что такое жизнь с точки зрения физики эрвин шредингер книга

Что такое жизнь с точки зрения физики эрвин шредингер книга

На основе лекций, прочитанных при содействии Дублинского института перспективных исследований в Тринити-колледже, Дублин, в феврале 1943 г.

Памяти моих родителей

В начале 1950-х годов, будучи молодым студентом-математиком, я мало читал, но уж если читал, то в основном Эрвина Шредингера. Мне всегда нравились его работы, в них чувствовалось волнение открытия, сулившее действительно новое понимание загадочного мира, в котором мы живем. В этом смысле особенно выделяется короткая классическая работа «Что такое жизнь?», которую, как я теперь понимаю, непременно следует поставить в один ряд с самыми влиятельными научными трудами XX века. Она является мощной попыткой осознать настоящие тайны жизни – попыткой, сделанной физиком, чьи собственные проницательные догадки сильно изменили наше представление о том, из чего состоит мир. Мультидисциплинарность книги была необычной для своего времени, однако она написана с подкупающей, хотя и обезоруживающей скромностью на уровне, доступном неспециалистам и молодым людям, стремящимся к научной карьере. На самом деле, многие ученые, внесшие фундаментальный вклад в биологию, такие как Б. С. Холдейн[1] и Фрэнсис Крик[2], признавали, что на них оказали значительное влияние различные идеи, пусть и спорные, выдвинутые в этой книге вдумчивым физиком.

Как и многие другие работы, повлиявшие на человеческое мышление, «Что такое жизнь?» излагает точки зрения, которые, будучи усвоенными, представляются почти самоочевидными истинами. Тем не менее их по-прежнему игнорирует множество людей, кому следовало бы понимать, что к чему. Как часто мы слышим, что квантовые эффекты не имеют особого значения в биологических исследованиях или даже что мы потребляем пищу, чтобы получить энергию? Данные примеры подчеркивают непреходящую значимость книги Шредингера «Что есть жизнь?». Без сомнения, ее следует перечитать!

Предполагается, что ученый обладает полным и всеобъемлющим знанием о вещах, полученным из первых рук, а следовательно, не должен писать о том, в чем не является экспертом. Как говорится, noblesse oblige[3]. Сейчас я попрошу вас забыть про noblesse, если таковое имеется, и освободиться от соответствующих обязательств. Я оправдываю это следующим образом: от наших праотцев мы унаследовали сильное стремление к единому, всеохватывающему знанию. Само название высших образовательных учреждений напоминает нам, что с античных времен и на протяжении многих столетий наибольшее внимание уделялось аспекту универсальности. Однако рост – в ширину и глубину – различных ветвей знания в последние сто с небольшим лет заставил нас столкнуться со странной дилеммой. Мы отчетливо ощущаем, что лишь начинаем собирать надежный материал, из которого можно вывести общую сумму всех известных вещей. Но с другой стороны, теперь отдельный ум способен одолеть только небольшой, специализированный фрагмент знания.

Я вижу лишь один способ справиться с этой дилеммой (иначе наша истинная цель будет утрачена навеки): кто-либо должен взять на себя синтез фактов и теорий, даже полученных из вторых рук и неполных, рискуя выставить себя глупцом.

Таково мое оправдание.

Не следует недооценивать языковые сложности. Родной язык – как скроенная по фигуре одежда, и человек чувствует себя неуютно, когда лишается доступа к нему и вынужден пользоваться другим языком. Я хочу выразить благодарность доктору Инкстеру (Тринити-колледж, Дублин), доктору Патрику Брауну (колледж Святого Патрика, Мейнут) и – последнему по счету, но не по значению – мистеру С. К. Робертсу. Им было нелегко подогнать под меня новую одежду и убедить отказаться от «оригинальных» оборотов. Если часть их пережила редактуру моих друзей, это моя вина.

Заголовки разделов изначально должны были представлять собой краткое содержание, и текст каждой главы следует читать in continuo[4].

Менее всего свободный человек размышляет о смерти. В своей мудрости он размышляет не о смерти, а о жизни.

Источник

Что такое жизнь с точки зрения физики эрвин шредингер книга

Лекции, читанные в Тринити-колледж в Дублине в феврале 1943 г.

профессор Дублинского исследовательского института

с точки зрения физики?

The Physical Aspect of the

Senior Professor at the Dublin Institute for Advanced Studies

Перевод с английского и послесловие А. А. МАЛИНОВСКОГО

Художник Г. Рифтин

Вступление

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, P. IV, Prop. 67.

