ในความคิดของหลายๆ คน โฟกัสหลักของฟิสิกส์อยู่ที่ขนาดใหญ่มาก (หลุมดำ จักรวาลอันไกลโพ้น และปัญหาของจักรวาลวิทยา) หรือสิ่งที่เล็กมาก (ฮิกส์โบซอน และอนุภาคย่อยอื่นๆ ของฟิสิกส์พลังงานสูง) แต่มีความลึกลับทางวิทยาศาสตร์ที่ลึกล้ำและยังไม่ได้รับการไขซึ่งปรากฏในระดับที่ใกล้เคียงกับประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของเรามาก ในบรรดาคำถามเหล่านี้ แน่นอนว่าคำถามที่ลึกซึ้งที่สุดคือ:
อะไรที่ทำให้
สิ่งมีชีวิตแตกต่างจากสิ่งที่ไม่มีชีวิต? ท้ายที่สุดแล้ว การอธิบายธรรมชาติของชีวิตต้องเริ่มที่พลังมืดทางฟิสิกส์ แต่จากพลังมืดบอดเหล่านี้ ทำให้เกิดการกระทำที่มีเป้าหมายชัดเจนของสิ่งมีชีวิต รวมทั้งตัวเราด้วย แล้วฟิสิกส์จะช่วยอะไรในการไขปริศนานี้ได้บ้าง? นี่คือคำถามที่นักฟิสิกส์
พยายามตอบในหนังสือ รุ่นก่อนคิดว่าสิ่งที่เรียกว่า “พลังชีวิต” มีอยู่จริงและแตกต่างกัน และในต้นศตวรรษที่ 19 พลังนี้เริ่มถูกระบุด้วยปรากฏการณ์ลึกลับของไฟฟ้าที่เพิ่งค้นพบและยังลึกลับอยู่ แต่สำหรับฮอฟฟ์มันน์ เส้นทางสู่การทำความเข้าใจแรงสำคัญจะนำไปสู่กลศาสตร์ทางสถิติ
และสาขาการทดลองของเขาเอง นั่นคือ ชีวฟิสิกส์โมเลกุลเดี่ยวHoffmann ครอบคลุมเนื้อหานี้ด้วยการผสมผสานที่น่าสนใจของภาพสเก็ตช์ทางประวัติศาสตร์ ภาพเปรียบเทียบที่เรียบง่าย และเกร็ดเล็กเกร็ดน้อยส่วนตัวจากประสบการณ์ของเขาเองในฐานะผู้ที่ฝึกฝนให้เป็นนักฟิสิกส์เรื่องควบแน่น
ก่อนที่จะออกไปสู่ดินแดนใหม่ที่พรมแดนระหว่างฟิสิกส์และอณูชีววิทยา ส่วนต้นของหนังสือมีการย้ำเนื้อหาที่คุ้นเคยแต่มีความสำคัญเกี่ยวกับความละเอียดอ่อนของเอนโทรปี การทดลองทางความคิด เช่น ปีศาจของแมกซ์เวลล์ได้รับการอภิปรายอย่างรอบคอบ และฮอฟมันน์ให้ความสำคัญกับจุดสำคัญ
ที่ต้องการให้ค่าเอนโทรปีเพิ่มขึ้นทั่วโลกไม่ได้เป็นการกีดกันการจัดลำดับในท้องถิ่น ดังแสดงให้เห็นโดยกระบวนการประกอบตัวเองจำนวนมากที่เกิดขึ้นในสภาวะสมดุลภาพหลักที่เราทิ้งไว้ในการสนทนานี้คือ “พายุโมเลกุล” ซึ่งเป็นคลื่นยักษ์ของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนซึ่งต้องมีโครงสร้างหรือกลไกทางชีวะ
ในระดับนาโน
ซึ่งถูกกระทบโดยกิจกรรมทางความร้อนแบบสุ่มของโมเลกุลที่อยู่รอบๆ นี่เป็นสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นท่า แต่เป็นเงื่อนไขที่เครื่องจักรระดับนาโนที่ซับซ้อนของชีววิทยาเซลล์ต้องทำงาน และตามที่คำอธิบายของ Hoffmann เกี่ยวกับการทดลองต่างๆ แสดงให้เห็น มอเตอร์โมเลกุลที่สลับซับซ้อน
อย่างน่าอัศจรรย์เหล่านี้ไม่เพียงทำงานเท่านั้น แต่ยังทำงานอย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลอย่างน่าอัศจรรย์ และการกระทำโดยรวมของพวกมันยังทำการหดตัวของกล้ามเนื้อที่เราคุ้นเคยอีกด้วย การสนทนานี้ทำให้เราได้รับข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับการทดลองและการโต้เถียงในปัจจุบันทางชีวฟิสิกส์
โมเลกุลเดี่ยว
ความก้าวหน้าทางแนวคิดที่ช่วยให้เราเข้าใจว่าเครื่องจักรระดับโมเลกุลไม่เพียงสามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมแบบบราวเนียนเท่านั้น แต่ยังใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่แบบสุ่มของมันได้อย่างไร นำเราย้อนกลับไปสู่ภาพที่นักฟิสิกส์หลายคนคุ้นเคยจากการบรรยายที่มีชื่อเสียง
