 |
Новая атомистика: микрофизическая и генетическая
|
|
|
|
Чем дальше по своим проявлениям отстоят друг от друга
две области науки, тем глубже лежит то, что их объединяет
В.Гейтлер
Дискретность структур организации – это
то общее, что связывает мир живого и неживого
Е.Н.Князева, С.П.Курдюмов
14 декабря 1900 года действительный член Берлинской академии наук Макс Планк выступил на заседании физического общества с докладом, в котором высказал идею о том, что процессы поглощения и излучения электромагнитной, лучистой энергии отдельным резонатором (атомом или молекулой) протекают не непрерывно, а целыми дискретными, крайне малой величины, порциями, которые впоследствии были названы квантами. Другими словами энергия подобно материи состоит из частиц, и энергия этих частиц имеет разную величину *. “Я либо сделал открытие первого ранга, сравнимое с открытиями Ньютона, либо сильно ошибся”, – говорил Планк своему сыну. То, что великий квантовый физик сомневался в собственном открытие, свидетельствует его выступление в 1911 году на I Сольвеевском конгрессе по физике, когда он полностью признал главенство максвелловской электродинамики и исключил возможность существования световых квантов, хотя уже знал из экспериментов Эйнштейна, Штарка и Комптона, что свет обладает корпускулярными свойствами. И только после того как Нильс Бор, положив в основу модели атома квантовую теорию, постулировал, что излучение и поглощение квантов света происходит только при скачкообразном переходе электрона с одной дозволенной орбиты на другую, Планк признал, что природа делает скачки, и довольно странные, что явления дисперсии, рентгеновских лучей, радиоактивности могут быть поняты только на почве кинетической атомистики. Кроме того, Планк заключил, что вычисление определенной величины вероятности для каждого состояния системы становится возможным, благодаря введению атомистической теории и статистического метода исследования. Взаимодействие между отдельными атомами при этом по-прежнему может определяться известными законами динамики, механики и электродинамики.
|
|
|
Анри Пуанкаре, рассматривая проблемы материализма и теории, основанные на представлениях атомизма и непрерывности, писал: “Разум не любит плохо задуманных исследований, не оставляющих никакой надежды довести их до конца, – ему предпочтительно полагать, что в один прекрасный день он сумеет обнаружить простейшие первоэлементы мироздания, а затем ему останется только почивать на лаврах. Есть только два способа понимать атомизм. Атомы можно считать первоэлементами в абсолютном смысле этого слова, представляя их совершенно неделимыми в соответствии с этимиологическим смыслом самого слова “атом”. В этом случае, проникнув вплоть до атома, мы могли бы удовлетвориться и достигнуть полного метафизического душевного спокойствия. К сожалению, такое состояние блаженства не может быть длительным, ибо, если фундаментальная потребность нашего разума находить первоэлементы и получает удовлетворение, нам присущи еще и другие потребности. Нам недостаточно понимать – мы хотим еще и видеть, нам недостаточно пересчитывать все атомы – мы хотим их представлять себе, мы приписываем им некоторую форму и этого уже довольно для того, чтобы мы могли рассматривать их как неделимые лишь для средств, располагаемых нами сейчас, но не для более мощных средств, которые мы можем себе вообразить. Этого довольно и для того, чтобы перед нами неизбежно встал вопрос: не существуют ли первоэлементы, составляющие атом, так сказать “атом атомов”?”
И вот, в этот бурный период времени физика, перехватившая знамя атомистики у химии, считавшей атом мельчайшей частицей химического элемента, неделимой в химических процессах, отвергла экспериментальным путем положение о неделимости атома, доказала, что атом – это сложная квантово-механическая система, разрушаемая и превращаемая. Она открыла новые дискретные формы физической материи: электрон, протон и нейтрон (позже позитрон и нейтрино), рентгеновские кванты, явления радиоактивности, двойственной природы света и вещества, аннигиляции, материализации квантованной энергии, атомной структуры света, атомной структуры кристаллов, фотоэффекта, была разработана количественная теория броунова движения. Все это с большой очевидностью продемонстрировало, что физическая материя имеет зернистое строение, что она многообразна и неисчерпаема. Физическая прерывность – “начало всех начал”.
|
|
|
Итак, атомистика, пройдя путь длиною в 25 веков, превратилась от простой, но гениальной догадки древних греков в настоящую научную теорию, верно отражающую объективную реальность. Новая атомная теория покоится на принципиальных обобщениях квантовой физики, на законах, действующих в области микромира.
