Хейфец Эдуард Олегович
Одесский Селекционно-Генетический Институт.
Жизнь — производная химии или основа физики?
Жизнь развитого организма включает в себя множество аспектов. Одним из них, принимаемом нередко за базисный, является органическая химия. Прочие мыслятся, как производные. Известно, однако, что понятие жизни этим не исчерпывается, и оформилось гораздо раньше, чем появились соответствующие знания. Белки и нуклеотиды были приняты за составляющие жизни именно потому, что найдены в живом. Дикарь, дошкольник, да и биохимик, невооруженный соответствующими приборами, отличат живое от мертвого.
Среди ученых, настаивающих на чисто химической природе жизни, мне доводилось встречать верующих. В лаборатории они полагают, что основа жизни бездуховна; в церкви, что она бесплотна, и при этом утверждают, что одно не противоречит другому. Будьте последовательны хотя бы в крайности.
Мертвое животное состоит из тех же веществ, что и живое. Более того, здесь еще может теплиться растительная жизнь, и все же, жизненные процессы, характерные для него, как для единого целого, уже прекратились. Эти процессы отличны от прочих своей созидательной направленностью. Они очевидно диалектичны, активно противодействуя окружающей среде.
Щепка механически сплавляется по течению воды; лосось, чтобы добраться до нерестилища, преодолеет множество порогов.
Но диалектика, как известно, существует не только в органическом мире — здесь она лишь лучше проявлена. Механическому пониманию времени физик, химик и философ-идеалист Оствальд противопоставляет явления жизни: «В чисто механическом мире не существовало бы понятий “раньше” или “позже”. Дерево могло бы превратиться в черенок или семя, бабочка ― в личинку, старик ― в ребенка» [Оствальд: 9].
Химический, а равно, — и генетический подход рискуют удариться в своего рода механицизм, если будут отвлекаться от диалектического характера взаимодействия организма со средой. Напомню о спекуляциях насчет генотипа как голограммы, где якобы записана судьба человека.
В ходе работы над базисными проблемами теоретической физики, я пришел к выводам, имеющим непосредственное отношение к данной теме. Остановлюсь на них вкратце (курсив).
Вплоть до начала ХХ в. в физике и философии господствовало убеждение, что материя бесконечно делима. Познание внутренней бесконечности провозглашала классическая термодинамика. Оппонируя предшественникам, Планк пишет: «Гипотеза элементарного кванта действия... полагает величи́ны элементарной области уже не бесконечно малыми, а конечными» [Планк: 287]. Следует заметить однако, что конечные величины квантовой механики, т. н. элементарные частицы, оказались много меньше «бесконечно малых» термодинамики, т. е. молекул газа в паровом котле. Термодинамика приняла за бесконечность огромное число, лежащее сверх способностей к подсчету, — бессчетное количество. Его исследуют соответствующими математическими инструментами, созданными приверженцем внутренней бесконечности философом Лейбницем1 и отрицавшим ее существование физиком Ньютоном2.
Согласно им, предел деления конечной величины на бесконечность устремляется к нулю, т. е., подобно доле миллиметра для невооруженного глаза, является исчезающе малой.
Автор настоящей статьи пришел к выводу, что любой физический объект
является бесконечно составным. В этом случае пределом его деления будет не просто
бесконечность, а бесконечная совокупность его и только его частей. Т. е., lim x : = x :
: xy = х : х = 1е, где 1е — это элементарная или бесконечно малая единица, неделимая далее.
Непосредственное отношение к теме жизни имеет вопрос заполненности или пространства либо наличия пустоты. В этом случае силы дальнодействия сводятся к единому началу (как показано далее). Тогда все тела, частицы и пр. созданы движением материи, а значит, не столь мертвы, как это кажется.
Ответ на вопрос о заполненности пространства либо наличии сколь угодно малых пустот полагает возможность исследования всех существующих уровней пространства либо знание его базисных свойств.
