Что такое жизнь с точки зрения физики шредингер?

10 ответов на вопрос “Что такое жизнь с точки зрения физики шредингер?”

  1. SuperHero Ответить

    Эрвин Шредингер
    Что такое жизнь?

    Что такое жизнь?
    Живая клетка как физический объект
    На основе лекций, прочитанных при содействии Дублинского института перспективных исследований в Тринити-колледже, Дублин, в феврале 1943 г.
    Памяти моих родителей
    Предисловие
    В начале 1950-х годов, будучи молодым студентом-математиком, я мало читал, но уж если читал, то в основном Эрвина Шредингера. Мне всегда нравились его работы, в них чувствовалось волнение открытия, сулившее действительно новое понимание загадочного мира, в котором мы живем. В этом смысле особенно выделяется короткая классическая работа «Что такое жизнь?», которую, как я теперь понимаю, непременно следует поставить в один ряд с самыми влиятельными научными трудами XX века. Она является мощной попыткой осознать настоящие тайны жизни – попыткой, сделанной физиком, чьи собственные проницательные догадки сильно изменили наше представление о том, из чего состоит мир. Мультидисциплинарность книги была необычной для своего времени, однако она написана с подкупающей, хотя и обезоруживающей скромностью на уровне, доступном неспециалистам и молодым людям, стремящимся к научной карьере. На самом деле, многие ученые, внесшие фундаментальный вклад в биологию, такие как Б. С. Холдейн[1] и Фрэнсис Крик[2], признавали, что на них оказали значительное влияние различные идеи, пусть и спорные, выдвинутые в этой книге вдумчивым физиком.
    Как и многие другие работы, повлиявшие на человеческое мышление, «Что такое жизнь?» излагает точки зрения, которые, будучи усвоенными, представляются почти самоочевидными истинами. Тем не менее их по-прежнему игнорирует множество людей, кому следовало бы понимать, что к чему. Как часто мы слышим, что квантовые эффекты не имеют особого значения в биологических исследованиях или даже что мы потребляем пищу, чтобы получить энергию? Данные примеры подчеркивают непреходящую значимость книги Шредингера «Что есть жизнь?». Без сомнения, ее следует перечитать!
    Роджер Пенроуз
    8 августа 1991 г.
    Введение
    Предполагается, что ученый обладает полным и всеобъемлющим знанием о вещах, полученным из первых рук, а следовательно, не должен писать о том, в чем не является экспертом. Как говорится, noblesse oblige[3]. Сейчас я попрошу вас забыть про noblesse, если таковое имеется, и освободиться от соответствующих обязательств. Я оправдываю это следующим образом: от наших праотцев мы унаследовали сильное стремление к единому, всеохватывающему знанию. Само название высших образовательных учреждений напоминает нам, что с античных времен и на протяжении многих столетий наибольшее внимание уделялось аспекту универсальности. Однако рост – в ширину и глубину – различных ветвей знания в последние сто с небольшим лет заставил нас столкнуться со странной дилеммой. Мы отчетливо ощущаем, что лишь начинаем собирать надежный материал, из которого можно вывести общую сумму всех известных вещей. Но с другой стороны, теперь отдельный ум способен одолеть только небольшой, специализированный фрагмент знания.
    Я вижу лишь один способ справиться с этой дилеммой (иначе наша истинная цель будет утрачена навеки): кто-либо должен взять на себя синтез фактов и теорий, даже полученных из вторых рук и неполных, рискуя выставить себя глупцом.
    Таково мое оправдание.
    Не следует недооценивать языковые сложности. Родной язык – как скроенная по фигуре одежда, и человек чувствует себя неуютно, когда лишается доступа к нему и вынужден пользоваться другим языком. Я хочу выразить благодарность доктору Инкстеру (Тринити-колледж, Дублин), доктору Патрику Брауну (колледж Святого Патрика, Мейнут) и – последнему по счету, но не по значению – мистеру С. К. Робертсу. Им было нелегко подогнать под меня новую одежду и убедить отказаться от «оригинальных» оборотов. Если часть их пережила редактуру моих друзей, это моя вина.
    Заголовки разделов изначально должны были представлять собой краткое содержание, и текст каждой главы следует читать in continuo[4].