И в последние годы физика продолжает концентрировать свои основные силы в области исследований свойств и структуры неживой материи, теперь уже на уровне атомных ядер, физики высоких энергий. В 1964 году американский физик Мюррей Гелл-Манн выдвинул гипотезу, согласно которой все барионы и мезоны состоят из так называемых прачастиц, названных автором весьма забавно кварками. Слово заимствовано из романа ирландского писателя Джеймса Джойса “Поминки по Финнегану”, в котором есть песня, начинающаяся словами “three quarks”, что означает три карканья, три кваканья, три пустяка. Благодаря кваркам, которые еще не открыты, но которых ощутить можно, установлено зернистое строение протона. Несмотря на то что кварки – эти современные атомы Демокрита – до сих пор не зарегистрированы в свободном виде и из чего они состоят никто не знает, теория кварков (или квантовая хромодинамика) интенсивно развивается. Поскольку все развитие атомистики шло по пути введения все новых и новых кирпичиков вещества, а именно, молекул, атомов, атомных ядер, элементарных частиц – замечает В.Л.Гинзбург (1990), – кварки, которые возможно реальны и обладают свойствами “удержания”, являются как бы еще одним этапом на этом пути, и если так будет продолжаться дальше, то встанет вопрос, а из чего слеплены сами кварки; в физической литературе уже поговаривают о существовании протокварков. Надо сказать, что эта идея очень созвучна с мыслью французского философа-материалиста XVIII века Жана Батиста Рабине, не допускавшего последних элементов материи и считавшего процесс деления безграничным.
|
|
|
1900 год – официальная дата рождения генетики, как науки о наследственности и изменчивости. Весной этого года три европейских ученых Гуго де Фриз, Корренс и Чермак независимо друг от друга открыли, соответственно, на маке, кукурузе и горохе закон расщепления гибридов. Через год к ним присоединился известный английский ученый Бэтсон, установивший природу прерывности на курах. Однако результаты исследований этих ученых оказались, как говорится, всего лишь ярким эпизодом ко вторичному открытию старой забытой работы австрийского монаха Грегора Менделя “Опыты над растительными гибридами”, опубликованной в 1865 году в малоизвестном журнале Общества естествоиспытателей города Брно. В этой работе Мендель, используя для своих опытов разновидности обычного садового гороха, впервые представил важнейшие закономерности наследования признаков. Он показал, что признаки (точнее говоря, факторы, их детерминирующие) наследуются отдельно, они не исчезают, не изменяются и не стушевываются в поколениях, а сохраняются. При этом в потомстве гибридов I поколения доминантные и рецессивные признаки расщепляются в определенном количественном соотношении. Так, при моногибридном скрещивании гибриды второго поколения расщепляются по фенотипу в отношении 3:1; при дигибридном и тригибридном скрещиваниях, соответственно, 9:3:3:1 и 27:9:9:9:3:3:3:1. В этом плане менделевские расщепления по своему значению в истории генетики без преувеличения занимают место теории кратных отношений Дальтона в химии.
|
|
|
Секрет успеха Менделя в открытии законов дискретной наследственности состоит в том, что в отличие от других ботаников-гибридизаторов, его современников О.Сожрэ, Т.Найта, Дж.Госса, Ш.Нодэна, не отходивших от принципа слитной, смешанной наследственности, оперировавших в работах по отдаленной гибридизации сразу множеством признаков и не применявших статистических подходов при гибридологическом анализе, Мендель, будучи по образованию математиком и физиком, упростил схему своих экспериментов. Он использовал метод внутривидовой гибридизации, классические статистические методы. В каждом случае он имел дело только с одной деталью, с одной парой резко контрастирующих признаков одного порядка. Таким образом, разрешая проблему по частям и встав на принцип дискретной детерминации признаков, Мендель стал первым квантовым биологом, который открыл, что явление (субстрат) наследственности имеет прерывистый характер и что носителями дискретности являются некие факторы, задатки (в современной интерпретации гены). Он увидел закономерность и порядок там, где другие видели хаос.
