История создания иерархической термодинамики

Citation
, XML
Authors

Abstract


Автор описывает, важные на его взгляд, ключевые моменты истории создания иерархической термодинамики и термодинамической теории происхождения жизни, биологической эволюции и старения живых существ. В статье рассматриваются вопросы, связанные с использованием второго начала термодинамики и закона временных (temporal) иерархий для осознания естественного возникновения и эволюции живого мира. Кратко упоминается об общих проблемах науки и креационизма.

В дополнении к статье представлены новейшие результаты работ автора.

Ключевые слова: эволюция, термодинамика, второе начало, закон временных иерархий, возникновение жизни, антистарительная медицина, наука и креационизм


История создания иерархической термодинамики

О создании термодинамической теории происхождения жизни, биологической эволюции и старения живых существ

http://creatacad.org/?id=48&lng=eng

https://gladyshevevolution.wordpress.com/

http://endeav.net/president.html

E-mail: academy@creatacad.org

Автор описывает, важные на его взгляд, ключевые моменты истории создания иерархической термодинамики и термодинамической теории происхождения жизни, биологической эволюции и старения живых существ. В статье рассматриваются вопросы, связанные с использованием второго начала термодинамики и закона временных (temporal) иерархий для осознания естественного возникновения и эволюции живого мира. Кратко упоминается об общих проблемах науки и креационизма.

В дополнении к статье представлены новейшие результаты работ автора.

Ключевые слова:эволюция,термодинамика, второе начало, закон временных иерархий, возникновение жизни, антистарительная медицина, наука и креационизм

Key words:thermodynamics, the second law, the law of temporal hierarchies, the origin of life, biological evolution, aging, complexity, science and creationism

Посвящаю данную статью светлой памяти моего коллеги и друга академика, профессора органической химии Тохтаргазы Мубараковича Туреханова

Георгий Гладышев

В 1954-1959 годах, обучаясь на химическом факультете Казахского государственного университета в г. Алма-Ате, я выполнил довольно большой объем экспериментальных исследований на кафедре физической химии. В то время кафедрой руководил знаменитый профессор Михаил Ильич Усанович, хорошо известный своей теорией кислот и оснований. Систематическое общение с Михаилом Ильичем на протяжении трех лет существенно повлияло на формирование моего мировоззрения как физикохимика. Тогда я увлекался проблемами фазовых и химических равновесий, для исследования которых использовал разнообразные физикохимические методы. В те годы мне посчастливилось хорошо прочувствовать безукоризненность аппарата классической термодинамики. Равновесная термодинамика представлялась мне “машиной”, которая при верных посылках всегда дает правильный результат. Позже, изучая работы Дж. У. Гиббса, я глубоко осознал, что причиной этому, прежде всего, являются те обстоятельства, что классическая термодинамика опирается на общие законы природы и использует строгий математический аппарат полных дифференциалов. Уже тогда у меня появилась интуитивная уверенность в том, что равновесную, точнее, квазиравновесную термодинамику, можно использовать для изучения эволюции природных биологических систем. Однако это были только общие интуитивные соображения и их, конечно, хотелось подтвердить!

Далее, с конца 1959 г. и примерно до начала 70-х годов я вместе с моим замечательным учителем профессором Сагидом Рауфовичем Рафиковым занимался проблемами полимеризации виниловых мономеров и разработкой новых технологий получения полимерных материалов. Здесь основными методами исследования были кинетические методы. Замечу, что некоторые из упомянутых технологий внедрены в промышленность и пока никем не превзойдены.

С 1970 года по предложению академика Николая Марковича Эммануэля в Институте химической физики АН СССР я выполнял работы в области полимерной химии. Основные исследования были направлены на создание эффективных методов стабилизации термостойких полимеров.

Параллельно с этими работами, которые, прежде всего, носили прикладной характер, я написал ряд теоретических статей в различных областях естествознания. Эти работы, в основном были посвящены физикохимическим проблемам природных эволюционных процессов (модель образования Солнечной системы, возникновение пространственно–периодических структур в планетных системах и в атмосфере комет, происхождение оптической активности в мире живой природы, физикохимическая модель шаровой молнии, явление периодической полимеризации, влияние магнитных полей на живые организмы и другие). Особенно интересовали меня вопросы, связанные с классической термодинамикой и эволюционной биологией. К созданию термодинамической теории происхождения жизни, биологической эволюции и старения живых существ мне удалось систематически приступить только в январе 1976 года. Разумеется, все начиналось с интуитивных догадок.

В те годы у подавляющего большинства ученых укоренилось мнение, что классическая (равновесная) термодинамика не имеет “никакого отношения” к происхождению жизни, биологической эволюции и старению живых организмов. На это обстоятельство мое внимание неоднократно обращал знаменитый Николай Николаевич Семенов. Эта, как казалось, неоспоримая уверенность, возведенная в ранг абсолютной истины, была связана со многими обстоятельствами. Основными из них были представления о невозможности, даже приближенного, приложения классической термодинамики к открытым, да и к тому же, как утверждалось, далеко неравновеснымбиологическимсистемам. Полагали, что все процессы в живых системах далеки от равновесия. Однако, как правило, не уточнялось, о каком равновесии идет речь! Как впоследствии оказалось, упомянутое уточнение крайне необходимо для того, чтобы осознать феномен происхождения жизни, явления биологической эволюции и старения живых организмов в рамках приближенных иерархических равновесных (квазиравновесных) моделей.

В то время, вероятно, наиболее модной была теория Ильи Романовича Пригожина и его коллег. В частности, эта теория утверждала, что природные открытые биологические системы далеки от равновесия. Из этого, как казалось, следовало, что они (упомянутые системы) могут формироваться и существовать только вследствие образования “живых”диссипативных структур. Отмечу, что при резком изменении параметров окружающей среды (такие изменения я называю революционными, в отличие от эволюционных изменений) отдельные биологические системы функционируют в условиях, далеких от внутреннего равновесия. В этих случаях, действительно, можно наблюдать возникновение диссипативных (динамических) структур. Однако роль этих структур в эволюционном развитии живых объектов не является определяющей. Я полагаю, что обсуждаемая концепция И.Пригожина с позиции термодинамики была тупиковой, или, в лучшем случае, если говорить в терминах представлений Роджера Пенроуза, – пробной. Однако и сейчас многочисленные исследователи придерживаются этих взглядов. Хотя, применительно к эволюционным биологическим процессам, не существует ни одного (хотя бы полу-количественного) доказательства теории И.Пригожина. К тому же, заблуждениям в области термодинамики биологической эволюции до сих пор способствуют серьезные ошибки, связанные с неверным представлением об энтропии и пониманием второго начала. По-видимому, ошибочные представления о термодинамической направленности биологической эволюции укоренились вследствие заблуждения Л.Больцмана. Этот выдающийся ученый, давший статистическое обоснование энтропии применительно к идеальным системам, допускал необходимость использования представления о “негоэнтропии”, которую связывал, фактически, со сложностью и упорядоченностью живых систем. В дальнейшем эти представления были поддержаны Э.Шрёдингером. На самом деле, сложность и упорядоченность вовсе не обязательно связаны с изменением энтропии или “негоэнтропии” (если, конечно, введение этого термина вообще имело смысл). Замечу, что представление о негоэнтропии, строго говоря, не совместимо с формулировкой второго начала термодинамики, данного Р.Клаузиусом, Дж.У.Гиббсом, другими классиками. Указанные заблуждения, “усиленные” фантазерами – дилетантами, способствовали тому, что многие биофизики стали пренебрегать работами Дж. У. Гиббса и других великих творцов. Создатели “постнеклассической науки” (которая, на мой взгляд, вряд ли, вообще, имеет отношение к науке), по-видимому, серьезно не изучают фундаментальные учебники физической и биофизической химии, другие основополагающие руководства. Недавно этим проблемам я, вслед за Кеннетом Денбигом, посвятил несколько скромных публикаций.

Замечу, что теория И. Пригожина, в целом, рассматривает производство энтропии в системах любой природы, далеких от состояния равновесия. В такой ситуации энтропия (энтропия Пригожина) не является функцией состояния, хотя бы потому, что ее дифференциал не является полным. Из этого следует, что в общем случае эволюционная теория И. Пригожина – кинетическая теория, но никак, – не термодинамическая.

Таким образом, ситуация в 70-х годах прошлого столетия представлялась весьма запутанной.

Мне казалось целесообразным попытаться разобраться в проблеме, использовав термодинамический метод Дж. У. Гиббса.

Разумеется, для этого было необходимо с позиции термодинамикирассматриватьвозникновение и эволюцию, хорошо известной, иерархической структуры живой материи.

Во-первых, хотелось бы попытаться осознать процессы возникновения и формирования структурных иерархий в рамках приближенных квазиравновесных моделей (условие 1).Во-вторых, что казалось весьма затруднительным, необходимо было найти способ, если он, конечно, существовал, выделения в открытых живых системах

квазизакрытых систем – подсистем(условие 2).

Выполнение этих двух условий, было необходимо, для того, чтобы хотя бы с некоторым приближением, в полной мере использовать методы равновесной термодинамики, – ее вариационные принципы.

Для ясности сделаю весьма важное, на мой взгляд, пояснение.

