Содержание: Квантовая механика (см. раздел Квантовая биология)
- Квантовое происхождение жизни
- Иерархический подход — обобщение витализма и редукционизма
Увидел статью известного физика Пола Дэвиса ‘Квантовое происхождение жизни?‘. Статья является первой в сборнике статей ‘Квантовые аспекты жизни‘, вышедшим в 2008 году. Предисловие написано сэром Пенроузом.
Поскольку при рассмотрении молекулярных связей квантовой механики избежать невозможно, то жизнь в любом случае завязана на квантовую механику. Поэтому Дэвис специально подчеркивает, что он рассматривает влияние квантовой механики на происхождение жизни не в смысле образования химических связей, а в глобальном смысле. Таковой Дэвис находит в утверждении, что все живые организмы являются информационными процессорами — они обладают генетической базой данной, которая реплицируется.
Дэвис говорит, что представления о квантовых вычислениях и квантовой обработки информации произвели революцию в понимании природы информации. Таким образом, он предлагает искать источник появления репликации информации уже на квантовом уровне. По мнению Дэвиса, ничто в классическом мире не может сравняться со скоростью переработки информации в квантовых процессах (кубит вместо бита).
Дэвис видит три возможных сценария связи квантовой механики с происхождением жизни:
‘1. Квантовая механика играла ключевую роль в происхождении жизни, но или утратила ее совершенно, или эта роль стала спорадической и второстепенной. Тем не менее в современных организмах могут сохраниться реликты древних систем переработки информации, такие как биохимические остатки, которые могут дать подсказки о древних биологических или даже предбиологических процессах.
2. Жизнь начиналась классически, но освоила некоторые «квантовые трюки», увеличивающие ее эффективность. Например, если какие-то биологические системы оказывались способны обрабатывать информацию квантовомеханически, они получали определенное преимущество в скорости и мощности ее обработки, так что можно ожидать, что естественный отбор открывал и усиливал такие способности, если это было возможно.
3. Жизнь стартовала как классическая комплексная система, но позже эволюционировала на «квантовый рубеж», где квантовая неопределенность создает границу эффективности биомолекулярных процессов.’
Далее в статье Дэвис спекулирует о возможности квантовой жизни (Q-life), рассматривает проблему декогеренции, предлагает аналогию жизни как ‘решения’ алгоритма квантового поиска и в заключение обсуждает квантовую хореографию.
Я посмотрел, кто цитирует статью Дэвиса. Среди сторонников квантового происхождения жизни обнаружились российские ученые, тандем из биолога и физика: академик Ю. Н. Журавлев и член-корреспондент М. А. Гузев. Ниже несколько цитат из их статьи 2014 года ‘Квантовые аспекты изучения жизни‘:
‘С новым кризисом ожидается кардинальная перестройка всего биологического мышления на основе введения в биологию представлений квантовой механики. Здесь важно понять следующее: преодоление кризиса заключается не в том, чтобы признать, что живые системы используют кое-какие квантовые принципы, давно известные и хорошо описанные в учебниках биофизики. Преодоление заключается в необходимости ввести квантовые представления в самые основания биологии. К сожалению, и здесь изучаемое пространство все так же неприветливо, основания биологии (этой огромнейшей области нынешнего знания!) пока никак не сформулированы.’
‘Поэтому мы намерены в этой статье представить идею, что живые системы являются эпифеноменом квантовых систем, что жизнь происходит непосредственно из квантовых состояний, а все ее последующее обустройство химическими, биологическими и социальными атрибутами только материализует имевшиеся уже в квантовых системах функциональные эквиваленты.’
‘Предварительный рецепт для описания эволюции квантовой частицы можно заимствовать в форме идеи «квантового дарвинизма», предложенной В. Зуреком ровно 10 лет назад. Ведущий в этой области квантовой теории авторитет предлагает понимать в качестве квантового дарвинизма процесс, в котором наиболее полезная информация воспроизводится за счет неподходящей, несовместимой (incompatible) с общим паттерном измерения. Он развивал эти представления для целей квантовых измерений, но они как нельзя лучше подходят для описания начальных этапов эволюции, ведущих к появлению живых систем.’
‘Введение квантовой основы в модель эволюции живого создает новую, логически обоснованную онтологию происхождения живых систем путем развития из квантовых предшественников. Установление онтологической связи между микросостояниями квазичастиц и макросостояниями живых объектов представляется как временной ряд, в котором фазовые переходы осуществляются как смены носителей локальной информации.’