ของ Richard Feynman อาร์กิวเมนต์ “วงล้อและตีนผี” ของไฟน์แมนแสดงให้เห็นว่าเราไม่สามารถดึงงานที่เป็นประโยชน์ออกจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนได้ ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ อย่างไรก็ตามด้วยพลังงานที่ป้อนเข้ามา คุณสามารถทำได้แก้ไขการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน
โดยใช้แรงที่เกิดจากการชนกันแบบสุ่มของโมเลกุลตัวทำละลายเพื่อสร้างการเคลื่อนที่แบบกำหนดทิศทาง และนี่คือการเคลื่อนไหวที่มุ่งตรงไปที่ระดับโมเลกุล ซึ่งรวมเข้ากับสเกลขนาดใหญ่ นำไปสู่การเคลื่อนไหวอย่างมีจุดมุ่งหมายของสิ่งมีชีวิต แนวคิดนี้ถูกจับในรูปแบบง่ายๆ
โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Armand Ajdari และ Jacques Prost: วงล้อบราวเนียน นี่คือแนวคิดที่ให้ “วงล้อแห่งชีวิต” ของชื่อเรื่องฮอฟแมนอธิบายการกระทำแต่เริ่มตั้งคำถามถึงจุดประสงค์เท่านั้น ทันทีที่เราได้รับรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของกลไกชีวภาพแต่ละตัว การโต้เถียงก็เริ่มขึ้นโดยมีคำถามสำคัญ
คือ ” โมเดลของเล่น นี้ใช้กับลักษณะเฉพาะของระบบชีวภาพนั้น ได้อย่างไร” การรายงานข่าวของ Hoffmann เกี่ยวกับการโต้วาทีระหว่างผู้สนับสนุนมอเตอร์ “คู่แน่น” และฝ่ายตรงข้ามที่ชื่นชอบรุ่น “คู่หลวม” ให้รสชาติของความตื่นเต้นที่เกี่ยวข้องกับสนามที่ยังคงพัฒนาอยู่มาก
แต่ท้ายที่สุด ดังที่ Hoffmann โต้แย้งอย่างถูกต้อง การโต้วาทีเหล่านี้เกี่ยวกับรายละเอียด โดยพื้นฐานแล้ว มอเตอร์โมเลกุลทั้งหมดถูกขับเคลื่อนโดยพายุโมเลกุลของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ไม่ว่าการแมปกับแบบจำลองอย่างง่ายจะตรงไปตรงมาและมองเห็นได้ง่ายหรือไม่ก็ตาม
ในทางชีววิทยา รายละเอียดมีความสำคัญ และฮอฟฟ์แมนได้ให้รายละเอียดบางส่วนแก่เราโดยการอธิบายกลไกทางชีววิทยาต่างๆ และสิ่งที่สิ่งมีชีวิตใช้พวกมัน ชีววิทยาที่นี่อุดมสมบูรณ์มากและเมื่อผ่าน ATP synthase, helicases และ RNA polymerase ผู้อ่านนักฟิสิกส์บางคน
อาจเข้าใจว่าชีววิทยาค่อนข้างมากเกินไปถูกบรรจุในพื้นที่เล็กเกินไป แต่เรายังได้เรียนรู้เกี่ยวกับรายละเอียดทางฟิสิกส์ เช่น สิ่งที่บังคับให้โมเลกุลเหล่านี้ออกแรง และวิธีวัดแรงเหล่านี้ด้วยเทคนิคที่สวยงาม เช่น ฟอร์ซ สเปกโทรสโกปี และแหนบออปติคัล
มีหลายสิ่งหลายอย่างยังคงต้องแก้ไข แต่ฮอฟมันน์แสดงชัดเจนว่าเรากำลังเข้าใกล้การทำความเข้าใจส่วนหนึ่งของสิ่งที่เป็นลักษณะของสิ่งมีชีวิต สสารดังกล่าวมีความสามารถในการเคลื่อนที่โดยอิสระซึ่งขับเคลื่อนโดยมอเตอร์โมเลกุล ซึ่งใช้อินพุตของพลังงานเคมีเพื่อแก้ไขการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของสภาพแวดล้อมระดับนาโน ฮอฟมันน์สรุปมุมมองนี้ด้วยข้อความว่า
credit : sandersonemployment.com lesasearch.com actsofvillainy.com soccerjerseysshops.com nykodesign.com nymphouniversity.com saltysrealm.com baldmanwalking.com forumharrypotter.com contrebasseries.com