Часто при исследовании целесообразно различать термодинамику процессов и термодинамику систем.

Процессы в системах любого типа, включая открытые системы, могут протекать в равновесных (квазиравновесных) режимах. Это хорошо известно химиками технологам. Так, многие химические квазиравновесные процессы в промышленности реализуются в проточных (открытых) системах – реакторах в режиме, называем,стационарным состоянием.

В каждый момент времени в таком реакторе часто практически достигается равновесие между реагентами и продуктами реакции. Разумеется, это связано со стремлением, например, функции Гиббса (или – Гельмгольца) в результате рассматриваемого процесса к минимуму. Понятно, такая открытая система – содержимое реактора, с точки зрения постоянства состава веществ на входе и выходе из реактора не эволюционирует. Нечто подобное на определенных временах, как можно было бы ожидать, должно наблюдаться и при протекании многих биохимических процессов в живом организме. Однако, при таком предположении (использовании данной модели), нельзя утверждать, что сам организм – термодинамическая система на указанных временах меняет свой состав, т. е. эволюционирует в сторону минимизации функции Гиббса собственно самой системы. Сказанное также относится к любой подсистеме организма – заданной иерархии структур.

Для минимизации функции Гиббса организм – живая система должна, хотя бы с некоторым приближением, рассматриваться как закрытая, точнее, – как квазизакрытая система! Такую систему следует считать нестационарной

системой. Нестационарный проточный химический реактор, в котором накапливается продукт реакции, может также считаться частично квазизакрытой системой (в моей терминологии, – кинетически квазизакрытой системой). В этом случае накопление в реакторе продукта реакции связано с минимизацией функции Гиббса (Гельмгольца) за счет протекания процесса, который приводит к изменению содержимого реактора, т. е. собственно самой системы. Упомянутые примеры обращают внимание на то обстоятельство, что в каждом конкретном случае крайне необходимо четко осмысливать интересующую нас ситуацию и при необходимости различать термодинамику процессов и термодинамику систем.

В целом же, нужно не упускать из виду, что любая модель точна только по определению. В зависимости от цели и задачи исследования в науке используются различные модели. Выбор той или иной модели определяется исследуемой иерархией структур (молекулы, супрамолекулярные образования, организмы, популяции и т.п.), выбором шкалы времени, размером изучаемой области пространства, другими факторами.

Таким образом, в случае изучения процессов в системах, которые не обмениваются веществом с окружающей средой (закрытые или изолированные системы), понятия “термодинамика процесса”и“термодинамика системы”, в известном смысле, совпадают. Однако эти определения характеризуют различные случаи, если речь идет об открытой или, даже – квазизакрытой системе.

Закончив отступление, перехожу к продолжению основной темы данной заметки.

Я хорошо осознавал, что понимание явления жизни существенно упростится, если рассматривать процессы образования структурных иерархий биологической материи вразномасштабных шкалах времени.

Здесь, фактически, речь шла о создании “кинетической термодинамики” разномасштабных во времени процессов близких к состоянию равновесия. Методами кинетической термодинамики можно было бы изучать в каждой конкретной шкале времени соответствующиенестационарные процессы структурообразования в терминах изменений функций состояния (изменений степени завершенности процессов). Модель должна была предполагать, что дифференциалы рассматриваемых функций с приемлемым допущением являются полными. Вспоминаю, что я был всегда уверен, что рассматривая самопроизвольные и несамопроизвольные процессы в различных подсистемах Вселенной, можно использовать термодинамику для описания не только биологических явлений. Однако я всегда ограничивал себя изучением живых систем, ставя многоточия, касающиеся эволюционных превращениям в физическом мире. Другими словами, я делал упор на системы, эволюционирующие в диапазоне физических параметров, совместимых с явлением жизни.

Замечу, что я уже неоднократно использовал термин полный дифференциал. Начинающим исследователям, возможно, будет полезно напомнить, что без представления о полных дифференциалах невозможно не только осознать безукоризненную “структуру термодинамики”, но и даже не целесообразно пытаться серьезно приступать к освоению ее начал. Не случайно, хорошие курсы физической химии начинают знакомить студента (или школьника) именно с изучения основ учения о полных дифференциалах. Не могу удержаться, чтобы не назвать полный дифференциал “математическим чудом”, которое как я уже отмечал, “превращают” термодинамику в “машину”, которая при верных посылках всегда дает правильный результат. Наиболее просто понять физическую сущность полного дифференциала возможно путем использования общепонятных графических приемов. Эти общеизвестные, но чрезвычайно важные, соображения могут оказать неоценимую услугу любому молодому исследователю, интересующемуся использованием термодинамики для выявления направленности эволюционных процессов.

Особо подчеркну, что термодинамика систем,близких к состоянию равновесия,допускает использование аппарата полных дифференциалов. В этом случае считают, что функции состояния, с разумным приближением, в любой момент времени, имеютреальный физический смысл.

Такая термодинамика иногда называется линейной. Можно также говорить о “кинетической квазиравновесной термодинамике”. Другое дело, – термодинамика систем далеких от состояния равновесия (нелинейная термодинамика). Примером такой “термодинамики” является термодинамика И.Пригожина систем далеких от состояния равновесия. Здесь речь идет, прежде всего (как это следует из названия самой теории И.Пригожина), о производстве энтропии в системах далеких от состояния равновесия. Разумеется, эту теорию, как я уже отмечал, следует считать кинетической теорией, но никак – не термодинамической. В подобных ситуациях говорить о функциях состояния – функциях, имеющих полные дифференциалы, не имеет смысла.

Разумеется, кинетическая термодинамика (или, термодинамическая кинетика) не в состоянии делать какие-либо заключения о молекулярных механизмах явлений. Однако такая термодинамика все же позволяет рассматривать термодинамические механизмы взаимодействия структур. Другими словами, в нашем случае можно изучать изменение степени завершенности процессов структурообразования или изменение термодинамической стабильности живых структур во времени, например,- в процессах онтогенеза и филогенеза.

Уместно заметить, что с точки зрения общего механизма эволюция природных биологических структур представляет собой лавинно-конденсационное структурообразование – явление противоположное по направлению разветвленным процессам, например, имеющим место при электрическом пробое газов или – разветвленных химических и ядерных реакциях. В некотором смысле, жизнь напоминает гравитационный коллапс, объединяющий “мелкомасштабные структуры” в крупные тела. Применительно к биологии разумно говорить о процессах фазообразования, приводящих к возникновению иерархических структур живой материи.

С целью создания физической эволюционной биологической теории я постулировал существованиеразномасштабных времен релаксациипри достижении “воображаемых равновесий” между элементарными структурами “внутри” различных иерархий. Другими словами, речь шла о временах установления, на самом деле, в принципе недостижимых (хотя бы вследствие гетерогенного характера систем), “воображаемых равновесий” (например, химических, супрамолекулярных, социологических и других) между элементарными структурами “внутри” живой системы (любой заданной иерархии). В качестве структурных иерархий рассматривались иерархии молекул, макромолекул, клеток, организмов, популяций и т. д. Эти интуитивные мысли появились у меня чисто спонтанно, возможно, как результат систематического обдумывания условий, необходимых для приложения принципов классической термодинамики к сложным, постоянно обновляющимся, гетерогенным иерархическим системам.

Предполагалось также, что процессы образования каждой высшей иерархии структур из структур низшей иерархии являются слабо неравновесными процессами (квазиравновесными переходами), напоминающими фазовый переход первого рода химического вещества из переохлажденного состояния.

В случае справедливости сделанных допущений “дороги” для термодинамики систем итермодинамикипроцессовстановились открытыми.

Разделение времен, как я уже отметил, “воображаемой” релаксации (представление о которой я использовал в своих ранних работах) систем различных иерархий, позволяло делать важные выводы. Эти выводы касались возможностинезависимого изучения процессовиерархического структурообразования (процессовпротекающих “внутри” каждой временнойиерархии) вживыхсистемах. На определенных временах этисистемыможнобыло рассматриватькакквазизакрытые. Однако, данные о такой воображаемой релаксации, естественно, отсутствовали. Да и сама модель, хотя с физической точки зрения была, в принципе, верной, но, – весьма трудной для восприятия. Во всяком случае, такую модель, без дополнительных пояснений, сложно было осознать даже подготовленному читателю. Забегая вперед, замечу, что только после долгих поисков и раздумий, мне удалось в дальнейшем четко сформулировать,как теперь многим кажется, удивительно простой общий закон природы –

закон временных (temporal) иерархий.Природа сама “сконструировала”, – привнесла извне, закон разделения (посредством сильных неравенств) средних времен жизни самовоспроизводящихся структур различных иерархий. Этот закон не может быть выведен, он просто, как я уже упомянул, предвнесен нам извне. Однако обстоятельное осознание этого пришло потом, – спустя несколько лет!

Для лучшего понимания тогда существующей проблемы сделаю еще одно отступление.

