Страница 83 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Общеизвестный факт – в биохимических основах жизни лежат свой­ства 20 аминокислот и 5 нуклеотидов. Их можно считать иерар­хи­чес­кими “атомами” жизни. Преимущественный результат биохимичес­ких реакций – квазикристаллические структуры. Это означает, что “ато­мы” жизни имеют шестимерные симметрии, разрешающие их взаимную плотную упаковку в разных комбинациях, сохраняющую эти симметрии.

Это должно иметь отражение в биохимии жизни. Ведь если суще­ствует такая упаковка, то “атомы” жизни не нуждаются при “сборке” во взаимной подгонке – в удалении (или добавлении) час­тей, несовме­сти­мых с законами симметрии. Выражением этого должны быть отходы в ви­­де непригодных для живых систем промежуточных продук­тов реак­ций. Реально отходов нет. Известная, бросающаяся в глаза осо­бен­ность биохими­и живых систем есть практически поч­­ти пол­ное использование промежуточных и итоговых продуктов од­них биохи­ми­­чес­ких реакций в последующих других. Этот экспериментальный факт сформулирован в виде извест­ного в биохимии прин­ципа струк­тур­ной комплементар­нос­ти [45]:  хими­чес­­кие превращения в живых системах проис­хо­дят це­поч­ка­ми в 20 и более реакций, проме­жу­точ­ные продукты которых пол­ностью ис­поль­зуются в них самих. Связь принципа струк­тур­ной компле­мен­тар­но­сти с фазовым пространством и ква­зи­кристал­лами осталась не­по­ня­той. Теоретического обоснования его не сущест­вует.

Принцип структурной комплементарности создаёт основу для энер­­гетического сопряжения биохимических реакций. Жизнь изотермич­на и изобарична (если в задачах не участвуют механические напряжения ). В этих условиях пе­ренос энергии между реакциями может происхо­дить преимуществен­но то­гда, когда они имеют общие промежуточные про­дукты. Прин­цип структурной комплементарности гарантирует вы­пол­­не­ние такого ус­ло­вия. Естественно, что энергетическое сопряжение био­хи­мических ре­ак­ций есть сложный процесс и одним этим условием не исчерпывается, но это обсуждать здесь не буду. Рассмотрю при­мер следствий квазикристал­ли­ч­ности жизни (повторно к главе II).

В палеонтологии применяется метод радиоуглеродной да­ти­ровки ископаемых находок. Он воспринимается как эмпири­ческий факт.

Известно, что природный углерод на Земле представлен преиму­щест­венно двумя изотопами 12С и 13С. В процессе метаболизма живых организмов содержание тяжелого изотопа углерода поддерживается по­с­тоянным и равно  13C = 26 7% . После гибели организмов поступ­ле­ние в них углерода прекращается. Однако изо­­топ 13С радио­ак­тивен – рас­па­да­ется. Поэтому с течением времени в погибшем организме величина 13C падает. В результате в иско­паемых фор­мах жизни в сравнении с ныне существующими изменяется содержание тяжелого изотопа угле­ро­да, зависящее от времени, прошедшего после гибели организма. Это ис­поль­зуется для датировки ископаемых находок.

Подчёркнутая в этой работе роль в возникновении и суще­ст­во­ва­нии жизни шестимерных симметрий даёт качественное объясне­ние не­рав­­ноправию изотопов углерода в живых орга­низ­мах.

Элементарные акты химических реакций и их результаты не зави­сят от малого от­ли­чия масс изотопов, участвующих в них. Это общая осо­­бенность химии изотопов. Но в живых организмах образуется слож­ная многоступенчатая иерар­хия шестимерных кристаллов. Единичная химическая связь в функции от массы изо­то­па углерода изменяется нич­тожно. Одна­ко при подмене изотопов углерода в сложной иерархии ше­сти­мерных квазикристаллических структур на­капливаются малые отличия “формы” био­мо­ле­кул и их объе­ди­нений. Для биомолекул (при большом числе и сложных связях атомов углерода) всегда будет су­ще­ст­во­вать предел коли­чест­ва атомов в квазикристалле, выше которого на­коп­лен­ная ошибка ока­жет­ся несов­ме­сти­мой с требованиями его симмет­рии. За этим пре­де­лом следующий “дефектный” атом-изотоп  разрушит крис­таллическую структуру. Это энерге­ти­чески не­вы­годно, поэтому та­кой изотоп углерода встроиться в структуру не смо­жет. Возникает “атом­ный от­бор” – начиная с неко­то­рого уровня слож­­­ности квази­крис­тал­­лов дальнейшие биохими­чес­кие ре­ак­ции возмож­ны только в том слу­чае, если они используют изотоп 12С, от­ве­ча­ющий месту угле­рода в таб­лице Менделеева, то есть ше­с­ти­мер­ной симметрии данного соединения.

Предло­жен­ные выше качественные сооб­ражения можно развить до итога в виде кон­к­ретного числа  13C = 26 7%. Не­за­ви­симость этого чис­ла от уровня иерар­хии живых организмов го­во­рит о том, что за нако­п­ление ошибок от­ветственны шестимерные кри­сталли­чес­кие структуры, которые об­ра­зуются на ранних эта­пах эволюции жиз­ни и используются в более позд­них организмах как универсальное целое. Однако конкретных исследо­ва­ний в этом направ­ле­нии нет.