Напомню, что для геометрии пространство — это данность, подразумеваемая основа науки. Физика пытались исследовать его свойства эмпирическим путем.
Такой способ метафизичен в исконном смысле этого слова (от “” — «после»). Подразумевается, что пространство очищено от посторонней ему материи (а это невозможно выяснить физическим инструментом, имеющим нижний предел чувствительности), а также, что искривление пути фотона в гравитационном поле, — в отличие от траектории брошенного камня, — выявляет базисные свойства пространства.
Из понятия внутренней бесконечности уже следует функция, обеспечивающая сосуществование и несовпадение ее компонентов, а значит, и их непроницаемость и отсутствие пустоты. Такая функция представляет собой направление. (Измерение, как совокупность взаимозаданных противолежащих направлений, следует из взаимности сосуществования — далее вынужден опустить вывод трехмерности всеобъемлющей совокупности.)
Дополнительное доказательство отсутствия пустоты можно усмотреть в решении апории Демокрита3, которую обнаружил, уже после того, как пришел к соответствующему выводу через анализ бесконечно малых единиц в вершине угла.
Предлагается решить, равны ли друг другу поверхности сечения конуса, проведенного параллельно основанию. Если они не равны, конус не удастся сложить. Вместо гладкой поверхности окажется ступень. Если они равны, то тогда верхние и нижние части не отличаются по ширине, и вместо конуса выйдет цилиндр [см. Античные философы: 105].Естественно, что конус спутать с цилиндром затруднительно, тогда как малыми неровностями мы пренебрегаем постоянно.Применив ту же задачу к продольным сечениям конуса, получим совокупность кубов, в которых и измеряется объем. Т. о. на базисном уровне нет кривых и наклонных. Как можно видеть, данный вывод, в отличие от положения об искривлении пространства, следует из непосредственного изучения его свойств.
Таков бесконечно малый уровень, представляющий собой идеальный инструмент анализа. На реальном, бесконечно-составном, нет кубика слагающего все остальные, а потому базисного. Нет фигуры и с идеально гладкими, а потому базисными поверхностями. Здесь идеальные нулевые границы (обозначающие отсутствие расстояния м. соседними кубами) следует заменить расплывчатым переходным интервалом. На бесконечно-составном уровне проявление измерений не статично, а динамично. Это те направления, в которых протекает совокупность движений. Т. о., измерения текучи, а значит, составленное ими пространство не может быть пустым.
Отсюда, при перемещении любое тело сдвигает эквивалентный непроницаемый объем, а на элементарном уровне за бесконечно малый момент бесконечно малая единица делает лишь один шаг. Следовательно, в равных объемах за равное время свершается одинаково много изменений. За секунду в кристалле их произойдет столько же, как в эквивалентном же объеме дыма. И здесь можно поставить вопрос: правомерно ли неорганическая природа считается мертвой?
Как известно, кристаллы yлавливают молекулы из раствора, растут и т. д. На их сходство с живыми существами неоднократно указывалось. Тем не менее, процессы внутри кристаллов незаметны вооруженным глазом специалиста-биолога, а потому он воспринимается как неподвижное «твердое тело».
Уже из квантовой механики следует, что кристалл представляет собой совокупность ядер, электронов и некой среды между ними, т. н. полей, о существовании которых физики порой забывают.
Так, рассматривая потерю энергии при -распаде, Бор предположил, что на микроуровне закон сохранения энергии не выполняется. Паули противопоставил этому выводу гипотезу ультрамикроскопической частицы нейтрино, уносящей недостающую энергию [Паули: 106]. Ни один из них не вспомнил об электромагнитном поле (на долю которого физики и оставили перенос энергии). Не будем забывать, однако, об энтузиазме первопроходцев, готовых видеть неведомое в малейшем отклонении от расчетов.