    Э. Ш.
    Дублин
    Сентябрь 1944 г.
    Менее всего свободный человек размышляет о смерти. В своей мудрости он размышляет не о смерти, а о жизни.
    Спиноза. Этика. Ч. IV, положение 67
    Глава 1
    Классический физический подход к предмету
    Я мыслю, следовательно, существую.
    Р. Декарт
    Общий характер и цель исследования
    Эта небольшая книга родилась из цикла публичных лекций, прочитанных физиком-теоретиком перед аудиторией из четырехсот человек, которая не сократилась даже после изначального предупреждения о сложности предмета и о том, что лекции нельзя назвать популярными, хотя в них практически не используется самое ужасное оружие физика, математическая дедукция, – не потому, что данный предмет можно объяснить без привлечения математики, а просто он слишком запутан для полного математического описания. Другой особенностью, которая придавала лекциям некий популярный оттенок, было намерение лектора объяснить и биологам, и физикам фундаментальную идею, лежащую на стыке биологии и физики.
    В действительности, несмотря на разнообразие затрагиваемых тем, затея призвана донести лишь одну мысль – маленький комментарий к большому и важному вопросу. Чтобы не заблудиться, составим короткий план.
    Большой, важный и весьма обсуждаемый вопрос заключается в следующем:
    Как физика и химия объясняют события в пространстве и времени, происходящие в пространственных рамках живого организма?
    Предварительный ответ, который попытается установить и обосновать эта книга, можно кратко изложить так:
    Очевидная неспособность современных физики и химии объяснить подобные явления вовсе не означает, что эти науки не могут их объяснить.
    Статистическая физика. Фундаментальное различие в структуре
    Данное замечание было бы весьма тривиальным, если бы единственным его предназначением являлось пробудить надежду на достижение в будущем того, чего не удалось получить в прошлом. Однако его значение намного более оптимистично: эта неспособность имеет подробное объяснение.
    Сегодня, благодаря блестящей работе биологов, в основном генетиков, за последние тридцать-сорок лет, мы знаем достаточно о действительной материальной структуре организмов и об их работе, чтобы заявить и назвать точную тому причину: современные физика и химия не могут объяснить пространственно-временные события, происходящие в живом организме.
    Взаимодействия атомов в жизненно важных частях организма фундаментальным образом отличаются от всех соединений атомов, которые до настоящего времени являлись объектом экспериментальных и теоретических исследований физиков и химиков. Однако это различие, которое я считаю фундаментальным, может показаться малозначимым любому, кроме физика, сознающего, что законы химии и физики – сугубо статистические. Ведь именно со статистической точки зрения структура жизненно важных частей живых организмов столь отличается от любого кусочка материи, с которым мы, физики и химики, работаем физически в лабораториях или мысленно – за письменным столом[5]. Невозможно представить, что законы и закономерности, открытые подобным образом, могут непосредственно применяться к поведению систем, не обладающих структурой, на которой они основаны.
    вернуться
    1
    Холдейн, Джон Бердон Сандерсон (1892–1964) – английский генетик, биохимик, физиолог и эволюционист, стоявший у истоков популяционной и молекулярной генетики и синтетической теории эволюции. – Здесь и далее примеч. пер.
    вернуться
    2
    Крик, Фрэнсис (1916–2004) – британский молекулярный биолог и биофизик, один из первооткрывателей структуры ДНК, лауреат Нобелевской премии.
    вернуться
    3
    Положение обязывает (фр.).
    вернуться
    4
    Непрерывно (ит.).
    вернуться
    5
    Эта точка зрения подчеркивается в двух статьях Ф. Дж. Доннана, Scientia, XXIV, #78 (1918), 10 (La science physico-chimique decrit-elle d’une facon adequate les phenomenes biologiques? / Способна ли физико-химическая наука адекватно описать биологические явления?) и Smithsonian Report, 1929, с. 309 (The mystery of life / Загадка жизни).

