Jak wygląda życie schrödingera pobierz pdf. Czym jest życie z punktu widzenia fizyki? Ogólny charakter i cel badania

Czym jest życie?

Wykłady wygłoszone w Trinity College w Dublinie, luty 1943.

Moskwa: Państwowe Wydawnictwo Literatury Zagranicznej, 1947 - s.150

Erwin Schrödinger

profesor w Instytucie Badawczym w Dublinie

CZYM JEST ŻYCIE

pod względem fizyki?

CZYM JEST ŻYCIE?

Fizyczny aspekt

żywa komórka

BRWIN SGHRODINGER

Starszy profesor w Dublin Institute for Advanced Studies

Tłumaczenie z języka angielskiego i posłowie A. A. MALINOVSKY

Artysta G. Riftin

Wstęp

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, s. IV, prop. 67.

Człowiek nie jest wolny od niczego, więc

myśli mało o śmierci i

jego mądrość polega na myśleniu

nie o śmierci, ale o życiu.

Spinoza, Etyka, część IV, Teoria. 67.

Ghtlbcckjdbt

Przedmowa

Powszechnie uważa się, że naukowiec powinien posiadać wiedzę z pierwszej ręki z określonej dziedziny nauki, dlatego uważa się, że nie powinien pisać na tematy, w których nie jest ekspertem. Jest to traktowane jako sprawa noblesse oblige. Aby jednak osiągnąć swój cel, chcę wyrzec się szlachetności i prosić w związku z tym o zwolnienie mnie z wynikających z tego zobowiązań. Moje przeprosiny są następujące.

Odziedziczyliśmy po naszych przodkach żywe pragnienie zjednoczonej, wszechogarniającej wiedzy. Już sama nazwa nadana najwyższym instytucjom wiedzy - uniwersytetom - przypomina nam, że od starożytności i przez wiele wieków można było całkowicie zaufać jedynie uniwersalnemu charakterowi wiedzy. Ale ekspansja i pogłębianie różnych dziedzin wiedzy w ciągu ostatnich stu niezwykłych lat postawiło nas w dziwnym dylematem. Wyraźnie czujemy, że dopiero teraz zaczynamy zdobywać niezawodny materiał, aby połączyć w jedną całość wszystko, co wiemy; ale z drugiej strony, opanowanie przez jeden umysł więcej niż jednej małej wyspecjalizowanej części nauki staje się prawie niemożliwe.

Nie widzę wyjścia z tej sytuacji (boby nasz główny cel nie został na zawsze utracony), chyba że niektórzy z nas odważą się na syntezę faktów i teorii, nawet jeśli nasza wiedza w niektórych z tych dziedzin jest niepełna i z drugiej ręki, a nawet jeśli biegniemy ryzyko pojawienia się ignorancji.

Niech to będzie moja wymówka.

Duże znaczenie mają również trudności językowe. Język ojczysty każdego człowieka jest niejako dobrze dopasowaną szatą i nie można czuć się swobodnie, kiedy własny język nie może być spokojny i kiedy trzeba go zastąpić innym, nowym. Jestem bardzo wdzięczny doktorowi Inksterowi (Trinity College, Dublin), doktorowi Padraigowi Browneowi (St. Patrick's College, Maynooth) i wreszcie panu C. C. Robertsowi. Mieli dużo problemów z dopasowaniem mojego nowego stroju, a to pogarszał fakt, że czasami nie chciałem rezygnować z mojego nieco „oryginalnego” stylu. Jeśli którakolwiek z nich przetrwa, pomimo wysiłków moich przyjaciół, aby ją złagodzić, należy to przypisać mnie, a nie ich.

Początkowo zakładano, że podtytuły wielu rozdziałów będą miały charakter streszczenia na marginesach, a tekst każdego rozdziału będzie musiał być czytany w dalszym ciągu (ciągle).

Jestem bardzo wdzięczny doktorowi Darlingtonowi i wydawcy Endeavour za ilustracyjne klisze. Zachowują wszystkie oryginalne szczegóły, chociaż nie wszystkie z nich odnoszą się do treści książki.

Dublin, wrzesień 1944. E. Sh.

Podejście fizyka klasycznego do tematu

Myślę, więc jestem

Kartezjusz.

Ogólny charakter i cele badania

Ta mała książeczka powstała w wyniku publicznych wykładów, które fizyk teoretyk wygłosił przed około 400-osobową publicznością. Publiczność prawie się nie zmniejszyła, choć od samego początku ostrzegano, że tematyka jest trudna, a wykładów nie można uznać za popularne, mimo że najstraszniejsze narzędzie fizyki – dedukcja matematyczna – trudno tu zastosować. I nie dlatego, że temat jest tak prosty, że można go wytłumaczyć bez matematyki, ale wręcz przeciwnie - ponieważ jest zbyt skomplikowany i nie do końca przystępny dla matematyki. Inną cechą, która przynajmniej sprawiała wrażenie popularności, była intencja wykładowcy, by zarówno fizykom, jak i biologom wyjaśnić podstawową ideę związaną zarówno z biologią, jak i fizyką.

Rzeczywiście, pomimo różnorodności tematów zawartych w książce, jako całość powinna przekazywać tylko jedną myśl, tylko jedno małe wyjaśnienie w dużej i ważnej kwestii. Aby nie zboczyć z naszej ścieżki, warto z góry krótko nakreślić nasz plan.

Wielkie, ważne i bardzo często dyskutowane pytanie brzmi: jak fizyka i chemia mogą wyjaśnić te zjawiska w przestrzeni i czasie, które zachodzą wewnątrz żywego organizmu?

Tymczasowa odpowiedź, którą ta mała książka będzie starała się udzielić i rozwinąć, można podsumować w następujący sposób: Pozorna niezdolność współczesnej fizyki i chemii do wyjaśnienia takich zjawisk nie pozostawia absolutnie żadnego powodu, by wątpić, że mogą one być wyjaśnione przez te nauki.

Fizyka statystyczna. Główna różnica w strukturze

Powyższa uwaga byłaby dość banalna, gdyby miała na celu jedynie wzbudzenie nadziei na osiągnięcie w przyszłości tego, czego nie udało się osiągnąć w przeszłości. Ma to jednak znacznie bardziej pozytywne znaczenie, a mianowicie, że dotychczasowa niezdolność fizyki i chemii do udzielenia odpowiedzi jest w pełni wytłumaczalna.

Dzięki umiejętnej pracy biologów, głównie genetyków, w ciągu ostatnich 30-40 lat wystarczająco dużo poznano o rzeczywistej strukturze materialnej organizmów i ich funkcjach, aby zrozumieć, dlaczego współczesna fizyka i chemia nie potrafią wyjaśnić zjawisk w kosmosie i czas, który występuje wewnątrz żywego organizmu.

Układ i oddziaływanie atomów w najważniejszych częściach organizmu zasadniczo różni się od wszystkich tych układów atomów, którymi dotychczas zajmowali się fizycy i chemicy w swoich badaniach eksperymentalnych i teoretycznych. Jednak ta różnica, którą właśnie nazwałem fundamentalną, jest tego rodzaju, że każdemu może wydawać się nieistotna, z wyjątkiem fizyka przesiąkniętego ideą, że prawa fizyki i chemii są całkowicie statystyczne. To ze statystycznego punktu widzenia budowa najważniejszych części żywego organizmu jest zupełnie inna od jakiejkolwiek materii, z którą my, fizycy i chemicy mieliśmy do czynienia do tej pory, praktycznie – w naszych laboratoriach i teoretycznie – u nas. biurka. Oczywiście trudno sobie wyobrazić, że prawa i reguły, choć dla nas otwarte, mają bezpośrednie zastosowanie do zachowania systemów, które nie mają struktur, na których te prawa i reguły się opierają.

Książka Erwina Schrödingera „Czym jest życie z punktu widzenia fizyki?” po raz pierwszy opublikowana w Anglii podczas wojny w 1944 r., po czym przeszła kilka wydań bez zmian i wywołała żywe reakcje w zagranicznej prasie naukowej i ogólnej. Pewien entuzjastyczny recenzent wyraził nawet opinię, że stworzyła ona całą epokę w nauce i porównał ją pod tym względem z takimi pracami, jak prace pioniera termodynamiki statystycznej Willarda Gibbsa i twórcy genetyki naukowej Gregora Mendla.

Trudno zgodzić się z tak wysoką oceną książki i bez wątpienia było to po części spowodowane zarówno nieco sensacyjnym tytułem książki, jak i dużą popularnością autora, jednego z największych naukowców naszych czasów. Aby wyjaśnić czytelnikom, którzy nie są specjalistami w dziedzinie współczesnej fizyki, kim jest autor tej książki, zwracamy uwagę, że wymieniając dzieła równoważne „Zasadom” Izaaka Newtona, akademik S.I. Wawiłow, wraz z teorią atomów i elektronów i teorią względności A Einstein wskazuje również na mechanikę kwantową (falową), której twórcą był Schrödinger. W uznaniu jego wybitnej pracy E. Schrödinger został wybrany w 1934 roku na członka honorowego Akademii Nauk ZSRR.

Postawione w tytule pytanie „Czym jest życie?”, a także filozoficzny epilog „O determinizmie i wolnej woli” również nie mogły nie przyciągnąć uwagi czytelników naukowych i powszechnych.

Książka Schrödingera ma jednak ogromne znaczenie merytoryczne. Jaka jest jego wartość?

Schrödinger w swojej książce, w formie fascynującej i przystępnej zarówno dla fizyka, jak i biologa, otwiera przed czytelnikiem nowy, szybko rozwijający się kierunek w nauce, który w dużej mierze łączy metody fizyki i biologii, ale który wciąż był dostępne tylko dla bardzo wąskiego kręgu osób z literaturą specjalistyczną.

Coraz głębsze wnikanie w strukturę żywej komórki wymagało w naszych czasach zaangażowania wielu metod i koncepcji współczesnej fizyki. To dało początek „prawdziwej” biofizyce, podobnej do powstałej wcześniej biochemii, która już wniosła wielki wkład w rozwój naszej wiedzy o życiu. Wręcz przeciwnie, wykorzystanie metod fizycznych (przede wszystkim optycznych, rentgenowskich itp.) odgrywało dotychczas prawie wyłącznie rolę pomocniczą, pomagając jedynie w ujawnieniu pewnych faktów biologicznych bez odpowiadającej im fizycznej i ogólnej biologicznej interpretacji. To była fizyka dla biologii, ale nie fizyka dla biologii. Pod tym względem biofizyka w swej znacznej części różniła się dogłębnie od biochemii, która nie ograniczała się do wprowadzania nowych metod, ale już dawno przeszła do analizy istoty najtajniejszych przemian chemicznych zachodzących w organizmie. Biofizyka osiągnęła takie pogłębienie istoty zjawisk życiowych tylko w niewielkim stopniu (na przykład w badaniu procesów elektrofizjologicznych, promieniowania mitogenetycznego itp.), dzięki czemu w większości zachowała pozycję nauki pomocniczej, choć przyczynił się do ujawnienia pewnych wzorców, ale nie pełnił całkowicie samodzielnej roli w poznaniu fenomenu życia.

