Proces vyskytujúci sa v tele so zvýšením entropie. Testy pre časť II. Prírodná veda o organizovanej jednoduchosti je klasická prírodná veda. Diagnostické technológie založené na úspechoch kvantovej biofyziky

Z termodynamického hľadiska otvorené (biologické) systémy v procese fungovania prechádzajú množstvom nerovnovážnych stavov, čo je zase sprevádzané zmenami termodynamických premenných.

Udržiavanie nerovnovážnych stavov v otvorených systémoch je možné len vytváraním tokov hmoty a energie v nich, čo naznačuje potrebu zvažovať parametre takýchto systémov ako funkciu času.

Zmena entropie otvoreného systému môže nastať v dôsledku výmeny s vonkajším prostredím (d e S) a v dôsledku zvýšenia entropie v samotnom systéme v dôsledku vnútorných ireverzibilných procesov (d i S > 0). E. Schrödinger predstavil koncept, že celková zmena entropie otvoreného systému pozostáva z dvoch častí:

dS = d e S + d i S.

Odlíšením tohto výrazu dostaneme:

dS/dt = d e S/dt + d i S/dt.

Výsledný výraz znamená, že rýchlosť zmeny entropie systému dS/dt sa rovná rýchlosti výmeny entropie medzi systémom a prostredím plus rýchlosti generovania entropie v rámci systému.

Pojem d e S/dt , ktorý zohľadňuje procesy výmeny energie s prostredím, môže byť pozitívny aj negatívny, takže keď d i S > 0, celková entropia systému sa môže buď zvýšiť, alebo znížiť.

Záporná hodnota d e S/dt< 0 соответствует тому, что отток положительной энтропии от системы во внешнюю среду превышает приток положительной энтропии извне, так что в результате общая величина баланса обмена энтропией между системой и средой является отрицательной. Очевидно, что скорость изменения общей энтропии системы может быть отрицательной при условии:

dS/dt< 0 if d e S/dt < 0 and |d e S/dt| >d i S/dt.

Entropia otvoreného systému teda klesá v dôsledku skutočnosti, že v iných častiach vonkajšieho prostredia prebiehajú konjugované procesy s tvorbou pozitívnej entropie.

Z tohto pohľadu je pokles entropie živých systémov počas ich životnej aktivity v konečnom dôsledku spôsobený pohlcovaním svetelných kvánt fotosyntetickými organizmami, čo je však viac ako kompenzované tvorbou pozitívnej entropie v hĺbke hl. Slnko. Tento princíp platí aj pre jednotlivé organizmy, pre ktoré je prísun živín zvonku nesúci prílev „negatívnej“ entropie vždy spojený s produkciou pozitívnej entropie pri ich vzniku v iných častiach vonkajšieho prostredia, takže celková zmena entropie v systéme organizmus + vonkajšie prostredie je vždy pozitívna .

Za konštantných vonkajších podmienok v čiastočne rovnovážnom otvorenom systéme v stacionárnom stave blízkom termodynamickej rovnováhe dosahuje rýchlosť nárastu entropie v dôsledku vnútorných ireverzibilných procesov nenulovú konštantnú minimálnu kladnú hodnotu.

d i S/dt => A min > 0

Tento princíp minimálneho zisku entropie alebo Prigoginov teorém je kvantitatívnym kritériom na určenie všeobecného smeru spontánnych zmien v otvorenom systéme blízkom rovnováhe.

Tento stav môže byť znázornený rôzne:

d/dt (d i S/dt)< 0

Táto nerovnosť indikuje stabilitu stacionárneho stavu. V skutočnosti, ak je systém v stacionárnom stave, nemôže ho spontánne opustiť kvôli vnútorným nezvratným zmenám. Pri vychýlení sa zo stacionárneho stavu musia v systéme nastať vnútorné procesy, ktoré ho vrátia do stacionárneho stavu, čo zodpovedá Le Chatelierovmu princípu – stabilite rovnovážnych stavov. Inými slovami, akákoľvek odchýlka od rovnovážneho stavu spôsobí zvýšenie rýchlosti produkcie entropie.

Tok negatívnej entropie je teda nevyhnutný na kompenzáciu vnútorných deštruktívnych procesov a straty voľnej energie v dôsledku spontánnych metabolických reakcií. V podstate hovoríme o cirkulácii a premene voľnej energie, vďaka ktorej je podporované fungovanie živých systémov.

V roku 1945 vydal jeden zo zakladateľov kvantovej mechaniky Erwin Schrödinger knihu „Čo je život z pohľadu fyzika?“, kde skúmal živé objekty z hľadiska termodynamiky. Hlavné myšlienky boli nasledovné.

Ako sa biologický organizmus vyvíja a existuje? Zvyčajne hovoríme o počte kalórií absorbovaných z potravy, vitamínov, minerálov, vzduchu a slnečnej energie. Hlavnou myšlienkou je, že čím viac kalórií skonzumujeme, tým viac priberieme. Jednoduchý západný stravovací systém je založený na počítaní a obmedzovaní počtu skonzumovaných kalórií. Ale po obrovskom množstve publikovaných materiálov a zvýšenom záujme verejnosti starostlivá štúdia zistila, že v mnohých prípadoch koncept kalórií nefunguje. Telo funguje oveľa zložitejšie ako sporák, v ktorom sa spaľuje jedlo, pričom sa uvoľňuje určité množstvo tepla. Niektorí ľudia môžu jesť veľmi málo a zostávajú energickí a aktívni, zatiaľ čo iní potrebujú jedlo neustále spracovávať, nehovoriac o neustálom hlade rastúcich detí. A čo môžeme povedať o národoch Ďalekého severu, ktorí jedia iba mäso bez toho, aby dostávali vôbec nejaké vitamíny? Prečo sú také veľké rozdiely? Prečo sa rôzni ľudia, rôzne národnosti tak líšia vo svojich stravovacích návykoch?

Na druhej strane, energiu získavame len z jedla? Ako potom môžu malé vtáky preletieť cez Atlantik? Je ľahké vypočítať mechanickú prácu, ktorú vykonávajú mávaním krídel na určitú vzdialenosť a previesť ju na kalórie. Potom môžete vypočítať, koľko kalórií dokážu vtáky získať z kilogramu obilia. A potom uvidíme, že každý vták musí mať so sebou poriadnu tašku zásob, tak ako lietadlo nesie nádrž paliva. Takže z klasického hľadiska je let vtákov cez Atlantik nemožný! Mali by spadnúť na polovicu a utopiť sa! Ale lietajú už tisíce rokov!

Funguje v tomto prípade nejaká špeciálna fyzika? Fyzika biologických objektov?

Veríme, že existuje len jedna fyzika: fyzika Materiálneho sveta, ktorá platí pre anorganické aj biologické objekty. Rozdiel je len v zložitosti organizácie a charakteristickom čase procesov. Zároveň spolu s Materiálnym Svetom hovoríme o Informačnom, Duchovnom Svete alebo Svete vedomia. Tieto Svety existujú spolu s Materiálom a ovplyvňujú ho prostredníctvom Vedomej činnosti Ľudstva.

Prvým princípom, ktorý zaznamenal E. Schrödinger a neskôr ho rozvinuli I. Prigogine a A. Haken, bol princíp OTVORENÉ SYSTÉMY. To znamená, že biologické systémy si neustále vymieňajú materiálne látky, energiu a informácie s okolitým priestorom. Keď kameň leží na slnku, jeho teplota stúpa – čím viac slnka, tým vyššia je teplota. Vo všeobecnosti možno kameň považovať za pasívny uzavretý systém. Keď zdravý človek zostane na slnku, jeho teplota zostáva konštantná – 36,6 C°. Môžeme povedať, že človek si udržiava stav homeostázy – rovnováha, aktívna rovnováha s okolím. Táto rovnováha je možná len prostredníctvom obojstranného výmenného procesu. Telo absorbuje energiu z potravy, slnka, vzduchu a zároveň energiu vyrába a rozptyľuje v priestore. Pre presnejšie vyjadrenie ďalších myšlienok je potrebné napísať niekoľko rovníc.

Entropia je vyjadrená ako: S = k ln p(E), Kde Komu- Boltzmannova konštanta, R- pravdepodobnosť, E- možné energetické stavy systému.

Ako je uvedené vyššie, pojem entropia je vo fyzike široko používaný a čoraz viac sa zavádza do biologických a spoločenských vied. Entropia je mierou diverzity. Napríklad najorganizovanejšou spoločnosťou je armádny pluk, kde všetci nosia rovnaké oblečenie a prísne plnia rozkazy. V občianskej spoločnosti je oblečenie a správanie ľudí veľmi rôznorodé. Preto je entropia armádnej jednotky oveľa nižšia ako entropia občianskej spoločnosti. Ale entropia je tiež mierou chaosu.

Pre živé systémy je možné určiť zmenu entropie. Rovná sa súčtu „vonkajšej“ entropie pochádzajúcej z potravy a vody dS (potrava), vzduchu dS (vzduchu), svetla dS (svetlo) a „vnútornej“ entropie, ktorú telo dáva do priestoru dS (inter).

dS = dS (jedlo) + dS (vzduch) + dS (svetlo) + dS (inter) = dS (ext) + dS (inter) (1)

Táto rovnica môže viesť k trom rôznym situáciám:

dS = dS (ext) + dS (inter) = 0

dS=dS (ext) +dS (inte g)<0

dS=dS (ext) + dS (inter) >0

Prvá rovnica dS = 0 charakterizuje stav homeostázy, čiže rovnováhy s prostredím, kedy je absorbovaný tok entropie alebo energie úplne vyrovnaný vplyvom vnútorných procesov organizmu.

dS = dS (ext) + dS (inter) = 0 . Tento stav je typický pre dospelého, prakticky zdravého človeka v pokojnom stave. Inými slovami, všetky parametre tela sú udržiavané konštantné. Táto rovnica môže byť vyjadrená v inej forme:

dS (ext) = - dS (inter)

Ako z tejto rovnice vyplýva, dS (inter) musí byť záporné! V súlade s terminológiou E. Schrödingera telo „vyrába“ negatívnu entropiu. Nie je v tom žiadny rozpor s fyzikálnymi alebo termodynamickými zákonmi, pretože negatívna nie je entropia, ale miera jej produkcie. To znamená, že biologický organizmus štruktúruje, usporadúva, organizuje energiu a informácie, a tým znižuje chaos vo vesmíre. Práve táto vlastnosť podľa E. Schrödingera oddeľuje živé systémy od nebiologickej prírody. Biologické systémy počas svojho života organizujú priestor, vytvárajú poriadok a štruktúru v neusporiadanom svete.

Ale táto rovnováha entropie platí len pre dospelý organizmus v normálnom zdraví. Choroba je reakcia tela na vonkajší vplyv, ktorý posúva telo z rovnovážneho stavu. To znamená, že dS(inter) sa prudko zvyšuje. Telo reaguje na vonkajšie vplyvy zvýšením tvorby vnútornej energie a vnútornej aktivity. So zvyšujúcou sa teplotou sa dS (inter) zvyšuje v snahe kompenzovať dS (ext). To okamžite ovplyvňuje správanie: počas choroby telo potrebuje menej jedla - to je jeden zo spôsobov, ako znížiť (medzi)spotrebu dS. V tomto štádiu sa rýchlosť produkcie entropie celým organizmom stáva negatívnou:

dS (ext)< dS (inter) , =>dS< 0 . При этом энтропия всего организма может быть вычислена как:

To znamená, že rovnica (1) neurčuje hodnotu entropie, ale uhol sklonu krivky entropie: tá sa stáva plochá pri dS = 0, rastie pri dS > 0 a klesá pri dS< 0. Конкретное значение энтропии в данный момент времени зависит от "истории" развития организма, от всех его предшествующих трансформаций и изменений.

V prípade choroby sa krivka entropie najskôr zväčšuje od rovnovážnej čiary a potom vďaka boju tela so zápalom klesá na nižšie hodnoty, na väčší rád. Telo teda bojuje proti vonkajším vplyvom, proti chorobám, znížením celkovej entropie v dôsledku zvýšenej tvorby vnútornej „negatívnej“ entropie!

Podobný proces sa vyskytuje v detstve: telo dieťaťa produkuje veľké množstvo „negatívnej“ entropie v dôsledku aktívnejších fyziologických procesov v porovnaní so stavom dospelých. To sa prejavuje fyzickou aktivitou a zvýšenou spotrebou informácií. Skúste skákať spolu so zdravým päťročným dieťaťom - za hodinu padnete vyčerpaní na posteľ a dieťa bude skákať ďalej. To isté s informáciami: dieťa vníma a spracováva obrovské množstvo informácií a rýchlosť spracovania je spravidla neporovnateľná so schopnosťami dospelého.

