Аксиома четвертая и последняя

Из второго начала термодинамики, о котором говорилось в начале этих очерков, вытекает очень серьёзное следствие: нельзя получить энергию лишь отнимая у какого именно?или тела тепло. Наряду с этим необходимо нагревать какое?то второе тело.

не забываю, как вблизи экватора мы поднимали с километровой глубины громадной батометр: из него потекла ледяная вода, а на поверхности температура была за тридцать. По окончании вахты я на досуге начал изобретать некоторый генератор энергии. Состоять он должен был, как не забываю, из двух радиаторов, соединенных двумя трубами километровой длины. Легкокипящая жидкость, наподобие фреона, вскипала в верхнем, плавающем на поверхности моря, радиаторе; пары ее, прокрутив по дороге турбину, конденсировались в нижнем. Таковой генератор охлаждал бы поверхностную воду и прогревал глубинную. Не будь солнца, он, само собой разумеется, остановился бы, когда температуры наверху и внизу сравнялись. Совокупность пришла бы в равновесное, самое возможное состояние. Теплота самопроизвольно не имеет возможности переходить от холодного тела к менее холодному. Напротив – пожалуйста.

Но теплота – это кинетическая энергия хаотически движущихся молекул. Совокупность «паровой котел – холодильник» с отличием температур менее возможна, чем совокупность, во всех частях которой средняя кинетическая энергия слагающих ее молекул однообразна. Во втором случае максимума достигает энтропия – так именуют омертвленную энергию, которую нельзя превратить в работу. А энтропию физики определяют как логарифм возможности состояния совокупности. Хаос возможнее структуры – люди осознавали это неизменно. Как раз ясным сознанием того, что порядок не имеет возможности появиться из беспорядка, разъясняется столь раннее становление двух эпигенеза и развития – противоборствующих теорий преформизма (наблюдай теорему первую). Но, пожалуй, только великий физик Людвиг Больцман в прошлом веке выразил это количественно.

И невозможность создания вечного двигателя второго рода, при работе которого появляется, а не выравнивается разность температур (либо давлений, либо электрических потенциалов), стала уже следствием более неспециализированного закона самопроизвольного перехода порядка в беспорядок.

Все мы знаем, что для наведения порядка в квартире либо хотя бы на рабочем столе требуется затратить какую?то долю энергии. А вот беспорядок появляется сам, его намерено создавать не требуется.

Дабы выстроить жилище – от первобытной хижины до высотного дома, – люди затрачивали уйму энергии. А будущее их творений, в случае если их дать самим себе (другими словами не тратить энергии на поддержание структуры), была однообразной: они рассыпались, преобразовываясь в бесформенные, но более возможные с позиций термодинамики груды стройматериалов. Энергия, затраченная на их постройку, в итоге переходила в энергию теплового перемещения молекул, омертвлялась.

А сами структуры отечественных тел? Не начинают ли они в среднем по окончании 50 лет неспешно распадаться, уступая непреложному росту энтропии? В конечном итоге все удачи геронтологии только чуть?чуть затормаживают данный процесс. Об этом прекрасно сообщил Омар Хайам:

В нашем мире ты умным слывешь?

Ну и что?

Всем совет и пример подаешь?

Ну и что?

До ста лет ты собирается прожить?

Допускаю.

Возможно, до двухсот проживешь.

Ну и что?

Имеется, как минимум, хорошая сотня догадок (по некоторым подсчетам, их более двухсот) растолковывающих, что такое старость и как с нею бороться. Я еле удерживаюсь от желания добавить к ним сто первую, которая думается мне самая обоснованной. Но на данный момент не это есть отечественной задачей. Мы должны осознать, что второе начало термодинамики требует постепенного разрушения генетических программ отечественных клеток. Случайные, непредсказуемые и равнодушные к судьбам организмов трансформации генетических программ приводят к нарушению стройного порядка поддержания фенотипов. «Жить значит умирать» (Ф. Энгельс).

