- •Что такое жизнь?
- •Вступление
- •Предисловие
- •Подход классического физика к предмету
- •Общий характер и цели исследования
- •Статистическая физика. Основное различие в структуре
- •Подход к предмету у наивного физика
- •Почему атомы так малы?
- •Работа организма требует точных физических законов
- •Физические законы основаны на атомной статистике и поэтому только приблизительны
- •Точность физических законов основана на большом количестве участвующих атомов
- •А. Первый пример (парамагнетизм)
- •Б. Второй пример (броуновское движение, диффузия)
- •В. Третий пример (пределы точности измерения)
- •Правило √n
- •Механизм наследственности
- •Ожидание классического физика, будучи далеко не тривиальным, оказывается неверным
- •Наследственный шифровальный код (хромосомы)
- •Рост тела путем клеточного деления (митоз)
- •В митозе каждая хромосома удваивается
- •Редукционное деление (мейоз) и оплодотворение (сингамия)
- •Гаплоидные особи
- •Выдающееся значение редукционного деления
- •Кроссинговер. Локализация свойств
- •Максимальный размер гена
- •Малые числа
- •Постоянство
- •Мутации
- •"Скачкообразные" мутации - поле действия естественного отбора
- •Они действительно размножаются, т.Е. Они наследуются в совершенстве
- •Локализация. Рецессивность и доминантность
- •Введение некоторых технических терминов
- •Вредное действие родственного скрещивания
- •Общие и исторические замечания
- •Необходимость того, чтобы мутации были редким событием
- •Мутации, вызванные х-лучами
- •Первый закон. Мутация является единичным событием
- •Второй закон. Локализация события
- •Данные квантовой механики
- •Постоянство, не обьяснимое классической физике
- •Объяснимо квантовой теорией
- •Квантовая теория-дискретные состояния-квантовые скачки
- •Молекулы
- •Их устойчивость зависит от температуры
- •Математическое отступление
- •Первое уточнение
- •Второе уточнение
- •Обсуждение и проверка моделей Дельбрюка
- •Общая картина строения наследственного вещества
- •Уникальность этой картины
- •Некоторые традиционные заблуждения
- •Различные "состояния" материи
- •Различие, которое действительно существенно
- •Апериодическое твердое тело
- •Разнообразное содержание, сжатое в миниатюрный шифр
- •Сравнение с фактами: степень устойчивости; прерывность мутаций
- •Устойчивочть генов, прошедших естественный отбор
- •Иногда мутанты менее устойчивы
- •Температура влияет на неустойчивые гены меньше, чем на устойчивые
- •Каким образом х-лучи вызывают мутацию?
- •Их влияние не зависит от самопроизвольной мутабильности
- •Обратимые мутации
- •Упорядоченность, неупорядоченность и энтропия
- •Замечательный общий вывод из модели
- •Упорядоченность, основанная на "упорядоченности"
- •Живое вещество избегает перехода к равновесию
- •Оно питается "отрицательной энтропией"
- •Что такое энтропия?
- •Статистическое значение энтропии
- •Организация,поддерживаемая путем извлечения "упорядоченности" из окружающей среды
- •Основана ли жизнь на законах физики?
- •В организме следует ожидать новых законов
- •Обзор положения в биологии
- •Обзор положения в физике
- •Поразительный контраст
- •Два пути возникновения упорядоченности
- •Новый принцип не чужд физике
- •Движение часов
- •Часовой механизм в конечном счете оказывается статистическим
- •Теорема Нернста
- •Маятниковые часы находятся, в сущности, при нулевой температуре
- •Отношение между часовым механизмом и организмом
- •Эпилог. О детерминизме и свободе воли
- •Послесловие переводчика
Оно питается "отрицательной энтропией"
Именно в силу того, что организм избегает быстрого перехода в инертное состояние "равновесия", он и кажется столь загадочным: настолько загадочным, что с древнейших времен человеческая мысль допускала, будто в организме действует какая-то специальная, не физическая, сверхъестественная сила (ins viva, энтелехия); некоторые придерживаются, этого мнения и до сих пор.
Как же живой организм избегает перехода к равновесию? Ответ прост: благодаря еде, питью, дыханию и (в случае растений) ассимиляции. Это выражается специальным термином- метаболизм. Греческое слово pexafyaXkeiv означает - перемена или обмен. Обмен чего? Первоначально, без сомнения, подразумевался обмен веществ (например, по-немецки метаболизм - Stoffwechsel38) Но представляется нелепостью, чтобы существенным был именно обмен веществ. Любой атом азота, кислорода, серы и т.д. так же хорош, как любой другой того же рода. Что могло бы быть достигнуто их обменом? В прошлом некоторое время наше любопытство удовлетворяли утверждением, что мы питаемся энергией. В некоторых странах (я не помню, то ли в Германии, то ли в США, или в обеих) вы могли найти в ресторанах карточки-меню, указывающие в добавление к цене содержание энергии (калорийность) в каждом блюде. Нечего и говорить, что если понимать это буквально, это такая же нелепость. Ибо во взрослом организме содержание энергии так же постоянно, как и содержание материи. И так как каждая калория, конечно, имеет ту же ценность, что и любая другая, то нельзя понять, чему может помочь простой обмен этих калорий.
Что же тогда составляет то драгоценное нечто, содержащееся в нашей пище, что предохраняет нас от смерти? На это легко ответить. Каждый процесс, явление, событие - назовите это, как хотите, - короче говоря, все, что происходит в природе, означает увеличение энтропии в той части мира, где это происходит. Так и живой организм непрерывно увеличивает свою энтропию - или, говоря иначе, производит положительную энтропию и таким образом приближается к опасному состоянию максимальной энтропии, которое представляет собою смерть. Он может избегнуть этого состояния, то есть оставаться живым, только путем постоянного извлечения из окружающей его среды отрицательной энтропии, которая представляет собой нечто весьма положительное, как мы сейчас увидим. Отрицательная энтропия вот то, чем организм питается. Или, чтобы выразить это менее парадоксально, существенно в метаболизме то, что организму удается освобождать себя от всей той энтропии, которую он вынужден производить,пока он жив.
Что такое энтропия?
Что такое энтропия? Разрешите сначала подчеркнуть, что это не туманное представление или идея, а измеримая физическая величина, совершенно такая же, как длина стержня, температура любой точки тела, скрытая теплота плавления данного кристалла или удельная теплоемкость любого данного вещества. При абсолютном нуле температуры (грубо - 273° С) энтропия любого вещества равна нулю. Если вы переводите вещество в любое другое состояние медленными, обратимыми, маленькими этапами (даже если при этом вещество изменит свою физическую или химическую природу или распадется на две или большее число частей различного физического или химического характера), то энтропия возрастает на величину, вычисляемую путем деления каждой малой порции тепла, затрачиваемой во время этой процедуры, на абсолютную температуру, при которой это тепло затрачено, - и путем суммирования всех этих малых величин. Например, когда вы расплавляете твердое тело, то энтропия возрастает на величину теплоты плавления, деленной на температуру при точке плавления. Вы видите из этого, что единица, которой измеряется энтропия, есть кал. /°С (совершенно так же, как калория есть единица тепла или сантиметр есть единица длины).
