[Tiếng Việt]
Hãy tưởng tượng
[Âm nhạc]
một buổi tối mùa thu trong lành. Bầu trời một bức tranh
màu hổ phách và tím. Đột nhiên, hàng nghìn
người nhìn chằm chằm xuất hiện biểu diễn một vở ballet trên không ngoạn mục
. Vở ballet
này được gọi là emeration.
Đó là một hiện tượng tự nhiên tuyệt đẹp
nắm giữ bí mật về bản chất của
sự sống.
Tôi là một nhà vật lý và tôi thấy điều gì đó
rất sâu sắc trong hành động của
cái nhìn chằm chằm này. Tôi thấy những nguyên tắc cơ bản
chi phối không chỉ những loài chim này mà còn toàn bộ
sự sống từ tế bào nhỏ nhất đến
hệ sinh thái rộng lớn nhất.
Vậy chúng ta sẽ đi đâu từ đây? Hãy để tôi đưa
bạn vào cuộc hành trình khám phá
vật lý của các hệ không cân bằng như
cái nhìn chằm chằm này có thể giải thích cho
hiện tượng của sự sống.
Để hiểu thế giới xung quanh, chúng ta
cần nắm được hai khái niệm cơ bản,
trạng thái cân bằng và không cân bằng.
Hãy bắt đầu với khái niệm về trạng thái cân bằng
, trạng thái cân bằng và
ổn định. Để minh họa điều này, hãy
xét một thanh nam châm đơn giản. Nếu
có thể phóng to, chúng ta sẽ thấy thanh nam châm
này được tạo thành từ vô số miền
nhỏ, mỗi miền giống như một chiếc kim la bàn. Trong
một miếng sắt thông thường, những
la bàn nhỏ bé này chỉ theo các hướng ngẫu nhiên.
Nhưng khi chúng ta tác dụng một từ trường
bên ngoài vào, điều gì đó đáng chú ý sẽ xảy ra.
những miền này bắt đầu căn chỉnh.
Quá trình căn chỉnh này là một ví dụ về
cái mà chúng tôi gọi là phá vỡ tính đối xứng trong
vật lý.
Ban đầu không có hướng
ưu tiên cho các miền. Đây là đối xứng
. Nhưng khi chúng ta đặt một từ trường
bên ngoài vào, tính đối xứng này bị phá vỡ.
Hệ thống chọn hướng cụ thể
bằng cách căn chỉnh các miền. Và sau khi
được căn chỉnh, các miền này sẽ đạt đến trạng thái cân bằng
, ổn định, có thể dự đoán được,
không thay đổi.
Nếu chúng ta quay phim những miền này và
phát phim ngược, nó gần như sẽ
trông giống với phiên bản chuyển tiếp.
Đây là dấu hiệu của trạng thái cân bằng
. Thời gian mất phương hướng. Nhưng
trạng thái này, trạng thái cân bằng này thực ra không phải là nơi cuộc sống phát triển. Trên thực tế,
...
nó là phản đề của cuộc sống. Cuộc sống
tồn tại trong tất cả vẻ đẹp đẽ, phức tạp, lộn xộn của
, còn xa mới đạt đến trạng thái cân bằng.
Bây giờ với sự hiểu biết về trạng thái cân bằng
, chúng ta hãy chuyển trọng tâm sang
nơi cuộc sống thực sự phát triển, khác xa với trạng thái cân bằng
. Và hãy quay lại với
cái nhìn chằm chằm của chúng ta, một ví dụ động
phức tạp hơn nhiều.
Bạn có thể coi mỗi chú chim trong vở ballet trên không
này như một chiếc kim la bàn sống
biết bay.
Cũng giống như sự liên kết của các miền từ tính
của chúng ta dẫn đến sự xuất hiện của từ trường vĩ mô
, những con chim này
điều chỉnh vận tốc của chúng với
láng giềng của chúng. Nhưng đây là điểm khác biệt
quan trọng. Sự liên kết này luôn
thay đổi, phản ứng từng khoảnh khắc với
chuyển động của các loài chim lân cận. Kết quả
là một màn trình diễn đầy mê hoặc về hành vi tập thể
dường như bất chấp lời giải thích
.
