Определение жизни с точки зрения физики. Смерть с точки зрения физики

Пустота - «бывший эфир» - носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля («кулевые колебания»), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие («виртуальные») частицы могут сделаться реальными - из «пустоты» рождается сноп частиц.

Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию «эфир», но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива - оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют «вакуумом», или «физической пустотой».

Теория относительности строится на предположении, что в нашем мире не существует выделенной системы координат и поэтому не существует абсолютной скорости, мы наблюдаем только относительные движения. Но выделенная система координат появилась в нашей Вселенной с открытием реликтового излучения - это система, в которой кванты реликтового излучения распределены по скоростям сферически симметрично (как частицы газа в неподвижном ящике)*. В «новом эфире» есть абсолютная скорость, тем не менее следствия теории относительности сохраняются с колоссальной точностью в согласии с «принципом соответствия».
Биологические объекты, конечно, не столь одинаковы, как молекулы, но общность биологических соотношений поразительна! Эта общность, сходство соотношений позволят установить закономерности и являются основой науки. К примеру, законы генетики были открыты Менделем на горохе и Морганом на дрозофиле, а оказались применимыми ко множеству биологических объектов.&

Если допустить, что Эфир это ПУСТОТА, то можно задаться вопросом, а обладает ли пустота силой, энергией, а следовательно, сознанием?

В 1654 году немецкий физик Отто фон Герике продемонстрировал в городе Регенсбурге один интересный опыт. Поршень большого насоса зафиксировали в верхнем положении, создав под ним и над ним вакуум. К поршню привязали верёвку, перекинутую через блок. За её конец ухватились двадцать мужчин. Когда учёный открыл доступ воздуха в пространство над поршнем, последний опустился, приподняв над землёй всех тех, кто хотел его удержать.

«Природа боится пустоты» - так был сформулирован принцип, который лёг в основу идеи создания вакуумного двигателя, одной из разновидностей тепловых машин. Движущей силой подобного агрегата является давление атмосферного воздуха, которое и приводит в движение весь механизм.

Флуктуации вакуума, пожалуй, одно из самых противоречащих здравому смыслу явлений квантовой физики. Оно заключается в том, что вакуум совсем не так пуст, как можно подумать. На самом деле, это «пустое пространство» представляет собой кипящий суп из рождающихся и гибнущих различных виртуальных частиц и античастиц. Это явление и получило название «флуктуации вакуума». Термин флуктуация означает случайное отклонение от среднего значения.

Применение квантовой механики к теории тяготения привело к важнейшему результату - кроме нулевых колебаний элементарных частиц, о которых мы только что говорили, в вакууме существуют нулевые колебания поля тяготения. Но, как следует из теории тяготения Эйнштейна, изменение гравитационного поля приводит к изменению геометрических свойств пространства. Отношение длины окружности к радиусу колеблется около значения 2; соответствующего евклидовой геометрии. Для больших радиусов эти колебания практически ненаблюдаемы, но чем меньше масштаб расстояний, тем больше амплитуда «дрожаний» геометрии вакуума.

Если вы находитесь на улице, то вряд ли перед вами из пустоты возникнет автомобиль, а затем также неожиданно исчезнет. Если ваш автомобиль и исчезнет с места парковки, то не за счет флуктуаций вакуума. Объекты макромира не исчезают и не появляются, нарушая закон сохранения энергии. В мире квантовой физики, однако, все немного сложнее. В соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга, на очень короткое время могут рождаться частицы, получившие название виртуальных. Чем выше их энергия, тем быстрее они исчезнут. Как правило, такие чрезвычайно короткоживущие частицы остаются совершенно незаметными, но в некоторых случаях порождаемые ими «вакуумные» силы могут давать заметный эффект, который может быть измерен.

Среди виртуальных частиц имеются переносчики электромагнитного взаимодействия – фотоны. Рождение и гибель виртуальных фотонов порождает флуктуации электрического поля, которые поляризуют нейтральные атомы и молекулы, делая их электрическими диполями, что может привести к силам притяжения между ними. Эти силы получили имя Ван-дер-Ваальса, установившего наличие подобных сил в газах. С ними частично связана способность ящерицы геккона подниматься по плоским поверхностям.

Еще одним примером «вакуумных» сил является знаменитый эффект Казимира. Физик Хендрик Казимир рассчитал в 1948 году, что два параллельных зеркала в пустом пространстве будут притягивать друг друга благодаря тому, что они влияют на вакуум вокруг них. Все дело в том, что между поверхностями будут рождаться только фотоны с резонансными длинами волн, целое или полуцелое число раз укладывающихся между поверхностями. Благодаря этому фотонов между пластинами будет рождаться меньше, чем снаружи, где их рождение ничем не ограничено. В результате давление внешних виртуальных фотонов будет больше внутренних, и возникнет сила притяжения зеркал.

Два близких атома также могут изменить локальный вакуум вокруг них. Если один из них испускает виртуальные фотоны, которые почти мгновенно поглощаются другим, то это приведет к возникновению силы между ними. Но, как правило, такие силы непостоянны из-за того, что такой фотон может быть выброшен в любом направлении, и шансы второго атома поглотить его очень малы. Поэтому их очень трудно измерить.

Но ситуация изменится, если виртуальной частице помогут найти нужный путь. Международный коллектив физиков рассчитал, что происходит с «вакуумными» силами между атомами, когда они находятся в непосредственной близости от стандартной электрической линии передачи, такой как коаксиальный кабель или копланарный волновод (см. рисунок), охлажденной до очень низких температур. В этом случае колебания эффективно ограничиваются одним направлением. Виртуальные частицы будут вынуждены идти в направлении другого атома. При этом должно произойти возрастание величины силы на несколько порядков и увеличение радиуса ее действия. Она теперь будет убывать с увеличением расстояния между атомами (r) пропорционально 1/r3 вместо 1/r7, как в обычном случае.

Несколько лет назад российские ученые сделали открытие: капля биологической жидкости – крови, слюны, мочи, внутримозгового ликвора – несет в себе информацию о состоянии всего организма. Взаимодействие молекул внутри ее осуществляется через волновые процессы, (Е. КАЛИКИНСКАЯ.)* "наличие процесса самоорганизации".

Аристотель (384-322 до н. э.) ввел эфир как пятый элемент (квинтэссенция) в систему классических элементов (изначально четырех: земля, воздух, вода и огонь), изобретенную Ионической философской школой. Он мотивировал свое нововведение тем, что четыре земных элемента находятся в непрерывном изменении и могут двигаться по прямым линиям, тогда как небесные тела казались ему вечными и неизменными и двигались исключительно по округленным траекториям. Таким образом, эфир в представлении Аристотеля не имел обычных физических свойств и какой-либо внутренней структуры, не был подвержен изменениям и двигался исключительно по окружностям.
Понимание природы эфира и даже просто само доказательство или опровержение его существования невозможны без предварительного понимания природных явлений, затрагивающих остальные четыре первоэлемента - те, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни:

С открытием Ньютоном законов классической механики началась эра теоретической физики - математической науки, которая позволяла предсказать или отвергнуть возможность существования того или иного феномена до начала попыток его наблюдения и/или соответствующего эксперимента. Люди осознали, что получили интеллектуальный инструмент для исследования того, чего могло и не быть. Однако предположение, что эфир все-таки может существовать, толкал их на разработку теорий, объясняющих те или иные явления с помощью эфира.

Эфир Ньютона. Классическая механика Ньютона легко отняла у Аристотелевой теории "вихревого эфира" статус теории, объясняющей планетарное движение, но полностью отвергнуть эфир Ньютон не смог. Во-первых, классическая механика сама по себе содержала концепции абсолютно го пространства и абсолютного времени, и предполагалось, что взаимодействия между телами распространяются мгновенно. В этом случае эфиром можно было назвать как само абсолютное пространство и время (выделенную систему отсчета - СО*), так и механическую среду, по которой распространяются гравитационные и электромагнитные взаимодействия.

Действительно, в выражение для силы Лоренца, действующей на электрически заряженную частицу в магнитном поле, входит скорость этой самой частицы. Вопрос: скорость частицы относительно чего, то есть, в какой системе отсчета? Значит, необходимо либо найти ту единственную "истинно верную" СО, относительно которой надлежало делать все расчеты, либо перестать считать понятие трехмерного вектора силы фундаментальным (Эйнштейн пойдет по второму пути и добьется подлинного понимания, но до этого должно еще пройти двести лет господства нерелятивистской механики и эфира).

Во-вторых, в попытке дать единое описание света, вещества и гравитации Ньютон пишет книгу "Optiks", где эффекты влияния гравитации и вещества на свет объясняются изменениями скорости света (напоминаем, что скорость света постоянна только в вакууме), в свою очередь обусловленными изменениями плотности эфира. Согласно его теории, частицы света (Ньютон уже тогда предполагал, что свет имеет не только волновую, но и корпускулярную природу!) отклоняются в сторону более высокой плотности или в сторону более сильно притягивающей массы.

Ньютон ошибочно предполагал, что свет в веществе притягивается к областям, где он имеет более высокую скорость; во-вторых, величина эффекта "красного смещения" (увеличение длины света при прохождении в окрестности массивного тела), посчитанная согласно теории, отличалась от экспериментально измеренной чуть ли не в два раза.
Джеймс Максвелл в 1864 году выводит свои уравнения, объединившие электричество и магнетизм, и утверждает, что свет есть электромагнитная волна, которая может распространяться в вакууме исключительно с фиксированной скоростью - 310 740 км/с. В механике Галилея - Ньютона это могло выполняться только в какой-то одной системе отсчета, и поэтому такая гипотетическая выделенная система отсчета была объявлена сопутствующей эфиру как среде, в которой распространяется свет. Таким образом, эфир должен быть неподвижен и одинаков в любой точке наблюдаемой Вселенной, иначе скорость света должна изменяться в пространстве. Теоретические расчеты и существующие на то время экспериментальные данные уже позволяли сказать, какими свойствами должен обладать светоносный эфир, чтобы удовлетворять всем требованиям теории. Эти свойства оказались совершенно сверхъестественными: он должен быть текучим, как жидкость или газ, чтобы равномерно наполнять пространство, и вместе с тем в миллион раз тверже, чем сталь, чтобы поддерживать высокие частоты электромагнитных волн. Кроме того, эфир должен быть безмассовым и с нулевой вязкостью, чтобы минимизировать собственное влияние на орбиты планет, а также полностью прозрачным, несжимаемым, нерассеивающим и непрерывным вплоть до самых малых масштабов. Такой эфир выходил за все рамки здравого смысла и становился вопросом веры.

