вторник, 14 апреля 2020 г.

ТРУДНО ЛИ СТАТЬ БОГОМ?


Это попытка представить себя маленьким мальчиком, играющим в конструктор. Когда тебе одиноко, и ты пытаешься построить что-то, что могло бы быть подобием тебя самого, жить своей жизнью, развиваться, стремиться к какой-то цели, при этом радуясь и огорчаясь. И заинтригованно ждать, чем всё это закончится, нисколько не страдая от скуки.

Исходные данные: планета Земля, недавно сформированная и пока ещё горячая; набор химических элементов и их соединений, характерных для данного уголка Космоса; несколько законов-принципов, придуманных тобой для приведения в движение окружающие тебя элементы пространства и ты сам, скучающий от безделья.

Что вообще можно сделать из этого лениво остывающего неорганического мира?

Казалось бы ничего: всё так и останется неживым, потихоньку стремящимся к "тепловой" смерти, согласно закону возрастания энтропии, так некстати придуманного то ли отцом, то ли его святым духом.

Неужели ничего нельзя поделать?

А что, если вдохнуть этот дух в Природу и заставить её стенать и корчится в условиях неравновесности, животворящего и нескончаемого потока духа, который - вот он под рукой: течёт и разливается вокруг без всякой пользы. Ведь тогда не будет никакой "тепловой" смерти, а будут "когерентные" (диссипативные по Пригожину) структуры, которые будут рождаться и умирать, видоизменяться и превращаться в что-то новое, никогда не виданное раньше. Это будет конструктор Жизни, созданный собственными руками.

Сказано... - сделано...

Какие-то элементы неравновесности уже есть: тепло Земли, излучение Солнца, движения воздуха (атмосферы) и воды (там, где планета достаточно остыла), а также твёрдые камни, за которые можно зацепиться и создать себе "уютный домик" и перспективу на будущее.
Вода: замечательный ресурс, растворитель многих (неорганических) соединений, среда, которая допускает существование не только больших волн, течений и водоворотов, но и маленьких движений, связанных с капиллярными свойствами воды и сильным поверхностным натяжением. А главное в воде можно создать мицеллы - эти маленькие химические реакторы, объём которых окружен гидрофобными молекулами, которые можно найти среди залежей нефти, иногда выливающихся на поверхность Земли.

А как создать эти длинные гидрофобные молекулы в нефти, представляющие собой цепочки атомов углерода, соединённые валентными связями и заглушенные на концах атомами водорода или ещё какими-нибудь комплексами?
А зачем? - Они сами создаются при определённых температурных условиях и давлении из более мелких молекул типа метана.
Главное - их чем-нибудь дополнительно возбудить так, чтобы свободным оказался не один электрон у атома углерода, а два или даже три ОДНОВРЕМЕННО. Тогда при одном свободном электроне будет получаться длинная молекула углеводорода, при двух - графен или углеродные нанотрубки, при трёх самый натуральный алмаз или алмазные плёнки (покрытия).


Что-то наподобие клетки-мицеллы мы получили, теперь надо создать в ней циклические процессы - реальный химический реактор, когда через гидрофобную мембрану в клетку проходит одно, а выходит совсем другое, возможно нужное другим клеткам, чтобы получился симбиоз, когда все живут вместе, нужны друг другу, когда вместе защищаются и погибают под натиском окружающей агрессивной среды. А когда коллектив един, сплочен, внешнее воздействие распределяется на многих отдельных представителей так, что становится для них незначительным.
Аналогом такому поведению в неживой природе являются когерентные структуры, например, вихри, большие и маленькие. Попробуйте разрушить такой вихрь. Как правило, он разрушается только целиком, отделить от него отдельные кусочки затруднительно - для этого требуются значительные усилия типа локального удара.

А всё дело в том, что "объединяют" такие структуры всё те же кванты действия (не энергии!).
В газе каждая молекула обладает своим собственным квантом действия. В жидкости или твёрдом теле бывшие молекулы газа объединяются так, что один квант действия распределяется на несколько молекул.
В твёрдом теле объединённые таким образом молекулы (атомы) участвуют в поступательном движении (колебания-фононы), в жидкости они участвуют ещё и во вращательном движении. С природой ничего нельзя сделать, пока не отнимешь у неё хотя бы один целый квант действия. Ни половинку, ни четвертинку или другую какую-то часть отнять не удастся.
Это закон (тот самый, придуманный создателем)!

Трудно без катализаторов. Одни скажут, что с его помощью можно преодолеть некий потенциальный барьер, я же скажу, что две отдельные молекулы обладают двумя квантами действия и, чтобы им "слиться в объятиях", нужно кому-то один лишний квант отдать. Удобно отдать катализатору. У него много атомов и электронов, и один квант действия, распределённый на них всех, даст лишь небольшую прибавку в энергии каждому. А далее пусть он девает этот квант куда хочет, хоть превращает его тепло окружающей среды. Опять же - отдаёт его, исходя из термодинамических соображений. Сначала в клетках-мицеллах можно использовать различные песчинки в качестве катализатора, а со временем обзавестись собственным, сделаным из специальных органических молекул, возможно, позаимствованных у соседей.

Далее трудность заключается в том, чтобы сделать этот маленький реактор непрерывно действующим. Что на этот счёт говорит нам термодинамика и цикл Карно, используемый и в бытовых холодильниках, и в промышленных паровых машинах? А он говорит нам, что для совершения работы нужен не только нагрев, но и охлаждение. Без охлаждения будет только нагрев, нагрев и никакой работы. Значит эта клетка-мицелла должна быть повернута одной стороной к теплу, другой - к холоду. Очень неудобно. Сидеть всё время на одном месте, быть ориентированной и "ждать у моря погоды"?

А можно ли создать источник неравновесности внутри клетки, а сток (охлаждение) - за её пределами?

Тогда и клетка не будет привязана к одному месту, и работу можно совершать в различных местах и различных целях.
Современная наука считает, что можно, и советует организовать поток "пищи" внутрь клетки, там её перерабатывать, отходы выбрасывать, а энергию использовать по назначению. То есть, превратить саму клетку в цикл Карно?
Очевидно, что механическая печка будет долго работать на подающемся транспортёром угле (или дровах), будет выгребать механическим устройством оставшийся шлак, а произведённую энергию - использовать для работы всех этих нужных механических устройств. Может быть что-то даже останется.

Но как быть с модернизацией печки?

Ведь она состарится, а потом и поломается. Где взять внешнего механика? А давайте заставим клетку - говорят биологи - возрождаться снова и снова молодой и невинной как Венера из пены морской. Пусть энтропия состарившейся клетки станет меньше внутри новорождённой, и процесс производства энтропии будет продолжен.
Возможно в открытой системе (а клетка вполне может такой быть) энтропия может УМЕНЬШАТЬСЯ за счёт того, что из клетки её уносится больше, чем в неё поступает. Но реальный физический смысл энтропии, как следует его понимать, заключается в распределении энергии по различным состояниям в системе (правильно: в распределении квантов действия по элементам системы, вернее - логарифма суммы всех состояний).
И выноситься энтропия из системы только вместе с её носителем - использованными "продуктами питания". А не сама по себе.


Получается, что "продукты" поступают в клетку с малой энтропией, там она увеличивается за счет того, что неравновесное состояние "продуктов" становится более равновесным, и уходит из клетки.

Куда деваются в клетке высвободившиеся энергия, если число квантов действия, сколько вошло в клетку - столько и вышло, но при их другом, более равновесном распределении?
Неужели эта энергия расходуется на то, чтобы саму клетку сделать более неравновесной, чем она была?
Но тогда такая клетка превращается в вечный двигатель, запрещённый вторым законом термодинамики, который утверждает, что нельзя холодным телом ещё больше нагреть горячее!

Получается, что нет другого способа сделать клетку неравновесной, кроме как запустить в неё "дух святой", а двойную спираль ДНК сделать "приёмной антенной".
Где "дух святой" может вполне быть реальным физическим пространством (или полем), которое мы пока не умеем диагностировать.

После того, как с помощью "святого духа" мы сделаем клетку воспроизводящей саму себя, стоит подумать о разных клетках, служащих разным целям, но составляющих единый организм. Создав такой организм и не один, а много разных, мы с удивлением обнаруживаем, что они начинают конкурировать между собой за всё те же продукты питания и комфортные условия существования.

Что же заставляет одни организмы вести себя так, а другие иначе?
Существует ли для всех какая-то общая закономерность?

Существует.

И в её отыскании нам помогут эксперименты, проводимые на неравновесных, но всё же более простых физических системах. Совсем недавно выяснилось, что основным принципом поведения закрученных потоков является принцип, связанный с действием, но на этот раз - с переносом действия, поскольку основной характеристикой закрученных потоков является МОМЕНТ ИМПУЛЬСА, по размерности - всё то же ДЕЙСТВИЕ.
И тогда основной принцип неравновесной термодинамики можно сформулировать следующим образом: "Всякая неравновесная система стремится вернуться к равновесию максимально быстрым из возможным способом. Из всех возможных выбирается такой способ и возникает такая структура течения, при котором перенос (поток) действия оказывается максимальным. Но поскольку в каждой реальной среде существует трение, то структура течения возникает такой, что возможная прибавка в переносе действия за счёт изменения её формы не может быть уменьшена за счёт увеличения трения в системе".

Чтобы описать сформулированный выше принцип более простыми словами, приведём такой пример. Давайте начнём нагревать с одного конца твёрдое тело. Возникнет процесс теплопроводности, который можно назвать и процессом переноса энергии, и процессом переноса действия. Вспомним, что действие есть произведение энергии на характерное время или произведение импульса на характерный пространственный масштаб. Начнём нагревать твёрдое тело сильнее. Вместе с потоком энергии (действия) увеличится и трение в системе. В конце концов твёрдое тело расплавится и превратится в жидкость. В жидкости возникнут потоки её элементов, которые переносят тепло (действие) ещё более эффективно. Но структуры течения возникнут не всякие, а только такие, в которых потери на трение не превышают прибавку в переносе тепла. С дальнейшем повышением нагрева возникнут другие структуры, в которых трение возрастёт, но перенос тепла возрастёт ещё больше. Вплоть до того, что структура течения станет турбулентной, но всё ещё выгодной в термодинамическом смысле. Ну, а дальше будет испарение жидкости и превращение её в газ. Хоть газ и не лучшая среда для переноса тепла, но законы природы вынуждают каждую молекулу нести на себе один целый квант действия, и с этим ничего не поделаешь.

Комментариев нет:

Отправка комментария