1. O que é a vida?

   As ideias principais aqui partem de Erwin Schrödinger . Leia minha página sobre ele.

   "Os organismos vivos têm objetivos e propósitos – produto de bilhões de anos de evolução – enquanto os átomos e as moléculas simplesmente seguem cegamente as leis da física."

   "Os padrões de fluxo de informação podem literalmente ganhar vida própria, percorrendo as células, circulando pelos cérebros e interligando ecossistemas e sociedades, exibindo sua própria dinâmica sistemática. É a partir desse fermento rico e complexo de informações que emerge o conceito de agência, com suas ligações à consciência, ao livre-arbítrio e a outros enigmas intrigantes. É aqui, na maneira como os sistemas vivos organizam a informação em padrões estruturados, que a ordem singular da vida emerge do caos do reino molecular."

   "Os cientistas estão apenas começando a compreender o poder da informação como uma causa que pode realmente fazer a diferença no mundo. "

   Demônio na Máquina , pp. 1-2

   "O que separa a vida da não-vida é a informação." e "A essência da reprodução biológica, portanto, é a replicação da informação hereditária ."

   Demônio na Máquina , p. 24

2. Entre o Demônio

   A ideia principal é o Demônio de Maxwell . Leia a página dele sobre a I-Phi e a de Boltzmann .

   A informação faz diferença no mundo . Podemos dizer que ela tem poder causal. O desafio da ciência é descobrir como conectar informações abstratas ao mundo concreto dos objetos físicos.

   Demônio na Máquina , p. 35

3. A Lógica da Vida

   A ideia principal aqui é o Jogo da Vida e os modelos computacionais da Vida.

   A informação biológica é o software da vida . Isso sugere que as capacidades surpreendentes da vida podem ser rastreadas até os próprios fundamentos da lógica e da computação.

   Demônio na Máquina , p. 67

   Veja John Conway e Stephen Wolfram , que afirma que seus autômatos celulares podem explicar toda a física quântica, a relatividade geral e a origem da vida.

   Algumas discussões sobre redes. Para mais informações, veja o vídeo "Seis Graus de Separação" do Veritasium, publicado
   há 10 anos no
   YouTube: youtube.com/watch?v=TcxZSmzPw8k
   e há 1 mês no
   YouTube: youtube.com/watch?v=CYlon2tvywA.

4. Darwinismo 2.0

   A ideia principal é Evo Devo . Veja meu artigo Além da Síntese Moderna .

   Ao enfrentar desafios, as células possuem diversas maneiras de "reescrever" seus genomas, assim como os programas de computador têm seus erros corrigidos ou são atualizados para executar novas tarefas. James Shapiro , colaborador de Barbara McClintock na juventude, realizou um estudo abrangente dos mecanismos envolvidos. Um deles é chamado de transcrição reversa, na qual o RNA, que normalmente transcreve sequências do DNA, às vezes consegue reinserir sua própria sequência no DNA. Como existem muitos mecanismos para modificar as sequências de RNA após a transcrição da informação do DNA, a transcrição reversa abre caminho para que as células alterem seu próprio DNA por meio da modificação do RNA.

   Em resumo, as proteínas, e as modificações que adquiriram durante o ciclo de vida da célula, podem influenciar o conteúdo genômico: a cauda epigenética abanando o cão genético. Ao todo, Shapiro identificou cerca de uma dúzia de mecanismos diferentes pelos quais uma célula, operando em nível sistêmico, pode afetar o conteúdo informacional de seu próprio DNA, um processo que ele chama de engenharia genética natural . Para resumir o dogma central da biologia neodarwinista, a informação flui do DNA inerte para o RNA móvel e, em seguida, para as proteínas funcionais em um fluxo unidirecional. Usando uma analogia computacional, o genoma darwiniano é um arquivo de dados somente leitura. Mas o trabalho de McClintock, Shapiro e outros desfaz esse mito e mostra que é mais preciso pensar no genoma como um sistema de armazenamento de leitura e gravação.

   Demônio na Máquina , pp. 129-130

5. Vida Assustadora e Demônios Quânticos

   A ideia principal é a computação quântica e o emaranhamento "estranho". Veja minha explicação.

   Veja também minha página sobre John Bell, bem como a discussão entre Paul Davies e John Bell sobre superdeterminismo no livro de Davies de 1986, "O Fantasma no Átomo" .