Земля движется по орбите со скоростью около 30 км/с; таким образом, она должна ощущать "эфирный ветер", угол падения и величина которого в заданной точке поверхности планеты станут меняться в зависимости от времени года и суток. Влияние эфирного ветра на свет должно быть подобно влиянию обычного ветра на звуковые волны, то есть скорость распространения света в различных направлениях будет различной, согласно нерелятивистскому закону сложения скоростей.

В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил устранить парадоксы электромагнетизма, отказавшись от гипотезы абсолютного пространства, абсолютного времени и силы, мгновенно передающейся на расстояние. Механику Ньютона и теорию относительности Галилея вобрала в себя релятивистская теория относительности, эфир стал не нужен и был отправлен в изгнание.

При определенных условиях эфир и выделенная система отсчета могут существовать, не противореча теории относительности, по крайней мере ее принципиальной части, которая подтверждена экспериментально. Чтобы понять, как такое может быть, мы должны углубиться в самое сердце теории Эйнштейна - лоренцеву симметрию.

Изучая уравнения Максвелла и эксперимент Майкельсона-Морли, в 1899 году Хендрик Лоренц заметил, что при преобразованиях Галилея (состоящих из вращений в трехмерном пространстве, тогда как время абсолютно и не изменяется при переходе к другой системе отсчета) уравнения Максвелла не остаются неизменными. Лоренц вывел, что уравнения электродинамики обладают симметрией только относительно неких новых преобразований. (похожие результаты были независимо получены еще раньше: Вольдемаром Войтом в 1887 году и Джозефом Лармором в 1897 году.) В этих преобразованиях помимо трехмерных пространственных вращений время дополнительно преобразовывалось вместе с пространством. Иными словами, трехмерное пространство и время объединялись в единый четырехмерный объект: пространство-время. В 1905 году великий французский математик Анри Пуанкаре назвал эти преобразования лоренцевыми, а Эйнштейн взял их за основу своей специальной теории относительности (СТО). Он постулировал, что законы физики должны быть неизменными для всех наблюдателей в инерциальных (движущихся без ускорения) системах отсчета, причем формулы перехода между последними задаются не галилеевыми, а лоренцевыми преобразованиями. Этот постулат получил название Лоренц-инвариантность наблюдателя (ЛИН) и в рамках теории относительности не должен нарушаться ни в коем случае.

Однако в теории Эйнштейна существует еще один тип лоренцевой симметрии - Лоренц-инвариантность частицы (ЛИЧ), нарушение которой хотя и не вписывается в рамки стандартной СТО, но все же не требует радикального пересмотра теории при условии, что ЛИН сохраняется. Чтобы понять разницу между ЛИН и ЛИЧ, обратимся к примерам. Возьмем двух наблюдателей, один из которых находится на перроне, а другой сидит в поезде, проезжающем мимо без ускорения. ЛИН означает, что законы физики должны быть одинаковы для них. Пусть теперь наблюдатель в поезде встанет и начнет двигаться относительно поезда без ускорения. ЛИЧ означает, что законы физики должны по-прежнему быть одинаковы для этих наблюдателей. В данном случае ЛИН и ЛИЧ - это одно и то же - движущийся наблюдатель в поезде просто создает третью инерциальную систему отсчета. Однако можно показать, что в некоторых случаях ЛИЧ и ЛИН нетождественны, и поэтому при сохраненном ЛИН может происходить нарушение ЛИЧ. Понимание этого феномена требует введения понятия спонтанно нарушенной симметрии.

Уравнения теории гравитации Ньютона, управляющие законами движения планет, имеют трехмерную вращательную симметрию (то есть неизменны при преобразованиях вращения в трехмерном пространстве). Однако Солнечная система, будучи решением этих уравнений, тем не менее нарушает эту симметрию, так как траектории планет располагаются не на поверхности сферы, а на плоскости, имеющей ось вращения. Группа трехмерных вращений (группа O(3), говоря математическим языком) на конкретном решении спонтанно нарушается до группы двухмерных вращений на плоскости O(2).

Представим, что мы уменьшились настолько, что смогли проникнуть внутрь магнита. Там мы увидим множество магнитных диполей (доменов), выстроенных в одном направлении, которое называется направлением намагниченности. Сохранение ЛИН означает, что под каким бы углом зрения мы ни находились по отношению к направлению намагниченности, законы физики не должны меняться. Следовательно, движение какой-нибудь заряженной частицы внутри магнита не должно зависеть от того, стоим мы боком по отношению к ее траектории или лицом. Однако движение частицы, которая бы двигалась нам в лицо, будет отличным от движения той же частицы вбок, так как сила Лоренца, действующая на частицу, зависит от угла между векторами скорости частицы и направления магнитного поля. В этом случае говорят, что ЛИЧ спонтанно нарушена фоновым магнитным полем (создавшим выделенное направление в пространстве), тогда как ЛИН сохранена.

Иными словами, несмотря на то что уравнения, совместимые с теорией относительности Эйнштейна, сохраняют лоренцеву симметрию, некоторые их решения могут ее нарушать! Тогда можно легко объяснить, почему мы до сих пор не обнаружили отклонений от СТО: просто подавляющее большинство решений, физически реализующих то или иное наблюдаемое явление или эффект, сохраняют лоренцеву симметрию, и только некоторые - нет (или отклонения столь малы, что пока лежат за пределами наших экспериментальных возможностей). Эфир может быть как раз таким ЛИЧ-нарушающим решением каких-нибудь полевых уравнений, полностью совместимых с ЛИН.

ТЕОРИИ, ДОПУСКАЮЩИЕ НАРУШЕНИЕ ЛОРЕНЦ-СИММЕТРИИ

Теоретических примеров, когда лоренцева симметрия может нарушаться (как спонтанно, так и полностью), уже известно достаточно много. Приведем только самые интересные из них.

Вакуум Стандартной модели. Стандартной моделью (СМ) называется общепризнанная релятивистская квантовая теория поля, описывающая сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия. Как известно, в квантовой теории физический вакуум не абсолютная пустота, он заполнен рождающимися и уничтожающимися частицами и античастицами. Такая флуктуирующая "квантовая пена" может быть представлена как разновидность эфира.

Пространство-время в квантовой теории гравитации. В квантовой гравитации предметом квантования служит само пространство-время. Предполагается, что на очень малых масштабах (обычно порядка планковской длины, то есть около 10-33 см) оно не непрерывно, а может представлять собой либо набор неких многомерных мембран (N-бран, как называют их сторонники теории струн и М-теории, - см. "Наука и жизнь" №№ 2, 3, 1997 г.), либо так называемую спиновую пену, состоящую из квантов объема и площади (как утверждают сторонники теории петлевой квантовой гравитации). В каждом из этих случаев лоренцева симметрия может нарушаться.

Теория струн. В 1989-1991 годах Алан Костелеки (Kostelecky), Стюарт Самуэль (Samuel) и Робертус Поттинг (Potting) продемонстрировали, каким образом нарушения Лоренц- и CPT-симметрии могут происходить в теории суперструн. Это, впрочем, не удивительно, так как теория суперструн еще далека от своей завершенности: она хорошо работает в высокоэнергетическом пределе, когда пространство-время 10- или 11-мерно, но не имеет единственного предела для низких энергий, когда размерность пространства-времени стремится к четырем (так называемая проблема ландшафта). Поэтому в последнем случае она пока предсказывает практически все, что угодно.

М-теория. Во время второй "суперструнной революции", произошедшей в 1990-е годы, было осознано, что все пять 10-мерных суперструнных теорий связаны преобразованиями дуальности и поэтому оказываются частными случаями некой одной теории, названной М-теорией, "живущей" в числе измерений на одно больше - 11-мерном. Конкретная форма теории до сих пор неизвестна, но известны некоторые ее свойства и решения (описывающие многомерные мембраны *). В частности, известно, что М-теория необязательно должна быть Лоренц-инвариантной (причем не только в смысле ЛИЧ, но и в смысле ЛИН). Более того, это может быть нечто принципиально новое, в корне отличное от стандартной квантовой теории поля и теории относительности.

Некоммутативные теории поля. В этих экзотичных теориях пространственно-временные координаты - некоммутативные операторы, то есть, например, результат умножения координаты x на координату y не совпадает с результатом умножения координаты y на координату x, и лоренцева симметрия также нарушается. Сюда же можно отнести и неассоциативные теории поля, в которых, к примеру, (x x y) x z x x x (y x z) - неархимедовы теории поля (где поле чисел предполагается отличным от классического), и их всевозможные компиляции.

Теории гравитации со скалярным полем. Теория струн и большинство динамических моделей Вселенной предсказывают существование особого типа фундаментального взаимодействия - глобального скалярного поля, одного из вероятнейших кандидатов на роль "темной энергии", или "квинтэссенции". Имея очень малую энергию и длину волны, сравнимую с размерами Вселенной, это поле может создавать фон, который нарушает ЛИЧ. В эту же группу можно отнести и TeVeS - тензорно-векторно-скалярную теорию гравитации, разработанную Бекенштейном (Bekenstein) как релятивистский аналог модифицирован ной механики Милгрома (Milgrom). Впрочем, TeVeS, по мнению многих, заполучила не только достоинства теории Милгрома, но, к сожалению, и многие ее серьезные недостатки.

"Эйнштейн-эфир" Джейкобсона-Маттинли. Это новая теория векторного эфира, предложенная Тедом Джейкобсоном (Jacobson) и Давидом Маттинли (Mattingly) из университета штата Мериленд, в развитие которой вовлечен и автор. Можно допустить, что существует глобальное векторное поле, которое (в отличие от электромагнитного) не исчезает даже вдали от всех зарядов и масс. Вдали от них это поле описывается постоянным четырехвектором единичной длины. Система отсчета, которая ему сопутствует, выделенная и, таким образом, нарушает ЛИЧ (но не ЛИН, так как векторное поле считается релятивистским и все уравнения обладают лоренцевой симметрией).

