2023.10.06

BigThink要約:エントロピーの物理学と生命の起源

marugotoyoten

アメリカの物理学者であるショーン・キャロルが「エントロピーの物理学と生命の起源」について語りました。この動画の要点と要約をまとめました

スピーカー

ショーン・キャロル

専門分野:量子物理学
経歴:アメリカの物理学者で、量子物理学の専門家。

３つの要点

要点１
熱力学第二法則によれば、時間の経過とともに無秩序、またはエントロピーが増加することがわかります。
要点２
組織と物事の自然な進化の緊張は、エントロピーの概念とともにより明確になりました。
要点３
生命の起源の理解は進んでいますが、まだ完全な答えは得られていません。

要約

熱力学第二法則と組織と進化の緊張
熱力学第二法則によれば、時間の経過とともに無秩序、またはエントロピーが増加することがわかります。これは、宇宙のすべてのものが最終的には混沌と無秩序になることを意味するため、悲観的に聞こえるかもしれません。しかし、この法則はまた、興味深い問いを提起します：人間のように組織されたものが存在することはどのようにして可能になったのでしょうか？1800年代に、科学者たちはエントロピーという概念を開発しました。これはシステム内の無秩序の尺度です。彼らは、宇宙が進化するにつれて、最終的には宇宙の熱的死として知られる最大の混沌の状態に到達することを認識しました。つまり、私たちが周りに見る興味深く組織された構造は、最終的には消えてしまうということです。この組織と物事の自然な進化の緊張は、エントロピーの概念とともにより明確になりました。それは、絶えず無秩序に向かって進む宇宙で、生命などの複雑で組織された構造がどのようにして生じるのかを考えさせられるものです。これは、科学者たちがまだ解き明かそうとしている魅力的なパズルです。

単純対複雑、秩序対無秩序
エントロピーと無秩序の増加について話す際には、すべてが単純で無秩序になるわけではないことに注意することが重要です。複雑さと秩序は、高エントロピーの状態でも存在することができます。この区別を理解することは、地球上の生命などの複雑な構造がどのようにして現れるのかを理解する上で重要です。低エントロピーから高エントロピーへの移行には、複製、ダーウィン的進化、区画化、代謝など、さまざまな要素が関与しています。複雑な構造の始まりを説明することは難しいですが、これらのさまざまな要素を考慮に入れる必要があります。複製優先派と代謝優先派の間で継続的な議論があり、これは遺伝情報とエネルギー利用の両方が生命を定義する上で重要であることを示しています。

代謝優先仮説と予測
近年、注目を集めている仮説の一つは、代謝優先仮説です。この考えでは、低エントロピーのエネルギーを代謝する能力が生命の出現に不可欠であるとされています。これは、生き物が自身の秩序と複雑さを維持するために宇宙のエントロピーを増加させる必要があることと一致しています。この仮説に基づいて、生物学者や地質学者は生命がどこで起源を持つ可能性があるかについて予測を立てています。彼らは、海の下の温かい水中の熱水噴出孔で生命が始まった可能性があると示唆しています。これらの噴出孔は低エントロピーのエネルギー源と生命の出現に必要な化学反応を提供します。興味深いことに、その後の発見では、予測された条件に一致する熱水噴出孔が見つかりました。これは代謝優先仮説を支持する一部の証拠を提供しています。ただし、生命の起源はまだ複雑で解決されていないパズルであり、さらなる研究が必要です。

生命の起源の理解の進展
生命の起源は科学における最も重要な未解決の問いの一つです。しかし、生命がどのようにして出現したのかについての理解は進んでいます。熱力学第二法則、組織と進化の緊張、生命のさまざまな側面を研究することにより、科学者たちは貴重な知見を得ています。代謝優先仮説に基づいて行われた予測に一致する熱水噴出孔の発見は、希望に満ちた進展です。生命の起源の問いに完全な答えを持っているわけではありませんが、継続的な研究により、この魅力的な謎を理解するために一歩近づいています。新たな発見ごとに、私たちは熱力学の法則が私たちの周りの世界を形作り、生命が出現する可能性を深く理解しています。

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