نه فقط در یک دوره زمانی کوتاه، بلکه به معنای واقعی کلمه در طی میلیاردها سال. بنابراین این چرخه ها با هم تکامل یافته اند. این ممکن است مجموعه ای از شرایط بسیار خاص باشد. شاید به ندرت از عنوان یک کتاب معروف استفاده شود. می تواند مانند یک زمین کمیاب باشد.

هوش مهندسی شده

و فکر می‌کنم اکثر مردم این ایده را دارند که به دنبال فرازمینی‌هایی مانند موجودات گوشتی و خونی باشند، حیواناتی با ظاهر عجیب و غریب که ممکن است در سیاره‌ای دیگر پیدا کنید. اما کاملاً واضح است که اگر تمدن‌های تکنولوژیکی وجود داشته باشند، خیلی زود، اگر به سطح توسعه ما برسند، کار سنگین فکری خود را به پیمانکاران خارجی واگذار می‌کنند، ترجیح می‌دهم آنها را سیستم‌های طراحی بنامم. مصنوعی نبودن اصطلاح بدی است. من به آن به عنوان هوش مهندسی فکر می کنم. ما هوش داروینی بسیار کندی داریم. میلیاردها سال طول کشید تا به این نقطه رسید. و سپس هوش طراحی شده می تواند بسیار سریع باشد، و هنگامی که شما اصول طراحی را در هوشمندی طراحی شده بسازید، زمانی که هوش مصنوعی اصول طراحی را برای نسل بعدی دریافت کند و غیره، بسیار سریع پیش می رود.

من می توانم یک سیستم هوش مصنوعی را در آینده ای نه چندان دور تصور کنم که از اجزای موجودات زنده بافت عصبی استفاده کند. مردم هنوز هم این کار را انجام می‌دهند، و آنها را در یک سیستم بزرگ‌تر ترکیب می‌کنند و این که ما این تمایز را از دست می‌دهیم که زنده بودن غیرزنده است و واقعاً به طراحی و طراحی نسل بعدی و غیره بستگی دارد. بنابراین، اگر زمانی با بیگانگان تماس بگیریم، و من بسیار شک دارم، اما اگر چنین کنیم، به احتمال زیاد این موجودی از گوشت و خون به سبک هالیوود نخواهد بود، اما ممکن است بخواهیم آن را هوش مصنوعی بنامیم، اما اصطلاحی برای این سیستم مهندسی چند نسلی فوق العاده هوشمند نداریم. اما واضح است که فقط از راهی که می رویم، مشخص است که این موجودیت دارای ویژگی های خداگونه خواهد بود، که ما با چیزی روبرو خواهیم بود که احتمالاً بسیار فراتر از سطح درک ما است.

و اگر هوش مصنوعی را با محاسبات کوانتومی ترکیب کنیم، اینجاست که واقعا جالب و عمیق می شود. بنابراین ما Q AI، هوش مصنوعی کوانتومی یا همان طور که فرانک ویلچک می‌گوید، داریم. پس همه شرط‌بندی‌ها متوقف شده‌اند، زیرا اکنون ما با موجودی سروکار داریم که می‌تواند نه تنها تمام احتمالاتی را که می‌توانیم در ذهن خود کشف کنیم، بلکه می‌تواند همه جایگزین‌های کوانتومی ممکن، همه جهان‌های ممکن را کشف کند. بنابراین ما با موجودی سروکار داریم که باهوش یا آگاه است، یا ممکن است عاملی باشد، که دامنه بی نهایت بیشتری از قابلیت ها و تجربه ها و فرآیندهایی دارد که می تواند نسبت به ما مدیریت کند. و اگر با بیگانگانی سروکار داشته باشیم که تمدنی دارند که حدود 500 میلیون سال یا چیزی شبیه به آن وجود داشته است، بسیار محتمل است که این موجودات الهی، کاملاً مرموز و شگفت انگیز بر آن تسلط داشته باشند.