  2. Анжелика Ответить

    Эрвин Шрёдингер
    В 1944 году Эрвин Шрёдингер выпускает небольшую книжку, материал для которой составили лекции, прочитанные им в Дублине годом ранее. Там располагался созданный специально «под своего» лауреата Нобелевской премии по физике Институт перспективных исследований (ирландский аналог института в Принстоне, где работал Альберт Эйнштейн — многолетний оппонент Шрёдингера). Эта работа одного из творцов квантовой механики вместе с подзаголовком именовалась так: “What is life? The Physical Aspect of the Living Cell”.
    Многие представители точных наук, занятые прежде в Манхэттенском проекте и в других оборонных областях, позднее почти что в унисон говорили: Шрёдингер открыл для них после «демобилизации» манящую своей загадочной новизной сферу приложения интеллектуальных возможностей — генетику, позволив избежать «простоя» мозгам любознательных ученых. Да и в СССР работе “What is life?” поначалу невероятно — если не сказать сказочно — повезло. Она появилась в 1947 году в русском переводе известного биолога А. А. Малиновского под названием «Что такое жизнь с точки зрения физики?» и с ней успели ознакомиться и оценить по достоинству многие физики, химики, биологи. Но уже в следующем, 1948 году, после августовской сессии ВАСХНИЛ, судьба этой книги была предрешена. Гены? Хромосомы? А тут еще и эпилог усугубил вину автора наличием Шопенгауэра и мифических Атмана с Батманом. Не помогло и послесловие, написанное строго в рамках марксистско-ленинской философии переводчиком книги, который пытался объяснить властям предержащим различие между ученым-материалистом и философом-идеалистом. Не помогло! Замечательный труд Шрёдингера оказался «вне закона» — разумеется, советского.
    Главное достоинство этой монографии, актуальное и в наше время, состоит в том, что автор, выдающийся представитель естественно-научных дисциплин, сформулировал новую, небывалую по сложности проблему перед своими коллегами: «Как могут физика и химия объяснить те явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма?» Совершенно очевидно, что уровень развития этих наук в первой половине XX века не позволял решить эту грандиозную задачу. Но сам Шрёдингер оставался оптимистом: «Явная неспособность современной физики и химии объяснить эти явления не дает никаких оснований сомневаться том, что они могут быть объяснены этими науками».
    Показательно, что все главные авторы открытия строения ДНК, ставшие Нобелевскими лауреатами, в своих воспоминаниях отмечали, что книжка Шрёдингера была для них «как второе рождение» (Фрэнсис Крик) и «перекрещивание в биологическую веру» (Морис Уилкинс). А Джеймс Уотсон первоначально хотел дать своей фундаментальной монографии «Молекулярная биология гена» название «Вот что такое жизнь», тем самым как бы отвечая на вопрос Шрёдингера.
    Н. В. Тимофеев-Ресовский
    Побудительным мотивом для чтения лекций и написания на их основе книги для Шрёдингера стали, по всей вероятности, многочисленные контакты с яркой личностью — выдающимся советским генетиком и радиобиологом Н.В Тимофеевым-Ресовским — на копенгагенских семинарах Нильса Бора.
    Макс Дельбрюк
    Основной экспериментальный материал Шрёдингер берет из его работы «О природе генных мутаций и структуры гена», выполненной совместно с Карлом Циммером (радиобиологом) и Максом Дельбрюком (физиком-теоретиком, Нобелевская премия 1969 года), опубликованной в 1935 году в Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Gottingen (знаменитых «Зеленых тетрадях» — Grunes Pamphlet, по цвету обложек этих изданий). Авторы показали: судя по оценке размеров «мишени» при действии рентгеновского излучения структура гена сформирована относительно небольшим числом атомов — порядка тысячи, а возможно, даже меньшим.
    В 1945 году (т. е. через год после первой публикации «Что такое жизнь?») английский биолог Джон Холдейн, хорошо знакомый и с Шрёдингером, и с авторами упомянутой выше статьи, в своей рецензии, опубликованной в Nature, указал Шрёдингеру, что идея матричного синтеза с участием хромосом, имеющих свойства кристаллов, принадлежит Н. К. Кольцову. Известно, что Николай Константинович был учителем Николая Владимировича, а тот рассказал об этой идее Максу. Впрочем, незадолго до свой смерти Н. В. Тимофеев-Ресовский сказал, что это была его мысль.
    Ключевых моментов в работе Шрёдингера собственно три.
    Во-первых, он дает краткий, но понятный для небиологов обзор хромосомной теории наследственности. После знакомства с фразой «Рецессивный аллель влияет на фенотип только когда генотип гомозиготен» многие физики, в том числе и автор этого очерка, уже не впадали в пессимизм, говоря, что вся эта генетика с такими малопонятными терминами не для них.
    Во-вторых, для того, чтобы организму оставаться живым, компенсируя неизбежное увеличение энтропии в ходе энергозатратных метаболических процессов, он «питается отрицательной энтропией» («негэнтропией» — собственный термин Шрёдингера). Это означает, что живой организм непрерывно должен «пить упорядоченность» из окружающей среды.
    Так с подачи Шрёдингера это выражение стало чрезвычайно популярным не только в среде биологов, но даже и у некоторых (био)физиков. Удивительно, что Шрёдингер не приводит каких-либо количественных оценок «антиэнтропийного» характера жизни, хотя весь необходимый для этой цели математический аппарат к тому времени уже имелся.
    Такие оценки, видимо, впервые осуществил Л. А. Блюменфельд в 1973 году. Он доказал, что так называемая негэнтропия исчезающе мала. Так, уменьшение энтропии при переходе от хао­тического набора из приблизительно 10?? различных клеток (эту величину, количественно соответствующую организму человека, мог оценить и Шрёдингер) в упорядоченное состояние (предполагалось, что места расположения клеток нельзя менять) численно равно увеличениюэнтропии при превращении в пар всего 10–9 г воды!