6. Quase um milagre

   A ideia central é Quando, Onde e Como a Vida Começou. Veja meu artigo sobre a Origem da Vida .
   

7. O Fantasma na Máquina

   As ideias principais são Mente e Consciência .

   Veja estas páginas e meu Modelo da Mente puramente biológico ( não computacional ).

8. Epílogo

   A ideia central é a Fonte de Significado no Universo.

   Não há qualquer evidência de que as leis conhecidas da física sejam manipuladas em favor da vida; elas são "cegas à vida". Mas e quanto a novas leis informacionais dependentes do estado, do tipo que estou conjecturando aqui?... É um pensamento animador que as leis do universo possam ser intrinsecamente biocompatíveis dessa maneira geral.

   Essas especulações estão muito longe de uma divindade milagrosa que conjura vida do pó. Mas se o surgimento da vida, e talvez da mente, estiver inscrito na lei fundamental da natureza, isso conferiria à nossa existência como seres vivos e pensantes um tipo de significado em nível cósmico.

   Seria um universo no qual poderíamos realmente nos sentir em casa.

   Demônio na Máquina , p. 217

Voltaremos a este assunto para concluir com a fonte de significado no universo, mas primeiro quero explorar como Davies entende o surgimento da informação e da ordem a partir da origem caótica do universo, e como a Agência e o Propósito emergem com a Vida .

Em seu livro The Physics of Time Asymmetry (1974), Paul Davies explorou a " flecha do tempo ".

David Layzer , meu mentor, publicou "A Flecha do Tempo" na Scientific American em 1975, mostrando que a ordem (entropia negativa) pode aumentar ao mesmo tempo que a entropia aumenta!

O artigo de Layzer mostrou que, se a taxa de equilíbrio da matéria (a velocidade com que ela se redistribui aleatoriamente entre todos os estados possíveis no espaço de fase) fosse mais lenta do que a taxa de expansão cósmica , então a "entropia negativa" (definida como a diferença entre a entropia máxima possível e a entropia real , muito menor ) aumentaria.

Descobri muito mais tarde que a ideia de Layzer era baseada na seguinte sugestão feita por Arthur Stanley Eddington em seu livro de 1935, Novos Caminhos na Ciência .

A expansão do universo cria novas possibilidades de distribuição mais rapidamente do que os átomos conseguem processá-las.

( Novos Caminhos na Ciência , 1935, p. 66)

Na segunda edição de 1977 de The Physics of Time Asymmetry , Davies citou brevemente o artigo de Layzer de 1975 sobre a Flecha do Tempo na Scientific American .

Em 1990, Layzer publicou seu livro Cosmogênese: O Crescimento da Ordem no Universo .
O título foi claramente baseado na obra Cosmogênese de Teilhard de Chardin , que apresentou seu propósito divino na noosfera.

Sei que Layzer admirava Teilhard. David foi o orientador da tese de doutorado da minha esposa Holly, de 1968, intitulada " Correções Relativísticas Dependentes do Zigzague para Níveis de Energia Atômica" . Holly e eu lemos e comentamos cada versão do livro dele.

Em Cosmogênese , Layzer reiterou seu modelo para o crescimento da ordem e elaborou um gráfico comparando as taxas de expansão do universo e as taxas de reação de equilíbrio . Ele escreveu:

Conclui-se que as taxas das reações que mantêm o equilíbrio devem ter excedido a taxa de expansão cósmica no início desse processo. Eventualmente, porém, a taxa de qualquer reação que mantenha o equilíbrio deve se tornar menor que a taxa de expansão cósmica. A curva que representa a taxa de reação é mais inclinada que a curva que representa a taxa de expansão.

Cosmogênese , p. 144

Com base nessas duas curvas simples e na descrição verbal de Layzer na Scientific American e na Cosmogenesis , elaborei este diagrama.

Poucos anos após Cosmogenesis , Davies e dois colegas editaram o volume de 1994, Physical Origins of Time Asymmetry . Davies contribuiu com o artigo "Stirring up Trouble".

Sem mencionar o artigo "A Flecha do Tempo" de David Layzer , de 1975, ou o livro de Layzer de 1990 sobre o Crescimento da Ordem , Davies cunhou o termo "lacuna de entropia" para descrever como a entropia máxima possível aumenta mais rapidamente do que a entropia real (claramente, essa foi uma ideia de Layzer).