فصل 4: معمای طلایی. آیا جهان برای زندگی به خوبی تنظیم شده است؟

اصل انسان دوستی

بنابراین اکنون که کلاه فیزیک خود را بر سر می گذارم و به جهان به عنوان یک کل نگاه می کنم، از ماهیت قوانین فیزیکی شگفت زده می شوم، این واقعیت که جهان به روش ریاضی بسیار دقیقی نظم یافته است، و این قوانین بنیادی نه تنها زیبا و قدرتمند هستند و روابط ریاضی را نشان می دهند که به جهان اجازه می دهد به گونه ای کارآمد کار کند، بلکه با وجود حیات نیز سازگار است. بنابراین این موضوع اغلب اصل انسان شناسی نامیده می شود. نام بسیار بدی است

اما اساساً معنی آن این است که اگر قوانین مختلف فیزیک و شرایط اولیه را برای جهان در نظر بگیرید، روشی که انفجار بزرگ اتفاق افتاد، و اگر بگویید خوب، فرض کنید چیزی را کمی تغییر دهیم، بگوییم می‌خواهید همه الکترون‌ها را کمی سنگین‌تر کنید یا نیروی هسته‌ای ضعیف را کمی ضعیف‌تر کنید، آیا می‌توانید با آن چیزها به گونه‌ای برخورد کنید که هنوز حیات وجود داشته باشد؟ و معلوم شد که جواب منفی است. اینکه برخی از قوانین فیزیک آنقدر حساس هستند که کوچکترین تغییر چشم انداز زندگی را از بین می برد. این تغییرات به معنای واقعی کلمه مرگبار خواهد بود.

اکنون، بدیهی است که ما نمی توانیم آزمایش واقعی را انجام دهیم، اما می توانیم آزمایش ریاضی را انجام دهیم. ما می‌توانیم بفهمیم اگر گرانش کمی قوی‌تر بود یا اگر نیروهای الکتریکی کمی ضعیف‌تر یا چیزی شبیه به آن بود، جهان چگونه تغییر می‌کرد. و وقتی این کار را انجام می دهید، متوجه می شوید که برخی تغییرات بسیار کوچک شانس زندگی را از بین می برد. به عنوان مثال، می تواند از تشکیل هسته های پیچیده جلوگیری کند. شما می‌توانید در نهایت به جهانی برسید که تماماً نوترون است یا فقط هیدروژن بدون کربن، عنصر حیات‌بخش. بنابراین می توانید به همه این چیزها نگاه کنید و به این نتیجه برسید که جهان، که قوانین طبیعت در جهان در کل به نظر می رسد، و اینجاست که اصطلاحات کمی بحث برانگیز می شود، به نظر می رسد برای زندگی به خوبی تنظیم شده است. مردم در مورد بحث تنظیم دقیق صحبت می کنند. حال، تنظیم دقیق لزوماً به این معنا نیست که یک طراح وجود داشته است که عمداً این ارزش ها را برای داشتن زندگی انتخاب کرده است. اما معنی آن این است که اگر آن اعداد کمی متفاوت بودند، زندگی وجود نداشت و ما اینجا نبودیم و این گفتگو را انجام نمی‌دادیم.

سه توضیح

پس در مورد آن چه کنیم؟ من این را معمای گلدیلاک می نامم که به نظر می رسد جهان قابل سکونت است. بنابراین، ما واقعاً سه توضیح ممکن برای Goldilocks داریم. ما متوجه شدیم که این فقط یک تصادف است. این طور شد و به هر حال هیچ چیز خاصی در زندگی وجود ندارد. یک طراح یا خدایی وجود داشت که به نوعی جهان را ساخته بود و آن را به خوبی تنظیم کرد تا زندگی پدید آید. و پاسخ دیگری که می توانید به آن بدهید، توضیح چندجهانی است که جهان قابل سکونت است زیرا فقط یک جهان نیست. تعداد نامتناهی از آنها وجود دارد و تا حدودی به طور تصادفی شروع می شود.