Расширенная Стандартная модель (SME, или РСМ). Около десяти лет назад Дон Колладей (Colladay) и вышеупомянутые Костелеки и Поттинг предложили расширить Стандартную модель компонентами, которые нарушают ЛИЧ, но не ЛИН. Таким образом, это теория, в которой нарушение лоренцевой симметрии заложено уже изначально. Естественно, РСМ подогнана так, чтобы не противоречить обычной стандартной модели (СМ), по крайней мере той ее части, которая проверена экспериментально. По замыслу создателей, различия между РСМ и СМ должны проявиться при более высоких энергиях, например в ранней Вселенной или на проектируемых ускорителях. Кстати, о РСМ я узнал от моего соавтора и коллеги по кафедре Даниэля Сударски (Sudarsky), который сам сделал заметный вклад в развитие теории, показав вместе с соавторами в 2002 году, как квантовая гравитация и нарушенная ЛИЧ могут влиять на динамику частиц в космическом микроволновом излучении.

СЕЙЧАС МЫ ИХ ПРОВЕРИМ, СЕЙЧАС МЫ ИХ СРАВНИМ …

Экспериментов по поиску нарушения лоренцевой симметрии и выделенной системы отсчета очень много, и все они разные, а многие из них не прямые, а косвенные. Например, есть эксперименты, в которых ищут нарушения принципа CPT-симметрии, утверждающего, что все законы физики не должны изменяться при одновременном применении трех преобразований: замены частиц на античастицы (C-преобразование), зеркальном отражении пространства (P-преобразование) и обращении времени (T-преобразование). Дело в том, что из теоремы Белла-Паули-Людерса следует, что нарушение CPT-симметрии влечет нарушение лоренцевой симметрии. Эта информация очень полезна, так как в некоторых физических ситуациях первое обнаружить напрямую гораздо легче, чем второе.

Эксперименты а-ля Майкельсон-Морли. Как уже говорилось выше, с их помощью пытаются обнаружить анизотропию скорости света. В настоящее время наиболее точные эксперименты используют резонирующие камеры (resonant cavity): камера вращается на столе, и исследуются изменения в частотах микроволн внутри нее. Группа Джона Липы (Lipa) из Станфордского университета использует сверхпроводящие камеры. Группа Ахима Петерса (Peters) и Стефана Шиллера (Schiller) из Берлинского университета Гумбольдта и университета Дюссельдорфа использует лазерный свет в сапфировых резонаторах. Несмотря на постоянно растущую точность экспериментов (относительные точности уже достигают 10-15), никаких отклонений от предсказаний СТО обнаружено пока не было.

Прецессия ядерного спина. В 1960 году Вернон Хьюз (Hughes) и независимо от него Рон Древер (Drever) измеряли спиновую прецессию ядра лития-7 по мере того, как магнитное поле вращалось вместе с Землей относительно нашей Галактики. Никаких отклонений от предсказаний СТО обнаружено не было.

Осцилляции нейтрино? В свое время обнаружение феномена превращения одних типов нейтрино в другие (осцилляции - см. "Наука и жизнь" № 3, 2002 г.) вызвало фурор, так как это означало, что нейтрино имеют массу покоя, пусть даже и совсем маленькую, порядка электронвольта. Нарушение лоренцевой симметрии должно в принципе влиять на осцилляции, так что будущие экспериментальные данные могут дать ответ, сохраняется эта симметрия в системе нейтрино или нет.

Осцилляции К-мезонов. Слабое взаимодействие вынуждает К-мезон (каон) в процессе "жизни" превращаться в антикаон и затем обратно - осциллирует. Эти осцилляции настолько точно сбалансированы, что малейшее нарушение CPT-симметрии привело бы к заметному эффекту. Один из наиболее точных экспериментов провела коллаборация KTeV на ускорителе Теватрон (Национальная лаборатория им. Ферми). Результат: в каонных осцилляциях CPT-симметрия сохраняется с точностью до 10-21.

Эксперименты с антиматерией. Множество высокоточных CPT-экспериментов с антиматерией было проведено в настоящее время. Среди них: сравнение аномальных магнитных моментов электрона и позитрона в ловушках Пеннинга, сделанное группой Ганса Демелта (Dehmelt) в Вашингтонском университете, протон-антипротонные эксперименты в ЦЕРНе, проводимые группой Джеральда Габриелза (Gabrielse) из Гарварда. Никаких нарушений CPT-симметрии пока не обнаружено.

Сравнение хода часов. Берутся двое высокоточных часов, которые используют различные физические эффекты и, следовательно, должны по-разному отреагировать на возможное нарушение лоренцевой симметрии. Как следствие, должна возникнуть разность хода, которая будет сигналом, что симметрия нарушена. Эксперименты на Земле, проводимые в лаборатории Рональда Уолсворта (Walsworth) в Гарвард-Смитсонианском центре астрофизики и других институтах, достигли впечатляющей точности: показано, что лоренцева симметрия сохраняется с точностью до 10-27 для различных типов часов. Но это еще не предел: точность должна значительно улучшиться, если вывести приборы в космос. В ближайшее время планируется запуск нескольких орбитальных экспериментов - ACES, PARCS, RACE и SUMO - на борту Международной космической станции.

Свет от удаленных галактик. Измеряя поляризацию света, пришедшего от удаленных галактик в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазонах, можно добиться высокой точности в определении возможного нарушения CPT-симметрии в ранней Вселенной. Костелеки и Мэтью Мьюес (Mewes) из университета штата Индиана показали, что для такого света эта симметрия сохраняется с точностью до 10-32. В 1990 году группа Романа Джакива (Jackiw) из Массачусетского института технологии обосновала еще более точное ограничение - 10-42.

Космические лучи? Существует некая загадка, связанная с космическими лучами сверхвысоких энергий, приходящими к нам из космоса. Теория предсказывает, что энергия таких лучей не может быть выше некоего порогового значения - так называемого предела Грейзена-Зацепина-Кузьмина (GZK cutoff), которые подсчитали, что частицы с энергией выше 5 ґ 1019 электронвольт должны активно взаимодействовать с космическим микроволновым излучением на своем пути и растратить энергию на рождение пи-мезонов. Данные наблюдений бьют указанный порог на порядки! Есть множество теорий, которые объясняют этот эффект без привлечения гипотезы нарушения лоренцевой симметрии, но пока ни одна из них не стала доминирующей. Вместе с тем теория, предложенная в 1998 году Сидни Коулменом (Coleman) и нобелевским лауреатом Шелдоном Глешоу (Glashow) из Гарварда, предлагает объяснять феномен превышения порога именно нарушением лоренцевой симметрии.

Сравнение водорода и антиводорода. Если CPT-симметрия нарушена, то материя и антиматерия должны вести себя по-разному. В двух экспериментах в ЦЕРНе возле Женевы - ATHENA и ATRAP - ищут различия в спектрах излучения между атомами водорода (протон плюс электрон) и антиводорода (антипротон плюс позитрон). Различий пока не обнаружено.

Спиновый маятник. В этом эксперименте, проведенном Эриком Адельбергером (Adelberger) и Блейном Хекелем (Heckel) из Вашингтонского университета, используется материал, в котором спины электронов упорядочены в одном направлении, таким образом создавая общий макроскопический спиновый момент. Крутильный маятник, сделанный из такого материала, помещен внутрь оболочки, изолированной от внешнего магнитного поля (кстати, изоляция была едва ли не самой трудной задачей). Спин-зависимое нарушение лоренцевой симметрии должно проявиться в виде малых возмущений в колебаниях, которые бы зависели от ориентации маятника. Отсутствие таких возмущений позволило установить, что в этой системе лоренцева симметрия сохраняется с точностью до 10-29.

Http://samlib.ru/k/katjushik_w_g/gravitacia.shtml
Свойства пространства:
Любые свойства присущие малому объему реального пространства, безоговорочно распространяются и на больший объем реального пространства. Данные проявления отмечаются во всех без исключения областях изведанного человечеством пространства и подтверждаются всеми возможными экспериментами.

Эксперимент по определению однородности пространства.
Согласно законам логики свойства малого объекта распространяются на единое целое из таковых объектов состоящее.
Вышесказанное имеет статус доказано, ввиду своей очевидности.

Подтвердим это экспериментально.

Проведем эксперимент по определению однородности пространства.
Для этого констатируем известные свойства пространства для двух опытных объемов (пространств) (1м^3).
Основными свойствами пространства является вместительность, свобода для протекания естественных процессов (в частности физических процессов, в частности свобода перемещения тела) .
Осуществим перемещения опытного объекта (стальной шар массы M) в различных направлениях в рамках каждого испытуемого пространства(1м^3).
Результат эксперимента:
Опытный объект (стальной шар массы M) без каких либо ограничений может быть перемещён в любом направлении.

Осуществим перемещения опытного объекта (стальной шар массы M) в различных направлениях в рамках "объединенного" испытуемого пространства(2м^3). .
Результат эксперимента:
Опытный объект без каких либо ограничений может быть перемещён в любом направлении.

Для всех испытуемых объемов свобода перемещения отмечается в равном количестве геометрических мерностей.
Вместительность подтверждается для всех испытуемых объемов (пространств) (в каждом мы можем расположить объекты).
При объединении двух объемов в один объект обозначенные свойства сохраняются неизменными.
Вывод:
Экспериментально доказано что:
применительно к реальному пространству, свойства малого объекта (части пространства, "области" пространства) распространяются на целое пространство из таковых объектов состоящее.
Поскольку малая часть пространства не является каким-либо препятствием для протекания физических процессов то и остальное пространство как состоящее из равных по свойствам объемов (пространств) не является, каким либо, препятствием для распространения физических явлений. Пространство не является конечным и нет ни каких областей в пространстве содержащих материю имеющую базовый набор физических свойств отличных от нам известных.
Любые две области пространства применительно друг другу взаимно-открыты, подобно сообщающимися сосудам, что собственно успешно подтверждается экспериментально во всех доступных к изучению областях Вселенной.