Một số người sẽ nhìn thấy một con rắn
đang quằn quại, một số thì thấy một đám mây cuồn cuộn hoặc thậm chí
một trái tim đang đập trong đội hình của họ. Bầy
di chuyển như một, nhưng nó bao gồm
hàng nghìn người ra quyết định
riêng lẻ. Đó là một hệ thống sống năng động
không bao giờ ổn định ở trạng thái cân bằng
yên tĩnh của thanh nam châm của chúng ta. Thay vào đó,
nó chuyển động liên tục,
liên tục tiêu thụ năng lượng để duy trì
vũ điệu phức tạp của nó. Chuyển động
vĩnh viễn này, sự tiêu thụ năng lượng
không ngừng nghỉ này chính là điều mà chúng tôi muốn nói đến qua cụm từ
không cân bằng.
Và đây là lúc nó thực sự trở nên hấp dẫn
. Chính trong trạng thái cân bằng
này mà chúng ta tìm thấy mầm mống của vẻ đẹp và sự phức tạp của cuộc sống
.
Bây giờ với sự hiểu biết về
không cân bằng, chúng ta hãy quay lại ý tưởng
về sự phá vỡ đối xứng. TRONG
các hệ thống không cân bằng như đàn
của chúng tôi, việc phá vỡ đối xứng không phải là sự kiện
xảy ra một lần dẫn đến trạng thái
ổn định. Thay vào đó, đó là một quá trình đang diễn ra
được thúc đẩy bởi dòng năng lượng
và vật chất liên tục. Chúng ta thấy một loạt các sự kiện phá vỡ đối xứng
. Mỗi sự phá vỡ tính đối xứng
tạo ra những khả năng mới, những khuôn mẫu mới,
cấu trúc mới. Nó giống như một trò chơi domino
không bao giờ kết thúc, trong đó mỗi quân
bị đổ sẽ kích hoạt các sắp xếp
mới và bất ngờ.
Sự phá vỡ đối xứng liên tục này trong các hệ thống không cân bằng
là điều cho phép
có được sự đa dạng đáng kinh ngạc và
khả năng thích ứng của cuộc sống. Đó là lý do tại sao các hệ thống
sống có thể phản ứng với môi trường
của chúng, phát triển và tạo ra
cấu trúc ngày càng phức tạp.
Hãy kết hợp những ý tưởng này,
sự mất cân bằng và phá vỡ tính đối xứng,
và xem lại lời lẩm bẩm của chúng ta. Tiếng lẩm bẩm của
sáo đá là một ví dụ
hoàn hảo về sự xuất hiện trong hệ thống không cân bằng
.
Cũng giống như việc căn chỉnh các miền
cực nhỏ trong thanh nam châm của chúng ta dẫn đến sự xuất hiện
của từ trường vĩ mô
, sự phối hợp giữa các cái nhìn
riêng lẻ dẫn đến sự xuất hiện hành vi phức tạp và giống như chất lỏng của đàn
.
Nhưng đây là điểm khác biệt quan trọng. Trong nam châm
, sự xuất hiện dẫn đến trạng thái cân bằng
ổn định. Trong đàn, quá trình xuất hiện
rất năng động và liên tục.
Hành vi của đàn liên tục
xuất hiện từ sự tương tác của
từng con chim. Tuy nhiên, nó cũng hướng dẫn
những cá nhân đó tạo ra một vòng phản hồi
để duy trì hệ thống này
ở xa trạng thái cân bằng.
Sự xuất hiện năng động này là một đặc điểm của
hệ thống sống. Và nguyên tắc
đó cũng áp dụng cho tất cả chúng ta. Nó
sẽ cho phép tập hợp các tế bào
trở thành con người có cảm giác suy nghĩ
hoặc một nhóm người hình thành phức hợp
xã hội. Trong mỗi trường hợp, hành vi của
tổng thể xuất hiện từ đó nhưng nó cũng
hướng dẫn hành vi của các bộ phận của nó.
Được rồi, chúng ta đã thấy sự mất cân bằng trên
quy mô lớn của sự lẩm bẩm. Nhưng trạng thái
này không chỉ giới hạn ở cấp độ vĩ mô
.
