“생명 현상을 설명하는 아직 발견되지 않은 물리 법칙이 있다고 생각합니다. 그리고 그것은 어떤 의미에서 정보가 현실을 구조화하는 방식과 관련이 있다고 생각합니다. 그리고 그것은 물질을 재정의하고 시간을 복잡계의 특징으로 생각하는 일종의 개념으로 거슬러 올라갑니다. 제가 접근하는 방식, 글래스고 대학의 리 크로닌 연구실과 협력하여 연구하는 이론은 조립 이론(Assembly Theory)라는 것이고, 이것은 어떤 복잡한 분자를 생성하는 데 얼마나 많은 정보가 필요한지를 정량하는 것을 목표로 합니다. 그리고 이것은 화학의 규모에서 드러난, 물리학의 보편 이론일 수도 있다고 우리는 정말로 생각합니다 (And we really think that this might be a general theory of physics that just happens to emerge in the scale of chemistry).”
『사라 워커(Sara Imari Walker): ...... 제가 항상 드는 예는 우주로 인공 위성을 쏘아 올리는 것입니다. 이것이 현재 물리학 법칙에 어긋나는 것은 아니지만, 뉴턴의 운동법칙으로부터 금속 상자를 우주로 쏘아 올리는 것을 예측할 수는 없습니다. 진화할 수 있는 시스템이 존재해서 뉴턴의 중력 법칙에 대한 지식을 갖춘 후에야 그런 상자를 만들어서 우주로 쏘아 올릴 수 있습니다.
미리암: 먼 곳에서 지구를 망원경으로 오래 동안 관찰한다면 그리고 물체들의 초기 조건을 안다면, 지구에 어떤 물체가 충돌하면 어떤 일이 일어날지 등을 계산할 수 있습니다. 하지만 사람들이 인공 위성을 지구 궤도로 쏘아 올릴지, 몇 개나 쏘아올릴지는 결코 예측할 수 없다는 말이지요. 사람들이 어떤 생각을 하고 그것을 실행해서 지구라는 행성을 변화시키는 것은 주류 물리학이 설명하지 못합니다.
사라 워커: 그렇습니다. 생명은 가능성이 매우 낮은 구조들을 만들어내는 것처럼 보입니다. 이것은 생명이 오랜 시간 동안 모은 정보를 저장하기 때문에 가능합니다. 지구에는, 더 복잡한 구조를 만들어내고 그 구조를 만들어낸 과거를 기억하는 진화가 일어난 수십억년의 시간이 있었습니다. 제가 생각하는 생명의 가장 중요한 특징이 바로 이것입니다.
미리암: 그럼 사라(Sara)는 아직 발견되지 않은 생명의 법칙이 있다고 생각하는 건가요?
사라 워커: 네, 생명 현상을 설명하는 아직 발견되지 않은 물리 법칙이 있다고 생각합니다. 그리고 그것은 어떤 의미에서 정보가 현실을 구조화하는 방식과 관련이 있다고 생각합니다. 그리고 그것은 물질을 재정의하고 시간을 복잡계의 특징으로 생각하는 일종의 개념으로 거슬러 올라갑니다. 제가 접근하는 방식, 글래스고 대학의 리 크로닌 연구실과 협력하여 연구하는 이론은 조립 이론(Assembly Theory)라는 것이고, 이것은 어떤 복잡한 분자를 생성하는 데 얼마나 많은 정보가 필요한지를 정량하는 것을 목표로 합니다. 그리고 이것은 화학의 규모에서 드러난, 물리학의 보편 이론일 수도 있다고 우리는 정말로 생각합니다 (And we really think that this might be a general theory of physics that just happens to emerge in the scale of chemistry).
미리엄: 화학은 일련의 기본 구성 요소에 의존합니다. 쿼크라고 하는 작은 입자가 양성자와 중성자로 알려진 더 큰 입자를 구성하고, 이 입자들이 다시 원자핵을 구성합니다. 그리고 원자핵이 전자로 둘러싸여 있으면 원자가 됩니다.