Закон временныхиерархий (которыйотдельные исследователисталиназывать Gladyshev’s law) может быть представлен рядом сильных неравенств. Этот ряд направлен в сторону увеличения средних времен жизни структур при переходе от низших структур к высшим структурам. Так, в простейшем случае упомянутый закон можно представить в виде:

… <<t(m)<<t(im)<<t(organism)<<t(pop)<< … . (1)

Здесь

t(m)илиt(ch)– среднее время жизни (существования) молекул (химических соединений) в организме, участвующих в метаболизме;t(im)илиt(supra)– среднее время жизни любых межмолекулярных (супрамолекулярных) структур тканей организма, обновляющихся в процессе его роста и развития ;t(organism)– среднее время жизни организма в популяции;t(pop)– среднее время жизни популяции. В ряд сильных неравенств (1), для простоты и ясности, я сейчас осознанно не включаю времена жизни клеток (cell) и некоторых других сложных супрамолекулярных структур. Разумеется, этот ряд (обусловленный наличием обмена веществ в мире живой материи) хорошо согласуется с реальностью и отражает существование временн`ых иерархий в живых системах. Это строго обосновывает возможность выделения (вычленения) квазизакрытых систем (подсистем) различных временных (структурных) иерархий в открытых биологических системах. Замечу, что каждый тип (вид) организмов характеризуется своими средними значениями продолжительности жизни структур различных иерархий. Однако для каждого вида организмов ряд (1) выполняется.

Ряд времен воображаемой релаксации структур различных иерархий, постулированный в 1976 году, имел (по сравнению с рядом 1) обратное направление. Тем не менее, оба этих ряда позволяли, как уже отмечалось, говорить о возможности выделения квазизакрытых систем в открытых биологических объектах. В различной направленности упомянутых рядов времен воображаемой релаксации и продолжительности жизни структур различных иерархий, как я полагаю, есть глубокая связь. Я думаю, что причины этой связи можно выявить на статистической основе для идеальной структурной иерархической модели. Во всяком случае, я вижу простой путь осознания существования упомянутой связи. Я опубликовал в печати статью на эту тему.

Далее, необходимо было согласовать (прежде всего, –на молекулярном уровне, а также – на супрамолекулярном уровне) известные факты эволюционной биологи с предсказаниями термодинамической модели. Модель допускала, что отмеченные выше два условия (для реализации в полной мере вариационных принципов термодинамики) должны с достаточно хорошим приближением выполняться.

Существование разномасштабных

шкал времени(условие 2), в которых наблюдаются, как я полагал,квазиравновесныепроцессы (условие 1) образования высших иерархий из структур низших иерархий представлялось мне, практически, очевидным. Тем не менее, иногда меня мучили сомнения: уж очень сложно было оперировать средними временами “воображаемой” релаксации процессов структурообразования, в которых принимали участие элементарные структуры одного и того же иерархического уровня, но разной природы.

При подготовке к печати первой работы еще в 1976 году необходимо было найти экспериментальные подтверждениядейственностиклассической (квазиравновесной) термодинамики при описании эволюции открытых живых систем (в которых я научился выделять квазизакрытые подсистемы). Как обнаружить такие доказательства? Как помню, я рассуждал, примерно таким образом. Если существует упомянутое разделение времен (ряд сильных неравенств), то можно изучать процессы образования структур “внутри” каждой иерархии независимо от процессов формирования структур, протекающих“внутри” других иерархий. Такое соображение, как я неоднократно убеждался в будущем, согласовалось с опытом физики и не вызывало каких-либо сомнений. Особую роль в этом моем убеждении впоследствии сыграли работы академиков Николая Николаевича Боголюбова и Леонида Ивановича Седова.

Выделяемые самой природой (в соответствии с законом временн`ых иерархий) и изучаемые мной, системы (подсистемы) можно было считать на определенных временахквазизакрытыми

(сам этот термин я ввел несколько позже). Эволюция таких систем, на относительно продолжительных этапах, должна протекать в сторону уменьшения функции Гиббса (свободной энергии Гиббса) или – Гельмгольца (свободной энергии Гельмгольца) собственно самих систем. Но как в этом можно убедиться? В то время отсутствовали какие-либо данные о минимизации отмеченных функций при старении (эволюционном развитии) биологических тканей живых существ в онтогенезе (а также, – филогенезе). Продолжая рассуждения (ход которых часто был неоднозначным и достаточно ветвистым), я пришел к заключению: еслиудельная величина функции Гиббса образования супрамолекулярных структур тканей организмов(некого выделенного объема ткани) в онтогенезе должна уменьшаться, то необходимо, чтобы химический состав этих тканей менялся бы с возрастом живого организма.

Это изменение химического состава должно было быть направлено в сторону, предписываемую вторым началом (в его классической формулировке, то есть в формулировке Р. Клаузиуса – Дж.У. Гиббса ), на которое опиралась моя модель! Подобное следовало ожидать и в филогенезе. При этом из общих физико-химических соображений, были основания полагать, что изменение указанных функций состояния живых систем будет, в основном, связано с самопроизвольной заменой воды (сравнительно низкоплавкого вещества) в тканях организмов на, преимущественно,высокоплавкиесупрамолекулярные структуры. Такие структуры образуются в организмах с участием липидов, белков, нуклеиновых кислот, а также других органических и неорганических компонентов. Я хорошо понимал, что знание температуры плавления супрамолекулярных структур (тогда я называл их межмолекулярными структурами) не достаточно для точной и корректной оценки их термодинамической стабильности. Тем не менее, было очевидно, что существование хотя бы грубой приближенной корреляции между этими параметрами может оказаться достаточным для общих, нужных мне, качественных заключений.

По-видимому, следует еще раз отметить, что необходимо было рассматривать минимизацию удельной функции Гиббса (или функции Гельмгольца) образования супрамолекулярных структур, отнесенной к единице объема (или – массы) биологической ткани или целого организма в онтогенезе, или тканей заданного вида живых существ, эволюционирующих в течение филогенеза. Такая точка зрения, по-видимому, для некоторых исследователей казалась неожиданной и, возможно, недостаточно обоснованной. Однако другого подхода я не видел. Дело в том, что живые объекты – весьма сложные полииерархические гетерогенные структуры. В такой ситуации, разумеется, в подавляющем большинстве случаев невозможно выделять какие-либо кинетически (автономно) независимые взаимодействующие частицы. Статистическая термодинамика в подобных случаях, практически, бессильна. К тому же, такая моя убежденность была связана, с запомнившимися мне высказываниями Дж.У. Гиббса. Этот гениальный теоретик подчеркивал, что он разрабатывал статистическую термодинамику (идеальных систем), лишь только для обоснования феноменологической термодинамики! Отсюда следовало, что в данной ситуации только феноменологическая термодинамика может, в определенной мере, помочь кардинально решить проблему. Я понимал, что с помощью, именно, феноменологической термодинамики (черного ящика) легко можно делать, неизбежно необходимые, усреднения параметров, изменение которых определяет направленность и степень завершенности процессов развития живого мира. В дальнейшем я строго обосновал правомерность, сделанного мной, рискованного, на первый взгляд, шага.

Не буду останавливаться на многих других допущениях и необычных подходах, которые впоследствии оправдались и были теоретически обоснованы. Укажу только на отдельные, используемые мной допущения. К таким допущениям относятся: предположение о разумности выделения термодинамических низших подсистем, функционирующих “внутри” высших, подобных, подсистем; допущение о возможном усреднении параметров окружающей среды, варьирующих в адаптивной зоне жизни организмов; соображение о применимости аналога приближенного уравнения Гиббса-Гельмгольца для сравнительной оценки стабильности супрамолекулярных структур различного состава. Однако, еще тогда, в 1976 году было ясно, что без использования многочисленных предположений и приближений невозможно разработать эволюционную термодинамическую модель плавного перехода химической эволюции в биологическую, а также – физическую модель развития живой природы. Для меня было также очевидным, что все предположения не должны противоречить общим законам природы. Здесь путеводной звездой была теория Дж.У. Гиббса. При этом я всегда помнил: “Не дай Бог, чтобы мои приближенные модели, хоть на йоту, противоречили бы строгой теории Гиббса”.

Таким образом, моя термодинамическая (хотя и“усредненная”приближенная) модель, в случае ее справедливости, однозначно указывала на необходимость существования вариации химического состава живых тел в процессе онтогенеза и филогенеза (эволюции). О существовании надежных данных в этой области я, к своему стыду, тогда и не подозревал. После того, как упомянутое соображение стало для меня очевидным, уже, буквально, сразу – спустя несколько минут,- я просматривал справочники и энциклопедии, где обнаружил необходимые данные. Действительно, средний (брутто) химический состав живых тел (организмов и их тканей) достоверно менялся в предсказываемом теорией направлении, как в онтогенезе, так и филогенезе. Наиболее существенным было изменение состава при эмбриональном развитии организмов.

Так яосознал, что нахожусь на правильном пути – изменение химического состава живых тел оказалось следствием действия классической термодинамики.

Теперь необходимо также было “согласовывать” (по крайней мере, для самого себя) выводы моей теории со многими разделами естественных наук. Иногда сомнения (которые, как правило, имели частный характер) препятствовали “необходимым согласованиям”. Эти согласования, зачастую, преодолевались с трудом. Тем не менее, все вопросы решались, а сомнения, рано или поздно, рассеивались и уходили прочь! Со временем я перестал этому удивляться, поскольку систематически вспоминал, что термодинамика, в меру своей применимости, при правильных посылках всегда дает правильный результат.