Trên thực tế, những nguyên tắc tương tự mà chúng ta
tuân theo trong lời lẩm bẩm của mình là
biểu hiện phổ quát trên mọi quy mô
của cuộc sống. Vì vậy, hãy phóng to từ
lời thì thầm của chúng ta đến một thứ
nhỏ hơn nhiều nhưng không kém phần kỳ diệu, một tế bào
sống duy nhất. Trong thế giới vi mô này, một vở kịch
diễn ra phản ánh điệu nhảy
giống như chúng ta thấy trên bầu trời phía trên. Trong
phòng thí nghiệm của tôi, bằng cách sử dụng kính hiển vi tiên tiến, chúng tôi
có thể quan sát các protein, các khối xây dựng
của sự sống, được sắp xếp thành các sóng và
hoạt động xoắn ốc gợn sóng trên
bề mặt của một tế bào đang phân chia.
Giống như mỗi con Sting phản ứng với
hàng xóm của nó để tạo ra các kiểu ghi nhớ
sâu rộng, các protein
này tương tác với các hàng xóm phân tử
của chúng để tạo ra các mẫu hướng dẫn sự phát triển
của chính sự sống.
Điều thực sự đáng chú ý là chúng ta có thể
sử dụng các nguyên tắc tương tự của
vật lý không cân bằng để mô tả
các quá trình sinh học phức tạp này.
Ví dụ: chúng tôi đã phát hiện ra rằng
các vòng xoắn ốc protein này hoạt động giống như
các hạt tích điện với lõi của mỗi vòng xoắn ốc
tương ứng với điện tích
dương hoặc âm tùy thuộc vào
chuyển động quay của chúng. Và cũng giống như điện tích
tổ chức điện trường,
tiêu điểm hoạt động của protein
này điều phối các quá trình phát triển
trên toàn bộ vị trí O. Ôi, những mẫu
này, chúng không bao giờ hết làm tôi ngạc nhiên.
Khi chúng ta quan sát những mẫu protein này nhảy múa
trên bề mặt của một tế bào đang phân chia,
chúng ta chứng kiến một điều gì đó thậm chí còn
cơ bản hơn. Một sự đối xứng khác mà cuộc sống
phá vỡ và đó là sự đối xứng của thời gian
chính nó. Hãy nhớ rằng thanh nam châm của chúng ta ở trạng thái cân bằng
, thời gian sẽ mất hướng
. Chúng ta có thể phát đoạn phim
nam châm tiến và lùi và nó
sẽ trông gần như giống hệt nhau.
Nhưng trong thế giới không cân bằng của các hệ thống sống
, thời gian là một mũi tên. Nó có
hướng rõ ràng không thể đảo ngược. Hãy nghĩ đến
lời thì thầm của chúng ta. Bạn có thể dễ dàng tưởng tượng
video kỷ niệm được phát ngược lại
. Nhưng ngay lập tức nó sẽ có vẻ
sai, không tự nhiên.
Mỗi mảnh cánh của một con sáo, mỗi
tế bào phân chia trong một phôi thai đang phát triển và
mỗi nhịp tim trong lồng ngực của bạn là một bước
tiến về phía trước mà không thể hủy bỏ.
Để tôi kể cho bạn nghe điều
đáng chú ý nhất. Chúng ta có thể chứng minh rằng mũi tên thời gian
này có liên quan về mặt toán học với dòng năng lượng
trong các hệ thống sống. Nói cách khác
, hướng của thời gian phát sinh
từ sự tiêu tán năng lượng hoặc phát sinh từ
hệ thống của bạn cách trạng thái cân bằng bao xa.
Chúng ta có thể định lượng điều này bằng cách sử dụng khái niệm nhiệt động lực học
được gọi là entropy.
Entropy nói một cách đơn giản là thước đo mức độ rối loạn
. Trong các hệ thống sống
liên tục trao đổi năng lượng và vật chất
với môi trường, dòng năng lượng
cao hơn có nghĩa là sản xuất entropy
cao hơn và nhiều quá trình không thể đảo ngược hơn. Và trên thực tế, các thử nghiệm của nhóm tôi với
...
mẫu protein này đã xác nhận điều này.