Человек свободный ни о чем так

мало не думает, как о смерти, и

его мудрость состоит в размышлении

не о смерти, а о жизни.

Спиноза, Этика, ч. IV, теор. 67.

Предисловие

Обычно принято думать, что ученый должен в совершенстве знать определенную область науки из первых рук, и поэтому считают, что ему не следует писать по таким вопросам, в которых он не является знатоком. Это рассматривается, как вопрос noblesse oblige [1]. Однако для достижения моей цели я хочу отказаться от noblesse и прошу, в связи с этим, освободить меня от вытекающих отсюда обязательств. Мои извинения заключаются в следующем.

Я не вижу выхода из этого положения (чтобы при этом наша основная цель не оказалась потерянной навсегда), если некоторые из нас не рискнут взяться за синтез фактов и теорий, хотя бы наше знание в некоторых из этих областей было неполным и полученным из вторых рук и хотя бы мы подвергались опасности показаться невеждами.

Пусть это послужит мне извинением.

Большое значение имеют также трудности с языком. Родной язык каждого является как бы хорошо-пригнанной одеждой, и нельзя чувствовать себя вполне свободно, когда ваш язык не может быть непринужденным и когда его надо заменить другим, новым. Я очень благодарен д-ру Инкстеру(Тринити-колледж, Дублин), д-ру Падрайг Броуну (колледж св. Патрика, Мэйнут) и, наконец (но не меньше, чем другим), мистеру С. К.Робертсу. Им доставило много забот подогнать на меня новое одеяние, и это усугублялось еще тем, что порой я не хотел отказаться от своего несколько «оригинального» собственного стиля. Если что-либо из него сохранилось, несмотря на стремление моих друзей смягчить его, то это должно быть отнесено на мой, а не на их, счет.

Первоначально предполагалось, что подзаголовки многочисленных разделов будут иметь характер резюмирующих надписей на полях, и текст каждой главы должен был бы читаться in continue (непрерывно) [2].

Я очень обязан д-ру Дарлингтону и издателю Endeavour (Об-во имперских химических производств) за клише для иллюстраций. В них сохранены все первоначальные детали, хотя не все эти детали имеют отношение к содержанию книги.

Дублин, сентябрь, 1944. Э. Ш.

Подход классического физика к предмету

Общий характер и цели исследования

Действительно, несмотря на разнообразие тем, включенных в книгу, в целом она должна передать только одну мысль, только одно небольшое пояснение к большому и важному вопросу. Чтобы не уклониться с нашего пути, будет полезно заранее кратко очертить наш план.

Большой, важный и очень часто обсуждаемый вопрос заключается в следующем: как могут физика и химия объяснить те явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма?

Предварительный ответ, который постарается дать и развить эта небольшая книга, можно суммировать так: явная неспособность современной физики и химии объяснить такие явления совершенно не дает никаких оснований сомневаться в том, что они могут быть объяснены этими науками.

Статистическая физика. Основное различие в структуре

Предыдущее замечание было бы весьма тривиальным, если бы оно имело целью только стимулировать надежду достигнуть в будущем того, что не было достигнуто в прошлом. Оно, однако, имеет гораздо более положительный смысл, а именно, что неспособность физики и химии до настоящего времени дать ответ полностью объяснима.

Благодаря умелой работе биологов, главным образом генетиков, за последние 30 или 40 лет теперь стало достаточно много известно о действительной материальной структуре организмов и об их отправлениях, чтобы понять, почему современные физика и химия не могли объяснить явления в пространстве и времени, происходящие внутри живого организма.

В оригинале книги многочисленные подзаголовки разделов даны среди текста, что часто нарушает подзаголовки вынесены на поля. (Прим. пеpeв.)

Это утверждение может представиться несколько чересчур общим. Обсуждение должно быть отложено до конца этой книги, §§ 65 и 66.

Источник

ЧИТАТЬ КНИГУ ОНЛАЙН: Что такое жизнь?

НАСТРОЙКИ.

СОДЕРЖАНИЕ.

СОДЕРЖАНИЕ

Лекции, читанные в Тринити-колледж в Дублине в феврале 1943 г.

профессор Дублинского исследовательского института

с точки зрения физики?

The Physical Aspect of the

Senior Professor at the Dublin Institute for Advanced Studies

Перевод с английского и послесловие А. А. МАЛИНОВСКОГО

Художник Г. Рифтин

Вступление

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, P. IV, Prop. 67.

Человек свободный ни о чем так

мало не думает, как о смерти, и

его мудрость состоит в размышлении

не о смерти, а о жизни.