Но этого мало. Так как клетки – предшественники гамет (яйцеклеток и спермиев) – кроме этого подвержены мутациям, каковые, буде это произойдёт, перейдут в новое поколение. Дети передадут их внукам добавлением новых (вспоминаются древнеримские стихи: «Отцы были хуже, чем деды – нас негодных вырастили»). Получается, что игра в сломанный телефон от поколения к поколению в итоге приведет к полному разрушению структур отечественных организмов, торжеству энтропии.

Итак, мы пришли как словно бы к печальному выводу: хаос побеждает структуру. Случайные, ненаправленные трансформации генетических программ должны, накапливаясь много поколений, разрушать и сами программы, и те фенотипы, каковые этими программами кодируются.

Если бы вывод был лишь печален. Но так как он и неверен! Все мы превосходно знаем, что структуры живых организмов сохраняются от поколения к поколению. Более того, мы знаем, что на протяжении эволюции шло постоянное усложнение структур. Два миллиарда лет назад на Земле обитали только бактерии и синезеленые водоросли. Каких?нибудь 200–300 миллионов лет спустя появляются организмы с оформленным ядром, пока еще несложные одноклеточные, примитивные грибки. А дальше – кишечнополостные, черви, моллюски. 500 миллионов лет назад на сцену судьбы выходят хордовые. «Век рыб» сменяется «веком земноводных», после этого «веком рептилий» и, наконец, на высшие ступени в биосфере выходят млекопитающие, после этого человек. Где же тут победа энтропии?

Да и подчиняется ли живая природа второму началу?

Демон Максвелла. Дабы решить эту проблему, возвратимся назад. В прошлом веке великий физик Максвелл внес предложение поставить мысленный опыт. Представьте себе, сказал Максвелл, трубку, заполненную разреженным газом. Трубка посредине поделена перегородкой. В перегородке имеется заслонка, створка. Допустим, что у данной заслонки сидит некое существо (либо устройство), различающее молекулы по скоростям. Пускай это существо (демон) открывает заслонку перед стремительными молекулами и закрывает перед медленными, другими словами сортирует их по энергиям.

В следствии отбора, создаваемого демоном, стремительные молекулы соберутся в одной половине трубки, а медленные в второй. Один финиш устройства разогреется, второй охладится. Неспециализированная энергия устройства останется прошлой, так что первое начало термодинамики (закон сохранения энергии) мы не нарушим. Но совокупность перешла от более возможного состояния к менее возможному. Демон взял разность температур, разрешающую совершить работу, в обход второго начала термодинамики.

На рисунке продемонстрирована схема, разрешающая воссоздать парадокс

Максвелла. Соберите электрическую цепь с диодом (либо иным выпрямителем), пропускающим ток лишь в одном направлении. Свободные электроны в металле будут в состоянии хаотического теплового перемещения (электронный газ). Как и во всяком газе, в нем появляются флуктуации мы их не видим, но слышим как потрескивание и шипение в динамике приемника (в том месте они усиливаются, и они?то именно есть помехой не сильный сигнала). Диод обязан сыграть роль демона: пропуская электроны в одну сторону, он формирует разность потенциалов, за счет которой возможно выполнить работу.

Собрать такую схему в школьном кабинете физики – минутное дело. Еще стремительнее мы убедимся, что диод не хочет быть демоном – ток в схеме не появляется. Обстоятельство? Возвратимся к примеру с разреженным газом в трубке. За неимением демона снабдим заслонку какой?нибудь пружиной, которая разрешит створке раскрываться лишь по окончании удара скоро движущейся молекулы с высокой энергией. Створка откроется, дабы пропустить молекулу, но наряду с этим заберёт у нее энергию на деформацию пружины! При с электронами роль пружины делает сопротивление диода.