I dopiero dzisiaj fizyka wkroczyła na dziedzinę biologii w celu ujawnienia tych niższych poziomów w organizacji materii ożywionej, których zrozumienie jest niezbędnym warunkiem przyszłości, pełniejszego i głębszego zrozumienia życia w ogóle.

Książka Schrödingera reprezentuje, ściśle rzecz biorąc, pierwsze spójne rezultaty tego nurtu, który niewątpliwie będzie podlegał o wiele więcej korektom, ale które zasadniczo nakreślają określone zarysy nowego gmachu naukowego „prawdziwej” biofizyki.

Gdyby książka Schrödingera ograniczała się jedynie do przedstawienia tego, co zostało przytoczone, wystarczyłoby to, by rozpoznać jej znaczenie. Ale Schrödinger wnosi wielki osobisty wkład w ten nowy kierunek w nauce o życiu, co w dużej mierze uzasadnia entuzjastyczne recenzje, jakie jego książka otrzymała w zagranicznej prasie naukowej.

Wraz z wieloma bardziej szczegółowymi rozważaniami Schrödinger przedstawia niezwykle szeroką i owocną myśl. Nakreśla związek między dwiema biologicznymi „tajemnicami”, a mianowicie: pytaniem o naturę struktur dziedzicznych i, wydawałoby się, kwestią związku organizmów z drugą zasadą termodynamiki, która jest od niej tak daleka. Te ostatnie, choć nie „anulowane” dla żywych istot, to w dużej mierze „zarządzają”. Schrodinger pokazuje, że najważniejszym warunkiem tego (jeśli nie przyczyną) jest specjalna specyficzna struktura centralnego aparatu komórki - chromosomów. Chromosomy w swojej strukturze są zdolne, jako „mechaniczny” (w przeciwieństwie do „termodynamicznego”) system o niezwykłej złożoności, bezpośrednio wspierać regularny przebieg wielu procesów biologicznych, zapewniając minimalny rozmiar „aparatu regulacyjnego” komórki.

To wszystko sprawia, że ​​książka Schrödingera jest bardzo cenna, pomimo jej istotnych mankamentów, o których omówimy poniżej. To właśnie ta pozytywna strona małej książki Schrödingera przyciągnęła uwagę wielu wybitnych naukowców - Holdena, Mellera i Delbrücka, którzy poświęcili jej obszerne recenzje. Przydatne będzie krótkie zapoznanie czytelnika z tymi recenzjami.

W swojej recenzji książki Schrödingera największy angielski biolog i postępowa osoba publiczna, prof. J. B. S. Haldan wysoko ją ocenia; jednocześnie czyni szereg uwag krytycznych. Przede wszystkim słusznie zauważa, że ​​pogląd na chromosom akceptowany przez Schrödingera jako gigantyczna cząsteczka („kryształ aperiodyczny Schrödingera”) został po raz pierwszy wysunięty przez sowieckiego biologa prof. N. K. Koltsov, a nie Delbrück, z którego nazwiskiem Schrödinger łączy tę koncepcję.

Wracając do istoty zagadnienia, Holden uważa, że ​​jeśli rozważymy gen jako cząsteczkę o właściwościach katalizatora, to, wbrew opinii Schrödingera, zasady mechaniki statystycznej mają zastosowanie nawet do pojedynczego genu. Pojedyncza cząsteczka katalizatora może w sprzyjających warunkach przetworzyć ponad 100 tys. cząsteczek substratu na sekundę, a są to liczby, które w pełni pozwalają na statystyczne podejście w badaniu. Generalnie Holden uważa, że ​​chociaż idee Delbrücka bardzo dobrze odpowiadają znanym faktom, to, jak wielokrotnie obserwowano w mechanice kwantowej, muszą się znacznie zmienić. Odwołuje się do niepublikowanej pracy Lee i Cotcheside (złożonej do English Genetic Society), w której autorzy stwierdzają, że większość śmiertelnych mutacji spowodowanych napromieniowaniem plemników Drosophila jest wynikiem uszkodzenia chromosomów, po którym następuje ich naprawa. na przykład w Tradescaniia taka przerwa wymaga około 17 jonizacji na chromatydzie. Z drugiej strony Faberge i Biel odkryli, że wysoki wskaźnik mutacji jednego bardzo niestabilnego genu znacznie spada w wysokich temperaturach. „Jest możliwe”, konkluduje Holden, „że w chromosomach zachodzą bardziej złożone zjawiska, niż można sobie wyobrazić nawet na podstawie zasad mechaniki falowej”.

Zauważając, że Schrödinger w ogóle nie porusza szeregu problemów biologicznych, Holden wskazuje w szczególności na problem regulacji zaburzeń w organizmie, których niektórzy biologowie nie potrafią wytłumaczyć materialistycznie, i wyraża nadzieję, że Schrödinger zajmie się tymi problemami w przyszłość.

Kończąc recenzję poważną krytyką twierdzeń filozoficznych Schrödingera (o których omówimy poniżej), Holden na ogół jednak wysoko ocenia książkę, którą, jak mówi na początku, powinien przeczytać każdy genetyk i którą, m.in. postawienie pytania o wykorzystanie przez organizm negatywnej entropii, może wzbogacić i fizjolog.

Podobne przemyślenia na temat książki Schrödingera wyraża znany amerykański genetyk GJ Meller. Jego zdaniem do bardzo ważnych cech żywej materii omawianych w książce Schrödingera należy dodać jeszcze jedną głębszą i podstawową właściwość genu, na który autor nie ma wpływu - jego zdolność do namnażania się, podwajania. Ta zdolność leży u podstaw tak kardynalnych zjawisk biologicznych, jak wzrost, reprodukcja i wreszcie ewolucja istot żywych.

Jednak byłoby wielkim uproszczeniem uznać tę zdolność genu za prostą autokatalizę, jak na przykład rozważał Troland. Gen jest zdolny do podwojenia i zachowuje tę zdolność nawet po mutacji, to znaczy nawet wtedy, gdy przybrał inną postać i wykazuje zupełnie nowe właściwości w swoim wpływie na rozwój organizmu. Żaden z autokatalizatorów nie ma jeszcze takiej zdolności. Wszelkie geny i ich mutacje mogą tworzyć organiczne podłoże w nowe, podobne do nich geny. To właśnie daje możliwość ewolucji poprzez akumulację i reprodukcję mutacji doświadczanych przez geny. Z tego punktu widzenia o wiele mniej istotny dla zrozumienia istoty życia jest fakt, że mutacje są właśnie skokami kwantowymi, ponieważ „organizacja” („porządek” według Schrödingera) w specyficznie biologicznym sensie jest przede wszystkim wynikiem podwojenia genów i wybór. Biologiczna "organizacja" nie jest bynajmniej tak silnie związana z akumulacją tego, co biolodzy nazywają energią potencjalną ("ujemna entropia" Schrödingera).

Głównym obserwowanym trendem w rozwoju materii ożywionej, według Mellera, jest zapewnienie maksymalnego bezpieczeństwa i szerokie rozpowszechnienie tego typu organizacji. Często osiąga się to tak jakościowymi sposobami, które nie zwiększają bezpośrednio „podaży ujemnej entropii”, ale w przyszłości stwarzają ogromne możliwości wykorzystania energii zewnętrznej. Taki jest na przykład rozwój intelektu u istoty fizycznie słabej. Tutaj kontrola nad energią w interesie systemu jest ważniejsza niż zwiększanie zawartości energii w samym systemie.

Ogólnie rzecz biorąc, Meller uważa, że ​​pomimo niekompletności i drobnych niedociągnięć książka Schrödingera jest bardzo cenna, ponieważ pomaga rozwiązać pewne problemy, które są interesujące dla każdego naukowca w ogóle.

Według Maxa Delbrücka, wyrażonego w swojej recenzji, książka Schrodingera nie rozwiązuje pytania zawartego w tytule – „Czym jest życie?”. Postawiony przed pytaniem, w jaki sposób fizyka i chemia mogą wyjaśnić zachodzące w czasie i przestrzeni procesy w żywym organizmie, autor analizuje kolejne, niewątpliwie ważne, ale znacznie mniej istotne pytanie - czy fizyka i chemia mogą wyjaśnić zjawiska zachodzące w organizmie. Niemniej jednak ta książka jest swego rodzaju centralnym punktem, w którym zbiegają się interesy fizyków i biologów.

„Czytelnikom, którzy nie są zaznajomieni ze specjalnymi stwierdzeniami Bohra”, mówi Delbrück, „może się wydawać, że fizyczna natura procesów zachodzących w żywej komórce jest oczywista i trudno im docenić znaczenie problemu, przed którym stoi. „fizyk naiwny” na początku książki Delbrück uważa, że ​​omówienie przez Schrödingera typów praw natury („statystyczne” i „dynamiczne”) może mieć „wyjaśniający wpływ na myślenie biologiczne”.

Podsumowując powyższe recenzje, należy stwierdzić, że wszystkie recenzje podkreślają wielkie znaczenie książki Schrödingera. Rzeczywiście, książka ta, jak już wspomniano, wytycza nowy i niezwykle ważny kierunek w nauce, łączący fizykę i biologię oraz mający szerokie perspektywy na przyszłość. Ta próba syntezy fizyki i biologii w rozwiązaniu podstawowego problemu życia jest tym bardziej interesująca, że ​​zabarwiona jest oryginalnymi, choć nieuchronnie subiektywnymi pomysłami tak wybitnego współczesnego naukowca jak Schrödinger. Zagadnienie związku organizmów żywych z zasadą entropii zyskało nowe światło w książce Schrödingera, co prawdopodobnie da dalszy bodziec dyskusji na ten temat. Świadczy o tym na przykład niedawna praca Butlera poświęcona eksperymentalnemu badaniu drugiej zasady termodynamiki w zastosowaniu do organizmów żywych.