    Шрёдингер в своих рассуждениях очень близко подходит к признанию важности и обмена веществ, и энергетики биопроцессов, но останавливается на фразе: «Нельзя понять, чему может помочь простой обмен этих калорий». Здесь уместно привести пример из книги Б. М. Медникова «Аксиомы биологии». Льву, поедающему пойманного зайца, глубоко безразлична уникальная упорядоченность организма жертвы. Ответим за льва языком био­энергетики: хищнику важен бедный заяц как источник органических соединений, находящихся в восстановленном состоянии (они — доноры электронов). В ходе окислительно-восстановительных реакций катаболизма этих соединений генерируется универсальная энергетическая «валюта» организма — АТФ. Например, 32 молекулы при окислении одной молекулы глюкозы до СО? и Н?О или 106 молекул при ?-окислении одной молекулы пальмитата.
    В-третьих, Шрёдингер вполне обоснованно полагает, что «ген или, может быть, целое хромосомное волокно представляет собою аперио­дическое твердое тело», состоящее из строго индивидуализированных ансамблей атомов. Итак, молекулярная основа жизни — «апериодический кристалл», упорядоченность которого превышает таковую для обычных периодических кристаллов.
    В ТрВ-Наука № 6 (275) за 2019 год опубликована весьма содержательная дискуссия на тему «Вероятность зарождения жизни» с привлечением авторитетных специалистов в этой, пожалуй, центральной для всей биологической науки области. Логично перед обсуждением проблемы «зарождения» поставить шрёдингеровский вопрос о том, что же такое жизнь в его современной трактовке.
    А. И. Опарин
    Определений понятия «жизнь» великое множество. На протяжении десятков лет в СССР уже школьникам излагалась «теория» академика А. И. Опарина о «первичном бульоне», в котором плавают «коацерватные капли». Вот опаринское определение жизни (БСЭ, 2-е изд., 1952), объясняющее один нераскрытый термин через отсылку к другому, также не раскрытому: «Жизнь — особая форма движения материи, возникающая на определенном этапе исторического развития материи…» (выделено жирным шрифтом мною. — К. М.). Никаких конкурентных гипотез тогда не существовало: я хорошо помню выступления А. И. Опарина, где он нередко повторял одну и ту же фразу: «Мы воспринимаем нашу жизнь такой, какая она есть, потому что ее не с чем сравнивать». Данная «теория» даже в поздних ее вариантах не учитывала уже доказанное явление — матричное копирование генетического материала (репликацию). Никакие «коацерватные капли», как бы ни ухитрялись их ученые адепты, такими свойством обладать не могут.
    И. С. Шкловский
    Об этом нелицеприятно высказался советский астрофизик И. С. Шкловский в своей монографии «Вселенная. Жизнь. Разум». Его труд был опубликован в 1962 году — уже девять лет было известно об открытии строения двойной спирали ДНК, да и экземпляры книжки Шрёдингера, не попавшие «под нож», сохранялись в частных библиотеках. И. С. Шкловский прямо заявил: «Как произошел качественный скачок от неживого к живому, гипотеза А. И. Опарина совершенно не объясняет».
    Когда же И. С. Шкловский в своем вежливом письме обратил внимание уважаемого академика на сей прискорбный для его гипотезы факт, то «прямо-таки визжал от негодования Опарин», и в конверте, возвращенном адресату, было лишь разорванное в клочки Александром Ивановичем письмо Иосифа Самуиловича. Поделом досталось ехидному оппоненту: не попадайся впредь под горячую руку маститого создателя дела всей (его) жизни!
    Есть и сторонники рассмотрения нашей Земли в качестве единого организма (глобальной экосистемы), включая не только живых существ, но и все продукты их деятельности — каменный уголь, газ, нефть и т. п. Такая точка зрения восходит к концепции биосферы В. И. Вернадского.
    Возникает вопрос: а можно ли дать необходимое и достаточное определение жизни, которое не сводилось бы главным образом к перечислению (весьма обширному) различных признаков жизни?
    Такое определение существует, если в качестве его предпосылок обратиться к известному высказыванию знаменитого советско-американского генетика Феодосия Добржанского: “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution” (1973). В своей содержательной книге «Логика случая» Е. В. Кунин пишет, перефразируя Феодосия Григорьевича: «Биология есть эволюция». И далее: «…прийти к определению того, что считать живым, удивительно просто:любой стабильный во времени репликатор является формой жизни».
    Таким образом, «апериодический кристалл» по Шрёдингеру, дополненный свойствами «репликатора» по Кунину, обладает всеми необходимыми и достаточными условиями для осуществления эволюционного процесса:
    а) система матричного синтеза собственных копий — здесь требуется разделение организма на исполнительный механизм (фенотип) и информационную программу создания его копий (генотип), что соответствует теории самовоспроизводящихся автоматов фон Неймана;
    б) ошибки передачи генетической информации, неизбежность которых строго доказывается теоремой Шеннона;
    в) некоторые ошибки процесса копирования (мутации) влияют на его эффективность за счет разнообразных механизмов, как дарвиновских, так и ламарковских. А сама эффективность оценивается как приспособляемость (репродуктивный успех) организмов к меняющимся условиям среды.
    Что же касается самой сути жизни — эволюции, то она и «слепой часовщик» по Ричарду Докинзу, и «ремесленник-самоучка» по Франсуа Жакобу, и просто «халтура» (thinkering) по Е. Кунину. Вот тут возникает еще один вопрос: есть ли тогда в такой жизни смысл и цель, или эти понятия сугубо субъективны, их для оправдания свой деятельности вносит только человек? Глубже, чем у Льва Толстого, видимо, пока и не найти ответа: «Вопрос, неотделимый от понятия жизни, — не вопрос о том, откуда взялась жизнь, а о том, как надо жить; и только начав с этого вопроса, можно прийти и к какому-нибудь решению о том, что есть жизнь».
    Кирилл Мошков,
    канд. биол. наук, докт. хим. наук,
    Академический лицей «Физико-техническая школа» Санкт-Петербургского Академического университета РАН
    Автор выражает глубокую благодарность акад. РАН С. Г. Инге-Вечтомову
    за ценные рекомендации при подготовке статьи

  3. Voodookazahn Ответить

    Предыдущее замечание было бы весьма тривиальным, если бы оно имело целью только стимулировать надежду достигнуть в будущем того, что не было достигнуто в прошлом. Оно, однако, имеет гораздо более положительный смысл, а именно, что неспособность физики и химии до настоящего времени дать ответ полностью объяснима.
    Благодаря умелой работе биологов, главным образом генетиков, за последние 30 или 40 лет теперь стало достаточно много известно о действительной материальной структуре организмов и об их отправлениях, чтобы понять, почему современные физика и химия не могли объяснить явления в пространстве и времени, происходящие внутри живого организма.
    Расположение и взаимодействие атомов в наиболее важных частях организма коренным образом отличаются от всех тех расположений атомов, с которыми физики и химики имели до сих пор дело в своих экспериментальных и теоретических изысканиях. Однако это отличие, которое я только что назвал коренным, такого рода, что легко может показаться ничтожным всякому, кроме физика, пропитанного той мыслью, что законы физики и химии являются насквозь статистическими
    [4]. Именно со статистической точки зрения структура важнейших частей живого организма полностью отличается от любого куска вещества, о которым мы, физики и химики, имели до сих пор дело, практически – в наших лабораториях и теоретически – за письменными столами
    [5]. Конечно, трудно себе представить, чтобы законы и правила, при этом нами открытые, были непосредственно приложимы к поведению систем, не имеющих тех структур, на которых основаны эти законы и правила.
    Нельзя ожидать, чтобы не физик мог охватить (не говорю уже – оценить) все различие в “статистической структуре”, формулированное в терминах столь абстрактных, как только что сделал это я. Чтобы дать моему утверждению жизнь и краски, разрешите мне предварительно обратить внимание на то, что будет детально объяснено позднее, а именно, что наиболее существенная часть живой клетки – хромосомная нить – может быть с основанием названа апериодическим кристаллом. В физике мы до сих пор имели дело только с периодическими кристаллами. Для ума простого физика они являются весьма интересными и сложными объектами; они составляют одну из наиболее очаровательных и сложных структур, которыми неодушевленная природа приводит в замешательство интеллект физика; однако в сравнении с апериодическими кристаллами они кажутся несколько элементарными и скучными. Различие в структуре здесь такое же, как между обычными обоями, на которых один и тот же рисунок повторяется с правильной периодичностью все снова и снова, и шедевром вышивки, скажем, рафаэлевским гобеленом, который дает не скучное повторение, но сложный, последовательный и полный значения рисунок, начертанный великим мастером.

