Что такое жизнь? - What Is Life?

Для использования в других целях см. Что такое жизнь (значения).
Что такое жизнь? Физический
Аспект живой клетки
Was ist Leben (1) -OG.JPG
Титульные листы издания 1948 г.
АвторЭрвин Шредингер
СтранаСоединенное Королевство (Великобритания)
Языканглийский
ЖанрНаучно-популярная
ИздательИздательство Кембриджского университета
Дата публикации
1944
Тип СМИРаспечатать
Страницы194 стр.
ISBN0-521-42708-8
OCLC24503223
574/.01 20
Класс LCQH331 .S357 1982 г.

Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки научная книга 1944 года, написанная физиком для непрофессионала. Эрвин Шредингер. Книга основана на курсе публичных лекций, прочитанных Шредингером в феврале 1943 года под эгидой Дублинский институт перспективных исследований где он был директором теоретической физики, в Тринити-колледж, Дублин. Лекции собрали около 400 слушателей, которых предупредили, «что тема является сложной и что лекции нельзя назвать популярными, хотя самое страшное оружие физиков - математические дедукции - вряд ли будет использовано».[1] Лекция Шредингера была сосредоточена на одном важном вопросе: «Как можно объяснить события в пространстве и времени, происходящие в пределах пространственных границ живого организма, с помощью физики и химии?»[1]

В книге Шредингер представил идею «апериодического кристалла», который содержал генетическую информацию в своей ковалентной конфигурации. химические связи. В 1950-х годах эта идея стимулировала энтузиазм к открытию генетической молекулы. Хотя существование некоторой формы наследственной информации выдвигалось с 1869 года, ее роль в воспроизводстве и ее спиральная форма были еще неизвестны во время лекции Шредингера. Оглядываясь назад, апериодический кристалл Шредингера можно рассматривать как хорошо аргументированное теоретическое предсказание того, что биологи должны были искать во время своих поисков. генетический материал.[нужна цитата ] И то и другое Джеймс Д. Уотсон,[2] и Фрэнсис Крик, которые совместно предложили двойная спираль структура ДНК основанный, среди прочего, на теоретических выводах, дифракция рентгеновских лучей эксперименты Розалинд Франклин, считает, что книга Шредингера представила раннее теоретическое описание того, как хранение генетический информация будет работать, и каждый независимо признал книгу источником вдохновения для своих первоначальных исследований.[3]

Задний план

Книга основана на лекциях, прочитанных под эгидой Дублинский институт перспективных исследований, в Тринити-колледж, Дублин, в феврале 1943 г. и опубликовано в 1944 г. В то время, хотя было известно, что ДНК является составной частью ядер клеток, концепция «молекулы наследственности» была строго теоретической с различными кандидатами. Одним из самых успешных разделов физики в то время был статистическая физика, и квантовая механика, теория, которая также является статистической по своей природе. Сам Шредингер - один из отцов-основателей квантовой механики.

Макс Дельбрюк размышления о физических основах жизни оказали большое влияние на Шредингера.[4] Однако задолго до публикации Что такое жизнь?, генетик, лауреат Нобелевской премии 1946 г. Х. Дж. Мюллер в своей статье 1922 года «Вариации из-за изменения индивидуального гена»[5] уже изложены все основные свойства «молекулы наследственности» (тогда еще не известной как ДНК), которую Шредингер должен был заново вывести в 1944 году «из первых принципов» в Что такое жизнь? (включая «апериодичность» молекулы), свойства, которые Мюллер уточнил и дополнительно уточнил в своей статье 1929 года «Ген как основа жизни»[6] и в течение 1930-х гг.[7] Более того, Х. Дж. Мюллер сам написал в 1960 году письмо журналисту относительно Что такое жизнь? что все, что было правильно в книге о «наследственной молекуле», было опубликовано еще до 1944 года, и что Шредингер был всего лишь ошибочными предположениями; Мюллер также назвал двух известных генетиков (включая Дельбрюка), которые знали все соответствующие публикации до 1944 года и контактировали с Шредингером до 1944 года. Но ДНК как молекула наследственности стала первостепенной только после Освальд Эйвери эксперименты по бактериальной трансформации, опубликованные в 1944 г .; до этих экспериментов белки считались наиболее вероятными кандидатами. ДНК была подтверждена как молекула, о которой идет речь.Эксперимент Херши – Чейза проведено в 1952 г.