Aký je rozdiel medzi stavom dieťaťa a chorobným stavom? Rozdiel je v tom, že na kompenzáciu produkcie „negatívnej“ entropie telo dieťaťa spotrebuje veľké množstvo energie z okolitého priestoru. Deti skonzumujú na jednotku hmotnosti niekoľkonásobne viac potravy v porovnaní s dospelými, detský organizmus túto energiu aktívne spracováva a len malá časť ide na zvýšenie telesnej hmotnosti.

Dá sa predpokladať, že počas spánku dochádza k špeciálnemu kompenzačnému procesu dS (inter). Zrejme ide o kompenzáciu informačnej zložky toku entropie. Počas spánku si polovice mozgu aktívne vymieňajú informácie prijaté počas dňa, vyhodnocujú ich význam a rozhodujú o ich implementácii. Toto je čas, keď pravá polovica mozgu, zvyčajne potláčaná ľavicou, získava „hlasovacie právo“ a môže vynášať na povrch nepotvrdené, nestabilné informácie: vnemy, intuitívne podozrenia, úzkosti, obavy, túžby, vznikajúce procesy. A tieto informácie sú vizualizované vo forme snov, premieňajúc informačné toky na fantastické, ale skutočné obrazy!

To je dôvod, prečo deti a pacienti potrebujú oveľa viac času na spánok – to je čas na spracovanie informácií, spracovanie entropie. Telo sa odpája od vonkajšieho sveta a nalaďuje sa na vnútornú prácu, pri ktorej dochádza k aktívnemu procesu vytvárania spojení a vytvárania informačných štruktúr. Sledujte svoje dieťa: jeho aktívna spánková fáza je podstatne dlhšia ako u dospelého a v týchto snoch dieťa spracováva dojmy z obrovského nepochopiteľného sveta.

U starších ľudí sa rýchlosť produkcie entropie dS (inter) znižuje: všetky procesy sa spomaľujú. V súlade s tým klesá potreba jedla, spánku a nových informácií, ale postupom času prestáva byť rýchlosť vstupu entropie zvonku kompenzovaná vnútornými procesmi dS (ext) > - dS (inter) a bilancia sa stáva pozitívnou. To zodpovedá skutočnosti, že krivka celkovej entropie sa začína ohýbať smerom nahor – pre telo je čoraz ťažšie obnoviť poriadok v systéme a udržať jeho štruktúrnu organizáciu. V určitom bode už telo nedokáže tento stav udržať a preskočí do iného organizovaného stavu s nízkou entropiou – do stavu Smrti.

To. vyššie uvedené rovnice môžeme dať do súvislosti s rôznym vekom:

dS = dS (ext) + dS (inter) = 0 zdravotný stav dospelých,

dS = dS (ext) + dS (inter)< 0 датско-юношеский возраст или заболевание,

dS = dS (ext) + dS (inter) > 0 staroba.

Podobná energetická analýza môže byť použitá v evolučnom aspekte. Pri porovnaní nižších a vyšších foriem organického života vidíme, že prvoky majú primitívny systém premeny energie prichádzajúcich látok (hlavným procesom premeny je fermentácia) a veľkú plochu kontaktu s prostredím v porovnaní s objemom. organizmu, čo zvyšuje energetické straty a sťažuje riadenie metabolických procesov. Životný cyklus takýchto organizmov je preto veľmi krátky a vďaka intenzívnej reprodukcii prežívajú ako druh. Pre takéto organizmy je miera produkcie negatívnej entropie nízka.

Ako sa organizmus vyvíja, stále viac sa izoluje od okolia, vytvára sa Vnútorné prostredie so špeciálnym systémom kontroly a regulácie vnútorných parametrov. Na úrovni určitých systémov organizmu funguje princíp minimálnych strát energie. V procese vývoja sa parametre rôznych funkčných systémov vyvíjali smerom k minimalizácii spotreby energie potrebnej na vykonávanie určitých funkcií: dýchanie, krvný obeh, svalové kontrakcie atď.

Z tohto hľadiska platí, že čím pestrejšia je potrava, ktorú telo prijíma, tým jednoduchší je proces výmeny entropie. Rastlinná strava je bohatá na minerály a stopové prvky, mäso je zdrojom bielkovín a energie priamo do svalov, kostí a vyvíjajúcich sa tkanív. Preto je mäso v detstve a dospievaní neoddeliteľnou súčasťou entropicko-energetického metabolizmu: zachováva silu tela pre tvorivú činnosť. V starobe nie je potrebná aktívna fyzická práca ani vytváranie nových štruktúr, takže konzumáciou mäsa sa v tele vytvára nadbytok bielkovín, ktoré je potrebné zužitkovať. A to vedie k nadmernej produkcii negatívnej entropie s využitím už aj tak malých zdrojov tela. Mäso zároveň obsahuje negatívne informácie zo zabitých zvierat. Aj tieto informácie si vyžadujú spracovanie, telo musí byť aktívne a „sebecké“, čo je tiež charakteristické najmä pre mladistvý stav, ale často sa prejavuje v starobe ako vedľajší produkt určitého druhu výživy.

A opäť musíme venovať pozornosť informačnému aspektu našej existencie. Dôležitým bodom biologického vývoja bola separácia VÝMENA ENERGIE A INFORMÁCIÍ organizmu s prostredím. Telo spotrebúva nielen energiu potrebnú na existenciu, ale aj informácie, ktoré určujú zložité formy správania. U najjednoduchších organizmov prebieha interakcia s prostredím ako jasne definovaný proces podráždenia – reakcie. Čím je organizmus zložitejší, tým zložitejší je charakter jeho reakcie na podráždenia prostredia - závisí od aktuálneho stavu, veku, stupňa vývoja, interakcie s inými organizmami. Telo neustále spotrebúva, spracováva, analyzuje, ukladá a využíva informácie. Toto je nevyhnutná podmienka existencie. Ale v modernej fyzike môžu byť informácie vyjadrené pomocou entropie, takže môžeme povedať, že výmena informácií je súčasťou výmeny entropie a všetky vlastnosti procesov entropie, ktoré sme uvažovali, sú plne aplikovateľné na informačné procesy. Preto hovoríme o ENERGETICKO-INFORMAČNÁ BURZA organizmu s prostredím. Výmena energie patrí k materiálnym procesom a riadi sa hmotnými fyzikálnymi zákonmi, výmena informácií patrí k nehmotným javom, toto nie je fyzikálny proces a fungujú tu pravidlá teórie informácie. (Zároveň si musíme uvedomiť, že nosičmi informácií sú vždy materiálne procesy alebo častice). V tomto zmysle sú duchovné procesy najvyššou formou informačných procesov.

Telo spotrebúva hmotné látky, energiu a informácie z okolia. K vnímaniu informácií dochádza prostredníctvom zmyslových systémov (zrak, sluch, hmat) a vnútorných receptorov (chemické, baro-, gluko- atď.). Informačné toky sú analyzované centrálnym a periférnym nervovým systémom a mozgom, výsledky spracovania a analýzy ovplyvňujú psychologické, fyziologické a duchovné správanie. To vedie na jednej strane k formovaniu programov rozhodovania a správania a na druhej strane nových informácií.

Jedným z univerzálnych nástrojov na popis systémového fungovania biologických objektov a najmä ľudského tela je využitie synergicko-pravdepodobnostného prístupu s využitím zovšeobecneného konceptu entropie. Tento koncept je široko používaný v termodynamike na určenie miery požadovanej straty energie nerovnomerného termodynamického systému a v štatistickej fyzike ako miera pravdepodobnosti, že systém bude v danom stave. V roku 1949 Shannon zaviedol entropiu do teórie informácie ako mieru neistoty výsledku experimentu. Ukázalo sa, že koncept entropie je jednou zo základných vlastností každého systému s pravdepodobnostným správaním, ktorý poskytuje nové úrovne porozumenia v teórii kódovania informácií, lingvistike, spracovaní obrazu, štatistike a biológii.

Entropia priamo súvisí s pojmom informácia, ktorá matematicky charakterizuje vzťah rôznych dejov a nadobúda čoraz väčší význam pri skúmaní fungovania biologických objektov. Uznáva sa, že pri popise fungovania biologického organizmu, ktorý je otvoreným disipačným systémom, je potrebné brať do úvahy procesy výmeny energie aj informácií. Vplyv vonkajších informácií na organizmus možno hodnotiť cez zmenu entropie stavu.

Ryža. 1. Energetické stavy biologického systému.

V súlade s koncepciami laureáta Nobelovej ceny I. Prigogina v procese rastu a vývoja organizmu klesá rýchlosť produkcie entropie na jednotku hmotnosti objektu. Pri dosiahnutí stacionárneho stavu možno celkovú zmenu entropie považovať za rovnú nule, čo zodpovedá vzájomnej kompenzácii všetkých procesov spojených s príjmom, odoberaním a premenou hmoty, energie a informácií. I. Prigogine sformuloval hlavnú vlastnosť stacionárneho stavu otvorených systémov: pri pevných vonkajších parametroch je rýchlosť tvorby entropie v dôsledku výskytu ireverzibilných procesov v čase konštantná a minimálna v hodnote dS / dt -> min.

Podľa Prigoginovej vety je teda stacionárny stav charakterizovaný minimálnym rozptylom entropie, čo pre živé systémy možno formulovať takto: udržiavanie homeostázy vyžaduje minimálnu spotrebu energie, t.j. Telo sa snaží pracovať v čo najúspornejšom energetickom režime. Odchýlka od stacionárneho stavu - choroba - je spojená s ďalšími stratami energie, kompenzáciou vrodených alebo získaných biologických chýb a ekonomickým zvýšením entropie.

V dynamickom systéme môže existovať niekoľko stacionárnych stavov, ktoré sa líšia úrovňou produkcie entropie dS k / dt. Stav organizmu možno opísať ako súbor energetických hladín ( Obr.1), z ktorých niektoré sú stabilné (úrovne 1 a 4), iné sú nestabilné (úrovne 2, 3, 5). V prítomnosti neustále pôsobiaceho vonkajšieho alebo vnútorného rušenia môže dôjsť k náhlemu prechodu z jedného stavu do druhého. Akýkoľvek zápal je charakterizovaný zvýšenou spotrebou energie: telesná teplota stúpa, rýchlosť metabolických procesov sa zvyšuje.

Odchýlka od stacionárneho stavu s minimálnou spotrebou energie spôsobuje rozvoj vnútorných procesov, ktoré sa snažia systém vrátiť späť na úroveň 1. Pri dlhšom pôsobení faktorov sa systém môže posunúť na úroveň 3, do bodu rozdvojenia tzv. možných výsledkov je niekoľko: návrat na stabilnú úroveň 1, prechod do iného stabilného rovnovážneho stavu 2, charakterizovaného novou energeticko-informačnou úrovňou, alebo „skok“ na vyššiu, ale nestabilnú úroveň 5.

Pre organizmus to zodpovedá niekoľkým adaptívnym úrovniam relatívneho zdravia alebo chronického ochorenia s rôznymi úrovňami fungovania systému. Akútnemu ochoreniu zodpovedá nestacionárny stav so zvýšenou produkciou entropie, t.j. neekonomický typ fungovania tela. Podľa teórie katastrof V. I. Arnolda je pri akútnych ochoreniach alebo akútne sa rozvíjajúcich patologických syndrómoch (akútny nástup ťažkého zápalu pľúc, status astmaticus, anafylaktický šok a pod.) potrebné náhle preniesť telo zo „zlého“ stabilný stav na „dobrý“. V tomto prípade je vhodné použiť veľké dávky liekov. Vo fáze doznievania exacerbácie a pri ústupe chronických ochorení sa zvyšuje úloha malých vplyvov, napríklad akupunktúry a homeopatík, ktoré majú pozitívny energeticko-informačný účinok.

Multistabilita zložitých nelineárnych systémov, ako je ľudské telo, pravdepodobnostná povaha jeho neustáleho vývoja a samoorganizácia vedú k potrebe hľadania „systémotvorných faktorov“, ktoré môžu zahŕňať entropiu.

Curieho princíp ako regulačný mechanizmus evolúcie v bifurkačných procesoch.

Vyjadruje sa názor, že evolúcia v geologických systémoch nastáva v dôsledku tvorby disipatívnych štruktúr v nerovnovážnych procesoch v súlade s ustanoveniami nelineárnej termodynamiky I. Prigogina. Podložená je použiteľnosť a vedúca úloha univerzálneho princípu symetrie - disymetrie P. Curieho, ktorý určuje stupeň zložitosti alebo stupeň degradácie systémov pri dosiahnutí kritického bodu nerovnovážneho stavu, ako aj mechanizmus dedičnosti hlavné črty systémov v procese ich vývoja. Kombinácia Prigoginovej teórie a Curieho princípu umožňuje v princípe predpovedať cestu vývoja zložitých systémov.