С другой стороны, создатель уравнений электромагнитного поля, Максвелл, утверждает, что это материальная среда, рассматриваемая, для удобства, как проводник сил [Максвелл: 131]. Действительно, понятие силы включает в себя массу, т. е. базисное свойство передавать и воспринимать движение. Мужские цветки валлиснерии отрываются от растения, всплывают и притягиваются к женским (а также — к любым плавающим предметам) не мистическим полем, а хорошо известной пленкой поверхностного натяжения воды.
Эйнштейн, напротив, полагает, что материя есть разновидность поля4 [Эйнштейн, Инфельд: 200].
То ли наша кровь является своего рода полем, то ли в кристаллах электроны вращают жидкость между собой и ядром, — и здесь, и там движение, в отличие от дождя, лавины и т. д. не сводится к перемещению, а воспроизводит постоянную и весьма совершенную форму. И в этом сказывается его диалектичность.
По-видимому для самих изменений необходимо нечто изменяемое, постоянное в постоянных изменениях. Такое постоянство достигается на некотором уровне, который я назвал значимым. Иными словами, любой постоянный объект является живой единицей времени. Форма некоторых из них — отпечатка на грунте, стриженного куста, машины, —может быть привнесена извне, но основа — листья, клетки, кристаллы, электроны и т. д. — является их собственностью, имманентна.
Т. о. жизнь как таковая существует вечно, другое дело, жизнь органическая, биоорганизмы.
Их эволюции предшествовала эволюция минеральная. Но в царстве знакомых нам минералов нет градаций. Кристаллы соли или льда растворяются либо тают в неблагоприятных условиях, а в благоприятных воссоздаются в совершенных сингониях. За миллиарды лет они не научились ощущать влагу либо тепло и убегать от них.
Здесь же несовершенные кристаллы, капельки слизи, вместо того, чтобы попросту, прозябать, стали активно перемещаться, узнавать, а затем и познавать мир, отняв у окружающей среды возможность их воспроизведения. За миллиард лет — век одного кристалла кварца, они прошли путь от коацерватов до высших растений и животных, включая человека.
Органическая химия как наука способна объяснить предпосылки биологической эволюции до определенной черты. Так, непостоянный значимый уровень («полужидкая консистенция») явился предпосылкой произвольного перемещения, а разнородные и, в то же время, близкородственные молекулы послужили основой для гибкого выбора. Тем не менее, без базисного стремления к сохранению собственного постоянства (т. н. «инстинкта самосохранения», свойственного и неорганической природе) жизнь не могла бы развиваться.
Напомню, что для высшего организма наименее затратным приспособлением к окружающей среде является слияние с ней через гибель и разложение, — причем такая возможность предоставляется в избытке.
Осознание преемственности от жизни неорганической к жизни органической позволяет установить значение тех свойств, которые последней присущи изначально, а потому мыслятся базисными. Таково размножение. Его считают одним из фундаментальных свойств организма, что справедливо для жизни органической (пусть на определенной ее стадии и не для всех особей — у общественных насекомых) — потеря такой способности означает прекращение рода. Сравнение же с другими формами жизни показывает, что здесь имеет место разрушение индивидуума. Уместно вспомнить вышеупомянутого лосося. Заплатив жизнью, он оставляет многочисленное потомство, где из миллионов выживают единицы. В живых остается меньше миллионной доли родительского вещества.
Предпосылки размножения наличествуют у кристаллов. У них по мере роста возрастает вероятность дефекта решетки, что приводит к своего рода почкованию, образованию друз. Подобным образом возникло, а затем усовершенствовалось размножение и у органических предшественников биоты. Подобное можно наблюдать как вторичное явление. Например, у аира, не образующего семян в наших широтах, ветвление является формой роста, тогда как отламывание ветви, ставшее единственным способом размножения, есть случайное событие, вероятность которого увеличивается с возрастом.
Т. о., в основе размножения лежит защитная реакция живого организма, разрушающегося раньше, чем его неизбежно разрушит среда; причем таким образом, чтобы еще эффективней противостоять ее воздействию.
