قوانین آنتروپی عامل حیات بشریت
آنتروپی از مفاهیم بنیادی فیزیک است و برای توضیح بسیاری پدیده‌های کیهانی کاربرد دارد. به‌نظر می‌رسد قوانین آنتروپی در دنیای زنده و شکل‌گیری حیات هم مصداق داشته باشند.
نزدیک به هشتاد سال پیش، اروین شرودینگر از دانش فیزیک دوران خود برای درک منشأ حیات و پی‌بردن به رازهای نهفته در آن استفاده می‌کرد. اکنون دو دانشمند با نام‌های استفان الکساندر و سالوادور آلمارگومورنو با کمک فیزیک جدید قصد دارند توضیحی برای منشأ حیات پیدا کنند.
در سپیده‌دم زمان، کیهان درنتیجه‌ی انفجاری بزرگ (بیگ بنگ) به‌وجود آمد و سپس درنتیجه‌ی سلسله فعلوانفعالات ذرات زیراتمی گردهم آمدند و اتم‌ها، مولکول‌ها، ستاره‌ها، سیاره‌ها و کهکشان‌ها شکل امروزی خود را تشکیل دادند. این سلسله اتفاقات در‌ادامه باعث پیدایش حیات در حداقل یکی از این سیاره‌ها و البته باعث ظهور انسان‌ها شد. گاهی اوقات به تشکیل حیات و کهکشان‌ها به‌عنوان دو پدیده‌ی مجزا نگریسته می‌شود؛ موضوعی که زیست‌شناسی معروف به نام استفان گلود از آن با عبارت ماستری غیرهم‌پوشانی یاد می‌کند.
برای کیهان‌شناسان مطالعه‌ی سیستم‌های پیشرفته‌ای مانند زندگی اهمیت کمی در تلاش آنها برای یافتن پاسخ پرسش‌های بزرگی مانند ماهیت بیگ بنگ یا مدل استاندارد فیزیک ذرات دارد. بهطور مشابه، زندگی در زیست‌کره نیز از آنچه در کیهان پهناور روی می‌دهد، کاملاً جدا پنداشته می‌شود؛ اما آیا واقعاً این‌طور است؟
در ذهن دانشمندان برجسته‌ای مانند جام وون‌نیومن، اروین شرودینگر، کلاد شانون و راجر پنروز این ایده شکل گرفته بود که شاید با نگاه‌کردن به زندگی و کیهان به‌عنوان دو ماهیت مرتبط باهم، بتوان به اطلاعات بیشتری دست پیدا کرد. در‌این‌بین، دیدگاه‌های اروین شرودینگرِ فیزیک‌دان مهم‌تر از دیگران است؛ چراکه گمانه‌زنی‌های جسورانه و پیش‌بینی‌های او در حوزه‌ی زیست‌شناسی تأثیر شگرفی بر جامعه‌ی علمی گذاشته است.
در سال ۱۹۴۳، برخی از سخنرانی‌های علمی شرودینگر در کالج ترینیتی دوبلین در قالب کتابی کوچک، اما تأثیرگذار با عنوان «زندگی چیست؟» منتشر شد. در این کتاب، شرودینگر می‌گوید که چگونه فیزیک با همراهی زیست‌شناسی و شیمی می‌تواند سربرآوردن حیات از مواد بی‌جان را توضیح دهد. شرودینگر معتقد بود همان قوانین فیزیکی که برای توصیف ستاره به‌کار می‌رود، برای مطالعه‌ی فرایندهای بی‌نهایت ظریف متابولیسم درون‌سلولی نیز کاربرد دارد.
شرودینگر فیزیک‌دانی بود که درباره‌ی زیست‌شناسی هم دیدگاه‌های جالب و آینده‌نگرانه‌ای داشت
شرودینگر می‌دانست که علم فیزیک دوران او نمی‌تواند برخی از یافته‌های حیرت‌انگیز تحقیقاتی درباره‌ی سلول‌های زنده را توضیح دهد؛ اما صرف‌نظر از این موضوع وی همچنان به تلاش خود برای استفاده از فیزیک برای توضیح منشأ حیات ادامه داد.
شرودینگر معتقد بود که مکانیک کوانتوم باید نقش مهمی در تشکیل حیات ایفا کند؛ چراکه قوانین کوانتوم باعث پایدار‌شدن اتم‌ها و ترکیب آنها و درنهایت تشکیل مولکول‌های مواد جاندار و غیرجاندار می‌شود. در مواد غیرجاندار مانند فلز‌ها، مکانیک کوانتوم به اتم‌ها این اجازه را می‌دهد که به اَشکال جالبی در‌کنار یکدیگر قرار گیرند؛ آرایش‌هایی مانند کریستال‌های تناوبی که درواقع شبکه‌ای از اتم‌ها با تقارن بسیار زیاد هستند.
