Прозрение - [12]
При этом кажется очевидным, что молекулы, грубо говоря, имеют определенную форму в пространстве. Для очень многих веществ эта форма известна, известна и величина связей между атомами в молекуле, и направление связей в пространстве. При этом появляется, так называемое, смещение внутренних зарядов молекулы. Характерный пример – вода ( Рис.3).
Рис. 3 Молекула воды.
Химические связи её молекулы полярные: кислород подтягивает к себе электронные облака («орбиты») водорода. Вблизи атома кислорода скапливается избыточный отрицательный заряд, а у атомов водорода – положительный. Поэтому и вся молекула воды попадает в отряд веществ, молекулы которых представляют собой электрические диполи. Это явление порождает множество необычных свойств воды. Её молекулы, притягиваясь различными полюсами, могут образовывать цепочки и более сложные конгломераты (кольца и т.п.), обволакивать молекулы или ионы некоторых других веществ водяной оболочкой и т.д.
Следовательно, в общем случае, молекулы, находясь рядом, могут поворачиваться относительно друг друга в соответствии с электрическими зарядами, которые «выступают на их поверхности». Эти силы взаимодействия могут быть, очевидно, различными у разных веществ и этому есть множество примеров. Прежде всего, это рост кристаллов. Их молекулы «защелкиваются» в определенном дискретном состоянии, и остаются в этом состоянии в некотором диапазоне параметров внешней среды.
Интересно то, что если молекулы нескольких разных веществ находятся рядом, например, в каком-нибудь растворе, то они, очевидно, будут поворачиваться друг к другу разноименными полюсами. При этом их будут непрерывно встряхивать удары соседних молекул. Сила этих ударов зависит от температуры среды. Примером такого взаимодействия является электролитическая диссоциация, когда молекулы воды настолько сильно взаимодействуют с растворенной в ней, например, кислотой, что разделяют её молекулы на ионы, окружая их сплошной оболочкой.
Развивая эту мысль дальше, мы приходим к известному выводу, что это явление поляризации молекул будет влиять на взаимодействие реагирующих между собой веществ (на химические реакции). Это особенно касается сложных молекул, которые имеют много «выступающих» зарядов и сложную форму. Кажется очевидным, что две молекулы, повернутые друг к другу, будут реагировать во времени по разному в зависимости от угла этого поворота. Так нельзя ли как-то организовать благоприятное расположение молекул перед реакцией. Оказывается можно! И природа нашла поразительный метод его осуществления. Это катализ, когда при химической реакции присутствует вещество (катализатор), не участвующее в ней, но влияющее на её скорость или другие параметры. Катализаторы широко применяются в промышленном производстве химических веществ. Особенно большое значение имеет катализ в биохимии, где катализаторы имеют специальное название – ферменты. Например, реакция расщепления мочевины в организмах идет в присутствии специфического только для этой реакции фермента – уреазы. Исходный продукт разлагается на аммиак и углекислый газ. Конкретные механизмы катализа разнообразны и некоторые из них объяснены.
Приведем обобщающий пример биохимической реакции с участием фермента.
1. Присоединение субстрата (первоначального продукта) к ферменту с образованием фермент-субстратного комплекса.
2. Преобразование фермент-субстратного комплекса в один или несколько переходных комплексов за одну или несколько стадий.
3. Превращение переходного комплекса в комплекс фермент-продукт.
4. Отделение конечных продуктов от фермента.
Приведем еще пример, с неорганическими веществами. Это, так называемая реакция Белоусова-Жаботинского, которая есть каталитическое окисление различных восстановителей кислотой НВrO>3. При этом наблюдаются колебания концентраций окисленной и восстановленной форм катализатора и некоторых промежуточных продуктов. Реакция идет в кислом водном растворе; в качестве катализаторов используют ионы металлов переменной валентности, например, селен или марганец, в качестве восстановителей – малоновую кислоту (C>3H>4O>4), и др. Колебания концентраций окисленной и восстановленной форм катализатора сопровождаются колебаниями окраски раствора от бесцветной к желтой или от голубой к красной при различных катализаторах.
При проведении реакции Белоусова – Жаботинского в закрытой системе можно наблюдать до несколько тысяч циклов изменения цвета раствора; в проточном реакторе колебания поддерживаются сколь угодно долго. В не перемешиваемом растворе, где исключена конвекция, наблюдаются бегущие концентрические волны, образующие самоподдерживающиеся динамические структуры.
Таким образом, мы приходим к заключению, что в микромире атомов и молекул также возможно спонтанное, самопроизвольное возникновение алгоритмов.
Третья группа алгоритмов довольно гипотетична и пока находится в стадии накопления информации. Исключение составляет найденные автором аналитические решения системы дифференциальных уравнений Максвелла [24], которые дают замкнутый материальный объект в пространстве, функционирующий во времени (Рис. 4), т.е. алгоритм.
