Piše: Adam Frenk
Prevod: M. M. Milojević
Fundamentalna priroda živih bića dovodi u pitanje pretpostavke kojih su se fizičari držali vekovima
Dana 8. oktobra 2024. naučno polje fizike je upalo u jednu kontroverzu. Tog dana, Nobelova nagrada za fiziku je dodeljena ne za otkriće u vezi sa crnim rupama, kosmologijom ili čudnim novim subatomskim česticama, već za rad u oblasti veštačke inteligencije. Kako je moguće da najviša nagrada u ovoj oblasti bude dodeljena za istraživanje o mašinama osmišljenim da oponašaju ljudski mozak? Gde je u tome uopšte fizika?
Tokom najvećeg dela 20. veka, fizičari su uglavnom ignorisali žive sisteme. Oni su živa bića razumeli kao mašine, iako mašine napravljene od lepljivih i sluzavih delova. Poddisciplina nazvana biofizika bila je usredsređena na otkrivanje specifičnih fizičkih mehanizama koji stoje iza ovih molekularnih mašina. Organizmi kao celina, međutim, nisu bili od preke brige.
Ali danas, mnoge od mojih kolega fizičara se više ne slažu sa takvim olakim odbacivanjem. Umesto toga, došli smo do uverenja da se neobična misterija odigrava u svakom mikrobu, životinji i čoveku – misterija koja iskušava osnovne pretpostavke kojih su se fizičari držali vekovima, i koja bi mogla da pomogne u traganju za suštinskim odgovorima o veštačkoj inteligenciji.
Središnje za samopouzdanje fizike je bila ideja da je u pitanju „najfundamentalnija“ od svih nauka. Istraživači fizike proučavaju osnovne činioce stvarnosti – prostor i vreme, energiju i materiju – i rečeno im je da sve ostale naučne discipline moraju da redukuju naniže prema fundamentalnim česticama i zakonima koje formuliše fizika. Ova filozofija, poznata kao „redukcionizam“, bila je prilično uspešna od Njutnovih zakona sve do duboko u 20. vek kako su fizičari otkrivali elektrone, kvarkove, teoriju relativnosti i tako dalje. Ali tokom nekoliko prethodnih decenija, napredak u većini redukcionističkih grana fizike se usporio. Na primer, dugo obećavana „teorija svega“, poput teorije struna, nije se pokazala naročito plodotvornom.
Postoje, međutim, drugi načini pored redukcionizma da se promišlja o tome šta je osnovno u univerzumu. Počev od osamdesetih godina 20. veka, fizičari (zajedno sa istraživačima u drugim disciplinama) počeli su da razvijaju nove matematičke alatke da istražuju ono što su nazvali „složenošću“ (complexity) – sisteme u kojima je celina mnogo više od zbira pojedinačnih delova. Krajnji cilj redukcionizma bio je da objasni sve u univerzumu kao ishodište uzajamnog delovanja čestica. Prema istraživačima kompleksnih sistema, nasuprot tome, jednom kada se mnoštvo pojedinačnih čestica uzajamno poveže formirajući makroskopski entitet – kao što je organizam – znanje svega o pojedinačnim česticama nije dovoljno za razumevanje realnosti. Rani zagovornik ovog pristupa bio je fizičar Filip V. Anderson, koji je jezgrovito formulisao antiredukcionističku perspektivu frazom Više je drugačije. Nauka o kompleksnim sistemima brzo se razvijala u 21. veku, i istraživači koji su radili u ovoj oblasti dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 2021. godine.
Sa fizičarskog stanovišta, nijedan složeni sistem nije neobičniji ili izazovniji od života. Pre svega, ustrojstvo žive materije kosi se sa uobičajenim očekivanjima fizičara o univerzumu. Vaše telo načinjeno je od materije, kao i sve drugo. Ali atomi od kojih je sazdano danas neće biti isti atomi od kojih će biti sazdano za godinu dana. Ovo znači da vi kao i svako drugo živo biće niste inertni objekti, poput kamena, već dinamičan obrazac koji se odigrava tokom vremena. Pravi izazov za fiziku, međutim, jeste da su obrasci koji čine život sposobni za samo-organizovanje. Živi sistemi i stvaraju i održavaju sebe u nekakvoj čudnoj petlji koju nijedna mašina ne može da replikuje. Razmotrimo ćelijsku membranu, koja omogućava ćeliji da ostane živa tako što dopušta nekim hemikalijama da uđu unutra dok druge zadržava sa spoljne strane. Ćelija stvara i kontinuirano održava membranu, ali je i sama membrana proces koji čini ćeliju.
Taj problem ‘šta je starije, kokoška ili jaje’ potkopava san stare fizike: da će jednom kada se katalogizuju fundamentalne čestice univerzuma, sve ostalo biti moguće eksplicitno opisati i predvideti. Dajte mi mladu zvezdu, i ja mogu koristeći se redukcionističkim zakonima fizike da predvidim budućnost zvezde: ona će trajati milion godina umesto milijardu godina; skončaće kao crna rupa umesto kao beli patuljak. Ali komponente živih organizama stvaraju nešto novo i neočekivano, fenomen koji se naziva pojavom izrastanja (emergence). Dajte mi jednostavnu ćeliju iz ranih dana Zemljine istorije, i nikada ne bih mogao da predvidim da će četiri milijarde godina kasnije ona evoluirati u džinovskog zeca koji može da vas opauči po licu. Kenguri – poput ljudi – su nepredvidljiva, izrastajuća posledica evolucije života.