بااین‌حال به‌باور شرودینگر، آرایش تناوبی بیش‌از‌حد برای تشکیل حیات ساده بود و درعوض گمان می‌کرد که به‌وجود‌آمدن مواد جاندار به‌واسطه‌ی کریستال‌های نامنظم ممکن شده است. ازاین‌رو، شرودینگر پیشنهاد داد که این ساختار غیرتکراری از آرایش اتم‌ها باید حاوی نوعی خط کد باشد که باعث ایجاد «الگویی کامل برای رشد آتی هر فرد و عملکردش در شرایط بلوغ» باشد. به‌عبارت‌دیگر، او در تلاش برای ارائه‌ی توصیفی اولیه از چیزی بود که بعداً به آن دی‌ان‌ای گفته شد.
رویکرد فرد غیرمتخصص
پیش از شرودینگر، زیست‌شناسان به فکر ایده‌ی ژن‌ها افتاده بودند؛ اما آن موقع ژن، تنها واحدی تعریف‌نشده برای به‌ارث‌بردن خصوصیات والدین بود. امروزه، ایده‌ی ژن‌های کدگذاری‌شده که حاوی برنامه‌ی ساخت بدن و ایجاد مکانیزم‌های سلولی که تعیین‌کننده‌ی سرنوشت ارگانیسم‌های زنده هستند، برای ما آن‌چنان واضح و مأنوس است که تقریباً به‌عنوان حقیقتی مسلم شناخته می‌شود. باوجوداین، چگونگی به‌ارث‌بردن خصوصیات مختلف در سطح مولکولی موضوعی است که زیست‌شناسان هم‌اکنون نیز مشغول آزمایش و کشف آن هستند.
نکته‌ی جالب این است که شرودینگر از استدلال کوانتومی برای فرمول‌بندی فرضیه‌‌اش استفاده کرده بود. او زیست‌شناس نبود و همین باعث شد که رویکرد جدیدی برای نگاه به این موضوع در پیش بگیرد. از زمان شرودینگر تاکنون، علوم فیزیک و زیست‌شناسی راه زیادی پیموده‌اند. اکنون، می‌توانیم همین فرایند را طی کنیم و از خود بپرسیم که «زندگی چیست؟»
در سال‌های گذشته، استفان الکساندر، فیزیک‌دان نظریه‌پرداز در دانشگاه براون و نویسنده‌ی کتاب «ترس از کیهان تاریک»، با سالوادور آلمارگومورنو، زیست‌شناس دانشگاه مرکزی فلوریدا، برای یافتن پاسخ این پرسش تبادل‌نظر کرده است. این دو محقق گاهی برای صرف نوشیدنی دورهم جمع می‌شوند و ایده‌هایشان درباره‌ی کیهان‌شناسی و زیست‌شناسی را به‌اشتراک می‌گذارند.
الکساندر و آلمارگومورنو در بخشی از گفت‌وگوی خود سعی می‌کردند مانند شرودینگر از نگاه فردی غیرمتخصص به تحقیقات طرف مقابل نگاه کنند. این کار علاوه‌بر اینکه نوعی سرگرمی مفرح بود، می‌توانست به گسترش ایده‌های تحقیقاتی جدید کمک کند. از سال ۲۰۱۴، این ایده‌ی مشترک در ذهن الکساندر و آلمارگومورنو شکل گرفته است که شاید نوعی ارتباط دو‌طرفه بین سیستم‌های جاندار و کیهان وجود داشته باشد؛ ایده‌ای که راه خود را به مقاله‌ها و کتاب‌های چاپ‌شده‌ی آنها پیدا کرده است.
برای درک این ارتباط، باید با مفهوم آنتروپی در حوزه‌ی کیهان‌شناسی و زیست‌شناسی آشنا باشیم. به‌طور‌خلاصه، می‌توان گفت که آنتروپی معیار سنجش بی‌نظمی است که در کیهان جریان دارد. کمی پس از پیدایش کیهان و قبل از تشکیل ستاره‌ها و سیاره‌ها، فضا بهطور یکنواخت از تشعشع و ماده پر شده بود. وقتی این مخلوط گرم‌تر و پرجنب‌وجوش‌تر شد، از نظم آن کاسته و به آنتروپی آن اضافه شد؛ اما با انبساط کیهان، تشعشع و ماده بهطور همگون‌تر و منظم‌تری توزیع شد که نتیجه‌ی آن کاهش آنتروپی بود.
با انبساط بیشتر کیهان و سرد‌شدن آن، ساختارهای پیچیده‌ای مانند ستاره‌ها و کهکشان‌ها و حیات تشکیل شدند. قانون دوم ترمودینامیک می‌گوید که آنتروپی همواره افزایش پیدا می‌کند؛ اما این ساختارها نظم بیشتر و درنتیجه آنتروپی کمتری از دیگر قسمت‌های کیهان داشتند. ناگفته نماند امکان کاهش آنتروپی در برخی از قسمت‌های کیهان وجود دارد؛ چراکه این نواحی بخشی از ساختار کلی کیهان هستند و آنتروپی مجموع آن نیز همواره در حال افزایش است.
قوانین آنتروپی عامل حیات بشریت
آنتروپی در دنیای نانوذرات.
