آیا ما هرگز یک نظریه اساسی در مورد زندگی و آگاهی خواهیم داشت؟

فرارو- به نظر می‌رسد فیزیک دنیای زنده در نهایت با قانون دوم ترمودینامیک در تضاد است: این که یک سیستم بسته در طول زمان بی نظم‌تر می‌شود و در آن چه فیزیکدانان آنتروپی می‌نامند افزایش می‌یابد. سیستم‌های زنده آنتروپی پایینی دارند. برای مثال، یک توده نامرتب از بافت در رحم می‌تواند به حالت بسیار منظم پا با پنج انگشت تبدیل شود.

به گزارش فرارو به نقل از کانورسیشن، "جیم الخلیلی" استاد برجسته فیزیک در دانشگاه ساری بریتانیا می‌گوید:  ما این حس بالای نظم را برای چندین دهه حفظ کرده‌ایم. تنها زمانی که ما می‌میریم آنتروپی و قانون دوم ترمودینامیک واقعا وارد عمل می‌شوند".

زیست شناسی کوانتومی یک رویکرد برای درک این است که چگونه ماده زنده متفاوت از ماده بی جان است. این بر اساس دنیای عجیب مکانیک کوانتومی است که بر دنیای خرد ذرات و اتم‌ها حاکم است. ایده این است که سیستم‌های زنده ممکن است از مکانیک کوانتومی به نفع خود در راستای ترویج یا توقف فرآیند‌های کوانتومی استفاده کنند. الخلیلی می‌افزاید: "فرگشت به اندازه کافی زمان داشته تا اشیاء را دقیق تنظیم کند یا مکانیک کوانتومی را از انجام کاری که زندگی نمی‌خواهد انجام دهد باز دارد. این یک حوزه علمی جدید است".

یک مثال در این باره اگرچه هنوز بحث برانگیز می‌باشد فتوسنتز است فرآیندی که در آن گیاهان یا باکتری‌ها ذرات نور خورشید یعنی فوتون‌ها را جذب کرده و آن را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند. برخی از فیزیکدانان بر این باورند که یک ویژگی کوانتومی به نام برهم نهی اجازه می‌دهد یک ذره در بسیاری از حالت‌های ممکن مانند طی کردن مسیر‌های مختلف به طور همزمان قرار گیرد و این فرآیند را قادر می‌سازد.

الخلیلی توضیح می‌دهد: "یک توده انرژی (مانند یک فوتون) که به طور تصادفی به اطراف می‌پرد باید به عنوان گرمای هدر رفته از بین برود. توضیح مکانیکی کوانتومی برای اینکه چگونه فوتون چندین مسیر را به طور همزمان دنبال می‌کند وجود دارد".

الخلیلی و همکاران اش اکنون از زیست شناسی کوانتومی برای درک جهش‌های DNA بخش اصلی زندگی استفاده می‌کنند و آنان پیش‌تر به اکتشافات جالب توجهی دست یافته اند.

در حالی که او متقاعد نشده که این رویکرد هرگز قادر به توضیح آگاهی باشد استدلال می‌کند که ما نمی‌توانیم آن را رد کنیم. "سارا واکر" اختر زیست شناس و فیزیکدان نظری که به عنوان استاد در دانشگاه ایالتی آریزونا در ایالات متحده کار می‌کند از رویکرد دیگری حمایت می‌کند. او در تلاش برای ایجاد یک نظریه فیزیکی جدید از زندگی بر اساس نظریه اطلاعات است که اطلاعات را واقعی و فیزیکی می‌داند.

به نظر می‌رسد اطلاعات برای زندگی بسیار مهم است. موجودات زنده دارای مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های داخلی هستند: DNA که موجودات غیر زنده به سادگی آن را ندارند. به همین ترتیب وقتی موجودات زنده چیز‌هایی مانند موشک را اختراع می‌کنند بر اطلاعاتی مانند دانش قوانین فیزیک که در حافظه آنان ذخیره شده تکیه می‌کنند.

ما می‌توانیم از قوانین فعلی فیزیک برای پیش بینی چگونگی تکامل یک سیاره در طول زمان استفاده کنیم برای مثال اینکه آیا اجسام نزدیک به آن برخورد می‌کنند یا خیر و اگر این برخورد صورت می‌گیرد در چه زمانی رخ خواهد داد. با این وجود، ما نمی‌توانیم از قوانین برای توضیح چگونگی و زمان ظهور موجودات هوشمند و تصمیم به ساخت موشک‌ها و ماهواره‌هایی استفاده کنیم که آن‌ها را در مداری به دور سیاره پرتاب می‌کنند.

واکر می‌گوید: "من فکر می‌کنم قوانین فیزیک وجود دارند که هنوز کشف نشده اند و پدیده‌های زندگی را توضیح می‌دهند و فکر می‌کنم این قوانین به نحوی با نحوه ساختار اطلاعات واقعیت ارتباط دارند".

واکر معتقد است که موجودات زنده در مقایسه با اجسام بی جان و طبیعی مانند مولکول‌های ساده پیچید‌تر و دشوارتر از اجزای سازنده اصلی جمع‌آوری می‌شوند. هنگامی که موجودات زنده ساده وجود دارند به نظر می‌رسد که پیچیدگی بیش تری چه از طریق تکامل یا از طریق ساخت ایجاد می‌کنند. بنابراین، واکر معتقد است که زندگی یک افزایش ناگهانی در پیچیدگی ایجاد می‌کند که ممکن است آستانه‌ای داشته باشد که می‌تواند یک ویژگی اساسی در فیزیک زندگی باشد. بخش اصلی دیگر نظریه او زمان است. هر چه یک شئی در زمان عمیق‌تر باشد برای تولید آن به تکامل بیش تری نیاز است.

واکر آزمایشی را طراحی کرده تا چگونگی ساخت مولکول‌ها را با اتصال قطعات کوچکتر به یکدیگر به روش‌های مختلف بررسی کند. او می‌گوید که تیم بررسی کننده اش هیچ گونه شواهدی مبنی بر این که مولکول‌هایی با پیچیدگی بالا می‌توانند توسط موجودات غیر زنده تولید شوند پیدا نکرده اند. هدف نهایی تعیین منشاء حیات است که در آن یک سیستم شیمیایی بتواند پیچیدگی خود را ایجاد کند.

این موضوع نه تنها می‌تواند به ما کمک کند تا بفهمیم که چگونه زندگی از بلوک‌های سازنده غیر زنده به وجود می‌آیند بلکه می‌توانیم از آن برای جستجوی حیات در دیگر جهان‌های کیهان نیز استفاده کنیم.