рефераты, курсовые, дипломы >>> биология, химия

 

Что такое жизнь с точки зрения физической химии

 

Что такое жизнь с точки зрения физической химии

Георгий Гладышев, интернациональная академия творчества, Москва, Россия, Сан-Диего, США

Резюме

Интеграционные процессы в науке способствуют созданию общих теорий. Так, действенность термодинамической теории биологической эволюции и старения живых существ подтверждает общие законы природы, справедливые для всех систем материального мира. Жизнь во Вселенной возникает и развивается в согласовании с этими законами, в частности, законом временных иерархий и вторым началом термодинамики. Теория отвергает главные представления креационизма и соответствует мировоззренческим взорам Г.Галилея, Дж.К.Максвелла, Дж.У.Гиббса, Ч.Дарвина, остальных классиков естествознания.

Эпиграфы к докладу

"One of the principal objects of theoretical research in any department of knowledge is to find the point of view from which the subject appears in its greatest simplicity."

J. Willard Gibbs

Одина из принципиальных целей теоретического исследования в хоть какой области знания состоит в том, чтоб отыскать ту точку зрения, с позиции которой изучаемый объект проявляется в собственной величайшей простоте.

"Yet science seems to have driven us to accept that we all merely small parts of a world governed in full details (even if perhaps ultimately just probabilistically) by very precise mathematical laws."

Roger Penrose

Наука, как кажется, принуждает нас поверить в то, что все мы мелкие частички мира, полностью управляемого (пусть даже лишь вероятностно) совсем точными математическими законами.

Интеграционные процессы в науке способствуют созданию общих теорий и формированию широкого мировоззрения у студентов и исследователей. Так, макротермодинамические способы выявляют общие закономерности эволюции и поведения сложных живых и неживых (синтетических) систем.

Один из более увлекательных подходов к познанию мира, по-видимому, связан с созданием общей теории эволюции материи, включая эволюцию и старение живых систем, а также сложных синтетических систем, таковых как композиционные материалы и остальные многокомпонентные химические композиции.

реальный доклад посвящен макротермодинамической (либо просто, термодинамической) теории биологической эволюции. Очевидно, эта теория также может быть использована и к простым частным случаям - к исследованию формирования структуры и старения биологических и синтетических полимеров.

Эволюция - представление об конфигурациях в окружающем нас мире, их направленности и закономерностях. В самом общем смысле под термином "эволюция" традиционно соображают процесс конфигурации (развития) Вселенной либо какой-или системы, независимо от её трудности и иерархичности /2/.

особенное место в науке занимает учение о биологической эволюции, как о необратимом историческом развитии живой природы, которое определяется изменчивостью, наследственностью, естественным отбором организмов. Биологическая эволюция связана с приспособлением организмов к условиям существования, появлением и вымиранием видов, трансформацией биогеоценозов и всей биосферы.

Эволюционное учение Ч.Дарвина является общей теорией, изучающей предпосылки, механизмы и общие закономерности эволюции живых организмов с позиции биологии. Это учение является теоретической основой всех разделов биологии. Но, теория Ч.Дарвина, нанесшая смертельный удар теологии, является описательной теорией и не выявляет физическую суть направленности эволюции. Разумеется, нужна физическая теория, которая на языке математики выявляла бы направленность и движущие силы эволюции на базе общих законов Природы. В случае сотворения таковой физической теории спор меж креационизмом и эволюционной теорией, по-видимому, решается в пользу последней.

История противоборства естественнонаучного подхода к выявлению движущих сил эволюции и креационизма насчитывает много веков /3,4/.

Галилео Галилей, заложивший базы математического естествознания, был убежден, что законы природы обязаны быть написаны на языке математики. Создав фундамент экспериментального естествознания, Г.Галилей верил "в возможность математического постижения мира". Его принято считать "папой современного естествознания".