Одним из свойств живых организмов является субъективная способность ощущать, несводимая к механическому отражению либо к передаче электрических импульсов.Уместно предположить, что в ее основе лежит индивидуализированное активное стремление к сохранению собственного постоянства, присущее всем формам жизни.
Познать проявление этой субъективности автору помогла критика физического принципа неопределенности т. н. элементарных частиц. Сравнивая их с объектами, движущимися со скоростью, близкой к скорости зрения, автор пришел к выводу, что их изображение, создаваемое прибором, например, камерой Вильсона, не может быть определенным, а значит, являться объективным свидетельством о радикальном отличии микромира от макромира. Ознакомившись со взглядами творцов квантовой механики, автор нашел в их словах подтверждение своих мыслей: «Должен ли ученый раз и навсегда отказаться от мысли об объективном времени и объективном, не зависящем от наблюдателя, событии в пространстве и времени или же развитие современной физики следует рассматривать только как преходящий кризис? Мне кажется... что такой отказ должен быть окончательным» [Гейзенберг: 9]. «Никто в мире не сможет “объяснить” ни на каплю больше того, чем “объяснили” мы... У нас... нет представления про более фундаментальную механику, из которой было бы возможно получить эти результаты» [Фейнман: 217].
Т. о. первоначально я счел неопределенность иллюзией, в которую предпочли поверить исследователи, игнорируя ограниченность собственных приборов. В дальнейшем, однако, пришел к выводу о полной определенности на бесконечно составном уровне и о неопределенности на бесконечно малом и значимом уровнях, в т. ч. у явно живых организмов5. Остановимся на последнем случае. Пусть местоположением человека является объем, равный его собственному и находящийся над данной поверхностью Земли. При ходьбе со скоростью 5 км/ч местоположение является неопределенным уже в теч. неск. секунд, а определенность проявлена в долях секунды. Уменьшив время до миллионных долей секунды, получим неопределенность самой его жизни. В это время не проявлены кровообращение, нервные импульсы и т. д. В течение 10-50 сек. определены позиции электронов. Но это означает неопределенность потоков, формирующих созерцаемый значимый уровень. Т. е. в это время ни одно из наблюдаемых нами макроскопических «тел» не обособлено от окружающей его среды. Тем не менее из 10-50 сек состоят секунды целые, когда «тела» проявлены как особи. Иными словами в значимых подразделениях времени подзначимое прошлое и настоящее слиты.
Настоящее субъективно, однако не в том смысле, что оно кому-то кажется, а в том, что оно индивидуализировано.
Гениальной идеализацией механицизма стал принцип равномерного движения, когда объект преодолевает с одной и той же скоростью любое расстояние. В идеале, если объект движется со скоростью 1 м/с, то за миллионную долю секунды он должен пройти один микрон.
С точки зрения диалектики значимые периоды времени, в отличие от бесконечно-составных, нелинейны и историчны6. В 10-50 с. существуют лишь предпосылки жизни человека, а стало быть, — и его произвольного перемещения, так же, как биологический индивидуум представляет собой веху эволюции, ее предпосылку, но сам он не эволюционирует. Моментом же эволюции и предпосылкой видообразования является размножение индивидов.
Как можно заметить, на базисном уровне проявляется функциональность, своего рода, телеология, т. е. целеполагание. Если Ламарк полагал телеологию в стремлении организма к совершенствованию, то у Дарвина она сохранилась в неявном виде как борьба за существование, и мыслится, как результат эволюции. Как было показано выше, без такой телеологии — стремления к сохранению постоянства, не была бы возможна сама эволюция.
Телеология на базисном уровне проявляется не только в индивидуальном, но и в общем. Хотя вода не создана специально для рыб, а воздух — для птиц; среда как таковая, необходимо существует для обособления значимых уровней друг от друга, а также для их перемещения (мы можем передвигаться в воздухе, воде, но не в камне), следовательно, для построения уровня большей значимости, например, при движении электронов вокруг ядра.