사라 워커: 하지만 한 걸음 물러서서 생각해보면 원자가 있고 주기율표가 있는데 이걸로 무엇을 만들 수 있을까요? 그리고 그것은 실제로 거대한 조합 공간입니다. 100개의 아미노산으로 이루어진 보통 크기의 단백질을 가지고 가능한 모든 아미노산을 만들려고 하면 하나의 우주가 아니라 여러 개의 우주를 분자로 가득 채울 수 있을 것입니다. 가능한 모든 분자를 만들 수 없습니다. 물리적 우주에는 이를 수행할 수 있는 시간과 자원이 부족합니다. 따라서 우주가 복잡성을 생성하려고 해도 화학의 단계에서 벽에 부딪힙니다. 우주가 생성할 수 있는 모든 분자를 모두 시험해 볼 수가 없습니다. 그래서 일종의 상전이가 일어난다고, 문턱을 넘어서는 물체가 나타나려면 정보나 선택이 필요하게 된다고 우리는 생각합니다. 따라서 복잡한 물체가 풍부하게 존재하려면 (지구에는 그런 물체들이 풍부합니다) 그 복잡한 물체에 관련된 정보, 하지만 비슷한 정도로 복잡하지만 그것이 아닌 다른 모든 물체와는 관련이 없는 정보를 실제로 저장해야 합니다.
미리엄: 복잡한 시스템이라니, 그게 뭔가요? 세포 같은 건가요?
사라 워커: 네, 아니면 분자일 수도 있죠. 그럼 잠시 분자로 돌아가 봅시다. 정보의 양을 측정하려고 한다고 앞에서 말했습니다. 분자를 사용한다면 실제로 꽤 쉽게 측정할 수 있습니다. 화학을 좋아하지 않는다면 레고로 생각해도 좋습니다. 레고가 생각하기 더 쉽습니다. 레고 세계를 생각해 보세요. 레고 조각 천 개를 탁자에 올려놓고 구조물을 만들라고 했는데, 아무런 제약 없이 레고 천 개로 만들 수 있는 모든 구조물을 상상하면 정말 많을 것입니다. 이것이 바로 제가 말하는 조합적 다양성입니다. 레고 조각 천 개로 가능한 모든 레고 구조물을 만들려면 시간과 자원이 부족합니다. 설사 충분한 자원이 있다고 해도, 가능한 모든 것을 살펴보고 만들 시간이 없습니다. 우주의 전체 역사로도 부족합니다. 이것이 바로 조합 공간의 의미입니다.
특정 레고 물체를 말할 때 저는 항상 레고 호그와트를 예로 듭니다. 호그와트가 어떻게 생겼는지 다를 알고 있고 대부분의 사람들이 레고를 알고 있기 때문에 좋은 비유입니다. 레고 호그와트를 부순 다음 그것을 다시 만드는 경우를 생각해 봅시다. 먼저 몇 가지 조립 조각을 가져다가 서로 결합한 다음, 또 조각을 가져다가 결합하고, 이전에 만든 것에 또 조각을 가져다가 결합해서 레고 호그와트를 만들 수 있습니다. 그리고 레고 호그와트가 우리 우주에서 형성될 수 있는 물체로서, 레고의 법칙에 따라 얼 마나 많은 선택을 해야하는지 측정하는 방법은 레고 호그와트를 만들기 위한 최소한의 경로를 살펴보는 것입니다. 호그와트는 매우 복잡한 물체이기 때문에 최소 경로가 상당히 깁니다. 다른 예로, 노란색 블록 세 개와 흰색 블록 세 개를 차례로 쌓는 것을 생각해 봅니다. 이는 매우 단순한 물체이기 때문에 아마 금방 짧은 최소 경로를 찾을 수 있을 것입니다. 이제 최소 경로가 매우 긴 레고 호그와트와, 최소 경로가 매우 짧은 흰색 블록 3개과 노란색 블록 3개의 레고 더미가 있습니다. 이제 레고를 모두 올려놓은 탁자를 흔들기 시작하면 이 중 어떤 것이 저절로 만들어질까요? 아주 낮은 확률로 흰색, 노란색 블록 더미는 만들어질지도 모르지만 레고 호그와트는 불가능하겠지요. 그래서 레고 호그와트처럼 복잡한 것, 특히 여러 개의 복제품을 본다면, 우리가 추측하는 것은 레고 호그화트가 지구 상에서 한 번만 조립되지 않았다는 것, 사람들이 가서 살 수 있는 상자에 설명서가 있어서 사람들이 여러 개를 조립했다는 것입니다. 이것이 시사하는 것은 그 특정 구조를 실제로 생성하기 위한 선택과 진화가 있었고, 그 정보는 물체에 새겨져 있습니다.