  4. Unain Ответить

    Биология
    в вопросах и ответах

    ВОПРОС:
    Что такое жизнь с точки зрения физики?
    ОТВЕТ: Ранее
    господствовала концепция витализма,
    согласно которым биологические
    явления принципиально непостижимы
    на основе физики и химии, так как
    существует некая “жизненная сила”,
    или энтелехия, или биологическое
    поле, не подлежащие физическому
    истолкованию.
    В 20 веке великий физик
    Бор рассматривал проблему взаимоотношения
    биологии и физики на основе концепции
    дополнительности, частным случаем
    которой является принцип неопределенности
    квантовой механики. Бор считал
    дополнительными исследования живых
    организмов на атомно-молекулярном
    уровне и как целостных систем. Эти
    два вида исследований несовместимы.
    В то же время “ни один результат
    биологического исследования не может
    быть однозначно описан иначе как на
    основе понятий физики и химии”.
    Жизнь следует рассматривать “…как
    основной постулат биологии, не
    поддающийся дальнейшему анализу”,
    подобно кванту действия в атомной
    физике. Таким образом, имеется
    дополнительность биологии, с одной
    стороны, и физиики и химии – с другой.
    Эта концепция не виталистична, она
    не ставит каких-либо границ применению
    физики и химии в исследованиях живой
    природы. В конце жизни (1961, 1962 гг.) Бор
    изменил свои взгляды под влиянием
    успехов молекулярной биологии. Он
    отметил, что дополнительность в
    биологии имеет не принципиальный, но
    практический характер, определяемый
    чрезвычайной сложностью живого тела.
    Практическая дополнительность
    преодолима.
    Развитие молекулярной
    биологии привело к атомистическому
    истолкованию основных явлений жизни
    – таких как наследственность и
    изменчивость. В последние десятилетия
    успешно развивается и физическая
    теория целостных биологических
    систем, основанная на идеях синергетики.
    В 1945 г. Шредингер написал
    книгу “Что такое жизнь с точки
    зрения физики”, оказавшую существенное
    влияние на развитие биофизики и
    молекулярной биологии. В этой книге
    внимательно рассмотрено несколько
    важнейших проблем. Первая из них –
    термодинамические основы жизни. На
    первый взгляд имеется решительное
    противоречие между эволюцией
    изолированной физической системы к
    состоянию с максимальной энтропией,
    т.е. неупорядоченностью (второе начало
    термодинамики), и биологической
    эволюцией, идущей от простого к
    сложному. Шредингер говорил, что
    организм “питается отрицательной
    энтропией”. Это означает, что
    организмы и биосфера в целом не
    изолированные, но открытые системы,
    обменивающиеся с окружающей средой
    и веществом, и энергией. Неравновесное
    состояние открытой системы поддерживается
    оттоком энтропии в окружающую среду.
    Вторая проблема – общие структурные
    особенности организмов. По словам
    Шредингера, организм есть апериодический
    кристалл, т.е. высокоупорядоченная
    система, подобная твердому телу, но
    лишенная периодичности в расположении
    клеток, молекул, атомов. Это утверждение
    справедливо для строения организмов,
    клеток и биологических макромолекул
    (белки, нуклеиновые кислоты). Понятие
    об апериодическом кристалле важно
    для рассмотрения явлений жизни на
    основе теории информации. Третья
    проблема – соответствие биологических
    явлений законам квантовой механики.
    Обсуждая результаты радиобиологических
    исследований, проведенных
    Тимофеевым-Ресовским, Циммером и
    Дельбрюком, Шредингер отмечает
    квантовую природу радиационного
    мутагенеза. В то же время применения
    квантовой механики в биологии не
    тривиальны, так как организмы
    принципиально макроскопичны. Шредингер
    задает вопрос: “Почему атомы малы?”
    Очевидно, что этот вопрос лишен смысла,
    если не указано, по сравнению с чем
    малы атомы. Они малы по сравнению с
    нашими мерами длины – метром, сантиметром.
    Но эти меры определяются размерами
    человеческого тела. Следовательно,
    говорит Шредингер, вопрос следует
    переформулировать: почему атомы много
    меньше организмов, иными словами,
    почему организмы построены из большого
    числа атомов? Действительно, число
    атомов в наименьшей бактериальной
    клетке Mycoplasma. laidlawii имеет порядок 109.
    Ответ на вопрос заключается в том,
    что необходимая для жизни упорядоченность
    возможна лишь в макроскопической
    системе, в противном случае порядок
    разрушался бы флуктуациями. Наконец,
    Шредингер задавался вопросом об
    устойчивости вещества генов,
    построенного из легких атомов С, Н,
    N, О, Р, на протяжении множества
    поколений. Ответ на этот вопрос дала
    позднее молекулярная био-логия,
    установившая двуспиральное строение
    дезоксирибонуклеиновой кислоты
    (ДНК).
    Эрвин Шредингер пришел
    к оптимистическому, хотя и не вполне
    успокоительному выводу: “Хотя
    современные физика и химия не могут
    объяснить эти процессы (происходящие
    в живом организме), нет никаких
    оснований сомневаться в возможности
    их научного объяснения”. На основе
    знаний, накопленных при попытках дать
    определение таким фундаментальным
    понятиям, как пространство, время и
    материя, физики все дальше и дальше
    удалялись от вопроса “Что такое…?”
    То, что их интересует, есть не столько
    тавтология понятий, стоящая за
    определением, сколько отношения, с
    помощью которых положение вещей можно
    было бы свести к немногим фундаментальным
    величинам, однозначно характеризуемым
    предписан-ными процедурами измерения.
    Сегодня имеются все
    основания утверждать, что современная
    физика не встречается с границами
    своей применимости к рассмотрению
    биологических явлений. Трудно думать,
    что такие границы обнаружатся в
    будущем. Напротив, развитие биофизики
    как части современной физики
    свидетельствует о ее неограниченных
    возможностях. Приходится, конечно,
