24 ноября 2005 г.

Фундаментальная физика и фундаментальная биология: параллели

В физике и биологии есть ряд фундаментальных вопросов, которые мне показались подозрительно похожими по своей сути и по типу проблем, которые надо преодолеть. Я решил попытаться провести между ними аналогии, и получилися такой вот список.

1-биология: Почему жизнь основана ровно на четырех основных нуклеотидах? Чем хуже ситуации, например, с двумя или шестью нуклеотидами, почему они не реализовались в природе?
1-физика: Почему наш мир трехмерен? Почему не реализовались двумерные или многомерные вселенные?

    Оба этих вопроса затрагивают один из самых фундаментальных параметров -- число степеней свободы при конструировании нуклеиновых кислот или при конструировании нашего мира. И тот, и другой вопрос, скорее всего, недоступен прямой экспериментальной проверке. Однако не исключено, что ответить на него удастся после мощных вычислений и по косвенным проявлениям.

2-биология: как на основании последовательности ДНК предсказать свойства живого организма?
2-физика: как на основании квантовой механики, зная лишь хим.состав вещества, предсказать его макроскопические (структурные, электронные и т.п.) свойства?

    В обоих ситуациях речь идет об одном и том же: если дана система из огромного числа довольно однотипных -- но взаимодействующих между собой -- элементов, то как предсказать всё то разнообразие возникающих макроскопических явлений в системе, что мы наблюдаем.

3-биология: структура мозга и разумной жизни
3-физика: точное решение нелинейных уравнений в режиме сильной связи

    В обоих случаях локально известно очень многое. В биологии -- это молекулярные механизмы генерации и передачи импульсов по нейронам, в физике -- разложение нелинейных законов в ряд теории возмущений и последовательный учет каждого слагаемого. Однако непонятно, как все это работает "в целом", а не локально. В физике решение этой проблемы, в частности, решит и проблему конфайнмента, над которой уже лет 50 бьются лучшие умы :)

    Отступление: в математике такими вещами занимается топология. Ее не особо интересуют локальные свойства объектов, ее интересуют свойства объекта "в целом".

4-биология: можно ли и как добиться существенного увеличения продолжительности жизни?
4-физика: можно ли и как добиться сверхпроводимости при комнатных температурах?

    Оба вопроса кажутся частными проблемами, на первый взгляд, однако они приведут к настоящей революции в человеческой жизни и в технике. В обоих случаях кажется, что цель достижима (т.е. не видно ничего такого, что запрещало бы это), но на пути ее реализации встает множество технических и фундаментальных преград.

5-биология: победа на раком
5-физика: достижение полного квантового контроля

    Еще одна, казалось бы, частная проблема, решение которой будет иметь глубокие последствия. Фундаментальная проблема, которую тут надо решить, это как "приручить" спонтанные природные процессы. С биологией понятно, а в случае с физикой речь идет о приручении декогеренции, т.е. потери квантовых свойств при взаимодействии с внешним миром.

6-биология: понимание работы иммунной системы
6-физика: понимание поведение сильновзаимодействующего электронного газа в различных ситуациях

    В обоих случаях речь идет о некой самоподстраивающейся системе. Мы видим только ее "конечные проявления", но не всегда понимаем, как именно так получается. В физике за этим явлением стоят квантовый эффект Холла и другие квантовые осцилляции в магнитном поле. (взять хотя бы недавнюю заметку Проверить теорию относительности поможет графен)


Поскольку я не биолог, я могу ошибаться в оценке значимости того или иного вопроса, так что с удовольствием выслушаю комментарии специалистов. Ну и, разумеется, предлагаю всем продолжить список (обоснованно, конечно).

[Комментарии на Элементах]

2 комментария:

  1. Анонимный8/10/09 10:32

    1-й и 4-й вопрос по биологии звучат нормально, но остальные не серьезны. Если немного заглянуть хотя бы в wiki то о вопросы о победе над раком и о понимании работы иммунной системы не возникли бы.

    ОтветитьУдалить
  2. Анонимный26/9/13 22:04

    почему,почему. думать надо немного не так,как учили. потому что,как учили-это классический вариант с присущей ей вольности и необратимой сложности. природа уходит от сложности к необратимой связанности. четыре нуклеотида хорошая стабильная связка в парности и общим взаимосвязанным оборотным импульсом. уникальна в делении-оттиска. шутка.

    ОтветитьУдалить