F2650 Co je život?

Přírodovědecká fakulta
jaro 2009
Rozsah
0/2. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: z.
Vyučující
prof. RNDr. Martin Černohorský, CSc. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh seminárních/paralelních skupin
F2650/01: Út 10:00–11:50 Fs1 6/1017
F2650/02: Út 16:00–17:50 Fs1 6/1017
Předpoklady
1. Do prosemináře "Co je život?" má přístup každý student/ka Masarykovy univerzity, aniž se požaduje předchozí absolvování některého předmětu. Výhodou, ne však podmínkou, jsou znalosti resp. dispozice užitečné pro orientaci v matematicko-fyzikální problematice a znalosti z biologie, především z genetiky.
2.U zájemců o ukončení předmětu zápočtem se předpokládá v počátečních týdnech semestru povědomí o existenci knihy Erwina Schrödingera "Co je život?" a zapsání předmětu na základě dobré obeznámenosti se všemi údaji o předmětu uvedenými v Informačním systému Masarykovy univerzity.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Studium knihy Erwina Schrödingera "Co je život?" může být pro studenty obtížné pro její multidisciplinaritu – fyzika, biologie, chemie, matematika.
Cílem kurzu je plně porozumět všem kapitolám a schopnost dobře vysvětlit jejich hlavní myšlenky.
Organickou součástí kurzu jsou historické jednotlivosti a poznámky k tematickým aktualitám.
Osnova
  • F2650 Co je život?
  • Erwin Schrödinger: CO JE ŽIVOT?
  • FYZIKÁLNÍ POHLED NA ŽIVOU BUŇKU
  • 1. PŘÍSTUP KLASICKÉHO FYZIKA K TÉMATU
  • #1. Povaha tematiky a účel našeho zkoumání.
  • #2. Statistická fyzika. Fundamentální rozdílnost struktur.
  • #3. Přístup naivního fyzika k tématu.
  • #4. Proč jsou atomy tak malé?
  • #5. Fungování organismu vyžaduje exaktní fyzikální zákony.
  • #6. Fyzikální zákony spočívají na satistice atomů, a jsou tedy jen přibližně přesné.
  • #7. Přesnost fyzikálních zákonů je založena na velkém počtu atomů zúčastněných na procesu.
  • První příklad: Paramagnetismus, #8. Druhý příklad: Brownův pohyb. Difuze.
  • #9. Třetí příklad: Mez přesnosti měření.
  • #10. Pravidlo druhé odmocniny.
  • 2. MECHANISMUS DĚDIČNOSTI
  • #11. Očekávání klasického fyzika, zdaleka ne triviální, se ukázalo liché.
  • #12. Zápis dědičného kódu (chromozomy).
  • #13. Růst těla dělením buněk (mitóza).
  • #14. Při mitóze se každý chromozom zdvojí.
  • #15. Redukční dělení (meióza) a oplození (syngamie).
  • #16. Haploidní jedinci.
  • #17. Mimořádná relevantnost redukčního dělení.
  • #18. Crossing-over. Umístění vlastností.
  • #19. Maximální velikost genů.
  • #20. Geny mají jen malý počet atomů.
  • #21. Stálost genů.
  • 3. MUTACE
  • #22. `Skokové` mutace – klíčové procesy přirozeného výběru.
  • #23. Znaky vzniklé mutací se při plození věrně reprodukují, tj. jsou dokonale dědičné.
  • #24. Lokalizace genů. Recesivita a dominantnost genů.
  • #25. Několik genetických termínů.
  • #26. Škodlivý účinek příbuzenského plození.
  • #27. Všeobecné a historické poznámky.
  • #28. Mutace musí být jen zřídka se vyskytující proces.
  • #29. Mutace indukované rentgenovým zářením.
  • #30. První zákon. Mutace je jednorázový proces.
  • #31. Druhý zákon. Lokalizace procesu.
  • 4. KVANTOVĚMECHANICKÉ ARGUMENTY
  • #32. Stálost genů je klasickou fyzikou nevysvětlitelná.
  • #33. Stálost genů je vysvětlitelná kvantovou teorií.
  • #34. Kvantová teorie – diskrétní stavy – kvantové skoky.
  • #35. Molekuly,.
  • #36. Stabilita molekul je závislá na teplotě.
  • #37. Matematická mezihra.
  • #38. První dodatek: zanedbání jemné struktury hladin.
  • #39. Druhý dodatek: Izomerní molekuly.
  • 5. DISKUSE A TESTOVÁNÍ DELBRÜCKOVA MODELU
  • #40. Celkový obraz dědičné substance.
