عندما تصل إلى حد ، تعلم أن تسأل أسئلة مختلفة

عندما تصل إلى حد ، تعلم أن تسأل أسئلة مختلفة

تحدث إلى طلاب المدارس الثانوية الذين يستعدون لامتحانات العلوم الخاصة بهم ، وربما ستسمع شيئين: أنهم خائفون من الفيزياء ، ومرتاحين نسبيًا مع علم الأحياء. الغريب ، وهذا مخالف لرأي معظم الباحثين.

تحدث إلى طلاب المدارس الثانوية الذين يستعدون لامتحانات العلوم الخاصة بهم ، وربما ستسمع شيئين: أنهم خائفون من الفيزياء ، ومرتاحين نسبيًا مع علم الأحياء. الغريب ، وهذا مخالف لرأي معظم الباحثين. روح العصر العلمي هي أن الفيزياء سهلة. إن بساطته تأتي من القدرة على خلق نظريات بلورية تنبؤية قوية ، لكل شيء من وجود جسيمات دون ذرية إلى كيف ينحني الضوء حول النجوم. علم الأحياء ، من ناحية أخرى ، هو أكثر صعوبة في الاستنتاج إلى النظريات الأنيقة والمعادلات الرياضية. لهذا السبب ، لدى بعض المفكرين البارزين جادل أن الخلايا والغابات يصعب فهمها من الثقوب السوداء البعيدة والصعبة.

ولكن ربما لا يوجد شيء مثل الانضباط السهل أو الصعب. ربما لا توجد سوى أسئلة سهلة وصعبة. علم الأحياء فقط يبدو صعب للغاية لأنه تم تعريفه من خلال مجموعة من الأسئلة الصعبة. الفيزياء فقط يبدو من السهل لأن قرون من الجهد من قبل المفكرين الثاقبة قد أنتج مجموعة من الأسئلة القابلة للإجابة.

ما يجعل البيولوجيا في غاية الصعوبة ، ومن المفارقات ، هو قربنا منه. اسأل نفسك: من هو "الأسهل" على الفهم - سحق رومانسي أو زميل عمل؟ لقد قادتنا العلاقة الحميمة مع علم الأحياء - وكذلك علم النفس والعلوم الاجتماعية - إلى استجواب هذه الظواهر بمعرفة عميقة في متناول اليد. نحن نطرح أسئلة مفصلة للغاية ، ثم نفاجأ بالإجابات الغامضة أو المتناقضة.

في نزهة عبر الغابة ، قد نلاحظ الأشكال غير المعتادة من أوراق الشجر على شجرة القيقب. قد يقودنا هذا إلى التساؤل عن سبب وجود الأوراق في الفصوص ، ولماذا تتحول إلى اللون الأحمر في الخريف ، وما هي الحشرات التي تعيش في فضلات الأوراق ، وكيف تتحلل وتغذي التربة. هذه الأسئلة معقدة بشكل خادع ، على الرغم من الطبيعة التي نطلبها منهم. وعلى النقيض من ذلك ، فإن الفراغ الشاسع البارد للفضاء ، والصغر غير القابل للتصرف في الكواركات هما غريبان جدًا بالنسبة إلينا لدرجة أننا نفخر - على الأقل في البداية - بأن نقول أبسط الأشياء عن هذه الكيانات ، حتى لو لإظهار أنها موجودة.

لقد أدت العلاقة الحميمة أحيانًا إلى تباطؤ فهمنا في الفيزياء أيضًا. إن مسألة الكيفية التي تتحرك بها الكواكب هي واحدة من أقدم الهواجس البشرية ، وتجري من خلال العديد من الأساطير المختلفة. ولكن بفضل الاستيعاب الذاتي لأنواعنا ، فإن النظرية القديمة لأطياف الفضاء وضعت بشكل خاطئ الأرض في مركز الكون - وهو خطأ استمر طوال سنوات 2,000. عندما تم تجريد السؤال إلى مسائل القوة والكتلة والجاذبية في الفيزياء النيوتونية ، أصبحت حركة الكواكب أسهل بكثير في التنبؤ والفهم.