Essa transição do equilíbrio para o desequilíbrio não constitui uma violação da segunda lei da termodinâmica Não. O que aconteceu está ilustrado na Figura 3. Em um instante de aproximadamente um segundo, o conteúdo material do universo estava em estado de equilíbrio, possuindo a entropia máxima possível para as restrições daquele momento. À medida que o universo se expandiu, no entanto, a entropia máxima possível aumentou. A entropia real também aumentou, mas mais lentamente. Em particular, o tempo de relaxamento dos processos nucleares para permitir que o material cosmológico acompanhasse as mudanças nas restrições (devido à expansão) era muito maior do que o tempo de expansão, de modo que o material começou a ficar cada vez mais distante das condições de equilíbrio (equilíbrio, no caso nuclear, significando que esse material está na forma do elemento mais estável – o ferro). Assim, abriu-se uma "lacuna de entropia". A expansão contínua do universo serve para tentar ampliar ligeiramente essa lacuna (embora agora por meio de outros processos que não a nucleossíntese), enquanto processos físicos como a produção de luz estelar servem para tentar reduzi-la.

É importante perceber que o efeito crucial da expansão ocorreu no universo primordial — daí o súbito alargamento da lacuna no início. Hoje, parece provável (embora eu não tenha verificado) que a lacuna esteja diminuindo: o universo produz quantidades abundantes de entropia a uma taxa que imagino ser mais rápida do que a expansão (agora bastante fraca) eleva a entropia máxima possível. Presumivelmente, a entropia real tenderá assintoticamente para a entropia máxima possível em um futuro muito distante.

Origens Físicas da Assimetria Temporal , p. 33

Mais uma vez, Davies não menciona o trabalho de Layzer, mas desenvolve um diagrama muito parecido com o meu, concordando claramente em grande parte com o que Layzer disse.

Mas Davies sugere (embora diga que não verificou!) que a lacuna de entropia acabará por se fechar, levando à "morte térmica do universo" de Kelvin-Helmholtz, prevista para o século XIX.
David Layzer não tinha esse pessimismo.

William Thomson (Lord Kelvin) foi o primeiro a descrever esse aumento de entropia, e Hermann Helmholtz o chamou de "morte térmica" do universo. Mas será que o universo começou com "baixa entropia" e muita informação, como eles pensavam?

Aqui, vamos rever um pequeno trecho da excelente apresentação da Veritasium mencionada no Edu-Talk algumas semanas atrás. (Precisamos pular os anúncios!)
"ENTROPIA: O Conceito Mais Mal Compreendido da Física"

O vídeo do Veritasium inclui a Hipótese do Passado , que Kelvin, Helmholtz, James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann e muitos outros, desde então, acreditavam significar que o universo começou com um alto grau de organização ou ordem (entropia ou informação negativa) e que vem se deteriorando desde então à medida que a entropia positiva aumenta.

Como podemos ver claramente, tanto Layzer quanto Davies concordam que a entropia na origem do universo era muito menor do que a entropia atual . Eles também definem claramente essa entropia inicial como a entropia máxima para as condições extremas de densidade e temperatura na origem.
Portanto, não havia espaço para qualquer informação no início do universo .

No capítulo 6 de Demon in the Machine , Davies escreve...

O universo é repleto de complexidade, desde sistemas cotidianos como riachos turbulentos e flocos de neve até grandes estruturas cósmicas como nebulosas e galáxias espirais. No entanto, uma classe de sistemas complexos – a vida – se destaca como particularmente notável. Em suas palestras em Dublin, Schrödinger identificou a capacidade da vida de desafiar a tendência da segunda lei da termodinâmica como uma qualidade definidora. Os organismos vivos alcançam esse feito de desafiar a entropia ao coletar e processar informações e direcioná-las para atividades com propósito . Ao acoplar padrões de informação a padrões de reações químicas, utilizando mecanismos para atingir um altíssimo grau de eficiência termodinâmica, a vida cria coerência e organização a partir do caos molecular. Uma das maiores questões em aberto da ciência é como essa organização singular surgiu.

Demônio na Máquina , p. 166

Precisamos esclarecer a "capacidade da vida de contrariar a tendência da segunda lei". Não se trata de um "feito que desafia a entropia", realizado "por meio da coleta e processamento de informações e seu direcionamento para atividades com um propósito".

