החיים על פי שרדינגר

בשנת 1943 נשא הפיזיקאי ארווין שרדינגר, מאבות תורת הקוונטים, סדרת הרצאות חגיגית מול אולם מלא עד אפס מקום במכללת טריניטי בדבלין. שלא כמנהגו הוא בחר לדבר על נושא פילוסופי שרחוק מאוד מתחום ההתמחות שלו, ולכאורה אפילו מפיזיקה בכלל: מהות החיים. מכאן נולד ספר דק אך רב השפעה, “מה הם החיים?” (?What is Life), שרואה כעת אור גם בעברית בתרגומם של  רונה אבירם וגל מנלה.

בניגוד לחיבורים קנוניים גדולים במדע, כמו “פרינקיפיה מתמטיקה” של אייזק ניוטון שהביא לעולם את תורת הכבידה ושלושת חוקי התנועה, או “מוצא המינים” של צ’רלס דרווין, “מה הם החיים?” לא מתיימר להציג עקרונות של תורה סדורה ומדוקדקת שנבחנה בשיטה המדעית. למרות מה שנרמז בכותרת המשנה של הספר, “ההיבטים הפיזיקליים של התא החי”, אין פה מגנום אופוס וגם לא מונוגרפיה, והחיבור לא מכסה אפילו עשירית מהקף ההיבטים הפיזיקליים של התא החי. זהו חיבור אישי ומנומק המותאם לשעתו ולמחברו – מסה שהיא אלומה של רעיונות השזורים ביד אמן.

כאן בדיוק טמון כוחו של הספר. הוא מבטא גישה צנועה, שאינה יודעת כל, מרבה בהסתייגויות, ובעיקר מצליח לעורר מחשבה. לעיתים זאת פשוט מחשבה נוגה על משמעות הקיום. הוא מספר סיפור מבעד לעיניו של אדם שהגיע לגדולות בתחומו אך עדיין בוער בו להט אדיר להבין את צפונות החיים. אפשר לדמות אותו לאדם שהעפיל לפסגת האוורסט, אבל לא פרש לחיים שלווים תחת גפנו ותחת תאנתו אלא שאף להמשיך עד שיגיע לירח. ומאחר שחסרים לו הכלים להיות ביולוג מן המניין, הוא נאלץ להשתמש בכלים של פיזיקאי כדי לתאר מערכת מורכבת יותר מאלה שהוא מכיר בתחום עיסוקו הרגיל.

בדומה לגישה הנהוגה בפיזיקה של מערכות מורכבות, שרדינגר ניסה לצמצם את ההסבר שלו על החיים, ובפרט על האדם, למספר קטן של עקרונות בסיסיים. הוא ידע שהסיכויים להצליח במשימה שלקח על עצמו נמוכים, אבל העוצמה הטמונה במחשבה הטהורה לבדה מביאה אותו לתובנות מרתקות. מאחר שהוא לא היה ביולוג, תובנותיו חרגו לא פעם מצורת המחשבה המקובלת בשדה הביולוגיה המולקולרית, הן ביחס למדע של שנות ה-40 והן לעומת המדע בן זמננו. ובכל זאת, הניצוץ הזה ששרדינגר היטיב למסור לקוראיו, העניק בהמשך השראה לדורות של פיזיקאים שחיפשו קרקע חדשה להלך עליה, ולימים אכן עשו בה חיל.

לא אבדו בתרגום

אבירם ומנלה עשו דוקטורט בביולוגיה מולקולרית במכון ויצמן למדע, שניהם בהנחייתו של פרופ’ גד אשר, וחקרו שעונים ביולוגיים. מנלה, שבמהלך לימודיו כתב לעיתים מזומנות באתר מכון דוידסון, ממשיך לעסוק בתחום הזה, כעת במסגרת הפוסט-דוקטורט במכון הטכנולוגי של קליפורניה. אבירם היא כעת פוסט-דוקטורנטית בקבוצתו של נשיא האקדמיה הלאומית למדעים דוד הראל, ומתמקדת בשילובים מחקריים בלתי-שגרתיים שקושרים יחד בינה מלאכותית, היסטוריה של המדע ושימוש באנציקלופדיה החופשית ויקיפדיה.

