Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Это область равновесной термодинамики н статистической физики. Построение "науки о тепле" началось на чисто феноменологической основе с постулировання двух универсалей — принципа сохранения энергии и принципа возрастания энтропии. Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов существенно обогатили представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики его свойство — направленность, критерием которой служит знак изменяющейся по ходу необратимого процесса энтропии.

Таким образом, для первого круга явлений характерны обратимость и жесткий детерминизм, индифферентность времени к прошлому и будущему, а для второго — необратимость и вероятность, направленность времени, Изучение этих крайних структурных организаций вещественного мира привело к разработке двух крупных областей знаний, двух научных мировоззрений — детерминированного и статистического. Для первой области изначально характерен индуктивный подход, для второй— дедуктивный.

Каждой области знаний присущи свои специфические, независимые друг от друга законы, которые А. Эддингтон разделил на перничные и вторичные [23]. Первым подчиняется поведение отдельных частиц, а вторым — большие ансамбли частиц. Подавляющее большинсгво явлений, определяемых внутренним строением и взаимодействием микрочастиц, в силу чисто математических трудностей оказываются слишком сложными для их строгого описания с помощью априорного подхода и известных фундаментальных закономерностей, которым эти явления безусловно следуют. Выход ищут в разработке приближенных эмпирических методов, в привлечении дополнительного экспериментального материала, в упрощении моделей и расчетных 2! схем.

Примерами могут служить многочисленные полузмпирические методы квантовой механики атомов и молекул, классические теории гармонических колебаний и вращений молекул и т.д. Что же касается явлений с участием множества частиц, то здесь имеются трудности более принципиального характера.

Поведение реальных макроскопичсских ансамблей, подчиняясь аксиоматическим началам термодинамики, в той или иной мере, но в принципе всегда не соответствует выведенным из моделей идеального газа и идеального раствора закономерностям. Трудности, возрастающие с ростом давления, понижением температуры, увеличением концентрации н переходом от изолированных систем к закрытым и открытым, преодолеваются также с помощью эмпирического подхода: введением в законы идеальных газов и растворов поправок, например, на собственный объем микрочастиц и их взаимодействия (уравнение Ван-дер-Ваальса); переходом к использованию эффективных параметров (актнвностей и фугитивностей), сохраняющих формы идеальных законов; добавлением частных эмпирических постулатов (линейная неравновесная термодинамика). Таким образом, увеличение возможностей в исследовании явлений двух отмеченных выше групп происходит путем разработки приближенных эмпирических методов, т.е.

за счет отказа от априорных, чисто теоретических поисков. В обоих случаях фундаментальные основы остаются незыблемыми, следовательно, качественных изменений не претерпевают и соответствующие научные мировоззрения. Причинно обусловленные явления природы, изучаемые классической физикой и квантовой механикой, не участвуют в эволюционном развитии биосферы, так как обратимы во времени. Если бы происходили только такие явления и необходимость всегда была следствием необходимости, то мир оставался бы качественно неизменным, И. Пригожин по этому поводу писал; "Все, что дает классическая физика, сводится к утверждению; изменение есть не что иное, как отрицание возникновения нового, и время есть всего лишь параметр, не затрагиваемый преобразованием, которое он описывает.

Образ устойчивого мира — мира, избегающего процесса возникновения, вплоть до нашего времени оставался идеалом теоретической физики. Динамика Исаака Ньютона, дополненная его великими последователями: Пьером Лапласом, Жозефом Лагранжем и сэром Уильямом Гамильтоном, представляла собой замкнутую универсальную систему, способную дать ответ на любой поставленный вопрос. Любой вопрос, на который динамика не могла дать ответ, отвергался как псевдопроблема, почти по определению" [24. С. 41). В чисто статистических явлениях хаотического ансамбля свобода является продуктом свободы.

Если бы только совершались явления, в которых меньший беспорядок порождал больший беспорядок, то эволюция мира была бы направлена к равновесному состоянию с максимальным значением энтропии, к вечному и полному покою. Такая перспектива развития отражена в концепции "тепловой смертн", сформулированной У. Томпсоном в 1852 г. Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц, обсуждая второе начало термодинамики, отмечают: "Согласно результатам статистики Вселенная должна была бы находиться в состоянии полного статистического равно- весия.

Между тем ежедневный опыт убеждает нас в том, что свойства природы не имеют ничего общего со свойствами равновесной системы..." 125, С. 151. Изучение как строго детерминированных, так и часто статистических процессов не ответило, да и не могло ответить, на вопрос о механизме совершающихся в природе процессов структурной самоорганизации, т.е, о спонтанном переходе хаоса в порядок, когда необходимость является продуктом свободы.

Такие процессы имеют место в физических, химических и биологических системах. Если бы в живой и неживой природе происходили только что рассмотренные явления двух групп, расположенных на противоположных концах нашего ряда, то невозможно было бы не только совершенствование живых организмов, но и само их возникновение; более того, вообще отсутствовал бы какой-либо порядок даже на элементарном атомно-молекулярном уровне. К самопроизвольному возникновению качественно новых структурных образований в природе приводят явления третьей группы, занимающей промежуточную часть ряда.

Они подробно рассматривались в предшествующем томе настоящего издания [2б). Напомню, что их сущность заключается в неразрывной связи макроскопических и микроскопических свойств системы или, иными словами, во взаимообусловленности детерминистического и статистического поведения ансамбля; необходимость здесь есть продукт свободы. Итак, существуют три мира явлений. Мир одних, провозглашенный в физике Ньютоном в 1687 г., качественно неизменен.

Мир других, провозглашенный в термодинамике Клаузиусом в 1850 г„деструктивен, И, наконец, мир третьих, провозглашенный в биологии Дарвиным в 1859 г. н в естествознании Пригожиным в 1980 г., созидателен и склонен к эволюционному саморазвитию. Три мира — три научных мировоззрения — три языка, на которых человечество одновременно ведет диалог с природой. Явления первой и второй групп, как уже отмечалось, подчиняются принципиально разным законам природы (детерминистическим и статистическим соответственно), совокупности которых образуют их научные фундаменты. Представления, выработанные для описания явлений одной группы, не могут быть использованы для описания другой.

Так, термодинамические функции состояния (температура, энтропия, свободная энергия н др.) теряют смысл для объектов и явлений, изучаемых классической физикой и квантовой механикой. В то же время такие физические понятия, как координаты, импульсы н траектории движения микрочастиц, волновая функция, уравнение Шредингера и др., неприемлемы для равновесной термодинамики. Явления третьей, промежуточной, группы не потребовали для своего описания раскрытия новых фундаментальных законов природы. Новизна рождающихся в результате статнсгико-детерминистических процессов структурных образований не в особых, ранее неизвестных свойствах микроскопических элементов, а в макроскопическнх организациях этих элементов с упорядоченной системой связей.

Качественные изменения, происходящие при спонтанном переходе системы от хаоса к порядку, возникают благодаря кооперативному эффекту, проявляющемуся в процессе реализации возможностей микроскопических 23 составляющих при установлении между ними когерентных или иных, но обязательно строго согласованных взаимодействий.

Формирование научного мировоззрения. Историческое развитие научного мышления — это хронологический порядок познания естественных законов и все более глубокое проникновение в суть структурной организации природы. Данное обстоятельство делает развитие научного мышления объективным и, казалось бы, четко предопределенным в отношении направленности и конечной цели процессом познания. Этот процесс имеет также свою структурную организацию, которая с течением времени совершенствуется и приближается к структурной организации своего оригинального источника — природы, являющейся, таким образом, для процесса познания аттрактором.

Характеристики

Список файлов книги