C другой стороны, сам факт, что один и тот же фактор (ген) на самом деле состоит из двух аллелей – либо доминантных (АА), либо рецессивных (аа), или альтернативных (Аа), расположенных в одном локусе, но в двух разных гомологичных хромосомах, говорит в пользу генетической прерывности. О дискретности наследственных атомных единиц (генов) свидетельствует и то обстоятельство, что образующиеся в репродуктивных органах различных существ зрелые половые клетки по своей природе чисты. Это означает, согласно правилу Бэтсона, что каждая из гамет (яйцеклетка или спермий) не может одновременно располагать двумя аллельными генами. Правило Бэтсона чем-то напоминает действующий в современной квантовой физике принцип Паули, запрещающий двум одинаковым фермионовым частицам находится в одном и том же состоянии. Или подобно тому, как на каждом энергетическом уровне можно “поселить” только строго определенное число электронов, так и в каждой зрелой половой клетке должно быть только по одной “оторванной” аллели каждой пары генов. Между тем теоретическими физиками уже постулируется возможность нарушения принципа Паули, когда два идентичных фермиона (например, электрона) могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии, т.е. иметь одинаково направленные спины, что приводит к аномальному состоянию энергетического уровня в атоме, а следовательно, к слабой аберрации излучения, испускаемого при переходе электронов с одной орбиты на другую. Аналогичным образом, неправильное расхождение гомологичных хромосом в процессах мейоза приводит к генетической несбалансированности половых клеток, а следовательно, функциональной неполноценности их, что может влечь за собой гибель зигот и эмбрионов, нарушения эмбрионального развития, спонтанные аборты, появление генетически нездорового потомства. Понятно, что в обоих случаях – атомном и генетическом – мы имеем дело с аномальными явлениями. Но если в первом случае мы имеем дело пока еще с чисто теоретическим построением, то во втором – опираемся на большой массив экспериментальных данных. Вообще, считается, что законы дискретности неблагоприятно оценивают смешанные системы в сравнении с чистыми системами. Итак, менделизм открыл, что органическая наследственная материя состоит из отдельных, функционально неделимых частей, генов. Все последующее развитие генетической теории, связанное с открытием явлений множественного аллелизма (генной изотопии), немых генов, интронно-экзонной организации генной структуры, механизма образования мутаций подтвердили квантовую сущность генетического субстрата, показали, что все многообразие биологического мира осуществляется дискретными генетическими единицами, их сочетаниями и изменениями. Кроме того, согласно теории Рапопорта, генетическая прерывность включает способность к аутокатализу, гетеросинтезу, хромосомному внутригенному перекресту, случайному и внезапному становлению мутаций. Дискретны крупномасштабные события амфи- и автоплоидии, дискретны митоз и мейоз, образование различных типов хромосомных перестроек (Рапопорт, 1974). Созданию современных представлений о дискретном строении наследственного вещества сильно содействовали мутационные и молекулярно-биологические исследования.
|
|
|
В 1900-1901 гг. увидела свет другая, не менее значительная работа Гуго де Фриза “Мутационная теория”, в которой впервые было произнесено слово “мутация” и выведено, что наследственные изменения происходят в результате случайных, прерывистых, скачкообразных перемен в генетическом материале. С тех пор понятия “скачок” и “мутация”, “скачкообразность” и “мутационность” рассматриваются генетиками как понятия-синонимы. Э.Шредингер, чей вклад в науку в ХХ столетии С.И.Вавилов сравнивал с заслугами И.Ньютона, в своей знаменитой книжке “Что такое жизнь с точки зрения физика” писал, что факт прерывистости означающий в данном случае отсутствие между неизменными особями и немногими измененными промежуточных форм, напоминает физику квантовую теорию, в которой есть положение о том, что между двумя соседними энергетическими уровнями нет промежуточных ступеней, что механизм наследственности тесно связан с квантовой теорией, и даже опирается на нее. Заметим, однако, что много ранее, а именно, в 1912 году, А.Пуанкаре высказал мысль, что физическая система перескакивает из одного состояния в другое, не проходя через непрерывный ряд промежуточных состояний. Во многих случаях качественные, скачкообразные изменения генов происходят благодаря количественным изменениям в наследственных структурах; протекающие при этом мутагенные реакции по своему характеру очень сильно напоминают явления, наблюдаемые в физическом квантовом мире (ядерные реакции, процессы радиоактивного распада, деления атомного ядра и его полного расщепления на составные частицы).
Итак, 1900 год ознаменовался рождением двух великих теорий – квантовой и генной. Обе теории сыграли важную революционную роль в теоретическом развитии атомистики, установили две фундаментальные черты материального мира – дискретность и скачкообразность.
ПРИРОДНЫЕ АТОМИЗМЫ
Природа есть бесконечно разделенный бог.
Ф.Шиллер
Найти в малейшем сходное с громаднейшим -
составляет одно из достоинств атомизма,
привлекшим к нему новые века.
Д.И.Менделеев
С точки зрения теоретического естествознания природа – это огромное общее целое, разделенное на части – атомизмы или сложные дискретные множества, представляющие собой различные ступени в организации и развитии материи, ее бесконечно многообразные раздельные формы (объекты, структуры, системы, состояния, процессы), относительно устойчивые и реально существующие в пространстве и времени, обладающие количественными и качественными различимостями, способные к скачкообразным изменениям. В атомизмах воплощена классическая иерархия дискретных, дробных единиц, квантованных частей материи, ее разнообразие, история. Интересно отметить, что первым, кто приходит к иерархической системе вещества (физического) был Ньютон, поставивший на вершину этой системы, по выражению С.И.Вавилова, неделимые элементарные частицы. И хотя все известные природные атомизмы – физический, космический, генетический, биологический – обладают “качественными своеобразиями, рождены в разное время и неравны по созидательным потенциалам”, все они подчинены одной “идеальной схеме”, одним и тем же “стройным объединяющим разумным законам”, господствующим в природе. Каждый из них складывается из нескольких разных ступеней усложнения. К атомизмам мы еще вернемся. А пока для лучшего понимания мироустройства сделаем отступление и попытаемся дать, не выходя далеко за рамки темы, более или менее рациональную фундаментальную современную характеристику основным звеньям Великой цепи бытия, названной так мудрым американским историком Артуром Лавджоем (Arthur O.Lovejoy).
ВЕЛИКАЯ ЦЕПЬ БЫТИЯ
БОГ
РАЗУМ
СТАНОВЛЕНИЕ (бытия жизни)
ПОРЯДОК
ХАОС
НИЧТО
ЯРУСЫ ПРИРОДНЫХ АТОМИЗМОВ:
|
НИЧТО
В твоем ничто я все найти мечтаю
Гете
“…Он (Моне) понял, что ничто – это все вокруг, схваченное в момент своего временного отсутствия.
Он представлял ничто, как нейтральную зону между тем, что есть, и тем, что больше нет”
А.Баррико, “Сити”
Ничто – нулевой уровень космической пирамиды, пустое пространство без времени, энергии и энтропии, отсутствие каких-то качеств, определенности, абсолютный конец (или начало?) бытия, темнота, страшная бездна, в которой все исчезает. Последний крупный представитель элейской школы философ Мелисс говорил: “То, что есть ничто, существовать не может. Равным образом нет движения. Ибо сущему некуда отойти, но все полно. В самом деле, если бы существовала пустота, то сущее отступило бы в пустое пространство. Но раз пустоты нет, ему некуда уйти”. В мистических и религиозных концепциях Ничто – это потенциальное, невыявленное; непостижимая основа реальности вещей, бескачественная и бесформенная материя; у Ничто нет упорядоченности, нет собственного пространства и времени (Селиванов, 2003). В религиозной философии С.Булгакова выделяются два вида ничто: укон – пустое ничто (абсолютное) и меон – ничто как возможность, как нечто, в котором существует бытие в непроявленном виде. И мир есть развитие потенциальности меона (цит. по Тахтину, 2001). Теперь если предположить, что меон – это мир Хаоса, то тогда укон – его дно. В Ничто никакая наука не может проникнуть, но это не избавляет нас от исследований Ничто.
ХАОС
И брызнул поток с оглушительным ревом,
Извергнутый бездны зияющим зевом.