Pod evolúciou mnohí výskumníci chápu postupnosť prechodov v hierarchii štruktúr s narastajúcou zložitosťou. Táto definícia zjavne vystihuje:

1) postupné evolučné procesy;

2) postupnosť zvyšovania zložitosti počas vytvárania nových štruktúr. Podľa definície evolúcia nie je vlastnosťou niektorých vybraných systémov alebo skupín systémov.

Predstavy o evolúcii vznikli a rozvíjali sa v hĺbke biológie. Antientropická povaha evolúcie a jej zjavný rozpor s druhým termodynamickým zákonom nás prinútili myslieť si, že na termodynamický popis biologickej evolúcie musíme ešte objaviť naše zákony, že druhý termodynamický zákon platí len pre objekty neživej prírody. . Zároveň sa predpokladalo, že v neživej prírode evolúcia buď chýba, alebo jej prejav nevedie k porušeniu druhého princípu.

Evolúcia objektov neživej prírody je vedecky podložený fakt a tento fakt si vyžaduje pochopenie z hľadiska všeobecných zákonitostí a mechanizmov prirodzenej spontánnej realizácie.

Nemecký bádateľ W. Ebeling uvádza, že „problematika formovania štruktúr patrí k základným problémom prírodných vied a skúmanie vzniku štruktúr je jedným z najdôležitejších cieľov vedeckého poznania“. Nevyhnutné predpoklady na riešenie problému vzniku štruktúr boli vytvorené v rámci I. Prigoginovej nelineárnej termodynamiky a z nej vyplývajúcej teórie vzniku disipatívnych štruktúr. Žiaľ, tieto myšlienky pomaly prenikajú aj do geológie. Ustanovenia nelineárnej termodynamiky (alebo termodynamiky nerovnovážnych, ireverzibilných procesov) sú rovnako použiteľné pre biologické objekty aj neživé objekty. Pripomeňme si v krátkosti niektoré závery z tejto teórie.

· I. Prigogine a jeho študenti ukázali, že otvorené systémy ďaleko od rovnováhy sa môžu vyvinúť do nejakého nového stavu vďaka tomu, že mikrofluktuácie v nich nadobúdajú kooperatívny, koherentný charakter. Nový stav systému môže existovať nekonečne dlho, pričom v systéme vznikajú nové štruktúry, ktoré sa nazývajú disipatívne. Patria sem známe hydrodynamické nestability Benarda, periodické reakcie Belousova-Žabotinského, Briggsa - Rauschera atď. Ich výskyt je „antientropický“ v tom zmysle, že je sprevádzaný všeobecným poklesom entropie systému ( v dôsledku výmeny hmoty a/alebo energie s vonkajším prostredím).

· Zvyšujúce sa výkyvy so vzdialenosťou od rovnovážneho stavu vedie k spontánnej strate stability systému. V kritickom bode, nazývanom bifurkačný bod, systém buď skolabuje (premení sa na chaos), alebo v ňom v dôsledku prevahy koherentného správania častíc dochádza k tvorbe disipatívnych štruktúr. Systém si volí cestu svojho ďalšieho vývoja pod vplyvom náhodných faktorov, preto nie je možné predpovedať jeho konkrétny stav po bode bifurkácie a charakter vznikajúcich disipatívnych štruktúr.

· Najdôležitejšou vlastnosťou disipatívnych štruktúr je zníženie ich priestorovej symetrie v bode bifurkácie. Znížená symetria generuje vyšší rád, a preto znižuje entropiu systému.

· Evolúcia je postupná tvorba disipatívnych štruktúr v stavoch vzdialených od termodynamickej rovnováhy. (Nerovnováha je to, čo generuje poriadok z chaosu.) Zároveň, napriek zvýšeniu úrovne organizovanosti a zložitosti systémov v procese sebarozvoja, sa evolúcia časom zrýchľuje.

Ako vyplýva z vyššie uvedeného, teória disipatívnych štruktúr vychádza z náhodného správania sa systému v bodoch bifurkácie, t.j. postuluje náhodnosť morfologických charakteristík novovznikajúcich disipatívnych štruktúr. Existuje len jedno obmedzenie - všeobecný pokles symetrie, ale to je tiež nepredvídateľné. Inými slovami, táto teória pri všetkej jej revolučnosti a schopnosti odpovedať na najpálčivejšiu otázku prírodných vied: čo spôsobuje, že sa systémy vyvíjajú, vo všeobecnosti neobsahuje podmienky na obmedzenie diverzity vznikajúcich štruktúr a v zásade umožňuje vznik štruktúry akejkoľvek zložitosti v jedinom nerovnovážnom procese. To odporuje paradigme evolúcie, ktorej hlavným prvkom je neustále potvrdený princíp: od jednoduchého k zložitému.

Morfológiu výsledných heterogenít v primárne homogénnom médiu nemožno považovať za náhodnú. Dá sa predpokladať, že charakter udalostí, ktoré vedú k vzniku stabilných priestorovo periodických štruktúr, sa riadi nejakým všeobecným zákonom.

Autor teórie disipatívnych štruktúr cítil naliehavú potrebu takéhoto zákona a podnikol určité kroky k jeho identifikácii. Je zrejmé, že z tohto dôvodu Prigogine potreboval analyzovať zmenu charakteristík symetrie v bode bifurkácie, pretože potreboval zistiť použiteľnosť princípu symetrie - Curieovej disymetrie na rozsah skúmaných javov. Tento princíp obsahuje veľmi špecifické obmedzenia na symetriu vznikajúcich štruktúr a následne na rast ich poriadku. I. Prigogine to čítal ako princíp aditivity symetrie, podľa ktorého „vonkajšie vplyvy spôsobujúce rôzne javy nemôžu mať vyššiu symetriu ako efekt, ktorý generujú“, t. nový jav má symetriu nie nižšiu ako je symetria príčin, ktoré ho vyvolali. Keďže v bode bifurkácie je pozorovaný pokles symetrie, vyvodil sa záver, že Curieho princíp nie je použiteľný na rovnovážne, nezvratné procesy.

Podľa I.I. Shafranovského, princíp Curie je rozdelený do štyroch bodov, ktoré sú neoddeliteľne spojené, ale odhaľujú ho z rôznych strán:

1) symetria podmienky pre koexistenciu prostredia a javov, ktoré sa v ňom vyskytujú (v prostredí môže existovať jav s charakteristickou symetriou alebo symetriou niektorej zo superskupín alebo podskupín druhého);

2) potreba disymetrie („disymetria vytvára fenomén“);

3) pravidlo superpozície (superpozície) prvkov symetrie a nesymetrie prostredia a javu (v dôsledku toho sa zachovávajú len prvky spoločné pre prostredie a jav - princíp disymetrizácie);

4) pretrvávanie prvkov symetrie a nesúmernosti príčin v účinkoch, ktoré generujú (prvky symetrie príčin sa nachádzajú vo vyvolaných účinkoch, nesúmernosť účinku by sa mala nachádzať v príčinách, ktoré ho vyvolali - princíp symetrizácia).

Rozbor textu P. Curieho, podporený konkrétnymi príkladmi skutočnej tvorby minerálov, viedol I. I. Šafranovského k záveru, že jadrom princípu je bod 3 - o zachovaní javu len zo všeobecných prvkov symetrie príčin, ktoré dávali stúpať k nemu (princíp disymetrizácie). Naopak, prítomnosť akýchkoľvek prvkov symetrie v jave, ktoré nie sú charakteristické pre jednu z vyvolávajúcich príčin (princíp symetrizácie - bod 4), je spojená s existenciou špeciálnych podmienok. Podľa I.I.Shafranovského sa princípy symetrizácie a disymetrizácie v ich prirodzenej realizácii výrazne líšia z hľadiska prevalencie. Prvý sa realizuje len v špeciálnych, špecifických podmienkach, druhý sa prejavuje doslova všade. V práci I.I. Shafranovského a spoluautorov sa teda uvádza: „Princíp „symetrizácie“ nie je univerzálny, ale v prírode sa prejavuje iba za prísne definovaných a obmedzených podmienok. Naproti tomu princíp „disymetrizácie“ je s určitými výhradami skutočne univerzálny. Vidíme jej prejav na akomkoľvek prírodnom objekte.“

Symmetrizačné javy v skutočnej tvorbe minerálov sú spojené s výskytom zrastov (dvojčatá, odpaliská, štvorce atď.) alebo s výskytom falošných jednoduchých foriem. Takéto „superformy“ a falošné jednoduché formy pozostávajú zo súborov tvárí patriacich do niekoľkých jednoduchých foriem, ktoré sú spojené prvkami zjavnej vysokej symetrie.

Príklady fungovania disymetrizačného princípu sú mimoriadne početné a sú spojené so zánikom určitých prvkov charakteristickej symetrie kryštálov v prípadoch, keď v prostredí tvorby minerálov chýbajú. Za takýchto podmienok je vonkajšia symetria kryštálu podskupinou jeho charakteristickej symetrie a zároveň je podskupinou symetrie prostredia.

I. Prigogine a jeho kolegovia absolutizovali princíp symetrizácie („vonkajšie vplyvy... nemôžu mať vyššiu symetriu ako efekt, ktorý vytvárajú“) a nahradili ich plným obsahom myšlienok P. Curieho. Ako vyplýva z vyššie uvedeného, takéto čítanie Curieho princípu je vo všeobecnosti nesprávne a odráža len jednu z možných podmienok pre vznik procesov (podľa Šafranovského - špeciálne, špecifické), ktoré sa podľa nášho názoru realizujú vo svojej čistej tvoria v bode rozdvojenia, ak si systém zvolí katastrofický vývoj cesty. Záver o neaplikovateľnosti Curieho princípu na teóriu samoorganizácie prostredníctvom vzniku disipatívnych štruktúr v nerovnovážnych podmienkach preto nemožno považovať za opodstatnený.

Tento záver radikálne mení chápanie podstaty javov vyskytujúcich sa v bifurkačných bodoch. Myšlienka náhodnej povahy nových štruktúr vznikajúcich v týchto bodoch, formulovaná v Prigoginovej teórii, podlieha prísnym obmedzeniam, ktoré umožňujú posúdiť stupeň zložitosti systému pri vytváraní disipatívnych štruktúr.

Zhrnutím vyššie uvedeného môžeme vyvodiť tieto závery:

1. Pri aplikácii na disipatívne štruktúry, keď chaos za určitých podmienok vzdialených od rovnováhy vyvoláva priestorové a/alebo časové periodické nehomogenity, ktoré vo všeobecnosti znižujú symetriu média, formulácia Curieho princípu, uvedená vyššie ako princíp disymetrizácie, má vedúci význam.

2. Podľa Curieho princípu by sa malo predpokladať, že symetria disipatívnych štruktúr vznikajúcich v nerovnovážnom procese nie je náhodná: nemôže byť nižšia ako tá, ktorá je určená spoločnými prvkami symetrie média a procesom ako príčinami. ktoré vedú k javu v podobe nových štruktúrnych prvkov. Tento záver sa javí ako dôležitý z toho hľadiska, že obmedzuje „zdola“ stupeň usporiadania vznikajúcich disipatívnych štruktúr a napĺňa tak skutočným obsahom myšlienku evolúcie ako sledu prechodov v hierarchii štruktúr narastajúcej zložitosti, a v každom konkrétnom akte evolúcie dochádza k poklesu symetrie (narastajúcemu poriadku). Berúc do úvahy vyššie uvedené, možno tvrdiť, že v nerovnovážnom procese nemôžu vzniknúť štruktúry žiadnej veľkej zložitosti (čo v zásade umožňuje Prigoginova myšlienka nepredvídateľnosti správania systému v bodoch bifurkácie). Úroveň zložitosti štruktúry je jasne obmedzená „zdola“ princípom Curie.

3. Ak si systém v bode bifurkácie zvolí katastrofickú cestu, štruktúra novovznikajúceho chaosu sa vyznačuje nie ľubovoľne veľkým, ale striktne definovaným nárastom symetrie (pokles poriadku, nárast entropie). Tento nárast je určený princípom symetrizácie ako jednej zo strán univerzálneho princípu Curieho symetrie-disymetrie. Involúcia v tomto prípade nie je absolútna; stupeň štrukturálnej degradácie systému je úplne určený súčtom prvkov symetrie prostredia a procesu, ktorý dal vznik javu. Tu Curieho princíp obmedzuje „zhora“ mieru štrukturálneho zjednodušenia systému.