Спиноза, Этика, ч. IV, теор. 67.

Предисловие

Обычно принято думать, что ученый должен в совершенстве знать определенную область науки из первых рук, и поэтому считают, что ему не следует писать по таким вопросам, в которых он не является знатоком. Это рассматривается, как вопрос noblesse oblige[1]. Однако для достижения моей цели я хочу отказаться от noblesse и прошу, в связи с этим, освободить меня от вытекающих отсюда обязательств. Мои извинения заключаются в следующем.

Я не вижу выхода из этого положения (чтобы при этом наша основная цель не оказалась потерянной навсегда), если некоторые из нас не рискнут взяться за синтез фактов и теорий, хотя бы наше знание в некоторых из этих областей было неполным и полученным из вторых рук и хотя бы мы подвергались опасности показаться невеждами.

Пусть это послужит мне извинением.

Большое значение имеют также трудности с языком. Родной язык каждого является как бы хорошо- пригнанной одеждой, и нельзя чувствовать себя вполне свободно, когда ваш язык не может быть непринужденным и когда его надо заменить другим, новым. Я очень благодарен д-ру Инкстеру(Тринити- колледж, Дублин), д-ру Падрайг Броуну (колледж св. Патрика, Мэйнут) и, наконец (но не меньше, чем другим), мистеру С. К.Робертсу. Им доставило много забот подогнать на меня новое одеяние, и это усугублялось еще тем, что порой я не хотел отказаться от своего несколько ‘оригинального’ собственного стиля. Если что-либо из него сохранилось, несмотря на стремление моих друзей смягчить его, то это должно быть отнесено на мой, а не на их, счет.

Первоначально предполагалось, что подзаголовки многочисленных разделов будут иметь характер резюмирующих надписей на полях, и текст каждой главы должен был бы читаться in continue (непрерывно)[2].

Я очень обязан д-ру Дарлингтону и издателю Endeavour (Об-во имперских химических производств) за клише для иллюстраций. В них сохранены все первоначальные детали, хотя не все эти детали имеют отношение к содержанию книги.

Дублин, сентябрь, 1944. Э. Ш.

Подход классического физика к предмету

Общий характер и цели исследования

Источник

Что такое жизнь?

Первооткрыватели двойной спирали ДНК Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон пришли к молекулярной генетике (один из физики, другой из зоологии), как сами признавались, благодаря этой книжке. Прочитав ее, они поняли, где в науке будет прорыв. И сами этот прорыв совершили: открыли структуру ДНК и способ ее «размножения».

Современный физик и математик Роджер Пенроуз, сам прекрасный популяризатор и мастер задавать вдохновляющие вопросы, считает, что эту книгу «непременно следует поставить в один ряд с самыми влиятельными научными трудами XX века».

«Что такое жизнь» и сейчас читают самые романтические и широко мыслящие школьники и первокурсники, да и маститые ученые, хотя Эрвин Шрёдингер даже не знал, что такое ферменты и что гены кодируются ДНК.

Наука как искусство задавать вопросы

Эрвин Шрёдингер вдохновляет уже тем, что задает, казалось бы, наивные, но самые главные вопросы. Ровно так, как любят задавать вопросы дети, коты и гении. И задает их так, что скучный человек хочет от него отмахнуться, а остроумный начинает отвечать со всей кошачьей серьезностью.

Но как он задавал вопросы и какие?

Почему атомы так малы?

Этот вопрос звучит по-детски. Скучный взрослый на него ответит: «Уж какие есть, такие родились». Остроумный зануда заметит: «Маленькие в сравнении с чем? Не бывает просто маленького или большого, все познается в сравнении». Шрёдингер пишет:

В атомной физике за единицу длины принят так называемый ангстрем (А), равный 10

10 метра (м) или в десятичной записи 0,0000000001 м. Диаметр атомов лежит между 1 и 2 А. Единицы же длины, по сравнению с которыми атомы так малы, прямо связаны с размерами нашего тела.

Бытует легенда, которая приписывает происхождение ярда чувству юмора одного английского короля. Когда советники спросили его, что принять за единицу длины, он вытянул руку в сторону и сказал: «Возьмите расстояние от середины моей груди до кончиков пальцев, это и будет то, что надо». Было так или нет, но этот рассказ имеет прямое отношение к нашему вопросу. Естественно, что король хотел указать длину, сравнимую с длиной его тела, так как он знал, что иначе мера будет очень неудобной. При всем своем пристрастии к ангстремам физик все-таки предпочтет, чтоб ему сказали, что на его новый костюм потребуется 6,5 ярда твида, а не 65 тысяч миллионов ангстремов.

