En el corto lapso de solo 300 años, desde la invención de la física moderna, hemos adquirido una comprensión más profunda de cómo funciona nuestro universo a pequeña y gran escala. Sin embargo, la física aún es muy joven y cuando se trata de usarla para explicar la vida, los físicos luchan.

Incluso hoy en día, no podemos explicar realmente cuál es la diferencia entre un trozo de materia vivo y uno muerto. Pero mis colegas y yo estamos creando una nueva física de la vida que pronto podría brindar respuestas.

Hace más de 150 años, Darwin notó conmovedoramente la dicotomía entre lo que entendemos en física y lo que observamos en la vida, señalando al final de El origen de las especies “…mientras que este planeta ha ido ciclando de acuerdo con la ley fija de la gravedad, desde un comienzo tan simple han evolucionado y evolucionan infinitas formas más bellas y maravillosas”.

La importancia del tiempo

Isaac Newton describió un universo donde las leyes nunca cambian, y el tiempo es un telón de fondo inmutable y absoluto contra el cual todo se mueve. Darwin, sin embargo, observó un universo donde se generan infinitas formas, cada una de las cuales cambia las características de lo que vino antes, lo que sugiere que el tiempo no solo debería tener una dirección, sino que, de alguna manera, se repliega sobre sí mismo. Las nuevas formas evolutivas solo pueden surgir a través de la selección del pasado.

Presumiblemente, estas dos áreas de la ciencia están describiendo el mismo universo, pero ¿cómo pueden unificarse dos puntos de vista tan diametralmente opuestos? La clave para entender por qué la vida no es explicable en la física actual puede ser reconsiderar nuestras nociones de tiempo como la diferencia clave entre el universo descrito por Newton y el de Darwin. El tiempo, de hecho, ha sido reinventado muchas veces a lo largo de la historia de la física.

Aunque el tiempo de Newton era fijo y absoluto, el tiempo de Einstein se convirtió en una dimensión, como el espacio. Y así como todos los puntos en el espacio existen a la vez, también existen todos los puntos en el tiempo. Esta filosofía del tiempo a veces se denomina el «universo de bloque» donde el pasado, el presente y el futuro son igualmente reales y existen en una estructura estática, sin un «ahora» especial. En mecánica cuántica , el paso del tiempo surge de cómo los estados cuánticos cambian de uno a otro.

Este artículo va acompañado de una serie de podcasts llamada Great Mysteries of Physics , que descubre los mayores misterios a los que se enfrentan los físicos en la actualidad y analiza las propuestas radicales para resolverlos.

La invención de la termodinámica le dio al tiempo su flecha, explicando por qué avanza en lugar de retroceder. Esto se debe a que hay ejemplos claros de sistemas en nuestro universo, como un motor en funcionamiento, que son irreversibles: solo funcionan en una dirección. Cada nueva área de la física fundamental, ya sea que describa el espacio y el tiempo (Newton/Einstein), la materia y la luz (mecánica cuántica) o el calor y el trabajo (termodinámica), ha introducido un nuevo concepto de tiempo.

Pero ¿qué pasa con la evolución y la vida? Para construir cosas novedosas, la evolución requiere tiempo. La novedad infinita solo puede llegar a existir en un universo donde el tiempo existe y tiene una dirección clara. La evolución es el único proceso físico en nuestro universo que puede generar la sucesión de nuevos objetos que asociamos a la vida, cosas como microbios, mamíferos, árboles e incluso teléfonos celulares.

Información y memoria

Tales objetos no pueden fluctuar hacia la existencia espontáneamente. Requieren una memoria, basada en lo que existió en el pasado, para construir cosas en el presente. Es esa “selección” la que determina la línea divisoria entre el universo descrito por la física actual y lo que vio Darwin: es el mecanismo que convierte un universo donde la memoria no importa para determinar lo que existe, a uno donde sí importa.

Piénselo, todo en el mundo de los vivos requiere algún tipo de memoria y flujo de información. El ADN en nuestras células es nuestro modelo. Y para inventar cosas nuevas, como cohetes o medicamentos, los seres vivos también necesitan información: conocimiento de las leyes de la física y la química.

Para explicar la vida, por lo tanto, necesitamos entender cómo los objetos complejos que crea la vida existen en el tiempo. Con mis colaboradores, hemos estado haciendo exactamente eso en una teoría de la física recientemente propuesta llamada teoría de ensamblaje.

Una conjetura clave de la teoría del ensamblaje es que, a medida que los objetos se vuelven más complejos, aumenta el número de partes únicas que lo componen, y también aumenta la necesidad de memoria local para almacenar cómo ensamblar el objeto a partir de sus partes únicas. Cuantificamos esto en la teoría de ensamblaje como el número más corto de pasos físicos para construir un objeto a partir de sus bloques de construcción elementales, llamado índice de ensamblaje.

Es importante destacar que la teoría del ensamblaje trata este camino más corto como una propiedad intrínseca del objeto y, de hecho, hemos demostrado cómo se puede medir el índice de ensamblaje de las moléculas utilizando varias técnicas de medición diferentes, incluida la espectrometría de masas (un método analítico para medir la relación masa-carga). de moléculas).

Con este enfoque, hemos demostrado en el laboratorio, con mediciones tanto en muestras biológicas como no biológicas, cómo las moléculas con un índice de ensamblaje superior a 15 pasos solo se encuentran en muestras vivas.

Esto sugiere que la teoría del ensamblaje es capaz de probar nuestra hipótesis de que la vida es la única física que genera objetos complejos. Y podemos hacerlo identificando aquellos objetos que son tan complejos que el único mecanismo físico para formarlos es la evolución.

Nuestro objetivo es utilizar nuestra teoría para estimar cuándo ocurre el origen de la vida midiendo el punto en el que las moléculas en una sopa química se vuelven tan complejas que comienzan a usar información para hacer copias de sí mismas: el umbral en el que la vida surge de la no vida . . Luego, podemos aplicar la teoría a los experimentos que apuntan a generar un nuevo evento de origen de la vida en el laboratorio.

Y cuando sabemos esto, podemos usar la teoría para buscar vida en mundos que son radicalmente diferentes a la Tierra y, por lo tanto, pueden parecer tan extraños que no reconoceríamos vida allí.

Si la teoría se mantiene, forzará un replanteamiento radical del tiempo en la física. Según nuestra teoría, el ensamblaje se puede medir como una propiedad intrínseca de las moléculas, que corresponde a su tamaño en el tiempo, lo que significa que el tiempo es un atributo físico.

En última instancia, el tiempo es intrínseco a nuestras experiencias del mundo y es necesario para que ocurra la evolución. Si queremos que la física sea capaz de explicar la vida, y nosotros, puede ser que necesitemos tratar el tiempo como una propiedad material por primera vez en la física.

Esta es quizás la desviación más radical de la física de la vida de la física estándar, pero puede ser la visión crítica necesaria para explicar qué es la vida.

https://theconversation.com/life-modern-physics-cant-explain-it-but-our-new-theory-which-says-time-is-fundamental-might-203129