Главная
Cat schrodinger: What is Schrödinger’s Cat? | BBC Science Focus Magazine

Cat schrodinger: What is Schrödinger’s Cat? | BBC Science Focus Magazine

75 лет Что такое жизнь?

Физик Эрвин Шредингер также исследовал вопросы молекулярной биологии. Фото: Bettmann/Getty

Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки Эрвин Шредингер Издательство Кембриджского университета (1944)

В Что такое жизнь? (1944), австрийский физик и лауреат Нобелевской премии Эрвин Шредингер использовал этот (все еще нерешенный) вопрос, чтобы сформулировать более конкретный, но не менее провокационный вопрос. Что такого особенного в живых системах, спросил он, что, кажется, ставит их в противоречие с известными законами физики? Предложенный им ответ теперь выглядит пророческим: жизнь отличается «кодовым сценарием», который управляет клеточной организацией и наследственностью, в то же время, по-видимому, позволяя организмам приостанавливать действие второго закона термодинамики.

Эти идеи вдохновили общественность и ряд научных светил, но привели в ярость других. Хотя их элементы не были оригинальными, формулировка блестяще предвосхитила открытие Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году того, как двойная спираль ДНК кодирует гены.

Как писал Крик Шрёдингеру в том же году, он и Ватсон «оба находились под влиянием вашей маленькой книжки».

Элегантный и доступный, Что такое жизнь? Число выросло из серии чрезвычайно популярных публичных лекций, прочитанных Шредингером в Дублинском Тринити-колледже в 1919 году.43, в разгар Второй мировой войны. Изгнанный из Австрии, когда она была аннексирована нацистской Германией, Шредингер был приглашен в Ирландию, чтобы помочь основать Дублинский институт перспективных исследований. (В сентябре этого года Trinity отметит годовщину лекций конференцией под названием «Шредингеру 75 лет — Будущее биологии».)

«Что такого в жизни, что делает ее способной обойти второй закон термодинамики?»

Ваш браузер не поддерживает аудио элементы.

Скачать MP3

С 1930-х годов биология превратилась из преимущественно описательной науки в науку, изучающую механизмы. Благодаря исследованиям, подобным исследованиям плодовых мушек, проведенным генетиком Томасом Хантом Морганом, исследователи начали понимать наследственность с точки зрения передачи генов, представленных в виде больших молекул, расположенных на хромосомах. Многие ожидали, что гены будут белками. Однако пока Шредингер готовил свои лекции, микробиолог Освальд Эйвери находил доказательства того, что это нуклеиновые кислоты. Таким образом,

Что такое жизнь? попал в бурное время как для науки, так и для социополитики.

Шредингер осторожно вступает в эти междисциплинарные воды. Он объявляет себя «наивным физиком», размышляя о том, как жизнь поддерживает себя и стабильно передает генетические мутации из поколения в поколение. Его работа по квантовой механике принесла ему Нобелевскую премию в 1933 году, но вряд ли это было право комментировать биологию, к которой Шредингер ранее не проявлял особого интереса, кроме набегов на физиологию зрения. Возможно, эта наивность является источником как сильных, так и слабых сторон книги.

Загадка в названии связана с тем, как физики и химики тогда думали о молекулярном мире, полностью управляемом статистическим поведением. В классической молекулярной физике Джеймса Клерка Максвелла и Людвига Больцмана движение атомов является случайным (см.

E. Schrödinger Nature 153 , 704–705; 1944). Точные, надежные физические законы, такие как те, которые связывают температуру, давление и объем газа, возникают из среднего поведения бесчисленных атомов.

Как в таком случае конкретный макроскопический результат — фенотип, наблюдаемые наследственные признаки организма — может возникнуть из индивидуальной генетической мутации на молекулярном уровне? Возможно, это призрак кота Шредингера, сформулированный в 1935 году, чья макроскопическая жизнь или смерть зависит от одного квантового события. (Математик Роджер Пенроуз сказал об этом мысленном эксперименте: «Меня не удивило бы, если бы Шредингер отчасти имел в виду что-то из этого вопроса», когда писал «

Что такое жизнь?»9.0008 .) Глядя на наследственную характеристику (такую ​​как выступающая вперед нижняя челюсть, характерная для членов династии Габсбургов в Европе), Шредингер спрашивает, как ответственный аллель оставался «невозмутимым беспорядочной тенденцией теплового движения на протяжении столетий?».