이제 우리는 어떤 물체를 만들기 위한 경로들에 대한 아이디어를 이야기하고 있습니다. 이 경로들이 물체의 조립 공간(assembly space)이고, 이것은 어떤 구조를 만들기 위해 구현한 물리적 조작의 수준에서 그 구조가 생성되는 것이 인과적으로 얼마나 어려운지를 나타냅니다. 분자에 대해 이것이 멋진 이유와 이것이 검증가능한 물리 이론이 되는 이유는 실험실에서 분자 합성의 최단 경로를 측정할 수 있기 때문입니다. 따라서 실제로 실험실에 들어가서 수많은 분자를 살펴보고, 작은 분자들을 결합하고 그렇게 결합한 분자들을 조각으로 사용해서 더 큰 분자를 만드는 재귀적 조작들로 어떤 분자를 만드는 최단 경로를 측정할 수 있습니다. 이렇게 조립도가 높은 복잡한 분자가 살아있지 않은 것에 의해서도 생성되는지 살펴볼 수 있지만 아직 그런 증거는 보이지 않습니다. 우리는 이런 종류의 문턱을 실제로 볼 수 있습니다. 어떤 물체가 충분히 복잡하다면, 그것은 생명체에서 온 것입니다, 왜냐하면 그것을 만들기 위해 정보와 선택이 필요하기 때문입니다.
미리엄: 그러니까 살아 있지 않은 것들은 기본적인 구성 요소로부터 조립하는 것이 생물처럼 복잡하거나 어렵지 않습니다. 그에 비해 생명은 아무리 단순하더라도 진화를 통하거나 어떤 구조를 만들어서 더 복잡한 것들을 생성하는 것 같습니다. 너무 복잡해서 그 전에는 존재할 수 없었던 것을 말입니다. 결국 생명 복잡성을 갑자기 증가시킨 것으로 보이는데 여기에 일종의 문턱이 있고, 사라는 이것이 생명을 다루는 물리학의 근본적인 특징일 수 있다고 생각하는 것이지요.
사라 워커: 항암제 탁솔을 예로 들 수 있습니다. 이 물리학 이론에 따르면 우주의 다른 어떤 곳에서도 이런 현상이 일어나지 않을 것으로 우리는 예상합니다. 탁솔은 매우 복잡한 물체이기 때문에 이것을 만들려면 화학자의 지식이 필요합니다.
미리암: 하지만 주기율표에 인공적으로 만들어야 하는 원소도 있잖아요.
사라 워커: 네, 맞습니다. 따라서 생명체는 복잡도가 낮은 물체도 생산할 수 있습니다. 따라서 생명체에 의해 생성되었지만 조립 문턱이나 복잡도 문턱 아래에 있는 거짓 음성이 있을 수 있습니다. 하지만 복잡도가 높은 물체가 비생물적으로 생성되는 경우는 절대 볼 수 없습니다. 최소한 대량으로 볼 수는 없습니다. 우리에게는 조합 우주(combinatorial universe)를 다루는 물리학 이론이 없습니다. 실제로 만들 수 있는 가능한 모든 구조가 무엇일까요? 그래서 제가 주장하는 것은, 생명이 탄생할 때 물리학이 바뀌었고, 이렇게 바뀐 물리학으로 우주에 왜 어떤 물체는 존재하고 다른 물체는 존재하지 않는지를 설명할 수 있을 것이라 말입니다.
생명의 전체 역사를 통해 이것을 볼 수 있습니다. 더 복잡한 물체들이 생성됩니다, 왜냐하면 과거에 만들어진 물체들이 재사용되기 때문입니다. 따라서 이 물리학 이론의 일차 목표는 화학에서 생명의 기원이 언제 일어나야 하는지를 예측하는 것입니다. 그렇다면 화학 실험실에서 진화할 수 있는 시스템이 탄생하는 것을 언제 보게 될까요? 그리고 그 전환을 측정할 수 있을까요? 우리는, 실험실에서 로봇이 화학 수프 실험을 진행하고 어떤 특징들을 선택하는 시스템에서 그 전환을 감지할 수 있을 것으로 예상합니다. 화학 시스템이 진화해서 개방적인 방식으로 스스로의 복잡성을 생성하는 것을 감지하면, 그 때가 생명이 탄생한 순간입니다.
