Wanneer jy 'n limiet getref het, leer om verskillende vrae te vra

Wanneer jy 'n limiet getref het, leer om verskillende vrae te vra

Praat met hoërskoolstudente wat hul wetenskaplike eksamens voorberei, en jy sal waarskynlik twee dinge hoor: hulle is bang vir fisika, en relatief gemaklik met biologie. Vreemd genoeg is dit in stryd met die meeste navorsers se siening.

Praat met hoërskoolstudente wat hul wetenskaplike eksamens voorberei, en jy sal waarskynlik twee dinge hoor: hulle is bang vir fisika, en relatief gemaklik met biologie. Vreemd genoeg is dit in stryd met die meeste navorsers se siening. Die wetenskaplike zeitgeist is dat fisika maklik is. Sy eenvoud kom uit 'n vermoë om kristallyne teorieë te skep wat kragtig voorspelbaar is, vir alles van die bestaan ​​van subatomiese deeltjies na hoe ligte om die sterre buig. Biologie, aan die ander kant, is baie moeiliker om te distilleer in elegante stellings en wiskundige vergelykings. Om hierdie rede het sommige vooraanstaande denkers aangevoer daardie selle en woude is moeiliker om te verstaan ​​as ver verwyder en moeilik om te sien wat swart gate is.

Maar miskien is daar nie so iets soos 'n maklike of harde dissipline nie. Miskien is daar net maklike en moeilike vrae. Slegs biologie lyk so moeilik omdat dit gedefinieer is deur 'n stel baie moeilike vrae. Slegs fisika lyk maklik omdat eeue se inspanning deur diep insiggewende denkers 'n stel antwoordbare vrae gegee het.

Wat die biologie so uitdagend maak, is ironies genoeg dat ons naby is. Vra jouself af: wie is 'makliker' om te verstaan ​​- 'n romantiese geliefde of 'n werk kollega? Ons intimiteit met biologie - sowel as sielkunde en sosiale wetenskappe - het ons daartoe gelei om hierdie verskynsels met diepgaande kennis reeds in die hand te ondersoek. Ons vra baie gedetailleerde vrae, en dan is ons verras deur die skynbaar geheimsinnige of teenstrydige antwoorde.

Op 'n wandeling deur die bos kan ons die ongewone vorms van die blare op 'n esdoornboom waarneem. Dit kan ons laat wonder waarom die blare lobbe het, waarom hulle rooi in die herfs word, watter insekte in die blaarvullis leef en hoe hulle ontbind en die grond voed. Hierdie vrae is bedrieglik kompleks, ondanks die natuurlikheid waarmee ons hulle vra. In teenstelling hiermee is die koue groot vakuum van die ruimte en die onuitwisbare kleinheid van quarks so vreemd vir ons dat ons trots is - ten minste aanvanklik - om die eenvoudigste dinge van hierdie entiteite te sê, selfs net om aan te toon dat hulle bestaan.

Intimiteit het soms ook ons ​​begrip in fisika vertraag. Die vraag hoe die planete beweeg, is een van die mens se oudste obsessies en loop deur baie verskillende mitologieë. Tog, danksy ons selfabsorpsie, het die langdurige teorie van epicycles verkeerdelik die aarde in die middel van die heelal geplaas - 'n fout wat vir ongeveer 2,000 jaar voortduur. Toe die vraag onttrek is aan sake van geweld, massa en swaartekrag in die Newtonse fisika, het planetêre beweging baie makliker geword om te voorspel en te verstaan.