Содержание

В главе I Шредингер объясняет, что большинство физических законов в большом масштабе обусловлено хаосом в мелком масштабе. Он называет этот принцип «порядок от беспорядка». В качестве примера он приводит распространение, который можно смоделировать как высокоупорядоченный процесс, но который вызывается случайным движением атомов или молекул. Если количество атомов уменьшается, поведение системы становится все более и более случайным. Он утверждает, что жизнь во многом зависит от порядка и что наивный физик может предположить, что основной код живого организма должен состоять из большого числа атомов.

В главах II и III он резюмирует то, что было известно в то время о наследственном механизме. Самое главное, он раскрывает важную роль мутации играть в эволюция. Он заключает, что носитель наследственной информации должен быть небольшим по размеру и постоянным во времени, что противоречит ожиданиям наивного физика. Это противоречие не может быть разрешено классическая физика.

В главе IV Шредингер представляет молекулы, которые действительно стабильны, даже если они состоят всего из нескольких атомов, в качестве раствора. Несмотря на то, что молекулы были известны раньше, их стабильность не могла быть объяснена классической физикой, а объяснялась дискретной природой квантовой механики. Более того, мутации напрямую связаны с квантовые скачки.

Он продолжает объяснять в главе V, что истинное твердые вещества, которые также являются постоянными, являются кристаллы. Стабильность молекул и кристаллов обусловлена ​​одними и теми же принципами, и молекулу можно назвать «зародышем твердого тела». С другой стороны, аморфное твердое тело, без кристаллической структуры, следует рассматривать как жидкость с очень высоким вязкость. Шредингер считает, что наследственный материал - это молекула, которая, в отличие от кристалла, не повторяется. Он называет это апериодическим кристаллом. Его апериодическая природа позволяет ему кодировать почти бесконечное количество возможностей с помощью небольшого числа атомов. Наконец, он сравнивает эту картину с известными фактами и находит ее в соответствии с ними.

В главе VI Шредингер заявляет:

... живое вещество, хотя и не ускользает от «законов физики», установленных на сегодняшний день, вероятно, будет включать в себя «другие законы физики», ранее неизвестные, которые, однако, как только они будут обнаружены, станут столь же неотъемлемой частью науки как первое.

Он знает, что это утверждение открыто для неправильных представлений, и пытается его прояснить. Главный принцип «порядок из беспорядка» - это второй закон термодинамики, в соответствии с которым энтропия только увеличивается в замкнутой системе (такой как вселенная). Шредингер объясняет, что живое вещество уклоняется от распада до термодинамическое равновесие гомеостатически поддерживая отрицательная энтропия в открытой системе.

В главе VII он утверждает, что «порядок из порядка» не является абсолютно новым для физики; на самом деле это еще проще и правдоподобнее. Но природа следует за «порядком из беспорядка», за некоторыми исключениями, как движение небесные тела и поведение механических устройств, таких как часы. Но даже на них действуют термические силы и силы трения. Степень, в которой система функционирует механически или статистически, зависит от температуры. При нагревании часы перестают работать, потому что тают. И наоборот, если температура приближается к полный ноль, любая система ведет себя все более механически. Некоторые системы довольно быстро приближаются к этому механическому поведению, когда комнатная температура уже практически равна абсолютному нулю.