את התרגום עשו השניים מאנגלית, שהייתה השפה שבה נכתב הספר במקור, אף על פי ששרדינגר עצמו היה אוסטרי דובר גרמנית. כמו מדענים רבים שחיו תחת המשטר הנאצי, במהלך מלחמת העולם השנייה הוא נאלץ לנטוש את מולדתו, עקר לאירלנד והשתקע בטריניטי קולג’ שבדבלין. שם גם נתן את ההרצאות שמהן נולד הספר. זרותו באה לידי ביטוי בביטויים הרבים בשפה הגרמנית ששרדינגר שילב בחיבורו, לצד קורטוב של לטינית. המתרגמים היטיבו לשמור בדרך כלל על המינוחים המקוריים של המחבר, המלווים בהערות שוליים מאירות עיניים שלא פוגמות ברצף הקריאה.

הוצאת מאגנס, בסיוע המתרגמים, שמרה על השרטוטים המקוריים של שרדינגר, לרבות הכיתובים הנלווים אליהם, ועל הציטטות המופיעות בראש כל פרק. הציטטות האלה, שמובאות בעברית בליווי הנוסח בשפת המקור, מיוחסות לגדולי הפילוסופים, ובהם רנה דקארט וברוך שפינוזה. הן מלוות את הספר ומוסיפות לו מעין מעטה של שאר רוח, לאמור שהספר אינו רק על מדע, אלא בראש ובראשונה על החיים, ושהבנת החיים אינה ניתנת לכימות בכלים מדעיים בלבד.

מאחר שאבירם ומנלה הם ביולוגים בהכשרתם, היה צורך בדמות נוספת שתשלים את הידע הנחוץ בפיזיקה. לתפקיד העורך המדעי ומחבר אחרית הדבר של המהדורה העברית נבחר הפיזיקאי אבשלום אליצור, בין היתר בזכות בקיאותו הרבה בתולדות חייו של שרדינגר ובהלכי הרוח הפילוסופיים הניצבים בבסיס חיבורו. אליצור אף מכיר אישית חלק מצאצאיו של שרדינגר, ביניהם טרי רודולף (Rudolph), פיזיקאי-הרפתקן שעומד בראש אימפריית המחשוב הקוונטי PsiQuantum, שגילה כי הוא נכדו של שרדינגר רק אחרי שהשלים את לימודי התואר הראשון בפיזיקה.

ביולוגיה לא קוונטית

שרדינגר לא עשה הנחות לקוראיו, והקריאה בספרו דורשת מאמץ ומחשבה. טיעוניו מתקדמים מהקל אל הכבד: מהרעיונות הראשוניים בפיזיקה של הדברים הקטנים לרעיונות בגנטיקה ובאבולוציה. אף שהקריאה בו לא דורשת ידע קודם בפיזיקה או במדע בכלל, היא מחייבת מחשבה פתוחה ויצירתית והספר לא נקרא בנשימה עצורה. פעמים רבות במהלך הקריאה מצאתי את עצמי עוצר כדי לעבד את הכתוב בו.

לפני שהוא נכנס לדיון בשאלות ביולוגיות כבדות משקל, שרדינגר פתח בשאלה שנראית בסיסית מאוד: מדוע האטומים קטנים כל כך? אך כשמתעמקים בשאלה זו, הקטנה לכאורה, מגלים שהיא נוגעת במהות החיים, ומובילה לשאלות כמו למה גופים חיים מורכבים מכל כך הרבה יחידות בסיס?