Schrödinger ze swoją uogólnioną próbą zrobił duży krok w kierunku wprowadzenia do codziennego życia biologii tych właśnie metod teoretycznych, które od dawna są charakterystyczne dla fizyki, ale (poza statystycznymi metodami obróbki materiału) tylko sporadycznie i w większości tylko w specjalne prace trafiają do nauki o życiu. Należy szczególnie podkreślić, że mimo całej swojej mechanistycznej metodologii Schrödinger – i to jest niewątpliwa wartość jego książki – jako idea centralna dochodzi do dialektycznej idei o specyficznej, jakościowej różnicy między życiem a nieożywionym, chociaż ogranicza tę specyfikę tylko do granic fizycznej organizacji.

Niewątpliwie tytuł książki obiecuje więcej, niż może dać autor. Problem życia jako całości jest niezmiernie szerszy i głębszy niż problemy poruszane przez Schrödingera w jego książce. Schrodinger rozważa tylko niektóre z podstawowych kwestii organizacji żywej komórki, ale bynajmniej nie cały problem życia w całej jego złożoności. Rozwija jednak głębiej nasze rozumienie istoty życia i jeśli formalnie książka nie podaje tego, co obiecywał w tytule, to jednak w istocie tezy, jakie wysuwała wobec niej krytyka, wymagająca od autora wyjaśnienia takich zjawisk, jak: podwojenie genów, trudno uzasadnić. , regulacja procesów fizjologicznych itp. W tym miejscu należy przypomnieć słowa K. A. Timiryazeva, w których przypisuje Pasteurowi fakt, że był w stanie postawić pytanie, które jest następne w nauce , i rozwiązał tę, a nie żadną inną, równie ważną kwestię, która jednak może być rozwiązana dopiero na kolejnym etapie badania, w szczególności po wstępnym zbadaniu pierwszego zagadnienia.

Nie będziemy się tu rozwodzić nad pojedynczymi uwagami, chociaż niektóre z nich (takie jak uwaga Holdena o możliwości statystycznego podejścia do pojedynczego genu) wydają się być wynikiem jakiegoś nieporozumienia. O wiele bardziej interesujące jest rozważenie poglądów filozoficznych, a zwłaszcza epistemologicznych, które Schrödinger wyraził w epilogu.

Jako wielki naukowiec Schrödinger zajął wyraźne materialistyczne stanowisko w badaniach naukowych. Konkretnie podkreślił, że nie tylko nie myśli o żadnych „nadprzyrodzonych”, niefizycznych siłach w ciele, ale też nie stara się ich zamaskować w fizyczne szaty „nieokreśloności kwantowej” (co podobno niektórzy fizycy takich jak Jordanes i inni). Tym wyraźniej jest słabość Schrödingera, gdy dotyka on ogólnych zagadnień filozoficznych.

Trudno podać bardziej obrazowy przykład z dziedziny biologii, który tak błyskotliwie i żywo potwierdza słuszność wapna: V.I. ani jednym słowem, jeśli chodzi o filozofię”. (Lenin, Work. Vol. XIII, s. 280.)

Rzeczywiście, stawiając w swojej książce pytanie o specyfikę żywej materii jako problem centralny, Schrodinger nie tylko w konkretnej analizie naukowej, ale także w samym sformułowaniu pytania ogranicza je wyłącznie do poziomu prymitywnej organizacji fizycznej, która częściowo jest powód krytyki jego książki przez Holdena i Mellera. Wydaje się, że właśnie z tym ograniczeniem Schrödingera polemizował F. Engels, pisząc: „Niewątpliwie 'zmniejszymy' myślenie kiedyś eksperymentalnie do molekularnych i chemicznych ruchów w mózgu, ale czy przez to wyczerpuje się istota myślenia?” ( „Dialektyka natury”)

Jeśli jednak w badaniach naukowych ten prymitywizm metodologiczny Schrödingera przejawiał się jedynie w ograniczonym sformułowaniu pytania, to w jego poglądach czysto filozoficznych pojawia się on już jako bezpośredni idealista.

Omawiając „model Delbrücka”, Schrödinger stwierdza, że ​​gdyby okazał się on nie do utrzymania, to należałoby zaprzestać dalszych prób poznania istoty procesów zachodzących w żywej komórce. Holden odpowiada w swojej recenzji, wskazując na przykład bardzo bliski Schrödingerowi, kiedy, jak się wydaje, późniejszy rozwój fizyki wprowadził istotne zmiany w tak doskonałym obrazie atomu zaproponowanym przez Bohra.

Obecny stan fizyki teoretycznej, a także osiągnięcia w dziedzinie badania struktury materii, w pełni potwierdzają dalekowzroczną ideę Lenina zbliżenia wiedzy do prawdy absolutnej poprzez szereg prawd względnych i całkowicie obalają to twierdzenie Schrödingera.

Stwierdzenie Schrödingera jest również całkowicie idealistyczne, gdy mówi, że „tajemnica” paralelizmu psychofizycznego jest dla ludzkiego umysłu nie do rozwiązania (§ 5), tak jak, jego zdaniem, nie można zrozumieć dróg samego poznania świata przez ten umysł (§ 19). Tutaj idealista Schrödinger pojawia się jako typowy agnostyk.

Ale to metafizyczne zerwanie między nauką a subiektywną filozofią Schrödingera zostało z wyjątkową nagością ujawnione w jego krótkim epilogu „O determinizmie i wolnej woli”, gdzie na kilku stronach próbuje odpowiedzieć na podstawowe pytania filozofii, zapożyczając ich rozwiązanie z hinduskich upaniszad, filozofia Schopenhauera i in., mistyczno-idealistyczne systemy filozoficzne. Sam Schrödinger zdaje sobie sprawę z przepaści między jego filozofią a nauką. „W nagrodę za moją pracę w przedstawieniu czysto naukowej strony naszego problemu sine ira et studio proszę teraz o wyrażenie mojego własnego, nieuchronnie subiektywnego poglądu na filozoficzne znaczenie pytania” (s. 121), pisze. Przyczyną tej luki jest fakt, że wielki naukowiec, który ujawnia obiektywne prawa natury, Schrödinger, w swoim metodologicznym podejściu do nauki pozostaje niepoprawnym idealistą, a w swoim ogólnym stanie ducha – typowym synem ustroju społecznego i klasa, do której należy. Filozoficzny idealizm Schrödingera, wyrastający z jego mechanistycznej metody, nie jest w stanie udzielić poprawnych odpowiedzi na postawione przez niego filozoficzne pytania.

Schrödinger stwierdza, że ​​jedna indywidualna świadomość jako taka jest niedostępna dla innej indywidualnej świadomości (s. 124). Z tego wyciąga wniosek, że świadomość jest generalnie pojedynczym zjawiskiem, a zatem obecność „wielu świadomości” jest iluzją. Taki wniosek naturalnie prowadzi Schrödingera do ostatecznego wniosku całej jego idealistycznej filozofii o niepoznawalności świata w ogóle.

Tę starą bajkę agnostyczną Lenin od dawna znakomicie eksponował właśnie na przykładzie nauk fizycznych w jego klasycznym dziele Materializm i empiriokrytycyzm. Dowcipny sprzeciw wobec tej podstawowej propozycji Schrödingera podnosi także Holden. Mówi, że fizyk nie jest w stanie odróżnić dwóch elektronów cząsteczki wodoru. Są tak samo pozbawieni indywidualnych cech, jak „fakt świadomości”. Mimo to nadal istnieją dwa elektrony, a nie jeden, ale to, co nie przeszkadza Schrödingerowi w bliskiej mu fizyce, staje się dla niego nie do rozwiązania w dziedzinie filozofii. Z tego samego powodu inne filozoficzne pytania postawione przez niego w epilogu są dla Schrödingera równie nierozwiązywalne. Pisze on, że „bezpośrednie spostrzeżenia, jakkolwiek różne i nieporównywalne mogą być, nie mogą same w sobie logicznie zaprzeczać sobie nawzajem. Zobaczmy zatem, czy nie możemy dojść do poprawnego i spójnego wniosku z następujących dwóch przesłanek” (s. 122). Jakie są te „przesłanki” i o jakich „natychmiastowych percepcjach”, które „nie mogą logicznie zaprzeczać sobie nawzajem”, mamy na myśli?

W rzeczywistości bezpośrednie spostrzeżenia nie mogą sobie nawzajem zaprzeczać: uczucie bólu w dłoni – uczucie goryczy w języku, czy wizerunek osoby na ekranie filmu – uczucie płaskiej ściany uzyskane poprzez dotknięcie ekranu ręka.

Ale Schrödinger przeciwstawia sobie nie dwa bezpośrednie spostrzeżenia, ale rzeczy zupełnie nieporównywalne. Z jednej strony wyciąga naukowy wniosek wyciągnięty na podstawie niezliczonych faktów i wskazujący, że ludzkie ciało w swoich funkcjach całkowicie podlega prawom natury, które mechanistycznie formułuje w następujący sposób: „Moje ciało funkcjonuje jak czysty mechanizm ...” (s. 122). Z drugiej strony demaskuje subiektywne przekonanie, że wolna wola, ludzka świadomość panuje nad materialnymi prawami ciała. „Jednak z niepodważalnego (? per.) doświadczenia wiem, że kontroluję poczynania mojego ciała…” (tamże). Jeśli jednak dwie percepcje nie mogą sobie zaprzeczać, to naukowe wyjaśnienie zjawiska bardzo często przeczy subiektywnemu przekonaniu opartemu na niezweryfikowanym, krytycznie niezanalizowanym doświadczeniu życia codziennego. Zatem optyczne wyjaśnienie efektów kina oczywiście przeczy naszemu natychmiastowemu wrażeniu, że na ekranie poruszają się naprawdę żywi ludzie.

Ale z tego oczywiście nie wynika, że ​​świadomość jest niezależna od materii i „dominuje” nad nią, jak twierdzi E. Schrödinger, który nie kryje swojego bezpośredniego, filozoficznego nastawienia i argumentując swoje stanowisko, nie dąży do niczego więcej ani mniej, niż „udowodnić zarówno istnienie Boga, jak i nieśmiertelność duszy” (s. 123).

Jest bardziej niż oczywiste, że w całym tym rozumowaniu Schrodinger popełnia elementarny błąd logiczny, errr fundamentalis - fałszywe twierdzenie podstawowe, w wyniku którego udowadnia nie to, co jest wymagane do udowodnienia, ale coś zupełnie innego, ale zewnętrznie podobnego. Jego sylogizm jest błędny, ponieważ porównuje naukowo uzasadniony wniosek, który wynika ze znajomości obiektywnych praw, z subiektywną opinią pozbawioną jakiegokolwiek naukowego znaczenia.

Ta pozornie logiczna, ale w istocie błędna i bezradna argumentacja, do której ucieka się, aby udowodnić główną tezę swojego epilogu: „to znaczy, że jestem Bogiem wszechmocnym”, świadczy o najgłębszym duchowym kryzysie, w jakim znajduje się współczesna burżuazyjna filozofia nauki samo.

Cały filozoficzny obskurantyzm Schrödingera jest oczywisty i nie budzi żadnych wątpliwości.

Jeśli prawdą jest, że wstęp do książki jest często pisany po głównym dziele, to nie mniej prawdą jest, że wnioski są często nakreślane przed argumentem.

Zdarzyło się to również Schrödingerowi. Jego konkluzje odzwierciedlają ideologię odchodzącego w przeszłość społeczeństwa klasowo-kapitalistycznego, w którym stosunkowo postępowy materializm mechanistyczny epoki wczesnego kapitalizmu został zastąpiony przez różne, coraz bardziej reakcyjne formy filozofii, aż po różne systemy epistemologiczne idealistyczny charakter, jak Schopenhauer i inni, i zapożycza jego ogólne koncepcje filozoficzne. Pozostając największym badaczem w swojej szczególnej dziedzinie, Schrödinger w dziedzinie filozofii zadowala się filisterskimi pojęciami „bezsensownej bajki o wolnej woli” (Lenin, Soch., t. I, s. 77). W efekcie powstaje rodzaj „krzywej” logiki, porównującej fakt naukowy z subiektywnym odczuciem, co prowadzi go do wniosku, że udaje mu się „udowodnić… istnienie Boga i nieśmiertelność duszy”.

To zasadnicza wada całej logicznej argumentacji Schrödingera, która jak domek z kart rozpada się przy najmniejszym dotknięciu dialektycznej krytyki.

Filozoficzne przemówienie Schrödingera zostało niezwykle ostro odrzucone we wspomnianej wyżej recenzji największego amerykańskiego genetyka Mellera, który uznał ją za „staromodny mistycyzm” i wskazał, że „biolodzy są zszokowani, że są świadkami tych nierozsądnych ćwiczeń mózgu i fabrykacji na ogólne pytania z psychologii i socjologii." Wzywa biologów, aby zareagowali na filozoficzną mowę Schrödingera „by błysnąć czerwonym sygnałem ostrzegawczym”. Miejmy jednak nadzieję, pisze Muller, że niefortunne ujawnienie wewnętrznej jaźni tego fizyka nie przeszkodzi w dość rzetelnym przedstawieniu w głównej części książki i że coraz bardziej użyteczna zbieżność między fizyką, chemią i genetycznymi podstawami biologia w końcu znalazła się na twardej ścieżce”.

Niewątpliwie recenzent ma tu rację i byłoby bardzo naiwne próbować połączyć te dwie tak niekompatybilne linie: Schrödinger naukowiec i Schrödinger filozof. Tak jak w ich czasach spirytualistyczne „eksperymenty” Wallace'a i Crookesa, które wywołały zasłużoną naganę Engelsa, nie umniejszały bynajmniej wysokiej oceny ich czysto naukowych badań, a monadologia Leibniza nie ingerowała w jego wielkie zasługi. w rozwoju nowego myślenia matematycznego, a więc w tym wypadku subiektywnych poglądów filozoficznych, wielki fizyk nie powinien ingerować w prawidłową ocenę obiektywnego wkładu wniesionego przez niego do nauki.

Inteligencja radziecka, wychowana na dziełach klasyków naukowego komunizmu, jest ideologicznie na tyle dojrzała, by zająć krytyczne stanowisko wobec takiej mieszanki nauki ścisłej i filozofii idealistycznej.

Kierując się wskazaniami W. I. Lenina, jest dość stabilna w stosunku do wszelkich idealistycznych fabrykacji, niezależnie od tego, że są one wyrażane przez wielki autorytet w określonej dziedzinie, dobrze rozumie źródła i przyczyny takiego zjawiska i dlatego będzie potrafią w zróżnicowany sposób oceniać prace zagranicznych naukowców, przyswajać i przetwarzać te osiągnięcia, które osiągnęli w badaniu i zrozumieniu realnego świata materialnego. Potrafi oddzielić wszystko, co zaawansowane i innowacyjne, co jest w książce Schrödingera, od jego ideologicznego i filozoficznego obskurantyzmu, tak charakterystycznego dla wielu współczesnych naukowców zagranicznych.

Żywa komórka jako obiekt fizyczny

Na podstawie wykładów wygłoszonych z pomocą Dublin Institute for Advanced Study w Trinity College w Dublinie w lutym 1943 r.

Wspomnienia moich rodziców

Na początku lat pięćdziesiątych jako młody student matematyki nie czytałem dużo, ale kiedy to robiłem, był to głównie Erwin Schrödinger. Zawsze kochałem jego pracę, kryje w sobie dreszczyk odkryć, który obiecuje naprawdę nowe zrozumienie tajemniczego świata, w którym żyjemy. W tym sensie szczególnie wyróżnia się krótkie klasyczne dzieło Czym jest życie?, które, jak teraz rozumiem, z pewnością należy stawiać na równi z najbardziej wpływowymi dziełami naukowymi XX wieku. Jest to potężna próba zrozumienia prawdziwych tajemnic życia — próba podjęta przez fizyka, którego własne wnikliwe spostrzeżenia znacznie zmieniły nasze rozumienie tego, z czego zbudowany jest świat. Wielodyscyplinarność książki była niezwykła jak na owe czasy, ale napisana jest z ujmującą, choć rozbrajającą skromnością, na poziomie dostępnym dla laików i młodych ludzi aspirujących do kariery naukowej. W rzeczywistości, wielu naukowców, którzy wnieśli fundamentalny wkład do biologii, tacy jak B.S. Haldane i Francis Crick, przyznało, że byli pod znaczącym wpływem różnych idei, jakkolwiek kontrowersyjnych, przedstawionych w tej książce przez wnikliwego fizyka.

Podobnie jak wiele innych dzieł, które wpłynęły na ludzkie myślenie, Czym jest życie? przedstawia punkty widzenia, które raz zasymilowane, wydają się być prawie oczywistymi prawdami. Niemniej jednak wciąż są ignorowane przez wielu ludzi, którzy powinni rozumieć, co jest co. Jak często słyszymy, że efekty kwantowe tak naprawdę nie mają znaczenia w badaniach biologicznych, a nawet, że jemy jedzenie, aby uzyskać energię? Te przykłady podkreślają nieprzemijające znaczenie powieści Schrödingera Czym jest życie? Bez wątpienia należy to przeczytać!

Roger Penrose

Naukowiec ma mieć pełną i wszechstronną wiedzę z pierwszej ręki, dlatego nie powinien pisać o niczym, w czym nie jest ekspertem. Jak to się mówi, szlachta zobowiązuje. Teraz proszę o zapomnienie szlachty, jeśli takie istnieją, i być zwolnionym z odpowiednich zobowiązań. Usprawiedliwiam to w ten sposób: po naszych przodkach odziedziczyliśmy silne pragnienie jednej, wszechogarniającej wiedzy. Już sama nazwa uczelni wyższych przypomina nam, że od czasów starożytnych i przez wiele wieków największą wagę przywiązywano do aspektu uniwersalność. Jednak rozwój - wszerz i głębi - różnych dziedzin wiedzy w ciągu ostatnich stu kilkudziesięciu lat postawił nas przed dziwnym dylematem. Wyraźnie czujemy, że dopiero zaczynamy zbierać wiarygodny materiał, z którego możemy wywnioskować sumę wszystkich znanych nam rzeczy. Ale z drugiej strony, teraz indywidualny umysł jest w stanie przezwyciężyć jedynie małą, wyspecjalizowaną wiedzę.

Widzę tylko jeden sposób na poradzenie sobie z tym dylematem (inaczej nasz prawdziwy cel przepadnie bezpowrotnie): trzeba podjąć syntezę faktów i teorii, nawet z drugiej ręki i niekompletnych, ryzykując, że wyjdziemy na głupca.

To moja wymówka.

Nie należy lekceważyć trudności językowych. Język ojczysty jest jak uszycie na miarę, a człowiek czuje się nieswojo, gdy traci do niego dostęp i jest zmuszony używać innego języka. Pragnę wyrazić moją wdzięczność dr. Inksterowi (Trinity College, Dublin), dr. Patrickowi Brownowi (St. Patrick's College, Maynooth) oraz, co nie mniej ważne, panu C.K. Robertsowi. Nie było im łatwo dopasować do mnie nowe ubrania i przekonać mnie do porzucenia „oryginalnych” zakrętów. Jeśli któryś z nich przetrwał montaż moich znajomych, to moja wina.

Nagłówki rozdziałów pierwotnie miały być streszczeniami, a tekst każdego rozdziału powinien być czytany w sposób ciągły.

Dublin

wrzesień 1944

Wolny człowiek najmniej myśli o śmierci. W swojej mądrości nie myśli o śmierci, ale o życiu.

Spinozy. Etyka. Część IV, przepis 67

Myślę, więc jestem.

R. Kartezjusz

Ogólny charakter i cel badania

Ta mała książeczka zrodziła się z serii publicznych wykładów wygłoszonych przez fizyka teoretycznego dla czterystuosobowej publiczności, która nie skurczyła się nawet po początkowym ostrzeżeniu o złożoności tematu i że wykłady nie cieszyły się popularnością, choć w praktyce nie używaj najstraszniejszej broni fizyka, matematycznej dedukcji - nie dlatego, że przedmiot można wyjaśnić bez angażowania matematyki, ale po prostu dlatego, że jest zbyt skomplikowany, aby można go było w pełni opisać matematycznie. Inną cechą, która nadała wykładom pewien popularny posmak, była intencja wykładowcy, aby wyjaśnić zarówno biologom, jak i fizykom podstawową ideę, która leży na pograniczu biologii i fizyki.

W rzeczywistości, pomimo różnorodności poruszanych tematów, pomysł ma na celu przekazanie tylko jednego pomysłu - drobnego komentarza do dużej i ważnej kwestii. Aby się nie zgubić, przygotujemy krótki plan.