미리암: 실험을 통해 생명이 언제 탄생하는지 알아낼 수 있다면 이론을 크게 뒷받침할 것이고, 우주생물학자들에게도 도움이 될 수 있을 것입니다.
사라 워커: 다른 의미도 있을 수 있는데, 첫째, 다른 행성에서 생명체를 발견하는 데 사용할 수 있다고 생각합니다. 토성의 위성인 타이탄을 예로 들면, 표면에서 풍부한 유기 화학이 일어나고 있기 때문에 우주 생물학자들에게는 매우 흥미로운 대상입니다. 태양계에서 표면에 액체가 있는 천체는 타이탄과 지구뿐입니다. 하지만 타이탄은 정말 이상합니다. 액체 물이 아니라 액체 기체입니다. 그래서 우리는 화학이 근본적으로 다르다고 생각합니다. 따라서 타이탄에서 가서 부딪힐 문제는 지구와 비슷한 화학 물질은 그 환경에서 살 수 없다는 것입니다. 그렇다면 어떤 측정법으로 타이탄에 생명체가 있는지 없는지를 감지할 수 있을까요? 우리의 방법으로는 실험실에서 측정할 수 있기 때문에 가능합니다. 우리가 찾는 것은 진화 과정을 통해 복잡성을 생성한 화학 시스템입니다.
미리암: 그렇군요. 일반적으로 물리학자들이 외계 행성에서 생명체를 찾을 때, 지구 생명체한테 중요한 것들의 신호를 찾으려고 합니다. 물이나 산소 같은 것들 말입니다. 그런데 당신은 완전히 다른 형태의 생명체가 있을 수 있지만, 우리한테 그것을 설명할 물리학이 없기 때문에 감지하는 것이 불가능하다고 말하는 것입니다. 하지만 당신은 어떤 형태의 생명체든 찾을 수 있는 물리학을 만들려고 노력하고 있군요.
사라 워커: 그렇습니다.
미리엄: 그렇다면 완성된 생명 이론에 얼마나 가까워졌나요?
사라 워커: 이론은 완성된 것 같지만, 그 이론의 함의가 어디까지 미칠지에 대해 해결해야 할 문제가 남아있습니다. 그리고 이것은 당신의 마지막 질문의 두번째 부분으로 이어집니다. 이것으로부터 우리가 물리학에 관해 어떤 것을 알아낼 수 있을지. 이 이론이 옳다면, 또는 올바른 방향으로 가고 있다면, 현재 물리학 이론과는 완전히 다른 종류의 물리학을 암시하기 때문입니다. 그리고 제가 이미 내비쳤던 특징 중 하나는 시간이 물질적 속성이 된다는 것입니다. 제가 이 말을 하는 이유는 복잡한 분자를 생각하면, 조립 이론(Assembly Theory)에서 우주는 이 깊이와 시간의 층으로 구성되어 있기 때문입니다. 그리고 시간이 깊을수록 그런 물체는 생성하기가 더 어렵고, 더 긴 진화 경로 또는 선택 경로를 통해 생성해야 하며, 표준 물리학을 통해서는 더 희귀해집니다. 따라서 시간이 지남에 따라 물체의 구조가 복잡해지는 과정을 조립 이론으로 설명할 수 있지만, 시간을 물리학의 중요한 특성으로 받아들여야 합니다.
미리엄: 시간과 정보요?
사라 워커: 시간과 정보는 같은 것이라고 볼 수 있고, 근본적입니다. 따라서 이 물리학 이론에서 시간은 근본적입니다. 그에 비해 지금까지 우리가 구축한 대부분의 물리학 이론에서 시간은 우주가 움직이는 과정에서 생겨나는 속성입니다. 물체의 속성이 아닙니다. 따라서 다른 방식으로 생각해보면, 어떤 물체는 그것을 만들기 위해 기억이 필요하기 때문에 우주가 실제로 다른 물체에 그 기억을 저장해야 한다고 생각할 수 있습니다.