בהמשך הספר הוסיף שרדינגר ושיער, בדיוק ראוי לציון, את קיומו של “גביש בלתי מסודר” בתא החי שמכיל את המידע התורשתי, וציין מהן התכונות הפיזיקליות הנדרשות ממנו: מולקולה גדולה ועמידה, אך גמישה ופתוחה לשינויים. לפני מותו עוד הספיק שרדינגר לחזות בנבואתו מתגשמת, כשג’יימס ווטסון ופרנסיס קריק פענחו ב-1953 את מבנה הסליל הכפול של מולקולת ה-DNA, שכוללת את כל ההוראות לבניית היצור החי ולתפקודו.

לאורך הספר מורגש היטב רצונו של שרדינגר לסדר את המציאות במסגרות של חוקי יסוד ואמיתות נצחיות, כראוי לפיזיקאי. לצורך הזה הוא גישש שוב ושוב אחרי רעיונות שיוכלו להצמיח חוק פיזיקלי שמושל בעולם החי ומתעלה מעל לרעש הנלווה לכל מערכת ביולוגית מורכבת. אך השאיפה הזאת לא עלתה בקנה אחד עם מורכבותן של המערכות הביולוגיות, כך שנכון להיום לא ידוע לנו על שום מערכת חוקים כזאת שמתאימה לתיאור יצורים חיים.

שרדינגר הבין היטב שאין צורך במכניקת הקוונטים כדי להבין את הגוף החי, ולא ניסה לכפות את  תחום התמחותו על ספרו, זולת פרק אחד קצר למדי. כיום ידוע שיש אי אלו עקרונות קוונטיים שבאים לידי ביטוי בממלכת החי, אך הם חורגים ממהות הספר. במקום זאת הוא דן ארוכות בעקרונות התרמודינמיים של החיים – כלומר כל התהליכים הקשורים לחום ולאנרגיה בגוף החי, ובראשם מושג האנטרופיה. הוא ניסה להבין איך ייתכן שהגוף החי נשאר יציב ומתפקד, אף על פי שלכאורה התרמודינמיקה לא הייתה אמורה לאפשר את זה. 

במוקד הדיון שלו ניצב המושג הלא-שגרתי “אנטרופיה שלילית”, שהיא לדידו הכוח המניע של כל היצורים הביולוגיים. אנטרופיה, כתב שרדינגר, היא “מדד כמותי של אי-הסדר האטומי של הגוף הנדון”. במילים אחרות נאמר שהיא מתארת את מספר המצבים המיקרוסקופיים שבהם יכולה להימצא מערכת. החוק השני של התרמודינמיקה קובע כי במערכת סגורה האנטרופיה רק יכולה לגדול, או לפחות להישאר קבועה. תא חי, לעומת זאת, שומר על סדר לאורך זמן – אך כמובן, הוא אינו מערכת סגורה, אלא מחליף חומרים ואנרגיה עם סביבתו. מה ששרדינגר אמר הוא שכדי להסביר את הסדר המאפיין את התא החי, עלינו להוכיח שהתא שואב סדר מהסביבה שלו, כלומר שהוא ניזון מאנטרופיה שלילית.

הרעיון הזה, ששרדינגר עצמו הודה שהוא פרדוקסלי, לא התקבל בעין יפה אצל עמיתיו הפיזיקאים. באחרית הדבר דן אליצור מחדש, בעיניים של זמננו, במהותה של האנטרופיה השלילית. הוא מחבר בינה לבין מושג המידע: יצירת מידע, הוא אומר, שקולה לשאיבה של אנטרופיה שלילית מהסביבה; בכך שמערכת מייצרת מידע, היא נהיית מסודרת יותר. אכן, אנטרופיה היא מושג יסוד בתורת המידע.

על שעונים וחתולים

מנקודת מבט פיזיקלית, שרדינגר הפריד בין שני מונחים רחוקים לכאורה: דינמיקה וסטטסיסטיקה. דינמיקה היא ההתפתחות של מערכות לאורך זמן – למשל איש רץ, כדור קופץ, דג שוחה. סטטיסטיקה, וליתר דיוק מכניקה סטטיסטית, מתארת את ההתנהגות המקרוסקופית של מערכות באמצעות כלים משטח ההסתברות, כביכול תוך ויתור מסוים על הפרטים הקטנים. למשל, הטמפרטורה של כוס תה נקבעת על ידי תנועתן של המולקולות המרכיבות את הנוזל, אך אפשר לחשב אותה גם בלי לדעת איך כל מולקולה נעה במדויק.