Wielkie, ważne i bardzo dyskutowane pytanie brzmi:

Jak fizyka i chemia wyjaśniają wydarzenia w przestrzeni i czasie, które zachodzą w ramach przestrzennych żywego organizmu?

Tymczasowa odpowiedź, którą ta książka spróbuje ustalić i uzasadnić, można podsumować w następujący sposób:

Pozorna niezdolność współczesnej fizyki i chemii do wyjaśnienia takich zjawisk wcale nie oznacza, że ​​te nauki nie potrafią ich wyjaśnić.

Fizyka statystyczna. Zasadnicza różnica w strukturze

Ta uwaga byłaby bardzo banalna, gdyby jej jedynym celem było wzbudzenie nadziei na osiągnięcie w przyszłości tego, czego nie udało się osiągnąć w przeszłości. Jednak jego znaczenie jest znacznie bardziej optymistyczne: ta niezdolność ma szczegółowe wyjaśnienie.

Dziś, dzięki błyskotliwej pracy biologów, głównie genetyków, w ciągu ostatnich trzydziestu do czterdziestu lat wiemy wystarczająco dużo o rzeczywistej strukturze materialnej organizmów i ich pracy, aby stwierdzić i podać dokładną tego przyczynę: współczesna fizyka i chemia nie mogą wyjaśnić zdarzenia czasoprzestrzenne zachodzące w żywym organizmie.

Oddziaływania atomów w życiowych częściach ciała różnią się zasadniczo od wszystkich związków atomów, które do tej pory były przedmiotem eksperymentalnych i teoretycznych badań fizyków i chemików. Jednak to rozróżnienie, które uważam za fundamentalne, może wydawać się mało ważne nikomu poza fizykiem, który zdaje sobie sprawę, że prawa chemii i fizyki są czysto statystyczne. Rzeczywiście, to ze statystycznego punktu widzenia struktura istotnych części żywych organizmów jest tak różna od każdej materii, z którą my, fizycy i chemicy, pracujemy fizycznie w laboratoriach lub umysłowo przy biurku. Nie można sobie wyobrazić, że odkryte w ten sposób prawa i prawidłowości można bezpośrednio zastosować do zachowania systemów, które nie mają struktury, na której są oparte.

Czym jest życie?

Wykłady wygłoszone w Trinity College w Dublinie, luty 1943.

Moskwa: Państwowe Wydawnictwo Literatury Zagranicznej, 1947 - s.150

Erwin Schrödinger

profesor w Instytucie Badawczym w Dublinie

CZYM JEST ŻYCIE

pod względem fizyki?

CZYM JEST ŻYCIE?

Fizyczny aspekt

żywa komórka

BRWIN SGHRODINGER

Starszy profesor w Dublin Institute for Advanced Studies

Tłumaczenie z języka angielskiego i posłowie A. A. MALINOVSKY

Artysta G. Riftin

Wstęp

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, s. IV, prop. 67.

Człowiek nie jest wolny od niczego, więc

myśli mało o śmierci i

jego mądrość polega na myśleniu

nie o śmierci, ale o życiu.

Spinoza, Etyka, część IV, Teoria. 67.

Ghtlbcckjdbt

Przedmowa

Powszechnie uważa się, że naukowiec powinien posiadać wiedzę z pierwszej ręki z określonej dziedziny nauki, dlatego uważa się, że nie powinien pisać na tematy, w których nie jest ekspertem. To jest uważane za pytanie noblesse oblige. Aby jednak osiągnąć swój cel, chcę wyrzec się szlachetności i prosić w związku z tym o zwolnienie mnie z wynikających z tego zobowiązań. Moje przeprosiny są następujące.

Odziedziczyliśmy po naszych przodkach żywe pragnienie zjednoczonej, wszechogarniającej wiedzy. Już sama nazwa nadana najwyższym instytucjom wiedzy - uniwersytetom - przypomina nam, że od starożytności i przez wiele wieków można było całkowicie zaufać jedynie uniwersalnemu charakterowi wiedzy. Ale ekspansja i pogłębianie różnych dziedzin wiedzy w ciągu ostatnich stu niezwykłych lat postawiło nas w dziwnym dylematem. Wyraźnie czujemy, że dopiero teraz zaczynamy zdobywać niezawodny materiał, aby połączyć w jedną całość wszystko, co wiemy; ale z drugiej strony, opanowanie przez jeden umysł więcej niż jednej małej wyspecjalizowanej części nauki staje się prawie niemożliwe.

Nie widzę wyjścia z tej sytuacji (boby nasz główny cel nie został na zawsze utracony), chyba że niektórzy z nas odważą się na syntezę faktów i teorii, nawet jeśli nasza wiedza w niektórych z tych dziedzin jest niepełna i z drugiej ręki, a nawet jeśli biegniemy ryzyko pojawienia się ignorancji.

Niech to będzie moja wymówka.

Duże znaczenie mają również trudności językowe. Język ojczysty każdego człowieka jest niejako dobrze dopasowaną szatą i nie można czuć się swobodnie, kiedy własny język nie może być spokojny i kiedy trzeba go zastąpić innym, nowym. Jestem bardzo wdzięczny doktorowi Inksterowi (Trinity College, Dublin), doktorowi Padraigowi Browneowi (St. Patrick's College, Maynooth) i wreszcie panu C. C. Robertsowi. Mieli dużo problemów z dopasowaniem mojego nowego stroju, a to pogarszał fakt, że czasami nie chciałem rezygnować z mojego nieco „oryginalnego” stylu. Jeśli którakolwiek z nich przetrwa, pomimo wysiłków moich przyjaciół, aby ją złagodzić, należy to przypisać mnie, a nie ich.

Początkowo zakładano, że podtytuły wielu rozdziałów będą miały charakter streszczenia inskrypcji pobocznych, a tekst każdego rozdziału będzie musiał być czytany w dalszej (ciągle).

Jestem bardzo wdzięczny doktorowi Darlingtonowi i wydawcy Endeavour za ilustracyjne klisze. Zachowują wszystkie oryginalne szczegóły, chociaż nie wszystkie z nich odnoszą się do treści książki.

Dublin, wrzesień 1944. E. Sh.

Podejście fizyka klasycznego do tematu

Myślę, więc jestem

Ogólny charakter i cele badania

Ta mała książeczka powstała w wyniku publicznych wykładów, które fizyk teoretyk wygłosił przed około 400-osobową publicznością. Publiczność prawie się nie zmniejszyła, choć od samego początku ostrzegano, że tematyka jest trudna, a wykładów nie można uznać za popularne, mimo że najstraszniejsze narzędzie fizyki – dedukcja matematyczna – trudno tu zastosować. I nie dlatego, że temat jest tak prosty, że można go wytłumaczyć bez matematyki, ale wręcz przeciwnie - ponieważ jest zbyt skomplikowany i nie do końca przystępny dla matematyki. Inną cechą, która przynajmniej sprawiała wrażenie popularności, była intencja wykładowcy, by zarówno fizykom, jak i biologom wyjaśnić podstawową ideę związaną zarówno z biologią, jak i fizyką.

Rzeczywiście, pomimo różnorodności tematów zawartych w książce, jako całość powinna przekazywać tylko jedną myśl, tylko jedno małe wyjaśnienie w dużej i ważnej kwestii. Aby nie zboczyć z naszej ścieżki, warto z góry krótko nakreślić nasz plan.

Wielkie, ważne i bardzo często dyskutowane pytanie brzmi: jak fizyka i chemia mogą wyjaśnić te zjawiska w przestrzeni i czasie, które zachodzą wewnątrz żywego organizmu?

Tymczasowa odpowiedź, którą ta mała książka będzie starała się udzielić i rozwinąć, można podsumować w następujący sposób: Pozorna niezdolność współczesnej fizyki i chemii do wyjaśnienia takich zjawisk nie pozostawia absolutnie żadnego powodu, by wątpić, że mogą one być wyjaśnione przez te nauki.

Fizyka statystyczna. Główna różnica w strukturze

Powyższa uwaga byłaby dość banalna, gdyby miała na celu jedynie wzbudzenie nadziei na osiągnięcie w przyszłości tego, czego nie udało się osiągnąć w przeszłości. Ma to jednak znacznie bardziej pozytywne znaczenie, a mianowicie, że dotychczasowa niezdolność fizyki i chemii do udzielenia odpowiedzi jest w pełni wytłumaczalna.

Dzięki umiejętnej pracy biologów, głównie genetyków, w ciągu ostatnich 30-40 lat wystarczająco dużo poznano o rzeczywistej strukturze materialnej organizmów i ich funkcjach, aby zrozumieć, dlaczego współczesna fizyka i chemia nie potrafią wyjaśnić zjawisk w kosmosie i czas, który występuje wewnątrz żywego organizmu.

Układ i oddziaływanie atomów w najważniejszych częściach organizmu zasadniczo różni się od wszystkich tych układów atomów, którymi dotychczas zajmowali się fizycy i chemicy w swoich badaniach eksperymentalnych i teoretycznych. Jednakże ta różnica, którą właśnie nazwałem fundamentalną, jest tego rodzaju, że każdemu może wydawać się nieistotna, z wyjątkiem fizyka, który jest przesiąknięty ideą, że prawa fizyki i chemii są całkowicie statystyczne. To ze statystycznego punktu widzenia budowa najważniejszych części żywego organizmu jest zupełnie inna od jakiejkolwiek materii, z którą my, fizycy i chemicy mieliśmy do czynienia do tej pory, praktycznie – w naszych laboratoriach i teoretycznie – u nas. biurka. Oczywiście trudno sobie wyobrazić, że prawa i reguły, choć dla nas otwarte, mają bezpośrednie zastosowanie do zachowania systemów, które nie mają struktur, na których te prawa i reguły się opierają.

Nie można oczekiwać, że niefizyk może uchwycić (nie mówiąc już o ocenie) całą różnicę w „strukturze statystycznej” sformułowanej w tak abstrakcyjnych terminach, jak to właśnie zrobiłem. Aby nadać mojemu stwierdzeniu życie i kolory, najpierw zwrócę uwagę na to, co wyjaśnię szczegółowo później, a mianowicie, że najistotniejszą część żywej komórki – nić chromosomu – można słusznie nazwać kryształem aperiodycznym. W fizyce dotychczas zajmowaliśmy się tylko kryształami okresowymi. Dla umysłu prostego fizyka są to bardzo ciekawe i złożone obiekty; stanowią jedną z najbardziej urokliwych i skomplikowanych struktur, którymi natura nieożywiona oszałamia intelekt fizyka; jednak w porównaniu z kryształami aperiodycznymi wydają się nieco elementarne i nudne. Różnica w strukturze jest tutaj taka sama, jak między zwykłą tapetą, na której ten sam wzór powtarza się w odpowiednich odstępach, a arcydziełem haftu, powiedzmy gobelinem Rafaela, który nie daje nudnych powtórzeń, ale jest skomplikowany. , spójny i pełen treści rysunek narysowany przez wielkiego mistrza.