Daar is nog baie moeilike vrae vir fisici om oor te legkaart. As fisika sy reputasie op die voorspelling van die volgende sonbrand wat die telekommunikasie op aarde kan inmeng, kan dit beskou word as 'n veel meer ingewikkelde en moeilike dissipline. Hoekom? Omdat modellering die baie meganismes wat die dinamika van die son se oppervlak veroorsaak - al die gravitasie-, elektromagnetiese, termiese en kernprosesse betrokke - is vreeslik moeilik. Wat die planeetbeweging betref, kan ons 'n goeie beeld van 'n planeet se trajek kry deur te erken dat die massiwiteit van ons Son ons toelaat om die invloed van ander hemelliggame te ignoreer. Maar as ons regtig hierdie besonderhede wou bywoon, vind ons gou dat ons nie die beweging van drie liggame van gelyke massa presies kan voorspel nie. Net so, met die chaosteorie, het ons geleer dat ons net raai raai kan maak oor die spesifieke posisie van twee pendulums wie se beweging gekoppel is. Ons kan egter nie met sekerheid sê waar óf slinger ooit sal wees nie.

PMiskien is die vrae wat ons van biologie vereis het, net te moeilik. Hoe red ons 'n individuele menslike lewe? Hoekom is hierdie bluejay effens donkerder as die ander? Maar net omdat ons meer van biologie verlang, beteken dit nie dat ons nie makliker vrae kan stel nie. Trouens, die teken van 'maklike' fisika kan ons help om uit te vind hoe om te doen vind daardie vrae. Fisici is besonder goed om te soek na deurlopende grootskaalse verskynsels wat oor verskeie stelsels van toepassing is en waarskynlik die gevolg van eenvoudige, gedeelde meganismes.


Kry die nuutste van InnerSelf


Neem die idee van biologiese skaal. Hierdie konsep spruit uit vroeë waarnemings dat 'n soogdier se metaboliese tempo voorspelbaar en nie-lineêr op liggaamsgrootte hang via a mag wet. 'N Kragwet is 'n wiskundige verhouding wat ons vertel hoeveel 'n kenmerk verander as die grootte van die stelsel toeneem volgens groottevolgorde (dit wil sê deur veelvoude van 'n sekere getal, gewoonlik 10). So wanneer die liggaamsmassa van 'n wese toeneem deur 1,000-vou, voorspel die beginsels van biologiese skaling akkuraat dat sy metaboliese tempo 100-vou sal toeneem.

Maar hoe kan dieselfde wiskunde van toepassing wees op iets so eenvoudig as die gravitasie-trek tussen twee voorwerpe en die ruwe proses van spesiasie oor verskillende habitatte? In fisika dui kragwette op gedeelde meganismes en simmetrieë wat oor alle skale werk. In biologie, ons eie navorsing - sowel as Wat van Geoffrey B West, James H Brown, en Brian J Enquist - toon dat die fundamentele meganisme by die werk die struktuur en vloei van vaskulêre netwerke is. Dit blyk dat bloedvate geneig is om die liggaam doeltreffend te span en bronne te lewer aan al die selle se selle terwyl die spanning op die hart verminder word. Hierdie eenvoudige insig het geboorte gegee aan 'n groeiende bondel suksesvolle teorieë wat die idee van 'n geoptimaliseerde biologiese struktuur gebruik om verskynsels soos die verspreiding van bome in 'n woud, hoe lank moet ons slaap, die groeikoers van a tumor, die grootste en kleinste groottes van bakterieë, en die langste moontlike boom in enige omgewing.

Biologie kan egter ook aanleiding gee tot sy eie unieke vrae. Byvoorbeeld, as ons kollegas Jessica Flack en David Krakauer by die Santa Fe-instituut het getoon dat die inligtingverwerkings- en besluitnemingsvermoëns van agente (soos primate, neurone en slymvorme) lei tot unieke tipes terugvoering, aanpasbaarheid en oorsaak wat verskil van suiwer fisiese stelsels. Daar moet nog gesien word of die bykomende kompleksiteite van biologiese sisteme verklaar kan word deur uit te brei op fisika-geïnspireerde perspektiewe soos inligtingsteorie. Dit mag wees dat die studie van biologie en komplekse stelsels in die algemeen eendag aan onoorkomelik moeilike vrae sal vorder - of dat 'n briljante hersiening van die vrae sal lei tot die uitskakeling van huidige uitdagings. Dit kan 'n pad na maklike antwoorde wys, soos Charles Darwin gedoen het deur vrae oor die oorsprong en diversiteit van die lewe te formuleer in terme van natuurlike seleksie en variasie.

Nadat jy 'n beperking getref het, leer om verskillende vrae te vra: Die kompleksiteit van stelsels gemeet langs twee asse
Die kompleksiteit van stelsels gemeet langs twee asse: 1) die detail en presisie benodig van die wetenskaplike beskrywing; 2) word die aantal meganismes gekombineer in 'n bepaalde verskynsel. Die moeilikste wetenskappe vra gedetailleerde vrae oor stelsels wat uit baie meganismes bestaan.

In sy artikel 'More is Different' (1972), het die fisikus Philip Anderson die gevare van die vermindering van alles tot die mees mikroskopiese vlak beklemtoon. Hy fokus eerder op spring in kompleksiteit wat voorkom op verskillende skale van natuurverskynsels - soos om van kwantummeganika na chemie te beweeg. Leesers ignoreer egter dikwels sy argument dat effektiewe teorieë op boustene rus, wat die onderliggende meganismes van 'n stelsel verduidelik, selfs al is daardie boustene relatief groot of mediumgrootte entiteite.

Gebaseer op hierdie laasgenoemde perspektief, is ons argument dat ons weet nie as swart gate eenvoudiger is as woude. ons kan nie weet tot ons 'n algemene effektiewe teorie het wat die bestaan ​​van woude verklaar of totdat ons die mees gedetailleerde dinamika van swartgat-ineenstorting en verdamping kan waarneem. 'N Stelling van relatiewe kompleksiteit kan nie gemaak word sonder om die tipe vrae wat ons vir elke stelsel vra, deeglik te definieer nie. Daar is waarskynlik sekere soorte navrae waar ons kennis 'n harde rand sal tref, maar meer dikwels gaan dit oor vrae wat ons stel as oor die stelsels self.

So fisika kan wees hard en biologie kan wees maklik. Die moeilikheidsgraad hang meer af van watter vrae gevra word as op die veld.

Binne komplekse-stelsels wetenskap word groot vordering dikwels gemaak by die koppelvlak tussen hierdie twee perspektiewe. Een pad vorentoe is om eers die maklike vrae op te los en gebruik dan ons antwoorde om beginsels te vind wat nuttig is vir meer gedetailleerde vrae en teorieë. Dit is moontlik dat ons, met die maklike vrae, stadig kan opbou vir die hardes.

Of, in die teenoorgestelde rigting, kan die waarneming van die vreemde ooreenkoms van verskynsels dwarsdeur dissiplines ons verhoed om nuwe splinternuwe meganismes en beginsels te soek. Dit sal soms 'n minder gedetailleerde, meer abstrakte perspektief vereis - wat ons kollega John Miller, met vermelding van die Nobelpryswenner Murray Gell-Mann, in sy boek bespreek 'N Ruwe blik op die hele (2016). Hierdie ruwe voorkoms - gedwing deur die afgeleë fisika, en verduister deur die intimiteit van biologie - behoort baie meer insigte en vereenvoudigings in die wetenskap in die komende jare te lewer.

Oor Die Skrywer

Chris Kempes is 'n professor aan die Santa Fe Instituut, wat werk by die kruising van fisika, biologie en die aardwetenskappe.

Van Savage is 'n professor in ekologie, evolusionêre biologie en biomathematika aan die Universiteit van Kalifornië, Los Angeles.

Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer by Aeon en is gepubliseer onder Creative Commons. Gepubliseer in samewerking met die Santa Fe Instituut, 'n Aeon Strategiese Vennoot.Aeon toonbank - verwyder nie

verwante Boeke

{amazonWS: searchindex = Boeke; sleutelwoorde = probleemoplossingsinnovasies; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

Facebook-ikoonTwitter-ikoonrss-ikoon

Kry die nuutste per e-pos

Emailcloak = {af}