한도를 맞추면 다른 질문을하는 법을 배웁니다.

한도를 맞추면 다른 질문을하는 법을 배웁니다.

과학 시험을 준비하는 고등학생과 이야기하면 물리학이 무섭고 생물학이 비교적 편안하다는 두 가지 사실을들을 수 있습니다. 이상하게도 이것은 대부분의 연구자들의 견해에 위배됩니다.

과학 시험을 준비하는 고등학생과 이야기하면 물리학이 무섭고 생물학이 비교적 편안하다는 두 가지 사실을들을 수 있습니다. 이상하게도 이것은 대부분의 연구자들의 견해에 위배됩니다. 과학적인 시대 정신은 물리학이 쉽다는 것입니다. 그것의 단순함은 아 원자 입자의 존재에서 별 주위의 빛이 어떻게 구부러 지는지에 이르기까지 모든 것을 강력하게 예측하는 결정 이론을 만드는 능력에서 비롯됩니다. 반면에 생물학은 우아한 정리와 수학 방정식으로 갈아 타기가 훨씬 더 어렵습니다. 이런 이유로 몇몇 저명한 사상가는 논쟁하는 멀리 떨어져 있고보기 힘든 블랙홀보다 세포와 숲을 이해하기가 더 어렵습니다.

그러나 아마도 쉽거나 어려운 훈련 같은 것은 없을 것입니다. 어쩌면 간단하고 어려운 질문 만있을 수 있습니다. 생물학 만 매우 어려운 질문으로 정의 되었기 때문에 매우 어렵습니다. 물리학 만 깊은 통찰력을 가진 사상가에 의한 수세기의 노력이 일련의 답변 가능한 질문을 만들어 냈기 때문에 쉽습니다.

역설적이게도 생물학을 그렇게 도전하게 만드는 것은 우리의 친밀감입니다. 자신에게 물어보십시오 : 누가 '이해하기 쉽다'- 낭만적 인 호감이나 직장 동료? 생물학과 심리학 및 사회 과학과의 친밀 성은 이미 우리가 이미 알고있는 심오한 지식으로 이러한 현상을 조사하도록 유도했습니다. 우리는 매우 상세한 질문을하고, 그때 우리는 겉으로보기에는 신비 스럽거나 모순 된 대답에 놀랐습니다.

숲을 걷다 보면 단풍 나무의 단풍의 흔적을 볼 수 있습니다. 잎이 잎을 가지고있는 이유, 가을에 빨간색으로 변하는 이유, 잎 쓰레기에 사는 곤충, 그리고 토양을 분해하고 먹이는 방법이 궁금합니다. 이러한 질문은 자연 스러움에도 불구하고 믿을 수 없을만큼 복잡합니다. 대조적으로, 공간의 차가운 막대한 광대 한 진공과 쿼크의 알 수없는 작은 것은 우리가이 엔티티에 대한 가장 단순한 것들을 말하고, 그것이 존재한다는 것을 보여주기 위해서조차 자랑 스럽습니다.

친밀감은 때때로 물리학에 대한 우리의 이해를 늦추기도합니다. 행성이 어떻게 움직이는가에 대한 질문은 인류의 가장 오래된 집념 중 하나이며 많은 다른 신화를 통해 진행됩니다. 그러나 우리 종의 자기 흡수 덕분에 오랜주기의 주전등 이론은 지구를 우주의 중심에 잘못 놓았습니다. 이것은 2,000 년 동안 계속 된 실수입니다. 문제가 뉴턴 물리학의 힘, 질량 및 중력 문제로 추상화되면 행성 운동이 훨씬 쉽게 예측되고 이해됩니다.

