Alam semesta tidak statis, juga tidak "sederhana". Ini bukan hanya meluncur menuju kematian panas, itu secara spontan membentuk struktur yang semakin kompleks – tidak hanya untuk kehidupan, tetapi juga untuk sistem yang tidak hidup.

Dalam fisika tradisional, hukum kedua termodinamika mendefinisikan "panah waktu": entropi selalu meningkat. Sistem cenderung tidak teratur, yang merupakan kepercayaan fisika yang mendasari keadaan. Sekarang, sekelompok ilmuwan interdisipliner telah menemukan jenis panah yang berbeda: kompleksitas meningkat dari waktu ke waktu. Bukan melawan peningkatan entropi, tetapi secara paralel. Ini adalah pandangan evolusi berdasarkan "informasi fungsional" yang menggambarkan mengapa alam semesta mengatur sendiri dari partikel sederhana menjadi bintang, mineral, sel, bahasa, teknologi, dan bahkan kesadaran.

Ini bukan klise seleksi alam Darwin. Teori ini menegaskan bahwa selama ada beberapa "mekanisme seleksi" dalam sistem yang kompleks, baik yang hidup maupun yang tidak hidup, informasi fungsionalnya akan meningkat seiring waktu. Evolusi bukan hanya cagar alam hidup, tetapi proses universal di alam semesta fisik itu sendiri.

Pada 2003, ahli biologi Jack Szostak pertama kali memperkenalkan konsep "informasi fungsional" untuk mengukur keunikan molekul dalam memenuhi fungsi tertentu, seperti mengikat molekul target. Semakin kecil fungibility, semakin tinggi informasi "fungsional". Konsep ini awalnya digunakan untuk aptamer RNA, dan sejak itu telah diperluas ke simulasi algoritmik, evolusi mineral, sintesis unsur, dan bahkan evolusi bahasa dan teknologi.

Hari ini, Robert Hazen, seorang ahli mineralogi di Carnegie Institution di Washington, dan Michael Wong, seorang astrofisiologi, telah mengambil benang itu secara ekstrem. Alih-alih menemukan resep utama untuk asal usul kehidupan, mereka mengusulkan kerangka kerja universal untuk evolusi sistem – seleksi fungsional yang mendorong pertumbuhan kompleksitas yang tidak dapat diubah. Munculnya kehidupan hanyalah satu langkah dalam peringkat. Dalam pandangan mereka, sistem apa pun di alam semesta yang dapat melakukan suatu fungsi dan dapat "dipilih" dari kemungkinan-kemungkinan terlibat dalam evolusi yang kompleks ini.

Ini terdengar seperti generalisasi Darwinisme, tetapi tidak sama dengan "survival of the fittest" dari coba-coba buta. Fokus mereka bukan pada kemampuan beradaptasi, tetapi pada "implementasi fitur" itu sendiri. Bijih juga "dipilih" jika lebih umum di kerak bumi karena struktur kristalnya yang stabil. Kombinasi kimia yang sering terjadi karena kesederhanaan jalur reaksi juga "dipilih". Ini adalah mekanisme seleksi universal yang melampaui biosfer.

Dalam kerangka ini, sistem biologis hanyalah manifestasi tingkat tinggi dari organisasi diri yang kompleks. Misalnya, studi mineralogi telah menunjukkan bahwa jumlah spesies mineral telah meningkat secara signifikan sepanjang sejarah Bumi, dan distribusinya menjadi lebih canggih. Ini bukan karena "mekanisme fisik telah berubah", tetapi karena ada pilihan jalur yang memungkinkan struktur tertentu untuk dilestarikan dan direproduksi. Sama seperti replikasi DNA, tidak memerlukan "kesadaran" dan dapat mengumpulkan informasi.

Lebih kritis lagi, informasi fungsional bukanlah "kuantitas" statis dan tertutup dalam sistem tertutup, tetapi kuantitas dinamis yang bergantung pada konteks, berorientasi pada tujuan. Fragmen RNA yang mengikat molekul tertentu mungkin memiliki tingkat informasi fungsional yang tinggi di lingkungan saat ini, tetapi di lingkungan lain, kemampuannya untuk melakukannya mungkin sama sekali tidak valid, dan nilai informasi akan hilang. Tetapi proses evolusi justru adalah "penciptaan" konstan dari konteks baru. Kuncinya bukanlah informasi itu sendiri, tetapi apakah informasi itu diaktifkan dan apakah itu berpartisipasi dalam pelaksanaan fungsi.

Inilah karakteristik inti kehidupan: sistem tidak hanya beradaptasi dengan aturan, mereka menulis ulang.Bahasa, budaya, dan teknologi adalah dimensi baru yang keluar dari aturan aslinya.Szostak dan Hazen menggunakan simulasi kehidupan buatan untuk menemukan bahwa seiring evolusi, informasi fungsional algoritma tidak meningkat secara linier, tetapi tiba-tiba melompat—sangat konsisten dengan "lompatan besar" dalam evolusi biologis: sel eukariotik, multiseluler, sistem saraf, dan bahasa manusia.