Fundamentalni zakoni koji upravljaju materijom i energijom ne mogu da predvide još jedno osnovno svojstvo života: to je jedini sistem u univerzumu koji koristi informacije za sopstvene svrhe. Biljke rastu prema svetlu, mikrobi plivaju prema bogatim izborima hrane, životinje se kriju od grabljivaca, ljudi šalju džinovske metalne skalamerije u daleki svemir. Iako bi neko, na primer, mogao da programira robota da traga za utičnicom ukoliko očitava pražnjenje baterije, živo biće (ljudski programer, na primer) mora da eksplicitno ureže kod o toj potrebi u mašinu. Život, nasuprot tome, je istovremeno delatan i autonoman: Od mikroba preko kraba do ljudi svi živi stvorovi imaju svoje češanje za svoj svrab.
Da bismo zaista razumeli žive sisteme kao samo-organizujuće, autonomne delatnike, fizičari moraju da napuste svoja predubeđenja koja se svode „sve su to, gospođo, samo čestice“. Jedan od velikih talenata fizičara – otpočinjanje zakonima o jednostavnim delovima (poput atoma) i uspinjanje dalje prema složenim celinama – ne može u potpunosti da pronikne u ćelije, životinje ili ljude. Ukoliko budemo imali sreće, naša oblast izučavanja iskoristiće svoje druge elementarne veštine koje mogu pomoći da se proniknu odgovori na ova pitanja: poseban način postavljanja pitanja i izgradnja modela sa predviđačkom sposobnošću. Fizičari su uvek bili dobri u izdvajanju ključnih aspekata sistema i predstavljanja ovih osnovnih aspekata na jeziku matematike. Koliko je koristan protok energije kroz ćelijsku membranu? Koje ustrojstvo neurona maksimizuje informacije u nervnom sistemu valjkastih crva? Sada ove veštine moraju biti iskorišćene u traganju za odgovorom na drevno pitanje koje tek sada privlači zasluženu pažnju: Šta je život?
Korišćenje ovih veština, fizičari – koji zajednički rade sa predstavnicima drugih disciplina koje zajednički čine nauku o složenim sistemima – mogu da dođu do odgovara na pitanja kako je život nastao na Zemlji pre više milijardi godina i kako je mogao nastajati u udaljenim stranim svetovima koje sada možemo istraživati najnaprednijim teleskopima. Podjednako važno, razumevanje zašto je život, kao organizovani sistem, različit na osnovnom nivou u odnosu na bilo koju drugu stvar u svemiru moglo bi da pomogne astronomima da osmisle nove pristupe za pronalaženje života na onim mestima koja vrlo malo podsećaju na Zemlju. Analiziranje života – bez obzira koliko stranom – kao samoorganizovanog sistema vođenog informacijama moglo bi da pruži ključne alate za uočavanje bioloških otisaka na planetama udaljenim stotinama svetlosnih godina.
Semjuel Čarap/Sergej Radčenko: Zašto su neuspešni mirovni razgovori o Ukrajini?
Bliže temama koje su sada od prevashodnog interesa, proučavanje prirode života po svoj prilici će biti ključno za potpuno razumevanje inteligencije – i stvaranje veštačke verzije inteligencije. U vezi sa sadašnjim bujanjem u oblasti ej-aja istraživači i filozofi raspravljaju da li će i kada veliki jezički modeli (large language models) moći da postanu opšta inteligencija ili čak kada će postati svesni – i da li su, zapravo, neki to već postali. Jedini način da se ispravno procene ovakve tvrdnje jeste da se istražuje, na svaki mogući način, jedini za zada neosporni izvor opšte inteligencije: život. Prenos novih uvida iz fizike života na izučavanje veštačke inteligencije ne bi samo pomoglo istraživačima da predvide šta bi softverski inženjeri mogli da naprave; ova istraživanja bi takođe mogla da otkrije ograničenja pokušaja da se suština života prenese na silicijum.
Kako sve dublje zalazimo u 21. vek, moje kolege fizičari će nesumnjivo nastaviti da unapređuju istraživanje crnih rupa, kvantne mehanike i drugih tradicionalnih oblasti istraživanje. Istraživanje života, međutim, vodiće nas na mesta koja nikada nismo ni zamišljali, otvarajući putanje za budući rad u našoj oblasti kao i za rad u zajedničkoj sferi sa biolozima, ekolozima, neuronaučnicima i sociolozima.
U najboljem slučaju, traganje za fundamentalnim odgovorima o prirodi živih stvorenja moglo bi da vodi fizičare ne samo ka novim naučnim čudesima, već i ka potpuno novom načinu bavljenja naukom.
Adam Frenk je američki astrofizičar koji predaje na Univerzitetu u Ročesteru; autor je njuzletera Everyman’s Universe (Kosmos za svakog) i knjige The Little Book of Aliens Istražuje poslednje etape evolucije zvezda; njegova istraživačka grupa razvija i koristi računarske alatke kojima se simulira nastanak zvezda i evolucija planeta; usredsređen je na istraživanja mogućnosti života u Kosmosu, potragu za „tehnološkim potpisom“ drugih eventualnih civilizacija kao i na astrobiologiju
Izvor: The Atlantic