Шредингер завершает эту главу и книгу словами: философский спекуляции на детерминизм, свободная воля, и тайна человека сознание. Он пытается «увидеть, не можем ли мы сделать правильный непротиворечивый вывод из следующих двух предпосылок: (1) Мое тело функционирует как чистый механизм согласно Законам Природы; и (2) Тем не менее, я знаю, из неопровержимого прямого опыта, что я направляю его движения, последствия которых я предвижу, которые могут быть роковыми и исключительно важными, и в этом случае я чувствую и беру на себя полную ответственность за них. Я думаю, что единственный возможный вывод из этих двух фактов состоит в том, что я - Я в самом широком смысле слова, то есть каждый сознательный разум, который когда-либо говорил или чувствовал «я», - это человек, если таковой имеется, который контролирует «движение атомов» в соответствии с законами природы. ". Затем Шредингер заявляет, что это понимание не ново и что Упанишады считали это понимание «АТМАН = БРАХМАН» как «представляющее квинтэссенцию глубочайших прозрений в событиях мира». Шредингер отвергает идею о том, что источник сознания должен исчезнуть вместе с телом, потому что он считает эту идею «неприятной». Он также отвергает идею о том, что существует множество бессмертных душ, которые могут существовать без тела, потому что он считает, что сознание, тем не менее, сильно зависит от тела. Шредингер пишет, что для согласования двух предпосылок

Единственная возможная альтернатива - просто придерживаться непосредственного опыта, что сознание - единственное число, множественное число которого неизвестно; что есть только одна вещь и что то, что кажется множеством, является просто серией различных аспектов этой одной вещи ...

По его словам, любые интуиции о множественном числе сознания являются иллюзиями. Шредингер сочувствует Индуистский идея Брахман, посредством которого сознание каждого человека является лишь проявлением унитарное сознание проникая в вселенная - что соответствует индуистскому представлению о Боге. Шредингер заключает, что «...« Я »- это человек, если таковой имеется, который контролирует« движение атомов »в соответствии с законами природы». Однако он также квалифицирует вывод как «обязательно субъективный» в его «философских последствиях». В последнем абзаце он указывает, что под «я» понимается не собрание пережитых событий, а «именно холст, на котором они собраны». Он пишет, что если гипнотизеру удастся стереть все более ранние воспоминания, не будет потери личного существования: «И никогда не будет».[8]

«Парадокс» Шредингера

В мире, где правят второй закон термодинамики, все изолированные системы ожидается, что они приблизятся к состоянию максимального беспорядка. Поскольку жизнь приближается и поддерживает высокоупорядоченное состояние, некоторые утверждают, что это, кажется, нарушает вышеупомянутый второй закон, подразумевая, что существует парадокс. Однако поскольку биосфера это не изолированная система, в этом нет никакого парадокса. Увеличение порядка внутри организма с лихвой оплачивается увеличением беспорядка вне этого организма потерей тепла в окружающую среду. С помощью этого механизма соблюдается второй закон, и жизнь поддерживает высокоупорядоченное состояние, которое она поддерживает, вызывая чистое увеличение беспорядка во Вселенной. Чтобы усложнить Землю - как это делает жизнь -свободная энергия необходимо и в этом случае обеспечивается Солнцем.[9][10]

Редакции

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б Маргулис, Линн. & Саган, Дорион. (1995). Что такое жизнь? (стр. 1). Беркли: Калифорнийский университет Press.
  2. ^ Уотсон, Джеймс Д. (2007), Избегайте скучных людей: (уроки из жизни в науке), Нью-Йорк: Кнопф, стр.353, ISBN  978-0-375-41284-4. На странице 28 подробно рассказывается, как Уотсон пришел к пониманию значения гена.
  3. ^ Джулиан Ф. Дерри (2004). "Рецензия на книгу: Что такое жизнь? Эрвин Шредингер ". Обзор человеческой природы. Получено 2007-07-15.
  4. ^ Дронамраджу КР (ноябрь 1999 г.). «Эрвин Шредингер и истоки молекулярной биологии». Генетика. 153 (3): 1071–6. ЧВК  1460808. PMID  10545442.
  5. ^ Американский натуралист 56 (1922)
  6. ^ Труды Международного конгресса наук о растениях 1 (1929 г.)
  7. ^ Шварц, Джеймс (2008). В погоне за геном. От Дарвина к ДНК. Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN  978-0-674-02670-4.
  8. ^ Ссылки Шредингера Вечная философия от Олдос Хаксли как "прекрасную книгу", уравновешивающую точку зрения, высказанную им в предыдущей главе.
  9. ^ Что такое жизнь? п. 91
  10. ^ Закон энтропии и экономический процесс Николас Георгеску-Роген р. 11

внешние ссылки