این که انفجارهای بزرگ، انفجارهای زیاد، در فضا و زمان پراکنده شده اند و هر کدام مجموعه قوانین خاص خود را دارند. و بنابراین در برخی از این جهان ها، گرانش کمی قوی تر خواهد بود. در برخی الکترون ها کمی سنگین تر خواهند بود و غیره. و در بیشتر این جهان ها زندگی وجود نخواهد داشت. و بنابراین هیچ کس در اطراف وجود ندارد که از این واقعیت که آنها جهان های Goldilocks نیستند ابراز تاسف کند. اما اینجا و آنجا، فقط بر اساس قوانین شانس، خواهید دید که یک جهان گلدیلاک وجود خواهد داشت، و در آن جهان موجودات زنده ای مانند ما وجود خواهند داشت که ظاهر می شوند و تعجب می کنند که همه اینها به چه معناست. و بنابراین این سه ایده وجود دارد و این بحث ادامه دارد. و واقعاً در این مرحله همه چیز به یک موضوع انتخاب شخصی بستگی دارد.

راه چهارم دیویس

اما در واقع یک راه چهارم دیویس وجود دارد. من در مورد قوانین فیزیک به روش سنتی به عنوان چیزی شبیه به روابط ثابت و ثابت ریاضی صحبت کردم. گفتم که در ابتدا به عنوان نشانه خالق بر مبدأ جهان مهر زده شده است. به عبارت دیگر، قوانین ثابت هستند. اما شاید این یک نگاه ساده به آن باشد. این گونه است که فیزیکدانان از زمان نیوتن به قوانین به عنوان روابط ریاضی جهانی ابدی تغییر ناپذیر نگاه کرده اند. اما شاید باید به قوانین انعطاف‌پذیر یا چیزی که کمی انعطاف‌پذیرتر است فکر کنیم.

اینجاست که بسیار ظریف می شود، زیرا آیا راهی وجود دارد که پیدایش زندگی و ذهن را بتوان به نحوی علّی با ماهیت قوانینی که آنها را به وجود می آورد مرتبط دانست؟ آیا نوعی حلقه بازخورد بین ناظرانی مانند ما و قوانینی وجود دارد که به ناظران اجازه ظهور می دهد؟ فکرش را بکنید، اگر قوانین درست شود، خنده دار است. اما قبل از آن، یک تشبیه بسیار تقریبی، ما در مورد زمین صحبت می‌کردیم که زندگی روی زمین، حلقه بازخورد، ماهیت فیزیکی سیاره ما در سیاره زمین و حیات روی آن با هم مرتبط هستند. پس وجود حیات بر نحوه رفتار زمین و غیره تأثیر می گذارد. آیا نوعی بازخورد کیهانی وجود دارد؟ بنابراین وجود زندگی بر قوانینی که سپس آن زندگی را به وجود می آورد تأثیر می گذارد.

آزمایش انتخاب خنده دار ویلر

و در نگاه اول، شما فکر می کنید که این کاملا غیر ممکن است. اما در واقع یک شکاف وجود دارد. و این خلأ در مکانیک کوانتومی، فیزیک کوانتومی به وجود می آید. و دلیلش هم این است که گفتم قوانین به روش سنتی هستند این است که قوانین در ابتدا ثابت هستند. اما در واقع، زیرا مکانیک کوانتومی مبتنی بر مفهوم عدم قطعیت است. مردم در مورد اصل عدم قطعیت هایزنبرگ شنیده‌اند و معنی آن این است که حتی اگر شما یک سیستم کوانتومی را دقیقاً تنظیم کنید، یک اتم در یک حالت خاص، نمی‌توانید مطمئن باشید که در یک ثانیه از هم اکنون چگونه خواهد بود، اما این عدم قطعیت نیز به گذشته برمی‌گردد، و اینکه فرض کنیم تاریخچه‌ی بنگ ثابتی وجود دارد که منشأ امروزی جهان را به هم متصل می‌کند، اشتباه است.

