Революционная физика: новейшая концепция, переворачивающая наше представление обо всем
Могут ли привычные правила механики упускать суть мироздания? Такой провокационный вопрос задают специалисты из вашингтонского Института Карнеги — минералог Роберт Хейзен и астробиолог Майкл Вонг.
Фото: commons.wikimedia.org by Bakanovtomsk, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Перечитывая учебник по оптике на закате
В свежем документальном ролике они раскрывают свою гипотезу: "закон роста функциональной информации" способен осветить, почему структуры от субатомных частиц до целых обществ эволюционируют к большей организованности и разнообразию.
Авторы убеждены, что этот принцип ставит данные на один уровень с материей и силой, объясняя параллели в поведении разнообразных процессов. Более того, он мог бы прояснить загадку времени, которая до сих пор ускользает от теоретиков в их моделях реальности.
Идея обещает не только объединить разрозненные явления, но и вдохновить на новые подходы в науке. Ознакомиться с монументальной концепцией Хейзена и Вонга в оригинале можно в публикации Quanta Magazine, где они углубляются в математические основы и возможные применения.
Это предложение уже вызывает жаркие споры: если информация — базовый элемент, то как это изменит наше понимание хаоса и порядка в космосе?
В середине прошлого века итальянский ученый Энрико Ферми во время беседы с единомышленниками размышлял о вероятности разумных форм за пределами нашей планеты. Он отметил, что если такие общества существуют, то у многих хватило бы времени, чтобы колонизировать галактику. Так почему мы их не видим?
С тех пор накопилось немало гипотез по этому "парадоксу": возможно, развитые культуры самоуничтожаются или угасают, не успев шагнуть в космос. Однако наиболее лаконичное объяснение звучит так — разум попросту редкость, и мы поднимаем этот вопрос лишь потому, что сами оказались удачным исключением.
Междисциплинарный коллектив специалистов предлагает иной взгляд, отвергая пессимизм. Они формулируют свежий принцип мироздания: сложность структур в космосе нарастает с той же неуклонностью, что и беспорядок по второму закону термодинамики. Если верна эта аксиома, то организованная и мыслящая жизнь должна быть обыденностью.
С такой позиции биологический прогресс выглядит не изолированным чудом, рождающим особый тип вещества — организмы. Скорее, это проявление универсального механизма, где системы отбираются по способности хранить данные для конкретных задач.
Концепцию, разработанную минералогом Робертом Хейзеном и астробиологом Майклом Вонгом из вашингтонского Института Карнеги вместе с соавторами, встретили полярно. Одни видят в ней фрагмент грандиозной картины фундаментальных правил. Они подчеркивают: базовые уравнения механики неполны, не давая полной картины явлений. Эволюция — в любом ее виде — вносит инновации и цели, недоступные чистой физике. Теоретик сложности Стюарт Кауфман из Пенсильванского университета выразил восторг, отметив, что авторы легитимизировали эти размышления.
Другие упрекают подход в упрощении: метрика данных относительна, зависит от условий и трудно поддается расчету. Из-за этого теория якобы нефальсифицируема и бесполезна.
Обсуждение перекликается с растущим спором о месте дарвинизма в науке. Теория естественного отбора объясняет прошлое форм жизни, но слаба в прогнозах. Интеграция ее в принцип нарастающей организованности могла бы осветить грядущее.
Корни идеи уходят в 2003 год, когда биолог Джек Шостак в журнале Nature ввел понятие "функциональных данных". Нобелевский лауреат стремился измерить сложность биомолекул вроде белков или генов. Классика от Клода Шеннона и Андрея Колмогорова фокусируется на сжатии последовательностей: повторяющаяся цепь проще случайной.
Но Шостак указал на пробел: это игнорирует роль в процессах. В биологии одна задача решается разными структурами. Возьмем РНК-аптамеры — короткие цепочки, цепляющиеся за мишени. Если функция уникальна для одной, ее ценность высока; если вариантов много — ниже. Метрика вычисляется как доля аналогов той же длины с равной эффективностью.
Шостак экспериментально подтвердил: отбирая и мутируя цепочки, он наблюдал рост этой величины, приближаясь к пределу.
Хейзен открыл эту мысль, изучая зарождение жизни через минеральные реакции. Он отверг дихотомию "живое-неживое", видя континуум от простоты к разнообразию. Функциональные данные, по его мнению, толкают системы вперед.
В 2007-м с Шостаком они смоделировали алгоритмы, эволюционирующие мутациями для задач вроде вычислений. Опять же, показатель рос спонтанно.
Идея зрела до 2021-го, когда Вонг присоединился к Карнеги. Общие интересы вспыхнули мгновенно. Вонг, работавший с планетными оболочками, разочаровался в узких поисках внеземного: они слепы к иным формам. Нужно абстрагироваться, не включая бури или вихри.
Они привлекли коллег из разных сфер для баланса взглядов. Это не чистая минералогия или философия — синтез всего.
Авторы видят в данных параметр наравне с весом или силой. Второй закон задает стрелку беспорядка, но космос предпочитает упорядоченность через отбор задач — процесс, совместимый, но отличный от энтропии.
Это позволяет экстраполировать на небиологические сферы. Функция для камня? Хейзен объясняет: в среде доминируют формы, отобранные процессом — стабильные или сохранившиеся случайно.
Команда доказала: минералы Земли усложнялись исторически. На Титане углеводороды могут рождать графен. Элементы эволюционировали от простых после Большого взрыва к тяжелым в сверхновых.
Вонг подводит итоги: биология — частный случай; есть "стрела сложности"; данные — базовый атрибут.
Рост не всегда плавный — скачки, как в биологии: от ядерных клеток к многоклеточным, кембрийскому взрыву, нервным сетям, человеку. С этой оптики — закономерные фазы, меняющие правила.
Вонг сравнивает с "этажами": новые горизонты, иные критерии. Риккардо Солэ из Санта-Фе видит фазовые переходы, как в физике.
Сложность контекстна: зависит от цели и окружения. Эволюция импровизирует, переиспользуя — перья не для полета изначально.
Кауфман подчеркивает: биосфера генерирует опции, недоступные ранее. От одноклеток к слону — цепь инноваций. Нет предела комбинациям, правила эволюционируют иерархично.
Физик Пол Дэвис из Аризоны видит самореференцию: новые элементы меняют поле, как в теореме Гёделя — неполнота аксиом. Это делает жизнь непредсказуемой.
Биолог Маркус Хейслер из Сиднея добавляет: рост открывает стратегии для простых форм.
Хейзен считает: с интеллектом петля обратной связи ускоряется, выходя за дарвинизм — "часовщик видит".
Если закон верен, жизнь и разум — норма, опровергая скепсис Эрнста Майра. Скачки ускоряют, делая предсказуемым усложнение, а не случай.
С химиком Ли Кронином Сара Уокер из Аризоны предлагает "теорию сборки" — индекс шагов конструирования. Законы жизни отличаются от физики, но существуют. Она сомневается в проверяемости новой модели без строгих тестов.
Хейзен соглашается: точный расчет редок, но концепция полезна, как аппроксимации в астрономии.
Вонг видит применение в астробиологии: биосигнатуры — предпочтения в молекулах за пределами термодинамики.
Дальше — минералы, нуклеосинтез, симуляции. Хейзен отмечает запросы от экономистов до нейробиологов. Фредерик Тома из Монпелье применяет к раку: отбор по задачам, а не выживанию.
Несмотря на споры, консенсус: фокус на сложности, данных, прогрессе, целях и направленности. Это эхо рождения термодинамики — от машин к судьбе космоса.