Почему гены все же существуют?

Теперь мы знаем, что такая точка зрения была бы ошибочной. Как мы сейчас увидим, невероятно маленькие группы атомов, слишком малые, чтобы проявлять точные статистические законы, играют главенствующую роль в весьма упорядоченных и закономерных процессах внутри каждого организма.

Мы теперь серьезно стоим перед вопросом: как можно с точки зрения статистической физики примирить то, что генная структура, по-видимому, включает в себя только сравнительно малое число атомов (порядка 1000, а возможно, гораздо меньше) и все же проявляет весьма регулярную и закономерную активность и такое постоянство, какое граничит с чудом.

И действительно, структура двойной спирали ДНК, открытая Уотсоном и Криком в 1953 году, очень похожа на «апериодический кристалл». Смотрите, цепь дезоксирибонуклеиновой кислоты состоит из одинаковых частей: сахара дезоксирибозы и фосфатной группы, внутри комплементарными парами идут азотистые основания. И получается, что цепь похожа на периодический кристалл, а основания пишут апериодический текст нашего генома.

Как могут сворачиваться белки

Здесь хочется рассказать историю одного недавнего красивого научного результата, про который не мог знать Шрёдингер, но зато эта история содержит «странный и нелепый» парадокс в духе его книги.

Для короткого белка в 100 аминокислот количество вариантов структуры составило бы примерно 10100, их «тупой» перебор занял бы примерно 1080 лет, если на переход из одной структуры в другую заложить лишь 10-13 секунды.

Этот парадокс разрешил Алексей Финкельштейн с коллегами в пущинском Институте белка. Оказалось, что белок сворачивается, не перебирая все варианты, а исключая неподходящие по дороге. Он начинает упаковываться по частям. Например, часть цепочки сворачивается в спираль или фрагмент будущего клубка. Уже свернутый фрагмент клубка больше не разрушается и не участвует в переборе вариантов, они оказываются очень стабильными. К ним постепенно присоединяются остальные части цепи. Для белка в 100 аминокислот количество вариантов оценивается не в 10100, а «всего» в 10100*2/3, что дает наблюдаемое в экспериментах время (удивительно: небольшое изменение формулы степени кардинально меняет результат).

То есть молекулы в живых системах ведут себя по законам физики, но не вполне случайно: они словно накапливают порядок, как будто «по плану».

Что мы едим, когда едим?

Удивительная способность ДНК и белков строить себя, свою структуру (сейчас мы знаем, что внутри живой клетки им помогают другие белки, нуклеиновые кислоты и целые машины, состоящие из них) тоже была угадана Шрёдингером в рассуждении о жизни как функции порядка.

И здесь он начал с «наивного» вопроса. Все знают, что организмы живут благодаря обмену веществ: нам нужно питаться, чтобы жить. Но Шрёдингер пишет:

…Представляется нелепостью, чтобы главным был именно обмен веществ. Любой атом азота, кислорода, серы и т. п. так же хорош, как любой другой атом того же элемента…

Мы потребляем не просто вещества, их в организме полно. И даже не энергию, ведь общая энергия организма более-менее постоянна. Но он все равно нуждается в веществах и энергии. Наверное, эти вещество и энергия должны быть особенными.

Интересно, если люди сделают такого робота, они будут считать его живым?

Новые вопросы

А если бы Эрвин Шрёдингер писал такую книжку сейчас, какие бы вопросы он поставил, чтобы вдохновить ныне живущих молодых ученых?

Тем не менее в биологии до сих пор остаются удивительные наивные вопросы. Артем Оганов сформулировал два, самых волнующих.

Как произошла жизнь?

Мы понимаем, что жизнь, вполне вероятно, началась с молекул РНК, которые очень похожи на ДНК, но любят сворачиваться не только в двойные спирали, но и в разные прихотливые, при этом довольно стабильные конфигурации. Некоторые из них могут помогать строить себя, то есть размножаться. Но как возникла сама РНК? Возможность ее синтеза из простых веществ недавно была показана. Но в какой обстановке она возникла? Каким был первый организм? А кто такие вирусы? Это паразиты, сформировавшиеся из более сложных существ, или они подсказывают нам, как выглядели первые организмы? Вопросов множество.

Что такое сознание?

Ненаучный вопрос напоследок

Но Шрёдингер не сомневался в наличии свободы воли, а в последней главе, извиняясь перед читателями, позволяет себе пофилософствовать:

1. Мое тело функционирует как чистый механизм, подчиняясь всеобщим законам природы.

2. Однако из неопровержимого, непосредственного опыта я знаю, что я управляю действиями своего тела…

Ни в каком случае здесь нет потери личного существования, которую надо оплакивать.

Источник

Лекции, читанные в Тринити-колледж в Дублине в феврале 1943 г.

Лекции, читанные в Тринити-колледж в Дублине в феврале 1943 г.

профессор Дублинского исследовательского института

с точки зрения физики?

The Physical Aspect of the

Senior Professor at the Dublin Institute for Advanced Studies

Перевод с английского и послесловие А. А. МАЛИНОВСКОГО

Художник Г. Рифтин

Вступление

Homo liber nulla de re minus quam

de morte cogitat; et ejus sapientia

non mortis sed vitae meditatio est.

Spinoza, Ethica, P. IV, Prop. 67.

Человек свободный ни о чем так

мало не думает, как о смерти, и

его мудрость состоит в размышлении

не о смерти, а о жизни.

Спиноза, Этика, ч. IV, теор. 67.

Предисловие

Обычно принято думать, что ученый должен в совершенстве знать определенную область науки из первых рук, и поэтому считают, что ему не следует писать по таким вопросам, в которых он не является знатоком. Это рассматривается, как вопрос noblesse oblige[1]. Однако для достижения моей цели я хочу отказаться от noblesse и прошу, в связи с этим, освободить меня от вытекающих отсюда обязательств. Мои извинения заключаются в следующем.

Я не вижу выхода из этого положения (чтобы при этом наша основная цель не оказалась потерянной навсегда), если некоторые из нас не рискнут взяться за синтез фактов и теорий, хотя бы наше знание в некоторых из этих областей было неполным и полученным из вторых рук и хотя бы мы подвергались опасности показаться невеждами.

Пусть это послужит мне извинением.

Большое значение имеют также трудности с языком. Родной язык каждого является как бы хорошо-пригнанной одеждой, и нельзя чувствовать себя вполне свободно, когда ваш язык не может быть непринужденным и когда его надо заменить другим, новым. Я очень благодарен д-ру Инкстеру(Тринити-колледж, Дублин), д-ру Падрайг Броуну (колледж св. Патрика, Мэйнут) и, наконец (но не меньше, чем другим), мистеру С. К.Робертсу. Им доставило много забот подогнать на меня новое одеяние, и это усугублялось еще тем, что порой я не хотел отказаться от своего несколько «оригинального» собственного стиля. Если что-либо из него сохранилось, несмотря на стремление моих друзей смягчить его, то это должно быть отнесено на мой, а не на их, счет.

Первоначально предполагалось, что подзаголовки многочисленных разделов будут иметь характер резюмирующих надписей на полях, и текст каждой главы должен был бы читаться in continue (непрерывно)[2].

Я очень обязан д-ру Дарлингтону и издателю Endeavour (Об-во имперских химических производств) за клише для иллюстраций. В них сохранены все первоначальные детали, хотя не все эти детали имеют отношение к содержанию книги.

Дублин, сентябрь, 1944. Э. Ш.

Подход классического физика к предмету

Общий характер и цели исследования

Действительно, несмотря на разнообразие тем, включенных в книгу, в целом она должна передать только одну мысль, только одно небольшое пояснение к большому и важному вопросу. Чтобы не уклониться с нашего пути, будет полезно заранее кратко очертить наш план.

Большой, важный и очень часто обсуждаемый вопрос заключается в следующем: как могут физика и химия объяснить те явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма?

Предварительный ответ, который постарается дать и развить эта небольшая книга, можно суммировать так: явная неспособность современной физики и химии объяснить такие явления совершенно не дает никаких оснований сомневаться в том, что они могут быть объяснены этими науками.

Статистическая физика. Основное различие в структуре

Предыдущее замечание было бы весьма тривиальным, если бы оно имело целью только стимулировать надежду достигнуть в будущем того, что не было достигнуто в прошлом. Оно, однако, имеет гораздо более положительный смысл, а именно, что неспособность физики и химии до настоящего времени дать ответ полностью объяснима.

Благодаря умелой работе биологов, главным образом генетиков, за последние 30 или 40 лет теперь стало достаточно много известно о действительной материальной структуре организмов и об их отправлениях, чтобы понять, почему современные физика и химия не могли объяснить явления в пространстве и времени, происходящие внутри живого организма.

Источник