Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания - [49]
Когда физика, химия и биология встречаются друг с другом
В течение всего развития науки наблюдалось пересечение физики и родственной дисциплины – химии. И правда, некоторые величайшие ученые своего времени, включая Майкла Фарадея, занимались обеими науками. И это касается не только химии; значительна роль физики и в развитии, например, биологии. Физики проявляют интерес к широкому спектру биологических проблем; в результате возникла необычайно увлекательная научная область под названием «биофизика». Но является ли биофизика отраслью физики или это частный случай применения физических методов к биологии? И имеет ли это различие какое-либо значение? Если физика в конечном счете лежит в основе химии и химических процессов, а явления, происходящие внутри организма, и сами представляют собой химические процессы, только более сложного уровня, то из этого, безусловно, следует, что и в основе биологии лежит все та же физика. В конце концов, все сущее, живое и неживое, состоит из атомов и подчиняется законам физики.
В попытке найти и сформулировать фундаментальные принципы, управляющие биологическими процессами, физики, как это им свойственно, задались вопросом, что же отличает живое от неживого, учитывая, что и то и другое состоит из одинаковых элементов. Ответ кроется собственно в самой физике: жизнь обладает способностью поддерживать себя в состоянии низкой энтропии, далекой от теплового равновесия, а также сохранять и обрабатывать информацию. Таким образом, создается ощущение, что понимание того, что особенного есть в жизни, должно прийти из фундаментальной физики. Когда я пишу эти слова, я легко представляю себе, как мои коллеги-химики и биологи закатывают глаза от возмущения перед этим свидетельством типичного для физиков чувства собственной значимости. С другой стороны, верно и то, что многие открытия в биологии и генетике принадлежат физикам, включая Лео Силарда, Макса Дельбрюка и Фрэнсиса Крика. В частности, на Крика, который вместе с Джеймсом Уотсоном и Розалиндой Франклин открыл двухспиральную структуру ДНК, оказал большое влияние физик Эрвин Шредингер, замечательная книга которого «Что такое жизнь?», выпущенная в 1944 году, и сейчас весьма актуальна.
С прикладной точки зрения физики активно участвовали в разработке многих технологий, которые применяются для исследования живой материи, начиная с рентгеновской дифракции и кончая МРТ. Даже скромный микроскоп, без которого не смогла бы обойтись ни одна лаборатория, был изобретен в XVII веке после сотен лет исследования природы света и того, как его можно преломлять и фокусировать посредством линз. Причем оба изобретателя, Антуан ван Левенгук и Роберт Гук, использовали микроскоп для изучения живых организмов. И правда, если проанализировать огромный вклад в науку, сделанный Гуком, то обнаружится, что согласно нынешним взглядам он скорее был физиком, чем биологом.
В последние 20 лет мой интерес вызывает одна новейшая область исследования, которая называется квантовой биологией. Как мы уже говорили, вся материя в конечном счете состоит из атомов, а следовательно, на глубинном уровне подчиняется законам квантового мира, как и все остальное во Вселенной. Это, конечно, само собой разумеется. Но квантовая биология скорее касается последних исследований в области теоретической физики, экспериментальной биологии и биохимии, которые заставляют предположить, что некоторые из самых парадоксальных идей квантовой механики, таких как туннелирование, суперпозиция и запутанность, могут играть важную роль в функционировании живой клетки. Для объяснения ключевых результатов экспериментов в области функционирования ферментов или процесса фотосинтеза, по-видимому, требуется обращение к квантовой механике. Для многих ученых это стало огромным сюрпризом; они отказываются верить, что жизненные процессы могут зависеть от таких неуловимых и непредсказуемых факторов, и многие из этих идей все еще подвергаются тщательному анализу. Однако не будем забывать, что у жизни на Земле было почти четыре миллиарда лет, чтобы найти пути развития, дающие ей какие-то преимущества. Если квантовая механика может сделать определенный биохимический процесс или механизм более эффективным, то эволюционная биология им обязательно воспользуется. И это не волшебство, это… ну да, это просто физика.
Квантовая революция продолжается
В XX веке (и в начале XXI столетия) у нас уже нет сомнений в том, что квантовая механика играет огромную роль в нашей жизни, хотя она оперирует масштабами гораздо меньшими, чем могут уловить наши органы чувств. Поскольку она так успешно объясняет явления субатомного мира, эта наука стала основой не только физики и химии, но и современной электроники. Например, понимание квантовых законов, объясняющих, как электроны ведут себя в полупроводниках, заложило основы мира современных технологий. Без полупроводников мы не создали бы транзистор, а позже – микрочип и компьютер. А миниатюрный суперкомпьютер, который мы всюду носим с собой (наш смартфон) и без которого многие чувствуют себя совершенно потерянными, просто набит электронными чудесами, и все это невозможно без квантовой механики. То же относится к давно знакомым нам приборам вроде современных светодиодов и датчиков дыма, ну и, конечно, интернета. И действительно, вся телекоммуникационная промышленность основана на технологическом применении квантовой механики в таких приборах, как лазер и оптический усилитель. И ни одна современная больница не обойдется без МРТ, ПЭТ и КТ, а также лазерной хирургии.
Жизнь — самый экстраординарный феномен в наблюдаемой Вселенной; но как возникла жизнь? Даже в эпоху клонирования и синтетической биологии остается справедливой замечательная истина: никому еще не удалось создать живое из полностью неживых материалов. Жизнь возникает только от жизни. Выходит, мы до сих пор упускаем какой-то из ее основополагающих компонентов? Подобно книге Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», позволившей в новом свете взглянуть на эволюционный процесс, книга «Жизнь на грани» изменяет наши представления о фундаментальных движущих силах этого мира.
Пища всегда была нашей естественной и неизбежной потребностью, но отношение к ней менялось с изменением социальных условий. Красноречивым свидетельством этого является тот огромный интерес к разнообразным продуктам питания, к их природе и свойствам, который проявляет сегодня каждый из нас. Только, достигнув высокого уровня жизни и культуры, человек, свободный от проблемы — где и как добыть пищу, имеет возможность выбирать из огромного ассортимента высококачественных продуктов то, что отвечает его вкусу, что полезнее и нужнее ему, и не только выбирать, но и руководить своим питанием, строить его сообразно требованиям науки о питании и запросам собственного организма.
Курс по скорочтению рассчитан на четыре недели. Имея дело с чтением, наиболее важным является наслаждение им. Не важно, что вы читаете: техническую литературу, детские книжки, романы или статьи в журналах, наслаждение – самый важный компонент эффективного чтения. Расслабьтесь, позвольте интересу завладеть вами... .
В работе проанализированы малоисследованные в нашей литературе социально-культурные концепции выдающегося немецкого философа, получившие названия «радикализации критического самосознания индивида», «просвещенной общественности», «коммуникативной радициональности», а также «теоретиколингвистическая» и «психоаналитическая» модели. Автором показано, что основной смысл социокультурных концепций Ю. Хабермаса состоит не только в критико-рефлексивном, но и конструктивном отношении к социальной реальности, развивающем просветительские традиции незавершенного проекта модерна.
Пражская весна – процесс демократизации общественной и политической жизни в Чехословакии – был с энтузиазмом поддержан большинством населения Чехословацкой социалистической республики. 21 августа этот процесс был прерван вторжением в ЧССР войск пяти стран Варшавского договора – СССР, ГДР, Польши, Румынии и Венгрии. В советских средствах массовой информации вторжение преподносилось как акт «братской помощи» народам Чехословакии, единодушно одобряемый всем советским народом. Чешский журналист Йозеф Паздерка поставил своей целью выяснить, как в действительности воспринимались в СССР события августа 1968-го.
Книга посвящена первой успешной вооруженной революции в Латинской Америке после кубинской – Сандинистской революции в Никарагуа, победившей в июле 1979 года.В книге дан краткий очерк истории Никарагуа, подробно описана борьба генерала Аугусто Сандино против американской оккупации в 1927–1933 годах. Анализируется военная и экономическая политика диктатуры клана Сомосы (1936–1979 годы), позволившая ей так долго и эффективно подавлять народное недовольство. Особое внимание уделяется роли США в укреплении режима Сомосы, а также истории Сандинистского фронта национального освобождения (СФНО) – той силы, которая в итоге смогла победоносно завершить революцию.
Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной.
Наше происхождение началось не на Земле, а, на самом деле, в космосе. Основываясь на научных открытиях и исследованиях, где пересекаются несколько наук — геология, биология, астрофизика и космология, — вы узнаете, как сформировались наши знания о космосе. В этой книге Нил Деграсс Тайсон и Дональд Голдсмит отправят вас в космический тур, где вы узнаете о рождении галактики, исследованиях Марса, об открытии воды на одной из лун Юпитера и многое другое.
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times Magazine Что есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность? «Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге Карло Ровелли, которая посвящена самой острой проблеме современной фундаментальной физики – поискам квантовой теории гравитации. Упоминание этого названия многие слышали в сериале “Теория Большого взрыва”, но узнать, в чем смысл петлевой гравитации, было почти негде.
Надеемся, что отсутствие формул в книге не отпугнет потенциальных читателей. Шон Кэрролл – физик-теоретик и один из самых известных в мире популяризаторов науки – заставляет нас по-новому взглянуть на физику. Столкновение с главной загадкой квантовой механики полностью поменяет наши представления о пространстве и времени. Большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. В квантовой механике с самого начала существовали бросающиеся в глаза пробелы, которые просто игнорировались.