Конечно, молекула водорода – микрообъект, и раскрутка имеет свою особенность, которая состоит в том, что молекул в газе много и процесс раскрутки происходит в результате коллективного взаимодействия (соударения) молекул. При повышении температуры начинается раскрутка молекул, и газ переходит на новый энергетический уровень, где все молекулы летят как подкрученные мячи.
А вот другой разворот того же явления. Большое количество молекул водорода – газ. Что будет, если достаточно быстро дать энергию не на весь объём, занимаемый газом, а лишь на его часть? Возникнет интересный эффект: часть газа, получившая энергию, начнёт вращаться в объятиях большой массы холодного газа, появятся вихрь или смерч. Можно множить эти примеры, перебирая явления природы в различных субстанциях её проявления. Обычным окажется факт локализации энергии в виде вращения.
Любопытно. Обладают ли свойством запасать энергию таким способом биологические системы? Под биологической системой мы будем понимать единичного представителя вида, конкретно – человека. Человек как биологический объект составлен из огромного количества атомов, молекул, химических соединений. Что значит – огромное количество атомов? Не увлекаясь точными вычислениями, прикинем масштаб огромного.
Допустим, человек массой 60 кг состоит из воды (это недалеко от истины). Количество молекул, которому эта масса соответствует, можно сосчитать по формуле:
N = (m: М) × Na = (60: 18) × 6,023 × 10 = 2 × 10 мол.
Такое количество молекул – целая Вселенная. Представьте себе, если молекулы вытянуть в цепочку, то свет будет идти вдоль этой цепочки от начала её до конца со своей любимой скоростью (скорость распространения электромагнитных колебаний в вакууме) V = 3 × 10 м/сек несколько десятков лет!
Рис. 17. Энергия подкрученного мяча
Подчеркнём: биологическая система – человек – состоит из огромного количества молекул, которые образуют многообразие разного рода соединений. Соединения участвуют ежесекундно в разнообразных реакциях. Они представляют настоящий энергетический цех человека, в котором энергия может быть запасена в форме своеобразных химических процессов. Прежде чем говорить о реакциях в этих процессах, давайте сначала посмотрим на то, как ведут себя системы, состоящие из огромного количества молекул, атомов.
Глава 1
Энергия в биологических системах
1.1. Примеры бифуркации в системах
Огромное количество молекул, атомов в природе обычно находится в объединениях-коллективах, которые принято называть системами. Так, атмосфера Земли объединена в систему благодаря наличию в ней взаимодействующих гравитационных, температурных, электромагнитных полей.
Человек являет собой систему атомов и молекул, в которой взаимодействуют все виды энергетических полей, известных сегодня науке: гравитационное, температурное, химическое, ядерное, электромагнитное И т. д.
Представляют интерес две модели систем: закрытые (замкнутые, консервативные) и открытые. Закрытая система взаимодействует только сама с собой внутри себя, допуская интегративно-нулевое взаимодействие с другими системами. Открытая система взаимодействует с другими системами.
Деление достаточно условно. Так, например, атмосферу Земли можно рассматривать в первом приближении как закрытую систему, так как силы её взаимодействия с энергетическими полями Земли значительно больше, чем силы взаимодействия с другими планетами, с отдельным человеком и т. д.
Согласно второму закону термодинамики, равновесное состояние закрытой системы – хаос. Иными словами, это такое динамическое состояние, в котором энергия распределена в среднем поровну между частицами системы.
Если рассмотреть как образец закрытой системы атмосферу Земли, мы увидим, что химический состав её в естественном состоянии равномерен. В случае повышения концентрации какого-то химического элемента или температуры в данном локальном месте сразу же начинаются процессы, которые ведут к выравниванию.
Чистых закрытых систем в природе нет, ибо любая система в какой-то мере всегда взаимосвязана с другими системами. Так, атмосферу Земли, например, пронзают различные виды космических излучений. Они взаимодействуют с химическими элементами атмосферы, оставляя при этом часть своей энергии в атмосфере. Кроме того, атмосфера не может выровнять концентрацию химических элементов, температуру по радиусу (по высоте) от Земли и т. д.
Итак, любая закрытая система находится в равновесном состоянии. Давайте посмотрим, что произойдёт, если на закрытую систему воздействовать извне, тем самым превратив её в открытую систему.
Несколько примеров.
1. Привычный для нас воздух в комнате. Воздух, газ, представляет собой закрытую систему. При температуре +20 °C атомы, молекулы, составляющие воздух, мечутся – хаос торжествует. Вмешаемся в закрытую систему извне – начнём понижать температуру. С воздухом что-то стало происходить. Он перестал быть прозрачным, и вдруг прямо из воздуха начали появляться объекты, которые мы видим своими глазами. Приглядитесь – они же симметричные. Это не хаос, это же элегантные снежинки с великолепной симметрией.
Что произошло? При переходе закрытой системы в открытую хаос родил симметрию! Да такую симметрию, что сам И. Кеплер не обошёл вниманием такую красоту [2]. При понижении температуры в системе запустился процесс бифуркации [3]. В системе возникло два агрегатных состояния: хаос – газ и порядок – снег.
2. Выйдем в тёплое море, куда-нибудь южнее Японии. Огромные зеркала воды, острова. Взошло солнце. Воздушный океан подвергся вмешательству извне – солнце нещадно палит. Какие-то участки поверхности, особенно неоднородные, разогреваются неравномерно: мели, рифы, острова, поверхность воды. Воздух, соприкасаясь с этими поверхностями, разогревается тоже неравномерно. Та воздушная среда, которая получила больше солнечной энергии, начинает раскручиваться. Раскрутка захватывает целые воздушные зоны. Наконец, масса воздуха срывается в закрутку. Запустился процесс бифуркации. В воздушном океане возникло два энергетических состояния: вихрь, который вобрал в себя избытки энергии Солнца, и огромное пространство относительно холодного воздуха, окружающего вихрь.
3. А вот неожиданный ракурс локализации энергии. Просто кипарис и кипарис Ван Гога. Посмотрите, какие вихри нарисовал Ван Гог, и сколько тревоги и энергетической ёмкости добавилось на полотне! Когда оказались совмещёнными на одном полотне два энергетических состояния: покой и вихри.
4. Рассмотрим хорошо знакомую нам в обиходе воду. В определённых температурных условиях резервуар воды можно рассматривать как закрытую систему. Это привычная для нас с вами вода, например, при температуре +20 °C. Молекула воды – Н2O. Как мы с вами уже знаем, можно резервуар воды сделать открытой системой, если начать менять температурный режим. В результате вмешательства извне вода становится открытой системой и начинает вести себя очень интересно: Н2O как функция температуры Т.
На температурной шкале возникает несколько замечательных точек (температурных зон), в которых запускается процесс бифуркации – вода разделяется на разные агрегатные состояния.
Рис. 18. Геометрическая форма упаковки Н2O как функция температуры Т
При повышении температуры за точкой 0 встречаем зону динамического равновесия 3, где молекулы Н2O начинают раскручиваться. Достаточно незначительных неоднородностей, как начинают возникать локальные вихри. В кручении вихрей принимает участие много молекул.
В точке 4 приток энергии столь велик, что внутри каждой молекулы возникают сложные отношения между атомами. Химические связи с трудом удерживают атомы водорода и кислорода в химическом соединении Н2O. Атомы начинают ходить – колебаться друг относительно друга, будто на пружинках. В этой температурной зоне возникает совершенно удивительное преобразование хаоса в порядок периодики: из молекул начинает рождаться электромагнитное излучение строго определённых частот.
При понижении температуры за точкой 0 запускается процесс бифуркации: в зоне 1 из пара появляется вода в известном нам жидком виде.
При переходе через температурную точку 2 запускается процесс бифуркации: из достаточно подвижной, пластичной воды с ближним порядком симметрии начинает выстраиваться кристаллическая структура с дальним порядком симметрии. Все атомы выстраиваются, как солдаты на плацу во время парада.
Позвольте ещё раз напомнить, что человек в основном состоит из воды.