Одна из трудностей при теоретическом описании квазикристаллов заключается в том, что для построения упомянутых в начале этого пара­графа мозаик Пенроуза нередко надо знать расположение элементов на боль­­ших расстояниях от заполняемого участка мозаики. Это есть в тер­минах физики нелокальное взаимодействие, правомочность которого для описания природы неочевидна. Шестимерные симметрии и квазикрис­тал­лы как их сечения трёхмерным пространством делают нелокальность кажущейся – результатом некорректности математической мо­дели.  

На протяжении тысячелетий люди искали аналогии между жи­вы­ми системами и красотой кристаллов в природе. В прямом простейшем смысле их не обнаруживалось. Однако они есть, если крис­таллы рас­смат­­ривать так, как они первично существуют в природе – в шести­мер­ном пространстве. При этом необходимо важнейшее напоминание! Воз­ник­новение и эволюция жизни есть результат роста энтропии, роста бес­порядка! Синтез информации, как он описан в главе I, включает в се­бя критерии устойчивости в комплексной плоскости и принцип мак­си­мума производства энтропии. Этим определено, что решающие при­чины и способ возникновения и эволюции жизни и разума не могут быть сведены только к кристаллизации. 

Шестимерная кристаллизация участвует (и не мало) в возникно­ве­нии и эволюции жизни и разума. Но она есть составляющая се­ман­ти­чес­кой информации, а синтез полной информации о живых сис­темах вклю­чат в себя запомненный (с помощью критериев устой­чи­вости в комп­лекс­ной плоскости) выбор из случайностей – информацию. Любой био­ло­гической задаче отвечает свой семантический коэффициент .30).

Описанные выше “пер­вые прин­ципы” могут быть основой созда­ния и эволю­ции жизни и разу­ма “на бу­ма­ге”, если преодолеть труд­­но­сти, которые не малы. Однако (с не малыми оговорками) их можно отнести к “тех­ническим”. Это вызывающе, но есть бес­­­спорный факт. Приро­да про­с­та и, словами Ньютона – “не раскошествует из­лиш­ни­ми причи­нами”.

Простота и наглядность для человека ещё не есть таковое для при­роды. В общем виде это отражает фазовое пространство. “Час­­тицы” в трёх­­мерном геометрическом (конфи­гурационном) про­ст­ран­стве, кото­рым “разрешают” двигаться – это мо­дель, элементар­но оче­вид­ная и по­нят­ная при специфике органов чувств и исполнитель­ных ме­ха­низмов че­ло­века (как биологического вида жи­вых организмов). Реаль­ность при­ро­ды есть положения и движение как од­но неразделимое це­лое. Его описа­ние требует фазового прост­ран­стве, имеющего ко­неч­ный дис­крет­ный пре­дел приращений объёма (1.14).

Ма­териальными суб­стан­циями (физическими перемен­ны­ми) для при­роды являются не “час­тицы”, а энер­­гия и информация-энт­ропия. “Фи­лософы” в начале ХХ ве­ка, отставшие даже от современ­но­го им уров­ня науки, подняли панику – “мате­рия исчезла” и стали по­ми­нать ве­ликого предка Секста Эмпирика ру­га­тель­ным словом “эмпи­рио­кри­ти­цизм”. Они не понимали (как про­дол­жают не понимать сегодня многие про­фессора и академики-механики и даже физики), что после работ Га­миль­тона и Якоби материальная точка механики – частица – по­те­ряла фун­даментальную роль в описании при­ро­ды и стала только одной из воз­можных эффективных частных моде­лей.

После уравнений классической механики, полученных Гамильто­ном уже 150 лет назад, масса в классической механики не обязательно есть определяю­щая переменная. Подчёркиваю! – “Масса исчезла” уже 150 лет назад, до открытия квантовых законов. “Изчезла” бес­спор­но. Ис­чез­ла как результат уравнений Гамильтона “старой” клас­си­чес­кой ме­ха­ни­ки – масса  m  как переменная в них отсутствует. Урав­не­­ния Гамиль­тона (6.6) можно получить из урав­не­ния механики, содер­жа­­щих пара­метр  m.  И наоборот. Можно. Но не обязательно!

Реальность природы, начинающаяся от уровня “элементарных час­тиц”, есть шестимерная (строго – 6N-мерная) иерархи­чес­кая “кристал­ли­за­ция” как составляющая синтеза информации в фазовом пространстве. Да­лее элементы таблицы Менделеева (новые объек­­ты новой сис­те­мы) про­дол­жают эту иерархию. Кристаллы соли или алмазов образуются в шес­ти­­мер­­ном про­странстве. Однако человеческие орга­ны чувств видят их как периодические структуры в трёх­мерном прост­ран­стве. Это опре­де­ляют в данном случае ра­циональ­ные углы сечения шестимерного про­ст­ранства с помо­щью трёхмерного.

Живая и неживая природа не есть противопоставления. Причина воз­ник­но­вения и эволюции жизни есть участие крис­тал­лических сим­мет­рий в синтезе информации, происходящем в фазовом про­странстве – од­но­родное продол­же­ние иерар­хического синтеза информации на основе прин­ци­па максимума про­­изводства энтропии и кри­те­риев ус­той­чивости в тер­минах функций комплексного пере­мен­но­го (см., параграф 9, 10 главы I). Энт­ро­пия-ин­фор­мация отображает мнимую часть этих функ­ций. Сво­бод­­ная энер­гия связана с их дей­ст­вительной частью.