Bây giờ, tính không thể đảo ngược
này là thứ định hình cách chúng ta nhìn nhận về thời gian. Và
điều thực sự đáng chú ý là các hệ thống
sống có thể tạo ra trật tự và độ phức tạp
đồng thời làm tăng thêm
mức tăng entropy tổng thể của vũ trụ.
Được rồi, chúng ta đã thấy
nguyên tắc cơ bản về sự không cân bằng này từ các ô
cho đến việc nhìn chằm chằm. Có thể bạn đang thắc mắc, vậy
thì sao? Điều này thay đổi quan điểm của chúng ta về
thế giới xung quanh chúng ta như thế nào? Khi nắm bắt
quan điểm sống động này, chúng tôi bắt đầu
đặt những câu hỏi mới và khám phá những khả năng
mới.
Ví dụ: chúng ta có thể sử dụng nguyên tắc
cơ bản này của vật lý không cân bằng để
thiết kế các vật liệu mới thông minh hơn
và dễ thích ứng hơn không?
Việc nghiên cứu dòng năng lượng trong
hệ sinh thái có thể giúp chúng ta khám phá thêm
cách bền vững để sản xuất và sử dụng năng lượng
không?
Và nếu sự sống thực sự là một hiện tượng
vật lý không cân bằng, thì chúng ta có nên tìm kiếm
nguồn gốc của sự sống một cách chuyên nghiệp ở những nơi
nơi các dòng năng lượng và dòng năng lượng tạo ra
tiềm năng phức tạp.
Và bằng cách suy nghĩ theo cách này, chúng ta
tự mình khám phá những dạng
sự sống mới hoặc các quá trình giống như sự sống mà chúng ta
thậm chí chưa từng tưởng tượng ra.
Và bạn biết phần
tuyệt vời nhất là gì không? Chúng ta không cần phải tìm đâu xa để thấy
những quy trình cơ bản này đang hoạt động.
Hành tinh của chúng ta có rất nhiều sự đa dạng
phát sinh từ những quá trình cơ bản này.
Lấy rạn san hô làm ví dụ. Đó là một sự cân bằng mong manh
nơi vô số loài
tìm đường đi trong dòng năng lượng
và vật chất. Hoặc hãy nghĩ về bộ não con người
nơi hàng tỷ tế bào thần kinh hoạt động theo mô hình
phối hợp để tạo ra cái mà chúng ta
gọi là ý thức.
Ngay cả những xã hội của chúng ta với các cấu trúc xã hội và kinh tế
phức tạp cũng có thể được hiểu
qua lăng kính vật lý không cân bằng
.
Khi cuộc hành trình của chúng ta kết thúc, chúng ta hãy
quay trở lại một lần nữa với những cái nhìn chằm chằm được nhìn thấy
qua đôi mắt mới. Khi ánh sáng cuối cùng
tắt dần, họ mang vở ballet của mình đến tấm màn cuối cùng
, duyên dáng ngồi vào
chỗ ngồi của mình. Thông qua chúng, chúng ta thấy
năng lượng thúc đẩy quá trình tự tổ chức quan trọng như thế nào,
sự phá vỡ đối xứng tạo ra
sự đa dạng như thế nào và mũi tên thời gian xuất hiện
như thế nào từ các quá trình thúc đẩy sự sống.
Tôi sẽ không bao giờ quên khoảnh khắc đó trong phòng thí nghiệm
của mình, quan sát qua kính hiển vi khi
các mẫu protein gợn sóng trên bề mặt
của tế bào đang phân chia với năng lượng
chảy và thực hiện vở ballet này
theo thời gian. Khoảnh khắc đó về cơ bản
đã thay đổi quan điểm của tôi. Tôi nhận ra rằng
cuộc sống không phải là đạt đến trạng thái cân bằng.
Đó là việc duy trì điệu nhảy này thật xa
. Và chính trong dòng chảy
liên tục này, hành trình trở thành này mới là điều kỳ diệu thực sự của sự tồn tại
. Một điệu nhảy
tất cả chúng ta đều là một phần của mọi khoảnh khắc.
Cảm ơn bạn.