Здесь он цитирует эксперименты другого бывшего квантового физика, Макса Дельбрюка, чье использование высокоэнергетического излучения для индукции генетических мутаций позволило ему оценить размер гена примерно в 1000 атомов. Шредингер утверждает, что этого кажется слишком мало для того, чтобы «законная деятельность» — прочное наследование — сохранялась перед лицом статистических колебаний. Но он утверждает, что квантовая механика может объяснить этот вопрос. Атомы в молекулах обычно могут располагаться множеством стабильных способов, и каждая конфигурация имеет соответствующую энергию; именно так Шредингер представляет различные аллели генов. Но «квантовые скачки» между ними, как правило, тормозятся высокими энергетическими барьерами.

Далее он предполагает, что такие молекулы, кодирующие гены (он был среди тех, кто подозревал, что они представляют собой большие белки), обладают достаточным потенциальным разнообразием в своих конфигурациях, чтобы кодировать огромные объемы информации, и что это разнообразие может обеспечить клеточный «код».

-сценарий». Положение каждого атома имеет значение, но структура не повторяется — отсюда его описание молекул как апериодических (неправильных) твердых тел. Это была не совсем новая идея; Дельбрюк предложил нечто подобное в 1919 г.35. А биологи Герман Мюллер и Дж. Б. С. Холдейн независимо друг от друга предположили, что хромосомы могут действовать как шаблоны для их собственной репликации, точно так же, как новые слои кристаллов строятся на ранее существовавших.

Ничто из этого, признает Шредингер, не отвечает на более глубокий вопрос о том, «как работает наследственное вещество», то есть как оно используется в развитии и обмене веществ, позволяя организму строить и поддерживать себя от момента к моменту в том, что Шредингер называет его «четырехмерный узор» в пространстве и времени. Но он начинает с того, что ставит вопрос в терминах термодинамики.

Дело не в энергии (потребление и выделение энергии организмами должно быть сбалансировано, иначе они сгорят), а в энтропии, мере атомного беспорядка. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия должна возрастать во всех процессах изменения. Но организмы каким-то образом предотвращают энтропийное растворение. Как выразился Шредингер, они питаются «отрицательной энтропией», используя ее для поддержания организации, проявляющейся в структурах и функциях клеток, и в то же время платят термодинамические долги, нагревая окружающую среду.

Как они добывают отрицательную энтропию, он не мог сказать. Он был вынужден предположить, что в живых системах «мы должны быть готовы найти новый тип физического закона». Сегодня кажется, что такое радикальное решение не требуется.

В его анализе отсутствует концепция информации. Теория информации Клода Шеннона и кибернетика Норберта Винера в 1940-х и 1950-х годах начали заполнять этот пробел, хотя только недавно исследователи начали понимать, как информация на самом деле проявляется в биологии. Как намекает Шрёдингер в своих рассуждениях об отрицательной энтропии, жизнь — это очаг неравновесного порядка в открытой системе, а код ДНК — лишь часть того, что его поддерживает.

Жаль, что Шредингер не коснулся работы коллеги-физика Лео Силарда над демоном Максвелла, мысленным экспериментом, который показал, как можно устранить энтропийный беспорядок, используя информацию молекулярного уровня, которая на макроскопическом уровне выглядит как простой статистический шум.

Более того, Шредингер придал своему кодовому сценарию слишком большую свободу действий, вообразив, что его показания отображаются непосредственно на фенотип. Это работает не так: вы не можете прочитать расположение органов тела в геноме. Информация функционирует как ресурс, а не как пошаговое руководство. Чтобы обрести значение, он должен иметь контекст: историю клетки и окружающую среду. Проследить, как фенотип возникает в результате взаимодействия генов друг с другом и с окружающей их средой, является ключевой загадкой современной геномики.