Teda, prichádzame k záveru, že v prírode existuje mechanizmus, ktorý riadi morfológiu disipatívnych štruktúr, ktoré vznikajú za nerovnovážnych podmienok, t.j. stupeň usporiadania evolučných objektov. Úlohu takéhoto mechanizmu zohráva univerzálny princíp symetrie - Curieova disymetria . Tento princíp umožňuje vo všeobecnosti predpovedať morfologické charakteristiky produktov evolúcie v neživej prírode, ako aj v biologických a sociálnych systémoch, na základe úplného opisu charakteristík symetrie prostredia a prebiehajúcich procesov. v ňom. To neznamená nič menšie ako schopnosť predpovedať evolučné cesty. Je tiež potrebné zdôrazniť, že Curieho princíp symetrie umožňuje pochopiť mechanizmus dedenia systémom po tom, čo prejde bodom rozdvojenia hlavných prvkov svojho predchádzajúceho stavu. Dedičnosť, kontinuita hlavných znakov v sérii evolučných zmien v systéme, je jedným z neustále pozorovaných vzorcov a nikto ho nespochybňuje. Evolúcia podľa I. Prigogina , interpretovaný ako vznik stále nových disipatívnych štruktúr v ostro nerovnovážnych podmienkach vo všeobecnosti vylučuje nielen prognózu budúceho stavu, ale aj možnosť posudzovať stav predchádzajúci rozdvojeniu.

Tento uvedený uhol pohľadu odstraňuje všetky problémy spojené so štúdiom evolúcie. Zároveň existuje dôvod domnievať sa, že táto cesta výskumu môže byť produktívna tak pri rozvíjaní teoretických základov evolúcie, ako aj pri riešení konkrétnych problémov súvisiacich s objasnením mechanizmu tvorby nových štruktúr.

1. Poznámky k prednáške.

2. Gubanov N.I. Lekárska biofyzika. M.: Medicína, 1978, s. 39 – 66.

3. Vladimirov Yu.A. Biofyzika. M.: Medicína, 1983, s. 8 – 29.

4. Remizov A.N. Kurz fyziky. M.: Drop drop, 2004, s. 201 – 222.

5. Remizov A.N. Lekárska a biologická fyzika. M.: Vyššia škola, 1987, s.216 – 238.

1. Princíp relativity klasickej mechaniky (Newtonova klasická fyzika), inak Galileov princíp relativity, hovorí:

a) nemennosť javov vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách; b) možnosť rovnomerne zrýchleného pohybu; c) existencia kruhového alebo eliptického pohybu planét slnečnej sústavy; d) relativita času;

e) relativita priestoru; f) absolútnosť časopriestoru a intervalu.

2. Korpuskularita (diskrétnosť) a spojitosť (kontinuita, spojitosť) vlastností hmoty (látky a poľa) sa výrazne líšia v:

a) vákuum; b) mikrokozmos; c) makrokozmos; d) antisvet; e) hyperpriestor; f) megasvet;

g) v blízkosti kozmologického obzoru.

3. Revolúcia v prírodných vedách (fyzike) 17. storočia. došlo v súvislosti s objavom:

a) zákon zotrvačnosti; b) zákony dynamiky; c) zákony pohybu planét; e) relativita času a priestoru; e) atómy a molekuly.

4. Uveďte správne tvrdenie týkajúce sa telesnej hmotnosti:

a) telesná hmotnosť je určená množstvom látky v tele a nezávisí od vonkajších podmienok;

b) hmotnosť osoby vo výťahu, ktorý sa zrýchľuje nahor, je väčšia ako vo výťahu v pokoji; c) hmotnosť parašutistu zostupujúceho na padáku k zemi je nulová; d) gravitačná sila smerom k Zemi úplne určuje hmotnosť telesa.

5. Ako sa nazýva fyzikálna veličina, ktorá nemôže byť vytvorená ani zničená, ktorá existuje v rôznych formách, ktoré sa môžu navzájom premieňať?

a) hmotnosť; b) elektrický náboj; c) energia; d) entropia; e) spin; e) izotopový spin.

6. Je laboratórium umiestnené na povrchu Zeme skutočne inerciálnym systémom podávania správ? Ktorá odpoveď je správna a plne opodstatnená?

a) nie, nie je, keďže povrch Zeme nezodpovedá guľovému povrchu;

b) áno, je, keďže lokálne v laboratóriu je geometria priestoru euklidovská; c) je inerciálny na pozorovanie všetkých javov len na povrchu Zeme; d) nie je inerciálny v dôsledku rotácie Zeme okolo svojej osi;

e) áno, je inerciálna, keďže planéta Zem sa okolo Slnka pohybuje rovnomerne.

7. Existujúce symetrie vo svete fyzických objektov, ktoré prvýkrát matematicky stanovila Emmy Noetherová, majú za následok:

a) zachovanie určitých fyzikálnych veličín predmetov; b) zodpovedajúca nemennosť vlastností; c) absolútnosť všetkých fyzikálnych vlastností; d) relatívnosť všetkých fyzikálnych vlastností.

8. Pre gravitačnú interakciu ako určitý fyzikálny jav, pre ktorý zákon prvýkrát stanovil Isaac Newton, nie je charakteristické:

a) pôsobenie na veľké vzdialenosti; b) odpudzovanie; c) nízka intenzita; d) príťažlivosť.

9. Označte správnu formuláciu Galileovho princípu relativity (klasický princíp relativity):

a) žiadne prírodné javy neumožňujú určiť rozdiel medzi stavmi pokoja a rovnomerného priamočiareho pohybu fyzikálneho systému; b) všetky inerciálne sústavy sú ekvivalentné; c) žiadne mechanické experimenty nedokážu rozlíšiť skutočnosť rovnomerného priamočiareho pohybu od stavu pokoja; d) všetky fyzikálne javy v izolovaných (inerciálnych) sústavách prebiehajú rovnako.

10. Medzi princípy klasickej prírodnej vedy patrí zásada:

a) doplnkovosť; b) stálosť rýchlosti svetla; c) Galileov princíp relativity; d) Pauliho zákaz; e) ekvivalencia inertných a ťažkých hmôt.

11. Nájdite súlad medzi všeobecne uznávanými matematickými formalizmami klasickej mechaniky a konjugovanými fyzikálnymi veličinami, ktoré sa v nich používajú (ľavý a pravý stĺpec):

a) Lagrangeov formalizmus súradníc a hybnosti;

b) Hamiltonovský formalizmus rýchlosti a času;

c) Lagrangeov formalizmus súradníc a rýchlosti;

d) Hamiltonovský formalizmus zrýchlenia a hybnosti;

e) Hamiltonova súradnica a zrýchlenie formalizmu.

12. Zvýšenie entropie v akomkoľvek fyzickom systéme vedie k:

a) zvýšenie teploty; b) zvýšenie poruchy; d) prechod do stacionárneho stavu; e) objavenie sa znakov samoorganizácie.

13. Systém prechádza štrukturálnym preskupením takým spôsobom, že sa zvyšuje neporiadok. Ktoré vyhlásenie zodpovedá prebiehajúcemu procesu?

a) entropia systému sa zvyšuje; b) entropia systému klesá; c) entropia systému sa nemení; d) zo systému sa uvoľňuje teplo.

14. Systémy, ktoré si vymieňajú hmotu, energiu a informácie s prostredím, sa nazývajú:

a) nestacionárne; b) dynamický; c) otvorené; d) sebaorganizovanie.

15. Ktoré tvrdenie je nesprávne?

a) celková mechanická energia časticového systému sa zachová; b) vnútorné trecie sily v uzavretom systéme častíc môžu iba znížiť celkovú mechanickú energiu systému; c) kinetická energia nerelativistickej častice je úmerná druhej mocnine rýchlosti častice; d) potenciálna energia stlačenej pružiny je úmerná druhej mocnine lineárneho stlačenia.

16. Za mieru náhodnosti pohybu molekúl vo fyzike a chémii sa považuje:

teplota; b) impulz; c) energia; d) entropia; e) rýchlosť pohybu; e) entalpia.

17. Množstvo, ktoré určuje množstvo pohybu v systéme, je:

a) energia; b) rýchlosť; c) impulz; d) energia; e) druhá mocnina rýchlosti; e) zrýchlenie.

18. Ktoré tvrdenie je pravdivé?

a) energiu možno premeniť z jednej formy na inú bez straty;

b) fyzikálny význam má len absolútna hodnota energie; c) zmení sa celková energia izolovanej sústavy; d) potenciálna energia padajúceho telesa je vždy väčšia ako jeho kinetická energia.

19. Ktoré tvrdenie je formulované správne?

a) entropiu možno premeniť na energiu; b) každý fyzikálny proces v izolovanom systéme znižuje entropiu systému; c) pokles entropie vždy zvyšuje energiu systému; d) vo všetkých biologických systémoch nie je entropia.

20. Zvýšenie procesu poruchy v systéme zodpovedá:

a) zvýšenie entropie; b) pokles entropie; c) entropia zostáva nezmenená;

d) zvýšenie energie; e) pokles energie.

21. Proces prenosu vnútornej energie bez vykonania mechanickej práce sa nazýva:

a) výmena tepla; b) Brownov pohyb; c) fotosyntéza; d) Comptonov efekt.

22. Jedno tvrdenie týkajúce sa energetického stavu systému je pravdivé:

a) počas reverzibilného procesu sa systém vráti do pôvodného stavu;

b) systém je uzavretý, ak si vymieňa energiu s okolím;

c) systém je uzavretý, ak si vymieňa látky s prostredím;

d) systém je otvorený, ak v ňom prebiehajú difúzne procesy.

23. Sú správne nejaké vyhlásenia o procesoch v systéme, ktoré:

a) systém s väčším usporiadaním má vyššiu entropiu a naopak;

b) akýkoľvek fyzikálny proces v izolovanom systéme zvyšuje entropiu systému;

c) všetky skutočné procesy sú v čase reverzibilné; d) všetky tvrdenia sú pravdivé.

24. Existujú nejaké správne tvrdenia týkajúce sa energie systému?

a) energiu možno premeniť z jednej formy na druhú bez straty; b) celková energia izolovanej sústavy sa nemení; c) všetky skutočné procesy sú v čase reverzibilné;

d) všetky vyhlásenia sú pravdivé; d) neexistujú pravdivé tvrdenia.

25. Ktorý koncept konania v prírodných vedách je starší?

a) krátkodobo pôsobiace; b) s dlhým dosahom; c) krátky dosah; d) relatívne pôsobenie.

26. Hmota sa v prírodných vedách chápe ako:

a) fyzikálny systém s nekonečne veľkým počtom stupňov voľnosti;

b) druh hmoty, ktorá má pokojovú hmotnosť; c) špeciálny stav priestoru potrebný na prenos interakcií; d) elastické stacionárne médium, ktoré prenáša interakcie a elektromagnetické vlny.

27. Kvantitatívna miera interakcie je:

a) impulz; b) pevnosť; c) energia; d) uhlová (rotačná) hybnosť; d) entropia.

28. Celistvosť hmoty ako súboru atómov a molekúl je zabezpečená najmä:

a) silná interakcia; b) slabá interakcia; c) elektromagnetická interakcia; d) gravitačná interakcia.

29. Newtonove zákony sú pravdivé:

a) len v inerciálnych referenčných sústavách; b) len v podmienkach Zeme; c) len pri absencii trecích síl; d) bez akýchkoľvek dodatočných podmienok.

30. Sila, ktorá vyvedie telo z rovnováhy, je úmerná:

a) potenciálna energia tela; b) moment hybnosti; c) zrýchlenie tela; d) rýchlosť tela;

e) druhá mocnina rýchlosti.

31. Počet klasických parametrov (alebo stupňov voľnosti) stavu hmotného bodu:

a) šesť; b) päť; o štyroch; d) tri; e) dva; e) jeden.

32. Napĺňa sa v praxi zákon zachovania mechanickej energie akceptovaný v klasickej prírodovede?

a) áno, pretože treba šetriť energiou; b) nie, pretože v akomkoľvek systéme dochádza k treniu a transformácii mechanického pohybu na zahrievanie; c) nie, pretože všetko závisí od referenčného systému; d) áno, pretože zvyčajne ignorujeme menšie chyby merania.

33. Uveďte tie fyzikálne veličiny, pre ktoré existujú zákony zachovania:

a) hmotnosť; b) impulz; c) čas; d) moment hybnosti; e) energia; f) entropia; g) objem;

h) elektrický náboj; i) moment zotrvačnosti; j) zrýchlenie.