Своего рода телеология обнаружилась в видимом противоречии между жизнью и вторым началом термодинамики, точнее принципом рассеяния энергии. Многие исследователи предлагают решить этот вопрос, исходя из иерархии научных дисциплин. В этом случае жизнь рассматривается лишь как противоток в господствующем потоке. Суть последнего заключается в том, что при столкновении тел теряется часть кинетической энергии, переходя в энергию внутреннюю.
Рассматривая различные формы теплообмена, Томсон-Кельвин трижды повторяет: «Происходит расточение механической энергии и полное возвращение ее к первоначальному состоянию невозможно» [Томсон-Кельвин: 181]. И далее: «В материальном мире существует в настоящее время общая тенденция рассеивания энергии. Восстановление материальной энергии в ее прежнем количестве… вероятно, … никогда не осуществится при помощи организованной материи, как наделенной растительной жизнью, так и подчиненной воле одушевленных существ» [Томсон-Кельвин: 182].
Однако жизнь противоречит не только общей, но и конкретной тенденции. Ведь, согласно закону сохранения энергии, живое существо должно было получать от пищи в среднем столько же энергии, сколько тратится на ее расщепление, не покрывая при этом расходы на синтез ферментов, их доставку, погоню за добычей и такие «излишества», как игры, занятия наукой, искусством и т. д.
С другой стороны, очевидно, что живые существа зависят от потребляемых ими ресурсов. Т. о. их жизнедеятельность представляет собой не исключение, а поправку ко второму началу термодинамики.
В те же 50-е гг., когда Томсон-Кельвин вывел принцип рассеяния работы, Маркс указал, что источником капитала является не товар, на продаже которого торговец зарабатывает в среднем столько же, сколько теряет при покупке, а труд рабочего, могущего произвести больше, чем это необходимо для поддержания его собственной жизни [ Маркс (23): 166 – 209].
Жизнедеятельность не является исключительным процессом, идущим с приращением энергии. В более простом, а потому удобном для рассмотрения виде, подобное происходит при горении.
Для сравнения, от чашки кипятка, влитой в ванну ледяной воды, температура повысится на тысячную долю градуса. Согласно тому же принципу, от трения спички о коробок следовало ожидать лишь окисления ее головки, а не, к примеру, пожара. В основе горения, так же, как и жизнедеятельности, лежит окисление. Но вовлечение дополнительного фактора, т. е. кислорода, еще не объясняет кажущейся аномалии.
Причина видится в расстоянии между молекулами топлива (пищи) и кислорода. Вспомним, что они представляют собой микромагниты [ФЭС: 358]. Т. о. молекулы способны к дальнодействию и переводят стабилизирующее внутреннее движение атомов в ускоренное перемещение — процесс обратный рассеиванию работы. В свою очередь, сила их столкновения идет на разрыв соседних молекул топлива, притягивающих кислород и т. д. Тканевая жидкость биоорганизма снижает скорость реагирующих молекул. По этой причине интенсивное окисление в ходе жизнедеятельности не воспламеняет его.
В отсутствие пустоты дальнодействие означает перевод подзначимых перемещений на значимый уровень. Мельчайшие колебания приводят к упомянутому притяжению мужского цветка валлиснерии к женскому; к падению камня, всплытию ныряльщика, орбитальному движению планет и т. д.
Т. о. близко- и дальнодействия являют собой не просто совокупность разрозненных сил (как представляется при их изолированном рассмотрении), но диалектически функциональное единство антагонистов, подобное органическому единству мышц-сгибателей и разгибателей.
Назовем их функции, начав с концентрации энергии. О ней уже говорилось при рассмотрении роли среды. Она необходима для перемещения на данном уровне, следовательно, для формирования уровня надзначимого. Стоит напомнить, что дальнодействие м. ядром, электронами и соответствующей тонкой средой лежит в основе строения атома.
Тем не менее, ускорение приводит к усталости и к разрушению величин. Отсюда необходимость отдыха. Здесь можно усмотреть прообраз конфликта между личным и общественным.