А вдруг у нас все?таки имеется демон? Допустим его существование, поскольку опыт у нас мысленный. Возможно допустить кроме того да и то, что на открывание заслонки энергия не расходуется. Но как именно отечественный привратник определит, какую молекулу нужно пропустить, а какую нет? Он обязан знать скорость молекул, непрерывно приобретать данные об их координатах в любой момент времени. Но информация не дается бесплатно: Л. Бриллюэн продемонстрировал, что затраты на различение молекул с лихвой компенсируют вероятный прирост энергии. Как не отыскать в памяти шутливое замечание о том, что первое начало термодинамики говорит, что в игре с природой нельзя выиграть, а второе – что запрещено кроме того остаться «при собственных». На атомно?молекулярном уровне отбор оказывается неосуществимым.

А в живой природе? Тут вступает в воздействие принцип, что Н. В. Тимофеев назвал принципом усилителя. Вернее именовать его принципом усиления так как под словом «усилитель» в большинстве случаев подразумевают какое?или устройство, намерено созданное для данной цели. Осознать его воздействие возможно из примера, приводимого В. А. Ратнером. Допустим, мы имеем оплодотворенную яйцеклетку – носительницу мутации какого именно?нибудь гена, кодирующего серьёзный для жизни фермент. В ходе развития и роста организма яйцеклетка превратилась в миллион миллиардов клеток (1015). Соответственно умножились гены. Любой ген продуцирует, допустим, сто молекул мРНК и на каждой молекуле мРНК синтезируется в среднем сто молекул фермента. Наконец, любая молекула фермента в 60 секунд осуществляет, скажем, 10 000 актов какой?или реакции. Итак, 1015•102•102•104= 1023. Вам, должно быть, известно число Авогадро: количество молекул в моле приблизительно равняется 6 • 1023. Вот как усиливаются результаты одного?единственного квантового скачка одной мутации!

Это уже ощутимые количества, с которыми может трудиться демон. И таковой демон существует – это естественный отбор, «демон Дарвина» , как удачно его назвал узнаваемый биохимик, фантаст и популяризатор Айзек Азимов. Как раз отбор пропускает в новое поколение организмы со структурой, не через чур очень сильно поменянной, либо с трансформацией, дающим повышенные шансы на дальнейшее размножение и выживание. В случае если преимущество обеспечивается усложнением организации – что же, демон Дарвина отберет и пропустит через собственную «заслонку» в будущее очень редкие варианты, такие, каковые редки, как сверхбыстрые молекулы в газе. Так идет прогрессивная эволюция.

Значит ли это, что жизнь не подчиняется второму началу термодинамики, что она не повышает, а понижает энтропию? Высказались и такие мнения. Но это заблуждение. Жизнь нарушает второе начало не большей мере, чем радиоприемник. Все мы по печальному опыту знаем, что очевидный транзистор, приняв невообразимо не сильный сигнал, может его усилить до таковой степени, что появится опасность для барабанных перепонок соседей. Но на это затрачивается свободная энергия батареек. Она расходуется, например, на преодоление прочих элементов и сопротивления диодов, преобразовываясь в тепло – хаотическое перемещение молекул. Из?за угла опять выглядывает ухмыляющаяся энтропия.

В жизни то же самое. Растения утилизируют только немногие проценты падающей на них солнечной энергии (не более двух процентов) Травоядные животные усваивают не больше 10 процентов энергии пищи, хищники, находящиеся на финишах пищевых цепей, – и того меньше. Коэффициент нужного действия судьбы намного меньше КПД первых паровозов Стефенсона. Ничего не сделаешь – на усиление требуется энергия. Жизнь по большому счету и человек прежде всего в той же мере снижает энтропию Нашей системы, в какой карманный вор повышает ВВП. Один перераспределяет энтропию, второй – деньги в собственную пользу, а в окружающей их среде количество энтропии соответственно возрастает, а денег – значительно уменьшается.

Принципиально важно выделить, что отбор действует не прямо на поменянные генетические программы, а на фенотипы, в которых каждое изменение в миллиарды миллиардов раз улучшается.

Вот мы и подошли к формулировке четвертой теоремы.

CONOR MCGREGOR VS. NATE DIAZ 3 \


Также читать:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: