فلك وعلوم

الوقت شيء ملموس 10 أشياء يجب معرفتها

الوقت

الوقت شيء ملموس 10 أشياء يجب معرفتها

الوقت : ليس للوقت خلفية أو وهم أو ظاهرة طارئة ، فالوقت له حجم مادي يمكن قياسه في المختبرات ، من الصعب تخيل الكون الخالد ، ولكن ليس لأن الوقت مفهوم معقد تقنيًا أو مفهوم بعيد المنال من الناحية الفلسفية.

هناك سبب أكثر بنيوية: تخيل الخلود يتطلب وقتًا ليمضي. حتى عندما تحاول تخيل غيابه ، تشعر أنه يتحرك مع تغير أفكارك ، يضخ قلبك الدم إلى عقلك ، وتتحرك الصور والأصوات والروائح من حولك.

الشيء الذي حان الوقت لا يبدو أنه يتوقف. قد تشعر حتى بأنك منسوج في نسيجها الدائم الحركة وأنت تختبر الكون يتقارب ويتفرق. لكن هل هذه هي الطريقة التي يعمل بها الوقت حقًا؟

الوقت

الوقت

وفقًا لألبرت أينشتاين  حول الوقت ، فإن تجربتنا في الماضي والحاضر والمستقبل ليست أكثر من “وهم دائم عنيد”. وفقًا لإسحاق نيوتن ، الوقت ليس أكثر من خلفية ، خارج الحياة.

ووفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية ، فإن الوقت ليس أكثر من إنتروبيا وحرارة.

في تاريخ الفيزياء الحديثة ، لم تكن هناك أبدًا نظرية مقبولة على نطاق واسع يعتبر فيها الإحساس الموجه للوقت أمرًا أساسيًا.

يبدو أن العديد من أوصافنا الأساسية للطبيعة – من قوانين الحركة إلى خصائص الجزيئات والمادة – موجودة في كون لا يمر فيه الزمن حقًا. ومع ذلك ، تشير الأبحاث الحديثة عبر مجموعة متنوعة من المجالات إلى أن حركة الوقت قد تكون أكثر أهمية مما افترضه معظم الفيزيائيين ذات مرة.

هناك شكل جديد من الفيزياء يُدعى نظرية التجميع يقترح أن الإحساس المتحرك بالاتجاهي للوقت حقيقي وأساسي.

إنه يشير إلى أن الكائنات المعقدة في عالمنا والتي صنعتها الحياة ، بما في ذلك الميكروبات وأجهزة الكمبيوتر والمدن ، لا توجد خارج الزمن: فهي مستحيلة بدون حركة الزمن. من هذا المنظور ، فإن مرور الوقت ليس فقط جوهريًا لتطور الحياة أو تجربتنا في الكون.

إنه أيضًا النسيج المادي الدائم للكون نفسه.

الوقت شيء عند نيوتن

الوقت شيء له حجم مادي ، مثل الفضاء، ويمكن قياسه على المستوى الجزيئي في المختبرات.

أدى توحيد الزمان والمكان إلى تغيير جذري في مسار الفيزياء في القرن العشرين. لقد فتح إمكانيات جديدة لكيفية تفكيرنا في الواقع.

ما الذي يمكن أن يفعله توحيد الزمن والمادة في قرننا؟ ماذا يحدث عندما يكون الوقت كائنًا؟

بالنسبة لنيوتن ، تم تحديد الوقت. في قوانينه الخاصة بالحركة والجاذبية ، والتي تصف كيف تغير الأجسام موقعها في الفضاء ، فإن الزمن هو الخلفية المطلقة.

يمر الوقت النيوتوني ، لكنه لا يتغير أبدًا.

وهي رؤية للزمن صمدت في الفيزياء الحديثة – حتى في الدوال الموجية لميكانيكا الكم ، فإن الوقت هو الخلفية ، وليس ميزة أساسية.

لكن بالنسبة لأينشتاين ، لم يكن الوقت مطلقًا. كان نسبيًا لكل مراقب. ووصف تجربتنا مع مرور الوقت بأنها “وهم دائم عنيد”.

الوقت الآينشتاين هو ما يقاس بدق الساعات.

يتم قياس المساحة بواسطة علامات التجزئة على المساطر التي تسجل المسافات.

من خلال دراسة الحركات النسبية للساعات التكتكية والقراد على المساطر ، كان أينشتاين قادرًا على الجمع بين مفاهيم كيفية قياس كل من المكان والزمان في بنية موحدة نسميها الآن “الزمكان”.

في هذا الهيكل ، الفضاء غير محدود وكل النقاط موجودة في وقت واحد.

لكن الوقت ، كما وصفه أينشتاين ، له أيضًا هذه الخاصية ، مما يعني أن جميع الأوقات – الماضي والحاضر والمستقبل – حقيقية بنفس القدر. تسمى النتيجة أحيانًا “الكون المحظور” ، والذي يحتوي على كل ما حدث وسيحدث في المكان والزمان. اليوم ، يدعم معظم الفيزيائيين فكرة الكون المحظور.

لكن الكون الممتلئ قد تصدع حتى قبل أن يصل. في أوائل القرن التاسع عشر ، أي قبل قرن تقريبًا من تطوير أينشتاين لمفهوم الزمكان ، كان نيكولاس ليونارد سادي كارنو وغيره من علماء الفيزياء يشككون بالفعل في فكرة أن الوقت كان إما خلفية أو وهمًا.

استمرت هذه الأسئلة حتى القرن التاسع عشر حيث بدأ علماء الفيزياء مثل لودفيج بولتزمان أيضًا في تحويل عقولهم إلى المشكلات التي جاءت مع نوع جديد من التكنولوجيا: المحرك.