Transisi ini sesuai dengan perluasan "ruang fase". Dalam fisika, ruang fase mewakili kumpulan semua kemungkinan keadaan suatu sistem. Untuk sistem hidup, setiap lompatan dalam informasi fungsional membuka tingkat ruang fase yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kauffman menyebutnya "lantai berikutnya": Anda tidak dapat memprediksi pola lantai dua di lantai pertama sampai Anda benar-benar sampai di sana.

Ricard Solé dan Paul Davies lebih lanjut berpendapat bahwa ketidakpastian transisi ke kompleksitas ini secara inheren adalah ketidaklengkapan Gödelian: tidak ada sistem aturan tertutup yang dapat memprediksi seluruh masa depannya. Sistem hidup adalah referensi diri dan referensi diri, sehingga evolusi tidak dapat diprediksi.

Inilah sebabnya mengapa evolusi kehidupan tidak dapat dimodelkan sebagai sistem komputasi tertutup. Davies et al. menunjukkan bahwa kehidupan berbeda dari bintang atau galaksi, yang, meskipun kompleks, tidak referensial sendiri. Begitu sistem hidup memiliki kognisi, eksperimen, dan bahasa, ia mulai "mensimulasikan secara internal" evolusinya sendiri, membawa lompatan tingkat yang lebih tinggi. Ini adalah evolusi kompleksitas yang didorong secara kognitif, tidak lagi hanya tentang pemilihan lingkungan eksternal, tetapi tentang desain target internal.

Dengan demikian, informasi fungsional bukan hanya ukuran kompleksitas, tetapi membuka tingkat sebab dan akibat yang baru. Sama seperti hukum fisika Galileo tidak lagi berlaku untuk burung terbang,Setelah kompleksitas cukup, perilaku sistem tidak akan lagi ditentukan oleh fisika yang mendasarinya, tetapi oleh fungsionalitas tingkat yang lebih tinggi。 Ini adalah "detasemen kausal" biologis: hukum sebab dan akibat baru muncul dan mengesampingkan aturan fisika.

Hazen mengusulkan bahwa informasi mungkin merupakan salah satu besaran fisik dasar alam semesta, di samping kualitas, energi, dan muatan. Tapi ini bukan informasi Shannon, atau entropi, tetapi informasi fungsional: bergantung pada konteks, berorientasi pada tujuan, dapat dipilih.

Sara Walker dan Lee Cronin mengambil pendekatan yang berbeda, mengusulkan "teori perakitan", yang mengukur kompleksitas dalam hal indeks perakitan. Keduanya memiliki tujuan yang sama: kompleksitas struktural digunakan untuk mengungkapkan lintasan seleksi. Semua teori ini mencerminkan fakta bahwa ada lintasan evolusi dalam sistem alam yang melampaui hukum fisika dan dapat memunculkan tingkat hukum kausal baru dan tingkat baru perilaku sistem.

Ini adalah konvergensi ilmu sistem, teori informasi, dan biologi evolusi. Ini mencoba menjelaskan sintesis bintang, evolusi mineral, pembentukan bahasa, ekspansi teknologi, dan perkembangan kognitif dalam kerangka kerja terpadu. Konvergensi interdisipliner ini mengingatkan pada hari-hari awal termodinamika: dimulai dengan masalah efisiensi mesin uap dan berpuncak pada pemahaman mendalam tentang entropi, panah waktu, dan nasib alam semesta.

Tentu saja, tidak ada kontroversi kecil. Banyak fisikawan bertanya: apa itu sains jika Anda tidak dapat menghitung secara akurat? Hazens membalas: Kami tidak dapat secara akurat menghitung sistem gravitasi sabuk asteroid, tetapi kami masih dapat menavigasi probe. Informasi fungsional tidak perlu diukur secara akurat, selama dapat membuat perkiraan tren, struktur, dan jalur transisi yang valid.

Dalam astrobiologi, teori ini telah menunjukkan potensi untuk diterapkan. Misalnya, jika molekul organik ditemukan di planet yang didistribusikan jauh dari kesetimbangan termodinamika, kemungkinan besar akan mencerminkan seleksi fungsional di tempat kerja. Ini mungkin fitur kunci dalam mengidentifikasi kehidupan di luar bumi: bukan berapa banyak molekul yang ada, tetapi apakah ada "molekul pilihan".

Makna yang lebih luas adalah bahwa kompleksitas bukanlah kebetulan, dan hidup bukanlah peristiwa yang terisolasi. Setelah mekanisme seleksi ada, kompleksitas tumbuh secara permanen seperti entropi. Dan ketika kompleksitas melewati ambang batas tertentu, aturan baru, tujuan baru, dan lompatan baru muncul. Peradaban manusia mungkin hanya setengah jalan dalam evolusi kompleksitas alam semesta.

Pertanyaan berikutnya yang harus ditanyakan bukanlah "Apakah ada kecerdasan luar angkasa?" Sebaliknya, di mana "tingkat berikutnya" di alam semesta untuk transisi informasi fungsional ini? Apakah ada sistem lain yang juga menembus ke atas?