    вводить новые физические представления,
    но не новые принципы и законы. Понятие
    жизнь охватывает множество явлений,
    имеющих очень различные степени
    сложности. Как известно, многие биологи
    именно в сложности и многообразии
    видят один из существенных признаков
    живого. Философов проблема жизни
    интересует прежде всего потому, что
    она касается происхождения и бытия
    человека. Но свойство “быть живым”
    без сомнения является общим для двух
    столь различных существ, как кишечная
    палочка и человек. Вряд ли общее
    определение может сообщить что-либо
    о крайне различных особенностях этих
    существ. Если мы хотим понять жизнь
    как особую форму организации материи,
    то мы должны помнить, что эта
    характеристик никоим образом не
    включает гигантские качественные и
    количественные различия и уровне
    организации низших и высших организмов.
    Существует ли ясное
    разграничение живого и не-живого? В
    настоящее время биологи ответят на
    этот вопрос скорее отрицательно. В
    самом деле, вряд ли можно четко
    определить эту границу. Например,
    вирусная частица в подходящей среде
    – используя метаболизм клетки хозяина
    – может размножаться, причем иногда
    столь необузданно, что весь организм
    хозяина в результате погибает. Таким
    образом, вирус обладает качествами,
    которые в других случаях можно найти
    только у живых организмов – существование
    которых, как известно, тоже всегда
    зависит от определенных условий
    среды. Но, с другой стороны, вирусы –
    это частицы, характеризующиеся
    определенной формой и составом и
    способные, как и неорганические
    вещества, образовывать кристаллическую
    решетку. Очевидно, что в такой форме
    они не подпадают ни под одно определение
    живого. Далее, частицы вирусов можно
    разложить на отдельные молекулярные
    компоненты и из них снова собрать
    инфекционные единицы – при этом
    теряется их первоначальная
    индивидуальность. Жизнь и смерть
    меняют здесь свой обычный смысл.
    В математике принято
    различать необходимые и достаточные
    условия. В нашем случае гораздо легче
    задать необходимые условия для
    существования жизни – при этом нужно
    заботиться лишь об обязательности,
    но не о полноте.
    Из анализа доступных нам
    живых систем мы знаем, что во всех
    клетках происходит обмен веществ,
    или, точнее говоря, метаболизм (так
    как прежде всего имеются в виду
    превращения свободной энергии),
    который является необходимым условием
    существования любой формы жизни).
    Только постоянно используя приток
    свободной энергии, система может
    непрерывно обновляться и этим тормозить
    свое падение в состояние термодинамического
    равновесия, которое Эрвин Шредингер
    метко назвал состоянием смерти.
    Характерный для процессов жизни
    динамический порядок может поддерживаться
    только за счет постоянной компенсации
    производства энтропии.
    Следующим необходимым
    условием является способность к
    самовоспроизведению. Все молекулы и
    специфические упорядоченные
    надмолекулярные структуры, возникшие
    благодаря межмолекулярным
    взаимодействиям, имеют ограниченное
    время жизни из-за теплового движения.
    Чтобы не потерять накопленную в них
    информацию, они должны успевать до
    своего распада построить хотя бы одну
    идентичную копию, содержащую план
    строения и функционирования исходной
    структуры. Любое биологическое
    упорядочение направляется информацией.
    Инструктирование требует
    специфических взаимодействий. Конечные
    значения энергий взаимодействия и
    возмущения, создаваемые тепловыми
    флуктуациями, делают совершенно
    точное воспроизведение принципиально
    невозможным. Всегда существует
    определенный темп ошибок, или мутаций,
    – наличие этих ошибок является
    существенным условием возможности
    эволюционного прогресса.
    Конечно, оба последних
    условия нужно считать необходимыми,
    только если рассматриваемая система
    не может постоянно возникать de novo.
    Только для эволюционирующей системы
    важно сохранять и развивать однажды
    достигнутое информационное состояние.
    В этом состоит непосредственная связь
    со сложностью живых систем.
    В настоящее время
    общепризнанно, что тремя существенными
    предпосылками образования живых
    структур являются метаболизм,
    самовоспроизведение и мутабильность.
    Эти свойства необходимы, но не
    достаточны. Количественное теоретическое
    рассмотрение динамики биологических
    систем реакций показывает, что не
    любой вид самовоспроизведения и
    мутабильности может привести к
    возникновению систем, способных к
    неограниченной эволюции.
    Одно из величайших научных
    достижений нашего столетия – выяснение
    молекулярного механизма переноса
    информации и наследования в живых
    организмах. Все живые существа
    используют одну и ту же универсальную
    схему для кодирования, переноса (и
    перевода) информации и биосинтеза. В
    этих процессах доминируют два класса
    молекул: нуклеиновые кислоты как
    носители законодательного начала, и
    белки как носители исполнительного
    начала. Белками определяется вся
    коррелированная во времени программа
    синтезов живой клетки. Информация,
    т.е. план строения клетки и, следовательно,
    всего организма, заложена в одной
    молекуле нуклеиновой кислоты. Копии
    этого плана строения передаются от
    поколения к поколению.
    Определим живой организм
    как открытую, саморегулируемую,
    самовоспроизводящуюся и развивающуюся
    гетерогенную систему, важнейшими
    функциональными веществами которой,
    являются биополимеры – белки и
    нуклеиновые кислоты. Организм – система
    историческая, в том смысле, что он
    является результатом филогенетического,
    эволюционного развития и сам проходит
    путь онтогенетического развития – от
    зиготы до старости и смерти.
    Источники:
    Э. Шредингер “Что
    такое жизнь с точки зрения физики”,
    М., Атомиздат, 1972,

