Пише: Адам Френк
Превод: М. М. Милојевић
Фундаментална природа живих бића доводи у питање претпоставке којих су се физичари држали вековима
Дана 8. октобра 2024. научно поље физике је упало у једну контроверзу. Тог дана, Нобелова награда за физику је додељена не за откриће у вези са црним рупама, космологијом или чудним новим субатомским честицама, већ за рад у области вештачке интелигенције. Како је могуће да највиша награда у овој области буде додељена за истраживање о машинама осмишљеним да опонашају људски мозак? Где је у томе уопште физика?
Током највећег дела 20. века, физичари су углавном игнорисали живе системе. Они су жива бића разумели као машине, иако машине направљене од лепљивих и слузавих делова. Поддисциплина названа биофизика била је усредсређена на откривање специфичних физичких механизама који стоје иза ових молекуларних машина. Организми као целина, међутим, нису били од преке бриге.
Али данас, многе од мојих колега физичара се више не слажу са таквим олаким одбацивањем. Уместо тога, дошли смо до уверења да се необична мистерија одиграва у сваком микробу, животињи и човеку – мистерија која искушава основне претпоставке којих су се физичари држали вековима, и која би могла да помогне у трагању за суштинским одговорима о вештачкој интелигенцији.
Средишње за самопоуздање физике је била идеја да је у питању „најфундаменталнија“ од свих наука. Истраживачи физике проучавају основне чиниоце стварности – простор и време, енергију и материју – и речено им је да све остале научне дисциплине морају да редукују наниже према фундаменталним честицама и законима које формулише физика. Ова филозофија, позната као „редукционизам“, била је прилично успешна од Њутнових закона све до дубоко у 20. век како су физичари откривали електроне, кваркове, теорију релативности и тако даље. Али током неколико претходних деценија, напредак у већини редукционистичких грана физике се успорио. На пример, дуго обећавана „теорија свега“, попут теорије струна, није се показала нарочито плодотворном.
Постоје, међутим, други начини поред редукционизма да се промишља о томе шта је основно у универзуму. Почев од осамдесетих година 20. века, физичари (заједно са истраживачима у другим дисциплинама) почели су да развијају нове математичке алатке да истражују оно што су назвали „сложеношћу“ (complexity) – системе у којима је целина много више од збира појединачних делова. Крајњи циљ редукционизма био је да објасни све у универзуму као исходиште узајамног деловања честица. Према истраживачима комплексних система, насупрот томе, једном када се мноштво појединачних честица узајамно повеже формирајући макроскопски ентитет – као што је организам – знање свега о појединачним честицама није довољно за разумевање реалности. Рани заговорник овог приступа био је физичар Филип В. Андерсон, који је језгровито формулисао антиредукционистичку перспективу фразом Више је другачије. Наука о комплексним системима брзо се развијала у 21. веку, и истраживачи који су радили у овој области добили су Нобелову награду за физику 2021. године.
Са физичарског становишта, ниједан сложени систем није необичнији или изазовнији од живота. Пре свега, устројство живе материје коси се са уобичајеним очекивањима физичара о универзуму. Ваше тело начињено је од материје, као и све друго. Али атоми од којих је саздано данас неће бити исти атоми од којих ће бити саздано за годину дана. Ово значи да ви као и свако друго живо биће нисте инертни објекти, попут камена, већ динамичан образац који се одиграва током времена. Прави изазов за физику, међутим, јесте да су обрасци који чине живот способни за само-организовање. Живи системи и стварају и одржавају себе у некаквој чудној петљи коју ниједна машина не може да репликује. Размотримо ћелијску мембрану, која омогућава ћелији да остане жива тако што допушта неким хемикалијама да уђу унутра док друге задржава са спољне стране. Ћелија ствара и континуирано одржава мембрану, али је и сама мембрана процес који чини ћелију.
Тај проблем ‘шта је старије, кокошка или јаје’ поткопава сан старе физике: да ће једном када се каталогизују фундаменталне честице универзума, све остало бити могуће експлицитно описати и предвидети. Дајте ми младу звезду, и ја могу користећи се редукционистичким законима физике да предвидим будућност звезде: она ће трајати милион година уместо милијарду година; скончаће као црна рупа уместо као бели патуљак. Али компоненте живих организама стварају нешто ново и неочекивано, феномен који се назива појавом израстања (emergence). Дајте ми једноставну ћелију из раних дана Земљине историје, и никада не бих могао да предвидим да ће четири милијарде година касније она еволуирати у џиновског зеца који може да вас опаучи по лицу. Кенгури – попут људи – су непредвидљива, израстајућа последица еволуције живота.