لا يزال هناك الكثير من الأسئلة الصعبة لعلماء الفيزياء على اللغز. إذا علقت الفيزياء سمعتها في التنبؤ بالشعلة الشمسية القادمة التي يمكن أن تتداخل مع الاتصالات على الأرض ، فسيتم النظر إليها على أنها نظام أكثر تعقيدًا وصعوبة. لماذا ا؟ لأن نمذجة العديد من الآليات التي تنتج ديناميكيات سطح الشمس - جميع عمليات الجاذبية والكهرومغناطيسية والحرارية والنووية - هي خادعة بذيئة. أما بالنسبة للحركة الكوكبية ، فيمكننا الحصول على صورة جيدة بدرجة كافية لمسار الكوكب من خلال الاعتراف بأن قدرة شمسنا تسمح لنا بتجاهل تأثير الأجسام السماوية الأخرى. لكن إذا أردنا حقاً أن نحضر هذه التفاصيل ، فسنجد قريباً أننا لا نستطيع التنبؤ بدقة بحركة ثلاث جثث متساوية في الكتلة. وبالمثل ، مع نظرية الفوضى ، علمنا أنه لا يمكننا سوى إجراء تخمينات تقريبية حول الموقع المحدد لبنديقان مقترنًا بالحركة. ومع ذلك ، لا يمكننا القول بكل تأكيد أين سيكون أي بندول.

Pربما كانت الأسئلة التي طلبناها من البيولوجيا صعبة للغاية. كيف ننقذ حياة إنسان؟ لماذا هذا اللون الأزرق اللون أغمق قليلاً من الآخر؟ ولكن لمجرد أننا نطالب بالمزيد من علم الأحياء لا يعني أننا لا نستطيع طرح أسئلة أسهل قليلاً. في الواقع ، يمكن أن يساعدنا الرسم على الفيزياء "السهلة" في معرفة كيفية القيام بذلك تجد هذه الأسئلة. إن الفيزيائيين جيدون بشكل خاص في البحث عن ظواهر واسعة الانتشار واسعة النطاق تنطبق على أنظمة متعددة والتي من المحتمل أن تكون نتيجة آليات بسيطة ومشتركة.

خذ فكرة التحجيم البيولوجي. ينبع هذا المفهوم من الملاحظات المبكرة على أن معدل الأيض في الثدييات يعتمد بشكل متوقع وغير خطي على حجم الجسم عبر قوة القانون. قانون السلطة هو عبارة عن علاقة رياضية تخبرنا بمدى تغير إحدى الميزات كلما زاد حجم النظام حسب حجم الحجم (أي بمضاعفات عدد معين ، عادةً 10). لذلك عندما تزيد كتلة جسم المخلوق بواسطة 1,000-fold ، تتنبأ مبادئ القياس البيولوجي بدقة أن معدل الأيض الخاص به سيزيد من طية 100.

ولكن كيف يمكن للرياضيات نفسها أن تنطبق على شيء بسيط مثل سحب الجاذبية بين جسمين وعملية الفوضى المنتشرة في مختلف الموائل؟ في الفيزياء ، تشير قوانين الطاقة إلى آليات وتناظرات مشتركة تعمل عبر جميع المقاييس. في علم الأحياء ، منطقتنا بحث - طالما أن من جيفري ب غرب ، جيمس ه براون ، وبريان J Enquist - يظهر أن الآلية الأساسية في العمل هي بنية وتدفق شبكات الأوعية الدموية. اتضح أن الأوعية الدموية تميل إلى امتداد الجسم بشكل فعال وتوصيل الموارد إلى جميع خلايا المخلوق مع تقليل الضغط على القلب. أعطت هذه النظرة البسيطة مجموعة متزايدة من النظريات الناجحة التي تستخدم فكرة التركيب البيولوجي الأمثل للتنبؤ بالظواهر مثل توزيع أشجار في غابة، إلى متى نحن بحاجة إلى ذلك نوم، معدل نمو a ورمأكبر وأصغر أحجام البكتيرياو أطول شجرة ممكنة في أي بيئة.

ومع ذلك ، يمكن للبيولوجيا أيضا أن تثير أسئلتها الفريدة. على سبيل المثال ، مثل زملائنا جيسيكا فلاك و ديفيد كراكور وقد أظهر معهد سانتا في أن قدرات معالجة المعلومات وصنع القرار الخاصة بالوكلاء (مثل الرئيسيات والخلايا العصبية والقوالب الوراثية) تؤدي إلى أنواع فريدة من ردود الفعل والقدرة على التكيف والعلاقة السببية التي تختلف عن الأنظمة الفيزيائية البحتة. يبقى أن نرى ما إذا كان يمكن تفسير التعقيدات الإضافية للأنظمة البيولوجية من خلال التوسع في وجهات النظر المستوحاة من الفيزياء مثل نظرية المعلومات. قد يكون أن دراسة علم الأحياء والنظم المعقدة بشكل عام سوف تتقدم يومًا ما إلى أسئلة صعبه - أو أن إعادة صياغة رائعة للأسئلة ستؤدي إلى القضاء على التحديات الحالية. قد يُظهر هذا الطريق إلى إجابات أسهل ، كما فعل تشارلز داروين بإعادة صياغة الأسئلة حول أصول وتنوع الحياة من حيث الانتقاء الطبيعي والتباين.

عند الوصول إلى حد تعلم تعلم أسئلة مختلفة: تعقيد النظم تقاس على طول محورين
تعقيد النظم المقاسة على محورين: 1) التفاصيل والدقة المطلوبة للتوصيف العلمي ؛ 2) عدد الآليات التي يتم دمجها في ظاهرة معينة. تطرح أصعب العلوم أسئلة مفصلة حول الأنظمة التي تتكون من العديد من الآليات.

في كتابه البند "أكثر مختلفة" (1972) ، الفيزيائي فيليب أندرسون سلط الضوء على مخاطر محاولة الحد من كل شيء إلى المستوى الأكثر مجهرية. ركز بدلاً من ذلك على القفزات في التعقيد التي تحدث على مستويات مختلفة من الظواهر الطبيعية - مثل الانتقال من ميكانيكا الكم إلى الكيمياء. ومع ذلك ، غالبًا ما يتغاضى القراء عن حجته القائلة بأن النظريات الفعالة يجب أن ترتكز على اللبنات التي تشرح الآليات الأساسية لنظام ما - حتى لو كانت وحدات البناء هذه عبارة عن كيانات كبيرة الحجم أو متوسطة الحجم نسبياً.

بناء على هذا المنظور الأخير ، حجتنا هي أننا لا أعرف إذا كانت الثقوب السوداء أبسط من الغابات. نحن لا يمكن نعلم أن لدينا نظرية عامة فعالة تشرح وجود الغابات أو حتى نتمكن من ملاحظة أكثر ديناميكيات التفكك وتبخير الثقب الأسود. لا يمكن تقديم بيان التعقيد النسبي دون تحديد دقيق لنوع الأسئلة التي نطالب بها لكل نظام. ربما تكون هناك أنواع معينة من الاستفسارات التي ستصل معرفتنا إلى حد بعيد ، ولكن في أغلب الأحيان يكون ذلك عن الأسئلة التي نتوقعها أكثر من الأنظمة نفسها.

لذلك الفيزياء يستطيع يكون من الصعب ، وعلم الأحياء يستطيع كن لطيفا. درجة الصعوبة تعتمد أكثر على الأسئلة التي يتم طرحها أكثر من المجال.

في إطار علم النظم المعقدة ، غالبا ما يتم إحراز تقدم كبير في التفاعل بين هذين المنظورين. أحد المسارات إلى الأمام هو حل الأسئلة السهلة أولاً ، ثم استخدام إجاباتنا لمحاولة العثور على مبادئ مفيدة عندما يتعلق الأمر بأسئلة ونظريات أكثر تفصيلاً. من الممكن أنه من خلال البدء في طرح الأسئلة السهلة ، يمكننا "بناء" ببطء إلى الأسئلة الصعبة.

أو ، في الاتجاه المعاكس ، فإن رصد التشابه الغريب للظواهر عبر التخصصات قد يحثنا على البحث عن آليات ومبادئ جديدة تمامًا. سيتطلب ذلك أحيانًا منظورًا أقل تفصيلاً وأكثر تجريدًا - وهو ما يناقشه زميلنا جون ميلر ، نقلاً عن عالم الفيزياء الحائز على جائزة نوبل ، موراي جيل-مان في كتابه. نظرة خام على الجامع (2016). هذه النظرات الخام - التي يجبرها بعد الفيزياء ، والتي تحجبها العلاقة الحميمة بين علم الأحياء - يجب أن تسفر عن الكثير من التبصرات العميقة والتبسيط في العلوم في السنوات القادمة.

نبذة عن الكاتب

كريس Kempes هو أستاذ في معهد سانتا في ، ويعمل في تقاطع الفيزياء وعلم الأحياء وعلوم الأرض.

فان سافاج هي أستاذة في علم البيئة ، وعلم الأحياء التطوري ، والبيولوجيا في جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس.

وقد نشرت هذه المقالة أصلا في دهر وقد أعيد نشرها تحت المشاع الإبداعي. نشرت بالاشتراك مع معهد سانتا في ، الشريك الاستراتيجي Aeon.عداد Aeon - لا تقم بإزالة

كتب ذات صلة

{amazonWS: searchindex = الكتب ؛ الكلمات الرئيسية = الابتكارات في حل المشكلات ؛ maxresults = 3}

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}