Najistotniejszą część żywej komórki – nić chromosomową – można nazwać kryształem aperiodycznym. W fizyce dotychczas zajmowaliśmy się tylko kryształami okresowymi. Dlatego nie dziwi fakt, że chemik organiczny wniósł już duży i ważny wkład w rozwiązanie problemu życia, podczas gdy fizyk prawie nic nie zrobił.

Dlaczego atomy są tak małe? Przedstawiono wiele przykładów, aby wyjaśnić ten fakt opinii publicznej, ale nigdy nie było bardziej wymownego przykładu niż lord Kelvin: załóżmy, że można oznaczyć wszystkie cząsteczki w szklance wody; potem wlejesz zawartość szklanki do oceanu i dokładnie wymieszasz ocean, aby równomiernie rozprowadzić zaznaczone molekuły we wszystkich morzach świata; jeśli następnie wypijesz szklankę wody gdziekolwiek, gdziekolwiek w oceanie, znajdziesz w tej szklance około stu swoich oznaczonych cząsteczek.

Wszystkie nasze narządy zmysłów, złożone z niezliczonych atomów, okazują się zbyt szorstkie, aby dostrzec uderzenia pojedynczego atomu. Nie możemy zobaczyć, usłyszeć ani poczuć pojedynczych atomów. Czy tak musi być? Gdyby tak nie było, gdyby organizm ludzki był tak wrażliwy, że kilka atomów lub nawet jeden atom mógłby wywrzeć zauważalne wrażenie na naszych zmysłach, jakie by było życie!

Jest tylko jedna rzecz, która nas szczególnie interesuje w nas samych i to właśnie możemy czuć, myśleć i rozumieć. W stosunku do tych procesów fizjologicznych, które odpowiadają za nasze myśli i uczucia, wszystkie inne procesy w ciele odgrywają rolę wspierającą, przynajmniej z ludzkiego punktu widzenia.

Wszystkie atomy cały czas przechodzą całkowicie losowe ruchy termiczne. Dopiero w połączeniu ogromnej liczby atomów zaczynają działać prawa statystyczne i kontrolują zachowanie tych skojarzeń z dokładnością, która wzrasta wraz z liczbą atomów biorących udział w procesie. W ten sposób wydarzenia nabierają prawdziwie regularnych cech. Dokładność praw fizycznych opiera się na dużej liczbie zaangażowanych atomów.

Stopień niedokładności, jakiego można się spodziewać w dowolnym prawie fizycznym, wynosi √n. Jeśli dany gaz przy określonym ciśnieniu i temperaturze ma określoną gęstość, to mogę powiedzieć, że w określonej objętości znajduje się n cząsteczek gazu. Jeśli w którymś momencie będziesz mógł sprawdzić moje stwierdzenie, uznasz je za niedokładne, a odchylenie będzie rzędu √n. Dlatego, jeśli n = 100, znajdziesz odchylenie około 10. Więc błąd względny tutaj wynosi 10%. Ale jeśli n = 1 milion, prawdopodobnie odchylenie wynosi około 1000, a zatem błąd względny wynosi 0,1%.

Organizm musi mieć stosunkowo masywną strukturę, aby móc cieszyć się dobrobytem dość precyzyjnych praw zarówno w swoim życiu wewnętrznym, jak i w interakcji ze światem zewnętrznym. W przeciwnym razie liczba zaangażowanych cząstek byłaby zbyt mała, a „prawo” zbyt nieprecyzyjne.

Rozdział II. Mechanizm dziedziczności

Powyżej doszliśmy do wniosku, że organizmy, ze wszystkimi zachodzącymi w nich procesami biologicznymi, muszą mieć bardzo „wielatomową” strukturę i konieczne jest dla nich, aby przypadkowe zjawiska „monatomowe” nie odgrywały w nich zbyt dużej roli. . Teraz wiemy, że ten pogląd nie zawsze jest słuszny.

Pozwolę sobie użyć słowa „wzorzec” organizmu w znaczeniu nie tylko struktury i funkcjonowania organizmu w wieku dorosłym lub na jakimkolwiek innym szczególnym etapie, ale organizmu w jego ontogenetycznym rozwoju, od zapłodnionego jaja do etapu dojrzałości, kiedy zaczyna się rozmnażać. Teraz wiadomo, że cały ten plan w czterech wymiarach (przestrzeń + czas) jest zdeterminowany strukturą tylko jednej komórki, a mianowicie zapłodnionego jaja. Co więcej, jej jądro, a ściślej para chromosomów: jeden zestaw pochodzi od matki (komórka jajowa), a drugi od ojca (nawożenie nasienia). Każdy kompletny zestaw chromosomów zawiera cały kod przechowywany w zapłodnionym jaju, które reprezentuje najwcześniejsze stadium przyszłego osobnika.

Ale termin kod szyfrowania jest oczywiście zbyt wąski. Struktury chromosomalne służą jednocześnie jako narzędzie do realizacji rozwoju, który również zapowiadają. Są one zarówno kodeksem praw, jak i władzą wykonawczą lub, używając innego porównania, są jednocześnie planem architekta i uprawnieniami budowniczego.

Jak zachowują się chromosomy podczas ontogenezy? Wzrost organizmu odbywa się poprzez kolejne podziały komórkowe. Ten podział komórek nazywa się mitozą. Średnio 50 lub 60 kolejnych podziałów wystarcza do wytworzenia takiej liczby komórek, jaką ma osoba dorosła.

Jak zachowują się chromosomy podczas mitozy? Są zdublowane, zdublowane w jednym zestawie, obie kopie szyfru. Każda, nawet najmniej ważna pojedyncza komórka koniecznie posiada pełną (podwójną) kopię kodu szyfrującego. Od tej reguły jest jeden wyjątek - podział redukcyjny lub mejoza.

Jeden zestaw chromosomów pochodzi od ojca, jeden od matki. Ani przypadek, ani los nie mogą temu zapobiec. Ale kiedy prześledzisz swój rodowód do dziadków, sprawy mają się inaczej. Na przykład zestaw chromosomów, który otrzymałem od mojego ojca, w szczególności chromosom numer 5. Będzie to dokładna kopia albo liczby 5, którą mój ojciec otrzymał od ojca, albo liczby 5, którą otrzymał od swojej matki . Rozstrzygnięty został wynik sprawy (z prawdopodobieństwem 50:50 szans). Ta sama historia mogłaby się powtórzyć dla chromosomów #1, 2, 3…24 mojego zestawu ojcowskiego i dla każdego z moich chromosomów matczynych.

Ale rola przypadku w mieszaniu dziedziczności dziadków u potomstwa jest nawet większa niż wynikałoby to z poprzedniego opisu, który milcząco zakładał lub nawet wyraźnie stwierdzał, że pewne chromosomy pochodzą w całości od dziadków lub dziadków; innymi słowy, że pojedyncze chromosomy przybyły niepodzielne. W rzeczywistości tak nie jest lub nie zawsze tak jest. Przed rozdzieleniem się w podziale redukcyjnym, powiedzmy w tym, który miał miejsce w ciele ojcowskim, każde dwa „homologiczne” chromosomy wchodzą ze sobą w bliski kontakt i niekiedy wymieniają między sobą znaczące części. Zjawisko krzyżowania, które nie jest zbyt rzadkie, ale też niezbyt częste, dostarcza nam najcenniejszych informacji o lokalizacji właściwości w chromosomach.

Maksymalny rozmiar genu. Gen - materialny nośnik pewnej cechy dziedzicznej - jest równy sześcianowi o boku 300 Å. 300 Å to tylko około 100 lub 150 odległości atomowych, więc gen zawiera nie więcej niż milion lub kilka milionów atomów. Według fizyki statystycznej taka liczba jest zbyt mała (w sensie √n), aby spowodować uporządkowane i regularne zachowanie.

Rozdział III. Mutacje

Teraz wiemy na pewno, że Darwin mylił się, gdy sądził, że materiał, na którym działa dobór naturalny, to małe, ciągłe, losowe zmiany, które z pewnością wystąpią nawet w najbardziej jednorodnej populacji. Ponieważ udowodniono, że te zmiany nie są dziedziczne. Jeśli weźmiesz plon czystego jęczmienia i zmierzysz długość szyszek każdego kłosa, a następnie wykreślisz swoje statystyki, otrzymasz krzywą dzwonową (rysunek 3). Na tej figurze liczba uszu o określonej długości Awn jest wykreślona w stosunku do odpowiedniej długości Awn. Innymi słowy, dominuje znana średnia długość markiz, a odchylenia w obu kierunkach występują z określoną częstotliwością. Teraz wybierz grupę kłosów, zaznaczoną na czarno, z szydełkami, które są zauważalnie dłuższe niż przeciętnie, ale grupa jest na tyle liczna, że ​​po zasianiu na polu da nowy plon. Przeprowadzając podobny eksperyment statystyczny, Darwin spodziewałby się, że krzywa przesunie się w prawo dla nowej uprawy. Innymi słowy, spodziewałby się, że dobór spowoduje wzrost średniej wielkości szydełek. Jednak w rzeczywistości tak się nie stanie.

Wybór nie powiedzie się, ponieważ małe, ciągłe różnice nie są dziedziczone. Nie są one oczywiście zdeterminowane strukturą substancji dziedzicznej, są przypadkowe. Holender Hogode-Vries odkrył, że u potomstwa nawet całkowicie czystorasowych linii pojawia się bardzo mała liczba osobników - powiedzmy dwa lub trzy na dziesiątki tysięcy - z małymi, ale „skokowymi” zmianami. Wyrażenie „przeskakiwanie” nie oznacza tutaj, że zmiany są bardzo znaczące, a jedynie fakt nieciągłości, gdyż nie ma form pośrednich pomiędzy osobnikami niezmienionymi a kilkoma osobnikami zmienionymi. De Vries nazwał to mutacją. Nieciągłość jest tutaj zasadniczą cechą. Przypomina fizykę w teorii kwantowej - tam też nie ma pośrednich kroków między dwoma sąsiednimi poziomami energii.