Фундаментални закони који управљају материјом и енергијом не могу да предвиде још једно основно својство живота: то је једини систем у универзуму који користи информације за сопствене сврхе. Биљке расту према светлу, микроби пливају према богатим изборима хране, животиње се крију од грабљиваца, људи шаљу џиновске металне скаламерије у далеки свемир. Иако би неко, на пример, могао да програмира робота да трага за утичницом уколико очитава пражњење батерије, живо биће (људски програмер, на пример) мора да експлицитно уреже код о тој потреби у машину. Живот, насупрот томе, је истовремено делатан и аутономан: Од микроба преко краба до људи сви живи створови имају своје чешање за свој свраб.
Да бисмо заиста разумели живе системе као само-организујуће, аутономне делатнике, физичари морају да напусте своја предубеђења која се своде „све су то, госпођо, само честице“. Један од великих талената физичара – отпочињање законима о једноставним деловима (попут атома) и успињање даље према сложеним целинама – не може у потпуности да проникне у ћелије, животиње или људе. Уколико будемо имали среће, наша област изучавања искористиће своје друге елементарне вештине које могу помоћи да се проникну одговори на ова питања: посебан начин постављања питања и изградња модела са предвиђачком способношћу. Физичари су увек били добри у издвајању кључних аспеката система и представљања ових основних аспеката на језику математике. Колико је користан проток енергије кроз ћелијску мембрану? Које устројство неурона максимизује информације у нервном систему ваљкастих црва? Сада ове вештине морају бити искоришћене у трагању за одговором на древно питање које тек сада привлачи заслужену пажњу: Шта је живот?
Коришћење ових вештина, физичари – који заједнички раде са представницима других дисциплина које заједнички чине науку о сложеним системима – могу да дођу до одговара на питања како је живот настао на Земљи пре више милијарди година и како је могао настајати у удаљеним страним световима које сада можемо истраживати најнапреднијим телескопима. Подједнако важно, разумевање зашто је живот, као организовани систем, различит на основном нивоу у односу на било коју другу ствар у свемиру могло би да помогне астрономима да осмисле нове приступе за проналажење живота на оним местима која врло мало подсећају на Земљу. Анализирање живота – без обзира колико страном – као самоорганизованог система вођеног информацијама могло би да пружи кључне алате за уочавање биолошких отисака на планетама удаљеним стотинама светлосних година.
Семјуел Чарап/Сергеј Радченко: Зашто су неуспешни мировни разговори о Украјини?
Ближе темама које су сада од превасходног интереса, проучавање природе живота по свој прилици ће бити кључно за потпуно разумевање интелигенције – и стварање вештачке верзије интелигенције. У вези са садашњим бујањем у области еј-аја истраживачи и филозофи расправљају да ли ће и када велики језички модели (large language models) моћи да постану општа интелигенција или чак када ће постати свесни – и да ли су, заправо, неки то већ постали. Једини начин да се исправно процене овакве тврдње јесте да се истражује, на сваки могући начин, једини за зада неоспорни извор опште интелигенције: живот. Пренос нових увида из физике живота на изучавање вештачке интелигенције не би само помогло истраживачима да предвиде шта би софтверски инжењери могли да направе; ова истраживања би такође могла да открије ограничења покушаја да се суштина живота пренесе на силицијум.
Како све дубље залазимо у 21. век, моје колеге физичари ће несумњиво наставити да унапређују истраживање црних рупа, квантне механике и других традиционалних области истраживање. Истраживање живота, међутим, водиће нас на места која никада нисмо ни замишљали, отварајући путање за будући рад у нашој области као и за рад у заједничкој сфери са биолозима, еколозима, неуронаучницима и социолозима.
У најбољем случају, трагање за фундаменталним одговорима о природи живих створења могло би да води физичаре не само ка новим научним чудесима, већ и ка потпуно новом начину бављења науком.
Адам Френк је амерички астрофизичар који предаје на Универзитету у Рочестеру; аутор је њузлетера Everyman’s Universe (Космос за сваког) и књиге The Little Book of Aliens Истражује последње етапе еволуције звезда; његова истраживачка група развија и користи рачунарске алатке којима се симулира настанак звезда и еволуција планета; усредсређен је на истраживања могућности живота у Космосу, потрагу за „технолошким потписом“ других евентуалних цивилизација као и на астробиологију
Извор: The Atlantic
