Лира Литературно-рекламна Агенция
„Живот на ръба“ (ИК „Изток-Запад“) е забележителна научна книга. Авторите Ал-Халили и Макфадън ни въвеждат в света на квантовата биология и доказват, че тя вече е част от всекидневието ни.
Анализът на двамата учени доказва, че не само напредъкът в знанието ни се дължи най-вече на квантовата физика, но че и настъпването на квантовото бъдеще вече чука на вратите ни. Защо ли? Защото квантовата революция набира скорост и няма кой да спре огромните промени, които ни предстоят.
Книгата е щастливо съчетание между научния опит на авторите и несравнимата им дарба на разказвачи. Те успяват на достъпен език да ни обяснят тази твърде непонятната научна област, наречена квантова биология, на основата на постиженията на квантовата физика. А тя е важна, тъй като е състояние да даде пълната картина на градивните елементи във Вселената и да обясни света на малките неща ‒ поведението на атомите и свойствата на още по-малките елементарни частици.
С какво е оригинална концепция на Ал-Халили и Макфадън? Най-вече с това, че изследванията им навлизат в ново, непознато научно поле – полето на квантовата биология, от която човечеството трябва да очаква действителни революционни резултати. Ето защо авторите не само търсят, но и намират свой сериозен отговор на вечното питане „Какво представлява животът?“ Техните авангардни изводи успяват да докажат, че животът ни се намира на границата между квантовия и класическия свят, на квантовия ръб.
Който прочете разказа за този ръб, ще разбере какво значи квантовото биене, що е това квантови гени, каква е механиката на мисълта и къде е ситуиран човекът във видовете на бъдещата квантовата биология. Ал-Халили и Макфадън по научен път прогнозират появата на нов вид „жива технология“ чрез създаването на първичната квантова протоклетка. И двамата са достатъчно убедителни в твърдението си, че познатият ни живот просто ще престане да съществува, ако съзнателно не бъде свързан с квантовия свят.
Преводът от английски е дело на Елена Филипова, вече превела за ИК „Изток- Запад“ трудове на Джордж Стайнър, Стивън Пинкър и Рей Кърцуайл… Оформлението на корицата е на Румен Хараламбиев.
ОТКЪС от Втора глава „Що е живот?
Проблемът, който интригувал Шрьодингер, бил загадъчният процес на наследяването. Може би си спомняте, че по онова време, през първата половина на ХХ в., учените знаели, че гените се наследяват от едно поколение към следващото, но не и в какво се състоят самите гени, нито как функционират. Кои закони, питал се Шрьодингер, осигурявали на наследствеността нейното високо ниво на надеждност? С други думи, как е възможно еднакви копия от гените да се предават практически непроменени от поколение към поколение?
Шрьодингер знаел, че точните и повторяемо доказуеми закони на класическата физика и химия, като случайното движение на атоми и молекули, лежащо в сърцевината на термодинамиката, са всъщност статистически закони, което значи, че те са верни само средностатистически и са надеждни, защото се отнасят за взаимодействието на голям брой частици. Ако се върнем към нашата билярдна маса, движението на една отделна топка е напълно непредсказуемо, но хвърлете много топки на масата, удряйте ги безразборно около час и бихте могли да предскажете, че повечето от тях ще паднат в джобовете. Така действа и термодинамиката – предсказуемо е средностатистическото поведение на множеството молекули, а не поведението на отделните молекули. Шрьодингер изтъкнал, че статистическите закони, като онези на термодинамиката, престават да описват правилно системи, съставени само от малък брой частици.
Да вземем например законите за газовете, формулирани от Робърт Бойл и Жак Шарл преди триста години. Те описват как ще се разшири или свие обемът на газ в балон, когато бъде съответно загрят или охладен. Това поведение може да бъде изразено с една проста математическа формула, известна като закон за идеалния газ . Балонът се подчинява на тези подредени закони: ако го загреете, ще се разшири; ако го охладите, ще се свие. Той се подчинява на тези закони въпреки факта, че е пълен с трилиони молекули, които взети поотделно се държат като хаотичните билярдни топки, чието движение е напълно случайно, блъскат се и се бутат една друга и отскачат от вътрешната стена на балона. Как безредното движение поражда подредени закони?
Когато балонът бъде загрят, молекулите на въздуха започват да подскачат насам-натам по-бързо, което означава, че те ще се блъскат една в друга и в стените на балона с малко повече сила. Тази допълнителна сила упражнява по-голямо налягане върху еластичната материя на балона (също както правеше с подвижната преграда върху билярдната маса на Болцман) и я кара да се разпъва. Разширението ще зависи от внесената топлина, то е напълно предсказуемо и може да бъде точно описано от законите за газовете. Важният момент е, че балонът като единичен обект се подчинява строго на газовия закон, защото подреденото движение на неговата единствена непрекъсната еластична повърхност се обуславя от безредните движения на много голям брой частици, създаващи, както се изразява Шрьодингер, ред от безредието.