В дальнейшем классики естествознания укрепили уверенность многих естествоиспытателей в том, что действие общих законов мироздания обязано распространяться на все иерархии материи. Особо выделяются имена Джеймса Клерка Максвелла и Джозайя Уиларда Гиббса. Эти великие мыслители, как и остальные классики, способствовали укреплению веры в действенность общих законов Природы и математики как языка науки. Но использовать эти законы к настоящим природным системам казалось затруднительным. В частности, употреблять второе начало термодинамики в его классической формулировке для выявления направленности биологической эволюции, а также старения живых организмов, представлялось невозможным. Дело в том, что живые организмы - биологические системы (как и многие остальные системы в мире) являются открытыми и, как к тому же утверждалось, типо самопроизвольно удаляющимися от состояния равновесия. К системам такового типа, очевидно, в общем случае, нельзя использовать равновесную (квазиравновесную) термодинамику.

внедрение неравновесной термодинамики систем далеких от состояния равновесия, а также информационной теории, с целью выявления направленности и движущей силы биологической эволюции не привело к ожидаемым результатам. То же самое можно сказать и о новой области исследования - синергетике, которая опирается на нелинейное математическое моделирование сложных действий. Подходы синергетики, будучи довольно привлекательными, все же убирают нас от физики, химии и биологии явлений. Отсюда стало естественным, что выявление движущих сил и направленности биологической эволюции могло бы значительно упроститься в случае сотворения моделей, которые дозволили бы представлять эволюционные процессы в рамках квазизакрытых и квазиравновесных систем, исследуемых способами классической термодинамики.

После того, как автор настоящей заметки определил закон временных иерархий (Gladyshev's law), стало естественным, что мировоззрение Г.Галилея, Д.К.Максвела, Ч.Дарвина стало реально ощутимым и обоснованным при исследовании эволюции биомира /2,4-10/. способы Ж.Л.Лагранжа, Дж.У.Гиббса, остальных великих творцов оказались применимыми к динамическим открытым живым системам.

Одна из формулировок закона временн`ых иерархий, предполагающая учет всех супрамолекулярных взаимодействий в тканях организма, может быть представлена в виде /2/:

тут () - среднее время жизни (существования в свободном состоянии) молекул (химических соединений) в организме, участвующих в метаболизме; () - среднее время жизни всех супрамолекулярных структур тканей организма, обновляющихся в процессе его роста и развития; - среднее время жизни организма в популяции; - среднее время жизни популяции. Ряд мощных неравенств (1) не включает времена жизни клеток (cell) и неких остальных супрамолекулярных структур. Но, очевидно, этот ряд отлично согласуется с реальностью и отражает существование временн`ых иерархий в живых системах. Последнее событие, как раз, строго доказывает возможность выделения (вычленения) квазизакрытых систем (подсистем) в открытых биологических системах.

Была создана иерархическая термодинамика - макротермодинамика /2/ либо равновесная (квазиравновесная) термодинамика иерархических систем и показано, что линейные модели с довольно хорошим приближением могут употребляться при описании эволюционных действий и многих перевоплощений, происходящих на всех иерархических уровнях живой материи.

Следуя путеводной звезде Р.Клаузиуса, Дж. У.Гиббса, делая упор на один из самых массивных способов познания мира - способ математической дедукции, удалось выстроить довольно стройную физико-химическую теорию биологической эволюции и старения живых существ. Эта теория опирается на представления о функциях состояния (т.Е., Функциях, дифференциалы которых являются полными) фактически самих биологических систем.

Выявление закона временн`ых иерархий позволило обосновать, что подавляющее большая часть супрамолекулярных и остальных действий структурообразования (самосборки) - термодинамической самоорганизации в биомире, протекает в квазизакрытых системах, в режимах, близких к состоянию равновесия. Отсюда, к примеру, следовал вывод, что процессы образования супрамолекулярных структур in vivo и in vitro одинаково обоснованно можно изучить с позиций супрамолекулярной, и в целом, иерархической термодинамики.

таковым образом, макротермодинамическая теория биологической эволюции и старения живых существ "сняла" ограничения, связанные с "открытым характером" биосистем и типо имеющейся "сильной" неравновесностью действий структурообразования в живых системах. Теория согласуется с опытом классиков физики, химии и биологии, а с практической точки зрения - с многовековым опытом медицины, диетологии, социологии и остальных разделов знания.

Как и следовало ждать, формирование и старение сложных полимерных систем, "органически вписывается в теорию эволюции иерархических систем /11/. Образование кластерной структуры полимерных материалов подчиняется законам макротермодинамики. К примеру, установлено, что уравнения Гиббса-Гельмгольца-Гладышева количественно согласуются с экспериментальными данными по исследованию аморфного состояния полимеров /11/. Полученные результаты являются прямым доказательством действенности макротермодинамики применительно ко многим объектам, включая биологические системы.

