Hukum Alam yang baru berupaya menjelaskan kompleksitas alam semesta

Versi aslinya dari cerita ini muncul di Berapa banyak majalah.

Pada tahun 1950 fisikawan Italia Enrico Fermi sedang membahas kemungkinan kehidupan alien yang cerdas dengan rekan -rekannya. Jika ada peradaban alien, katanya, beberapa pasti harus memiliki cukup waktu untuk berkembang di seluruh kosmos. Jadi dimana mereka?

Banyak jawaban untuk “paradoks” Fermi telah diusulkan: mungkin peradaban alien terbakar atau menghancurkan diri mereka sendiri sebelum mereka bisa menjadi pengembara antarbintang. Tapi mungkin jawaban yang paling sederhana adalah bahwa peradaban seperti itu tidak muncul di tempat pertama: kehidupan yang cerdas sangat tidak mungkin, dan kami mengajukan pertanyaan hanya karena kami adalah pengecualian yang sangat langka.

Proposal baru oleh tim peneliti interdisipliner menantang kesimpulan yang suram. Mereka telah mengusulkan tidak kurang dari hukum alam yang baru, yang menurutnya kompleksitas entitas di alam semesta meningkat dari waktu ke waktu dengan ketidakpedulian yang sebanding dengan hukum kedua termodinamika – hukum yang menentukan peningkatan entropi yang tak terhindarkan, ukuran kekacauan. Jika mereka benar, kehidupan yang kompleks dan cerdas harus tersebar luas.

Dalam pandangan baru ini, evolusi biologis tampaknya bukan sebagai proses unik yang memunculkan bentuk materi yang berbeda secara kualitatif – organisme hidup. Sebaliknya, evolusi adalah kasus khusus (dan mungkin tak terhindarkan) dari prinsip yang lebih umum yang mengatur alam semesta. Menurut prinsip ini, entitas dipilih karena lebih kaya dalam semacam informasi yang memungkinkan mereka untuk melakukan semacam fungsi.

Ini hipotesayang dirumuskan oleh ahli mineral Robert Hazen dan ahli astrobiologi Michael Wong dari Carnegie Institution di Washington, DC, bersama dengan tim orang lain, telah memicu perdebatan yang intens. Beberapa peneliti telah menyambut gagasan itu sebagai bagian dari narasi besar tentang hukum alam yang mendasar. Mereka berpendapat bahwa hukum dasar fisika tidak “lengkap” dalam arti memasok semua yang kita butuhkan untuk memahami fenomena alam; Sebaliknya, evolusi – biologis atau sebaliknya – memperkenalkan fungsi dan hal baru yang bahkan tidak dapat diprediksi dari fisika saja. “Saya sangat senang mereka telah melakukan apa yang telah mereka lakukan,” kata Stuart Kauffman, seorang ahli teori kompleksitas emeritus di University of Pennsylvania. “Mereka membuat pertanyaan ini sah.”

Yang lain berpendapat bahwa memperluas ide evolusi tentang fungsi ke sistem yang tidak hidup adalah penjangkauan yang berlebihan. Nilai kuantitatif yang mengukur informasi dalam pendekatan baru ini tidak hanya relatif – itu berubah tergantung pada konteks – tidak mungkin dihitung. Untuk alasan ini dan lainnya, para kritikus telah menuduh bahwa teori baru tidak dapat diuji, dan karenanya tidak banyak berguna.

Pekerjaan ini memanfaatkan perdebatan yang berkembang tentang bagaimana evolusi biologis cocok dalam kerangka sains yang normal. Teori evolusi Darwinian dengan seleksi alam membantu kita memahami bagaimana makhluk hidup telah berubah di masa lalu. Tetapi tidak seperti kebanyakan teori ilmiah, itu tidak dapat memprediksi banyak tentang apa yang akan terjadi. Mungkinkah menanamkannya dalam meta-hukum yang meningkatkan kompleksitas mari kita melihat apa yang akan terjadi di masa depan?

Membuat makna

Kisah dimulai pada tahun 2003, ketika ahli biologi Jack Szostak diterbitkan artikel pendek Di alam mengusulkan konsep informasi fungsional. Szostak – yang enam tahun kemudian akan mendapatkan hadiah Nobel untuk pekerjaan yang tidak terkait – ingin mengukur jumlah informasi atau kompleksitas yang diwujudkan oleh molekul biologis seperti protein atau untaian DNA. Teori Informasi Klasik, yang dikembangkan oleh peneliti telekomunikasi Claude Shannon pada tahun 1940 -an dan kemudian dielaborasi oleh ahli matematika Rusia Andrey Kolmogorov, menawarkan satu jawaban. Per Kolmogorov, kompleksitas serangkaian simbol (seperti biner 1s dan 0s) tergantung pada seberapa ringkas seseorang dapat menentukan urutan itu secara unik.

Misalnya, pertimbangkan DNA, yang merupakan rantai empat blok bangunan berbeda yang disebut nukleotida. Untai α hanya terdiri dari satu nukleotida, yang berulang lagi dan lagi, memiliki kompleksitas yang jauh lebih sedikit – dan, dengan ekstensi, mengkodekan lebih sedikit informasi – daripada yang terdiri dari keempat nukleotida di mana urutannya tampak acak (seperti lebih khas dalam genom).

Tetapi Szostak menunjukkan bahwa ukuran kompleksitas Kolmogorov mengabaikan masalah yang penting untuk biologi: bagaimana fungsi molekul biologis.

Dalam biologi, kadang -kadang banyak molekul yang berbeda dapat melakukan pekerjaan yang sama. Pertimbangkan molekul RNA, beberapa di antaranya memiliki fungsi biokimia yang dapat dengan mudah didefinisikan dan diukur. (Seperti DNA, RNA terdiri dari sekuens nukleotida.) Secara khusus, untaian pendek RNA yang disebut aptamers dengan aman mengikat molekul lain.

Katakanlah Anda ingin menemukan aptamer RNA yang berikatan dengan molekul target tertentu. Bisakah banyak aptamers melakukannya, atau hanya satu? Jika hanya satu aptamer yang dapat melakukan pekerjaan itu, maka itu unik, sama seperti urutan huruf yang panjang dan tampaknya acak adalah unik. Szostak mengatakan bahwa aptamer ini akan memiliki banyak hal yang disebutnya “informasi fungsional.”

Jika banyak aptamer yang berbeda dapat melakukan tugas yang sama, informasi fungsional jauh lebih kecil. Jadi kita dapat menghitung informasi fungsional molekul dengan menanyakan berapa banyak molekul lain dengan ukuran yang sama dapat melakukan tugas yang sama juga.

Szostak kemudian menunjukkan bahwa dalam kasus seperti ini, informasi fungsional dapat diukur secara eksperimental. Dia membuat banyak aptamers RNA dan menggunakan metode kimia untuk mengidentifikasi dan mengisolasi yang akan mengikat molekul target yang dipilih. Dia kemudian sedikit bermutasi pemenang untuk mencari pengikat yang lebih baik dan mengulangi prosesnya. Semakin baik seorang aptamer mendapatkan ikatan, semakin kecil kemungkinan molekul RNA lain yang dipilih secara acak juga akan melakukan: informasi fungsional pemenang di setiap putaran harus meningkat. Szostak menemukan bahwa informasi fungsional dari aptamers berkinerja terbaik semakin dekat dengan nilai maksimum yang diprediksi secara teoritis.

Dipilih untuk fungsi

Hazen menemukan ide Szostak sambil memikirkan asal -usul kehidupan – masalah yang menariknya sebagai ahli mineral, karena reaksi kimia yang terjadi pada mineral telah lama diduga telah memainkan peran penting dalam memulai hidup. “Saya menyimpulkan bahwa berbicara tentang kehidupan versus non -kehidupan adalah dikotomi palsu,” kata Hazen. “Saya merasa harus ada semacam kontinum – harus ada sesuatu yang mendorong proses ini dari sistem yang lebih sederhana hingga lebih kompleks.” Informasi fungsional, pikirnya, menjanjikan cara untuk mendapatkan “peningkatan kompleksitas dari semua jenis sistem yang berkembang.”

Pada 2007 Hazen berkolaborasi dengan Szostak untuk menulis a simulasi komputer melibatkan algoritma yang berevolusi melalui mutasi. Fungsi mereka, dalam hal ini, bukan untuk mengikat molekul target, tetapi untuk melakukan perhitungan. Sekali lagi mereka menemukan bahwa informasi fungsional meningkat secara spontan dari waktu ke waktu ketika sistem berkembang.

Di sana idenya mendekam selama bertahun -tahun. Hazen tidak bisa melihat bagaimana untuk mengambilnya lebih jauh sampai Wong menerima persekutuan di Carnegie Institution pada tahun 2021. Wong memiliki latar belakang di atmosfer planet, tetapi dia dan Hazen menemukan mereka memikirkan pertanyaan yang sama. “Dari saat pertama kami duduk dan berbicara tentang ide -ide, itu tidak bisa dipercaya,” kata Hazen.

“Saya merasa kecewa dengan keadaan seni mencari kehidupan di dunia lain,” kata Wong. “Saya pikir itu terlalu terbatas pada kehidupan seperti yang kita ketahui di bumi ini, tetapi kehidupan di tempat lain mungkin mengambil lintasan evolusi yang sama sekali berbeda. Jadi, bagaimana kita mengabstraksikan cukup jauh dari kehidupan di bumi sehingga kita dapat memperhatikan kehidupan di tempat lain bahkan jika itu memiliki spesifik kimia yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak begitu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak begitu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis dari struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadaya seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadwise seperti hurric yang berbeda, tetapi tidak terlalu jauh sehingga kita akan memasukkan semua jenis struktur swadoisasi seperti hurric yang berbeda”

Pasangan ini segera menyadari bahwa mereka membutuhkan keahlian dari seluruh rangkaian disiplin ilmu lainnya. “Kami membutuhkan orang -orang yang datang pada masalah ini dari sudut pandang yang sangat berbeda, sehingga kami semua memiliki cek dan keseimbangan pada prasangka masing -masing,” kata Hazen. “Ini bukan masalah mineralogi; ini bukan masalah fisika, atau masalah filosofis. Ini semua hal itu.”

Mereka curiga bahwa informasi fungsional adalah kunci untuk memahami bagaimana sistem yang kompleks seperti organisme hidup muncul melalui proses evolusi yang terjadi seiring waktu. “Kami semua mengasumsikan hukum kedua termodinamika memasok panah waktu,” kata Hazen. “Tapi sepertinya ada jalur yang jauh lebih istimewa yang diambil oleh alam semesta. Kami pikir itu karena seleksi untuk fungsi – proses yang sangat tertib yang mengarah ke negara -negara yang tertib. Itu bukan bagian dari hukum kedua, meskipun juga tidak konsisten dengan itu.”

Melihat cara ini, konsep informasi fungsional memungkinkan tim untuk memikirkan pengembangan sistem kompleks yang tampaknya tidak terkait dengan kehidupan sama sekali.

Sekilas, sepertinya itu bukan ide yang menjanjikan. Dalam biologi, fungsi masuk akal. Tapi apa arti “fungsi” untuk batu?

Semua itu benar -benar menyiratkan, kata Hazen, adalah bahwa beberapa proses selektif mendukung satu entitas atas banyak kombinasi potensial lainnya. Sejumlah besar mineral yang berbeda dapat terbentuk dari silikon, oksigen, aluminium, kalsium, dan sebagainya. Tetapi hanya sedikit yang ditemukan di lingkungan apa pun. Mineral paling stabil berubah menjadi yang paling umum. Tetapi kadang -kadang mineral yang kurang stabil bertahan karena tidak ada cukup energi yang tersedia untuk mengubahnya menjadi fase yang lebih stabil.

Ini mungkin tampak sepele, seperti mengatakan bahwa ada beberapa objek yang ada sementara yang lain tidak, bahkan jika mereka bisa secara teori. Tapi Hazen dan Wong telah ditunjukkan Itu, bahkan untuk mineral, informasi fungsional telah meningkat selama sejarah Bumi. Mineral berevolusi menuju kompleksitas yang lebih besar (meskipun tidak dalam pengertian Darwinian). Hazen dan rekannya berspekulasi bahwa bentuk karbon yang kompleks seperti graphene mungkin terbentuk dalam lingkungan yang kaya hidrokarbon di bulan Saturnus-contoh lain dari peningkatan informasi fungsional yang tidak melibatkan kehidupan.

Itu sama dengan elemen kimia. Saat -saat pertama setelah Big Bang dipenuhi dengan energi yang tidak terdiferensiasi. Ketika hal -hal mendingin, quark terbentuk dan kemudian diringkas menjadi proton dan neutron. Ini berkumpul ke dalam inti hidrogen, helium, dan atom lithium. Hanya sekali bintang terbentuk dan fusi nuklir terjadi di dalamnya melakukan elemen yang lebih kompleks seperti bentuk karbon dan oksigen. Dan hanya ketika beberapa bintang telah menghabiskan bahan bakar fusi mereka, keruntuhan dan ledakan mereka di supernova menciptakan elemen yang lebih berat seperti logam berat. Terus, unsur -unsur meningkat dalam kompleksitas nuklir.

Wong mengatakan pekerjaan mereka menyiratkan tiga kesimpulan utama.

Pertama, biologi hanyalah salah satu contoh evolusi. “Ada deskripsi yang lebih universal yang menggerakkan evolusi sistem yang kompleks.”

Kedua, katanya, mungkin ada “panah dalam waktu yang menggambarkan peningkatan kompleksitas ini,” mirip dengan cara hukum kedua termodinamika, yang menggambarkan peningkatan entropi, dianggap menciptakan arah waktu yang disukai.

Akhirnya, Wong berkata, “Informasi itu sendiri mungkin merupakan parameter vital dari kosmos, mirip dengan massa, muatan dan energi.”

Dalam karya Hazen dan Szostak yang dilakukan pada evolusi menggunakan algoritma kehidupan buatan, peningkatan informasi fungsional tidak selalu bertahap. Terkadang itu akan terjadi dalam lompatan mendadak. Itu menggemakan apa yang terlihat dalam evolusi biologis. Ahli biologi telah lama mengakui transisi di mana kompleksitas organisme meningkat secara tiba -tiba. Salah satu transisi tersebut adalah penampilan organisme dengan inti seluler (sekitar 1,8 miliar hingga 2,7 miliar tahun yang lalu). Lalu ada transisi ke organisme multiseluler (sekitar 2 miliar hingga 1,6 miliar tahun yang lalu), diversifikasi bentuk tubuh yang tiba -tiba dalam ledakan Kambrium (540 juta tahun yang lalu), dan penampilan saraf pusat tengah tengah saraf pusat pusat pusat pusat pusat pusat sentral pusat pusat pusat pusat pusat sentral pusat pusat pusat pusat sentral pusat pusat pusat pusat sentral pusat pusat Sistem (sekitar 600 juta hingga 520 juta tahun yang lalu). Kedatangan manusia bisa dibilang transisi evolusi besar dan cepat lainnya.

Ahli biologi evolusi cenderung melihat masing -masing transisi ini sebagai peristiwa kontingen. Tetapi dalam kerangka fungsional-informasi, tampaknya mungkin bahwa lompatan seperti itu dalam proses evolusi (apakah biologis atau tidak) tidak dapat dihindari.

Dalam lompatan -lompatan ini, Wong memotret benda -benda yang berkembang sebagai mengakses lanskap kemungkinan yang sama sekali baru dan cara -cara untuk terorganisir, seolah -olah menembus ke “lantai berikutnya.” Yang terpenting, yang penting – kriteria untuk seleksi, di mana evolusi yang berkelanjutan tergantung – juga perubahan, merencanakan kursus yang sepenuhnya baru. Di lantai berikutnya, kemungkinan menunggu itu tidak mungkin ditebak sebelum Anda mencapainya.

Misalnya, selama asal kehidupan mungkin awalnya penting bahwa molekul proto-biologis akan bertahan untuk waktu yang lama-bahwa mereka akan stabil. Tetapi begitu molekul-molekul seperti itu diatur menjadi kelompok-kelompok yang dapat mengkatalisasi formasi satu sama lain-apa yang disebut Kauffman siklus autokatalitik-molekul itu sendiri bisa berumur pendek, asalkan siklus tetap ada. Sekarang itu dinamis, bukan termodinamika, stabilitas yang penting. Ricard Solé dari Santa Fe Institute berpikir lompatan seperti itu mungkin setara dengan transisi fase dalam fisika, seperti pembekuan air atau magnetisasi zat besi: mereka adalah proses kolektif dengan fitur universal, dan itu berarti bahwa segala sesuatu berubah, di mana saja, sekaligus. Dengan kata lain, dalam pandangan ini ada semacam fisika evolusi – dan ini adalah semacam fisika yang sudah kita ketahui.

Biosfer menciptakan kemungkinannya sendiri

Hal yang rumit tentang informasi fungsional adalah bahwa, tidak seperti ukuran seperti ukuran atau massa, itu kontekstual: itu tergantung pada apa yang kita ingin objek lakukan, dan lingkungan apa itu. Misalnya, informasi fungsional untuk aptamer RNA yang mengikat molekul tertentu umumnya akan sangat berbeda dari informasi untuk mengikat ke molekul yang berbeda.

Namun menemukan kegunaan baru untuk komponen yang ada adalah tepatnya apa yang dilakukan Evolusi. Bulu tidak berkembang untuk penerbangan, misalnya. Repurposing ini mencerminkan bagaimana evolusi biologis Jerry-rigged, memanfaatkan apa yang tersedia.

Kauffman berpendapat bahwa evolusi biologis dengan demikian terus -menerus menciptakan tidak hanya jenis organisme baru tetapi kemungkinan baru untuk organisme, yang tidak hanya tidak ada pada tahap evolusi sebelumnya tetapi tidak mungkin ada. Dari sup organisme bersel tunggal yang merupakan kehidupan di Bumi 3 miliar tahun yang lalu, tidak ada gajah yang tiba-tiba muncul-ini membutuhkan seluruh inovasi sebelumnya, kontingen tetapi spesifik.

Namun, tidak ada batasan teoretis untuk jumlah penggunaan yang dimiliki suatu objek. Ini berarti bahwa penampilan fungsi baru dalam evolusi tidak dapat diprediksi – dan namun beberapa fungsi baru dapat menentukan aturan tentang bagaimana sistem berkembang selanjutnya. “Biosfer menciptakan kemungkinannya sendiri,” kata Kauffman. “Kami tidak hanya tidak tahu apa yang akan terjadi, kami bahkan tidak tahu apa yang bisa terjadi.” Fotosintesis adalah perkembangan yang mendalam; Begitu juga eukariota, sistem saraf dan bahasa. Seperti yang dikatakan oleh ahli mikrobiologi Carl Woese dan fisikawan Nigel Goldenfeld pada tahun 2011, “Kami membutuhkan serangkaian aturan tambahan yang menggambarkan evolusi aturan asli. Tetapi tingkat aturan atas ini sendiri perlu berkembang. Dengan demikian, kita berakhir dengan hierarki yang tak terbatas.”

Fisikawan Paul Davies dari Arizona State University setuju bahwa evolusi biologis “menghasilkan ruang kemungkinan yang diperluas sendiri yang tidak dapat diprediksi atau ditangkap dengan andal melalui proses deterministik dari negara -negara sebelumnya. Jadi kehidupan berevolusi sebagian menjadi yang tidak diketahui.”

Secara matematis, “ruang fase” adalah cara untuk menggambarkan semua konfigurasi yang mungkin dari sistem fisik, apakah itu sama sederhana seperti pendulum yang diidealkan atau serumit semua atom yang terdiri dari Bumi. Davies dan rekan kerjanya baru-baru ini disarankan Evolusi dalam ruang fase yang dapat diakses yang berkembang mungkin secara formal setara dengan “Teorema Ketidaklengkapan”Dirancang oleh ahli matematika Kurt Gödel. Gödel menunjukkan bahwa sistem aksioma dalam matematika memungkinkan perumusan pernyataan yang tidak dapat terbukti benar atau salah. Kita hanya dapat memutuskan pernyataan tersebut dengan menambahkan aksiom baru.

Davies dan rekannya mengatakan bahwa, seperti halnya teorema Gödel, faktor kunci yang membuat evolusi biologis terbuka dan mencegah kita untuk mengekspresikannya dalam ruang fase yang mandiri dan mencakup semua adalah bahwa itu adalah referensi diri: penampilan aktor baru di ruang memberi umpan balik pada mereka yang sudah ada untuk menciptakan kemungkinan baru untuk tindakan. Ini bukan kasus untuk sistem fisik, yang, bahkan jika mereka memiliki, katakanlah, jutaan bintang di galaksi, tidak merujuk diri sendiri.

“Peningkatan kompleksitas memberikan potensi masa depan untuk menemukan strategi baru yang tidak tersedia untuk organisme yang lebih sederhana,” kata Marcus Heisler, seorang ahli biologi perkembangan tanaman di University of Sydney dan rekan penulis makalah ketidaklengkapan. Hubungan antara evolusi biologis ini dan masalah ketidakmampuan, Davies mengatakan, “langsung ke jantung dari apa yang membuat hidup begitu ajaib.”

Apakah biologi khusus, kemudian, di antara proses evolusi dalam memiliki terbuka yang dihasilkan oleh referensi diri? Hazen berpikir bahwa pada kenyataannya begitu kognisi yang kompleks ditambahkan ke dalam campuran-setelah komponen sistem dapat bernalar, memilih, dan menjalankan eksperimen “di kepala mereka”-potensi umpan balik makro-mikro dan pertumbuhan terbuka bahkan lebih besar. “Aplikasi teknologi membawa kita jauh melampaui Darwinisme,” katanya. Arloji dibuat lebih cepat jika pembuat jam tidak buta.

Kembali ke Bench

Jika Hazen dan rekannya benar bahwa evolusi yang melibatkan segala jenis seleksi yang pasti meningkatkan informasi fungsional – sebagai efek, kompleksitas – apakah ini berarti kehidupan itu sendiri, dan mungkin kesadaran dan kecerdasan yang lebih tinggi, tidak dapat dihindari di alam semesta? Itu akan bertentangan dengan apa yang dipikirkan oleh beberapa ahli biologi. Ahli biologi evolusi terkemuka Ernst Mayr percaya bahwa pencarian kecerdasan luar angkasa ditakdirkan karena penampilan kecerdasan seperti manusia “benar -benar mustahil.” Lagi pula, katanya, jika kecerdasan pada tingkat yang mengarah pada budaya dan peradaban sangat berguna secara adaptif dalam evolusi Darwinian, bagaimana mungkin hanya muncul di seluruh pohon kehidupan?

Titik evolusioner Mayr mungkin menghilang dalam lompatan ke kompleksitas dan kecerdasan seperti manusia, di mana seluruh lapangan bermain benar -benar diubah. Manusia mencapai dominasi planet begitu cepat (baik atau buruk) sehingga pertanyaan kapan itu akan terjadi lagi menjadi diperdebatkan.

Tapi bagaimana dengan kemungkinan lompatan seperti itu terjadi? Jika “hukum yang baru meningkatkan informasi fungsional” benar, sepertinya hidup, begitu ada, pasti akan menjadi lebih kompleks dengan lompatan dan batas. Tidak harus mengandalkan beberapa acara kebetulan yang sangat tidak mungkin.

Terlebih lagi, peningkatan kompleksitas seperti itu tampaknya menyiratkan penampilan hukum kausal baru di alam sehingga, meskipun tidak tidak sesuai dengan hukum fisika fisika yang mengatur bagian -bagian komponen terkecil, secara efektif mengambil alih dari mereka dalam menentukan apa yang terjadi selanjutnya. Bisa dibilang kita sudah melihat ini dalam biologi: Eksperimen Galileo (apokrifa) menjatuhkan dua massa dari menara condong Pisa tidak lagi memiliki kekuatan prediktif ketika massa bukan bola meriam tetapi burung yang hidup.

Bersama dengan ahli kimia Lee Cronin dari University of Glasgow, Sara Walker dari Arizona State University telah merancang serangkaian ide alternatif untuk menggambarkan bagaimana kompleksitas muncul, disebut teori perakitan. Di tempat informasi fungsional, teori perakitan bergantung pada angka yang disebut indeks perakitan, yang mengukur jumlah minimum langkah yang diperlukan untuk membuat objek dari bahan -bahan konstituennya.

“Hukum untuk sistem hidup harus agak berbeda dari apa yang kita miliki dalam fisika sekarang,” kata Walker, “tetapi itu tidak berarti bahwa tidak ada undang -undang.” Tetapi dia ragu bahwa hukum yang diduga informasi fungsional dapat diuji secara ketat di lab. “Saya tidak yakin bagaimana orang bisa mengatakannya [the theory] benar atau salah, karena tidak ada cara untuk mengujinya secara objektif, “katanya.” Apa yang akan dicari eksperimen? Bagaimana itu akan dikendalikan? Saya ingin sekali melihat contoh, tetapi saya tetap skeptis sampai beberapa metrologi dilakukan di bidang ini. ”

Hazen mengakui bahwa, untuk sebagian besar objek fisik, tidak mungkin untuk menghitung informasi fungsional bahkan pada prinsipnya. Bahkan untuk satu sel hidup, ia mengakui, tidak ada cara untuk mengukurnya. Tetapi dia berpendapat bahwa ini bukan titik yang lengket, karena kita masih bisa memahaminya secara konseptual dan mendapatkan perkiraan pengertian kuantitatif. Demikian pula, kita tidak dapat menghitung dinamika yang tepat dari sabuk asteroid karena masalah gravitasi terlalu rumit – tetapi kita masih bisa menggambarkannya kira -kira cukup untuk menavigasi pesawat ruang angkasa.

Wong melihat aplikasi potensial dari ide -ide mereka dalam astrobiologi. Salah satu aspek aneh dari organisme hidup di Bumi adalah bahwa mereka cenderung membuat subset molekul organik yang jauh lebih kecil daripada yang dapat mereka buat dengan bahan -bahan dasar. Itu karena seleksi alam telah memilih beberapa senyawa yang disukai. Ada lebih banyak glukosa dalam sel hidup, misalnya, daripada yang Anda harapkan jika molekul dibuat baik secara acak atau sesuai dengan stabilitas termodinamika mereka. Jadi salah satu tanda tangan potensial entitas yang hidup di dunia lain mungkin merupakan tanda -tanda seleksi yang serupa di luar termodinamika kimia atau kinetika yang akan dihasilkan saja. (Teori perakitan juga memprediksi biosignaturasi berbasis kompleksitas.)

Mungkin ada cara lain untuk menguji ide -ide tersebut. Wong mengatakan masih ada lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan pada evolusi mineral, dan mereka berharap untuk melihat nukleosintesis dan “kehidupan buatan” komputasi. Hazen juga melihat kemungkinan aplikasi dalam onkologi, ilmu tanah dan evolusi bahasa. Misalnya, ahli biologi evolusi Frédéric Thomas dari University of Montpellier di Prancis dan rekannya telah berdebat Bahwa prinsip -prinsip selektif yang mengatur cara sel kanker berubah dari waktu ke waktu pada tumor tidak seperti evolusi Darwinian, di mana kriteria seleksi adalah kebugaran, tetapi lebih mirip dengan gagasan seleksi untuk fungsi dari Hazen dan rekannya.

Tim Hazen telah mengajukan pertanyaan dari para peneliti mulai dari para ekonom hingga ahli saraf, yang ingin melihat apakah pendekatan tersebut dapat membantu. “Orang -orang mendekati kami karena mereka sangat ingin menemukan model untuk menjelaskan sistem mereka,” kata Hazen.

Tetapi apakah informasi fungsional ternyata menjadi alat yang tepat untuk memikirkan pertanyaan -pertanyaan ini, banyak peneliti tampaknya berkumpul pada pertanyaan serupa tentang kompleksitas, informasi, evolusi (baik biologis dan kosmik), fungsi dan tujuan, dan arah waktu. Sulit untuk tidak mencurigai bahwa sesuatu yang besar sedang terjadi. Ada gema dari masa -masa awal termodinamika, yang dimulai dengan pertanyaan -pertanyaan sederhana tentang bagaimana mesin bekerja dan akhirnya berbicara dengan panah waktu, kekhasan materi hidup, dan nasib alam semesta.

Cerita asli dicetak ulang dengan izin dari Berapa banyak majalahpublikasi editorial independen dari Yayasan Simons yang misinya adalah untuk meningkatkan pemahaman publik tentang sains dengan meliput perkembangan penelitian dan tren matematika dan ilmu fisik dan kehidupan.