Tudo o que Schrödinger afirmou em "O Que É a Vida" em 1944 foi que a vida "se alimenta de entropia negativa".

É essa fonte de entropia negativa, ou energia livre , isto é, energia disponível para realizar trabalho, que permite aos seres vivos se comunicarem com suas partes do corpo e com outros seres vivos,
processarem informações (embora sem processamento computacional ) e agirem com propósito .

A fonte de entropia negativa de Schrödinger era o nosso Sol. Com o Sol brilhante como fonte de calor e o céu noturno escuro como dissipador de calor, a Terra funciona como uma máquina termodinâmica.

Fiz uma ilustração estática rudimentar de fótons solares chegando à Terra.

Essa conversão de fótons de alta energia em fótons de baixa energia é ilustrada de forma muito mais elegante pela obra " ENTROPIA " da Veritasium.

Mas Schrödinger não sabia como o Sol (e todas as estrelas) se tornaram uma fonte de entropia negativa ou energia livre .

Seguindo Eddington e Layzer (e agora Davies), expliquei como uma estrela pode se tornar uma fonte de energia livre com o que estou chamando de processo de criação cósmica .

A expansão do espaço criou novas localizações possíveis no espaço de fase, produzindo bolsões de entropia negativa. Quando uma estrutura de informação real se forma localmente , ela não será estável a menos que irradie entropia positiva para satisfazer a segunda lei globalmente .

Dois passos, primeiro as possibilidades , depois a realidade , são o cerne do processo de criação cósmica .

Essas duas etapas ou dois estágios são, em primeiro lugar, possibilidades indeterminísticas (aleatórias) e, em segundo lugar, uma escolha ou seleção adequadamente determinada (não predeterminada !).

É exatamente assim que funciona a teoria da comunicação de informações de Claude Shannon , mostrando a íntima conexão entre entropia negativa e informação!

A filosofia da informação identifica quatro processos que criam novas informações.
Todos eles são impulsionados por possibilidades aleatórias seguidas por uma selecionada como a verdadeira .

1. Para Shannon, devem existir múltiplas mensagens possíveis. Se houver três mensagens possíveis, 8 bits são comunicados. Se houver apenas uma, nenhuma informação é comunicada.
2. Para o universo, sem a expansão que abre novas possibilidades no espaço de fases,
   o universo estaria fechado e sofreria uma " morte térmica "!
3. Ernst Mayr chamou a evolução darwiniana de um processo de duas etapas.
   Sem variações aleatórias, não haveria novas espécies.
4. Segundo meu modelo de livre-arbítrio em dois estágios, endossado por duas dezenas de filósofos e cientistas ,
   sem a mente produzindo novos pensamentos aleatórios, não haveria ações livres.

Como disse Davies, antes da criação da vida na Terra, não havia " agentes " com " propósitos " nem " mentes conscientes ". Mas existiam valores e estruturas de informação significativas . Simplesmente não havia "agentes" vivos no universo abiótico para ver e apreciar esse significado .

Objetos não vivos, como átomos, moléculas, planetas, estrelas e galáxias, são estruturas de informação passivas . Eles são inteiramente controlados por forças físicas fundamentais — as forças nucleares forte e fraca, o eletromagnetismo e a gravitação. Esses objetos não se controlam. Eles são redutíveis a forças físicas como causas. Eles não agem . Eles são afetados por essas forças .

Os seres vivos, você e eu, somos estruturas de informação dinâmicas e em constante crescimento , formas através das quais a matéria e a energia fluem continuamente. E é a comunicação de cima para baixo de informações biológicas significativas que controla esses fluxos!

Essa capacidade de comunicação surge com o aparecimento da vida .

O valor objetivo no universo antes da existência da vida era a vasta criação de entropia negativa e energia livre , principalmente seu fluxo do Sol para a Terra (como Schrödinger nos disse) para sustentar a evolução e o desenvolvimento da vida na biosfera , nosso lar original no universo.

O universo começou com quarks, glúons, elétrons e fótons primordiais. Nos primeiros minutos após a origem, o processo de criação cósmica produziu as estruturas de informação mais primitivas: prótons e nêutrons. 380.000 anos depois, o plasma ionizado resfriou até a temperatura da superfície do Sol, permitindo que esses prótons e elétrons formassem átomos, tornando o universo transparente. Isso nos permite hoje ver o passado, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas , agora resfriada a 2,7 K.