Что такое жизнь? помог сделать влиятельными биологами нескольких физиков: Крика, Сеймура Бензера и Мориса Уилкинса, среди прочих. Но современные обзоры не указывают на то, что многие биологи осознали реальное значение кодового сценария Шредингера как своего рода активной программы для организма. Некоторые представители зарождающейся науки молекулярной биологии были критически настроены. Линус Полинг и Макс Перуц осуждали книгу в 1987 году, к столетию со дня рождения Шредингера. Полинг считал отрицательную энтропию «отрицательным вкладом» в биологию и критиковал Шредингера за «расплывчатое и поверхностное» понимание термодинамики жизни. Перуц ворчал, что «то, что было правдой в его книге, не было оригинальным, а большая часть того, что было оригинальным, было известно как неправда, даже когда книга была написана».

Хотя эти суждения жестоки, они не лишены оснований. Почему же тогда книга оказала такое влияние? Теоретик риторики Леа Чеккарелли утверждает, что это было связано со стилем письма Шредингера: ему удалось соединить физику и биологию, не отдавая ни того, ни другого. Но сегодня мы можем найти нечто большее. Мысли Шредингера об энтропийном балансе жизни можно рассматривать как предшественников исследований того, как биологические прерогативы, такие как репликация, память, старение, эпигенетическая модификация и саморегуляция, должны пониматься как процессы неравновесной сложности, которые не могут игнорировать окружающую среду.

Любопытно, что подобные соображения об окружающей среде и непредвиденных обстоятельствах теперь считаются центральными в квантовой механике с ее идеями запутанности, декогерентности и контекстуальности. Является ли это более чем совпадением, мы пока не можем сказать.

Предубеждение кота Шредингера: предложен новый когнитивный уклон

. 2021 14 января; 13 (1): e12697.

doi: 10.7759/cureus.12697.

Хосе Нуньес де Аленкар Нету 1 , Эдуардо Фарина 2 , Мария Катарина Нуньес Сампайо 3

Принадлежности

  • 1 Кардиология, Институт кардиологии Данте Паццанезе, Сан-Паулу, BRA.
  • 2 Отдел научного письма, Высшая школа наук Санта-Каса-де-Мизерикордия-де-Витория, Витория, BRA.
  • 3 Кардиология, Медицинский факультет, Университетский центр, Высший институт прикладной теологии, Собрал, БРА.
  • PMID: 33614305
  • PMCID: PMC7883567
  • DOI: 10.7759/куреус.12697

Бесплатная статья ЧВК

Хосе Нуньес де Аленкар Нето и др. Куреус. .

Бесплатная статья ЧВК

. 2021 14 января; 13 (1): e12697.

doi: 10.7759/cureus.12697.

Авторы

Хосе Нуньес де Аленкар Нету 1 , Эдуардо Фарина 2 , Мария Катарина Нуньес Сампайо 3

Принадлежности

  • 1 Кардиология, Институт кардиологии Данте Паццанезе, Сан-Паулу, BRA.
  • 2 Отдел научного письма, Высшая школа наук Санта-Каса-де-Мизерикордия-де-Витория, Витория, BRA.
  • 3 Кардиология, Медицинский факультет, Университетский центр, Высший институт прикладной теологии, Собрал, БРА.
  • PMID: 33614305
  • PMCID: PMC7883567
  • DOI: 10. 7759/куреус.12697

Абстрактный

Когнитивные искажения могут вызывать различные медицинские ошибки и приводить к злоупотреблениям с потенциальным вредом для пациентов. Некоторые когнитивные искажения связаны с социальным поведением, профессиональной специализацией и личным опытом, что приводит к совершению или бездействию в медицинском поведении. Мы хотели бы предложить ранее неописанное когнитивное искажение под названием «предвзятость кота Шрёдингера». В 1935, Эрвин Шредингер предложил двойную систему, основанную на квантовой механике, согласно которой кошка может быть живой или мертвой одновременно. «Предвзятость кота Шредингера» — это ситуация, в которой врач принимает решение и требует проведения обследования или процедуры, которые были ненужными и подвергают пациента непредвиденному риску. После процедуры, если будет хороший результат, пациент будет благодарен за это. Однако, если будет плохой исход, он все равно будет благодарен за их усилия в попытках найти этиологию. Это когнитивное искажение в большинстве случаев будет отдавать предпочтение методам лечения, а не решению не лечить.