전자와 같은 아주 단순한 물리적 물체는 우주가 그것을 만드는 데 기억이 필요하지 않습니다. 그것은 저절로 생성되는 물체입니다. 전자는 우주 어디에서나 충분한 에너지를 사용해서 생성될 수 있습니다, 적절한 재료와 적절한 에너지만 있다면 말이죠. 하지만 당신이나 나처럼 기억이 많은 물체에는, 정보의 계보 전체가 시간적으로 쌓여야 합니다. 그리고 저희 이론의 추측에 따르면 기억이 많은 물체에는 시간의 이러한 본질적인 특성이 물체 자체의 성질이 됩니다. 현재의 물리학으로는 이것을 설명할 수 없습니다.
미리엄: 좋아요, 아까도 말씀하셨지만 정보는 실재하는 것이기 때문에 우리가 발명해낸 것이 아니라고 하셨죠. 입자처럼 실제로 물리적인 것이라고요. 그렇다면 그런 기술이 살아 있을 수 있다는 말인가요?
사라 워커: 기술은 생명입니다. 단지 물체가 시간적으로 더 깊은 단계에 존재할 뿐이죠. 더 깊은 시간에 물체가 존재할수록 그 물체를 생성하는 데에 더 많은 진화가 필요하고, 더 많은 정보를 담고 있습니다. 디지털 세계처럼 우리가 구축하는 모든 기술이 나타나는 데에는, 35억년 동안 생명체가 진화해서 이런 디지털 장치들을 만들 수 있는 인간 수준의 지능에 이르는 것이 필요했습니다. 우주에 이런 장치가 공짜로 나타나지는 않습니다. 그리고 그 모든 시간이 이러한 기술에 담겨 있습니다. 디지털 장치는 아주 작은 공간을 차지하지만 거기에 이 모든 역사가 담겨 있습니다. 따라서 저는 인공 지능을 이렇게 생각합니다. 생명은 과거에 만든 구조를 사용해서 점점 더 큰, 더욱 큰 구조들을 만드는 일을 계속해 왔습니다. 인공 지능은 그런 과정에서 또 하나의 중요한 전환일뿐입니다.
Sara Walker: ...... And the examples I usually give for that are to think about launching satellites into space. You know, it's not forbidden by the current laws of physics, but you would never be able to predict from Newton's laws of motion that we'd be launching metal boxes into space. What that requires is actually, you know, evolved systems that have knowledge of Newton's laws of gravitation in order to build those boxes and launch them into space.
Miriam: So if you're just sort of like observing with a telescope, earth over time. You could sort of calculate what would happen if you knew all the starting positions of the bodies around and if something was gonna smash into it, yes, what's gonna happen over time and stuff like that. But you would never be able to predict that suddenly some humans would start putting satellites up and which satellites and how many and stuff like that. So it's something that is like, beyond normal physics. It's like a human being having an idea and doing it and changing the actual planet.
Sara Walker: Yes. So life seems to be doing this thing where it's building these very low probability structures, but it can do that because it's storing information collected over time. And we've had, you know, billions of years of evolution on this planet generating more complex structure and retaining memory of the past to build that structure. And so that feature to me is the most significant feature about what life is.
Miriam: So does Sara think that there are yet to be discovered laws of life?
Sara Walker: Yeah, so I do think that there are laws of physics that are yet undiscovered that explain the phenomenon of life. And I think those have to do with how information structures reality in some sense. And that goes back to sort of this concept of redefining matter and thinking about time as a feature of complex systems. But the way that I approach that is I've been working with collaborators at University of Glasgow, Lee Cronin's lab there, on this theory called Assembly Theory, which aims to quantify in some sense how much information is required to produce a molecule of a given complexity. And we really think that this might be a general theory of physics that just happens to emerge in the scale of chemistry.
Miriam: Chemistry relies on a set of elementary building blocks. Tiny particles known as quarks, make up bigger particles known as protons and neutrons, which in turn make up the atomic nucleus. And when the atomic nucleus is surrounded by electrons, they become atoms.