После того момента как предсказание классической термодинамики (моей иерархической термодинамики) о вариации химического состава при эволюционном развитии живых существ оказалось явью, все стало на рельсы той могучей “термодинамической машины”, в которую я верил с юных лет. Этот момент осознания своего предвидения я запомнил на всю жизнь. Кстати, указанная вариация химического состава живых тел впоследствии помогла мне применить модель равновесной хроматографии к живым (открытым) объектам и сформулировать принцип химической стабильности вещества. Этот принцип (который, фактически, был представлен на одном из рисунков в моей первой публикации в 1977 году) был распространен на все иерархии живой материи и названпринципом стабильности вещества.

Он позволил на экспериментальной базе обосновать, создаваемую мной, макротермодинамику или, – равновесную (квазиравновесную) иерархическую термодинамику. Теперь, для ясности, я иногда называю эту термодинамикуиерархической квазиравновесной термодинамикой квазизакрытых систем.Позже из макротермодинамики я особо выделил отдельную область исследований, которую назвал супрамолекулярной термодинамикой.

Принцип стабильности вещества –принцип обратных связей (Gladyshev’s principle) применим, как представляется, ко всем биологическим системам (различным их иерархиям). Суть принципа состоит в следующем: при образовании (самосборке)наиболее термодинамически стабильных структурвысшего иерархического уровня (j),

например, супрамолекулярного, природой (в соответствии со вторым началом) самопроизвольно преимущественно используются (доступные для данной локальной области биосистемы)наименее термодинамически стабильные структурынизшего иерархического уровня, например, молекулярного (j-1). Хотелось бы подчеркнуть, что, сравнивая стабильность систем различного состава (например, химического), я сопоставляю значения удельной величины функции Гиббса образования соответствующих структур, что соответствует минимуму указанной функции, характеризующему стабильность структуры. Это последнее замечание я сделал в связи с явным непониманием сущности моего принципа отдельными исследователями, создающими “информационную макродинамику”, на мой взгляд, не имеющую рационального отношения к естествознанию.

Справедливость принципа стабильности вещества доказана на количественной основе применительно к молекулярному и супрамолекулярному структурным уровням биотканей. Известны также факты, подтверждающие приложение принципа к социальным иерархиям. Так, с позиции иерархической термодинамики сложных систем становятся понятными выработанные веками методы управления обществом, такие как «разделяй и властвуй» и т. п. Интересны приложения макротермодинамики к проблемам экологии. Мне представляется, что экологические ниши заполняются только термодинамически востребованными окружающей средой видами организмов.

Макротермодинамика к настоящему времени уже сделала существенные шаги, не только применительно к эволюции химической и супрамолекулярной иерархиям живой материи, но и в области социологии!

Сравнительно недавно мне, как полагаю, удалось строго обосновать существование обратных связей между структурами высших иерархий и структурами низших иерархий. Речь идет о возможности считывания “обратной” информации, например, с уровня популяции на уровень ДНК. При этом скорость считывания этой информации существенно меньше скорости считывания прямой информации, передача которой, как полагали, является односторонней. Другими словами, догма Ф.Крика не допускала существования обратных связей между структурами различных иерархий.

Термодинамическую теорию происхождения жизни, биологической эволюции и старения живых существ, разумеется, следует считать, как и подавляющее большинство других физических теорий, приближенной (об этом я уже упоминал). Однако она позволяет достаточно строго на физической основе объяснять многочисленные факты, связанные с эволюцией живой природы. Более того, она (теория) делает важные предсказания, касающиеся проблем биологии и медицины в целом, включая геронтологию, диетологию, другие области науки и практики. Например, на основе физико-химических оценок легко рекомендовать “геронтологически ценные” (anti-aging) диеты, пищевые добавки и лекарственные препараты, позволяющие существенно увеличивать продолжительность здоровой жизни человека. Кроме того, можно полагать, что использование этих рекомендаций будет также способствовать общему продлению жизни человека.

Из термодинамической теории следует, что изменения величину дельной функции Гиббса при образовании супрамолекулярных структур (а также связанные с ними, значения индекса геронтологической ценности продуктов питания -GPGi )

часто могут быть легко оценены из приближенного соотношения, которое отдельные авторы стали называть уравнением Гиббса-Гельмгольца-Гладышева. Это уравнение являетсяаналогомклассического приближенного уравнения Гиббса-Гельмгольца.

Отмечу, что уравнение Гиббса-Гельмгольца справедливо для вещества, находящегося в закрытой системе, в которой могут протекать химические, фазовые или другие превращения.Аналогэтого уравнения часто с хорошим приближением можно применять к различным однотипным веществам и системам переменного состава. Уравнение Гиббса-Гельмгольца и егоаналогуспешно использовались мной при выявлении термодинамической направленности эволюционных процессов. Подобные подходы, фактически при умолчании, применялись П. Флори и широко применяются сейчас многими авторами при исследовании синтетических сополимеров, биологических полимеров и ряда других систем переменного состава.

Все выводы теории полностью согласуются с опытом медицины и диетологии. Используя выявленные корреляции, я создал в 2009 году упрощенную методику определенияGPGi и получил еще один патент на определение геронтологической (антистарительной) ценности продуктов по «шкале Гладышева».

Особо следует остановиться на часто задаваемых вопросах типа: какая теория является верной –широко признанная теория Ч.Дарвина, или хорошо известная, но не имеющая широкого признания, теория Ж.Б.Ламарка? Замечу, что в частности, Ламарк, в отличие от Дарвина, утверждал следующее: “Признаки, приобретенные индивидуумом в течение его жизни, наследуются, т.е. передаются потомкам”. На этой проблеме я уже останавливался, когда высказывал соображения о считывании обратной информации.

Сформулированный выше вопрос не является полным, а с позиции макротермодинамической теории – даже, корректным! Задавая подобные вопросы, желательно не только уточнять, о каких конкретно признаках идет речь, но и всегда оговаривать условия наблюдения, прежде всего, устанавливать шкалу времени, в которой мы хотим сделать эти наблюдения. Без указания промежутка времени, на протяжении которого мы желаем изучать те или другие процессы (биологические процессы или явления не являются исключением), постановка подобных вопросов часто теряет смысл.

Разнообразные процессы передачи генетической (а также, практически ненаследуемой) информации протекают в различных шкалах времени. Эти (часто, плавно меняющиеся) шкалы времени могут различаться на многие порядки. Сделанное заключение теории, по-видимому, открывает широкий простор для изучения генетики с позиции термодинамической динамики накопления и передачи наследуемых (термодинамических) признаков живых организмов в процессе эволюции.

Первую (уже упомянутую) трудно читаемую работу вобластитермодинамикибиологической эволюции я опубликовал, в расширенном варианте, в виде препринта в Институте химической физики АН СССР (Май, 1977), и далее – в Журнале теоретической биологии

(J. Theor. Biol., 1978). Публикация статьи оказалась возможной благодаря поддержке Джима Даниэлли (Dr. James F. Danielli, FRS), главного редактора трех ведущих международных научных журналов. Несомненно, он был великим биологом и физикохимиком прошлого столетия, предложившим первую модель биологической мембраны. Джим Даниэлли, будучи блестящим естествоиспытателем, сразу осознал основные положения теории. Статья была опубликована, несмотря на отрицательные отзывы отдельных весьма именитых рецензентов. Однако некоторые физикохимики были на моей стороне. Особое значение для меня имела поддержка знаменитого Густафа Аррениуса (Dr.Gustaf Arrhenius. Член Шведской академии наук). Этот высокообразованный ученый – энциклопедист и в дальнейшем неоднократно проявлял большое внимание к моим исследованиям. Он систематически вводил меня в круг своих друзей и коллег. Многократные дискуссии с выдающимися учеными в Сан-Диего (Калифорния, США) всегда были чрезвычайно важными. Несомненно, это способствовало совершенствованию теории.

В дальнейшем, я пришел к выводу, что, даже спустя много лет после первой моей публикации, мало кто из общающихся со мной коллег, и даже будущих соавторов, глубоко осознавал перспективность сделанного шага. В этом, как я полагаю, была, прежде всего, моя вина: тогда мне не удалось в достаточно ясной форме, как, по-видимому, я могу это сделать сейчас, изложить основы теории. В этой теории, как мне представляется, достаточно много неожиданного и принципиально нового, что требует дополнительных пояснений. Такие пояснения при написании первой короткой статьи не были сделаны. К тому же, тогда я не подозревал и даже не задумывался о том, на что “претендует моя работа”. Отдельные коллеги и прошлые немногочисленные соавторы (увлекшись проблемой квазиравновесности биохимических процессов в живых системах), как я знаю, даже до сих пор не осознали основные положения, сейчас уже более совершенной теории. Например, для некоторых из них, так и осталось непонятной необходимость введения представления о существовании в биомире систем квазизакрытого типа. Хотя очевидно, что теория рассматривает, прежде всего, эволюционное развитие собственно самих систем (систем, в которых наблюдаются квазиравновесные процессы). Преобразование таких систем, с точки зрения термодинамики, можно исследовать только при изучении их с позиции квазизакрытости. Все это говорит о том, что рассматриваемые вопросы, касающееся основных проблем мироздания, оказались слишком сложными и запутанными.