물리학 자들에게는 아직도 어려운 질문이 많이 남아 있습니다. 물리학이 지구상에서 전기 통신을 방해 할 수있는 다음 태양 플레어를 예측하는 데 대한 명성을 굳히면 훨씬 더 복잡하고 어려운 분야로 간주 될 것입니다. 왜? 태양의 표면의 역 동성을 생성하는 많은 메커니즘, 즉 중력, 전자기, 열 및 핵 과정의 모든 모델링이 까다로워지기 때문에. 행성 운동에 관해서는, 태양의 질량이 다른 천체의 영향을 무시할 수 있다는 것을 인식하여 행성의 궤도에 대한 충분한 그림을 얻을 수 있습니다. 그러나 우리가 정말로 이러한 세부 사항에 관심을 가지기를 원한다면 우리는 같은 질량의 3 개 시체의 움직임을 정확하게 예측할 수 없다는 것을 곧 알게 될 것입니다. 마찬가지로, 카오스 이론을 통해, 우리는 함께 움직이는 두 진자의 특정 위치에 대해서만 대략적인 추측을 할 수 있다는 것을 배웠습니다. 그러나 우리는 어느 진자가 언제 있을지 확실하게 말할 수는 없습니다.

P우리가 생물학에 대해 요구 한 질문은 너무 어렵습니다. 어떻게 우리는 개인적인 삶을 구할 수 있습니까? 왜이 블루 제이가 다른 블루 먼보다 약간 어둡습니까? 그러나 우리가 생물학에서 더 많은 것을 요구한다고해서 우리가 약간 더 쉬운 질문을 제기 할 수 없다는 것을 의미하지는 않습니다. 실제로 '쉬운'물리학을 그리면 우리가 발견 그 질문들. 물리학 자들은 여러 시스템에 걸쳐 적용되는 단순하고 공유 된 메커니즘의 결과 인 보편적 인 대규모 현상을 찾는 데 특히 능숙합니다.

아이디어를 가져라. 생물학적 스케일링. 이 개념은 포유 동물의 신진 대사 속도가 예측 가능하고 비선형 적으로 몸 크기에 의존한다는 초기 관찰에 기인합니다. 힘의 법칙. 거듭 제곱 법칙은 시스템 크기가 증가 할 때 (즉, 특정 수의 배수, 보통 10) 기능이 변경되는 정도를 나타내는 수학적 관계입니다. 따라서 생물의 체질량이 1,000 배 증가하면 생물학적 스케일링의 원리는 대사율이 100 배 증가 할 것이라고 정확하게 예측합니다.

그러나 어떻게 같은 수학이 두 대상 사이의 중력 끌기와 다양한 서식지에 걸린 지저분한 얼룩진 과정 같은 간단한 것에 적용될 수 있습니까? 물리학에서 힘 법칙은 모든 척도에서 작동하는 공유 메커니즘과 대칭을 가리 킵니다. 생물학에서 우리 자신 연구 - 만큼 잘 제프리 B 웨스트, 제임스 H 브라운, 브라이언 J 엔퀴 스트 (Brian J Enquist)의 연구에 따르면 직장에서의 기본 메커니즘은 혈관 네트워크의 구조와 흐름이라는 것을 보여줍니다. 혈관은 몸을 효율적으로 확장시키고 모든 생명체의 세포에 자원을 전달하는 반면 심장에 대한 부담을 줄이는 경향이 있음이 밝혀졌습니다. 이 간단한 통찰력은 최적의 생물학적 구조의 아이디어를 사용하여 분포와 같은 현상을 예언하는 성공적인 이론의 성장 배치를 탄생 시켰습니다. 숲의 나무들, 우리가 얼마나 오래 있어야하는지 , 성장 속도 종양, 가장 크고 작은 박테리아의 크기가장 높은 가능한 나무 어떤 환경에서도.

그러나 생물학은 또한 독특한 질문을 제기 할 수 있습니다. 예를 들어 동료들 제시카 플랙 그리고, 데이비드 크라카우어 산타페 연구소 (Santa Fe Institute)에 따르면 에이전트 (영장류, 뉴런 및 슬라임 곰팡이와 같은)의 정보 처리 및 의사 결정 기능은 순전히 물리적 시스템과 다른 독특한 유형의 피드백, 적응성 및 인과 관계로 이어집니다. 생물학 시스템의 추가 복잡성이 정보 이론과 같은 물리학에서 영감을 얻은 관점을 확장함으로써 설명 될 수 있는지 여부는 여전히 남아 있습니다. 생물학과 복잡한 시스템에 대한 연구가 언젠가는 어려운 질문으로 진행될 수도 있습니다. 또는 질문의 화려한 재 작성으로 현재의 도전을 제거 할 수 있습니다. 찰스 다윈 (Charles Darwin)은 자연 선택과 다양성 측면에서 삶의 기원과 다양성에 대한 질문을 다시 정리함으로써보다 쉬운 대답을 제시 할 수 있습니다.