Sara Walker: But if you take a step back just to think, then now we have atoms, we have the periodic table, what can we build out of that? And that's actually a huge combinatorial space. There are more, um, molecules of, uh, you know, I think if you take a standard size protein of a hundred amino acids and you try to make every possible one of them, it would fill, you know, not just one universe, but many universes full of molecules. Like there's no way to make every possible molecule. There's not enough time and resources in the physical universe to do it. And so if you think that the universe is trying to generate complexity, when it hits chemistry, there's this barrier where it's impossible to saturate every possible thing that the universe could generate. So what we think happens is there's some phase transition, so to speak, where information or selection becomes necessary if you see objects above that threshold. So in order to see complex objects in high abundance,which we have in abundance on earth, uh, you need to actually store information specific to that object and excluding all other objects that might be sort of similar complexity.
Miriam: A complex system, what could that be? Like a cell or?
Sara Walker: Yeah, or even a molecule. So, mm-hmm. We can go back for a second just to molecule. So I mentioned that we were trying to measure the amount of information. If we use a molecule, it's actually pretty easy to do that. If you don't like chemistry though, we can think about it with Lego, cuz that's a little bit easier. So think about the Lego universe, right? If I just dumped a thousand Legos on the table and I asked you to build a structure and I didn't constrain you at all, and you try to imagine all the structures you could build out of a thousand Legos, it's a lot of structure. That's the combinatorial diversity I'm talking about. And in fact, you couldn't build with, you know, the entire history of the universe, all possible Lego structure with a thousand Lego, there's not enough time and resources, right? Or you have the resources, but you don't even have enough time to go through and build every possible one. So that's what we mean by combinatorial space.
Now if you think about that for molecules, if you, you said you had a particular Lego object and I always like to use Lego Hogwarts cuz everybody knows what Hogwarts looks like and most people know Legos. So it's a good analogy. Let's say I smash Lego Hogwarts and I say let's rebuild Lego Hogwarts. We can start by taking, you know, some of the building pieces and, and joining them together and then taking a piece and joining it and taking a piece and joining it to things we built before and build up to Lego Hogwarts. And the way we measure how much selection is specific to Lego Hogwarts as an object you could form in our universe by the laws of Lego is to look at the minimal path to produce Lego Hogwarts. So that minimal path for Hogwarts is quite large because the object is very complex. If I just said, you know, stack three yellow blocks and three white blocks together. That's a very simple object and you probably would find that pretty quickly. And so we've got Lego Hogwarts with a very short, minimal path and this little stack of white and yellow Legos with a very short path. Now, if I started shaking the table with all the Legos on it, which one of those do you think would spontaneously form? Maybe a very low probability of the stack, but pretty much impossible for Lego Hogwarts. And so part of our conjecture is if you see something complex like Lego Hogwarts, and in particular, if you see multiple copies of it, so on our planet, it's not just that Lego Hogwarts where it's formed once, it's that there is, you know, a set of instructions in a box that people can go and buy and build copies of this object. That suggests that there was selection and evolution to actually build that specific structure, but it's encoded as a feature of the object.
So now we talk about this idea of these pathways for building the object that's the assembly space of the object, and it becomes a feature of how hard it is causally for the universe to produce that particular structure in terms of physical operations that you can implement to make it. And the thing that's super cool for molecules and why this becomes a testable theory of physics is you can measure that feature the the shortest path in the lab for molecules. So we can actually go into the lab, look at a whole bunch of molecules, and we can measure this shortest path feature of how they're built up by this recursive operation of joining and taking pieces we've made. And then we can look and see are there any molecules with high complexity or high assembly that were produced by non-living things. And we don't see any evidence of that. We really do see this kind of threshold where if objects are sufficiently complex, we only see them in life because they require information and selection to produce them.
Miriam: So things that aren't alive simply aren't as complex or difficult to assemble from fundamental building blocks as living things are. And when you have even simple living things, they seem to generate even more complexity, either by evolution or by construction. Objects so complex that they couldn't exist before. So it seems life has generated a sudden boost in complexity, which may have some sort of a threshold that Sara believes could be a fundamental feature in the physics of life.
Sara Walker: So, for example, like Taxol’s an anti-cancer drug, we don't expect that to occur, in this theory of physics in particular, anywhere else in the universe. It's such a complex object, it requires the knowledge of an intelligent chemist to produce it.
Miriam: But even in the periodic table, there are some elements only humans can produce
Sara Walker: Yes, that's right. So life can produce low complexity objects also. And so you might have a false negative where you have something that was produced by life, but it's below the assembly threshold or the complexity threshold. But you'll never see objects that are high complexity produced abiotically. At least not in a high abundance. We don't have a theory of physics that deals with the combinatorial universe. What are all the structures that you can build up like the complex universe? And so this proposal is basically saying there has to be a transition at the origin of life to new physics that allows you to explain why you see some physical objects appear in the universe and not others.