Эксперимент по обнаружению подпространства:
Разместим стационарно в реальном пространстве опытный объектN1 имеющий реальные физические свойства: объем и плотность.
Для данных целей может быть использован объект органического происхождения - тыква.
В качестве объектаN2 используем искривленный стержень некого диаметра и радиуса кривизны (геодезический аналог).
В качестве объекта N2 может быть использовано коромысло из музея этнографии.
Осуществим манипуляции с объектом N2 в направлении объекта N1.
Если геометрическая концепция ТО верна, то конец коромысла (ортогонального аналога геодезической) попадет в подпространство.. Если не верна, то конец коромысла попадет в тыкву, размещенную в реальном трехмерном пространстве.
Результат эксперимента:
Конец коромысла в подпространство - не попадает. Вне зависимости от свойств отдельной тыквы - результат стабилен и однозначен. Следовательно, экспериментально доказано, что теория относительности интеллектуально несостоятельна и является фальсификацией.
Сомневающиеся в результатах эксперимента могут его повторить. Возможна замена опытного объектаN1 тыква на объект N3 голова теоретика.

Ньютон вывел замечательную формулу- Закон всемирного тяготения
Но есть одна особенность: формула выведена буквально наугад и яблоко по этой формуле на землю упасть не может в принципе.
Яблоко по этой формуле может только улететь в космос дальний.
Для того чтобы яблоко на землю всё же упало, необходимо чтобы перед формулой стоял минус. В физическом смысле самый настоящий ниоткуда взятый волшебный минус.
Буквально имеет место банальная подтасовка прописанная во всех современных учебных пособиях.
Луна на таких законах в принципе не могла бы удержаться на орбите. Нет сил обеспечивающих равновесие. Проверить это может любой физик.
Задать единичное смещение и просчитать: куда именно направлено приращение сил приложенных к Луне.
Но самая большая беда в том, что этот минус не единственное враньё в фундаментальной науке.
Большая часть современной физической платформы построена на подтасовках и фальсификациях.
Масштабы фальсификаций настолько огромны, что это околонаучное враньё прописано практически во всех учебниках. За наиболее правдоподобное враньё имели место выдвижения на нобелевскую премию по физике.
Процесс разрастался как снежный ком: Для того чтобы обосновать фальшивый минус без которого яблоко на землю не падает, создавались целые науки осуществляющие волшебные операции с минусами.
Примером может служить всем известная векторная алгебра.
В природе нет отрицательных литров и нет отрицательных метров.
Это экспериментально доказано.
Но теоретикам по зарез нужен минус. Без него яблоко на Землю не падает.
Можно было разобраться в причинах, докопаться до сути, исправить ошибку.
Но теоретики делают проще. Теоретики выстраивают систему правдоподобного вранья. И именно векторная алгебра занимается подменой понятий число и величина.
Другой пример.
Можно ли из ничего сделать нечто?
Вот взять ровно ничего и из этого ничего что либо построить?
Можно ли набрать нулей и из них что либо что либо реальное создать?
Если мы возьмем один "0" прибавим к нему еще "0" и еще много, много нулей:
0+0+0+0+0+0+0 =0
Сколько бы мы нулей не суммировали будет ноль.
Пусть это будет любое, в том числе неконечное количество этих самых нулей. Сумма нулей ни чего кроме нуля дать не может.
От нуля овечек мы получим ноль ягнят.
Ноль посеянного зерна нам даст ноль урожая.
Это понимает любой здравомыслящий человек, но это понимает не каждый современный теоретик. Некоторые теоретики мечтают что из точек диаметра ноль может состоять длина, отрезок, прямая. То есть по их представлениям длина может состоять из "ничевошек".
Теории о "ничевошках" преподаются в лучших вузах страны.
В общеобразовательных школах преподаватели вынуждены рассказывать детям, что прямая состоит из "ничевошек" (из точек нулевого диаметра).

Не существует никаких отрицательных сил и это легко доказывается экспериментально.
Мы можем приложить к плоскости любое усилие, большое усилие, малое усилие.
Но мы не можем приложить отрицательное усилие.
Вне зависимости от того тянем мы плоскость на себя, или отталкиваем от себя, это будет либо положительная сила отталкивания либо положительная сила притяжения. Никаких отрицательных сил в природе нет. Это экспериментально доказано.
Но некоторым учёным отрицательные силы и отрицательные энергии необходимы. Без этого вранья не сойдутся их теории.
Ситуация в целом печальная. Можно ли опираясь на фальсификации построить что либо разумное?
Если расставить все минусы правильно, то находится ранее неучтенный гравитационный фактор - реальное физическое явление обеспечивающее и приливы, и возгонку хвоста кометы и всё остальное. Но вместо того чтобы учитывать реальные действительно имеющие в природе процессы современные горе теоретики ковыряются в нелепых, несуществующих в природе искривлениях




Большого взрыва нет и быть нее могло. Пространственная концепция ОТО - несостоятельна. Векторная алгебра "с одним глазом". Квантовой теории гравитации нет не было ни когда. Теории времени - нет. Единой теории поля - нет. Ну и что состоятельного есть у современной академической фундаментальной физики? Если расставить все минусы правильно, то находится ранее неучтенный гравитационный фактор - реальное физическое явление обеспечивающее и приливы, и возгонку хвоста кометы и всё остальное. Но вместо того чтобы учитывать реальные действительно имеющие в природе процессы современные горе теоретики ковыряются в нелепых, несуществующих в природе искривлениях
За все время развития человеческой цивилизации никому не удалось построить ни одну планетарную систему на подтвержденных силах притяжения. Может ли луна держаться в небе на чистом притяжении?. И вообще возможно ли на притяжении хоть какое то планетарное движение. Расчет показывает что нет. Никакое планетарное равновесие на чистом притяжении невозможно. Это невозможно математически. Никакая луна на притяжении держаться бы не смогла. Равновесие невозможно ни математически ни экспериментально. Но про это почему-то нельзя писать в учебниках.
Если отбросить в стороны все фантазии заблудившихся ученых, если следовать только достоверным научным фактам, то пространство какое оно есть - бескрайне. Оно неконечно во всех направлениях. Всё пространство на макроуровне равномерно заполнено галактиками. Нет никаких концов пространства. Нет никакого края Вселенной. Вселенная не возникала в результате каких либо больших взрывов. Никакое пространство не искривляется. Не искривляется ни там ни здесь ни где бы то ни было еще. Вселенная была всегда и везде. Это строгий математически доказанный факт.
На проверку экспериментом получается:
Прямого тяготения нет. Темной материи, темной энергии, нет.
Большого взрыва нет и быть нее могло. Пространственная концепция ОТО - несостоятельна. Векторная алгебра "с одним глазом". Квантовой теории гравитации нет не было ни когда. Теории времени - нет. Единой теории поля - нет. Ну и что состоятельного есть у современной академической фундаментальной физики?
В целом можно заключить, что в рамках предлагаемой теории, эффект экранирования гравитации может зависеть как от диамагнитных свойств вещества. А охлаждение либо нагревание вещества всего лишь влияют как на его диамагнитные свойства. И это приводит к изменению веса контрольных образцов. До и после нагрева или охлаждения. Напомню, что в рамках данной теории вес тела зависит от диамагнитных свойств тела. Также предлагаемая "грави-магнитная", оставляя концепцию Р.Декарта о движении сверхтонкой материи к центру Земли, все же позволяет отказаться от "выпадающего на землю эфира", а значит снимает проблему утилизации этого падающего на Землю эфира. При этом тонкая материя, или же условные силовые линии грави-магнитного поля продолжают "течь" в центр, Земли увлекая за собой все тела. Также предложен механизм того, как "тонкая материя" Р.Декарта движащаяся к центру Земли из которой состоит предположительно гравитационное поле, взаимодейстует со всеми телами, увлекая их за собой. И в рамках предложенной теории становиться понятно, что гравитационных волны это электромагнитные волны. Звучит парадоксально но если гравитационное поле, это магнитное поле необычной конфигурации, по другом в нем присутствует магнитная составляющая, то все, что могут генерировать гравитационные волны это опять таки электромагнитные волны и только.

Http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/al.shtml

Https://www.nkj.ru/archive/articles/8664/
https://www.nkj.ru/archive/articles/9041/

Https://www.nkj.ru/news/24706/

Доктор философии в области физики К. ЗЛОСЧАСТЬЕВ. (Национальный автономный университет Мексики, Институт ядерных исследований, кафедра гравитации и теории поля) И ДРУГИЕ.

Erwin Schrödinger. What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер - австрийский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике. Один из разработчиков квантовой механики и волновой теории материи. В 1945 г. Шредингер пишет книгу "Что такое жизнь с точки зрения физики?", оказавшую существенное влияние на развитие биофизики и молекулярной биологии. В этой книге внимательно рассмотрено несколько важнейших проблем. Основополагающим является вопрос: "Как могут физика и химия объяснить те явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма?" Прочтение этой книги даст не только обширный теоретический материал, но и заставит задуматься над тем, что же в сущности есть жизнь?

Эрвин Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? М.: РИМИС, 2009. 176 с.
Скачать:

Эрвин Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? М.: Атомиздат, 1972. 62 с.
Скачать:

Источник текстовой версии: Эрвин Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? М.: Атомиздат, 1972. 62 с.

Елена Наймарк

Возникновение сложного из простого - это, казалось бы, злостное нарушение второго закона термодинамики. Второй закон требует постепенного выравнивания градиентов, разупорядочивания элементов и увеличения энтропии в системе. Тем не менее жизнь так специально устроена, чтобы поддерживать градиенты, упорядочивать элементы и уменьшать энтропию. Эти принципы справедливы как для одного организма, так и для целых экосистем, биот, эволюционных последовательностей. Значит ли это, что жизнь действительно противоречит законам физики?

Владимир Буданов, Александр Панов

На грани безумия

В обыденном окружении чаще всего призывают к целесообразности мыслей, поступков, решений. И, кстати, синонимы целесообразности звучат как «уместность, полезность и рациональность…» Вот только на интуитивном уровне кажется - чего-то не хватает. Энтропии? Беспорядка? Так его полно в физическом мире - утверждает ведущая программы, доктор физико-математических наук, Карима Нигматулина-Мащицкая. А гости программы пытались воссоединить в единое целое два понятия - энтропию и целесообразность. Участники программы: доктор философских наук, кандидат физико-математических наук, Владимир Буданов, и доктор физико-математических наук, Александр Панов.

Питер Эткинз

Эта книга предназначена для широкого круга читателей, желающих узнать больше об окружающем нас мире и о самих себе. Автор, известный ученый и популяризатор науки, с необычайной ясностью и глубиной объясняет устройство Вселенной, тайны квантового мира и генетики, эволюцию жизни и показывает важность математики для познания всей природы и человеческого разума в частности.

Игорь Иванов

Неравновесная термодинамика, изучающая, среди прочего, самоорганизацию в живых системах, получила в распоряжение новую модельную систему, удобную как для теоретических расчетов, так и для постановки экспериментов, - двумерную пену.

Денис Тарасов

Современная наука не в состоянии точно ответить на вопрос, как возникла жизнь, однако предложенные на сегодняшний день механизмы свидетельствуют о принципиальной возможности самозарождения, а также, в определённой степени, о его неизбежности.

Дэвид Дойч

Книга известного американского специалиста по квантовой теории и квантовым вычислениям Д.Дойча фактически представляет новую всеобъемлющую точку зрения на мир, которая основывается на четырех наиболее глубоких научных теориях: квантовой физике и ее интерпретации с точки зрения множественности миров, эволюционной теории Дарвина, теории вычислений (в том числе квантовых), теории познания.

Щербаков В. П.

Эволюция – это способ живого противостоять энтропии, нарастающему хаосу и беспорядку. Она творит разные новшества, но естественный отбор сохраняет только те из них, что придают организмам устойчивость к дальнейшим изменениям, те, что позволяют им воспроизводить свои копии в длинном ряду поколений, практически не меняясь. Как это ни странно, но получается, что эволюция работает против себя самой.

«Что такое жизнь с точки зрения физики?»

Выполнила:

Проверил:

2007г.

1. Общие принципы неклассической физики

К современному естествознанию относятся теоретические концепции, сформировавшиеся на протяжении ХХ века в рамках различных научных дисциплин. Важнейшей, естественной наукой является физика, изучающая законы функционирования неорганической формы материи на макро- и микроуровне; астрофизика, предметом которой является свойства и эволюция локальных астрономических объектов; косметология, моделирующая эволюцию Вселенной в целом (мегауровне). Современная наука характеризуется осознанием целостности своих объектов и взаимосвязанности законов их существования.

Физика по-прежнему остается одной из ведущих дисциплин в естествознании. Современная физическая картина мира представляет собой систему фундаментальных знаний о закономерностях существования неорганической материи, об основаниях целостности и многообразия явлений природы. Современная физика исходит из ряда фундаментальных предпосылок:

Во-первых, она признает объективное существование физического мира, однако отказывается от наглядности, законы современной физики не всегда демонстративны, в некоторых случаях их наглядное подтверждение - опыт - просто невозможен;

Во-вторых, современная физика утверждает существование трех качественно различающихся структурных уровней материи: мегамира - мира космических объектов и систем; макромира - мира макроскопических тел, привычного мира нашего эмпирического опыта; микромира - мира микрообъектов, молекул, атомов, элементарных, частиц и т.п.

Классическая физика изучала способы взаимодействия и строение макроскопических тел, законы классической механики описывают процессы макромира. Современная же физика (квантовая) занимается изучением микромира, соответственно законы квантовой механики описывают поведение микрочастиц. Мегамир - предмет астрономии и космологии, которые опираются на гипотезы, идеи и принципы неклассической (релятивистской и квантовой) физики;

В-третьих, неклассическая физика утверждает зависимость описания поведения физических объектов от условий наблюдения, т.е. от познающего эти процессы человека (принцип дополнительности);

В-четвертых, современная физика признает существование ограничений на описание состояния объекта (принцип неопределенности);

В-пятых, релятивистская физика отказывается от моделей и принципов механистического детерминизма, сформулированного в классической философии и предполагавшего возможность описать состояние мира в любой момент времени, опираясь на знание начальных условий. Процессы в микромире описываются статистическими закономерностями, а предсказания в квантовой физике носят вероятностный характер.

При всех различиях современная физика, так же как и классическая механика, изучает законы существования природы. Закон понимается как объективная, необходимая, всеобщая повторяющаяся и существенная связь между явлениями и событиями. Любой закон имеет ограниченную сферу действия.

Например, распространение законов механики, оправдывающих себя в пределах макромира, на уровень квантовых взаимодействий недопустимо. Процессы, происходящие в микромире, подчиняются другим законам. Проявление закона зависит также от конкретных условий, в которых он, этот мир, реализуется, изменение условий может усилить или, напротив, ослабить действие закона. Действие одного закона корректируется и видоизменяется другими законами.

Динамические закономерности характеризуют поведение изолированных, индивидуальных объектов и позволяют установить точно определенную связь между отдельными состояниями предмета. Иначе говоря, динамические закономерности повторяются в каждом конкретном случае и имеют однозначный характер. Например, динамическими законами являются законы классической механики.

Классическое естествознание абсолютизировало динамические закономерности. Совершенно верные представления о взаимной связи всех явлений и событий в философии XVII-XVIII веков привели к неправильному выводу о существовании в мире всеобщей необходимости и об отсутствии случайности. Такая форма детерминизма получила название механистического. Механистический детерминизм говорит о том, что все типы взаимосвязи и взаимодействия механические и отрицает объективный характер случайности. Например, один из сторонников этого типа детерминизма, Б.Спиноза, считал, что мы называем явление случайным только вследствие недостатка наших знаний о нем. Следствием механистического детерминизма является фатализм - учение о всеобщей предопределенности явлений и событий, которое фактически сливается с верой в божественное предопределение.

Проблема ограниченности механистического детерминизма особенно четко обозначилась в связи с открытиями в квантовой физике. Закономерности взаимодействий в микромире оказалось невозможным объяснить с точки зрения принципов механистического детерминизма. Сначала новые открытия в физике привели к отказу от детерминизма, однако позже способствовали формированию нового содержания этого принципа. Механистический детерминизм перестал ассоциироваться с детерминизмом вообще. М.Борн писал: «… что новейшая физика отбросила причинность, целиком необоснованно». Действительно, современная физика отбросила или видоизменила многие традиционные идеи; но она перестала бы быть наукой, если бы прекратила поиски причин явлений. Причинность, таким образом, не изгоняется из постклассической науки, однако представления о ней меняются. Следствием этого становятся трансформация принципа детерминизма и введение понятия статистических закономерностей.

Статистические закономерности проявляются в массе явлений, и имеют форму тенденции. Эти законы иначе называют вероятностными, так как они описывают состояние индивидуального объекта лишь с определенной долей вероятности. Статистическая закономерность возникает в результате взаимодействия большого числа элементов, поэтому характеризует их поведение в целом. Необходимость в статистических закономерностях проявляется через действие множества случайных факторов. Этот тип законов иначе называют законами средних величин. При этом статистические закономерности, так же как и динамические, являются выражением детерминизма. Примерами статистических закономерностей являются законы квантовой механики и законы, действующие в обществе и истории. Понятие вероятности, фигурирующее при описании статистических закономерностей, выражает степень возможности явления или события в конкретной совокупности условий.

Собственно говоря, своим существованием человек нагло и демонстративно нарушает второй закон термодинамики. Согласно этому закону, все физические процессы в конечном итоге направлены в сторону энтропии (термодинамического равновесия), а ведь органическая жизнь возникла явно вопреки энтропийной направленности мира. Попробуем вскипятить чайник и выключить газовую горелку. Через энное количество времени температура воды в чайнике сравняется с температурой воздуха. Это и есть грубая модель действия энтропии. Если нет энергетической подпитки извне, любое физическое тело (материя) стремится прийти в равновесие с окружающей средой, приблизиться к максимально хаотическому состоянию. В этом смысле цель бытия материи - энергии - максимально равномерное (и в тепловом, и в динамическом смысле) рассредоточение в пространстве. И вот в этой стройной логической схеме, "как незаконная комета в кругу расчисленных светил", обнаруживается органическая жизнь, стремящаяся противостоять энтропии, создающая антиэнтропийную модель бытия. Внутри человеческого организма (как и у всех других видов органической материи) есть своего рода "газовая горелка", рассчитанная на определенный срок работы. Живой организм - упорядоченная структура, с помощью метаболизма (обмена веществ) противостоящая переходу в равновесие с окружающей средой. Впрочем, еще в 1955 году Эрвин Шредингер возражал против примитивного трактования метаболизма как основы жизни. "...Представляется нелепостью, - писал он, - чтобы главным был именно обмен веществ. Любой атом азота, кислорода, серы и т. п. так же хорош, как любой другой атом того же элемента. Что же достигается их обменом? Одно время наше любопытство удовлетворялось утверждением, что мы питаемся энергией. В ресторанах некоторых стран вы могли бы найти карточки-меню, указывающие цену каждого блюда и содержание в нем энергии (калорий). Нечего и говорить, что это нелепость, ибо во взрослом организме содержание энергии так же постоянно, как и содержание материи. Каждая калория, конечно, имеет ту же ценность, что и любая другая, поэтому нельзя понять, чему может помочь простой обмен калорий". Что же тогда составляет драгоценное нечто, содержащееся в нашей пище, что предохраняет нас от смерти? На это легко ответить, считает Шредингер. "Каждый процесс, явление, событие (назовите его, как хотите), короче говоря, все, что происходит в Природе, означает увеличение энтропии в той части Вселенной, где это имеет место. Так и живой организм непрерывно увеличивает свою энтропию, или, иначе, производит положительную энтропию и, таким образом, приближается к опасному состоянию максимальной энтропии, представляющему собой смерть. Он может избежать этого состояния, то есть оставаться живым, только постоянно извлекая из окружающей его среды отрицательную энтропию, которая представляет собой нечто весьма положительное, как мы сейчас увидим. Отрицательная энтропия - это то, чем организм питается. Или, чтобы выразить это менее парадоксально, существенно в метаболизме то, что организму удается освобождаться от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока он жив". Разъясняя механизм задержки перехода живого организма к термодинамическому равновесию (т.е. к смерти), неуклюжее выражение "отрицательная энтропия" Шредингер заменяет выражением "энтропия, взятая с отрицательным знаком, которая "есть сама по себе мера упорядоченности". Человеческий организм может противостоять смерти, лишь поддерживая себя на достаточно высоком уровне упорядоченности. Для этого ему нужно извлекать упорядоченность ив окружающей среды, дабы компенсировать энтропийные процессы, идущие в клетках. Вот почему живой организм не может питаться химическими веществами в первозданном виде, то есть - находящимися на низкой стадии упорядоченности. Нам для питания необходимо крайне хорошо упорядоченное состояние материи в более или менее сложных органических соединениях. Следующий вопрос, который мы задаем себе, исходя из теории "отрицательной энтропии", таков: почему же мы все-таки умираем, несмотря на то, что можем отлично питаться "органической упорядоченностью"? Умирают даже миллионеры, которые могут поглощать "отрицательную энтропию" любого качества и количества. Дело в том, что противостоянием энтропии в нашем организме заведует специальная программа, заложенная в наших генах. Программа эта рассчитана на определенный срок работ, после которого приводные ремни управления организмом рвутся, и тело начинает разрушаться по частям. (К вопросу о том, кто заложил в нас эту программу, мы еще вернемся.) Раньше ученые считали, что клетки человека могут делиться бесчисленное количество раз. Но Леонард Хайфлик обнаружил печальное для нас качество клеток - предел их деления. Таким образом, подтвердилась блестящая догадка Шредингера о сходстве между часовым механизмом и организмом. Это сходство, по словам физика, просто и исключительно сводится к тому, что в основе последнего лежит твердое тело - апериодический кристалл, образующий наследственное вещество, не подверженное воздействию беспорядочного теплового движения. "Но, пожалуйста, не ставьте мне в вину, - кокетливо оправдывается Шредингер, - что я будто бы называю хромосомные нити "зубцами органической машины", но крайней мере, не делайте этого без ссылки на те глубокие физические теории, на которых основано сходство. Потому что действительно не нужно большого красноречия, чтобы напомнить основное различие между ними и оправдать для биологического случая эпитеты - новый и беспрецедентный. Наиболее поразительными различиями являются, во-первых, своеобразное распределение "зубцов" в многоклеточном организме и, во-вторых, то, что отдельный зубец - негрубое человеческое изделие, а прекраснейший шедевр, когда-либо созданный по милости Господней квантовой механики".

Славянский амулет изготавливается строго индивидуально под своего владельца с использованием информации об имени и дате рождения. Начинается все в местной кузнице, где раскаленный сплав трех металлов обретает форму круга — древнего символа цикличности жизни. Лицевая и обратная стороны обтачиваются вручную.

После этого старейшина общины — Человек большой Силы — совершает специальный обряд с древними проговорами, в процессе которого на амулет наносится клеймо в виде могущественной руны.

В основе амулета - сочетание металла и камня, отражающее единение физического и духовного в человеке. Красный камень воздействует на энергетические центры и пробуждает в человеке столп энергии любви, которая притягивает в жизнь нужных людей и нужные события.

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер - австрийский физиктеоретик, лауреат Нобелевской премии по физике . Один из разработчиков квантовой механики и волновой теории материи. В 1945 г. Шредингер пишет книгу «Что такое жизнь с точки зрения физики?», оказавшую существенное влияние на развитие биофизики и молекулярной биологии. В этой книге внимательно рассмотрено несколько важнейших проблем. Основополагающим является вопрос: «Как могут физика и химия объяснить те явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма?». Текст и рисунки восстановлены по книге, вышедшей в 1947 г. в издательстве Иностранной литературы.

Э. Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики? – М.: РИМИС, 2009. – 176 с.

Скачать краткий конспект в формате или

Глава I. Подход классического физика к предмету

Наиболее существенная часть живой клетки - хромосомная нить - может быть названа апериодическим кристаллом. В физике мы до сих пор имели дело только с периодическими кристаллами. Поэтому не очень удивительно, что химик-органик уже сделал большой и важный взнос в разрешение проблемы жизни, в то время как физик не внес почти ничего.

Почему атомы так малы? Было предложено много примеров, чтобы уяснить этот факт широкой публике, но не было ни одного более выразительного примера, чем тот, который привел когда-то лорд Кельвин: предположите, что вы можете поставить метки на все молекулы в стакане воды; после этого вы выльете содержимое стакана в океан и тщательно перемешаете океан так, чтобы распределить отмеченные молекулы равномерно во всех морях мира; если вы далее возьмете стакан воды где угодно, в любом месте океана, - вы найдете в этом стакане около сотни ваших отмеченных молекул.

Все наши органы чувств, составленные из неисчислимых атомов, оказываются слишком грубыми, чтобы воспринимать удары отдельного атома. Мы не можем ни видеть, ни слышать, ни чувствовать отдельных атомов. Обязательно ли должно быть так? Если бы дело обстояло не так, если бы человеческий организм был столь чувствителен, что несколько атомов или даже отдельный атом мог бы произвести заметное впечатление на наши органы чувств, на что была бы похожа жизнь!

Имеется только одна и единственная вещь, представляющая особый интерес для нас в нас самих, - это то, что мы можем чувствовать, думать и понимать. В отношении тех физиологических процессов, которые ответственны за наши мысли и чувства, все другие процессы в организме играют вспомогательную роль, по крайней мере, с человеческой точки зрения.

Все атомы все время проделывают совершенно беспорядочные тепловые движения. Только в соединении огромного количества атомов статистические законы начинают действовать и контролировать поведение этих объединений с точностью, возрастающей с увеличением числа атомов, вовлеченных в процесс. Именно этим путем события приобретают действительно закономерные черты. Точность физических законов основана на большом количестве участвующих атомов.

Степень неточности, которую надо ожидать в любом физическом законе – . Если некоторый газ при определенном давлении и температуре имеет определенную же плотность, то я могу сказать, что внутри какого-то объема имеется n молекул газа. Если в какой-то момент времени вы сможете проверить мое утверждение, то вы найдете его неточным, и отклонение будет порядка . Следовательно, если n = 100, вы нашли бы отклонение равным приблизительно 10. Таким образом, относительная ошибка здесь равна 10%. Но если n = 1 миллиону, вы бы, вероятно, нашли отклонение равным примерно 1000, и таким образом относительная ошибка равняется 0,1%.

Организм должен иметь сравнительно массивную структуру для того, чтобы наслаждаться благоденствием вполне точных законов как в своей внутренней жизни, так и при взаимодействии с внешним миром. Иначе количество участвующих частиц было бы слишком мало и «закон» слишком неточен.

Глава II. Механизм наследственности

Выше мы пришли к заключению, что организмы со всеми протекающими в них биологическими процессами должны иметь весьма «многоатомную» структуру, и для них необходимо, чтобы случайные «одноатомные» явления не играли в них слишком большой роли. Теперь мы знаем, что такая точка зрения не всегда верна.

Разрешите мне воспользоваться словом «план» (pattern) организма, обозначая этим не только структуру и функционирование организма во взрослом состоянии или на любой другой определенной стадии, но организм в его онтогенетическом развитии, от оплодотворенной яйцеклетки до стадии зрелости, когда он начинает размножаться. Теперь известно, что весь этот целостный план в четырех измерениях (пространство + время) определяется структурой всего одной клетки, а именно - оплодотворенного яйца. Более того, ее ядром, а еще точнее – парой хромосом: один набор приходит от матери (яйцевая клетка) и один - от отца (оплодотворяющий сперматозоид). Каждый полный набор хромосом содержит весь шифр, хранящийся в оплодотворенной яйцеклетке, которая представляет самую раннюю стадию будущего индивидуума.

Но термин шифровальный код, конечно, слишком узок. Хромосомные структуры служат в то же время и инструментом, осуществляющим развитие, которое они же предвещают. Они являются и кодексом законов и исполнительной властью или, употребляя другое сравнение, они являются и планом архитектора и силами строителя в одно и то же время.

Как хромосомы ведут себя в онтогенезе? Рост организма осуществляется последовательными клеточными делениями. Такое клеточное деление называется митозом. В среднем достаточно 50 или 60 последовательных делений, чтобы произвести количество клеток, имеющихся у взрослого человека.

Как ведут себя хромосомы в митозе? Они удваиваются, удваиваются оба набора, обе копии шифра. Каждая, даже наименее важная отдельная клетка обязательно обладает полной (двойной) копией шифровального кода. Существует единственное исключение из этого правила – редукционное деление или мейоз (рис. 1; автор немного упростил описание, чтобы сделать его более доступным).

Один набор хромосом происходит от отца, один - от матери. Ни случайность, ни судьба не могут помешать этому. Но когда вы проследите происхождение вашей наследственности вплоть до ваших дедов и бабок, то дело оказывается иным. Например, набор хромосом, пришедших ко мне от отца, в частности хромосома № 5. Это будет точная копия или того № 5, который мой отец получил от своего отца, или того № 5, который он получил от своей матери. Исход дела был решен (с вероятностью 50:50 шансов). Точно та же история могла бы быть повторена относительно хромосом № 1, 2, 3… 24 моего отцовского набора и относительно каждой из моих материнских хромосом.

Но роль случайности в смешении дедушкиной и бабушкиной наследственности у потомков еще больше, чем это могло показаться из предыдущего описания, в котором молчаливо предполагалось или даже прямо утверждалось, что определенные хромосомы пришли как целое или от бабушки, или от дедушки; другими словами, что единичные хромосомы пришли неразделенными. В действительности это не так или не всегда так. Перед тем как разойтись в редукционном делении, скажем в том, которое происходило в отцовском теле, каждые две «гомологичные» хромосомы приходят в тесный контакт одна с другой и иногда обмениваются друг с другом значительными своими частями (рис. 2). Явление кроссинговера, будучи не слишком редким, но и не слишком частым, обеспечивает нас ценнейшей информацией о расположении свойств в хромосомах.