Mutacje są dziedziczone tak samo dobrze, jak oryginalne niezmienione cechy. Mutacja jest zdecydowanie zmianą w dziedzicznym bagażu i musi być spowodowana jakąś zmianą w dziedzicznej substancji. Ze względu na ich właściwość prawdziwego przenoszenia na potomstwo, mutacje są również odpowiednim materiałem do doboru naturalnego, który może działać na nie i wytwarzać gatunki, jak opisuje Darwin, eliminując nieprzystosowanych i zachowując najlepiej przystosowanych.

Konkretna mutacja jest spowodowana zmianą w określonym obszarze jednego z chromosomów. Wiemy na pewno, że zmiana ta zachodzi tylko w jednym chromosomie i nie zachodzi jednocześnie w odpowiednim „locus” chromosomu homologicznego. U zmutowanej osoby te dwie „kopie kodu szyfrującego” nie są już takie same; reprezentują dwie różne „interpretacje” lub dwie „wersje”.

Wersja, po której następuje jednostka, nazywana jest dominującą, przeciwna nazywa się recesywną; innymi słowy, mówi się, że mutacja jest dominująca lub recesywna, w zależności od tego, czy wywołuje ona natychmiastowy skutek, czy nie. Mutacje recesywne są jeszcze częstsze niż dominujące i mogą być dość ważne, chociaż nie są od razu wykrywane. Aby zmienić właściwości organizmu, muszą być obecne na obu chromosomach.

Wersja kodu szyfrującego – oryginalna lub zmutowana – jest zwykle określana terminem allel. Gdy wersje są różne, jak pokazano na ryc. 4, mówi się, że osobnik jest heterozygotyczny dla tego locus. Gdy są takie same, jak na przykład u osobników niezmutowanych lub w przypadku pokazanym na ryc. 5, są nazywane homozygotycznymi. Zatem allele recesywne wpływają tylko na cechy w stanie homozygotycznym, podczas gdy allele dominujące wytwarzają tę samą cechę zarówno w stanie homozygotycznym, jak i heterozygotycznym.

Osoby mogą być doskonale podobne w wyglądzie, a jednak dziedzicznie się różnić. Genetyk mówi, że osobniki mają ten sam fenotyp, ale inny genotyp. Treść poprzednich akapitów można zatem podsumować w krótki, ale wysoce techniczny sposób: allel recesywny wpływa na fenotyp tylko wtedy, gdy genotyp jest homozygotyczny.

Procent mutacji u potomstwa - tak zwany wskaźnik mutacji - może być wielokrotnie zwiększany w stosunku do naturalnego wskaźnika mutacji, jeśli rodzice są oświetleni promieniami rentgenowskimi lub promieniami γ. Powstałe w ten sposób mutacje nie różnią się w żaden sposób (z wyjątkiem wyższej częstotliwości) od powstających spontanicznie.

Rozdział IV. Dane mechaniki kwantowej

W świetle współczesnej wiedzy mechanizm dziedziczności jest ściśle powiązany z podstawami teorii kwantowej. Największym odkryciem teorii kwantowej były cechy dyskretności. Pierwszy tego typu przypadek dotyczył energii. Ciało o dużej skali nieustannie zmienia swoją energię. Na przykład wahadło, które zaczyna się kołysać, jest stopniowo spowalniane z powodu oporu powietrza. Chociaż jest to dość dziwne, trzeba zaakceptować, że system, który ma atomowy rząd wielkości, zachowuje się inaczej. Mały system ze swej natury może znajdować się w stanach, które różnią się jedynie dyskretnymi ilościami energii, zwanymi jego określonymi poziomami energetycznymi. Przejście z jednego stanu do drugiego jest dość tajemniczym zjawiskiem powszechnie określanym jako „skok kwantowy”.

Wśród nieciągłych serii stanów układu atomów niekoniecznie, ale jednak może być najniższy poziom, sugerujący bliskie zbliżenie się jąder do siebie. Atomy w tym stanie tworzą cząsteczkę. Cząsteczka będzie miała znaną stabilność; jego konfiguracja nie może się zmienić, przynajmniej dopóki nie zostanie dostarczona z zewnątrz z różnicą energii niezbędną do „podniesienia” cząsteczki na kolejny wyższy poziom. Tak więc ta różnica poziomów, która jest wartością całkowicie określoną, ilościowo charakteryzuje stopień stabilności cząsteczki.

W każdej temperaturze (powyżej zera bezwzględnego) istnieje pewne większe lub mniejsze prawdopodobieństwo podniesienia się do nowego poziomu, a prawdopodobieństwo to oczywiście wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Najlepszym sposobem wyrażenia tego prawdopodobieństwa jest wskazanie średniego czasu oczekiwania na wzrost, czyli wskazanie „czasu oczekiwania”. Czas oczekiwania zależy od stosunku dwóch energii: różnicy energii potrzebnej do podniesienia (W) i intensywności ruchu termicznego w danej temperaturze (przez T oznaczamy temperaturę bezwzględną, a przez kT tę charakterystykę; k oznacza Boltzmanna stała; 3/2kT to średnia energia kinetyczna atomu gazu w temperaturze T).

Zaskakujące jest, jak silnie czas oczekiwania zależy od stosunkowo niewielkich zmian stosunku W:kT. Na przykład dla W 30 razy kT czas oczekiwania wyniesie tylko 1/10 sekundy, ale wzrasta do 16 miesięcy, gdy W wynosi 50 razy kT, i do 30 000 lat, gdy W wynosi 60 razy kT.

Powodem wrażliwości jest to, że czas oczekiwania, nazwijmy go t, zależy od stosunku W:kT jako funkcji potęgowej, tj.

(1) t= τe^(W/kT)

τ jest pewną małą stałą rzędu 10-13 lub 10-14 sekund. Ten czynnik ma znaczenie fizyczne. Jego wartość odpowiada rządowi okresu oscylacji, który cały czas występuje w układzie. Można by powiedzieć ogólnie: ten czynnik oznacza, że ​​prawdopodobieństwo zgromadzenia wymaganej wartości W, choć bardzo małe, powtarza się w kółko „przy każdej wibracji”, tj. około 1013 lub 1014 razy na sekundę.

Funkcja zasilania nie jest funkcją przypadkową. Powtarza się w kółko w statystycznej teorii ciepła, tworząc jakby jej kręgosłup. Jest to miara nieprawdopodobieństwa, że ​​ilość energii równa W mogłaby przypadkowo akumulować się w jakiejś określonej części systemu, i to nieprawdopodobieństwo wzrasta tak bardzo, gdy potrzeba wielokrotnej nadwyżki średniej energii kT, aby przezwyciężyć próg W.

Przedstawiając te rozważania jako teorię stabilności cząsteczek, milcząco przyjęliśmy, że skok kwantowy, który nazywamy „wznoszeniem”, prowadzi, jeśli nie do całkowitego rozpadu, to przynajmniej do znacząco odmiennej konfiguracji tych samych atomów – do cząsteczka izomeryczna, jak powiedział chemik, to znaczy cząsteczka zbudowana z tych samych atomów, ale w innym układzie (w biologii może to reprezentować nowy „allel” tego samego „locus”, a skok kwantowy odpowiadałby mutacja).

Chemik wie, że ta sama grupa atomów może łączyć się na więcej niż jeden sposób, tworząc cząsteczki. Takie cząsteczki nazywane są izomerycznymi, tj. składającymi się z tych samych części.

Godnym uwagi jest fakt, że obie molekuły są bardzo stabilne – obie zachowują się tak, jakby były na „niższym poziomie”. Nie ma spontanicznych przejść z jednego stanu do drugiego. W odniesieniu do biologii interesują nas tylko przejścia typu „izomerycznego”, gdy energia wymagana do przejścia (wartość oznaczona przez W) nie jest w rzeczywistości różnicą poziomów, ale krokiem od poziomu początkowego do próg. Przejścia bez progu między stanem początkowym a końcowym nie są absolutnie interesujące i to nie tylko w odniesieniu do biologii. Naprawdę nie zmieniają niczego w chemicznej stabilności cząsteczek. Czemu? Nie dają trwałego efektu i pozostają niezauważone. Gdy bowiem zachodzą, niemal natychmiast następuje powrót do pierwotnego stanu, ponieważ nic nie stoi na przeszkodzie, aby taki powrót był.

Rozdział V. Omówienie i weryfikacja modelu Delbrücka

Przyjmiemy, że w swojej strukturze gen jest gigantyczną cząsteczką, która jest zdolna jedynie do nieciągłych zmian, sprowadzających się do przegrupowania atomów w cząsteczkę izomeryczną (dla wygody nadal nazywam to przejściem izomerycznym, chociaż byłoby to Absurdem byłoby wykluczenie możliwości jakiejkolwiek wymiany z otoczeniem) Progi energetyczne oddzielające daną konfigurację od możliwych izomerycznych muszą być na tyle wysokie (w porównaniu do średniej energii cieplnej atomu), aby przejścia były rzadkie. Zidentyfikujemy te rzadkie zdarzenia ze spontanicznymi mutacjami.

Często pytano, w jaki sposób tak maleńka cząsteczka materii - jądro zapłodnionego jaja - może zawierać złożony kod szyfrujący, który obejmuje cały przyszły rozwój organizmu? Dobrze uporządkowana asocjacja atomów, obdarzona wystarczającą stabilnością, aby utrzymać swój porządek przez długi czas, wydaje się być jedyną możliwą do pomyślenia strukturą materialną, w której różnorodność możliwych („izomerycznych”) kombinacji jest na tyle duża, że ​​zawiera złożony układ „określenia” na minimalnej przestrzeni.

Rozdział VI. Porządek, nieporządek i entropia

Z ogólnego obrazu materii dziedzicznej, wykreślonego w modelu Delbrücka, wynika, że ​​żywa materia, choć nie unika działania ustalonych już „praw fizyki”, najwyraźniej zawiera jeszcze nieznane „inne prawa fizyki”. Spróbujmy to rozgryźć. W pierwszym rozdziale wyjaśniono, że znane nam prawa fizyki są prawami statystycznymi. Mają do czynienia z naturalną tendencją rzeczy do nieuporządkowania.

Aby jednak pogodzić wysoką stabilność nośników dziedziczności z ich małymi rozmiarami i przezwyciężyć skłonność do nieporządku, musieliśmy „wynaleźć cząsteczkę”, niezwykle dużą cząsteczkę, która musi być arcydziełem wysoce zróżnicowanego porządku, strzeżonego przez magiczna różdżka teorii kwantowej. Prawa przypadku nie są dewaluowane przez ten „wynalazek”, ale zmienia się ich manifestacja. Życie to uporządkowane i regularne zachowanie materii, oparte nie tylko na pojedynczej tendencji do przechodzenia od porządku do nieporządku, ale częściowo na istnieniu porządku, który jest cały czas utrzymywany.

Jaka jest charakterystyka życia? Kiedy mówimy o kawałku materii, że jest żywy? Kiedy dalej „coś robi”, porusza się, wymienia substancje z otoczeniem itp. – a wszystko to przez dłuższy czas, niż zgodnie z naszymi oczekiwaniami nieożywiony kawałek materii mógłby zrobić w podobnych warunkach. Jeśli system nieożywiony jest odizolowany lub umieszczony w jednorodnych warunkach, jakikolwiek ruch zwykle zatrzymuje się bardzo szybko w wyniku różnego rodzaju tarcia; różnice potencjałów elektrycznych lub chemicznych wyrównują się, substancje, które mają tendencję do tworzenia związków chemicznych, tworzą je, temperatura staje się równomierna pod wpływem przewodzenia ciepła. Następnie system jako całość zanika, zamienia się w martwą, bezwładną masę materii. Osiągnięto stan ustalony, w którym nie występują żadne obserwowalne zdarzenia. Fizyk nazywa to stanem równowagi termodynamicznej lub „maksymalną entropią”.

Właśnie dlatego, że organizm unika ścisłego przejścia w bezwładny stan „równowagi”, wydaje się tak tajemniczy: tak tajemniczy, że od czasów starożytnych myśl ludzka zakładała, że ​​w ciele działa jakaś specjalna, niefizyczna, nadprzyrodzona siła.

Jak żywy organizm unika przejścia do równowagi? Odpowiedź jest prosta: poprzez jedzenie, picie, oddychanie i (w przypadku roślin) asymilację. Wyraża się to specjalnym terminem - metabolizm (z greckiego - zmiana lub wymiana). Wymiana czego? Początkowo bez wątpienia sugerowano metabolizm. Ale wydaje się absurdalne, że to właśnie metabolizm jest niezbędny. Dowolny atom azotu, tlenu, siarki itp. tak dobry jak każdy inny tego samego rodzaju. Co można osiągnąć poprzez ich wymianę? Czym zatem jest to cenne coś w naszym jedzeniu, które chroni nas przed śmiercią?

Każdy proces, zjawisko, zdarzenie, wszystko, co dzieje się w przyrodzie, oznacza wzrost entropii w tej części świata, w której to się dzieje. Podobnie, organizm żywy stale zwiększa swoją entropię - lub inaczej mówiąc, wytwarza entropię dodatnią i tym samym zbliża się do niebezpiecznego stanu maksymalnej entropii, którym jest śmierć. Może uniknąć tego stanu, to znaczy pozostać przy życiu, tylko poprzez ciągłe wydobywanie negatywnej entropii ze swojego otoczenia. Ujemna entropia jest tym, czym żywi się organizm. Lub, mówiąc mniej paradoksalnie, istotne w metabolizmie jest to, że organizmowi udaje się pozbyć całej entropii, którą musi wytworzyć za życia.

Czym jest entropia? Nie jest to niejasna idea czy idea, ale mierzalna wielkość fizyczna. W temperaturze zera absolutnego (około -273°C) entropia dowolnej substancji wynosi zero. Jeśli przeniesiesz substancję do innego stanu, entropia wzrośnie o wartość obliczoną przez podzielenie każdej małej porcji ciepła wydatkowanego podczas tej procedury przez bezwzględną temperaturę, w której to ciepło jest wydawane. Na przykład, gdy topi się ciało stałe, następnie entropia wzrasta o ciepło topnienia podzielone przez temperaturę w punkcie topnienia. Widać z tego, że jednostką mierzoną entropię jest cal/°C. O wiele ważniejszy jest dla nas związek entropii ze statystycznym pojęciem porządku i nieporządku, związek odkryty przez badania Boltzmanna i Gibbsa w fizyce statystycznej. Jest to również dokładna zależność ilościowa i jest wyrażana

entropia = klogD

gdzie k jest stałą Boltzmanna, a D jest ilościową miarą nieporządku atomowego w danym ciele.

Jeśli D jest miarą nieporządku, to odwrotność 1/D można uznać za miarę porządku. Ponieważ logarytm 1/D jest taki sam jak logarytm ujemny z D, możemy zapisać równanie Boltzmanna w ten sposób:

–(entropia) = = klog(1/D)

Teraz niezręczne wyrażenie „entropia ujemna” można zastąpić lepszym: entropia, wzięta ze znakiem ujemnym, sama w sobie jest miarą porządku. Środki, za pomocą których organizm utrzymuje się stale na odpowiednio wysokim poziomie porządku (= odpowiednio niski poziom entropii) tak naprawdę polegają na ciągłym wydobywaniu porządku ze swojego otoczenia (oczywiście dla roślin światło słoneczne jest ich własnym potężnym źródłem „negatywnych entropia") .

Rozdział VIII. Czy życie opiera się na prawach fizyki?

Wszystko, co wiemy o budowie materii ożywionej, każe nam oczekiwać, że aktywności materii ożywionej nie da się sprowadzić do zwykłych praw fizyki. I to nie dlatego, że istnieje jakaś „nowa siła” lub coś innego, co kontroluje zachowanie pojedynczych atomów w żywym organizmie, ale dlatego, że jego struktura jest inna niż wszystko, co do tej pory badaliśmy.

Fizyka rządzi się prawami statystycznymi. W biologii spotykamy się z zupełnie inną sytuacją. Pojedyncza grupa atomów, istniejąca tylko w jednym egzemplarzu, wytwarza zjawiska regularne, cudownie zestrojone względem siebie i środowiska zewnętrznego według niezwykle subtelnych praw.

Mamy tu do czynienia ze zjawiskami, których regularny i regularny przebieg jest zdeterminowany przez „mechanizm” całkowicie odmienny od „mechanizmu prawdopodobieństwa” fizyki. W każdej komórce zasada rządząca zawarta jest w pojedynczym związku atomowym, który istnieje tylko w jednej kopii i kieruje zdarzeniami, które służą jako wzór porządku. Nie obserwuje się tego nigdzie poza żywą materią. Fizyk i chemik, badając materię nieożywioną, nigdy nie spotkali się ze zjawiskami, które musieliby w ten sposób interpretować. Taki przypadek jeszcze się nie pojawił, dlatego teoria go nie obejmuje - nasza piękna teoria statystyczna.

Porządek widziany w przebiegu procesu życiowego pochodzi z innego źródła. Okazuje się, że istnieją dwa różne „mechanizmy”, które mogą wytwarzać uporządkowane zjawiska: „mechanizm statystyczny”, który tworzy „porządek z nieporządku” i nowy mechanizm, który wytwarza „porządek z porządku”.

Aby to wyjaśnić, musimy pójść nieco dalej i wprowadzić uściślenie, by nie powiedzieć ulepszenie, do naszego wcześniejszego twierdzenia, że ​​wszystkie prawa fizyczne opierają się na statystyce. To stwierdzenie, powtarzane w kółko, nie mogło nie prowadzić do sprzeczności. Bo rzeczywiście istnieją zjawiska, których cechy wyróżniające są wyraźnie oparte na zasadzie „porządku od porządku” i nie wydają się mieć nic wspólnego ze statystyką czy nieporządkiem molekularnym.

Kiedy system fizyczny ujawnia „prawo dynamiczne” lub „cechy mechanizmu zegarowego”? Teoria kwantów daje krótką odpowiedź na to pytanie, a mianowicie w temperaturze zera absolutnego. Gdy temperatura zbliża się do zera, zaburzenia molekularne przestają wpływać na zjawiska fizyczne. To słynne „twierdzenie termiczne” Waltera Nernsta, któremu niekiedy i nie bez powodu nosi się głośną nazwę „Trzecie Prawo Termodynamiki” (pierwsze to zasada zachowania energii, drugie to zasada zachowania energii). entropia). Nie należy myśleć, że zawsze musi to być bardzo niska temperatura. Nawet w temperaturze pokojowej entropia odgrywa niezwykle małą rolę w wielu reakcjach chemicznych.

W przypadku zegarów wahadłowych temperatura pokojowa jest praktycznie równa zeru. Dlatego działają „dynamicznie”. Zegary są w stanie funkcjonować „dynamicznie”, ponieważ są zbudowane z ciał stałych, aby uniknąć zakłócających skutków ruchu termicznego w zwykłych temperaturach.

Teraz myślę, że potrzeba kilku słów, aby sformułować podobieństwo między mechanizmem zegarowym a organizmem. Sprowadza się to po prostu i wyłącznie do tego, że ta ostatnia zbudowana jest również wokół ciała stałego – kryształu aperiodycznego, tworzącego substancję dziedziczną, niepodlegającą głównie skutkom losowego ruchu termicznego.

Epilog. O determinizmie i wolnej woli

Z tego, co zostało powiedziane powyżej, wynika jasno, że procesy czasoprzestrzenne zachodzące w ciele istoty żywej, które odpowiadają jej myśleniu, samoświadomości lub jakiejkolwiek innej aktywności, są, jeśli nie całkowicie ściśle określone, to przynajmniej określone statystycznie. To nieprzyjemne uczucie powstaje, ponieważ zwyczajowo uważa się, że taka idea jest w konflikcie z wolną wolą, której istnienie potwierdza bezpośrednia samoobserwacja. Zobaczmy więc, czy nie możemy wyciągnąć poprawnego i spójnego wniosku z następujących dwóch przesłanek:

Moje ciało funkcjonuje jako czysty mechanizm, posłuszny uniwersalnym prawom natury.

Wiem jednak z niepodważalnego, bezpośredniego doświadczenia, że ​​kontroluję działania swojego ciała i uprzedzam skutki tych działań. Te wyniki mogą mieć ogromną różnicę w określeniu mojego przeznaczenia, w którym to przypadku czuję i świadomie biorę pełną odpowiedzialność za swoje czyny.

Wydaje mi się, że z tych dwóch przesłanek można wyciągnąć tylko jeden wniosek, a mianowicie, że „ja” w najszerszym tego słowa znaczeniu – to znaczy każdy świadomy umysł, który kiedykolwiek powiedział lub odczuł „ja” – nie jest niczym innym, jak podmiot, który może kontrolować „ruch atomów” zgodnie z prawami natury.

Pomocne streszczenie? Ściągnij!