So you see this through the entire history of life, that the objects that are produced can be made more complex because we're reusing things that we've made in the past. So the primary goal of this theory of physics is to predict when the origin of life should happen in chemistry. So when is it that you get an open-ended evolving system and can you measure that transition in the lab? So our conjecture is that we'll be able to go in the lab and detect from a chemical system like. You know, you have robots guiding some chemical soup experiment and trying to select on different features. We'll be able to detect when the origin of life happens, um, because we'll be able to detect that we evolved a chemical system that can generate its own complexity in an open-ended way.
Miriam: If the experiments could detect when the origin of life happened, it would be a boost for the theory, and it turns out that could come in handy for astrobiologists.
Sara Walker: It also potentially has other implications because it might be possible, and I think this is possible to, number one, use it to detect life on other planets. So if you go to say a moon like Titan in our solar system, which is a moon of Saturn and it's a very exciting target for astrobiologists cuz it's got all this rich, organic chemistry happening on the surface of the moon. It's the only other body in our solar system that has a liquid on its surface. But Titan's really weird. It's not liquid water, it's a liquid gas. And so we think the chemistry is radically different. So you know the challenge going there is we don't expect earth-like chemistry to survive in that environment and be viable. So how would we build a measure that could allow us to detect whether you had a living system? And this is, this is one way of doing it because we can go in the lab and measure it. And what we're looking for is a chemical system that generated complexity through an evolutionary process.
Miriam: I see. Because typically, you know, physicists will look for life in the exoplanets and stuff to look for the signatures that are important for life here, like water, oxygen and stuff like that. So you are saying that there might be some completely other form of life, which we have no way of detecting because we don't have the physics for it. But you're trying to create a physics that could find any type of life.
Sara Walker: That's right. Yeah
Miriam: And so how close are you to having a ready baked theory of life then?
Sara Walker: I think we have the theory, we have some things we have to still work out as far as the implications. And this gets to the second part of your last question about what does it tell us about physics. Because if this theory is right, or on the right track, it suggests some really different kinds of physics than we have in our current theories of physics. And one of those features I already alluded to, which is that time becomes a material property. And the reason I say that is because if you think of a complex molecule, so in assembly theory, the universe is organised in layers of this depth and time. And the deeper in time an object is the harder it is to produce and the longer an evolutionary or selected pathway you need to produce it, and the rarer it would be with standard physics. So there's a way that we can talk in assembly theory about how you build up that structure of these objects becoming more complex in time, but you have to take time as a serious feature of the physics.
Miriam: Time and information?
Sara Walker: Time and information are kind of the same thing, and they're fundamental. So time is fundamental in this theory of physics. Uh, whereas in most theories of physics we've built so far, time is an emergent property and something the universe moves through. It's not a property of objects. And so another way of thinking about it is to think some objects require memory to make them so the universe actually has to remember it has to store that memory in other objects.
Now, if you think about something like an electron, you know, a very simple physical object, it doesn't require memory for the universe to make that. That's a spontaneous object. It can be produced with sufficient energy anywhere in the universe, right? As long as you have the right ingredients and you have the right energy. But something like you or I, we’re high memory objects, we require this entire lineage of information being built up over time. And the conjecture of our theory is that high memory objects have this intrinsic feature of time being a property of the object, and they're not describable by current physics.
Miriam: Okay, so you also said before that information is real so it's not something that we've invented. It's an actual physical thing just like a particle. Does that mean that kind of technology could be alive?
Sara Walker: Technology is life. It's just, it's just objects are deeper in time. So the deeper in time an object is, the more evolution required to produce it, the more informational it looks. And so this is one of the reasons, like digital worlds, you know, all the technologies we're building require life to evolve for three and a half billion years on this planet to achieve human level intelligence to construct these devices. They don't appear for free in the universe. And all of that time then gets encoded in these technologies. But they're just very small volumes of space that have all of this history now in them. So the way I conceptualise artificial intelligence is really just a feature of another major transition in what life is doing as far as building structures that were built in the past, now at larger and larger scales.』