Рис. 2. Кроссинговер. Слева - две гомологичные хромосомы в контакте; справа - после обмена и разделения.

Максимальный размер гена. Ген – материальный носитель определенной наследственной особенности – равен кубу со стороной в 300 . 300 - это только около 100 или 150 атомных расстояний, так что ген содержит не более миллиона или нескольких миллионов атомов. Согласно статистической физике такое число слишком мало (с точки зрения ), чтобы обусловить упорядоченное и закономерное поведение.

Глава III. Мутации

Мы теперь определенно знаем, что Дарвин ошибался, когда считал, что материалом, на основе которого действует естественный отбор, служат малые, непрерывные, случайные изменения, обязательно встречающиеся даже в наиболее однородной популяции. Потому что было доказано, что эти изменения не наследственны. Если вы возьмете урожай чистосортного ячменя и измерите у каждого колоса длину остей, а затем вычертите результат вашей статистики, вы получите колоколообразную кривую (рис. 3). На этом рисунке количество колосьев с определенной длиной остей отложено против соответствующей длины остей. Другими словами, преобладает известная средняя длина остей, а отклонения в том и другом направлении встречаются с определенными частотами. Теперь выберите группу колосьев, обозначенную черным, с остями, заметно превосходящими среднюю длину, но группу достаточно многочисленную, чтобы при посеве в поле она дала новый урожай. Проделывая подобный статистический опыт, Дарвин ожидал бы, что для нового урожая кривая сдвинется вправо. Другими словами, он ожидал бы, что отбор произведет увеличение средней величины остей. Однако на деле этого не случится.

Рис. 3. Статистика длины остей в чистосортном ячмене. Черная группа должна быть отобрана для посева

Отбор не дает результата, потому что малые, непрерывные различия не наследуются. Они, очевидно, не обусловлены строением наследственного вещества, они случайны. Голландец Хуго де-Фриз открыл, что в потомстве даже совершенно чистосортных линий появляется очень небольшое число особей - скажем, две или три на десятки тысяч – с малыми, но «скачкообразными» изменениями. Выражение «скачкообразные» означает здесь не то, что изменения очень значительны, а только факт прерывистости, так как между неизмененными особями и немногими измененными нет промежуточных форм. Де-Фриз назвал это мутацией . Существенной чертой тут является именно прерывистость. Физику она напоминает квантовую теорию - там тоже не наблюдается промежуточных ступеней между двумя соседними энергетическими уровнями.

Мутации наследуются так же хорошо, как первоначальные неизмененные признаки. Мутация определенно является изменением в наследственном багаже и должна обусловливаться каким-то изменением наследственной субстанции. В силу их свойства действительно передаваться потомкам, мутации служат также подходящим материалом и для естественного отбора, который может работать над ними и производить виды, как это описано Дарвином, элиминируя неприспособленных и сохраняя наиболее приспособленных.

Определенная мутация вызывается изменением в определенной области одной из хромосом. Мы твердо знаем, что это изменение происходит только в одной хромосоме и не возникает одновременно в соответствующем «локусе» гомологичной хромосомы (рис. 4). У мутантной особи две «копии шифровального кода» больше уже не одинаковы; они представляют два различных «толкования» или две «версии».

Рис. 4. Гетерозиготный мутант. Крестом отмечен мутировавший ген

Версия, которой следует особь, называется доминантной, противоположная - рецессивной; другими словами, мутация называется доминантной или рецессивной в зависимости от того, проявляет ли она свой эффект сразу или нет. Рецессивные мутации даже более часты, чем доминантные, и бывают весьма важными, хотя они не сразу обнаруживаются. Чтобы изменить свойства организма, они должны присутствовать в обеих хромосомах (рис. 5).

Рис. 5. Гомозиготный мутант, полученный в одной четверти потомства при самооплодотворении гетерозиготных мутантов (см. рис. 4) или при скрещивании их между собой

Версия шифровального кода - будь она первоначальной или мутантной, - принято обозначать термином аллель . Когда версии различны, как это показано на рис. 4, особь называется гетерозиготной в отношении этого локуса. Когда они одинаковы, как, например, в немутировавших особях или в случае, изображенном на рис. 5, они называются гомозиготными. Таким образом, рецессивные аллели влияют на признаки только в гомозиготном состоянии, тогда как доминантные аллели производят один и тот же признак как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии.

Особи могут быть совершенно подобны по внешности и, однако, различаться наследственно. Генетик говорит, что у особей один и тот же фенотип, но различный генотип. Содержание предыдущих параграфов может быть, таким образом, суммировано в кратком, но высоко техническом выражении: рецессивная аллель влияет на фенотип, только когда генотип гомозиготен.

Процент мутаций в потомстве - так называемый темп мутирования - можно увеличить во много раз по сравнению с естественным мутационным темпом, если освещать родителей х -лучами или γ -лучами. Мутации, вызванные таким путем, ничем (за исключением большей частоты) не отличаются от возникающих самопроизвольно.

Глава IV. Данные квантовой механики

В свете современного знания механизм наследственности тесно связан с основой квантовой теории. Величайшим открытием квантовой теории были черты дискретности. Первый случай этого рода касался энергии. Тело большого масштаба изменяет свою энергию непрерывно. Например, начавший качаться маятник постепенно замедляется вследствие сопротивления воздуха. Хотя это довольно странно, но приходится принять, что система, имеющая размер атомного порядка, ведет себя иначе. Малая система по самому своему существу может находиться в состояниях, отличающихся только дискретными количествами энергии, называемыми ее специфическими энергетическими уровнями. Переход от одного состояния к другому представляет собой несколько таинственное явление, обычно называемое «квантовым скачком».

Среди прерывистой серии состояний системы атомов необязательно, но все же может существовать наиболее низкий уровень, предполагающий тесное сближение ядер друг с другом. Атомы в таком состоянии образуют молекулу. Молекула будет иметь известную устойчивость; конфигурация ее не может изменяться, по крайней мере до тех пор, пока она не будет снабжена извне разностью энергий, необходимой, чтобы «поднять» молекулу на ближайший, более высокий уровень. Таким образом, эта разница уровней, представляющая собой совершенно определенную величину, характеризует количественно степень устойчивости молекулы.

При всякой температуре (выше абсолютного нуля) имеется определенная, большая или меньшая, вероятность подъема на новый уровень, причем эта вероятность, конечно, увеличивается с повышением температуры. Наилучший способ выразить эту вероятность - это указать среднее время, которое следует выждать, пока не произойдет подъем, то есть указать «время ожидания». Время ожидания зависит от отношения двух энергий: энергетической разности, какая необходима для подъема (W), и интенсивности теплового движения при данной температуре (обозначим через Т абсолютную температуру и через kТ эту характеристику; k – постоянная Больцмана ; 3/2kT представляет собой среднюю кинетическую энергию атома газа при температуре Т).

Удивительно, насколько сильно время ожидания зависит от сравнительно малых изменений отношения W:kT. Например, для W, которое в 30 раз больше, чем kТ, время ожидания будет всего 1/10 секунды, но оно повышается до 16 месяцев, когда W в 50 раз больше kТ, и до 30 000 лет, когда W в 60 раз больше kТ.

Причина чувствительности в том, что время ожидания, назовем его t, зависит от отношения W:kТ как степенная функция, то есть

τ - некоторая малая константа порядка 10 –13 или 10 –14 секунды. Этот множитель имеет физический смысл. Его величина соответствует порядку периода колебаний, все время происходящих в системе. Вы могли бы, вообще говоря, сказать: этот множитель обозначает, что вероятность накопления требуемой величины W, хотя и очень мала, повторяется снова и снова «при каждой вибрации», т.е. около 10 13 или 10 14 раз в течение каждой секунды.

Степенная функция не случайная особенность. Она снова и снова повторяется в статистической теории тепла, образуя как бы ее спинной хребет. Это - мера невероятности того, что количество энергии, равное W, может случайно собраться в некоторой определенной части системы, и именно эта невероятность возрастает так сильно, когда требуется многократное превышение средней энергии kТ для того, чтобы преодолеть порог W.

Предлагая эти соображения как теорию устойчивости молекул, мы молчаливо приняли, что квантовый скачок, называемый нами «подъемом», ведет если не к полной дезинтеграции, то, по крайней мере, к существенно иной конфигурации тех же самых атомов - к изомерной молекуле, как сказал бы химик, то есть к молекуле, состоящей из тех же самых атомов, но в другом расположении (в приложении к биологии это может представлять новую «аллель» того же самого «локуса», а квантовый скачок будет соответствовать мутации).

Химику известно, что одна и та же группа атомов при образовании молекул может объединиться более чем одним способом. Такие молекулы называются изомерными, т.е., состоящими из тех же частей (рис. 6).

Замечателен тот факт, что обе молекулы весьма устойчивы, - обе ведут себя так, как если бы они были «нижним уровнем». Самопроизвольных переходов от одного состояния к другому не бывает. В применении к биологии нас будут интересовать переходы только такого «изомерного» типа, когда энергия, необходимая для перехода (величина, обозначаемая W), в действительности является не разностью уровней, а ступенькой от исходного уровня до порога (см. стрелки на рис. 7). Переходы без порога между исходным и конечным состояниями совершенно не представляют интереса, и не только применительно к биологии. Они действительно ничего не меняют в химической устойчивости молекул. Почему? Они не дают продолжительного эффекта и остаются незамеченными. Ибо когда они происходят, то за ними почти немедленно следует возвращение в исходное состояние, поскольку ничто не препятствует такому возвращению.

Рис. 7. Энергетический порог 3 между изомерными уровнями 1 и 2. Стрелки указывают минимум энергии, требующейся для перехода.

Глава V. Обсуждение и проверка модели Дельбрюка

Мы примем, что по своей структуре ген является гигантской молекулой, которая способна только к прерывистым изменениям, сводящимся к перестановке атомов с образованием изомерной молекулы (для удобства я продолжаю называть это изомерным переходом, хотя было бы нелепостью исключать возможность какого-либо обмена с окружающей средой). Энергетические пороги, отделяющие данную конфигурацию от любых возможных изомерных, должны быть достаточно высоки (сравнительно со средней тепловой энергией атома), чтобы сделать переходы редкими событиями. Эти редкие события мы будем отождествлять со спонтанными мутациями.