34. Symetria v podobe homogenity času sa prejavuje ako:

35. Symetria v podobe homogenity priestoru sa prejavuje ako:

a) zákon zachovania hybnosti; b) zákon zachovania momentu hybnosti; c) zákon zachovania energie; d) zákon zachovania hmoty.

36. Fyzikálne zákony sú založené na...

37. Zdrojom gravitačnej sily (interakcia telies) je:

a) hustota látky; b) hmotnosť; c) hmotnosť; d) čas; e) impulz; e) rýchlosť.

38. S čím (akou symetriou) súvisí šetrenie energie?

a) izotropia priestoru; b) homogenita času; c) homogénnosť priestoru;

d) homogenita časopriestoru; e) izotropia času.

39. Zákon zachovania hybnosti vyplýva z:

a) Galileov princíp relativity; b) nemennosť fyzikálnych zákonov počas paralelných posunov (prekladov alebo pohybov) v priestore; c) homogénnosť priestoru; d) homogenita času; e) nemennosť fyzikálnych zákonov s paralelnými posunmi v čase.

40. Zákon zachovania energie vyplýva z:

a) princíp relativity; b) Noetherova veta; c) nemennosť fyzikálnych zákonov pri paralelných posunoch v čase (časové preklady); d) z nemennosti fyzikálnych zákonov pri paralelných posunoch v priestore; e) homogenita času.

41. Vznik akýchkoľvek štruktúr je vždy spojený s...

a) zvýšenie hodnoty entropie; b) uvoľnenie a rozptýlenie väzbovej energie;

c) absorpcia väzbovej energie; d) zvýšenie väzbovej energie.

42. Kvalita energie v dôsledku jej premeny na teplo...

a) kolíše; b) klesá; c) zvyšuje; d) zostáva nezmenená.

43. Vytvorte súlad medzi symetriami priestoru a času a nasledujúcimi zákonmi zachovania základných fyzikálnych veličín (ľavý a pravý stĺpec):

44. Uveďte postupnosť nárastu entropie, keď sa zmení stav agregácie tej istej látky:

a) plazma; b) plyn; c) kvapalina; d) pevné telo.

45. Kvapalina sa mení na paru, entropiu zároveň...

46. Kvapalina sa zároveň mení na pevnú, entropiu...

a) zvyšuje; b) klesá; c) nemení sa; d) zmizne (zmení sa na nulu).

47. Plyn sa mení na kvapalinu, entropiu zároveň...

a) zvyšuje; b) klesá; c) zostáva nezmenená; d) zmizne (zmení sa na nulu).

48. Určte polohu súvisiacu s mechanickým obrazom sveta:

a) skúmaná interakcia spĺňa zásadu pôsobenia krátkeho dosahu; b) svet je reprezentovaný súvislými objektmi; c) obraz skúmaných javov je jasne určený vzťahmi príčiny a následku (deterministickými) vzťahmi; d) vedúcou metódou v mechanike je metóda matematického modelovania.

49. Hlavným princípom klasickej mechaniky je:

a) Galileov princíp relativity; b) zásada akcie krátkeho dosahu; c) Heisenbergov vzťah neurčitosti; d) Maupertuisov princíp virtuálnych pohybov.

50. Hlavné matematické formalizmy klasickej mechaniky sú:

a) newtony; b) hamiltoniánov; c) Lagrangiánov; d) Eulers; e) Galilejčania; e) Laplace.

51. Podstatu mechanického obrazu sveta vyjadrujú ustanovenia o:

a) prenos interakcie prostredníctvom interakcie krátkeho dosahu; b) prenos interakcie prostredníctvom pôsobenia na veľké vzdialenosti; c) jedinečnosť súvislých objektov v hmotnom svete; d) jedinečnosť korpuskulárnych predmetov v hmotnom svete.

52. Podstatou procesu krátkeho dosahu je, že sa prenáša ktorákoľvek zo známych interakcií:

a) okamžite medzi akýmikoľvek predmetmi; b) okamžite len k najbližšiemu objektu;

c) medzi susednými objektmi s konečnou rýchlosťou; d) z objektu na objekt rýchlosťou nepresahujúcou rýchlosť svetla vo vákuu.

53. Stanovte si jedinú pozíciu, ktorá sa týka výlučne mechanického obrazu sveta:

a) prenos interakcie je založený na princípe pôsobenia krátkeho dosahu;

b) dominantná myšlienka je daná spojitým vlastnostiam hmoty;

c) objavia sa korpuskulárne vlnové vlastnosti hmoty;

d) reťazec udalostí je jednoznačne určený vzťahmi príčina-následok;

e) základom reprezentácie je idealita predmetov poznania.

54. Zákony zachovania fyziky sú založené na...

a) princípy symetrie; b) empiricky zistené skutočnosti; c) vyjadrenie hypotéz; d) analýza východiskových bodov.

v odbore Koncepcia moderných prírodných vied

Entropia a jej úloha pri budovaní moderného obrazu sveta

1 Čo je to entropia

2 Termodynamická entropia

3 Entropia vesmíru

4 Entropia a informácie

5 Negentropia

6 Entropia a život. Biologický poriadok

Zoznam použitých zdrojov

1 Čo je to entropia

Spomedzi všetkých fyzikálnych veličín, ktoré vstúpili do vedy v 19. storočí, zaujíma entropia vďaka svojmu mimoriadnemu osudu osobitné miesto. Od samého začiatku bola v teórii tepelných strojov stanovená entropia. Veľmi skoro sa však rámec tejto teórie ukázal pre ňu príliš malý a prenikla aj do iných oblastí fyziky, predovšetkým do teórie žiarenia. Expanzia entropie sa neobmedzovala len na toto. Na rozdiel napríklad od iných termodynamických veličín entropia pomerne rýchlo prekročila hranice fyziky. Napadla príbuzné oblasti: kozmológiu, biológiu a napokon teóriu informácie.

Pojem entropia je mnohohodnotový, nie je možné dať mu jedinú presnú definíciu. Najbežnejšie je nasledovné:

Entropia je mierou neistoty, mierou chaosu.

V závislosti od oblasti poznania existuje mnoho typov entropie: termodynamická entropia, informačná entropia (Shannonova entropia), kultúrna entropia, Gibbsova entropia, Clausiova entropia a mnohé ďalšie.

Boltzmannova entropia je mierou neusporiadanosti, náhodnosti a homogenity molekulárnych systémov.

Fyzikálny význam entropie je objasnený zvážením mikrostavov hmoty. L. Boltzmann ako prvý vytvoril súvislosť medzi entropiou a pravdepodobnosťou stavu. Vo formulácii M. Plancka je výrok vyjadrujúci túto súvislosť a nazývaný Boltzmannov princíp reprezentovaný jednoduchým vzorcom

Sám Boltzmann tento vzorec nikdy nenapísal. Planck to urobil. Zaviedol aj Boltzmannovu konštantu k B . Pojem „Boltzmannov princíp“ zaviedol A. Einstein. Termodynamická pravdepodobnosť stavu W alebo štatistická váha tohto stavu je počet spôsobov (počet mikrostavov), ktorými je možné daný makrostav realizovať. Clausiova entropia je úmerná množstvu viazanej energie prítomnej v systéme, ktorú nemožno premeniť na prácu. Shannonova entropia kvantitatívne charakterizuje spoľahlivosť prenášaného signálu a používa sa na výpočet množstva informácií.

Pozrime sa bližšie na termodynamickú entropiu, Shannonovu entropiu (informačnú) a vzťah medzi entropiou a biologickým usporiadaním.

2 . Termodynamická entropia

Entropiu ako fyzikálnu veličinu prvýkrát zaviedol do termodynamiky R. Clausius v roku 1865. Zmenu entropie termodynamického systému počas reverzibilného procesu definoval ako pomer zmeny celkového množstva tepla ΔQ k absolútnej teplote T:

Entropia v termodynamike je mierou ireverzibilnej disipácie energie a je funkciou stavu termodynamického systému.

Existencia entropie je určená druhým zákonom termodynamiky. Pretože každý reálny systém, ktorý prechádza cyklom operácií a vracia sa do pôvodného stavu, funguje iba zvýšením entropie vonkajšieho prostredia, s ktorým je systém v kontakte. To tiež znamená, že v žiadnom štádiu cyklu nemôže byť súčet zmien entropie systému a vonkajšieho prostredia negatívny. Druhý termodynamický zákon teda umožňuje nasledujúcu formuláciu:

Súčet zmien entropie systému a vonkajšieho prostredia nemôže klesať.

Vesmír ako celok sa teda nemôže vrátiť do pôvodného stavu.

Rudolf Clausius zhrnul prvý a druhý zákon termodynamiky takto:

Energia vesmíru je konštantná.

Entropia vesmíru smeruje k maximu.

V dôsledku nezvratných procesov sa entropia izolovaného systému stále zvyšuje, až kým nedosiahne maximálnu možnú hodnotu. Dosiahnutý stav je v tomto prípade stavom rovnováhy. Z tejto formulácie druhého zákona vyplýva, že na konci evolučného procesu musí vesmír dosiahnuť stav termodynamickej rovnováhy (stav tepelnej smrti), čo zodpovedá úplnej dezorganizácii systému. Myšlienka tepelnej smrti vesmíru, ktorá vyplýva z formulácie druhého zákona navrhnutého Clausiom, je príkladom nezákonného prenosu zákonov termodynamiky do oblasti, kde už neplatí. Ako je známe, zákony termodynamiky platia iba pre termodynamické systémy, ale vesmír nie je jeden.

3 . Entropia vesmíru

Ako už bolo spomenuté, zákony termodynamiky nie je možné aplikovať na vesmír ako celok, keďže nejde o termodynamický systém, vo vesmíre však možno rozlíšiť podsystémy, na ktoré sa termodynamický popis vzťahuje. Takýmito subsystémami sú napríklad všetky kompaktné objekty (hviezdy, planéty a pod.) alebo reliktné žiarenie (tepelné žiarenie s teplotou 2,73 K). Reliktné žiarenie vzniklo v čase Veľkého tresku, ktorý viedol k vzniku Vesmíru, a malo teplotu okolo 4000 K. V našej dobe, teda 10–20 miliárd rokov po Veľkom tresku, ide o primárne (reliktné) žiarenie, ktoré žilo všetky tie roky v rozpínajúcom sa vesmíre, ochladené na špecifikovanú teplotu. Výpočty ukazujú, že celková entropia všetkých pozorovaných kompaktných objektov je zanedbateľná v porovnaní s entropiou kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia. Dôvodom je predovšetkým to, že počet reliktných fotónov je veľmi veľký: na každý atóm vo vesmíre pripadá približne 109 fotónov. Entropické zohľadnenie zložiek vesmíru nám umožňuje vyvodiť ďalší záver. Podľa moderných odhadov je celková entropia tej časti vesmíru, ktorá je prístupná na pozorovanie, viac ako 10 30-krát menšia ako entropia hmoty v tej istej časti vesmíru kondenzovanej do čiernej diery. To ukazuje, ako ďaleko je časť vesmíru, ktorá nás obklopuje, od najviac neusporiadaného stavu.

4 Entropia a informácie

Už spomínaný Rudolf Clausius má aj inú formuláciu druhého termodynamického zákona: „Je nemožný proces, ktorého jediným výsledkom by bol prenos tepla z chladnejšieho telesa na teplejšie.“

Urobme myšlienkový experiment navrhnutý Jamesom Maxwellom v roku 1867: Predpokladajme, že nádoba s plynom je rozdelená nepreniknuteľnou priečkou na dve časti: pravú a ľavú. V prepážke je otvor so zariadením (tzv. Maxwellov démon), ktorý umožňuje rýchlym (horúcim) molekulám plynu lietať iba z ľavej strany nádoby na pravú a pomalým (studeným) molekulám iba z z pravej strany plavidla doľava. Potom, po dlhom čase, horúce molekuly skončia v pravej nádobe a studené molekuly v ľavej.