Шрьодингер твърдял, че не само законите за газовете дължат своята точност на статистическите свойства на голямата численост; всички закони на класическата физика и химия – в това число законите, управляващи динамиката на флуидите или химичните реакции – се основават на този принцип на „усредняване на голямата численост“ или „ред от безредието“.
Но макар че един нормално голям балон с трилиони молекули въздух винаги ще се подчинява на газовите закони, един микроскопичен балон, толкова мъничък, че да съдържа само шепа молекули въздух, няма да им се подчинява. Това е така, защото дори при постоянна температура шепата молекули в миниатюрния балон понякога съвсем случайно ще се раздалечават, карайки балона да се надува. По същия начин понякога той ще се свива без никаква друга причина, освен че всичките му молекули по случайност се движат навътре. Поведението на един много миниатюрен балон следователно ще е до голяма степен непредсказуемо.
Тази зависимост на подредеността и предсказуемостта от числеността, естествено, ни е много позната от всички области на живота. Така например американците играят повече бейзбол от канадците, докато канадците играят повече хокей на лед от американците. Въз основа на този статистически „закон“ могат да се направят допълнителни предвиждания за всяка от страните – например че Америка ще внася повече бейзболни топки, отколкото Канада, и че Канада ще внася повече хокейни стикове, отколкото Америка. Но макар подобни статистически закони да имат прогностична стойност, когато бъдат приложени към цели страни с техните милиони обитатели, те не могат да предскажат с точност търговията с хокейни стикове и бейзболни топки в едно малко градче, да речем, в Минесота или Саскачеуан.
Шрьодингер отишъл по-нататък от простото наблюдение, че на микроскопично ниво не може да се разчита на статистическите закони на класическата физика – той изразил количествено намаляването на точността, като изчислил, че величината на отклоненията от тези закони е обратно пропорционална на квадратния корен на броя участващи частици. Така че балон, пълен с един трилион (т.е. милион милиона) частици, се отклонява от строгите газови закони само с една милионна. Един балон обаче, пълен само със сто частици, ще се отклонява от подреденото поведение с една десета. Макар че такъв балон често пъти пак ще се разширява при загряване и ще се свива при охлаждане, той няма да го прави по начин, който би могъл да се изрази с някакъв детерминистичен закон. Всички статистически закони на класическата физика се подчиняват на това ограничение: те важат за обекти, съставени от много голям брой частици, но не са в състояние да опишат поведението на обекти, състоящи се от малък брой частици. Така че всичко, което разчита за своята надеждност и правилност на класическите закони, трябва да е съставено от много частици.
Ами животът? Възможно ли е неговото подредено поведение, например законите за наследствеността, да бъде обяснено със статистически закони? Размишлявайки по този въпрос, Шрьодингер стигнал до заключението, че принципът „ред от безредието“, стоящ в основата на термодинамиката, не би могъл да управлява живота – защото според него поне някои от най-миниатюрните биологични машини са твърде малки, за да се управляват от класическите закони.
Така например по времето, докато пишел „Що е живот?“ – време, когато вече се знаело, че наследствеността се управлява от гените, но природата на самите гени все още била загадка, – Шрьодингер задал един прост въпрос: достатъчно големи ли са гените, за да извличат своята възпроизводствена точност от статистическите закони на „реда от безредието“? Той достигнал до един предполагаем размер на отделния ген, който трябвало да е не по-голям от куб със страни около 300 ангстрьома (един ангстрьом е 0,0000000001 метра). Подобен куб би съдържал около един милион атома. Това може да звучи като много, но квадратният корен на един милион е хиляда, така че нивото на неточност, или „шум“, в наследствеността би трябвало да е от порядъка на едно към хиляда, или 0,1%. Значи ако наследствеността са основаваше на класическите статистически закони, тя би трябвало да произвежда грешки (отклонения от законите) от порядъка на едно на хиляда. И все пак се знае, че гените могат да се предават вярно, с нива на мутации (грешки) под едно на милиард. Тази изключително висока степен на точност убедила Шрьодингер, че законите на наследствеността не биха могли да се основават на класическите закони от типа „ред от безредието“. Той изказал вместо това предположението, че гените приличат повече на отделните атоми или молекули, в смисъл, че се подчиняват на некласическите, но странно подредени правила на науката, за чието основаване той самият допринесъл – квантовата механика. Шрьодингер предположил, че наследствеността се основава на новия квантов принцип „ред от реда“.
Шрьодингер изложил тази теория за пръв път в една серия лекции в ТринитиКолидж в Дъблин през 1943 г., които публикувал на следващата година под заглавието „Що е живот?“. Там той пише: „Живият организъм изглежда е макроскопична система, която в част от своето поведение се доближава до онова… към което проявяват тенденция всички системи, когато температурата наближава абсолютната нула и молекулното безредие бъде отстранено.“ По причини, които скоро ще открием, при абсолютната нула всички обекти се подчиняват по-скоро на квантовите, отколкото на термодинамичните закони. Животът, твърдял Шрьодингер, е явление на квантово ниво, способно да лети във въздуха, да ходи на два или четири крака, да плува в океана, да израства от почвата или дори да чете тази книга.
„Живот на ръба“ тук
