Хазен - любопытный мужик, мыслит он интересно и оригинально, хотя не всегда умеет вовремя остановиться, и порой загоняется.
А.М. Хазен. Почему обязательна множественность жизни во Вселенной и что ограничивает время её существования
(цитирую не всё - то, что считаю наиболее интересным в плане иллюстративности, и с чем в целом согласен)
...может быть представления о жизни как росте порядка - заблуждение? Не удивлюсь, если вместо ответа у читателей возникнет искреннее возмущение - тогда и творчество человека от великих художников, скульпторов, поэтов до космических ракет и интернета должно быть ростом беспорядка. Допустить такое кажется совершенно невозможным!
Природа умнее человека и его возмущения ей безразличны. Первое для того, чтобы понять её - надо превратить обыденные представления о порядке и беспорядке в количественные соотношения. Сделал это Людвиг Больцман ещё в 1872 г.
Обыденно порядок, когда каждая вещь лежит на своём единственном месте, например, в ящике или на полке. Соответственно беспорядок, когда она же может оказаться случайно в любом из возможных таких мест. Физика с помощью математики напрямую формализует это - подсчитаем число всех вариантов-перестановок «занять места» и примем это число в качестве количественной меры беспорядка. Не важно чего - клеток в организме или принципов конструкций, выбором из которых Эйфель создал свою знаменитую башню.
Однако подсчёт вариантов-перестановок с ростом количества «мест» и «предметов» быстро приводит к астрономическим числам, что неудобно. Если записывать не сами числа, а найти их логарифм (операция, известная из школы), то длинные ряды цифр исчезают - в природе не найти количеств, которые нельзя было бы описать в пределах логарифма, не превышающего сотню. Логарифм числа возможных состояний и есть знакомое всем (и пугающее большинство) слово - энтропия. Её самопроизвольного роста требует второе начало термодинамики (слова не менее знакомые, но и столь же пугающие). Как видите, оказалось, что «страшное» можно объяснить всего в нескольких строчках.
Математика - всего лишь язык науки, в котором на первом месте правила обращения со словами. Их много и они сложные. В результате за частоколом математических формул учёные забыли элементарное - когда мелких предметов дома много, то их укладывают в коробочки, потом как целое в ящики столов или шкафов, эту мебель дальше расставлять по местам в комнате. И т.д. Получается иерархия «мест» с разными признаками и соответственно иерархия беспорядка.
В природе аналогично беспорядок растёт иерархически! Атомы имеют свой беспорядок мест, занимаемых ими в молекулах. Молекулы - в составляющих живых клеток. Клетки - в организме. Виды жизни - в экологической нише. Каждый «ящичек закрыт» - в природе на каждой ступени иерархии роста беспорядка объекты предыдущего уровня участвуют как целое, спрятав предысторию в свойства объектов на данном уровне. Из обиходных аналогий понятно, что на каждом следующем уровне иерархии новые условия уменьшают количество мест, перестановки по которым выражают беспорядок - диапазон беспорядка внутри данной ступени уменьшается по отношению к предыдущей. Общий беспорядок определяется суммированием по всем уровням иерархии и каждый новый уровень его увеличивает.
На рисунке показаны главные из уровней иерархии роста беспорядка при эволюции жизни и условия ограничивающие его на каждом из них. За начало отсчёта принято заполнение электроных оболочек атомов, приводящее к таблице Менделеева. Максимум беспорядка в этом выражает огромное количество соединений на основе углерода. Поэтому он закономерно становится элементом, ответственным за жизнь, то есть новые иерархические уровни, отличные от неживой природы. Условие максимума прочности химических связей выделяет элементы, которые в сочетании с углеродом наиболее часто встречаются в живых системах.
По отношению к ним возникает условие, известное в биохимии как принцип структурной комплементарности. Существует хотя бы одна система из 20 аминокислот и 5 нуклеотидов, на основе которой возможны цепочки до 20 безотходных взаимосвязанных реакций, когда продукты предыдущих реакций используются в последующих.
Про РНК и ДНК, об информации в них, о генетическом коде, о комбинациях кодонов, с помощью которых он реализуется, читатели слышали. Однако простое про эти молекулы забывают. Все прочие молекулы - это энергетически наиболее выгодные «однозначные упаковки» атомов. Они могут либо участвовать как целое в химических реакциях, либо в других условиях - разрушаться. Молекулы РНК и ДНК принципиально отличаются от такого. Законы их «упаковки» разрешают перестановки кодонов внутри них. При этом детали реакций с участием РНК и ДНК становятся новыми, но их глобальные свойства остаются неизменными.
Человеку возникновение РНК, образование ДНК кажется непостижимым чудом роста упорядоченности. Однако для природы всё это возможность реализовать дополнительный беспорядок за счёт произвола перестановок кодонов и следствий этого для химических реакций. Такое соответствует второму началу термодинамики, а потому обязательно реализуется как только возникают геофизические условия, в которых РНК и ДНК могут существовать. Благодаря этой сугубо физической и химической особенности молекул РНК и ДНК природа реализует рост беспорядка путём, который невозможен для любых других молекул.
Эта малая подробность и есть главная причина реальности (или даже обязательности) множественности жизни во Вселенной! Природа с помощью жизни увеличивает беспорядок созидательно, а не путём распада. Жизнь от самых простейших бактерий до человека и его разума есть результаты использования природой этой новой возможности. Конкретных биохимических подробностей в этом открыто множество. Каждый год приносит результаты.
Кажущееся людям самым невероятным - первичное возникновение жизни (во всяком случае на Земле) произошло «мгновенно». Доказывают это сине-зелёные водоросли - одноклеточные организмы, сохранившиеся до наших дней. Они являются сложными формами жизни с вполне современной фотосинтезирующей энергетикой на основе хлорофилла. Возникли они по разным оценкам в среднем около 4 миллиардов лет назад. Но тогда геофизическая история Земли оставляет ничтожные времена от начала условий, совместимых с существованием сложных органических молекул, до возникновения жизни и итога её эволюции в виде таких вполне современных организмов
«Бог не играет в кости» - когда-то сказал А. Эйнштейн о роли случайностей в природе. Он прав в том смысле, что напрямую независимые случайности выпадения очков игральной кости или простой перебор пробами и ошибками случайных вариантов в природе реализуются не слишком часто. Природа лишена азарта личного выигрыша в виде цели. Тем более возникновение жизни не происходило путём только проб и ошибок. Закон для случайностей о самопроизвольном росте беспорядка (энтропии) причина возникновения и эволюции жизни в виде иерархии синтеза информации. Она приводит к уменьшению диапазона случайностей по мере роста номеров ступеней иерархии. Это кажется человеку увеличением порядка, но только кажется - суммарный беспорядок (энтропия) при этом растёт.