الوقت الميكانيكي

الوقت الميكانيكي

على الرغم من إمكانية إعادة إنتاج المحركات ميكانيكيًا ، إلا أن الفيزيائيين لم يعرفوا بالضبط كيف تعمل. كانت ميكانيكا نيوتن قابلة للعكس. لم تكن المحركات.

كان نظام نيوتن الشمسي يعمل بشكل جيد بنفس القدر وهو يتحرك للأمام أو للخلف في الوقت المناسب.

ومع ذلك ، إذا كنت تقود سيارة ونفد وقودها ، فلا يمكنك تشغيل المحرك في الاتجاه المعاكس ، واستعادة الحرارة المتولدة ، وفك الوقود.

اشتبه الفيزيائيون في ذلك الوقت في أن المحركات يجب أن تلتزم بقوانين معينة ، حتى لو كانت تلك القوانين غير معروفة.

ما وجدوه هو أن المحركات لا تعمل ما لم يمر الوقت ولها اتجاه.

من خلال استغلال الاختلافات في درجات الحرارة ، تدفع المحركات حركة الحرارة من الأجزاء الدافئة إلى الأجزاء الباردة.

مع تقدم الوقت ، يتضاءل الفرق في درجة الحرارة ويمكن إنجاز القليل من “الشغل”.

هذا هو جوهر القانون الثاني للديناميكا الحرارية (المعروف أيضًا باسم قانون الانتروبيا) الذي اقترحه كارنو وشرح لاحقًا بولتزمان إحصائيًا. يصف القانون الطريقة التي يمكن أن يقوم بها المحرك بمرور الوقت “العمل” الأقل فائدة.

يجب عليك أحيانًا إعادة تزويد سيارتك بالوقود ، ويجب دائمًا زيادة الكون.

كون لا يحتاج إلى الوقت كميزة أساسية

هذا منطقي في سياق المحركات أو الأشياء المعقدة الأخرى ، لكنه ليس مفيدًا عند التعامل مع جسيم واحد. لا معنى للحديث عن درجة حرارة جسيم واحد لأن درجة الحرارة هي طريقة لقياس متوسط الطاقة الحركية للعديد من الجسيمات.

في قوانين الديناميكا الحرارية ، يعتبر تدفق واتجاه الوقت خاصية ناشئة وليس خلفية أو وهم – خاصية مرتبطة بسلوك أعداد كبيرة من الأشياء.

بينما قدمت النظرية الديناميكية الحرارية كيف يجب أن يكون للوقت اتجاه لمروره ، فإن هذه الخاصية لم تكن أساسية.

في الفيزياء ، الخصائص “الأساسية” محجوزة لتلك الخصائص التي لا يمكن وصفها بعبارات أخرى. لذلك يُعتبر سهم الزمن في الديناميكا الحرارية “ناشئًا” لأنه يمكن تفسيره من منظور مفاهيم أكثر جوهرية ، مثل الانتروبيا والحرارة.

كان تشارلز داروين ، الذي عمل بين عصر المحرك البخاري لكارنو وظهور الكون الكتلي لأينشتاين ، من بين أول من رأى بوضوح كيف يجب أن توجد الحياة في الوقت المناسب. في الجملة الأخيرة من On the Origin of Species (1859) ، استوعب هذا المنظور ببلاغة:استمر هذا الكوكب في ركوب الدراجات وفقًا لقانون الجاذبية الثابت ، من بداية بسيطة جدًا ، وأشكال لا نهاية لها أجمل وأجمل لقد كانت رائعة وما زالت تتطور.

“لا يمكن تفسير وصول” الأشكال اللانهائية “لداروين إلا في كون يوجد فيه الوقت وله اتجاه واضح.

خلال عدة مليارات من السنين الماضية ، تطورت الحياة من كائنات وحيدة الخلية إلى كائنات معقدة متعددة الخلايا.

لقد تطورت من مجتمعات بسيطة إلى مدن مزدحمة ، والآن كوكب قادر على إعادة إنتاج حياته في عوالم أخرى. تستغرق هذه الأشياء وقتًا لتظهر إلى الوجود لأنها لا يمكن أن تظهر إلا من خلال عمليات الاختيار والتطور.

نعتقد أن رؤية داروين ليست عميقة بما فيه الكفاية وليست صحيحة.

يصف التطور بدقة التغييرات التي لوحظت عبر أشكال مختلفة من الحياة ، لكنه يفعل أكثر من ذلك بكثير: إنها العملية الفيزيائية الوحيدة في كوننا التي يمكن أن تولد الأشياء التي نربطها بالحياة. وهذا يشمل البكتيريا والقطط والأشجار ، ولكن أيضًا أشياء مثل الصواريخ والهواتف المحمولة والمدن.

لا يتقلب أي من هذه الأشياء إلى الوجود تلقائيًا ، على الرغم مما قد تدعي الروايات الشعبية للفيزياء الحديثة أنه يمكن أن يحدث.

هذه الأشياء ليست حظائر عشوائية.

بدلاً من ذلك ، فإنهم جميعًا يحتاجون إلى “ذكرى” الماضي لتُصنع في الحاضر.

يجب أن يتم إنتاجها بمرور الوقت – الوقت الذي يتحرك إلى الأمام باستمرار. ومع ذلك ، وفقًا لنيوتن وأينشتاين وكارنو وبولتزمان وآخرين ، فإن الوقت إما غير موجود أو مجرد ناشئ.

الفيزياء والتطور غير متوافقين

لكن هذا لم يكن واضحًا دائمًا لأن الفيزياء والتطور يتعاملان مع أنواع مختلفة من الكائنات.

تتعامل الفيزياء ، ولا سيما ميكانيكا الكم ، مع الأشياء البسيطة والأولية: الكواركات واللبتونات وجسيمات حاملة القوة في النموذج القياسي.

نظرًا لأن هذه الأشياء تعتبر بسيطة ، فإنها لا تتطلب “ذاكرة” للكون لصنعها (بافتراض توفر الطاقة والموارد الكافية).

فكر في “الذاكرة” كطريقة لوصف تسجيل الإجراءات أو العمليات اللازمة لبناء كائن معين.

عندما نصل إلى التخصصات التي تتعامل مع التطور ، مثل الكيمياء والبيولوجيا ، نجد كائنات معقدة للغاية بحيث لا يمكن إنتاجها بكثرة على الفور (حتى عند توفر الطاقة والمواد).

إنها تتطلب ذاكرة متراكمة مع مرور الوقت ليتم إنتاجها. كما فهم داروين ، لا يمكن أن تظهر بعض الأشياء إلى الوجود إلا من خلال التطور واختيار “تسجيلات” معينة من الذاكرة لعملها.

يخلق عدم التوافق هذا مجموعة من المشكلات التي لا يمكن حلها إلا من خلال الخروج الجذري عن الطرق الحالية التي تقترب بها الفيزياء من الوقت – خاصةً إذا كنا نريد شرح الحياة.

في حين أن النظريات الحالية لميكانيكا الكم يمكن أن تشرح سمات معينة للجزيئات ، مثل ثباتها ، فإنها لا تستطيع تفسير وجود الحمض النووي أو البروتينات أو الحمض النووي الريبي أو غيرها من الجزيئات الكبيرة والمعقدة.

وبالمثل ، يُقال إن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يؤدي إلى ظهور سهم الزمن وتفسيرات لكيفية تحويل الكائنات الحية للطاقة ، لكنه لا يفسر اتجاهية الزمن ، حيث يتم بناء أشكال لا نهاية لها على فترات زمنية تطورية بدون توازن نهائي أو حرارة.

المحيط الحيوي في الأفق

ميكانيكا الكم والديناميكا الحرارية ضرورية لشرح بعض سمات الحياة ، لكنها ليست كافية.

أدت هذه المشكلات وغيرها إلى تطوير طريقة جديدة للتفكير في فيزياء الوقت ، والتي أطلقنا عليها اسم نظرية التجميع. يصف مقدار الذاكرة التي يجب أن توجد لجزيء أو مجموعة من الجزيئات – الأشياء التي تتكون منها الحياة – لتظهر إلى الوجود.

في نظرية التجميع ، يتم قياس هذه الذاكرة عبر الزمن كسمة للجزيء من خلال التركيز على الحد الأدنى من الذاكرة المطلوبة لهذا الجزيء (أو الجزيئات) للوجود.

تقيس نظرية التجميع الانتقاء عن طريق جعل الوقت خاصية للأشياء التي لا يمكن أن تظهر إلا من خلال التطور.

بدأنا في تطوير هذه الفيزياء الجديدة من خلال النظر في كيفية ظهور الحياة من خلال التغيرات الكيميائية.

تعمل كيمياء الحياة بشكل اندماجي حيث تترابط الذرات لتشكيل الجزيئات ، وتنمو التوليفات الممكنة مع كل رابطة إضافية.

تتكون هذه المجموعات من حوالي 92 عنصرًا طبيعيًا ، يقدر الكيميائيون أنه يمكن دمجها لبناء ما يصل إلى 1060 جزيئًا مختلفًا – 1 متبوعًا بـ 60 صفراً.

لكي تصبح مفيدة ، يجب تكرار كل مجموعة فردية بلايين المرات – فكر في عدد الجزيئات المطلوبة لتكوين خلية واحدة ، ناهيك عن حشرة أو شخص.

يستغرق عمل نسخ من أي كائن معقد وقتًا لأن كل خطوة مطلوبة لتجميعه تتضمن بحثًا عبر اتساع الفضاء التوافقي لتحديد الجزيئات التي ستتخذ شكلًا ماديًا.

المساحات الاندماجية

ضع في اعتبارك البروتينات الجزيئية التي تستخدمها الكائنات الحية كمحفزات داخل الخلايا. تتكون هذه البروتينات من كتل بناء جزيئية أصغر تسمى الأحماض الأمينية ، والتي تتحد لتشكل سلاسل طويلة يتراوح طولها عادةً بين 50 و 2000 من الأحماض الأمينية.

إذا تم تجميع كل بروتين ممكن يبلغ طوله 100 حمض أميني من أكثر 20 نوعًا من الأحماض الأمينية شيوعًا التي تشكل البروتينات ، فلن تملأ النتيجة كوننا فحسب ، بل تملأ 1023 أكوانًا.

يصعب فهم مساحة كل الجزيئات الممكنة. على سبيل القياس ، ضع في اعتبارك التركيبات التي يمكنك إنشاؤها باستخدام مجموعة معينة من مكعبات الليغو.

إذا احتوت المجموعة على قطعتين فقط ، فسيكون عدد التركيبات صغيرًا. ومع ذلك ، إذا احتوت المجموعة على آلاف القطع ، مثل نموذج Lego المكون من 5923 قطعة لتاج محل ، فسيكون عدد التركيبات الممكنة فلكيًا.

إذا كنت بحاجة إلى بناء تاج محل على وجه التحديد وفقًا للتعليمات ، فستكون مساحة الاحتمالات محدودة ، ولكن إذا كان بإمكانك بناء أي كائن Lego بهذه القطع البالغ عددها 5923 قطعة ، فسيكون هناك انفجار اندماجي للهياكل المحتملة التي يمكن بناؤها – تزداد الاحتمالات أضعافًا مضاعفة مع كل كتلة إضافية تضيفها.

إذا قمت بتوصيل هيكلين من Lego قمت ببنائهما بالفعل كل ثانية ، فلن تكون قادرًا على استنفاد جميع الكائنات الممكنة بحجم Lego Taj Mahal الذي تم تعيينه في عصر الكون.

في الواقع ، أي مساحة مبنية بشكل اندماجي حتى من عدد قليل من وحدات البناء البسيطة ستحتوي على هذه الخاصية.

يتضمن ذلك جميع الكائنات الشبيهة بالخلايا التي تم إنشاؤها من الكيمياء ، وجميع الكائنات الحية المحتملة المبنية من أنواع مختلفة من الخلايا ، وجميع اللغات الممكنة المبنية من الكلمات أو الأقوال ، وجميع برامج الكمبيوتر الممكنة التي تم إنشاؤها من جميع مجموعات التعليمات الممكنة.

النمط هنا هو أن المساحات الاندماجية تظهر عندما توجد الحياة.

أي أن الحياة تكون واضحة عندما تكون مساحة الاحتمالات كبيرة لدرجة أن الكون يجب أن يختار فقط بعضًا من تلك المساحة للوجود.

نظرية التجميع

تهدف نظرية التجميع إلى إضفاء الطابع الرسمي على هذه الفكرة.

في نظرية التجميع ، تُبنى الكائنات بشكل اندماجي من كائنات أخرى ، ومثلما يمكنك استخدام مسطرة لقياس حجم كائن معين مكانيًا ، توفر نظرية التجميع مقياسًا – يسمى “ مؤشر التجميع ” – لقياس حجم كائن ما في الوقت المناسب.

مجموعة Lego Taj Mahal تعادل جزيء معقد في هذا القياس.

تتطلب إعادة إنتاج كائن معين ، مثل مجموعة Lego ، بطريقة غير عشوائية التحديد داخل مساحة كل الكائنات الممكنة.

بمعنى أنه في كل مرحلة من مراحل البناء ، يجب اختيار كائنات محددة أو مجموعات من العناصر من بين العدد الهائل من التركيبات الممكنة التي يمكن بناؤها.

إلى جانب التحديد ، فإن “الذاكرة” مطلوبة أيضًا: المعلومات مطلوبة في الكائنات الموجودة لتجميع كائن جديد محدد ، والذي يتم تنفيذه كسلسلة من الخطوات التي يمكن إكمالها في وقت محدد ، مثل التعليمات المطلوبة لبناء Lego Taj محل.

تتطلب الكائنات الأكثر تعقيدًا مزيدًا من الذاكرة لتظهر إلى حيز الوجود.

في نظرية التجميع ، تنمو الأشياء في تعقيدها بمرور الوقت من خلال عملية الاختيار.

عندما تصبح الكائنات أكثر تعقيدًا ، ستزداد أجزائها الفريدة ، مما يعني أنه يجب أيضًا زيادة الذاكرة المحلية. هذه “الذاكرة المحلية” هي السلسلة السببية للأحداث في كيفية “اكتشاف” الكائن أولاً عن طريق الانتقاء ثم إنشائه في نسخ متعددة. على سبيل المثال ، في البحث في أصل الحياة ، يدرس الكيميائيون كيف تتحد الجزيئات لتصبح كائنات حية.

لكي يظهر النظام الكيميائي تلقائيًا كـ “حياة” ، يجب أن يتكرر ذاتيًا عن طريق تكوين ، أو تحفيز ، شبكات ذاتية الاستدامة من التفاعلات الكيميائية.

ولكن كيف “يعرف” النظام الكيميائي التوليفات التي يجب صنعها؟ يمكننا أن نرى “الذاكرة المحلية” قيد العمل في شبكات الجزيئات هذه التي “تعلمت” الارتباط الكيميائي معًا بطرق معينة.

مع زيادة متطلبات الذاكرة ، تنخفض احتمالية إنتاج كائن بالصدفة إلى الصفر لأن عدد التركيبات البديلة التي لم يتم تحديدها مرتفع للغاية. لا يمكن إنتاج كائن ما ، سواء كان ليجو تاج محل أو شبكة من الجزيئات ، وإعادة إنتاجه إلا بالذاكرة وعملية البناء. لكن الذاكرة ليست في كل مكان ، فهي محلية في المكان والزمان. هذا يعني أنه لا يمكن إنتاج كائن إلا في حالة وجود ذاكرة محلية يمكنها توجيه اختيار الأجزاء التي تذهب إلى أين ومتى.

في نظرية التجميع ، يشير “الاختيار” إلى ما ظهر في فضاء التوليفات الممكنة.

يتم وصفه رسميًا من خلال رقم نسخة الكائن وتعقيده. رقم النسخ أو التركيز هو مفهوم مستخدم في الكيمياء والبيولوجيا الجزيئية يشير إلى عدد نسخ الجزيء الموجودة في حجم معين من الفضاء. في نظرية التجميع ، يكون التعقيد مهمًا مثل رقم النسخ.

الجزيء شديد التعقيد الموجود فقط كنسخة واحدة ليس مهمًا. ما يهم نظرية التجميع هو الجزيئات المعقدة ذات عدد النسخ العالي ، وهو مؤشر على أن الجزيء قد تم إنتاجه عن طريق التطور.

يُعرف قياس التعقيد هذا أيضًا باسم “مؤشر تجميع” الكائن. ترتبط هذه القيمة بحجم الذاكرة الفعلية المطلوبة لتخزين المعلومات لتوجيه تجميع كائن ما وتعيين اتجاه في الوقت المناسب من البسيط إلى المعقد.

وبينما يجب أن توجد الذاكرة في البيئة لإحضار الكائن إلى الوجود ، فإن الذاكرة في نظرية التجميع هي أيضًا سمة مادية جوهرية للكائن. في الواقع ، هذا هو الموضوع.

أكوام من الكائنات

الحياة عبارة عن أكوام من الكائنات التي تبني كائنات أخرى تبني كائنات أخرى – إنها كائنات تبني كائنات ، على طول الطريق.

ظهرت بعض الأشياء مؤخرًا نسبيًا ، مثل “المواد الكيميائية إلى الأبد” الاصطناعية المصنوعة من المركبات الكيميائية العضوية الفلورية.

ظهر البعض الآخر منذ مليارات السنين ، مثل الخلايا النباتية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي. كائنات مختلفة لها أعماق مختلفة في الوقت المناسب.

ويرتبط هذا العمق ارتباطًا مباشرًا بكل من فهرس تجميع الكائن ورقم النسخة ، والذي يمكننا دمجه في رقم: كمية تسمى “التجميع” ، أو أ. كلما زاد رقم التجميع ، كلما كان العنصر أعمق في الوقت المناسب.

لقياس التجميع في المختبر ، نقوم بتحليل كائن كيميائيًا لحساب عدد نسخ جزيء معين يحتوي عليه.

ثم نستنتج مدى تعقيد الكائن ، المعروف باسم مؤشر التجميع الجزيئي ، عن طريق حساب عدد الأجزاء التي يحتوي عليها. غالبًا ما يتم الاستدلال على هذه الأجزاء الجزيئية ، مثل الأحماض الأمينية في سلسلة بروتينية ، عن طريق تحديد مؤشر التجميع الجزيئي للكائن – رقم التجميع النظري.

لكننا لا نستنتج نظريًا.

نحن “نحسب” المكونات الجزيئية لجسم ما باستخدام ثلاث تقنيات تصور: قياس الطيف الكتلي ، مطياف الأشعة تحت الحمراء والرنين المغناطيسي النووي (NMR).

من اللافت للنظر أن عدد المكونات التي عدناها في الجزيئات خرائط لأرقام تجميعها النظرية. هذا يعني أنه يمكننا قياس فهرس تجميع كائن ما مباشرة باستخدام معدات المختبر القياسية.

يشير رقم التجميع المرتفع – مؤشر التجميع العالي ورقم النسخ العالي – إلى أنه يمكن صنعه بشكل موثوق من خلال شيء ما في بيئته.

قد تكون هذه خلية تبني جزيئات عالية التجميع مثل البروتينات ، أو كيميائيًا يصنع جزيئات ذات قيمة تجميع أعلى ، مثل عقار تاكسول المضاد للسرطان (باكليتاكسيل).

الكائنات المعقدة ذات أرقام النسخ العالية لم تظهر بشكل عشوائي ولكنها نتيجة لعملية التطور أو الانتقاء.

لا تتشكل من خلال سلسلة من لقاءات الصدفة ، ولكن عن طريق الاختيار في الوقت المناسب. وبشكل أكثر تحديدًا ، عمق معين في الوقت المناسب.

يبدو الأمر أشبه بإلقاء قطع الليغو تاج محل البالغ عددها 5923 في الهواء وتوقع أن يجتمعوا معًا بشكل تلقائي.

هذا مفهوم صعب. حتى الكيميائيين يجدون صعوبة في فهم هذه الفكرة لأنه من السهل تخيل أن الجزيئات “المعقدة” تتشكل عن طريق الصدفة تفاعلات مع بيئتهم.

ومع ذلك ، في المختبر ، غالبًا ما تؤدي تفاعلات الصدفة إلى إنتاج “القطران” بدلاً من الكائنات عالية التجميع. القطران هو أسوأ كابوس للكيميائيين ، مزيج فوضوي من الجزيئات التي لا يمكن تحديدها بشكل فردي.

تم العثور عليه بشكل متكرر في تجارب أصل الحياة. في تجربة “ حساء البريبايوتيك ” التي أجراها الكيميائي الأمريكي ستانلي ميلر في عام 1953 ، تحولت الأحماض الأمينية التي تشكلت في البداية إلى فوضى من الكرة السوداء غير المعروفة إذا استمرت التجربة لفترة طويلة جدًا (ولم يفرض الباحثون أي اختيار لإيقاف التغييرات الكيميائية. مكان).

تكمن المشكلة في هذه التجارب في أن المساحة التوافقية للجزيئات المحتملة واسعة جدًا للأجسام عالية التجميع بحيث لا يتم إنتاج جزيئات معينة بكثرة. “القطران” هي النتيجة.

يبدو الأمر أشبه بإلقاء 5923 قطعة من مجموعة Lego Taj Mahal في الهواء وتوقع أن تجتمع معًا تلقائيًا ، تمامًا كما تحدد التعليمات.

تخيل الآن أخذ القطع من 100 صندوق من نفس مجموعة Lego ، وإلقائها في الهواء ، وتوقع 100 نسخة من نفس المبنى بالضبط. الاحتمالات منخفضة بشكل لا يصدق وقد تكون صفرية ، إذا كانت نظرية التجميع على المسار الصحيح.

من المحتمل أن تتطور تلقائيًا مثل البيضة المهروسة.

الوقت والأشياء المعقدة

الوقت والأشياء المعقدة

ولكن ماذا عن الأشياء المعقدة في الوقت التي تحدث بشكل طبيعي دون انتقاء أو تطور؟

ماذا عن رقاقات الثلج والمعادن وأنظمة العواصف المعقدة؟ على عكس الأشياء التي تم إنشاؤها عن طريق التطور والاختيار ، فهذه لا تحتاج إلى شرح من خلال “عمقها في الوقت المناسب”.

على الرغم من أنها معقدة بشكل فردي ، إلا أنها لا تتمتع بقيمة تجميع عالية لأنها تتشكل بشكل عشوائي ولا تتطلب إنتاج ذاكرة.

لديهم عدد نسخ منخفض لأنهم لم يتواجدوا في نسخ متطابقة. لا تتشابه رقاقات الثلج ، وينطبق الشيء نفسه على المعادن وأنظمة العواصف.

لا تغير نظرية التجميع فقط طريقة تفكيرنا في الوقت ، ولكن كيف نعرّف الحياة نفسها.

من خلال تطبيق هذا النهج على الأنظمة الجزيئية ، يجب أن يكون من الممكن قياس ما إذا كان الجزيء قد تم إنتاجه بواسطة عملية تطورية.

هذا يعني أنه يمكننا تحديد الجزيئات التي يمكن أن تتكون فقط من خلال عملية حية ، حتى لو كانت تلك العملية تتضمن كيميائيات مختلفة عن تلك الموجودة على الأرض. بهذه الطريقة ، يمكن أن تعمل نظرية التجميع كنظام عالمي للكشف عن الحياة يعمل عن طريق قياس فهارس التجميع ونسخ عدد الجزيئات في العينات الحية أو غير الحية.

في تجاربنا المعملية ، وجدنا أن العينات الحية فقط هي التي تنتج جزيئات عالية التجميع.

أعادت فرقنا والمتعاونون إنتاج هذا الاكتشاف باستخدام تقنية تحليلية تسمى قياس الطيف الكتلي ، حيث يتم “وزن” جزيئات العينة في مجال كهرومغناطيسي ثم تحطيمها إلى قطع باستخدام الطاقة. يسمح لنا تحطيم الجزيء إلى أجزاء بقياس مؤشر التجميع الخاص به عن طريق حساب عدد الأجزاء الفريدة التي يحتوي عليها.

من خلال هذا ، يمكننا معرفة عدد الخطوات المطلوبة لإنتاج جسم جزيئي ثم تحديد عمقه في الوقت المناسب باستخدام معدات المختبرات القياسية.

للتحقق من نظريتنا القائلة بأن الكائنات عالية التجميع لا يمكن إنشاؤها إلا من خلال الحياة ، تضمنت الخطوة التالية اختبار العينات الحية وغير الحية. تمكنت فرقنا من أخذ عينات من الجزيئات من جميع أنحاء النظام الشمسي ، بما في ذلك الأنظمة الحية المتنوعة والمتحجرة واللاأحيائية على الأرض.

تم إذابة هذه العينات الصلبة من الحجر والعظام واللحم وأشكال أخرى من المادة في مذيب ثم تم تحليلها باستخدام مطياف كتلة عالي الدقة يمكنه تحديد بنية وخصائص الجزيئات. وجدنا أن الأنظمة الحية فقط هي التي تنتج جزيئات وفيرة بمؤشر تجميع أعلى من القيمة المحددة تجريبياً لـ 15 خطوة.

الفاصل بين 13 و 15 حاد ، مما يعني أن الجزيئات التي تصنع بواسطة عمليات عشوائية لا يمكن أن تتجاوز 13 خطوة.

نعتقد أن هذا يدل على انتقال طور حيث يجب أن تأخذ فيزياء التطور والاختيار من الأشكال الأخرى للفيزياء لشرح كيفية تشكل الجزيء.

تتحقق هذه التجارب من أن الكائنات التي تحتوي على رقم تجميع عالٍ بما فيه الكفاية – جزيئات معقدة للغاية ومنسوخة – يبدو أنها موجودة في الحياة. الأمر الأكثر إثارة هو أنه يمكننا العثور على هذه المعلومات دون معرفة أي شيء آخر عن الجزيء الموجود.

يمكن لنظرية التجميع أن تحدد ما إذا كانت الجزيئات من أي مكان في الكون مشتقة من التطور أم لا ، حتى لو كنا لا نعرف الكيمياء المستخدمة.

إن إمكانية اكتشاف الأنظمة الحية في أماكن أخرى من المجرة أمر مثير ، ولكن الأمر الأكثر إثارة بالنسبة لنا هو إمكانية وجود نوع جديد من الفيزياء ، وتفسير جديد للحياة. كمقياس تجريبي للأشياء التي يمكن إنتاجها بشكل فريد عن طريق التطور ، يفتح التجميع نظرية أكثر عمومية للحياة.

إذا كانت النظرية صحيحة ، فإن أكثر دلالاتها الفلسفية جذرية هو أن الوقت موجود كخاصية مادية للأشياء المعقدة التي أنشأها التطور.

هذا ، تمامًا كما قام أينشتاين بتطرف مفهومنا عن الزمن من خلال توحيده مع الفضاء ، تشير نظرية التجميع إلى مفهوم جديد جذريًا للوقت من خلال توحيده مع المادة.

شرح نظرية التجميع الأشياء المتطورة 

إنه أمر جذري لأنه ، كما أشرنا ، لم يكن الوقت قط أساسيًا في تاريخ الفيزياء.

ينظر إليها نيوتن وبعض علماء الفيزياء الكمومية على أنها خلفية.

اعتقد أينشتاين أنه كان مجرد وهم. وفي عمل أولئك الذين يدرسون الديناميكا الحرارية ، يُفهم أنها مجرد خاصية ناشئة. تتعامل نظرية التجميع مع الوقت على أنه أساسي ومادي: فالوقت هو المادة التي تُصنع منها الأشياء في الكون.

لا يمكن تشكيل الأشياء التي تم إنشاؤها عن طريق الانتقاء والتطور إلا بمرور الوقت. لكن لا تفكر في هذا الوقت مثل الدقات المقاسة لساعة أو سلسلة من السنوات التقويمية.

الوقت سمة مادية

فكر في الأمر من منظور التجميع ، وهي خاصية جوهرية قابلة للقياس لعمق الجزيء أو حجمه في الوقت المناسب.

هذه الفكرة جذرية لأنها تسمح أيضًا للفيزياء بشرح التغيير التطوري.

تدرس الفيزياء تقليديًا الأشياء التي يمكن للكون تجميعها تلقائيًا ، مثل الجسيمات الأولية أو الكواكب.

من ناحية أخرى ، تشرح نظرية التجميع الأشياء المتطورة ، مثل الجزيئات المعقدة ، والغلاف الحيوي ، وأجهزة الكمبيوتر. توجد هذه الكائنات المعقدة فقط على طول الأنساب حيث تم الحصول على معلومات خاصة ببنائها.

إذا اتبعنا تلك السلالات إلى الوراء ، بعيدًا عن أصل الحياة على الأرض إلى أصل الكون ، فسيكون من المنطقي أن نقترح أن “ذاكرة” الكون كانت أقل في الماضي.

هذا يعني أن قدرة الكون على إنشاء كائنات عالية التجميع محدودة أساسًا بحجمه في الوقت المناسب. تمامًا كما لو أن شاحنة نصف المقطورة لن تتناسب مع مرآب منزلي قياسي ، فإن بعض الأشياء تكون كبيرة جدًا في الوقت المناسب لتظهر في فترات زمنية أصغر من مؤشر التجميع الخاص بها.

لكي توجد كائنات معقدة مثل أجهزة الكمبيوتر في عالمنا ، هناك العديد من الأشياء الأخرى التي يجب أن تتشكل أولاً:

  • النجوم
  • العناصر الثقيلة
  • الحياة
  • الأدوات
  • التكنولوجيا
  • تجريد الحوسبة

يستغرق هذا وقتًا ويعتمد بشكل حاسم على المسار بسبب الاحتمالية السببية لكل ابتكار تم إجراؤه.

ربما لم يكن الكون المبكر قادرًا على إجراء العمليات الحسابية كما نعرفه ، وذلك ببساطة لأنه لم يكن هناك تاريخ كافٍ حتى الآن.

يجب أن يمر الوقت ويتم إنشاء مثيل له ماديًا من خلال اختيار الكائنات المكونة للكمبيوتر.

وينطبق الشيء نفسه على تركيبات Lego ، أو نماذج اللغة الكبيرة ، أو الأدوية الصيدلانية الجديدة ، أو “المجال التقني” ، أو أي كائن معقد آخر.

عواقب الأجسام ذات العمق المادي الجوهري

في الكون المربوط ، يتم التعامل مع كل شيء على أنه ثابت وموجود في آن واحد. هذا يعني أنه لا يمكن ترتيب الأشياء حسب عمقها في الوقت المناسب ، ولا يمكن استخدام الاختيار والتطور لشرح سبب وجود بعض الكائنات وليس غيرها.

يمكن أن تساعدنا إعادة تصور الوقت كبُعد مادي للمادة المعقدة ، وتحديد اتجاهية للوقت في حل مثل هذه الأسئلة.

يوحد صنع مادة الوقت من خلال نظرية التجميع العديد من المفاهيم الفلسفية المحيرة المتعلقة بالحياة في إطار واحد قابل للقياس. في قلب هذه النظرية يوجد مؤشر التجميع ، الذي يقيس مدى تعقيد الكائن.

إنها طريقة قابلة للقياس الكمي لوصف المفهوم التطوري للاختيار من خلال إظهار عدد البدائل التي تم استبعادها لإنتاج كائن معين.

تتطلب كل خطوة في عملية تجميع كائن ما معلومات وذاكرة لتحديد ما يجب وما لا يجب إضافته أو تغييره.

في بناء Lego Taj Mahal ، على سبيل المثال ، يجب أن نتخذ سلسلة محددة من الخطوات ، كل منها يوجهنا نحو المبنى النهائي.

كل خطأ هو خطأ ، وإذا ارتكبنا الكثير من الأخطاء لا يمكننا بناء هيكل يمكن التعرف عليه. يتطلب نسخ كائن معلومات حول الخطوات التي كانت مطلوبة مسبقًا لإنتاج كائنات مماثلة.

هذا يجعل نظرية التجميع نظرية سببية في الفيزياء ، لأن الهيكل الأساسي لمساحة التجميع – النطاق الكامل للتركيبات المطلوبة – يأمر الأشياء في سلسلة من السببية.

تعتمد كل خطوة على خطوة محددة مسبقًا ، ويعتمد كل كائن على كائن تم تحديده مسبقًا.

إذا أزلنا أي خطوات في مسار التجميع ، فلن يتم إنتاج الكائن النهائي. غالبًا ما ترتبط الكلمات الطنانة بفيزياء الحياة ، مثل “النظرية” و “المعلومات” و “الذاكرة” و “السببية” و “الاختيار” ، وهي مواد مادية لأن الكائنات نفسها ترمز القواعد للمساعدة في بناء كائنات “معقدة” أخرى.