Шиллер
Нам свойственно предполагать хаос и тьму там, где все для нас неизвестность.
Гете
Буйный жизненный хаос лежит в основе изумительной гармонии органического мира
К.А.Тимирязев
Хаос – понятие многогранное, неоднозначное и очень сложное, есть различные его определения и различное его понимание.
Античные мыслители считали, что хаос (в переводе с греч. зевание, зияющая бездна, разверстное пространство, пустая протяженность) – это первая материя, бесформенная, неопределенная, беспредельная первооснова. Из первобытийного хаоса в результате круговоротов атомных вихрей, разделяющих массы материи, возник порядок и закон, возникли небеса, миры, космос. Хаос – активное, животворящее начало. По Платону, хаос – божественное начало – когда демиург, взявший все на себя, творит порядок из хаотического вещества.
И много позже в декартовой теории возникновения мира (космогонии) мы находим, что первичным состоянием материи является хаос в полном смысле этого слова, где различные части материи имеют самые разнообразные формы и что бог ограничился только созданием хаоса, первоначальным разделением материи на одинаковые части и уже впоследствии привел в хаотическое круговое движение. Декарт, чья архитектоника философских построений проникнута греческим духом, допускал, что находящаяся в вихревом движении материя в конечном счете должна упорядочиться, т.е. принять форму трех основных элементов – огня, воздуха, земли – и дать стройную систему, образующую собой космос.
Однако философия эллинов освещала хаос не только как созидательную силу, но и как разрушительное начало. Так, Платон утверждал, что хаос – это состояние материи, которое остается по мере устранения возможности проявления ее свойств.
С точки зрения максвеллово-больцмановской термодинамики хаос суть беспорядочное распределение и движение по разным траекториям и с разными скоростями огромного числа частиц (атомов и молекул) в любой системе, достигшей максимальной энтропии (количественная характеристика беспорядка), т.е. состояния теплового статистического равновесия, что является наиболее вероятным состоянием. В молекулярном хаосе Максвелл, используя теорию вероятностей, пытался найти определенный порядок.
Когда речь идет о хаосе, надо помнить, – подчеркивает Е.Н.Князева, – в каком смысле, философском или физическом – мы употребляем понятие хаос в данный момент; в первом случае – это беспорядок, противоположностью которого выступает порядок, тогда как во втором – хаос ни в коей мере не тождественен беспорядку и не противоположен порядку; в сложных системах различной природы хаос может быть определенным образом организован, иметь тонкую структуру и выполнять следующие функции, связанные с процессами самоорганизации (Князева, 2003):
· хаос как способ выхода на тенденцию самоструктурилизации открытой нелинейной среды;
· хаос как способ синхронизации темпов эволюции подсистем внутри сложной системы и тем самым как способ сохранения ее целостности;
· хаос как фактор приспособления к изменяющимся условиям окружающей среды:
· балансирование на краю хаоса как способ поддержания сложной организации (самоорганизованная критичность);
· переход от порядка к хаосу, от симметрии к асимметрии и обратно как способ рождения красоты;
· доля внутреннего хаоса как необходимое дополнение к внешнему управлению, контролю, планированию, как способ самоуправлению сложной системы;
· выпадение в хаос как способ выхода из эволюционного тупика;
· хаос как стимул, толчок эволюции;
· в мире должна быть определенная доля хаоса, разрушения и в этой связи бессмысленно бороться против хаоса, стремиться полностью вытеснить негативные, деструктивные элементы из мира.
Итак, современная наука постулирует: хаос – это отклонение от закономерных норм, любые изменения последовательности следования элементов и их связей в сложных системах, богатых движением и развитием, развернутых в пространстве и времени, отсутствие системности, регулярности, определенности, устойчивости, предсказуемости, бесформенность, размешанность, неограниченное множество степеней свободы, гибель параметров порядка, экспоненциальное разбегание траекторий, зигзагообразное беспорядочное движение, перемена в поведении системы, генератор случайностей и разнообразия, свобода, безобразие. Однако в мире хаоса не все разрушено и неразличимо. Энергия хаоса – чудовищная, взрывная, неорганизованная сила – способна проложить новые пути развития, создать новые упорядоченные, устойчивые структуры на базе старых, распавшихся элементов, привести к самообновлению системы. Любой эволюционный процесс (развертывание порядка) порождается творчеством хаоса и хаосом разрушающим завершается.
ПОРЯДОК
Так он упрочился, стройный порядок, склонный меж тем к переменам в изменчивых внешних условиях
Гете
Что следует понимать под порядком и беспорядком.
Порядок приятен, а беспорядок неприятен.
Р.Фейнман
Порядок – “замороженный” беспорядок, минимум энтропии; порядок знаменует собой конец хаоса, ограничение степеней свободы, указывает на существование устойчивости, какой-то определенности, организованности, стационарности, предсказуемости, налаженности, регулярности, правильности пространственно- временного расположения чего-нибудь, равновесия, когда силы притяжения превалируют над силами отталкивания, соответствия, симметрии, наличие иерархической организации; порядок – основа простоты и гармонии, красоты, совершенства и справедливости; порядок – власть разума и божественного начала. Порядок – это солнечная система, движение планет, кристалл, законы квантовой механики. Совершеннейший порядок во Вселенной мог зародиться лишь при сознательном сотворении Высшего Разума (Планк). Чем выше порядок в системе, тем медленнее она развивается. Порядку соответствует наименьшая вероятность, поскольку все в мире стремится к беспорядку. Один из механизмов сохранения порядка в системе – самоорганизация. “Хаос и порядок составляют бинарную оппозицию, посредством которой строились древние картины мира. Смысл этой оппозиции в том, что космос вторичен по отношению к хаосу – и во времени, и по составу элементов. Порядок образуется из хаоса путем трансформации свойств последнего: тьма преобразуется в свет, пустота – в заполненность, аморфность в структурность, непрерывность в дискретность, бескачественность в разнообразие качеств… И по мере идущего процесса самоорганизации космоса хаос оттесняется на его периферию (вовне или вниз). Но полностью хаос не преодолевается… он затаивается” (Пойзнер,2003). В мире живого порядок держится на острие генетического хаоса, имеющего неоценимое значение для эволюции и видообразования. Порядок и хаос живут вместе, иногда их трудно отличить друг от друга. Хаос на микроуровне порождает порядок на макроуровне. Причем синергетический образ порядка менее уловим и привлекателен для изучения (Астафьева, 2003).
СТАНОВЛЕНИЕ (бытия жизни)
Бытие вечно, ибо существуют законы, охраняющие сокровища жизни, которыми украшает себя Вселенная.
Гете
Порядок и хаос – две стороны, две крайности одного деятельного процесса – процесса Становления. Становление – это не покой, а движение, созидательный синтез, нестабильный аспект развития, связанный с развертыванием предустановленных устойчивых дискретных вещей и явлений в пространственно-временной протяженности, с рождением сложности, обновлением систем, приобретением новых признаков и форм, нового порядка после прохождения через слои хаоса, а также с достраиванием (поэзом) и/или возникновением дифференцировок, обмена веществ, размножения, других функций живого. Если порядок – это глобально мертвая материя без цели, не для чего, то становление бытия жизни – это все, что определяется назначением, служением цели: глаз – для видения, половые клетки для размножения, мозг – орган высших способностей. Становление имеет много оттенков. От Становления ведут два пути: один – через разрушительную хаотизацию к уничтожению, другой – через созидательную хаотизацию к Разуму.
РАЗУМ
Живое мышление – разум – высшее состояние великого процесса всемирной жизни.
Аристотель
Как презрителен был бы человек, если б не стал выше всего человеческого
К.Линней
Все находится под гнетом тех, кто опирается на мысли.
К.Маркс
Разум (ноосфера) – мыслящий мозг, высшая ступень познавательной деятельности человека, форма, до которой, перефразируя В.Гейзенберга, доросла природа за миллиарды лет эволюции на Земле. В разуме человека сошлись кварки и нуклоны, атомы и молекулы, гены и хромосомы, клетки и органы. И еще нечто сверх того. Ноосфера – не биологическая система, но новый атомизм в структуре вещества. Современный человек вне системы Природы, он над Природой. И ничего в ней, лишенной “собственности”, больше не будет происходить без участия мыслящих, стремящихся манипулировать объектами живой и мертвой природы, управлять эволюцией, формировать новую искусственную реальность, искусственного человека. Так, новой высшей расе господ – пресловутому “золотому миллиарду” – уже кажется, что она приблизилась к Богу.
БОГ
Вся сумма гармонической деятельности, существующая совокупно в божественной субстанции,
разъединена в природе по бесчисленным степеням, мерам и ступеням.
Шиллер
Бог – нечто, не требующее доказательств. И на этом поставим точку.
Теперь, возвращаясь к атомизмам, дадим краткую характеристику всем известным формам организации материи.
Физический атомизм
Кварки – субъединицы материи, гипотетические частицы, из которых слеплены барионы и мезоны; кварки наделены дробным электрическим зарядом; свободных кварков в природе нет, даже при очень сильных столкновениях кварки не вылетают из адронов, в которых они удерживаются с помощью глюонового поля. Известно шесть разновидностей кварков, различающихся по так называемым ароматам: верхний (u), нижний (d), странный (s), очарованный (c), прелестный (b), истинный (t), а также по “цветам” – “желтый”, “красный”, “синий”. Протон и нейтрон состоят из трех кварков, соответственно, uud и ddu. Из чего состоят сами кварки неизвестно.
Элементарные частицы – материальные бесструктурные точки, условные, весьма сложные микрообъекты, которые, как предполагалось ранее, должны были стать последними “кирпичиками” физической материи, не имеющими определенной внутренней структуры, неизменными и неспособными к распаду. Элементарные частицы характеризуются массой, спином, зарядом и временем жизни; большинство из них, обнаруженных в космических лучах, нестабильно, крайне мало живут, окружены роем виртуальных частиц, обладают способностью превращаться друг в друга.
Элементарные частицы делятся на 5 основных классов:
· Фотон – квант электромагнитного излучения, частица с нулевой массой покоя.
· Лептоны – легкие частицы-фермионы, к ним, в частности, относятся электрон, а также нейтрино (электронное и мюоновое) – совершенное “ничто”, частица-”призрак”.
· Мезоны – частицы с промежуточной между электроном и протоном массой и спином равным 0.
· Барионы – тяжелые частицы-фермионы. Среди них мы встречаем нуклоны – протон и нейтрон, а также похожие на них гипероны – неустойчивые элементарные частицы с массой значительно превышающей массу нейтрона; гипероны (возбужденные нуклоны) рождаются при столкновении нуклонов и пи-мезонов с нуклонами или атомными ядрами.
· Антибарионы – античастицы. Протоны, нейтроны и электроны образуют атомы; короткоживущие частицы – фотон и мезоны – служат носителями сил, соответственно, между нуклонами и электронами и между протонами и нейтронами. К настоящему времени известно несколько сот видов элементарных частиц и их число продолжает расти.
Атомное ядро – положительно заряженная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса, обладает исключительно высокой плотностью и очень сильным взаимодействием; размер ядра на пять порядков меньше, чем размер атома. Ядра всех элементов состоят из двух разновидностей нуклонов – протонов и нейтронов – два состояния одной и той же частицы. В удержании, “склеивании” нуклонов участвуют так называемые пи-мезоны (тяжелые “кванты”).
Атом – сложная квантово-механическая система с дискретным спектром энергии, не самая мелкая частица в структуре вещества. Атомы в основном пустые, а электроны, образующие в атомах единую согласованную систему и представляющие собой сложные системы, состоящие из более мелких частиц, названных преонами, занимают ничтожную часть, размеры которого составляют одну стомиллионную сантиметра. Обычно атом сравнивают с миниатюрной солнечной системой. В нем в качестве планет выступают электроны, движущиеся по строго заданным орбитам вокруг расположенного в центре маленького тяжелого атомного ядра, состоящего из p протонов и n нейтронов, свободный электрон предположительно представляет собой заряженное “облако”. Как выглядит в реальности отдельный атом, до сих пор не установлено.
Молекула – следующий структурный уровень организации материи, наименьшая частица вещества, устойчивая система, которая, как утверждает квантовая механика, состоит из нуклонов и электронов, в которой атомы объединены в определенной последовательности, и химические свойства которой определяются электронами внешних оболочек. Молекулы разнообразны по форме и размерам, делятся на простейшие (одноатомные или двухатомные) и сложные (например, молекула ДНК состоит из миллионов атомных единиц), состоят из одинаковых или разных атомов, соединенных в одно целое, способны к автономному существованию.
Полимеры – молекулы, состоящие из сотен тысяч атомов, образованные из большого количества повторяющихся мономерных звеньев. Полимеры бывают линейные и разветвленные, природные (ДНК, РНК, белки) и синтетические. Коллоидные частицы – мельчайшие частицы твердых фаз в дисперсных системах.
Космический атомизм
Звезды – хаотично рассеянные небесные тела, светящиеся точки, состоящие из распыленных газов, включающих в себя все известные элементарные частицы; отличаются друг от друга по плотности, размерам, количеству излучаемой энергии, возникающей в результате ядерных реакций; звезды бывают двойными, тройными. Основная масса нормальных гомогенных звезд относится к так называемой главной последовательности. Звезды рождаются, развиваются, стареют и умирают. Они могут развиваться по отдельности, автономно, либо совместно с другими звездами.
Звездные скопления – физически связанные и имеющие общее происхождение группы звезд, находящихся в пространстве близко друг к другу; делятся на шаровые и рассеянные, открытые.
Галактики – гигантские, сильно сплюснутые звездные системы, состоящие из огромного количества (1011) динамически связанных звезд различных типов, звездных скоплений, атомов и элементарных частиц. Галактики – связанные гравитационные объекты – расположены в пространстве более тесно, чем звезды внутри них, они тоже образуют устойчивые, стабильные скопления – группировки различной степени сложности. Галактики разнообразны по форме (спиралевидные, эллиптические, неправильные), внешне выглядят крайне неупорядоченными и комковатыми, как и атомы, способны притягиваться друг к другу. У галактик есть активное ядро, состоящее из отдельных звезд и, возможно, выступающее как источник вещества или представляющее собой особую, пока еще не вполне понятную структуру материи. Предполагается, что в центре галактических ядер находятся “черные дыры”.
Метагалактика – космическая система более высокого типа, галактика галактик, огромная совокупность звездных систем, представляющая собой наблюдаемое, конечное и преходящее структурное образование во Вселенной.
Ячейки и войды (пустота) – реальные и самые крупные по размерам системы во Вселенной. Внутри себя ячейки пусты, в них галактик нет, последние собраны в ”стенках”.
Вселенная (космос) – весь мир, доступный для наблюдений. Вселенная бесструктурна, в ней много невидимого вещества, и плотность вещества приближается к критической. Вселенная одинакова во всех точках пространства и во всех направлениях, но несмотря на это в ней есть неоднородности. Это – звезды и галактики, ячеисто-сетчатые структуры, образовавшиеся в результате различий в плотности в разных областях Вселенной. Предполагается: либо Вселенная бесконечна в пространстве, либо существует множество параллельных вселенных. Хаотических и беспорядочных состояний Вселенной больше, чем гладких и упорядоченных. Вселенная эволюционирует – она расширяется с ускорением. Атомистическое строение Вселенной говорит о невозможности ее перехода в состояние термодинамического (статистического) равновесия.
Генетический атомизм.
Основу генетического полиатомизма составляют нуклеотиды. Плавающие в протоплазматической среде в огромном числе в хаотическом беспорядке, нуклеотиды представляют собой химические тела, не имеющие генетических свойств. Эти свойства они приобретают только в ходе физико-химических преобразований. Подобно тому, как элементарные частицы рождаются, распадаются и взаимопревращаются, так и химические нуклеотиды, соприкоснувшись с каталитической матрицей, рождаются как генетические нуклеотиды, как носители генного поля, но вместе с тем аннигилируют как химические молекулы. В этом процессе каждому матричному, генетическому нуклеотиду соответствует один химический нуклеотид. Без участия генного поля, кооперативного и когерентного эффекта прямой спонтанный переход нуклеотидов из хаотического химического состояния в упорядоченное генетическое невозможен. Такой хим>ген переход можно рассматривать как классический пример самоорганизации материи – процесса, который, как известно, идет за счет внутренней полезной работы и направлен против равновесия, т.е. способствует переходу системы от более хаотического со
|
|
|
