25 просмотров

Самая сложная вещь во Вселенной

22 04 27 Самая сложная вещь.dc

Когда космологи пытаются разобраться во Вселенной и ее происхождении, они обращают внимание на энтропию и на количество различных способов возникновения Вселенной, подобной нашей. Обычно считается, что черные дыры и темная энергия вносят наиболее значительный вклад в энтропию космоса. Но новая работа Марины Кортес, Стюарта Кауфмана, Эндрю Лиддла и Ли Смолина количественно оценила сложность жизни и впервые сравнила ее со сложностью космоса. Результаты, достижения? На Земле существует больше жизни, чем вы думаете.

Биология. Космология. Биология и космология. Две области, которые, как обычно считается, не имеют ничего общего и ничему не могут научить друг друга. Мы — Стюарт Кауфман, Эндрю Лиддл, Ли Смолин и я — кладем этому конец. Переформулировав космологическую физику, включив в нее биологические системы, мы разработали общую валюту, с помощью которой их соответствующие системы можно считать и сравнивать. Эта «валюта» позволяет нам количественно оценить ценность биологических систем по сравнению с персонажами космологии: галактиками, темной энергией и черными дырами.

Этот синтез биологии и космологии потребовал отказа от редукционизма и веры в то, что все системы можно понять, разбив их на составные элементы. Вместо этого новый способ мышления осмысливает сложные системы и их эволюцию, рассматривая количество возможных будущих состояний, которые эти системы могут принять.

В техническом смысле этот синтез использует идею расширяющегося пространства возможных результатов системы, которую Стюарт Кауфман сформулировал как Теорию смежных возможных (TAP).

Статья в тему:  Что находится за пределами вселенной reddit

В общем смысле эта теория может оказаться жизненно важной для понимания многих аспектов нашей жизни, особенно экономики, инноваций и катастрофического изменения климата.

Итак, сколько стоит биосфера Земли в этой новой валюте? Наша попытка ответить на этот вопрос имеет глубокие последствия для того, какой должна быть теоретическая физика, чего она может достичь и чем она станет.

Примерно 20 лет назад считалось, что черные дыры, особенно сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, вносят основной вклад в энтропию и возможные состояния Вселенной.

Возможные состояния Вселенной

Пытаясь понять происхождение нашей Вселенной, космологи хотят подсчитать, насколько вероятно, что она была такой, какой она была, а не в какой-то другой форме. Согласно простой термодинамике, утверждающей, что беспорядок и энтропия со временем увеличиваются, сегодня Вселенная должна быть просто огромным безликим сгустком тепловатого газа. Но вместо этого мы видим много разных вещей: звезды, планеты, галактики, черные дыры. Чтобы понять, насколько вероятна или неправдоподобна наша Вселенная, нам нужно подсчитать количество способов (на техническом языке «микросостояний»), в которых может возникнуть вселенная, подобная нашей.

Примерно 20 лет назад считалось, что черные дыры, особенно сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, вносят основной вклад в энтропию и возможные состояния Вселенной. Используя формулу, открытую Якобом Бекенштейном и Стивеном Хокингом, Роджер Пенроуз показал, что они вносят ошеломляющий вклад в 10^(10^101) возможных состояний Вселенной. [Число 10^101 означает единицу, за которой следует 101 ноль, и это уже число больше, чем количество частиц во всей нашей наблюдаемой Вселенной.Но мы говорим о единице, за которой следует 10^101 нуль!] Но даже это меркнет на фоне открытия темной энергии, предполагаемой причины нынешнего ускорения Вселенной. Это дает 10^(10^124) возможных состояний Вселенной. Это самое большое число, когда-либо встречавшееся в мире природы.

Жизнь вводит новшества, создает новые ниши, возможности и взаимодействия способами, которые невозможно предсказать заранее. В отличие от физики, в биологии пространство возможностей всегда непредсказуемо расширяется.