Galáxias, estrelas e planetas começaram a se formar cerca de 400 milhões de anos após sua origem.

O Sol, uma estrela do tipo Population I, formou-se há apenas cerca de 4,5 bilhões de anos, juntamente com seus planetas, e a vida surgiu rapidamente, cerca de meio bilhão de anos depois.

O Sol continuará a sustentar a vida na Terra por mais 5 bilhões de anos, após os quais se transformará em uma estrela gigante vermelha cuja superfície alcançará a órbita da Terra.

Bem antes disso, os humanos já terão povoado Marte. E, na improvável hipótese de ainda não termos entrado em contato com nenhuma forma de vida inteligente extraterrestre, teremos semeado vida em muitos exoplanetas dentro de zonas habitáveis e em estrelas de longa vida, como anãs marrons.

Giulio Prisco , que realizou pesquisas com a Agência Espacial Europeia, e eu, que assessorei a NASA em seu Programa de Longo Prazo em Astronomia Espacial , temos algumas sugestões para a futura exploração espacial.

Em seu livro Meditações Futuristas sobre Voos Espaciais , Prisco escreve...

Devemos avançar com afinco em direção ao nosso destino cósmico entre as estrelas. Começar a expandir para além da Terra antes que seja tarde demais é a nossa tarefa mais importante neste momento da história. Muitos atores têm papéis importantes a desempenhar, e há espaço para todos...
Mas o caminho para as estrelas está repleto de impedimentos e obstáculos. Não avançaremos tão rápido quanto desejamos. Portanto, devemos manter o ânimo elevado e a determinação forte. Precisamos de uma cultura de voos espaciais otimista, voltada para o futuro, com visões inspiradoras de futuros interplanetários, interestelares e cósmicos.

Meditações futuristas sobre voos espaciais , p. 1

Nossas sugestões...

1. Em primeiro lugar, e o mais importante, Marte deve ser preparado para a habitação humana por robôs, como o humanoide autônomo Optimus da Tesla , e não por astronautas caros e frágeis.
2. Em segundo lugar, antes da chegada dos humanos, devemos enviar sementes de plantas essenciais que modificarão a atmosfera de Marte, transformando o planeta vermelho em verde (panspermia reversa).
3. Terceiro, expedições a exoplanetas próximos podem encontrá-los nos estágios iniciais da evolução da vida, reduzindo o tempo necessário para sustentar a vida inteligente.
4. Em resumo, se ficar comprovado que estamos sozinhos, que a vida na Terra é o único caso nas proximidades da nossa galáxia, a Via Láctea, nós, humanos, colonizaremos nossa vizinhança, estendendo a vida talvez por mais dez bilhões de anos se encontrarmos um planeta habitável perto de uma estrela anã marrom de longa vida, ou por ainda mais tempo se algumas das ideias de Freeman Dyson se concretizarem.

O livro de Davies de 1983, Deus e a Nova Física, foi um marco. Nele, argumentava-se que a nova física do século XX, da relatividade e da mecânica quântica, "está apontando o caminho para uma nova apreciação do homem e de seu lugar no universo". (p. xii)

Em particular, Davies explorou a visão do teólogo de que a vida é o milagre supremo e a vida humana representa a conquista máxima da obra-prima cósmica de Deus." (p. 58). Em uma comunicação privada, Davies afirma que essa visão do teólogo "só funciona se você prosseguir dizendo que eu a rejeito completamente. Eu a exploro, claro, e a considero insuficiente (odeio 'O Deus das lacunas'). Portanto, por favor, esclareça esse ponto."

Alguns membros da comunidade Evo Devo para os quais criei páginas da web I-Phi, incluindo Brendan Graham Dempsey , Robert Ulanowicz e Clément Vidal , acreditam que a vida seria sem sentido sem um propósito divino .

Outros membros buscam um "propósito cósmico" anterior à origem da vida . O " Darwinismo Universal " controlou a evolução cósmica no universo pré-biótico, ou mesmo em um universo anterior?

Mas uma fonte muito mais próxima de nós para Significado , Propósito , Valores , Agência , Mente e Consciência reside nos bilhões de anos de seres vivos significativos e com propósito que nos precederam e que vivem conosco agora em nossa biosfera . Veja Significado na Biosfera .

Normal | Professor | Pesquisador