Hayatın anlamı nedir? En iyimiz bile bugün bir evren makalesinde bu soruyu cevaplamayı umamadık. Ama deneyecek olanlar var “kısıtlamak” En azından fizik açısından. Brandeis’ten Jané Kondev Boston Üniversitesi’nden Pankaj Mehta’dan yeni bir makale Arxiv Preprint Server, fiziğin temel sabitlerinin bildiğimiz gibi hayata nasıl uygulanabileceğine ve henüz bilmediğimiz gibi hayata nasıl uygulanabileceğine bakar. Onların fikirleri mutlaka nihai sorunun cevabını vermez, ancak görünüşte farklı iki alanı güzel bir şekilde bağlar.
Çalışmaları, maddenin özelliklerinin çoğunu ünlü olarak türeten bir Avusturyalı-Amerikalı fizikçi olan Victor Weisskopf’tan ilham aldı. “İlk İlkeler” evrenimizi destekleyen fiziksel sabitlerin. 1970’lerdeki çalışmaları, son derece önemli bir maddenin – hayatın özelliklerini de hariç tuttu. Drs burada. Mehta ve Konev içeri girdiler.
İlk olarak, tanımlamak zorunda kaldılar “hayat,” Biyolojiye katılan herhangi birine sorarsanız, kendi içinde zor bir süreç olabilir. Onların tanımını açıklamak amacıyla, yüz değerinde kabul etmemiz gerektiğine göre, hayatın “Tanımlayıcı özelliği yüksek doğruluk kendini kopyalayan yeni bir denge dışı kendi kendini organize etmeyen maddenin yeni bir biçimi.” Başka bir deyişle, yaşamın anlamı kendini sürekli olarak çevresinden (en azından enerjik olarak) ayırmak ve üremektir.
Bu tanımla birlikte, yaşamın üç temel özelliğini de tanımlarlar. “karakterize etmek” BT. Birincisi “büyüme verimi,” birim enerji başına ne kadar ek biyokütle üretilebileceğini tanımlar (tipik olarak bir joule). İkincisi, minimum iki katına çıkma süresidir – bir organizma muhtemelen iki katına çıkabilir. Üçüncüsü “Uykuda minimum güç tüketimi,” hangi enerji yaşamının ne kadar enerji ihtiyacı olduğunu ölçer? “ayrılık” Çevreden ve Termodinamiğin İkinci Yasası’nda entropi tarafından temsil edilen kaos güçlerine karşı kendi bütünlüğünü koruyun.
Makaleye göre, bu temel özelliklerin her biri evrenin fiziksel sabitlerinden – özellikle kuantum teorisi ve termodinamik yasalarından türetilebilir. Kuantum ölçeğinde, Planck’ın sabiti, bir elektron kütlesi, bir proton kütlesi ve ışık hızı gibi sabitler, bohr yarıçapı (bir atomun büyüklüğü) ve Rydberg enerjisi (bir elektronun enerjisi) gibi daha yüksek seviyeli sabit değerleri tanımlayabilir. Termal değerler benzer şekilde Boltzmann sabiti ve sıcaklık ile tanımlanırken, “Kinetik zaman ölçeği” Biyolojik replikasyon için zaman ölçeklerini tanımlamak için kullanılabilir, hem kuantum hem de termal sabit değerlerin bir kombinasyonuna dayanır.
Tanımlarken “büyüme verimi,” Yazarlar, proton ve elektron gibi temel parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimlerin mukavemetini tanımlayan bir proton kütlesi, bir elektron kütlesi, ışık hızı ve ince yapı sabitine dayalı idealize bir değer hesaplar. İdealize edilmiş büyüme verimini 8×10 civarında bir yerde hesaplarlar.-7 g / joule. Bununla birlikte, karbon bazlı yaşam için, bizim gibi, idealize edilmiş sayıya bağlı kalmaz ve yaklaşık 10’a kadar büyür-4 G/joule-Dünya’daki karbon bazlı yaşam için gözlemlenen değerle uyumlu.
Öte yandan, minimum iki katına çıkma süresi iki yoldan biriyle sınırlı olabilir. Etrafta dolaşacak çok fazla enerji varsa, sınırlayıcı faktör, hücre sayısında artışa izin veren biyokimyasal reaksiyonların hızıdır. Öte yandan, bol miktarda enerji yoksa, büyüme faktörü, yaşamın çoğalmak için enerji ne kadar hızlı toplayabileceğiyle sınırlıdır. Her iki durumda da, temel sabitlere dayanan makalede tanımlanan model, en azından bu süreçlerin alanda nasıl gözlemlendiğini doğru bir şekilde öngörmektedir. Bol enerji ile bakteriler birkaç yüz saniyede iki katına çıkabilirken, sınırlı enerji ile onları on gün ila yüzlerce yıl arasında iki gün arasında sürebilir.
Uykuda iken entropi ile savaşmak, bir hücre için zor bir iştir, çünkü sürekli olarak iyonları kaybeder “iyon gradyanı” Bu onu çevresinden ayırır. Bu iyonlar kaçar “gözenekler” hücrenin termal ortamındaki değişiklikler nedeniyle oluşan hücrede. Bu mekanizma, yukarıda açıklanan hem termal hem de kinetik sabitlere dayanmaktadır ve yaklaşık 3 x 10 olarak hesaplanmıştır.-15 Watt/hücre. Yine, bu 10 deneysel değerlerle hizalanır-16 W / hücre.
Tüm model değerlerinin bu biyolojik belirteçlerin ölçülen deneysel değerleriyle güzel bir şekilde hizalanmasıyla, yazarlar temel öncüllerinin – fizik yasalarının hücresel yaşam üzerine kısıtlamalar getirdiğini – geçerli göründüğüne işaret ediyorlar. Çoğunlukla bu model, aynı fiziksel yasalar altında evrenimizde yaşamın nasıl var olduğuna bakmak için bir çerçeve olarak yararlıdır ve kendimizden farklı yaşam arayışına yardımcı olmak için kullanılabilir. Weisskopf’un tüm evreni ilk prensiplerden tanımlamanın altından tam bir çerçeve vizyonunu sürdürmek ve genişletmek için harika bir iş çıkarıyor – hala evrensel olmayan yaşam adı verilen mizaç süreci bile “Anlam” Üzerine kaç kısıtlama koyarsak yapalım.
