Увидел статью известного физика Пола Дэвиса Квантовое происхождение жизни? Следует отметить, что в честь Дэвиса в 1999 году астероид 1992 OG назвали именем Pauldavies. Статья является первой в сборнике статьей 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 в Google Scholar, кто цитирует статью Дэвиса. Можно сказать, что идея квантового происхождения жизни пока находится на ранней стадии экспоненциального роста, когда уверенно предсказать параметры экспоненты еще не представляется возможным.
Cреди 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
Davies, Paul CW. 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
http://evgeniirudnyi.livejournal.com/134919.html
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. Также физики привлекли к рассмотрению высказывания Ричарда Фейнмана, но в данном случае я не уверен, что Фейнман солидарен с озвученной авторами позицией. По крайней мере, статья начинается с выразительной цитаты Фейнмана:
‘Самой плодотворной мыслью, сильнее всего стимулирующей прогресс в биологии, является, по-видимому, предположение о том, что все, что делают животные, это делают атомы, что в живой природе все результат каких-то физических и химических процессов, а сверх этого ничего нет.’
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.
Каклюгин А.С., Норман Г.Э., Иерархический подход – обобщение витализма и редукционизма, Российский химический журнал. 2000. Т. 44. N. 3. С. 7.