Часто спрашивали, как такая крошечная частичка вещества - ядро оплодотворенного яйца - может вместить сложный шифровальный код, включающий в себя все будущее развитие организма? Хорошо упорядоченное объединение атомов, наделенное достаточной устойчивостью для длительного сохранения своей упорядоченности, представляется единственно мыслимой материальной структурой, в которой разнообразие возможных («изомерных») комбинаций достаточно велико, чтобы заключать в себе сложную систему «детерминаций» в пределах минимального пространства.

Глава VI. Упорядоченность, неупорядоченность и энтропия

Из общей картины наследственного вещества, нарисованной в модели Дельбрюка, следует, что живая материя, хотя и не избегает действия «законов физики», установленных к настоящему времени, по-видимому, заключает в себе до сих пор неизвестные «другие законы физики». Попробуем разобраться с этим. В первой главе было объяснено, что законы физики, как мы их знаем, это статистические законы. Они связаны с естественной тенденцией вещей переходить к неупорядоченности.

Но для того, чтобы примирить высокую устойчивость носителей наследственности с их малыми размерами и обойти тенденцию к неупорядоченности, нам пришлось «изобрести молекулу», необычно большую молекулу, которая должна быть шедевром высоко дифференцированной упорядоченности, охраняемой волшебной палочкой квантовой теории. Законы случайности не обесцениваются этим «изобретением», но изменяется их проявление. Жизнь представляет собой упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но частично и на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время.

Что является характерной чертой жизни? Когда мы говорим про кусок материи, что он живой? Когда он продолжает «делать что-либо», двигаться, обмениваться веществами с окружающей средой и т.д., - и все это в течение более долгого времени, чем по нашим ожиданиям мог бы делать неодушевленный кусок материи при подобных же условиях. Если неживую систему изолировать или поместить в однородные условия, всякое движение, обычно, очень скоро прекращается в результате различного рода трений; разности электрических или химических потенциалов выравниваются, вещества, которые имеют тенденцию образовывать химические соединения, образуют их, температура становится однообразной благодаря теплопроводности. После этого система в целом угасает, превращается в мертвую инертную массу материи. Достигнуто неизменное состояние, в котором не возникает никаких заметных событий. Физик называет это состоянием термодинамического равновесия или «максимальной энтропии».

Именно в силу того, что организм избегает бы строго перехода в инертное состояние «равновесия», он и кажется столь загадочным: настолько загадочным, что с древнейших времен человеческая мысль допускала, будто в организме действует какая-то специальная, не физическая, сверхъестественная сила.

Как же живой организм избегает перехода к равновесию? Ответ прост: благодаря еде, питью, дыханию и (в случае растений) ассимиляции. Это выражается специальным термином-метаболизм (от греческого – перемена или обмен). Обмен чего? Первоначально, без сомнения, подразумевался обмен веществ. Но представляется нелепостью, чтобы существенным был именно обмен веществ. Любой атом азота, кислорода, серы и т.д. так же хорош, как любой другой того же рода. Что могло бы быть достигнуто их обменом? Что же тогда составляет то драгоценное нечто, содержащееся в нашей пище, что предохраняет нас от смерти?

Каждый процесс, явление, событие, все, что происходит в природе, означает увеличение энтропии в той части мира, где это происходит. Так и живой организм непрерывно увеличивает свою энтропию - или, говоря иначе, производит положительную энтропию и таким образом приближается к опасному состоянию максимальной энтропии, которое представляет собою смерть. Он может избегнуть этого состояния, то есть оставаться живым, только путем постоянного извлечения из окружающей его среды отрицательной энтропии. Отрицательная энтропия - вот то, чем организм питается. Или, чтобы выразить это менее парадоксально, существенно в метаболизме то, что организму удается освобождать себя от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока он жив.

Что такое энтропия? Это не туманное представление или идея, а измеримая физическая величина. При абсолютном нуле температуры (около –273°С) энтропия любого вещества равна нулю. Если вы переводите вещество в любое другое состояние, то энтропия возрастает на величину, вычисляемую путем деления каждой малой порции тепла, затрачиваемой во время этой процедуры, на абсолютную температуру, при которой это тепло затрачено. Например, когда вы расплавляете твердое тело, то энтропия возрастает на величину теплоты плавления, деленной на температуру при точке плавления. Вы видите из этого, что единица, которой измеряется энтропия, есть кал/°С. Гораздо более важна для нас связь энтропии со статистической концепцией упорядоченности и неупорядоченности, связь, открытая исследованиями Больцмана и Гиббса по статистической физике. Она также является точной количественной связью и выражается

энтропия = k log D

где k - постоянна Больцмана и D - количественная мера атомной неупорядоченности в рассматриваемом теле.

Если D есть мера неупорядоченности, то обратная величина 1/D может рассматриваться как мера упорядоченности. Поскольку логарифм 1/D есть то же, что отрицательный логарифм D, мы можем написать уравнение Больцмана таким образом:

– (энтропия) = k log (1/D)

Теперь неуклюжее выражение «отрицательная энтропия» может быть заменено лучшим: энтропия, взятая с отрицательным знаком, есть сама по себе мера упорядоченности. Cредство, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (= достаточно низкому уровню энтропии), в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей его среды (для растений собственным мощным источником «отрицательной энтропии» служит, конечно, солнечный свет).

Глава VIII. Основана ли жизнь на законах физики?

Все известное нам о структуре живого вещества заставляет ожидать, что деятельность живого вещества нельзя свести к обычным законам физики. И не потому, что имеется какая-нибудь «новая сила» или что-либо еще, управляющее поведением отдельных атомов внутри живого организма, но потому, что его структура отличается от всего изученного нами до сих пор.

Физикой управляют статистические законы. В биологии мы встречаемся с совершенно иным положением. Единичная группа атомов, существующая только в одном экземпляре, производит закономерные явления, чудесно настроенные одно в отношении другого и в отношении внешней среды, согласно чрезвычайно тонким законам.

Мы здесь встречаемся с явлениями, регулярное и закономерное развертывание которых определяется «механизмом», полностью отличающимся от «механизма вероятности» физики. В каждой клетке руководящее начало заключено в единичной атомной ассоциации, существующей только в одной копии, и оно направляет события, служащие образцом упорядоченности. Подобное не наблюдается нигде за исключением живого вещества. Физик и химик, исследуя неодушевленную материю, никогда не встречали феноменов, которые им приходилось бы интерпретировать подобным образом. Такой случай еще не возникал, и поэтому теория не покрывает его – наша прекрасная статистическая теория.

Упорядоченность, наблюдаемая в развертывании жизненного процесса, возникает из иного источника. Оказывается, есть два различных «механизма», которые могут производить упорядоченные явления: «статистический механизм», создающий «порядок из беспорядка», и новый механизм, производящий «порядок из порядка».

Для объяснения этого мы должны пойти несколько дальше и ввести уточнение, чтобы не сказать улучшение, в наше прежнее утверждение, что все физические законы основаны на статистике. Это утверждение, повторявшееся снова и снова, не могло не привести к противоречию. Ибо действительно имеются явления, отличительные черты которых явно основаны на принципе «порядок из порядка» и ничего, кажется, не имеют общего со статистикой или молекулярной неупорядоченностью.

Когда же физическая система обнаруживает «динамический закон» или «черты часового механизма»? Квантовая теория дает на этот вопрос краткий ответ, а именно - при абсолютном нуле температуры. При приближении к температуре нуль молекулярная неупорядоченность перестает влиять на физические явления. Это - знаменитая «тепловая теорема» Вальтера Нернста , которой иногда, и не без основания, присваивают громкое название «Третьего Закона Термодинамики» (первый - это принцип сохранения энергии, второй - принцип энтропии). Не следует думать, что это должна быть всегда очень низкая температура. Даже при комнатной температуре энтропия играет удивительно незначительную роль во многих химических реакциях.

Для маятниковых часов комнатная температура практически эквивалентна нулю. Это - причина того, что они работают «динамически». Часы способны функционировать «динамически», так как они построены из твердых тел, чтобы избежать нарушающего действия теплового движения при обычной температуре.

Теперь, я думаю, надо немного слов, чтобы сформулировать сходство между часовым механизмом и организмом. Оно просто и исключительно сводится к тому, что последний также построен вокруг твердого тела - апериодического кристалла, образующего наследственное вещество, не подверженное в основном воздействию беспорядочного теплового движения.

Эпилог. О детерминизме и свободе воли

Из того, что было изложено выше, ясно, что протекающие в теле живого существа пространственно-временные процессы, которые соответствуют его мышлению, самосознанию или любой другой деятельности, если не вполне строго детерминированы, то во всяком случае статистически детерминированы. Это неприятное чувство возникает потому, что принято думать, будто такое представление находится в противоречии со свободой воли, существование которой подтверждается прямым самонаблюдением. Поэтому посмотрим, не сможем ли мы получить правильное и непротиворечивое заключение, исходя из следующих двух предпосылок:

1. Мое тело функционирует как чистый механизм, подчиняясь всеобщим законам природы.
2. Однако из неопровержимого, непосредственного опыта я знаю, что я управляю действиями своего тела и предвижу результаты этих действий. Эти результаты могут иметь огромное значение в определении моей судьбы, и в таком случае я чувствую и сознательно беру на себя полную ответственность за свои действия.

Автор здесь выражается неточно, говоря о расположении в хромосоме «свойств» или «признаков». Как он сам далее указывает, в хромосоме расположены не сами свойства, а лишь определенные материальные структуры (гены), различия в которых приводят к видоизменениям определенных свойств всего организма в целом. Это надо постоянно иметь в виду, ибо Шредингер все время пользуется кратким выражением «свойства». - Прим. пер.

Я не вполне понял этот пассаж Шредингера. Замечу, что в послесловии, написанном переводчиком в 1947 г., философия Шредингера подвергается критике с позиций марксизма-ленинизма… 🙂 Прим. Багузина