Однако спустя некоторое время знаменитый физико-химик Кеннет Денбиг (Kenneth G. Denbigh, FRS) познакомился с моими работами. Он увидел много рационального в теории. Этот выдающийся ученый являлся одним из пионеров-основателей неравновесной термодинамики, отцом кинетики открытых систем, создателем современного учения о химическом равновесии, исследователем, открывшим (вслед за Р.Бойлем, Р. Лизегангом) ряд пространственно-временных периодических химических реакций, а также других любопытных явлений. Конечно, такое признание много значило для меня. Несколько позже доктор Кеннет Денбиг лично отредактировал сравнительно длинное английское резюме одной из моих монографий (1988). Полагаю, что К. Денбиг поверил в основные положения теории, которую назвал впечатляющей. Он внимательно изучал мои термодинамические исследования. Здесь, по-видимому, хорошую “рекламную” службу сыграла моя простая статья о физико-химической эволюции планетных систем, в которой было предсказано существование колец у Урана и Нептуна. Этот знаменитый ученый написал мне, что данная работа привела его “в неописуемый восторг”.

В течение трех с лишним десятилетий я поддерживаю интерес к проблеме, продолжая обдумывать, переписывать и, в меру возможного, “шлифовать” теорию. Сначала это давалось не без труда. Приходилось уточнять введенные мной новые понятия и определения. К тому же, большинство из моих коллег – профессиональных высокообразованных ученых не имело времени и возможности вникать в детали исследований, содержащих много (требующих осознания) допущений, и давать какие-либо советы. Тем не менее, в меру своих сил, я шаг за шагом, практически в одиночку, совершенствовал теорию. Здесь я действовал в соответствии с концепцией Карла Поппера о необходимости эволюционного развития любой, претендующей на жизнь, теории. При этом, однако, замечу, что многие из друзей – знаменитых ученых, в целом, конечно же, понимали суть дела и, из общих соображений, верили в мои концепции. Они оказывали моральную и духовную поддержку. Такая поддержка всегда была очень важной. Имена этих коллег и друзей перечислены в предисловии к сравнительно недавно вышедшей маленькой моей монографии (2003).

В последние годы ситуация стала заметно меняться –ряд выдающихся ученых, к моей радости, осознал, и как бы прочувствовал, большинство ключевых моментов теории. Полагаю, этому осознанию во многом способствовала, не требующая серьезных пояснений, “очевидная”формулировка закона временн`ых иерархий. Как я уже неоднократно подчеркивал, существование разномасштабных временн`ых иерархий в биомире, позволяет, вне всякого сомнения, выделять в открытых (полииерархических) живых системах квазизакрытые (моноиерархические) системы. Это важное обстоятельство без труда осознают образованные исследователи. Сейчас закон временн`ых иерархий (сформулированный мной в многолетних поисках) стал восприниматься, о чем я уже упоминал, как нечто очевидное. Уж слишком он прост! Некоторые из коллег стали давать важные советы и, в меру своих сил, пропагандировать мои взгляды! Поэтому у меня появилась уверенность, что теория в ближайшем будущем начнет широко осознаваться молодым поколением. Полагаю, что мои исследования будет содействовать выбору между идеями креационизма, касающимися зарождения жизни, и наукой, в пользу последней. Мне представляется, что теория должна и далее уточняться и совершенствоваться. Впереди еще много работы и, надеюсь, – важных предсказаний! Однако, как я полагаю, рассматриваемая теория всегда будет опираться на общие законы природы и работы великих классиков естествознания.

В последнее время я направляю в печать статьи, которые посвящены ранее опубликованным мной соображениям. Однако каждая из этих работ содержит уточнения и более ясную интерпретацию отдельных положений теории. Я полагаю, что всё это оправдано.

Так, недавно ясделал дополнительные пояснения по поводу выделения квазизакрытых систем из открытых природных биологических систем. Эти пояснения, как я полагаю, помогут начинающим исследователям более легко “осязать” (воспринимать) мою термодинамическую модель эволюции. В связи с важностью этого, казалось бы, простого пояснения, приведу его в качестве вставки.

Природные биологические системы являются открытыми системами, обменивающимися веществом с окружающей средой. Многие неживые системы в природе также следует рассматривать как открытые системы. Эволюция открытых систем, в общем случае, как хорошо известно, не может быть описана методами термодинамики (термодинамики систем близких к состоянию равновесия).

Любая живая система состоит из структур разных иерархических уровней (молекулы, супрамолекулярные образования, клетки, организмы, популяции, экологические системы и т.д.). С этой точки зрения такая система является полииерархической. Однако целесообразно изучать структуры (и их превращения) индивидуальных различных иерархий независимо от структур всех других иерархий. Здесь целесообразно говорить о моноиерархических

структурах. Так, можно исследовать молекулярную иерархию живой материи, изучая химические превращения молекул – химических соединений. Подобно этому, существует возможность исследовать поведение организмов в популяции, не принимая во внимание большинство химических и других процессов, наблюдающиеся внутри каждого из этих организмов и т.д.

Независимое исследование поведения структур каждого иерархического уровня возможно только при выполнении хорошо известных условий. Это возможно тогда, когда интересующий нас процесс устойчив и имеет такое характерное время, в сравнении с которым времена других (как правило, взаимосвязанных процессов внутри системы) либо очень большие, либо пренебрежимо малые, а в окружающей среде не происходит заметных (существенных) изменений. Высказанное положение указывает на необходимость рассматривать существование в природе, прежде всего, временных (temporal) иерархий, а не только – структурных иерархии. Структурные иерархии иногда не совпадают с временными иерархиями.

Таким образом, когда мы говорим о поведении совокупности структур какой-либо одной индивидуальной временной иерархии – моноиерархии, то, вполне обосновано, считаем ее квазизакрытой системой, которая находится в среде окружающих ее структур высшей (высших) иерархии. Эта высшая иерархия является физическим термостатом, в котором функционируют структуры низшей (низших) иерархий. Разумеется, в этом случае с известным приближением к такой моноиерархической системе (подсистеме) применима термодинамика квазизакрытых (закрытых) систем. Говоря более коротко, можно заметить следующее. Макротермодинамическое изучение биологических полииерархических, природных открытых систем предполагает выделение (вычленение, независимое термодинамическое исследование) внутри этих систем индивидуальных квазизакрытых моноиерархических систем (подсистем). Исследование поведения каждого моноиерархического уровня можно выполнять с использованием методовтермодинамикиквазизакрытых систем близких к состоянию равновесия (линейной термодинамики, опирающейся с известным приближением на методы равновесной термодинамики).

Сейчас я пытаюсь убедить молодых исследователей в перспективности дальнейшего развития моей теории. Необходимо преодолеть моду на необоснованные (“тупиковые”) подходы, которые“заполонили” научный мир. Хотелось бы вернуть многих, следующих моде, “обманутых” исследователей в лоно классической науки. Для этого нужно, как я полагаю, объяснять свои позиции с различных точек зрения.

В новых публикациях я обращаю внимание читателей моих работ на роль термодинамики в процессах дифференцировки клеток при эмбриональном развитии. Востребованность тех или иных нуклеотидных последовательностей ДНК (РНК) определяется постоянно меняющейся физико-химической природой среды, окружающей ДНК (хроматин). В подобных случаях, по-видимому, определяющую роль играют термодинамические силы, “направленность действия”которых зависит от ряда известных, меняющихся по мере развития эмбриона, факторов. В стволовых клетках, как представляется, практически все гены (проявляющие себя в онтогенезе данного вида) сохраняютвозможностьфункционировать и могут быть востребованы “термодинамикой их молекулярной окружающей среды”. Однако по мере роста эмбриона часть этих генов (их фрагментов) не востребуются, – они как бы “засыпают”. Подобные соображения я распространил на проблемы “термодинамического разнообразия” структур различных иерархий. В этих случаяхспозициимакротермодинамики стало возможным говорить о молекулярном (химическом), супрамолекулярном, организменном, популяционном, экологическом и других видах разнообразия.

В одной из недавно написанных работ мне, как считаю, удалось обратить внимание на важное допущение, о котором я обычно не упоминал в явной форме.

Повторю, ранее отмеченные моменты. Теория основана, как я полагаю, на доказанных положениях о возможности использования классической термодинамики (точнее, термодинамики систем близких к состоянию равновесия) иерархических систем (или, макротермодинамики) для описания явления зарождения жизни, биологической эволюции и старения живых систем. Биологические процессы и эволюция живых систем могут быть осознаны в рамках представлений о функциях состояния. Утверждается, что применительно к биологическим системам эти функции с достаточно хорошим приближением имеют полные дифференциалы. Другими словами (о чем я уже неоднократно говорил), в указанных случаях упомянутые функции в каждый момент времени имеют реальный физический смысл.

Таким образом, как мне представляется, обосновано утверждается, что многие эволюционные (именно, эволюционные, но не, – “революционные”) биологические процессы квазиравновесны, а эволюция биологических систем направлена в сторону, предписываемую вторым началом термодинамики в его классической формулировке (в формулировке Р. Клаузиуса и Дж.У.Гиббса).

Предполагается, что“весь выбор” делает термодинамика. Полагаю, что такое допущение, разумно, по крайней мере, при формировании супрамолекулярных структур в локальных областях биомассы. Действительно, вряд ли кто-либо будет возражать, что при кристаллизации какого-либо вещества из пересыщенного раствора, включая белки и нуклеиновые кислоты, можно получать практически совершенные кристаллы! Здесь наблюдается полная аналогия с процессами структурообразования в тканях организма.

Однако следует обратить внимание на важное, уже отмеченное обстоятельство. Формулируя

принцип стабильности вещества,я, как и во многих других случаях, сравниваю стабильность квазизакрытых систем различного состава в ситуации, когда супрамолекулярное равновесие (как и другие внутренние равновесия в структурах различных иерархий) при образовании этих структур достигнуто, т. е функция Гиббса достигла минимума! Другими словами, предполагается, что процесс формирования структуры собственно самой системы завершен. Еще раз подчеркну, что мы имеем принципиально другую ситуацию, когда изучаемый процесс не завершен. В этом случае, как я уже говорил, упоминаемую удельную величину можно только использовать для выявления степени завершенности образования структуры. Важно иметь в виду, что я часто утверждаю, что в каждый момент времени (малые времена) эволюции системы в онтогенезе и филогенезе удельные составляющие функции Гиббса образования структуры системы достигают минимума. Хотя в ходе эволюционных процессов (большая шкала времени) она (упомянутая величина или собственно сама функция Гиббса) меняется, стремясь к своему минимуму вследствие изменения состава системы за счет стремления к равновесию сложной системы “собственно сама система – окружающая среда”. Обсуждаемая ситуация относится, фактически к разным системам, равновесия в которых достигаются в разных шкалах времени.

Создание основ термодинамической теории происхождения жизни, биологической эволюции и старения живых существ потребовало много сил и времени. Однако общие выводы теории, даже для меня, оказались, в некоторой степени, ошеломляющими. Они (эти выводы) даже и сейчас вызывают у меня чувство восторга. Как мне удалось создать эту непротиворечивую, на мой взгляд, всеобъемлющую теорию? Ответить на этот вопрос однозначно и коротко, вряд ли возможно. Хотя причина моего скромного успеха, прежде всего, связана с важными обстоятельствами: я неколебимо верил в справедливость общих законов природы и старался идти по проторенному пути великих научных школ, произрастающих из глубины веков. Кроме того, хотел бы отметить, что в годы моей юности в Алма-Ате меня окружало много прекрасных людей – моих учителей и единомышленников. Они безгранично преклонялись перед наукой и часто, в ущерб своим собственным интересам, старались, нести добро окружающим, особенно – начинающим исследователям, которых они считали своими коллегами. В таких условиях, и в окружении друзей, прежде всего, – Т.М.Туреханова, М.М.Абдильдина, Е.М.Шайхутдинова, укреплялся мой, как мне кажется, светлый взгляд на мир, который я перенял от своих родителей и который я сохранил на всю жизнь. Положительный “заряд”, накопленный в юношеские и молодые годы, помог мне устоять в весьма суровой обстановке, сложившейся вокруг меня в Москве.

В заключение хочу остановиться на связи разработанной теории с проблемами мироздания.

Один из общих однозначных выводов теории, как мне сейчас кажется, состоит в следующем.

Удалось на строгой научной основе доказать, что известные общие законы природы, в соответствии с мировоззренческими предвидениями Г.Галилея, И. Ньютона, Дж.К.Максвелла, Дж.У. Гиббса, Ч.Дарвина, А.Пуанкаре и других классиков естествознания, действуют на всех уровнях организации неорганической и органической материи. Как я убежден, эти законы предопределяют естественное возникновение и развитие живых существ в разных областях Вселенной. Жизнь (в разнообразных формах ее проявления), в соответствии с философскими взглядами известных творцов естествознания, есть неотъемлемая составляющая эволюции материи. Замечу, что отдельные исследователи стали сопоставлять мои мировоззренческие представления со взглядами Г.Галилея, Дж.К.Максвелла, И.Ньютона, Ч.Дарвина, Дж.У.Гиббса, Л.Больцмана, А.Эйнштейна, других знаменитых ученых. Это указывает на то, что рассматриваемые мной вопросы имеют серьезное отношение к общим проблемам мироздания.

Из сказанного следует, что термодинамическая теория биологической эволюции не оставляет место креационизму, если, конечно, с этим понятием (как иногда допускают) связывать только проблему сотворения живых существ. Однако, это вовсе не означает, что наука всесильна и она не оставляет определенную разумную нишу для трудно научно обосновываемой духовности – веры и религии. Если под термином креационизм понимать религиозное учение о сотворении Творцом – Богом из ничего “исходного, когда-то зародившегося” Мира, то спор между таким “религиозным креационизмом” и наукой вряд ли разрешим. Во всяком случае, для человека, в том числе и образованного, всегда без определенного (конкретного) ответа остается вопрос: “Каким образом возник Мир и почему существуют, именно эти, привнесенные из вне, известные нам, общие законы Природы?” . Подобные вопросы, по-видимому, также никогда не получат однозначного ответа!

Дополнение

После повторных прочтений данной статьи в 2005-2010 годах и внесения незначительных уточнений в основной текст, хотелось бы сделать ниже размещенное дополнение.

Представляемый текст дополнения я написал недавно (апрель, 2010) для того, чтобы подготовленный читатель мог бы достичь ясного понимания, используемой мной, терминологии, которая может, в принципе, трактоваться неоднозначно. Эта неоднозначность может появляться вследствие существующих разнообразных определений и терминов, используемых в области термодинамики (термостатики), термодинамики систем близких к состоянию равновесия (линейной термодинамики), и термодинамики систем далеких от состояния равновесия (нелинейной “термодинамики”, фактически,- кинетики). Я продолжаю совершенствовать описательную часть теории, поскольку моя эволюционная модель, на первый взгляд, кажется довольно сложной. Однако она (модель) разбита на множество простых составляющих, выделение и описание которых требует пояснений и предельной ясности. Моя задача состоит в том, чтобы достигнуть “величайшей простоты” при описании независимых, выделяемых мной, простых составляющих из сложной живой полииерархической системы. Здесь я стараюсь следовать принципу, который я интуитивно использовал при создании иерархической термодинамики. Фактически, я изложил этот принцип (в виде резюме) в одной из моих статей (“Математическая физика и теория эволюции живой материи”, Конференция в Киеве, 2005; Конференция по синергетике, Москва, 2005):

Иерархическая термодинамика живых систем создавалась и развивается на основе представлений о единстве природы и простоте. Теория предполагает расчленение сложных живых систем и явлений на простые составляющие. Кроме того, она выявляет общности между этими выделенными составляющими. Другими словами, сначала выявляется простота, а затем из совокупности простоты выявляется общность. Если существует совокупность общностей, она вновь может привести к простоте. Это позволяет расширить возможности математической физики применительно к эволюции. Установлено, что термодинамическая сила – движущая сила возникновения жизни и эволюции живой материи”.

Далее, недавно я разместил в Интернете краткое резюме “Термодинамика эволюции и старения живых систем в действии”. Приведу его текст.

В течение практически века в науке господствовало мнение о том, что природные открытые биологические объекты далеки от состояния равновесия и что в них протекает множество разнообразных, далеких от равновесия, процессов. Если это верно, то к таким системам и процессам термодинамика (термостатика), точнее, – термодинамика квазиравновесных систем и процессов, само собой разумеется, не может быть применена.

Однако в последние годы было установлено, что благодаря закону времен`ых иерархий (the law of temporal hierarchies), в открытых сложных полииерархических живых системах можно выделять (вычленять) моноиерархические системы, которые являются квазизакрытыми. Установлено также, что подавляющее большинство эволюционных процессов в живой природе протекает в квазиравновесных режимах. Модели живых систем являются аналогами равновесных хроматографических колонок.

Всё это позволило создать квазиравновесную термодинамику квазизакрытых живых систем, близких к состоянию равновесия. Такая термодинамика опирается на обоснованное утверждение о том, что в каждый момент времени в квазизакрытых моноиерархических системах функции состояния (функции, имеющие полные дифференциалы) с известным хорошим приближением имеют реальный физический смысл. Так, удельная функция Гиббса (свободная энергия Гиббса) образования каждой пространственно–временн`ой моноиерархической системы, из её элементарных структур, стремится к минимуму. Таким образом, классическая термодинамика систем и процессов в линейном приближении (термодинамика систем, близких к состоянию равновесия) стала на феноменологическом уровне использоваться для исследования зарождения жизни, биологической эволюции (филогенеза), а также –развития и старения организмов (онтогенеза). Исследования проводятся в терминах кинетической (динамической) линейной термодинамики.

Установлено, что самопроизвольное изменение химического состава живых тел в филогенезе и онтогенезе есть следствие стремления удельной функции Гиббса (Гельмгольца) образования супрамолекулярных структур тканей организмов к минимуму; говоря более строго, – следствие стремления удельных функций Гиббса (Гельмгольца) образования структурно –времен`ых иерархий всех высших уровней организации живого мира

Сформулирован принцип стабильности вещества – принцип обратных связей. Он, например, объясняет причины обогащения организмов энергоемким химическим веществом, вытесняющим воду из тканей, при их эволюции и старении.

Таким образом, на фундаменте классической науки построено непротиворечивое здание новой области знания, использующей достижения многовекового опыта естествознания.

Создание термодинамики (“квазиравновесной термостатики”) живых систем, прежде всего, стало возможным благодаря открытию, уже упомянутого, закона времен`ых иерархий. Сейчас принято считать, что этот закон представляется вполне очевидным. Он (закон), как раз, и позволяет выделять квазизакрытые моноиерархические системы в полииерархических живых системах.

Созданная новая область знания позволила разработать строго обоснованные методы продления здоровой жизни человека (а также увеличения общей ее продолжительности).

Полученные данные имеют прямое отношение ко всем сферам науки о жизни и эволюции материи. Эти результаты дают возможность на количественной основе утверждать, что известные общие законы природы действуют на всех уровнях организации нашего мира.

Созданная теория подтверждает мнение о том, что жизнь, в разнообразных формах её проявления, возникает и исчезает в различных уголках Вселенной. Она (жизнь) является неотъемлемой составляющей эволюции материи.

Теория позволяет отказаться от многочисленных предположений, вымыслов и фантазий, которые в наше время, буквально, заполонили научную и учебную литературу.

В мае 2005 года я разместил на сайте в Интернете английский текст несколько сокращенной этой заметки. Думаю, что целесообразно также привести и его.

The thermodynamic theory of aging in action: medical recommendations for nutrition for patients of any age

For decades, the opinion was widespread that natural open biological systems are far from an equilibrium state. It was also believed that far from equilibrium processes take place in these systems. Indeed, if this is true, then thermodynamics (i.e. thermostatics), or the thermodynamics of quasi-equilibrium systems and processes, cannot be applied.

However, recently, the law of temporal hierarchies was formulated. This law substantiates the possibility of identifying, or discerning, quasi-closed monohierarchical systems or subsystems within open polyhierarchical biological systems. It was also established, as a rule, that the processes of evolution in living natural systems are quasi-equilibrium processes. It was shown that models of living systems are analogues of models of equilibrium or quasi-equilibrium chromatographic columns.

These facts facilitated the development of quasi-equilibrium thermodynamics of near to equilibrium quasi-closed systems. This variation of thermodynamics is based on the statement that the functions of state, to within a good approximation, at any moment of time in quasi-closed monohierarchical systems have a real physical meaning, i.e. a quantitative sense. Thus, classical thermodynamics using a linear approximation, i.e. the thermodynamics of near to equilibrium systems, at the phenomenological level can be used for the investigation of the origin of life, biological evolution, and the development and aging of organisms. Such investigations are carried out in terms of kinetic, or dynamical, linear thermodynamics.

It has been shown that the variation of the chemical composition of living beings in the course of ontogenesis and phylogenies is a consequence of change in the mean specific value of the Gibbs function of formation for supramolecular and intermolecular interactions operating during the formation of supramolecular structures of an organism’s tissues, which in quantitative value tends to a minimum. Strictly speaking, this variation is connected with the trend for mean specific values of the Gibbs function related to a unit of volume or mass, at all hierarchical levels, to seek a minimum.

The principle of the substance stability and feedback has been formulated. It is applicable to any biological system belonging to different hierarchies. For instance, this principle explains the accumulation of a substance with chemically high energy capacity by biological systems in the course of evolution and aging of living beings. This energetic accumulation of substance forces water out of these systems.

The arguments presented here, being well-substantiated, indicates that practically all concrete, i.e. detailed, recommendations relating to nutrition and lifestyle are individual. Such recommendations should be formulated on the basis of general and anti-aging medicine, from gerontology, and should take into account the findings of physicochemical dietetics.

Nevertheless, the thermodynamic theory of biological evolution and aging of living organisms, as built on the foundation of classical science, provides an opportunity to formulate general concepts pertaining to nutrition. These formulations and concepts will encourage and stimulate behavioral and dietary changes thermodynamically-favored towards the development of long and healthy human lives.

Diets promoting a healthy life style should, of course, comprise only ecologically clean foods. They should be balanced as to composition and caloric value. It is extremely important for a diet to include foods from cold, i.e. deep, regions of the sea and foods made from plants and animals inhabiting cold and Alpine regions. It is also desirable that the biomass used should be that of young plants and animals, because this biomass has a higher anti-aging value. Moreover, food stuffs should be prepared from the biomass of ancient species, i.e., living organisms with a low phylogenetic development level, being those situated at the early stages of phylogenesis. Food for which young, ontogenetically and phylogenetically, plants and animals are used is not only gerontologically valuable but also, for obvious reasons, has a low caloric value. These steps are known to prolong life in a healthy manner and certain to increase general longevity. Pure, practically salt-free drinking water, as unadulterated glacial water, should be used in the maximal quantity acceptable for every patient. Medicinal mineral waters should be specifically indicated.

Generally, it is advisable to use foods and water that meet general up-to-date standards developed on a strictly scientific basis. It is also desirable that these foods and water intake recommendations, according to well-known patents, should be recognized to have high anti-aging value and that the water should be “gerontologically pure.” Specific recommendations, which are an object of current research, are also available.

Lastly, it is important to take into account, from the viewpoint of hierarchical thermodynamics, that anti-aging diets and many drugs can be used for the prophylaxis and treatment of cardiovascular diseases, cancer, and for numerous other illnesses.

2006 год ознаменовался новой, я бы сказал, некой струей триумфа иерархической термодинамики. Известный американец Либб Тимс (Libb Thims) – один из исследователей истории развития зарождающейся науки– термодинамики человеческого общества (Human Thermodynamics), без какой-либо инициативы с моей стороны, осознал мою теорию. Он назвал мою первую работу в области термодинамики биологической эволюции (1977-1978) основополагающей и ключевой. В дальнейшем эта работа, как и моя монография (1997), были представлены в коротком списке знаменитых публикаций за всю историю развития науки.

На сайте “Institute Human Thermodynamics” размещена подробная информация о моих исследованиях. При этом мое имя часто ставится в один ряд вместе с великими творцами – основоположниками классической термодинамики: http://www.humanthermodynamics.com/index.html

http://www.humanthermodynamics.com/HT-history.html

http://www.humanthermodynamics.com/HT-tree.html .

В 2007 году L. Thims выбрал эпиграфами к своей новой фундаментальной двухтомной книге (“Human Chemistry”, 2007) высказывания И.Ньютона, Дж.К.Максвелла и автора этих строк. Для того чтобы обратить внимание читателя на неординарный успех иерархической термодинамики, которая в определенной мере, дала ответы на вопросы двух упомянутых гениев, приведу эти эпиграфы.

Epigraphs:

“I wish we could derive the rest of the phenomena of nature by the same kind of reasoning from mechanical principles; for I am induced by many reasons to suspect that they may all depend upon certain forces by which the particles of bodies, by some causes hitherto unknown, are either mutually impelled towards each other, and cohere in regular figures, or are repelled and recede from each other.”

“Я полагаю, что мы могли бы осознавать все явления природы, используя одинаковую аргументацию, исходя из механических принципов; по многим причинам я вынужден думать, что все они (явления) могут зависеть от определенных сил, которые заставляют частицы тел,

по неизвестным нам до сих пор причинам, либо взаимно перемещаться по направлению друг к другу, объединяясь в правильные тела, либо отталкиваются и удаляются друг от друга.”

Isaac Newton

The Principia1

Cambridge, Trinity College,

1586

“We have the electrical and magnetic sciences, which treat of certain phenomena of attraction, heat, light and chemical action, depending on conditions of matter, of which we have as yet only a partial and provisional knowledge. An immense mass of facts has been collected and these have been reduced to order, and expressed as the results of a number of experimental laws, but the form under which these laws are ultimately to appear as deduced from central principles is as yet uncertain.”

“Мы используем науки об электричестве и магнетизме, которые исследуют некие явления притяжения, тепло, свет, химическое воздействие, зависящие от состояния материи, и о которых у насесть пока только неполные и условные (“временные”) знания. Собрана и упорядочена огромная масса фактов, которые представлены как следствие действия большого количества экспериментальных законов. Однако форма, в которой они попеременно проявляются, как будто выведена из главных первопричин (законов),

пока не установленных.

James Clerk Maxwell

Inaugural Lecture2

Paris, Kings College,

1860

“In considering the thermodynamics of biological evolution it is convenient to examine subsystems where different processes of reaching corresponding quasi-equilibrium take place: molecular processes, chemical evolution, supramolecular evolution, and evolutions of higher orders such as genera, families, associations, and ecological evolutions, etc. Assuming that the corresponding quasi-equilibria are reached in the processes of general and particular evolutions of the biosphere and its subsystems one can use the Gibbs free energy criteria of equilibrium to predict the degree of the evolutionary development of each process.”

При рассмотрении термодинамики биологической эволюции удобно изучать подсистемы, в которых наблюдаются различные процессы достижения соответствующих квазиравновесий: молекулярные превращения, химическая эволюция, супрамолекулярная эволюция, и эволюции высших порядков, такие как эволюции родов, семейств, сообществ, экологических систем, и т.д. Допуская, что соответствующие квазиравновесия достигаются в процессе общей и частных эволюций биосферы и ее подсистем, можно использовать критерий Гиббсовской функции равновесия для того, чтобы предсказывать степень эволюционного развития каждого процесса.

Georgi P. Gladyshev

On the Thermodynamics of Biological Evolution3

Moscow, Academy of Science,

1978

В монографии “The Human Molecule” (2008)Либб Тимс, перечисляя ученых, чьи работы должны приниматься во внимание при создании единой теории эволюции, называет несколько имен. Вот они: Бойль (1661), Дарвин (1859), Гиббс (1876), Мендель (1865), Планк (1900), Бартон (1957), Гладышев (1978). Далее, Либб Тимс, упоминая о единой теории (едином принципе) пишет о двух исследователях, сформулировавших главные термодинамические положения такой теории – Нильсе Боре (1913) и Георгии Гладышеве (1978). При этом он отмечает, что принцип Бора – микроскопический принцип, выраженный в словесной форме. Принцип Гладышева – макроскопический принцип, сформулированный в математической форме.

Недавно опубликованы видеозаписи (“You Tube”), на которых представлены результаты моих исследований в области иерархической термодинамики. (Например, http://www.eoht.info/page/Georgi+Gladyshev ). Возможно, это будет способствовать развитию интересов у молодых исследователей к новым представлениям об устройстве нашего мира.

В 2006 – 2007 годах, мне довелось представить свои результаты на конгрессах Антистарительной академии в США, где я наметил пути применения моей иерархической термодинамики к современной диетологии, проблемам лечения сердечно – сосудистых заболеваний, рака и некоторых других болезней. Несомненно, сейчас вся передовая медицина информирована о новых возможностях, связанных с применением количественных методов термодинамики в науках о жизни.

Далее, в 2007 году в международном математическом журнале и коллективной монографии я опубликовал работу, посвященную 300-летию со дня рождения Леонарда Эйлера. Предложение написать эту статью явилось для меня весьма почетным, поскольку моя термодинамика опирается на методы гениального Л.Эйлера. Я назвал работу: “Leonhard Euler’s methods and ideas live in the thermodynamic hierarchical theory of biological evolution”. Такой заголовок подчеркивает выдающуюся роль Л.Эйлера в создании фундамента моей иерархической термодинамики, которая уже принесла заметные плоды.

Удалось также опубликовать, как я уверен, весьма полезный обзор исследований в области создания принципа стабильности вещества: “The Principle of Substance Stability is Applicable to all Levels of Organization of Living Matter”. Полагаю, что этот, сформулированный мной, общий принцип сослужит хорошую службу всей науке. Эта моя уверенность связана, как я полагаю, c очевидным утверждением, которое я, вслед за рядом исследователей, представляю в виде:

“Thermodynamics is a key theory of physics, chemistry, biology, and all natural sciences. This statement would generally be accepted as a fact”.

В 2007-2010 годах я сделал ряд докладов на Международных симпозиумах и опубликовал много статей и заметок в Интернете. В этих работах обращено внимание на вопросы, касающиеся жизни, как явления, эволюции Вселенной, которая протекает как процесс чередующихся несамопроизвольных и самопроизвольных превращений в различных ее частях и системах.

Причинами увлечения публикациями в электронном виде на сайтах Knol , Scribd и других явились не только некоторые известные преимущества Интернета, по сравнению с журнальными публикациями, но и серьезная гарантия сохранения информации, касающейся моих исследований. В нашей стране, вследствие неимоверной «научной коррупции», нельзя быть уверенным в сохранении электронной и печатной информации. За период работы в Москве я потерял несколько личных библиотек и лабораторий. Они просто были уничтожены благодаря направленным действиям чиновников и некоторых «ученых». В 2009 году перестал действовать институтский сайт и электронная почта из-за пренебрежительного отношения со стороны близких коллег. В этом, конечно, виноват я сам. В современных условиях жизни страны можно надеяться исключительно на свой труд. Сейчас пользуюсь новыми интернет – ресурсами и электронными адресами. Однако тысячи личных книг и писем так и остались утраченными.

Мой опыт жизни в России однозначно показывает, что невозможно эффективно развивать науку в условиях процветающей интеллектуальной коррупции, кстати, доставшейся нам еще со времен советской власти. Такая коррупция существует сейчас во многих творческих сферах жизни. Она состоит в том, что группы людей, часто опираясь на административный ресурс, занимая отдельные сферы деятельности, препятствуют другим – своим коллегам работать в этих сферах. Так, в науке некоторые руководители – лидеры направлений вместе со своим окружением, препятствуют публикации работ коллег, идеи и экспериментальные результаты которых не согласуются с идеями и подходами, развиваемыми этими «коррумпированными лидерами и группами». Разумеется, здесь речь не идет о каких-либо псевдонаучных публикациях. Я говорю о хорошо обоснованных исследованиях, которые имеют право на существование.

Много информации о моих исследованиях имеется, как я уже упомянул, на сайтах

http://endeav.net/president.html http://endeav.net/news.html https://gladyshevevolution.wordpress.com/ http://creatacad.org/?id=48&lng=eng

http://www.scribd.com/Gladyshev ,

а также в энциклопедии «Human Thermodynamics» (представляющей взгляды ученых, писателей и общественных деятелей), монографиях Либба Тимса http://www.eoht.info/ и многих других источниках. Замечу, что некоторые взгляды Либба Тимса, на мой взгляд, явно противоречат достижениям мировой науки. Об этом я неоднократно писал в ряде своих последних работ.

Дополнение, 2015

За последние годы появились работы, которые подтверждают правильность моего термодинамического иерархического подхода описания явлений зарождения жизни и ее эволюции. Особое внимание я стал уделять положениям о том, что эволюция живых систем протекает под действием термодинамики как внутренних самопроизвольных процессов в этих системах, так и несамопроизвольных воздействий, постоянно меняющейся, окружающей среды. При этом необходимо стало часто писать об использовании обобщенного уравнения Гиббса (обобщенного уравнения первого и второго начал термодинамики) для объяснения изменения функций и форм живых организмов в эволюции. Удалось опубликовать ряд предсказаний, например, об общности кода жизни (включая генетический код) во вселенной и обогащении организмов тяжелыми химическими элементами в процессе эволюции. Ряд важных работ был опубликован а журнале “Успехи геронтологии”, который переводится на английский язык. Это привело к тому, что интерес к моим исследованиям в области наук о старении существенно возрос со стороны ученых развитых стран. Мне стали присылать именные приглашения, касающиеся публикаций в ведущих журналах мира. Недавно удалось, как я полагаю, дать строгое обоснование того, что иерархическая термодинамика является фундаментом теории естественного отбора Ч. Дарвина и А. Уоллеса. Кроме того надеюсь, что иерархическая термодинамика может оказаться мостом сближающим, в меру разумного, науку и искусство. Появились мои статьи о тропизме и дизайне в сфере естественных наук и искусств. Об этих своих скромных достижениях я сейчас публикую на новых сайтах http://endeav.net/president.html http://endeav.net/news.html https://gladyshevevolution.wordpress.com/ , а также в рецензируемых научных журналах. Кроме того мне посчастливилось рассказывать о развитии иерархической термодинамики и ее приложениях в больших курсах лекций в Национальных университетах Казахстана, которые я часто читаю в последние годы.

  1. The principle of substance stability reveals the direction of development of chemical and biological evolution
  2. On the development of physical and chemical bases of Darwinism
  3. Physicochemical stages of evolution: the ring structures in the universe
  4. Thermodynamics – the driving force behind the origin of life
  5. Popularly about the life and the cycle of exchange of substance and energy
  6. Life as a self-defending process
  7. A model of life: the metabolism in abiogenic structures
  8. On the principle of substance stability
  9. Thermodynamics of origin of life
  10. Hierarchical thermodynamics solves the puzzle of life
  11. Термодинамика и возникновения жизни
  12. Иерархическая термодинамика и дизайн природы
  13. Математическая физика и эволюция живой материи
  14. Love – the state of living organisms
  15. Thermodynamics optimizes the physiology of life
  16. Достижения наук о жизни с позиции термодинамики
  17. Супрамолекулярная термодинамика
  18. Супрамолекулярные связи в живом мире
  19. Science, evolution and reality
  20. Принцип стабильности вещества и живые системы
  21. Живые системы
  22. Планетные системы и закон Тициуса-Боде
  23. Planets and the law of Titius – Bode
  24. Душа и сознание
  25. Life does not require the hypothesis about God
  26. Джабоев Серго Хаджиевич
  27. Thermodynamic theory of evolution of universe
  28. Экологическая термодинамика
  29. Многообразие живых объектов и термодинамика
  30. Жизнь как явление
  31. Феномен Али Газаева
  32. Термодинамика открытых систем
  33. Natural Hierarchic Processes
  34. Asymmetry in Bioworld
  35. Open and closed systems
  36. Модели живой системы
  37. Living systems are quasi-equilibrium structures
  38. Thermodynamics optimizes life
  39. Life and mathematician
  40. Тропизм
  41. Живые системы и мерцающие кластеры
  42. New Views – New problems of science
  43. История создания иерархической термодинамики
  44. Искусство управления обществом
  45. Термодинамика возникновения жизни
  46. Hierarchical thermodynamics and Homeokinetics
  47. On the Principle of Substance Stability
  48. Ilya Prigogine and Georgi Gladyshev
  49. Our world and methods of classical thermodynamics
  50. Термодинамические силы формируют организмы
  51. О законах нашего существования
  52. Temporal hierarchies
  53. В мире все подвластно термодинамике