Дальнодействие вызывает ускорение величин и увеличение вероятности близкодействия. Близкодействие — рассеивание энергии, отдых взаимодействующих величин, и увеличение роли малых колебаний в дальнодействии через среду.
Примечания:
1Лейбниц пишет: «Я настолько убежден в существовании актуальной бесконечности, что не только не допускаю мысли о том, что природа не терпит бесконечности, а напротив, считаю, что она... демонстрирует любовь к ней. Итак, я полагаю, что нет ни одной частицы материи, которая была бы, не скажу только неделима, но даже не разделена актуально. Любую мельчайшую частицу /примечательная оговорка, свидетельствующая о противодействии созерцательного представления умозрительному!/... должно рассматривать как мир, наполненный бесчисленным количеством разных созданий» [Лейбниц: 294].
2Эти первоначальные частицы…никогда не изнашиваются и не разбиваются в куски. Никакая обычная сила не способна разделить то, что создал сам Бог при первом творении [Ньютон: 303].
3Демокрит полагал, что атомы обладают всеми основными стереометрическими формами, а потому свой вывод он воспринял, как неразрешимый парадокс, апорию (от “” — «без выхода»).
4В переводе (в т. ч. в академическом «Собрании научных трудов») термин «материя» заменен на «вещество». Исправлено по подлиннику [Einstein, Infeld: 256].
5Приоритет постановки этого вопроса принадлежит древнегреческому философу Зенону. В одной из своих апорий он говорит, что если позиция стрелы каждый момент определена, то ее перемещение слагается из стадий покоя, а следовательно, невозможно [см. Античные философы: 58].
6Данный аспект подчеркивает и теория относительности. Воздавая должное ее философским выводам, автор статьи исходит из бесконечной составности, а потому расходится с физиками в оценке света в качестве основы мироздания. На его взгляд качественная философия была привязана к частному затруднению, которое могло быть всецело решено в рамках классической физики. Ограничусь указанием на фазовую скорость света, превышающую фундаментальную константу теории относительности [ФЭС: 799].
Библиография:
І. Античные философы (свидетельства, фрагменты и тексты): Зенон (отрывки) с. 57 – 59; Демокрит (свидетельства), с. 93 – 110// составитель А. А. Аветисьян., К.: Издание Киевского Государственного Университета им. Т. Г. Шевченко, 1955 — 314 с.
ІІ. Гейзенберг В., Философские проблемы ядерной физики: Преобразования точных наук в новое время, с. 3 – 19; М.: Издательство иностранной литературы, 1953 — 134 с.
ІІІ. Лейбниц Г. Ф., Собрание сочинений в 4-х т., т. 3: Лейбниц – Фуше, с. 293 – 294; М.: Мысль, 1984 — 794 с.
ІV. Максвелл Дж. К., Статьи и речи: О действии на расстоянии, с. 48 – 62, М.: Наука, 1968 — 422 с.
V. Ньютон И., Лекции по оптике, М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954 — 367 с.
VІ. Паули В., Физические очерки: К старой и новой истории нейтрино, с. 104 – 132, М.: Наука, 1975 — 256 с.
VІІ. Томсон-Кельвин В., О власти одушевленных существ над материей, с. 177 – 178, О проявлении в природе общей тенденции к рассеиванию механической энергии, с. 180 –182 — в книге «Второе начало термодинамики», Л.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1934 — 311 с.
VІІІ. Фейнман Р. Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, вып. 3., М.: Мир, 1976 — 496 с.
ІХ. Физический Энциклопедический Словарь (ФЭС), М.: Советская Энциклопедия, 1983 — 928 с.
Х. Эйнштейн А., Инфельд Л., Эволюция физики. Развитие идей от ранних концепций до относительности и квантов. М.: Наука, 1965 — 326 c.
ХІ. Einstein A., Infeld L., Evolution of physics. Development of ideas from earlier concepts to relativity and quanta, NY: Simon & Schuster, 1938 — 319 pр.