و حدود 30 سال پیش فیزیکدان جان ویلر کشف کرد که می توانید آزمایشی به نام آزمایش انتخاب خنده دار انجام دهید که در آن اکنون تصمیم می گیرید که در گذشته چه اتفاقی افتاده است. بنابراین در مکانیک کوانتومی چیزی مانند فوتون را می توان به عنوان یک ذره توصیف کرد یا بسته به شرایط می توان آن را به عنوان موج توصیف کرد و شما، آزمایشگر، می توانید انتخاب کنید. من آزمایشی انجام خواهم داد که ماهیت موج مانند را نشان دهد، یا آزمایشی انجام خواهم داد که ماهیت ذره مانند را آشکار خواهد کرد. اما معلوم می‌شود که اگر یک نانوثانیه پیش این سوال را می‌پرسیدید که آیا این یک ذره بود یا یک موج، حتی قبل از انتخاب شما، همان چیزی بود که در لحظه حال تصمیم گرفتید، زیرا سحابی کوانتومی گذشته را می‌بلعد.

اکنون می توانید تصمیم بگیرید که واقعیت در گذشته چه بوده است.

در حال حاضر شما اطلاعات را به گذشته ارسال نمی کنید. شما گذشته را تغییر نمی دهید گذشته مبهم است. بنابراین ما چیزهایی در مورد گذشته می دانیم، اما نه همه چیز. بنابراین اگر کاری که امروز انجام می‌دهیم ابهامی در گذشته را برطرف می‌کند، آنگاه علیت عقب مانده نیست، بلکه راهی است که در آن آنچه اکنون اتفاق می‌افتد به آنچه در گذشته اتفاق می‌افتاد مربوط می‌شود. این قطعاً در فیزیک کوانتومی صادق است. اکنون می توانید تصمیم بگیرید که واقعیت در گذشته چه بوده است. ما این را از یک موج یا یک ذره به قوانین فیزیک تعمیم می دهیم که آیا آنها بخشی از این چشم انداز کوانتومی هستند؟ آیا این قانون فیزیک بود؟ آیا این قانون فیزیک بود؟

چرخه مشترک وجود

اکنون ما شروع می کنیم به دیدن این که یک ارتباط وجود دارد، راهی وجود دارد که وجود زندگی و ذهن می تواند با داشتن انعطاف پذیری در قوانین و داشتن این نوع اثر ماسبق کوانتومی و به این روش بسیار ظریف، نوعی سود بر ماهیت قوانینی که در جهان به وجود آمده اند به دست آورد. بنابراین درک اشتباه آنچه می گویم بسیار آسان است. من نمی گویم که ما اکنون گذشته را تغییر داده ایم تا وجود خود را تضمین کنیم. اما سازگاری وجود دارد. یک حلقه بازخورد وجود دارد که در فیزیک کوانتومی کار می کند.

پس این عدد چهار است. پس حالا متوجه می شوید که این فقط یک تصادف بوده است. خدا این کار را کرد. تعداد نامتناهی جهان با حیات بسیار کمیاب وجود دارد که در جایی ظاهر می شوند یا راهی وجود دارد که در آن زندگی و جهان بخشی از یک چرخه مشترک وجود هستند. و این ایده، باید بگویم، ایده من نیست. این چیزی است که من ترجیح می دهم. این ایده ای بود که جان ویلر، فیزیکدان، سال ها پیش از آن حمایت می کرد. تاثیر زیادی روی من گذاشت. و او کسی بود که این آزمایش انتخاب سرگرم کننده را انجام داد. و این به نوعی سکوی پرشی برای ایده او بود که شرکت کنندگان در جهان، که موجوداتی هستند که ذهن و انتخاب دارند و می توانند آزمایش ها و اندازه گیری ها را در فیزیک کوانتوم انجام دهند، می توانند بخشی از کل تاریخ هستی باشند. و من این را بسیار جذاب می دانم.