당신이 한도에 도달했을 때 다른 질문을하는 법을 배우십시오 : 두 축을 따라 측정 된 시스템의 복잡성
두 축을 따라 측정 된 시스템의 복잡성 : 1) 과학적 묘사에 필요한 세부 묘사와 정밀도; 2) 특정 현상에서 결합되는 메커니즘의 수. 가장 어려운 과학은 많은 메커니즘으로 구성된 시스템에 대해 자세한 질문을합니다.

그의 있음 기사 물리학자인 필립 앤더슨 (Philip Anderson)은 '더 다르다'(1972)는 모든 것을 가장 미세한 수준으로 줄이는 위험을 강조했습니다. 그는 대신 양자 역학에서 화학 공학으로 옮겨가는 등 자연 현상의 다양한 스케일에서 발생하는 복잡한 점프에 집중했습니다. 그러나 독자들은 효과적인 이론이 시스템의 기본 메커니즘을 설명하는 빌딩 블록에 의존해야한다는 자신의 주장을 종종 간과합니다. 심지어 빌딩 블록이 상대적으로 큰 또는 중간 크기의 실체 일지라도 말입니다.

이 후자의 관점을 바탕으로, 우리의 주장은 우리가 모르겠다. 블랙홀이 숲보다 단순하다면 우리 수 없습니다 우리가 숲의 존재를 설명하거나 블랙 홀의 붕괴와 증발의 가장 상세한 역학을 관찰 할 수있을 때까지 일반적인 이론을 얻을 때까지 알 수 있습니다. 각 시스템에 대해 질문하는 유형을 철저히 정의하지 않으면 상대적인 복잡성에 대한 설명을 작성할 수 없습니다. 우리의 지식이 가장 중요한 부분을 차지할 수있는 특정 유형의 질의가있을 수 있지만 더 자주 시스템 자체에 대한 질문보다 더 자주 제기되는 질문에 관한 것입니다.

그래서 물리학 양철통 열심히하고 생물학이 되라. 양철통 쉬워. 어려움의 정도는 현장에서보다 어떤 질문이 요구되는지에 달려 있습니다.

복잡한 시스템 과학에서,이 두 가지 관점 사이의 인터페이스에서 큰 진보가 종종 발생합니다. 한 가지 길은 먼저 쉬운 질문을 풀고 더 상세한 질문과 이론에 도움이되는 원리를 찾기 위해 답을 사용하는 것입니다. 쉬운 질문부터 시작하여 천천히 '어려운'것을 구성 할 수 있습니다.

또는, 반대 방향으로, 학문의 맞은 편에 현상의 이상한 상사 성을 관찰해서 우리들을 아주 새로운 기계 장치 및 원리를 찾기 위하여 기울일지도 모르다. 이것은 때로 덜 추상적이고 더 추상적 인 관점을 요구할 것입니다. 동료 인 존 밀러 (John Miller)는 노벨상 수상자 인 머레이 겔만 (Murray Gell-Mann)이 그의 저서 전체를 조잡한 모습 (2016). 물리학 적으로 멀리 떨어져 있고 생물학의 친밀함에 의해 가려진 이러한 원유의 표정은 앞으로 수년간 과학에 더 깊은 통찰력과 단순화를 가져다 줄 것입니다.

저자에 관하여

크리스 켐프 (Chris Kempes)는 물리학, 생물학 및 지구과학의 교차점에서 일하는 산타페 연구소 (Santa Fe Institute)의 교수입니다.

Van Savage는 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학교 (University of California, Los Angeles)의 생태학, 진화 생물학 및 생물 수학과 교수입니다.

이 기사는에서 원래 출판되었습니다. 영겁 크리에이티브 커먼즈 (Creative Commons)에 따라 재발행되었습니다. Aeon Strategic Partner 인 Santa Fe Institute와 공동으로 발간되었습니다.이온 카운터 - 제거하지 마라.

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