Биологи определяют жизнь через размножение, обмен веществ, рост и все такое. А вот с точки зрения физики - что это вообще? Читал про энтропию, про то что живые системы как бы "борются" со вторым началом термодинамики, но толком не понял.
Есть ли строгое физическое определение жизни? Или физика вообще не различает живое и неживое?
Короткий ответ: строгого физического определения жизни нет. Но есть несколько мощных подходов.
Самый классический - Шредингер, книга "Что такое жизнь?" (1944). Он сформулировал идею так: живой организм питается отрицательной энтропией. То есть живая система поддерживает свою внутреннюю упорядоченность за счет того, что увеличивает беспорядок вокруг себя. Ты ешь еду (упорядоченные молекулы), перерабатываешь ее в тепло и отходы (хаос), а полученную энергию тратишь на поддержание структуры своих клеток.
Более современный взгляд - через неравновесную термодинамику Пригожина. Живые системы это диссипативные структуры: они существуют только пока через них протекает поток энергии. Выключи поток - система разрушится (смерть). Примерно как водоворот в реке: он упорядочен, устойчив, но существует только пока течет вода.
Еще один подход - через информацию. Живое отличается от неживого тем, что хранит, копирует и использует информацию (ДНК). С точки зрения физики это вычислительная машина, работающая на молекулярном уровне.
И наконец, Джереми Ингланд в 2013 году предложил гипотезу: материя при определенных условиях самоорганизуется в структуры, которые максимально эффективно рассеивают энергию. Жизнь по этой гипотезе - не случайность, а статистически вероятный результат физических законов.
Но ни один из этих подходов не дает четкой границы "живое/неживое". Вирус - живой? Прион? Самовоспроизводящийся кристалл? Физика на эти вопросы пожимает плечами.
Мне преподаватель на лекции по статфизике объяснял через аналогию с холодильником. Холодильник тоже создает порядок внутри себя (охлаждает продукты) за счет увеличения хаоса снаружи (греет комнату через заднюю стенку). Живой организм делает ровно то же самое, только сам себя конструирует и чинит.
Разница в том, что холодильник кто то собрал, а живая клетка собирает сама себя по инструкции из ДНК. Вот это свойство самосборки и самовоспроизведения физика пока не может вывести из первых принципов.
Вопрос по сути философский, а не физический. Физика описывает поведение материи и энергии. Ей без разницы, живое перед ней или нет. Электрон в молекуле ДНК подчиняется тем же уравнениям, что и электрон в куске железа.
Попытки дать физическое определение жизни упираются в то, что любое определение либо слишком широкое (включает огонь, кристаллы, ураганы), либо слишком узкое (исключает вирусы или гипотетические формы жизни на других планетах).
Если копнуть глубже, сам вопрос "что такое жизнь" содержит скрытое допущение: что категория "жизнь" объективно существует в природе. А может это просто удобный ярлык, который мы навесили на определенный класс сложных химических реакций? Границу между живым и неживым провели биологи для удобства классификации. Физике эта граница не нужна.
Если совсем упрощать:
Физика видит жизнь как локальное уменьшение энтропии за счет внешнего источника энергии. Солнце светит, растения ловят фотоны, строят из CO2 и воды сахар (порядок). Ты ешь растение, строишь из сахара клетки (порядок). При этом общая энтропия Вселенной растет, второе начало не нарушается.
Все. Больше физика ничего принципиального про жизнь не говорит.
А можно я зайду с другой стороны? Все говорят про энтропию и термодинамику, но есть еще квантовая биология. Относительно молодое направление.
Фотосинтез использует квантовую когерентность для переноса энергии с эффективностью близкой к 100%. Птицы ориентируются по магнитному полю через квантовую запутанность в молекулах криптохрома в глазах. Ферменты ускоряют реакции через квантовое туннелирование.
То есть жизнь не просто "борется с энтропией". Она эксплуатирует квантовые эффекты на макроуровне, при комнатной температуре, в мокрой шумной среде. Это то, что инженеры до сих пор не могут повторить в лаборатории (квантовые компьютеры работают при температуре близкой к абсолютному нулю).
Может быть, именно эта способность использовать квантовую механику в теплом хаосе и есть физическая суть жизни.
жизнь это когда вселенная смотрит сама на себя)) мы буквально звездная пыль которая научилась думать о звездной пыли
Про Ингланда не слышал, пошел гуглить. Спасибо за развернутый ответ!