Становится естественным, что новое "здание науки" об устройстве биомира, строящееся на фундаменте классики, оказывается довольно прочным. Это здание обязано устоять под напором всех ветров, зарождающихся под действием престижных "скороспелых однодневных" моделей всевозможных эклектиков и фантазеров, создающих "постнеклассическую науку" и пренебрегающих знаниями, скопленными многовековой историей Человечества.

перечень литературы

1. В конце апреля 2003 исполнилось 100 лет со дня погибели великого американского теоретика Дж. У. Гиббса .

2. Гладышев Г.П. Супрамолекулярная термодинамика - ключ к осознанию явления жизни. Что такое жизнь с точки зрения физико-химика. Издание второе. Москва - Ижевск: Институт компьютерных исследований. "Регулярная и хаотическая динамика", 2003. 144 с.

3. Penrose Roger, The Emperor's New Mind. Concerning Computers, Minds and The Laws of Physics. 1999. Oxford University Press. Russian translation, 2003, Moscow, URSS, 382 p.

4. Web site in Internet: http://www. yahoo.com . Evolution vs. Thermodynamics - EvC Forum, pp. 4-5 and so on.

5. Gladyshev G.P. On the Thermodynamics, Entropy and Evolution of Biological Systems: What is Life from a Physical Chemist's Viewpoint // Entropy. 1999. V. 1. №. 2. P. 9-20. www.mdpi.org/entropy .

6. Gladyshev G.P. Thermodynamic Theory of Biological Evolution and Aging. Experimental Confirmations of Theory // Entropy. 1999. V. 1. №. 4. P. 55-68. www.mdpi.org/entropy .

7. Gladyshev G.P.. Равновесная термодинамика квазизакрытых биологических систем. Дифференцировка клеток и развитие организмов.(The Thermodynamic Theory of Biological Evolution and Aging. On the Thermodynamic Direction of Cell Differentiation and Organism Development) // Усп. Геронтол. 2003. Вып. 11, С. 23-33.

8. Gladyshev G.P. The Hierarchical Equilibrium Thermodynamics of Living Systems in Action // SEED Journal. 2002. № 3. P. 42-59. (Toborsky E., co-editor SEED. Editorial, № 3. P. 1-2). http://www.library.utoronto.ca/see/pages .

9. Gladyshev G.P. Thermodynamics of biological evolution and aging. // Electron. J. Math. Phys. Sci. 2002. Sem. 2. P. 1-15. www.ejmaps.org .

10. Gladyshev, G.P. Thermodynamic self-organization as a mechanism of hierarchical structures formation of biological matter. Progress in Reaction Kinetics and Mechanism (An International Review Journal. UK, USA). 2003, Vol. 28, 157-188.

11. Козлов Г.В. И Новиков В.Н. Кластерная модель аморфного состояния полимеров // Успехи физических наук. 2001. 171, N. 7, С. 717.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://sdo.uni-dubna.ru/


 
Еще рефераты и курсовые из раздела
Кожа и её производные
План Сравнительная анатомия Эмбриология Анатомия и гистология Физиология Биохимия Кожа [cutis]— сложный орган, являющийся наружным покровом тела...

Как глядят птицы
Зрение имеет в жизни птиц только огромное значе­ние. Могут быть птицы, лишенные голоса, но птиц, лишенных глаз, слепых, не существует. Нет птиц и с недоразвитыми гла­зами. И есть много...

Физиология, психология и интеллект близнецов
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ г.Екатеринбурга Кировского района МОУ Гимназия № 45 Реферат по биологии...

Строение и характеристики координационных соединений меди(II) с некоторыми О, N – содержащими лигандами
Строение и характеристики координационных соединений меди(II) с некоторыми О, N – содержащими лигандами Скляр Александр Александрович Автореферат диссертации на соискание...

Авраам Линкольн
Авраам Линкольн (1861-1865) Гражданская война была эпохальным переломом в истории Соединенных Штатов, а Авраам Линкольн, который в эти годы вел дела в Белом доме,...