P.S. При поиске других свежих статей сторонников квантового происхождения жизни увидел статью литовских физиков:
Arvydas Tamulis and Mantas Grigalavicius, Quantum Mechanical Origin of Fatty Acid Life and Correlations with Anthropic Principle and Old Testament, Quantum Matter, Volume 3, Number 5, October 2014, pp. 460-468(9).
Авторы убеждены, что квантовое происхождение жизни подтверждает внимательное прочтение Ветхого завета.
Информация
Paul CW. Davies, A quantum origin of life? In Quantum aspects of life, pp. 3-18. 2008.
Ю. Н. Журавлев, М. А. Гузев, Квантовые аспекты изучения жизни, Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, Выпуск № 5 (177), c. 5 — 17, 2014.
См. также про книгу Johnjoe McFadden, Jim Al-Khalili. Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology
Квантовая механика для биологов
Обсуждение
06.10.2018 Иерархический подход — обобщение витализма и редукционизма
Увидел статью, в которой физики А. С. Каклюгин и Г. Э. Норман ищут обоснование несводимости биологии к физике. Источником вдохновения физиков явились работы философа Карла Поппера и биологов Питера Медавара и Конрада Лоренца.
Поппер, Медавар и Лоренц при обосновании несводимости биологии к физике оперировали к возникаемости, то есть, к появлению новых качеств, которые несводимы к более низкому уровню организации материи:
‘При подъеме по иерархической лестнице информационное содержание и эмпирическое богатство наук прогрессивно увеличивается. Каждая наука содержит все положения наук, расположенных ниже. При этом любой объект, находящийся на более высоком уровне, содержит идеи и понятия, свойственные только ему. Медавары и Поппер определяют это качество специальным термином — качеством «возникновения». Лоренц, также развивающий идеологию возникновения новых системных свойств при совместном включении двух независимых систем, не удовлетворен термином «возникновение» (эмергенция) и вводит термин «фульгурация», т. е. акт сотворения или вспышка молнии.’
Каклюгин и Норман были не удовлетворены качественным рассмотрением проблемы философа и биологов и поэтому они искали объяснение возникаемости в рамках физики. Первая часть статьи посвящена появлению энтропии из обратимых по времени уравнений механики. На этом пути вначале были проанализированы результаты молекулярной динамики, в которой уравнения движения значительного количества атомов/молекул интегрируются во времени. В данном случае есть численные погрешности интегрирования, которые влияют на результаты сложным образом:
‘Таким образом, достоверное вычисление статистических средних при использовании ММД происходит как благодаря, так и вопреки погрешностям численного интегрирования уравнений Ньютона или Гамильтона.’
В любом случае далее Каклюгин и Норман ищут аналоги погрешности численного интегрирования в природе и находят их в переходе от квантовой к классической механике. Далее авторы статьи переходят к рассмотрению живого. Они отталкиваются от идеи Поппера, что живое связано с принятием решений, и дополняют ее тем, что живое связано с коллапсом волновой функции:
‘Коллапс волновой функции есть качество, присущее живой материи.’
Приведу из статьи только одну цитату по этому поводу:
‘Психофизический параллелизм перестает быть парадоксальным — измерителем является мозг. Парадокс кошки [кошка Шрёдингера] оказывается результатом неправильной постановки задачи, ибо суперпозиции квантовой и классической системы быть не может: живая кошка, будучи измерительным прибором, не может быть включена в область применимости описания на языке волновых функций.’
Вот, что получается, когда физики хотят доказать несводимость биологии к физике. Ничего другого на роль физического базиса возникаемости кроме схлопывания волновой функции у физиков нет.
В заключение отмечу, что численная погрешность решения уравнений физики позволяет поставить вопрос о том, как же происходит движение в природе, как точное решение уравнений физики или как приближенное. В последнем случае все рассуждения физиков об обратимости во времени уравнений физики и сохранении информации полностью теряют смысл. Такие рассуждения основаны на том, что изменения в природе связаны с точным решением, однако должно быть понятно, что такое предположение принципиально находится вне рамок эмпирической науки.
А. С. Каклюгин, Г. Э.Норман, Иерархический подход – обобщение витализма и редукционизма, Российский химический журнал. 2000. Т. 44. N. 3. С. 7.