قد يكون هذا هو الحال في التحفيز المتبادل حيث تصنع الأشياء بعضها البعض بشكل متبادل.

وهكذا ، في نظرية التجميع ، فإن الوقت في الأساس هو نفس الشيء مثل المعلومات والذاكرة والسببية والاختيار.

كلها مصنوعة فيزيائية لأننا نفترض أنها سمات للأشياء الموصوفة في النظرية ، وليست قوانين لكيفية تصرف هذه الأشياء.

تعيد نظرية التجميع تقديم إحساس موسع ومتحرك بالوقت إلى الفيزياء من خلال إظهار كيف أن مروره هو الأشياء التي تتكون منها الأشياء المعقدة: يزداد حجم المستقبل مع التعقيد.

قد يحل هذا المفهوم الجديد للوقت العديد من المشكلات المفتوحة في الفيزياء الأساسية.

النقاش بين الحتمية والصدفة

قال أينشتاين الشهير إن الله “لا يلعب النرد” ، ولا يزال العديد من الفيزيائيين مضطرين لاستنتاج أن الحتمية قائمة ، وأن مستقبلنا مغلق.

لكن فكرة أن الظروف الأولية للكون ، أو أي عملية ، تحدد المستقبل كانت دائمًا مشكلة. في نظرية التجميع ، يتم تحديد المستقبل ، ولكن ليس حتى يحدث.

إذا كان ما هو موجود الآن هو الذي يحدد المستقبل ، وما هو موجود الآن أكبر وأكثر ثراءً بالمعلومات مما كان عليه في الماضي ، فإن المستقبل المحتمل يزداد أيضًا كلما أصبحت الأشياء أكثر تعقيدًا.

هذا بسبب وجود المزيد من التاريخ في الحاضر يمكن من خلاله تجميع حالات مستقبلية جديدة.

إن التعامل مع الوقت باعتباره خاصية مادية للأشياء التي ينشئها يسمح بتوليد الجدة في المستقبل.

التجديد أمر بالغ الأهمية لفهمنا للحياة كظاهرة فيزيائية.

محيطنا الحيوي هو جسم لا يقل عمره عن 3.5 مليار سنة بمقياس وقت الساعة (التجميع هو مقياس مختلف للوقت).

لكن كيف بدأت الحياة؟ ما الذي سمح للأنظمة الحية بتطوير الذكاء والوعي؟ تقترح الفيزياء التقليدية أن الحياة “ظهرت”.

يلتقط مفهوم الانبثاق كيف يبدو أن الهياكل الجديدة تظهر في مستويات أعلى من التنظيم المكاني الذي لا يمكن التنبؤ به من المستويات الأدنى.

ومن الأمثلة على ذلك رطوبة الماء ، والتي لا يمكن توقعها من جزيئات الماء الفردية ، أو الطريقة التي تتكون بها الخلايا الحية من ذرات فردية غير حية.

ومع ذلك ، فإن الأشياء التي تعتبرها الفيزياء التقليدية ناشئة تصبح أساسية في نظرية التجميع. من هذا المنظور ، فإن “انبثاق” كائن ما – إلى أي مدى يبتعد عن توقعات الفيزيائي لبنات البناء الأولية – يعتمد على مدى عمق تكمن في الزمن.

هذا يوجهنا نحو أصول الحياة ، لكن يمكننا أيضًا السفر في الاتجاه الآخر.

إذا كنا على المسار الصحيح ، فإن نظرية التجميع تقترح أن الوقت أمر أساسي.

يقترح أن التغيير لا يقاس بالساعات ولكن يتم ترميزه في سلاسل من الأحداث التي تنتج جزيئات معقدة ذات أعماق مختلفة في الوقت المناسب.

تم تجميع هذه الكائنات من الذاكرة المحلية في اتساع الفضاء الاندماجي ، وتسجل الماضي ، وتتصرف في الحاضر ، وتحدد المستقبل.

هذا يعني أن الكون يتوسع في الوقت وليس الفضاء – أو ربما ينشأ الفضاء من الزمن ، كما تشير العديد من المقترحات الحالية من الجاذبية الكمومية.

على الرغم من أن الكون قد يكون حتميًا تمامًا ، إلا أن توسعه بمرور الوقت يعني أنه لا يمكن التنبؤ بالمستقبل بشكل كامل ، حتى من حيث المبدأ. مستقبل الكون مفتوح أكثر مما كنا نتوقع.

قد يكون الوقت نسيجًا متحركًا باستمرار نشهد من خلاله تجتمع الأشياء معًا ومنفصلة.

لكن النسيج يقوم بأكثر من مجرد التحرك – إنه يتوسع. عندما يكون الوقت شيئًا ، يكون المستقبل هو حجم الكون.

نُشر بالاشتراك مع معهد Santa Fe ، الشريك الاستراتيجي لـ Aeon.


شاهد

الانفجارات الشمسية وأثرها على الأرض

جميع حقوق الملكية الفكرية والنشر محفوظة لموقع غدق www.ghadk.com

“يمنع منعاً باتاً نقل أو نسخ هذا المحتوى تحت طائلة المسائلة القانونية والفكرية”

يمكنكم دعم الموقع عن طريق الاشتراك في صفحة الفيس بوك Facebook وحساب الانستغرام  Instagram وحساب تويتر Twitter

للتواصل والاستفسار والدعم التواصل على البريد التالي : ghadak.site@gmail.com

غدق

تقييم المستخدمون: 4.83 ( 2 أصوات)
اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى

أنت تستخدم إضافة Adblock

الرحاء ايقاف مانع الاعلانات