Abstract
This note is devoted to the short answer to the question: “How does mathematics help us to study the phenomena of life?” The author believes that the hierarchical thermodynamics facilitates the transformation of biology from the “Science in Pictures” in the physical knowledge. This note has been written for researchers who dedicate their lives to science.
Жизнь и математика. Зачем нужна иерархическая термодинамика в науках о жизни?
Настоящая заметка посвящена одному из важных ответов на вопрос: «зачем нужна иерархическая термодинамика для изучения явления жизни и ее эволюции?» Автор полагает, что иерархическая термодинамика способствует преобразованию биологии из «науки в картинках» в количественные знания. Заметка, прежде всего, адресована исследователям, которые посвящают свою жизнь науке. Автор убежден, что представленные в заметке факты необходимо осознать каждому, кто хотел бы считать себя ученым.
Как правильно и эффективно применять математическую физику и термодинамику для описания явления жизни и ее эволюции?
Ответ на этот вопрос во многом предопределили мысли Анри Пуанкаре и других классиков о науке.
Анри Пуанкаре
С точки зрения равновесной термодинамики (в реальности, квазиравновесной термодинамики) это может сделать только иерархический подход. Этот подход связан с разделением (расчленением) биологических систем на различные временные (temporal) и структурные иерархии. Эти иерархии типа «система в системе» объединяют (включают в себя) подобные, однотипные структуры и процессы.
Биологические явления, в мере возможного, желательно описывать на «языке науки – языке математики». Однако математика может быть успешно применена только для описания подобных объектов и явлений. Иногда говорят, что «Математика любит подобное и соизмеримое». Одновременное изучение, вместе взятых, разномасштабных биологических объектов с позиции математики, как правило, не имеет физического смысла. Так, невозможно описывать поведение молекул, органелл, клеток, организмов, популяций используя некие общие уравнения. Такие уравнения могут быть только символическими и «изображаться в виде картинок». Не случайно философия в прошлые века вычленяла (выделяла) отдельные самостоятельные науки. Необходимо было применять математику для количественного описания и изучения преобразования подобных (однотипных) объектов. Так появились физические, химические и многие другие науки. Применительно к наукам о жизни это продолжает делать сейчас иерархическая термодинамика.
К сожалению, математику часто пытались и пытаются необоснованно применять к сложным (полииерархическим) биологическим объектам. Наука богата подобными недоразумениями эклектического характера. Явно ошибочные модели термодинамики биологической эволюции рассматривали Л. Больцман, Э. Шредингер, И. Пригожин и многие их последователи. Представления о перераспределении энтропии (например, энтропии Больцмана, характеризующей идеальный газ) между живыми системами и космосом (вселенной), с точки зрения современных знаний, не имеет физического смысла. Ясно, что указанное несуществующее перераспределение не описывается математическими методами. Разумеется, здесь невозможно делать какие-либо вычисления. Представление о негэнтропии, как функции состояния, лишено здравого смысла.
Аналогичная эклектическая ситуация имеет место и сегодня, например, в синергетике. Ряд исследователей в этой области часто пишут сложные физически бессмысленные математические выражения. Чтение некоторых статей о термодинамике жизни в Википедии и отдельных научных журналах, на мой взгляд, говорит о низкой математической культуре авторов этих статей. Подобное имеет место в некоторых монографиях и учебниках.
В последнее время я опубликовал несколько работ, которые затрагивают вопрос о разумном использовании математики в науках о жизни. Я надеюсь, что для начинающих исследователей будут полезны отдельные мои скромные публикации в Knol. Они доступны каждому желающему:
gladyshevevolution 