  • #41. Jedinečnost kvantového popisu.
  • #42. Některé tradiční mylné koncepce.
  • #43. Různé 'stavy' hmoty.
  • #44. Co je opravdu důležité pro rozlišení stavů hmoty.
  • #45. Aperiodické pevné těleso.
  • #46. Rozmanitost obsahů zkomprimovaných v miniaturním kódu
  • #47. Srovnání s fakty; stupeň stability molekul; diskontinuita mutací.
  • #48. Stabilita genů prošlých přirozeným výběrem.
  • #49. Mutanty mají někdy nižší stabilitu.
  • #50. Nestabilní geny ovlivňuje teplota méně než geny stabilní.
  • #51. Jak rentgenové záření produkuje mutace.
  • #52. Účinnost rentgenového záření nezávisí na spontánní mutabilitě.
  • #53. Reverzibilní mutace.
  • 6. USPOŘÁDANOST, NEUSPOŘÁDANOST A ENTROPIE
  • #54. Pozoruhodný obecný závěr z Delbrückova modelu.
  • #55. Uspořádanost založená na uspořádanosti.
  • #56. Živá hmota se vyhýbá upadnutí do rovnováhy.
  • #57. Živá hmota se živí 'negativní entropií'.
  • #58. Co je entropie?
  • #59. Statistický význam entropie.
  • #60. Udržování organizovanosti odebíráním 'uspořádanosti' z okolí.
  • Poznámka ke kapitole 6.
  • 7. JE ŽIVOT ZALOŽEN NA ZÁKONECH FYZIKY?
  • #61. Výhled na nové zákony života organismu.
  • #62. Přehled situace v biologii.
  • #63. Shrnutí situace ve fyzice.
  • #64. Výrazný rozdíl situace ve fyzice a v biologii.
  • #65. Dva způsoby vytváření uspořádanosti.
  • #66. Nový princip není fyzice cizí.
  • #67. Chod hodin.
  • #68. I hodinový stroj je statistický.
  • #69. Nernstův teorém.
  • #70. Kyvadlové hodiny jsou vlastně na teplotě absolutní nuly.
  • #71. Vztah mezi hodinovým strojem a organismem.
  • Epilog – O DETERMINISMU A SVOBODNÉ VŮLI
Literatura
  • SCHRÖDINGER, Erwin. CO JE ŽIVOT? Fyzikální pohled na živou buňku; DUCH A HMOTA; K MÉMU ŽIVOTU [WHAT IS LIFE? ThePhysical Aspect of the Living Cell; MIND AND MATTER; AUTOBIOGRAPHICAL SKETCHES]. Přeložili Martin Černohorský a Marie Fojtíková. Brno, VUTIUM. 256 s. 2004. info
  • HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fyzika :vysokoškolská učebnice obecné fyziky. Vyd. 1. Brno: VUTIUM. xxiv, 1198. ISBN 8171962147. 2000. info
  • SCHRÖDINGER, Erwin. What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell; Mind and Matter; Autobiographical Sketches. 1st printed 1992, 8th 2001. Cambridge (U.K.): Cambridge University Press. 184 s. Canto edition. ISBN 0 521 42708 8. 2001. info
  • SCHRÖDINGER, Erwin. Was ist Leben? : die lebende Zelle mit den Augen des Physikers betrachtet. Bern: A. Francke AG Verlag. 143 s. 1946. info
  • SCHRÖDINGER, Erwin. Was ist Leben? :die lebende Zelle mit den Augen des Physikers betrachtet. München: Piper. ISBN 3-492-03122-6. 1987. info
  • SCHRÖDINGER, Erwin. Čto takoje žizn'? : s točki zrenija fizika. Moskva: Atomizdat. 87 s. 1972. info
Metody hodnocení
Typ pracovního semináře (dílna) s výklady a diskusemi. Aktivity studenta: Účast v diskusi, krátká zadaná vystoupení (10 minut), písemné orientační testy ad hoc.
Informace učitele
1. Setkání v prvním týdnu semestru bude věnováno povšechnému seznámení se se Schrödingerovou knihou "Co je život", informacím o stylu výuky a diskusi usnadňující rozhodnutí, zda u zápisu prosemináře setrvat. 2. Vydání Schrödingerovy knihy "Co je život?" z roku 2004 (210,- Kč) je rozebráno, k dostání je však brožovaný dotisk vyšlý v roce 2006. Lze jej získat v Centru Vysokého učení technického, Galerie VUTIUM, Brno, Antonínská 1, nebo v knihkupectvích (např. Academia, nám. Svobody 13).
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2020.