Возможные состояния жизни

Статья в тему:  Сколько галактик во Вселенной 2017

До сих пор физики игнорировали жизнь, когда подсчитывали количество способов, которыми могла бы возникнуть вселенная, подобная нашей. Традиционно физики, особенно сторонники редукционизма, утверждали бы, что вклад жизни настолько ничтожен, что этот вопрос даже не нужно задавать, не говоря уже о том, чтобы отвечать на него. Мы придерживаемся другой точки зрения.

Ключевое различие между физикой и биологией заключается в том, что, хотя физика содержит фундаментальную стандартную модель, охватывающую ее явления, в биологии такой вещи нет. Жизнь вводит новшества, создает новые ниши, возможности и взаимодействия способами, которые невозможно предсказать заранее. В отличие от физики, в биологии пространство возможностей всегда непредсказуемо расширяется.

«Комбинаторная инновация» — это новое теоретическое развитие, которое может объяснить это различие и объединить физику и биологию. Комбинаторная инновация считает каждую новую комбинацию элементов системы созданием нового элемента. По мере развития системы она создает новые возможности посредством этих новых комбинаций и становится более сложной. (Нетехническое использование термина «комбинаторная инновация» описывает, как новые идеи возникают в результате комбинирования и проверки уже существующих идей.)

Теория Соседнего Возможного предполагает, что эта волна творения расширяется, создавая новые состояния в процессе, описываемом уравнениями ТАР.Общее предсказание уравнений TAP состоит в том, что количество состояний эволюционирующей сложной системы обычно следует долгому медленному плато, прежде чем внезапно увеличиться в числе.

Статья в тему:  Как мисс США выступила на конкурсе «Мисс Вселенная 2021»

Что означают комбинаторные инновации для сложности и количества возможных состояний жизни на Земле? Комбинации всего шести элементов составляют большинство биологических молекул (углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера, обычно известные как CHNOPS). Мы взяли эти химические элементы в качестве составных частей сложной системы, которую моделировали. Затем мы использовали уравнения TAP для моделирования ряда возможных состояний конфигурации биосферы по мере ее эволюции. Ко времени появления первых молекул РНК, 3,5 миллиарда лет назад, число возможных состояний, которые могла принять биосфера, составляло: 10^(10^237)

Это ошеломляющее открытие. Напомним, что общее количество возможных состояний Вселенной сегодня составляет всего 10 ^ (10 ^ 124). Это означает, что жизнь превзошла вселенную по сложности уже 3,5 миллиарда лет назад, в мире РНК. Как космологи, мы никогда и за миллиард лет не могли предположить, что такое число возникнет в результате эволюции живых организмов. Нам потребовалось три года расчетов, бесконечного пересмотра и перепроверки наших математических моделей, прежде чем мы теперь можем подтвердить цифры, которые представляем сегодня.

Крошечный, незначительный, едва существующий уголок Вселенной может создать разнообразие и сложность, сравнимую со всем остальным во Вселенной.

Будущее биокосмологии

Что все это значит? Каково значение этого большого числа возможных состояний?

Мы отошли от общепринятой точки зрения, что космос вносит наибольший вклад в энтропию и разнообразие, а наша планета практически ничего не вносит, и вместо этого увидели, что энтропия и разнообразие, присущие жизни на Земле, затмевают вклад космологических сущностей.

Статья в тему:  Что самое редкое во вселенной

У нас есть способ количественно оценить жизнь в космосе, и ее ценность для Вселенной огромна. Крошечный, незначительный, едва существующий уголок Вселенной может создать разнообразие и сложность, сравнимую со всем остальным во Вселенной. Благодаря этому космология может внести свой вклад в дискуссию об изменении климата, дав представление о том, чего мы стоим и что рискуем потерять. А именно, самый ценный вклад в физическое разнообразие во Вселенной. Даже черные дыры не могут конкурировать с жизнью.

Боковая панель объявлений

Любите иай?

Подписаться чтобы получить эксклюзивный доступ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x