Plyn na ľavej strane nádrže sa teda zohreje a na pravej sa ochladí. V izolovanom systéme sa teda teplo prenesie zo studeného telesa na horúce s poklesom entropie systému, čo je v rozpore s druhým termodynamickým zákonom. L. Szilard, ktorý uvažoval o jednej zo zjednodušených verzií Maxwellovho paradoxu, upozornil na potrebu získavania informácií o molekulách a objavil súvislosť medzi informáciou a termodynamickými charakteristikami. Následne bolo mnohými autormi navrhnuté riešenie Maxwellovho paradoxu. Zmyslom všetkých rozhodnutí je toto: informácie nie je možné získať zadarmo. Musíte za to zaplatiť energiou, v dôsledku čoho sa entropia systému v dôsledku prijatej informácie zvýši o sumu, ktorá sa minimálne rovná jej poklesu. V teórii informácie je entropia mierou vnútornej poruchy informačného systému. Entropia rastie s chaotickou distribúciou informačných zdrojov a klesá s ich usporiadaním. Uvažujme o hlavných ustanoveniach teórie informácie v podobe, v akej ju dal K. Shannon. Informácia, ktorú udalosť (objekt, stav) y obsahuje o udalosti (objekt, stav) x sa rovná (použijeme základný 2 logaritmus):

I(x, y) = log(p(x/y) / p(x)),

kde p(x) je pravdepodobnosť udalosti x pred výskytom udalosti y (nepodmienená pravdepodobnosť); p(x/y) – pravdepodobnosť udalosti x daná výskytom udalosti y (podmienená pravdepodobnosť).

Udalosti x a y zvyčajne znamenajú podnet a odozvu, vstup a výstup, hodnotu dvoch rôznych premenných charakterizujúcich stav systému, udalosť, správu o ňom. Množstvo I(x) sa nazýva vnútorná informácia obsiahnutá v udalosti x.

Zoberme si príklad: bolo nám povedané (y), že dáma stojí na šachovnici na pozícii x = a4. Ak pred správou boli pravdepodobnosti kráľovnej na všetkých pozíciách rovnaké a rovné p(x) = 1/64, potom sa prijatá informácia rovná

I(x) = log(1/(1/64)) = log(64) = 6 bitov.

Ako jednotku informácie I berieme množstvo informácií v spoľahlivej správe o udalosti, ktorej apriórna pravdepodobnosť sa rovná 1/2. Táto jednotka sa nazýva „bit“ (z anglických binárnych číslic).

Predpokladajme teraz, že prijatá správa nebola úplne presná, napríklad nám bolo povedané, že dáma je buď na pozícii a3 alebo na pozícii a4. Potom sa podmienená pravdepodobnosť, že bude na pozícii x = a4, už nerovná jednej, ale p(x/y) = ½. Prijaté informácie sa budú rovnať

I(x, y) = log((1/2) / (1/64)) = 5 bitov,

to znamená, že sa zníži o 1 bit v porovnaní s predchádzajúcim prípadom. Čím vyššia je teda presnosť správy, tým väčšia je vzájomná informovanosť a v limite sa približuje k vlastnej informácii. Entropiu možno definovať ako mieru neistoty alebo ako mieru diverzity možných stavov systému. Ak systém môže byť v jednom z m rovnako pravdepodobných stavov, potom sa entropia H rovná

Napríklad počet rôznych možných pozícií dámy na prázdnej šachovnici je m = 64. Entropia možných stavov je teda

H = log64 = 8 bitov.

Ak je časť šachovnice obsadená figúrkami a nie je prístupná pre dámu, potom sa znižuje rozmanitosť jej možných stavov a entropie.

Môžeme povedať, že entropia slúži ako miera slobody systému: čím viac stupňov voľnosti má systém, tým menej obmedzení je naň kladených, tým je spravidla entropia systému väčšia. V tomto prípade nulová entropia zodpovedá úplnej informácii (stupeň neznalosti je nula) a maximálna entropia zodpovedá úplnej neznalosti mikrostavov (stupeň neznalosti je maximálny).

5 Negentropia

Fenomén znižovania entropie v dôsledku získavania informácií odráža princíp sformulovaný v roku 1953 americkým fyzikom Leonom Brullianom, ktorý študoval vzájomnú premenu druhov energie. Formulácia princípu je nasledovná: „Informácie sú negatívnym príspevkom k entropii. Princíp sa nazýva negentropický princíp informácií. Koncept negentropie (rovnako ako negatívna entropia alebo syntropia) sa vzťahuje aj na živé systémy, vzťahuje sa na entropiu, ktorú živý systém exportuje, aby znížil svoju vlastnú úroveň entropie.

6. Entropia a život. Biologický poriadok

Otázka vzťahu života k druhému zákonu termodynamiky je otázkou, či je život ostrovom odporu voči druhému zákonu. Evolúcia života na Zemi ide skutočne od jednoduchého k zložitému a druhý termodynamický zákon predpovedá opačnú cestu vývoja – od zložitého k jednoduchému. Tento rozpor je vysvetlený v rámci termodynamiky nevratných procesov. Živý organizmus ako otvorený termodynamický systém spotrebuje menej entropie, ako vypustí do okolia. Množstvo entropie v potravinových produktoch je menšie ako vo vylučovacích produktoch. Inými slovami, živý organizmus existuje vďaka tomu, že má schopnosť uvoľňovať v ňom vytvorenú entropiu v dôsledku nevratných procesov do prostredia.

Pozoruhodným príkladom je teda usporiadanosť biologickej organizácie ľudského tela. Pokles entropie pri vzniku takejto biologickej organizácie je ľahko kompenzovaný triviálnymi fyzikálnymi a chemickými procesmi, najmä napríklad odparením 170 g vody.

Vedecký potenciál entropie nie je ani zďaleka vyčerpaný existujúcimi aplikáciami. Entropia v budúcnosti prenikne do novej oblasti vedy – synergetiky, ktorá študuje zákonitosti vzniku a rozpadu časopriestorových štruktúr v systémoch rôzneho charakteru: fyzikálnom, chemickom, biologickom, ekonomickom, sociálnom a pod.

Zoznam použitých zdrojov

1 Blumenfeld L.A. Informácie, dynamika a návrh biologických systémov. Režim prístupu: http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/136.html.

2 Slovník. Režim prístupu: http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?RIt(uwsg.o9.

3 Golitsyn G. A. Informácie. Správanie, jazyk, kreativita M: LKI, 2007.

4 Maxwellov démon - Wikipedia. Režim prístupu: http://ru.wikipedia.org/wiki/Maxwell_Demon.

5 Negentropia – veda. Režim prístupu: http://ru.science.wikia.com/wiki/Negentropy.

6 Osipov A.I., Uvarov A.V. Entropia a jej úloha vo vede. - Moskovská štátna univerzita. M. V. Lomonosová, 2004.

7 Prigožin Moderná termodynamika, M.: Mir, 2002.

8 Termodynamická entropia - Wikipedia. Režim prístupu: http://ru.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_entropy.

ENTROPIA A ENERGIA V BIOLOGICKÝCH SYSTÉMOCH. BIOFYZICKÉ MECHANIZMY ČINNOSTI „ENERGETICKÝCH“ MERIDIÁNOV

Korotkov K. G. 1, Williams B. 2, Wisneski L.A. 3
Email: [chránený e-mailom]

1 - SPbTUITMO, Rusko ; 2 - Holos University Graduate Seminary, Fairview, Missouri; USA, 3-George Washington University Medical Center, USA.

Udržiavanie

Metódy na štúdium funkčného stavu človeka zaznamenávaním elektrooptických parametrov kože možno rozdeliť do dvoch podmienených skupín podľa povahy biofyzikálnych procesov, ktoré sa na nich podieľajú. Do prvej skupiny patria „pomalé“ metódy, ktorých čas merania je viac ako 1 s. V tomto prípade sa pod vplyvom aplikovaných potenciálov v tkanivách stimulujú iónové depolarizačné prúdy a hlavný príspevok k meranému signálu má iónová zložka (Tiller, 1988). „Rýchle“ metódy, pri ktorých je čas merania kratší ako 100 ms, sú založené na zaznamenávaní fyzikálnych procesov stimulovaných elektronickou zložkou vodivosti tkaniva. Takéto procesy sú opísané najmä kvantovo mechanickými modelmi, takže ich možno označiť za metódy kvantovej biofyziky. Posledne uvedené zahŕňajú metódy na zaznamenávanie stimulovanej a vlastnej luminiscencie, ako aj metódu stimulovanej emisie elektrónov so zosilnením v plynovom výboji (metóda zobrazovania plynovým výbojom). Pozrime sa podrobnejšie na biofyzikálne a entropické mechanizmy na implementáciu metód kvantovej biofyziky.

Elektronický obvod života

„Som hlboko presvedčený, že nikdy nepochopíme podstatu života, ak sa obmedzíme na molekulárnu úroveň... Úžasná jemnosť biologických reakcií je spôsobená pohyblivosťou elektrónov a možno ju vysvetliť len z hľadiska kvantová mechanika."
A. Szent-Gyorgyi, 1971

Elektronickú schému života – kolobeh a premenu energie v biologických systémoch, možno prezentovať v nasledovnej podobe (Samoilov, 1986, 2001) (obr. 1). Fotóny slnečného svetla sú absorbované molekulami chlorofylu sústredenými v chloroplastových membránach organel zelených rastlín. Absorbovaním svetla získavajú elektróny chlorofylu dodatočnú energiu a presúvajú sa zo základného do excitovaného stavu. Vďaka usporiadanej organizácii komplexu proteín-chlorofyl, ktorý sa nazýva fotosystém (PS), excitovaný elektrón neplytvá energiou na tepelné premeny molekúl, ale získava schopnosť prekonať elektrostatické odpudzovanie, hoci látka nachádzajúca sa vedľa neho má vyšší elektronický potenciál ako chlorofyl. Výsledkom je, že excitovaný elektrón ide do tejto látky.

Po strate elektrónu má chlorofyl voľné elektrónové miesto. A odoberá elektrón z okolitých molekúl a darcom môžu byť látky, ktorých elektróny majú nižšiu energiu ako elektróny chlorofylu. Touto látkou je voda (obr. 2).

Fotosystém, ktorý odoberá elektróny z vody, ju oxiduje na molekulárny kyslík. Atmosféra Zeme je teda neustále obohacovaná kyslíkom.

Keď sa mobilný elektrón prenáša pozdĺž reťazca štrukturálne prepojených makromolekúl, míňa svoju energiu na anabolické a katabolické procesy v rastlinách a za vhodných podmienok aj u zvierat. Podľa moderných koncepcií (Samoilov, 2001; Rubin, 1999) dochádza k medzimolekulárnemu prenosu excitovaného elektrónu mechanizmom tunelového efektu v silnom elektrickom poli.

Chlorofyly slúžia ako medzistupeň v potenciálovej jamke medzi donorom a akceptorom elektrónu. Prijímajú elektróny od darcu s nízkou úrovňou energie a pomocou energie slnka ich natoľko vybudia, že sa môžu preniesť na látku s vyšším elektrónovým potenciálom ako darca. Toto je jediná, aj keď viacstupňová, svetelná reakcia v procese fotosyntézy. Ďalšie autotrofné biosyntetické reakcie nevyžadujú svetlo. Vyskytujú sa v zelených rastlinách vďaka energii obsiahnutej v elektrónoch patriacich k NADPH a ATP. V dôsledku kolosálneho prílevu elektrónov z oxidu uhličitého, vody, dusičnanov, síranov a iných relatívne jednoduchých látok vznikajú vysokomolekulárne zlúčeniny: sacharidy, bielkoviny, tuky, nukleové kyseliny.

Tieto látky slúžia ako hlavné živiny pre heterotrofy. Pri katabolických procesoch, ktoré zabezpečujú aj systémy transportu elektrónov, sa elektróny uvoľňujú približne v rovnakom množstve, v akom ich zachytili organické látky pri fotosyntéze. Elektróny uvoľnené pri katabolizme sú mitochondriálnym dýchacím reťazcom prenesené na molekulárny kyslík (pozri obr. 1). Tu je oxidácia spojená s fosforyláciou - syntézou ATP prostredníctvom pridania zvyšku kyseliny fosforečnej k ADP (to znamená fosforylácia ADP). Tým je zabezpečená dodávka energie pre všetky životné procesy zvierat a ľudí.

Biomolekuly v bunke „žijú“, vymieňajú si energiu a náboje, a teda aj informácie, vďaka vyvinutému systému delokalizovaných π-elektrónov. Delokalizácia znamená, že jediný oblak π-elektrónov je distribuovaný určitým spôsobom v celej štruktúre molekulárneho komplexu. To im umožňuje migrovať nielen v rámci svojej molekuly, ale aj presúvať sa z molekuly do molekuly, ak sú štrukturálne spojené do súborov. Fenomén medzimolekulového prenosu objavil J. Weiss v roku 1942 a kvantový mechanický model tohto procesu vyvinul v rokoch 1952-1964 R.S. Mulliken.

Najdôležitejšie poslanie π-elektrónov v biologických procesoch je zároveň spojené nielen s ich delokalizáciou, ale aj so zvláštnosťami ich energetického stavu: rozdiel medzi energiami zemného a excitovaného stavu je pre ne výrazne menší. ako u π-elektrónov a je približne rovnaká ako energia fotónu hν.

