Эволюция материи с позиции теории вероятностей

Теории вероятностей как наука возникла еще в средних веках. Первоначально к её основным понятиям относились как к некоторым эмпирическим фактам, как к свойствам реальных событий. Самые ранние исследования в области теории вероятностей начались к XVII веку. Прогнозируя выигрыш в азартных играх, Блез Паскаль и Пьер Ферма открыли первые вероятностные закономерности. Важный вклад в теорию вероятностей внёс Якоб Бернулли: он дал доказательство закона больших чисел в простейшем случае независимых испытаний. В первой половине XIX века теория вероятностей начинает применяться к анализу ошибок наблюдений; Лаплас и Пуассон доказали первые предельные теоремы. Во второй половине XIX века основной вклад внесли русские учёные П. Л. Чебышёв, А. А. Марков и А. М. Ляпунов. Современный вид теория вероятностей получила благодаря аксиоматизации, предложенной Андреем Николаевичем Колмогоровым. В результате теория вероятностей приобрела строгий математический вид и окончательно стала восприниматься как один из разделов математики.

Насколько вероятно то, что в день, на который вы запланировали поездку за город, пойдет дождь? Возможно ли, что ваша машина не потребует значительного ремонта, если вы отложите покупку новой на шесть месяцев? Какова вероятность того, что вы сдадите школьный экзамен без дополнительной подготовки? Неопределенность и неуверенность оказывают влияние на наши жизни.

Но можно ли связать проблемы вероятности с процессом становления материи начиная с «Большого взрыва», который, ученные утверждают, является началом развития Вселенной и до наших дней со всеми теми сложными структурами которые нас окружают? Хэрольд Моровитц, бывший преподаватель биофизики в Йельском университете, а в нынешнее время в Университете Джорджа Мейсона в Ферфаксе, Вирджиния, сказал, что:

Зачастую процесс оказывается таким сложным, или мы настолько плохо знаем ограничивающие его условия или законы, управляющие этим процессом, что мы можем предсказать результат этого процесса только при помощи статистики. ... Случайность, в некотором смысле, это следствие незнания наблюдателя, тем не менее, сама случайность проявляет определенные признаки, которые превратились в мощные инструменты в изучении поведения систем атомов.

Эволюция это идеальный предмет, к которому можно применять законы случайности, так как утверждает, что основной причинный источник это беспорядочный принцип "материи в движении". "Случайные мутации" представляют изменчивость, на которой в основном базируется нынешнее эволюционное мышление.

Таким образом, так как изучение вероятностей имеет дело со случайностью, и так как эволюция в целом основывается на концепции случайности, то кажется, что законы вероятности смогут пролить некоторый свет на вероятность возникновения эволюции.

Закон вероятности Борела утверждает, что событие, у которого шансы осуществиться не превышают одного к одному с пятидесятые нулями, это такое событие, о котором мы можем сказать с уверенностью, что оно никогда не произойдет, вне зависимости от того, сколько времени ему отпущено и сколько мыслимых возможностей существуют для его осуществления .

П.С. Лаплас говорил: "Мы видим ... что теория вероятности это, по сути дела, всего-навсего здравый смысл, низведенный до уровня вычислений; это заставляет нас в точности оценить то, что разумное сознание чувствует, как бы инстинктивно, зачастую даже будучи неспособным объяснить это".

Имея это в виду, интересно отметить из научной литературы некоторые оценки вероятности возникновения жизни посредством только механистических процессов. Например, доктор Моровитц подсчитал, что вероятность случайного возникновения самой маленькой, простейшей формы известного живого организма это шанс 1x10^340000000 [то есть, один шанс из 1 с 340 000 000 нулей]. Размер этой цифры просто поражает, так как считается, что во всей Вселенной содержится только приблизительно 10⁸⁰ электронов!

Карл Саган вычислил, что шанс возникновения жизни на одной любой данной планете, такой как Земля, равняется 1х10^2000000000 [то есть, один шанс из 1 с двумя миллиардами нулей]. Это число так огромно, что потребовалось бы 6000 книг по 300 страниц каждая, чтобы только записать это число!

Давайте далее, в качестве примера, рассмотрим шанс образования белка, содержащего 500 аминокислот.

Чтобы получить полезный белок, необходимы три основные условия:

Первое — упорядоченность определенных видов аминокислот.

Второе — присутствие только L-аминокислот.

Третье — соединение аминокислот только пептидной связью.

В силу этой причины, для случайного образования белка необходимо осуществление трех этих условий. Вероятность случайного образования белка равна произведению вероятностей всех трех условий. В этом случае для молекулы белка, содержащего 500 аминокислот:

1. Вероятность упорядоченности аминокислот. Есть 20 видов аминокислот, используемых в структуре белка.

— Вероятность правильного выбора каждой аминокислоты из 20 видов равна = 1/20

— Вероятность правильного выбора

всех 500 аминокислот равна = 1/20^500 = 1/10^650 = равна одна вероятность против 10^650

2. Вероятность L-аминокислот

— Вероятность присутствия одной L-аминокислоты равна = S

— Вероятность 500 L-аминокислот равна = 1/2^500 = 1/10^150

= одна вероятность против 10^150

3. Вероятность соединения аминокислот пептидной связью

Аминокислоты могут соединяться между собой различными химическими связями.