ההפרדה הזו מעוררת זרם מחשבות מרתק. באמצעות דוגמה של שעון מכני, שהמשתמשים בו חושבים שהוא אידיאלי ולכן משקף נאמנה את התקדמות הזמן, אך בפועל הוא סובל משלל איבודי אנרגיה ולכן איננו שעון במובן התיאורטי של המושג, שרדינגר קלע להבדל בין קנה המידה שבו פועלת הדינמיקה לבין זה שבו פועלת הסטטיסטיקה. 

דינמיקה של גופים בודדים, אמר שרדינגר, מציגה מצב אידיאלי בטמפרטורת האפס המוחלט, שאין בו כל אובדן של אנרגיה. לכן אין כמעט קשר בינה לבין העולם הסובב אותנו. התנועה הסטטיסטית של צבר חלקיקים, לעומתה, היא תנועה ריאליסטית שמתארת גופים בטמפרטורת החדר ומעלה, ושיש בה קשר מובנה בין אי-סדר מקומי בדמות התנועה האקראית של החלקיקים בקנה המידה הזעיר, לבין מראית עין של סדר בקנה המידה הרחב. כלומר, למרות אותו אי-סדר מקומי, תנועת גופים גדולים נראית לנו מסודרת, ואנו יודעים לתאר את מסלוליהם על ידי חוקי התנועה. כך גם החיים בעולמנו: לכאורה יש סדר, אנחנו יודעים לתאר איך בנאדם הולך ואיך סוס דוהר. אבל ברמה האטומית יש הרבה אקראיות. אז החיים הם גם סדר וגם אי-סדר, תלוי כמה זום-אין עושים.

המהדורה העברית של הספר מסתיימת באחרית דבר שכתב שרדינגר עצמו, ועוסקת בבחירה חופשית. אחריה מופיעה אחרית דבר נוספת שכתב אליצור על שרדינגר כפילוסוף, תחת הכותרת “ואתא שונרא – חומר, חיים ונפש בעולמו של שרדינגר”, בקריצה לניסוי המחשבה המפורסם שזכה לכינוי “החתול של שרדינגר”. שילוב החיבורים הקצרים הללו בספר הוא בחירה מתבקשת של עורכי המהדורה העברית, שמעשירה את הקריאה בה, שהרי הפילוסופיה והפיזיקה מבקשות שתיהן להבין את העולם שסביבנו. במובנים רבים, הפילוסופיה היא התיאוריה של הפיזיקה התיאורטית.

בחירה חופשית לכאורה איננה עניין לפיזיקאים. אך כשם ששרדינגר בתעוזתו שאף לחצות את הקווים לביולוגיה, כך יש (גם כיום) פיזיקאים שחוצים את הקווים לפילוסופיה ולכל הפחות משתעשעים בממשקים בינה לבין פיזיקה מהגרעין הקשה. אליצור מפליג במאמרו בחיבורים שבין פילוסופיה לפיזיקה, ואין ראוי ממנו לחתום את התרגום העברי ל”מה הם החיים?”. אחרית הדבר שלו נכנסת לעומקם של מושגי המורכבות והמידע, הקשר שלהם לאנטרופיה ולחיים עצמם, והיא הדרן נהדר לספר מצוין.

על כריכת המהדורה העברית מופיעה צלחת חרס על רקע שחור, מאת האמנית איריס נשר, והיא שונה מאוד מתמונת האפרוח הבוקע מביצה שהופיע על הכריכה האנגלית בהוצאת קיימברידג’. אולי היא מסמנת לנו, הקוראים, שגם אחרי קריאת הספר לא בהכרח נבין מה הם החיים.