Vďaka tomu sú práve π-elektróny schopné akumulovať a premieňať slnečnú energiu, vďaka čomu je s nimi spojené celé energetické zásobovanie biologických systémov. Preto sa π-elektróny zvyčajne nazývajú „elektróny života“ (Samoilov, 2001).

Porovnaním škál redukčných potenciálov komponentov fotosyntetických a respiračných reťazcov je možné ľahko overiť, že slnečná energia premenená π-elektrónmi počas fotosyntézy sa vynakladá predovšetkým na bunkové dýchanie (syntéza ATP). V dôsledku absorpcie dvoch fotónov v chloroplaste sa teda π-elektróny prenesú z P680 na ferredoxín (obr. 2), čím sa ich energia zvýši približne o 241 kJ/mol. Malá časť sa spotrebuje pri prenose π-elektrónov z ferredoxínu do NADP. V dôsledku toho sa syntetizujú látky, ktoré sa potom stávajú potravou pre heterotrofy a premieňajú sa na substráty pre bunkové dýchanie. Na začiatku dýchacieho reťazca je voľná energetická rezerva π-elektrónov 220 kJ/mol. To znamená, že predtým sa energia π-elektrónov znížila len o 20 kJ/mol. V dôsledku toho je viac ako 90 % slnečnej energie uloženej π-elektrónmi v zelených rastlinách nimi prenášaných do dýchacieho reťazca mitochondrií u zvierat a ľudí.

Konečným produktom redoxných reakcií v mitochondriálnom dýchacom reťazci je voda. Má najmenej voľnej energie zo všetkých biologicky dôležitých molekúl. Hovorí sa, že s vodou telo uvoľňuje elektróny, ktoré sú zbavené energie v životne dôležitých procesoch. Zásoba energie vo vode v skutočnosti nie je v žiadnom prípade nulová, ale všetka energia je obsiahnutá v σ-väzbách a nedá sa využiť na chemické premeny v tele pri telesnej teplote a iných fyzikálno-chemických parametroch tela zvierat a ľudí. V tomto zmysle sa chemická aktivita vody berie ako referenčný bod (nulová úroveň) na stupnici chemickej aktivity.

Voda má zo všetkých biologicky významných látok najvyšší ionizačný potenciál – 12,56 eV. Všetky molekuly v biosfére majú ionizačný potenciál pod touto hodnotou, rozsah hodnôt je približne 1 eV (od 11,3 do 12,56 eV).

Ak zoberieme ionizačný potenciál vody ako referenčný bod pre reaktivitu biosféry, potom môžeme zostrojiť škálu biopotenciálov (obr. 3). Biopotenciál každej organickej látky má veľmi špecifický význam – zodpovedá energii, ktorá sa uvoľňuje pri oxidácii danej zlúčeniny na vodu.

Rozmer BP na obr. 3 je rozmer voľnej energie príslušných látok (v kcal). A hoci 1 eV = 1,6 10 -19 J, pri prechode zo stupnice ionizačného potenciálu na stupnicu biopotenciálu treba brať do úvahy Faradayovo číslo a rozdiel v štandardných redukčných potenciáloch medzi redoxným párom danej látky a O 2 /H 2 O redoxný pár.

Vďaka absorpcii fotónov dosahujú elektróny svoj najvyšší biopotenciál vo fotosystémoch rastlín. Z tejto vysokej energetickej hladiny diskrétne (krok za krokom) klesajú na najnižšiu energetickú hladinu v biosfére – vodnú hladinu. Energia vydávaná elektrónmi na každom kroku tohto rebríčka sa premieňa na energiu chemických väzieb a tak poháňa život zvierat a rastlín. Elektróny vody sú viazané rastlinami a bunkové dýchanie opäť vytvára vodu. Tento proces vytvára v biosfére elektrónový cyklus, ktorého zdrojom je slnko.

Ďalšou triedou procesov, ktoré sú zdrojom a rezervoárom voľnej energie v organizme, sú oxidačné procesy prebiehajúce v organizme za účasti reaktívnych foriem kyslíka (ROS). ROS sú vysoko reaktívne chemické častice, ktoré obsahujú voľné radikály obsahujúce kyslík (O2¾ · , HО 2 · , НО · , NO · , ROO · ), ako aj molekuly, ktoré môžu ľahko produkovať voľné radikály (singletový kyslík, O 3, ONOOH, HOCl, H 2 O 2, ROOH, ROOR). Väčšina publikácií venovaných ROS sa zaoberá otázkami súvisiacimi s ich patogénnymi účinkami, pretože sa dlho verilo, že ROS sa v tele objavujú pri narušení normálneho metabolizmu a počas reťazových reakcií iniciovaných voľnými radikálmi sú molekulárne zložky bunky nešpecificky poškodené.

Teraz sa však ukázalo, že enzýmy generujúce superoxidy sú prítomné takmer vo všetkých bunkách a že mnohé normálne fyziologické reakcie buniek korelujú so zvýšenou produkciou ROS. ROS vznikajú aj počas neenzymatických reakcií, ktoré sa v tele neustále vyskytujú. Podľa minimálnych odhadov sa v pokoji pri dýchaní ľudí a zvierat spotrebuje na tvorbu ROS až 10-15% kyslíka a so zvýšenou aktivitou sa tento podiel výrazne zvyšuje [Lukyanova et al., 1982; Vlessis a kol., 1995]. Súčasne je hladina ROS v rovnovážnom stave v orgánoch a tkanivách zvyčajne veľmi nízka v dôsledku všadeprítomnosti silných enzymatických a neenzymatických systémov, ktoré ich eliminujú. Otázka, prečo telo produkuje ROS tak intenzívne, aby sa ich okamžite zbavilo, nebola v literatúre doteraz diskutovaná.

Zistilo sa, že adekvátne bunkové reakcie na hormóny, neurotransmitery, cytokíny a fyzikálne faktory (svetlo, teplota, mechanická záťaž) vyžadujú určitý obsah ROS v prostredí. Samotné ROS môžu spôsobiť v bunkách rovnaké reakcie, aké sa vyvíjajú pod vplyvom bioregulačných molekúl – od aktivácie alebo reverzibilnej inhibície enzymatických systémov až po reguláciu aktivity genómu. Biologická aktivita takzvaných vzdušných iónov, ktoré majú výrazný terapeutický účinok na širokú škálu infekčných a neinfekčných ochorení [Chizhevsky, 1999], je spôsobená tým, že ide o voľné radikály (O 2 ¾ · ). Rozširuje sa aj využitie iných ROS – ozónu a peroxidu vodíka – na terapeutické účely.

Dôležité výsledky dosiahol v posledných rokoch profesor Moskovskej štátnej univerzity V.L. Voeikov. Na základe veľkého množstva experimentálnych údajov o štúdiu ultraslabej luminiscencie celej nezriedenej ľudskej krvi sa zistilo, že v krvi nepretržite prebiehajú reakcie zahŕňajúce ROS, počas ktorých vznikajú elektronicky excitované stavy (EES). Podobné procesy môžu byť iniciované v modelových vodných systémoch obsahujúcich aminokyseliny a zložky, ktoré podporujú pomalú oxidáciu aminokyselín za podmienok blízkych fyziologickým. Energia elektrónovej excitácie môže migrovať radiačne a nežiarivo vo vodných modelových systémoch a v krvi a môže sa použiť ako aktivačná energia na zintenzívnenie procesov, ktoré generujú EMU, najmä v dôsledku indukcie degenerovaného vetvenia reťazcov.

Procesy zahŕňajúce ROS vyskytujúce sa v krvi a vo vodných systémoch vykazujú znaky samoorganizácie, vyjadrené v ich oscilačnom charaktere, odolnosti voči pôsobeniu intenzívnych vonkajších faktorov pri zachovaní vysokej citlivosti na pôsobenie faktorov nízkej a ultra nízkej intenzity. Táto pozícia je základom pre vysvetlenie mnohých účinkov používaných v modernej nízkointenzívnej terapii.

Prijal V.L. Voeikovove výsledky demonštrujú ďalší mechanizmus tvorby a využitia EVS v tele, tentoraz v tekutých médiách. Vývoj koncepcií uvedených v tejto kapitole umožní zdôvodniť biofyzikálne mechanizmy výroby a transportu energie v biologických systémoch.

Entropia života

Z termodynamického hľadiska otvorené (biologické) systémy v procese fungovania prechádzajú množstvom nerovnovážnych stavov, čo je zase sprevádzané zmenami termodynamických premenných.

dS = d e S + d i S.

Odlíšením tohto výrazu dostaneme:

dS/dt = d e S/dt + d i S/dt.

Výsledný výraz znamená, že rýchlosť zmeny entropie systému dS/dt sa rovná rýchlosti výmeny entropie medzi systémom a prostredím plus rýchlosti generovania entropie v rámci systému.

dS/dt< 0 if d e S/dt < 0 and |d e S/dt| >d i S/dt.

Entropia otvoreného systému teda klesá v dôsledku skutočnosti, že v iných častiach vonkajšieho prostredia prebiehajú konjugované procesy s tvorbou pozitívnej entropie.

Pre suchozemské organizmy môže byť všeobecná výmena energie zjednodušená ako tvorba komplexných sacharidových molekúl z CO 2 a H 2 O pri fotosyntéze, po ktorej nasleduje degradácia produktov fotosyntézy v dýchacích procesoch. Práve táto výmena energie zabezpečuje existenciu a vývoj jednotlivých organizmov – väzieb v energetickom cykle. Taký je aj život na Zemi vo všeobecnosti. Z tohto pohľadu je pokles entropie živých systémov počas ich životnej aktivity v konečnom dôsledku spôsobený pohlcovaním svetelných kvánt fotosyntetickými organizmami, čo je však viac ako kompenzované tvorbou pozitívnej entropie v hĺbke hl. Slnko. Tento princíp platí aj pre jednotlivé organizmy, pre ktoré je prísun živín zvonku nesúci prílev „negatívnej“ entropie vždy spojený s produkciou pozitívnej entropie pri ich vzniku v iných častiach vonkajšieho prostredia, takže celková zmena entropie v systéme organizmus + vonkajšie prostredie je vždy pozitívna .

d i S/dt => A min > 0

Tento princíp minimálneho zisku entropie alebo Prigoginov teorém je kvantitatívnym kritériom na určenie všeobecného smeru spontánnych zmien v otvorenom systéme blízkom rovnováhe.

Tento stav môže byť znázornený rôzne:

d/dt (d i S/dt)< 0

Vo všeobecnosti k zníženiu entropie živých systémov dochádza v dôsledku voľnej energie uvoľnenej pri rozklade živín absorbovaných zvonku alebo v dôsledku energie slnka. Zároveň to vedie k zvýšeniu ich voľnej energie. Tok negatívnej entropie je teda nevyhnutný na kompenzáciu vnútorných deštruktívnych procesov a straty voľnej energie v dôsledku spontánnych metabolických reakcií. V podstate hovoríme o cirkulácii a premene voľnej energie, vďaka ktorej je podporované fungovanie živých systémov.

Diagnostické technológie založené na úspechoch kvantovej biofyziky

Na základe vyššie diskutovaných konceptov sa vyvinulo množstvo prístupov, ktoré umožňujú študovať intravitálnu aktivitu biologických systémov. Ide predovšetkým o spektrálne metódy, medzi ktorými je potrebné poznamenať techniku simultánneho merania vnútornej fluorescencie NADH a oxidovaných flavoproteínov (FP), vyvinutú kolektívom autorov pod vedením V.O. Samojlová. Táto technika je založená na použití originálneho optického dizajnu vyvinutého E.M. Broomberg, ktorý umožňuje súčasne merať NADH fluorescenciu pri vlnovej dĺžke λ = 460 nm (modré svetlo) a FP fluorescenciu pri vlnovej dĺžke λ = 520-530 nm (žlto-zelené svetlo) po excitácii ultrafialovým svetlom (λ = 365 nm ). V tomto páre donor-akceptor fluoreskuje donor π-elektrónu v redukovanej forme (NADH) a akceptor fluoreskuje v oxidovanej forme (OP). Prirodzene, v pokoji prevládajú redukované formy a keď sa zvyšujú oxidačné procesy, prevládajú oxidované formy.

Technika sa dostala do praktickej roviny pohodlných endoskopických prístrojov, ktoré umožnili rozvinúť včasnú diagnostiku malígnych ochorení tráviaceho traktu, lymfatických uzlín pri chirurgických výkonoch a kože. Pre ekonomickú resekciu sa ukázalo byť zásadne dôležité posúdiť stupeň životaschopnosti tkaniva počas chirurgických operácií. Intravitálna flowmetria poskytuje okrem statických ukazovateľov aj dynamické charakteristiky biologických systémov, pretože umožňuje funkčné testy a skúmanie vzťahu dávka-účinok. To poskytuje spoľahlivú funkčnú diagnostiku na klinike a slúži ako nástroj na experimentálne štúdium intímnych mechanizmov patogenézy ochorenia.

Smeru kvantovej biofyziky možno pripísať aj metódu vizualizácie plynového výboja (GDV). K stimulácii emisie elektrónov a fotónov z povrchu kože dochádza v dôsledku krátkych (10 μs) impulzov elektromagnetického poľa (EMF). Ako ukázali merania pomocou pulzného osciloskopu s pamäťou, počas pôsobenia EMF impulzu sa vyvinie séria prúdových (a žeravých) impulzov s trvaním každého približne 10 ns (obr. 4). Vývoj impulzu je spôsobený ionizáciou molekúl plynného média v dôsledku emitovaných elektrónov a fotónov, rozpad impulzu je spojený s procesmi nabíjania povrchu dielektrika a vznikom gradientu EMF smerujúceho opačne k pôvodnému poli (Korotkov, 2001). Keď sa aplikuje séria stimulujúcich EMF impulzov s frekvenciou opakovania 1000 Hz, počas trvania každého impulzu sa vyvinú emisné procesy. Televízne pozorovanie časovej dynamiky žiary oblasti pokožky s priemerom niekoľkých milimetrov a porovnanie vzorov žiary v každom napäťovom impulze po jednotlivých snímkach naznačuje vznik emisných centier v takmer rovnakých bodoch koža.

Za tak krátky čas - 10 ns - sa procesy iónovej depolizácie v tkanive nestihnú rozvinúť, takže prúd môže byť spôsobený transportom elektrónov cez štruktúrne komplexy kože alebo iného skúmaného biologického tkaniva, zaradeného do obvod impulzného elektrického prúdu. Biologické tkanivá sa zvyčajne delia na vodiče (predovšetkým biologické vodivé tekutiny) a dielektriká. Na vysvetlenie účinkov stimulovanej emisie elektrónov je potrebné zvážiť mechanizmy transportu elektrónov cez nevodivé štruktúry. Opakovane boli vyjadrené myšlienky na aplikáciu modelu polovodičovej vodivosti na biologické tkanivá. Polovodičový model migrácie elektrónov na veľké medzimolekulové vzdialenosti pozdĺž vodivého pásma v kryštálovej mriežke je dobre známy a aktívne sa používa vo fyzike a technológii. V súlade s modernými koncepciami (Rubin, 1999) sa pre biologické systémy nepotvrdila koncepcia polovodičov. V súčasnosti v tejto oblasti púta najväčšiu pozornosť koncept tunelovania transportu elektrónov medzi jednotlivými molekulami proteínového nosiča oddelenými od seba energetickými bariérami.

Procesy tunelového transportu elektrónov boli dobre experimentálne študované a modelované na príklade prenosu elektrónov pozdĺž proteínového reťazca. Tunelový mechanizmus zabezpečuje elementárny akt prenosu elektrónov medzi donorovo-akceptorovými skupinami v proteíne umiestnenom vo vzdialenosti asi 0,5 - 1,0 nm od seba. Existuje však veľa príkladov, keď sa elektrón prenáša v proteíne na oveľa väčšie vzdialenosti. Je dôležité, že v tomto prípade k prenosu dochádza nielen v rámci jednej molekuly proteínu, ale môže zahŕňať interakciu rôznych molekúl proteínu. Pri reakcii prenosu elektrónov medzi cytochrómom c a cytochrómoxidázou a cytochrómom b5 sa teda ukázalo, že vzdialenosť medzi drahokamami interagujúcich proteínov bola viac ako 2,5 nm (Rubin, 1999). Charakteristický čas prenosu elektrónov je 10 -11 - 10 -6 s, čo zodpovedá dobe vývoja jednej emisnej udalosti pri metóde GDV.

Vodivosť proteínov môže byť nečistoty. Podľa experimentálnych údajov bola hodnota mobility u [m 2 /(V cm)] v striedavom elektrickom poli ~ 1*10-4 pre cytochróm a ~ 2*10-4 pre hemoglobín. Vo všeobecnosti sa ukázalo, že u väčšiny proteínov k vodivosti dochádza v dôsledku preskakovania elektrónov medzi lokalizovanými donorovými a akceptorovými stavmi oddelenými vzdialenosťami desiatok nanometrov. Limitujúcim štádiom v procese prenosu nie je pohyb náboja pozdĺž súčasných stavov, ale relaxačné procesy v donorovi a akceptore.

V posledných rokoch bolo možné vypočítať skutočné konfigurácie tohto druhu „elektrónových dráh“ v špecifických proteínoch. V týchto modeloch je proteínové médium medzi donorom a akceptorom rozdelené na samostatné bloky navzájom spojené kovalentnými a vodíkovými väzbami, ako aj nevalentnými interakciami vo vzdialenosti rádovo van der Waalsových polomerov. Elektrónová dráha sa preto javí ako kombinácia tých atómových elektrónových orbitálov, ktoré najviac prispievajú k hodnote maticového prvku interakcie vlnových funkcií komponentov.

Zároveň sa všeobecne uznáva, že konkrétne cesty prenosu elektrónov nie sú striktne stanovené. Závisia od konformačného stavu proteínovej globule a podľa toho sa môžu meniť za rôznych podmienok. Marcusova práca vyvinula prístup, ktorý nezohľadňuje len jednu optimálnu trajektóriu prenosu v proteíne, ale ich súbor. Pri výpočte prenosovej konštanty sa brali do úvahy orbitály množstva elektronicky interagujúcich atómov aminokyselinových zvyškov proteínu medzi donorovou a akceptorovou skupinou, ktoré najviac prispievajú k supervýmennej interakcii. Ukázalo sa, že pre jednotlivé proteíny sa získajú presnejšie lineárne vzťahy ako pri zohľadnení jedinej trajektórie.

Transformácia elektrónovej energie v bioštruktúrach je spojená nielen s prenosom elektrónov, ale aj s migráciou elektrónovej excitačnej energie, ktorá nie je sprevádzaná odstránením elektrónu z donorovej molekuly. Podľa moderných koncepcií sú pre biologické systémy najdôležitejšie indukčno-rezonančné, výmenno-rezonančné a excitonické mechanizmy prenosu elektronickej excitácie. Tieto procesy sa ukazujú ako dôležité pri zvažovaní procesov prenosu energie cez molekulárne komplexy, ktoré spravidla nie sú sprevádzané prenosom náboja.

Záver

Uvažované koncepty ukazujú, že hlavným rezervoárom voľnej energie v biologických systémoch sú elektronicky excitované stavy komplexných molekulárnych komplexov. Tieto stavy sú neustále udržiavané vďaka cirkulácii elektrónov v biosfére, ktorej zdrojom je slnečná energia a hlavnou „pracovnou látkou“ je voda. Časť stavov sa vynakladá na zabezpečenie aktuálneho energetického zdroja tela, časť sa môže v budúcnosti uložiť, rovnako ako sa to deje v laseroch po absorbovaní impulzu pumpy.

Tok pulzného elektrického prúdu v nevodivých biologických tkanivách je možné dosiahnuť intermolekulárnym prenosom excitovaných elektrónov mechanizmom tunelového efektu s aktivovaným preskakovaním elektrónov v kontaktnej oblasti medzi makromolekulami. Dá sa teda predpokladať, že tvorba špecifických štrukturálnych proteínových komplexov v hrúbke epidermis a dermis kože zabezpečuje tvorbu kanálov so zvýšenou elektrónovou vodivosťou, experimentálne meranou na povrchu epidermy ako elektropunkčné body. Hypoteticky možno predpokladať prítomnosť takýchto kanálikov v hrúbke spojivového tkaniva, ktoré môžu súvisieť s „energetickými“ meridiánmi. Inými slovami, koncept „energetického“ prenosu, charakteristický pre myšlienky východnej medicíny a znepokojujúci uši človeka s európskym vzdelaním, možno spájať s transportom elektronicky excitovaných stavov cez molekulárne proteínové komplexy. Ak je v danom telesnom systéme potrebné vykonávať fyzickú alebo duševnú prácu, elektróny rozmiestnené v proteínových štruktúrach sú transportované do daného miesta a zabezpečujú proces oxidatívnej fosforylácie, teda zásobovanie energiou pre fungovanie lokálneho systému. Telo tak tvorí elektronický „energetický sklad“, ktorý podporuje súčasné fungovanie a je základom pre výkon práce, ktorá si vyžaduje okamžitú realizáciu enormných energetických zdrojov alebo nastáva v podmienkach extrémne vysokej záťaže, charakteristickej napríklad pre profesionálny šport.

Stimulovaná pulzná emisia sa tiež vyvíja najmä v dôsledku transportu delokalizovaných π-elektrónov, realizovaných v elektricky nevodivom tkanive prostredníctvom tunelovacieho mechanizmu prenosu elektrónov. To naznačuje, že metóda GDV umožňuje nepriamo posúdiť úroveň energetických rezerv na molekulárnej úrovni fungovania štruktúrnych proteínových komplexov.

Literatúra

Goldstein N.I., Goldstein R.H., Merzlyak M.N. 1992. Záporné vzdušné ióny ako zdroj superoxidu. Int. J. Biometeorol., V. 36., str. 118-122.
Khan, A.U. a Wilson T. Reaktívne druhy kyslíka ako druhí poslovia. Chem. Biol. 1995. 2: 437-445.
Koldunov V.V., Kononov D.S., Voeikov V.L. Trvalé chemiluminiscenčné oscilácie počas Maillardovej reakcie prebiehajúce vo vodných roztokoch aminokyselín a monosacharidov. In: Chemiluminiscencia na prelome tisícročí. Stephen Albrecht, Tomas Zimmerman a Herbert Brandl (eds.) SCHWEDA-WEBERDRUCK GmbH, Druckerei & Verlag, Drážďany, 2001, str. 59-64.
Mullarkey CJ, Edelstein D, Brownlee M Generovanie voľných radikálov produktmi skorej glykácie: mechanizmus zrýchlenej aterogenézy pri cukrovke. Biochem Biophys Res Commun 1990 31. decembra 173:3 932-9
Novikov C.N., Voeikov V.L., Asfaramov R.R., Vilenskaya N.D. Porovnávacia štúdia zvláštností chemiluminescénu v nezriedenej ľudskej krvi a izolovaných neutrofiloch. In: Chemiluminiscencia na prelome tisícročí. Stephen Albrecht, Tomas Zimmerman a Herbert Brandl (eds.) SCHWEDA-WEBERDRUCK GmbH, Druckerei & Verlag, Drážďany, 2001, str. 130-135.
Sauer H., Wartenberg M, Hescheler J. (2001) Reactive Oxygen Species as Intracellular Messengers during Cell Growth and Differentiation. Cell Physiol Biochem; 11: 173-186.
Tiller W. O vývoji elektrodermálnych diagnostických nástrojov. J pokroku v medicíne. 1.1, (1988), str. 41-72.
Vlessis AA; Bartoš D; Muller P; Trunkey DD Úloha reaktívneho O2 pri hypermetabolizme a pľúcnom poškodení vyvolanom fagocytmi. J Appl Physiol 1995 Jan 78:1, 112
Voeikov V. Druhy reaktívneho kyslíka, voda, fotóny a život. // Rivista di Biologia/Biologické fórum 94 (2001), s. 193-214
Voeikov V.L. Priaznivá úloha reaktívnych foriem kyslíka. // "Russian Journal of Gastroenterology, Hepatology, Coloproctology" 2001, ročník XI, č. 4, s. 128-135.
Voeikov V.L. Regulačné funkcie reaktívnych foriem kyslíka v krvi a vo vodných modelových systémoch. Abstrakt: Dizertačná práca pre titul doktora biologických vied. M. MsÚ. 2003
Korotkov K. G. Základy bioelektrografie GDV. čl. Petersburg. SPbGITMO. 2001.
Lukyanova L.D., Balmukhanov B.S., Ugolev A.T. Procesy závislé od kyslíka v bunke a jej funkčný stav. M.: Nauka, 1982
Rubin A.B. Biofyzika. M. Knižný dom "Univerzita". 1999.
Samoilov V.O. Elektronický obvod života. čl. Petrohrad, Fyziologický ústav RAS. 2001. Samojlov V.O. Lekárska biofyzika. Leningrad. VMA. 1986.
Szent-Gyorgyi A. Bioelektronika. M. Mir. 1971.
Čiževskij A.L. Aeroióny a život. M. Myšlienka. 1999