Ключевые слова: предвзятость; познание; эпидемиология.

Copyright © 2021, Аленкар Нето и др.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Цифры

Рисунок 1. Ситуация 1 – Упражнение…

Рисунок 1. Ситуация 1 – Тест на беговой дорожке

Различные временные рамки, которые могут произойти, когда…

Рисунок 1. Ситуация 1 – беговая дорожка с нагрузкой

Различные сроки, которые могут возникнуть, когда пациент запрашивает простой тест на беговой дорожке. Читатель должен иметь в виду, что коронарография, исследование, подтверждающее поражение коронарной артерии, не лишено осложнений (кровотечение, инсульт, контраст-индуцированная нефропатия) и что стент может не снизить риск острого инфаркта миокарда в будущем или умирают и могут иметь осложнения (тромбоз или рестеноз стента и кровотечение).

Рисунок 2. Ситуация 2 – Операция

Рисунок 2. Ситуация 2 – Операция

Различные сроки, которые могут произойти, когда операция…

Рисунок 2. Ситуация 2 – Операция

Различные временные рамки, которые могут произойти, когда предлагается операция. Изображенная гипотетическая операция сопряжена с 4-процентным риском смерти во время операции. Риск умереть от болезни при проведении операции составляет 5% через 10 лет, такой же риск при отсутствии операции (1% при перенесенной операции).

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

Похожие статьи

  • КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА: Улучшено: кот Шредингера не в шляпе.

    Теше К. Теше С. Наука. 2000 г., 27 октября; 290 (5492): 720-1. doi: 10.1126/наука.290.5492.720. Наука. 2000. PMID: 17780511

  • Минимальные копии состояния кота Шредингера в многофотонной системе.

    Лу Ю, Чжао Ц. Лу Ю и др. Научный представитель 2016 г., 31 августа; 6:32057. дои: 10.1038/srep32057. Научный представитель 2016. PMID: 27576585 Бесплатная статья ЧВК.

  • Шредингера «Что такое жизнь?» в 75.

    Филлипс Р. Филипс Р. Сотовая система 2021 16 июня; 12 (6): 465-476. doi: 10.1016/j.cels.2021.05.013. Сотовая система 2021. PMID: 34139159 Обзор.

  • Подобно коту Шрёдингера, предвзятость одновременно и мертва, и жива: ответ Уилсону и Гилберту (2013).

    Левин Л.Дж., Ленч Х.К., Каплан Р.Л., Сейфер М.А. Левин Л.Дж. и соавт. J Pers Soc Psychol. 2013 ноябрь; 105(5):749-56. doi: 10.1037/a0034340. J Pers Soc Psychol. 2013. PMID: 24219786

  • Физика, философия и природа реальности.

    Модлин Т. Модлин Т. Энн Н.Ю. Академия наук. 2015 Декабрь; 1361: 63-8. doi: 10.1111/nyas.12877. Epub 2015 3 сентября. Энн Н.Ю. Академия наук. 2015. PMID: 26335492 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

использованная литература

    1. Когнитивное искажение в клинической медицине. О’Салливан ЭД, Шофилд СДж. JR Coll Physicians Edinb. 2018;48:225–232. – пабмед
    1. Как и когда опытные врачи скорой помощи выдвигают и оценивают диагностические гипотезы? Качественное исследование с использованием видео-интервью с фиксацией на голове. Pelaccia T, Tardif J, Triby E, Ammirati C, Bertrand C, Dory V, Charlin B. Ann Emerg Med. 2014; 64: 575–585. – пабмед
    1. Суждение в условиях неопределенности: эвристика и предубеждения. Тверски А., Канеман Д. Наука. 1974; 185:1124–1131. – пабмед
    1. К экземплярной теории автоматизации. Логан ГД. Психологический Откр. 1988;95:492–527.
    1. Когнитивные ошибки, обнаруженные в анестезиологии: обзор литературы и пилотное исследование.

Оставить комментарий