Для образования полезного белка необходимо, чтобы все аминокислоты были соединены между собой только пептидной связью. Подсчитано, что вероятность соединения аминокислот именно пептидной связью равна 50%.

— Вероятность соединения 2-х аминокислот пептидной связью равна = S

— Вероятность соединения 500 аминокислот этой связью равна=1/2^499 = 1/10^150

= одна вероятность против 10^150

Произведение вероятностей = (1) X (2) X (3) = 1/10^650 х 1/10^150 х 1/10^150 =1/10^950 - одна вероятность против 10^950

Все сводится к тому, что теория эволюции столкнулась с необъяснимостью образования одной только молекулы белка.

Давайте далее рассмотрим следующие факты (по книге Морриса и Паркера, 1982, с. 236-239). Если предположить, что Вселенная в радиусе составляет 5 миллиардов световых лет, и предположить, что она наполнена крошечными частицами размером с электрон, было подсчитано, что во Вселенной могут существовать приблизительно 10¹³⁰ частиц. Каждая структура, каждый процесс, каждая система, каждое "событие" во Вселенной должно состоять из этих частиц в различных комбинациях и взаимодействиях. Если очень щедро предположить, что каждая частица может принять участие в 10²⁰ (то есть, в ста квинтиллионах) событий каждую секунду, а затем предоставить 10²⁰ секунд космической истории (это соответствовало бы 3 000 миллиардам лет или в 100-200 раз больше, чем современная оценка возраста Вселенной), то самое большое мыслимое количество отдельных событий, которые могли бы иметь место во всем космосе и времени, равнялось бы:

10¹³⁰х 10²⁰ х 10²⁰ =10¹⁷⁰ событий

Здесь мы имеем правило "умножения вероятностей", которое утверждает, что, если вы хотите несколько различных вещей, вы можете определить математическую вероятность их получения посредством умножения математических вероятностей получения каждой отдельной вещи. Для того чтобы появилась жизнь, одно из этих событий (или их некая комбинация) должно свести определенное количество этих частиц вместе в системе с достаточным порядком (или сохраненной информацией), чтобы она смогла сделать копию самой себя (воспроизвестись). И эта система должна появиться по чистой случайности.

Однако, проблема в том, что любая живая клетка или любой новый орган, который должен быть добавлен к любому существующему животному, - даже самая простая репликационная система, которую только можно представить, - должен был бы содержать гораздо больше сохраненной информации, чем представленное даже таким гигантским числом, как 10¹⁷⁰. По сути дела, Марсель Э. Голе, ведущий ученый в области теории информации, подсчитал вероятность того, что такая система могла создать саму себя, и она равна 1 к 10⁴⁵⁰ . Если принять число доктора Голе, то шансы любого случайного упорядочения частиц в репликационную систему составляют по меньшей мере 1 к 10⁴⁵⁰. Это истинно даже в том случае, если это растянуть во времени и в виде целого ряда связанных событий. Голе получил это число на предположении о том, что это было достигнуто серией из 1 500 последовательных событий, причем каждое из них имеет довольно высокую степень вероятности 1⁄2 (обратите внимание, что 2¹⁵⁰⁰=10⁴⁵⁰). Вероятность этого была бы еще меньше, если бы это произошло в одном случайном событии! Следовательно, было бы справедливо прийти к выводу, что вероятность того, что самая простая репликационная система, которую только можно представить, произошла только однажды за все время во Вселенной благодаря случаю, равняется:

Когда вероятность того, что любое событие может произойти, меньше, чем одно из числа событий, которые вообще могли бы произойти, - то есть, как рассматривалось выше, меньше, чем 1/170, - то вероятность этого события считается математиками равной нулю. Отсюда следует вывод, что жизнь не могла возникнуть без информационного донора. Гамов, использовав в качестве примера простое подбрасывание монеты, объяснил причину истинности этого принципа.

Таким образом, если при 2, 3 или даже 4 подбрасываниях шансы выпадения только орла или только решки все еще заметны, то в 10 подбрасываниях даже 90 процентов орлов или решек слишком невероятны. Для еще большего количества подбрасываний, скажем, 100 или 1000, кривая вероятности становится острой, как игла, и возможность получения даже небольшого отклонения от равного распределения практически становится равной нулю.

Теория вероятности применима в основном к длительным периодам. Если вы подбросите монету всего лишь несколько раз, то результаты могут значительно отличаться от усредненных. Однако, если вы продолжите эксперимент, он выровняется до почти абсолютной предсказуемости. Это называется "законом больших чисел". Длительный эксперимент служит для усреднения колебаний, которые вы можете получить в короткой серии опытов. Эти отклонения поглощаются средним числом, полученным в ходе длительных наблюдений.

Sultan

Эволюция материи с позиции теории вероятностей

Эволюция материи с позиции теории вероятностей

Artikel Menarik Lainnya