    М.Эйген, Р.Винклер “Игре
    жизни”, М., Наука, 1979,

    М.В.Волькенштейн
    “Биофизика”, М., Наука, 1988.

  5. ФИРДАВС Ответить

    Эрвин Шредингер (Erwin Schroedinger) (12.08.1887 – 04.01.1961) – австрийский физик-теоретик, который добился всемирной известности благодаря своему вкладу в квантовую механику, особенно уравнению Шредингера, за которое он получил в 1933 году Нобелевскую премию.
    Эрвин родился в Вене в семье ботаника и профессора химии. Он учился в Вене под руководством Франца Серафина Экснера и Фридриха Хазенорла, а также проводил экспериментальную работу с Фридрихом Колраушем. В раннем возрасте Эрвин попал под сильное влияние работ Шоппенгауера, в результате чего он на протяжении всей своей жизни интересовался теорией цвета, философией, восточной религией, особенно Вендантой.
    В 1920 году Эрвин женился и стал ассистентом Макса Вина. В 1921 году он перешел в Университет Цюриха, где опубликовал свою первую работу по волновой механике под названием «Квантование как задача на собственные значения», которая известна сейчас как уравнение Шредингера.
    На протяжении своей жизни Эрвин Шредингер занимался исследованиями и читал лекции в Университете Фридриха Вильяма в Берлине, Оксфордском Университете, Принстонском Университете, Университете Граз в Австрии.
    К списку его выдающихся работ относятся «Природа и греки, наука и гуманизм», «Интерпретация квантовой механики», «Статистическая термодинамика», «Что такое жизнь?», «Мой взгляд на мир» и т.д.
    Шредингер Эрвин на видео

Добавить комментарий для SuperHero Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *