CC BY
132
Человек, общество, цивилизация
Е.В. КОВЕШНИКОВ,
В.Н. CАВЧЕНКО
Неполнота и неопределенность основных понятий в естественных науках
Рассматривается проблема неполноты и неопределенности биологического и химического научного знания. Дается общий обзор теорий возникновения жизни, освещаются три новейшие теории отечественной естественнонаучной школы. Анализируются феномены нанобактерий и «смысла вещества», а также проблема неполноты Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Ключевые слова: неполнота и неопределенность основополагающих понятий наук; определение жизни; живое и неживое вещество; минимальный размер живого; нанобактерии; Периодическая система химических элементов.
Imperfection and incompleteness of main concepts in natural sciences.
E.V. KOVESHNIKOV, V.N. SAVCHENKO
The problem of incompleteness and uncertainty of biological and chemical scientific knowledge is considered. The general review of theories of occurrence of life is given, three newest theories domestic naturally-school of thought are observed. Phenomena nano bacteria and «sense of substance», and also a problem of incompleteness of Periodic system of chemical elements of D.I.Mendeleyev are analyzed.
Key Terms: incompleteness and uncertainty of basic concepts of sciences; life definition; live and lifeless substance; the minimum size of the live; nano bacteria; Periodic system of chemical elements.
Проблема неполноты и неопределенности в такой естественной науке, как физика, вполне очевидна (вспомним хотя бы принцип неопределенностей Г ейзенберга и проблему неполноты квантовой механики, выдвинутой Альбертом Эйнштейном). Однако эта же проблема оказалась свойственна и другим естественным наукам, в том числе биологии (в общем смысле) и химии, хотя эти науки кажутся нам гораздо более «устойчивыми», чем та же физика. Проведем краткий обзор данной современной проблемы для биологических и химических наук.
Биология - наука о живом - до сих пор не в силах дать ответ на вопрос: что есть жизнь и как она возникла? «Более того, по мере накопления экспериментальных данных даже не видно, чтобы как-то вырисовывались контуры общего определения, которое, обладая полнотой и непротиворечивостью, было бы пригодным для всех явлений жизни. В настоящее время все, что мы можем, - это перечислить и описать те признаки живых систем, которые отличают их
от неживых объектов» (выделение полужирным курсивом наше. -Авт.) [8, с. 394]. Как существует ряд непрекращающихся независимых и всякий раз спорных интерпретаций квантовой механики, так существует и целый ряд независимых теорий (гипотез) возникновения жизни на Земле: от старых, ставших уже хрестоматийными, до весьма экзотических, выдвинутых буквально вчера [4, 8].
Сформулировать идею живого и идею души как причину жизни пытались многие мыслители Античности (Пифагорейская школа, школа атомистов, Платон, Аристотель и др.). В Средневековье расцвело, окрепло и утвердилось креационистское официальное учение Церкви. На пороге Нового времени голландский врач Ян Баптист ван Гельмонт создал учение о «духах жизни», управляющих деятельностью тела. Проблемой души занимался и Р. Декарт, но в очень жестких и узких рамках программы механицизма. Наконец, в XIX в. Г.Р. Тревиранус ввел понятие «жизненная сила», а из его идей впоследствии сложилось философское течение витализм. Несколько позже, уже в XX в., под влиянием идей русского ученого В.И. Вернадского было введено понятие ноосферы - нового состояния биосферы, сферы человеческих силы и разума, объективно существующей наравне с атмосферой, гидросферой и литосферой.
В самом общем виде жизнь можно считать постоянным процессом обмена веществом, энергией и информацией между объектом (организмом) и внешней средой, причем процесс этот всегда направлен на снижение степени энтропии (неопределенности, неупорядоченности) вещества в объекте. Такое определение описывает сам процесс жизни, оно обстоятельно, но не дает ответа, например, на вопросы: что именно заставляет вещественный объект так себя вести? что заставляет так слаженно работать этот живой чудо-механизм, имеющий в составе те же химические элементы, что и неживая горная порода или застывшая лава (загадка в том, что их энтропия нисколько не больше, чем энтропия любого живого организма)?
С ответом на вопрос о возникновении жизни ситуация еще сложнее. Согласно одной гипотезе органические вещества возникли из неорганических в горячих источниках. Косвенно подтверждают эту гипотезу обитающие в таких источниках архебактерии - древнейшие организмы.
Вторая гипотеза диаметрально противоположна первой. В соответствии с ней жизнь возникла подо льдами. Первичные органические вещества от воздействия внешних факторов защитил слой льда. Именно подо льдом некоторых спутников планет-гигантов ученые-биологи надеются найти жизнь в будущих космических исследованиях.
Третья гипотеза говорит, что жизнь могла возникнуть на мелководье теплых морей.
Четвертая гипотеза (панспермии) полагает, что уже «готовая» жизнь в виде бактерий (а не только органических веществ) была принесена на Землю из глубин космоса на метеоритах и из испарений
хвостов комет, проходивших в непосредственной близости от планеты.
У этой гипотезы есть радикальное ответвление, выдвинутое Нобелевским лауреатом по биологии Ф. Криком и Л. Оргелом. Они прямо заявляют, что Земля - подопытный «террариум», созданный некими «иными» разумными существами, все живые организмы - результаты их генетических опытов с биологическим материалом, и, возможно, мы даже их далекие потомки, созданные «по образу и подобию» тех суперсуществ.
Можно сколько угодно осмеивать и отвергать эту гипотезу, называть ее антинаучной, но если взять идею колонизации человеком Луны и Марса, она не менее фантастична, однако серьезно прорабатывалась раньше и прорабатывается сегодня в научных кругах. Даже беспрестанно воюя, развиваясь лишь в промежутках между войнами, человек уже достиг больших возможностей в исследовании и познании Космоса. Можно представить, каких он смог бы достичь высот, направь весь свой финансовый и интеллектуальный потенциал на сохранение и поддержание жизни на Земле, вместо того чтобы постоянно изобретать все новые средства истребления сущего на ней. Вполне вероятно, таких, чтобы уже уметь нести жизнь и на другие планеты.
Представители античной Милетской школы считали, что движение вечно, было и будет всегда (этот тезис пытался поколебать Зенон Элейский в своих апориях). Подобный же взгляд есть сегодня и на феномен жизни: жизнь во Вселенной существовала всегда (так называемая гипотеза стационарного состояния).
Наконец, на рубеже XX-XXI вв. были официально выдвинуты еще некоторые теории возникновения жизни.
Еще в 30-х годах XX в. философ и кристаллограф Дж. Бернал высказал идею о том, что та молекулярная упорядоченность, что свойственна живому, могла быть позаимствована у неорганических кристаллов глины или минерала апатита, а сама клетка есть, по сути, жидкий кристалл. Вообще различных «кристаллических» гипотез возникновения жизни было выдвинуто достаточно много и разными учеными, хотя центральная идея - связь структуры живой клетки и структуры кристалла неживого минерала - оставалась неизменной.
Эту идею поддержал и развил российский исследователь, профессор Дальневосточного государственного университета Э.Я. Кос-тецкий, работающий над данной проблемой уже более 30 лет. В своей объемной статье «Как возникла жизнь» он пишет: «Исходя из сегодняшних знаний о структуре клетки и механизмах ее воспроизведения, проблему возникновения жизни надо рассматривать через проблему возникновения клетки, а не ее фрагментов. Клетка - это сотни тысяч и миллионы молекул, сформировавших единый жидкокристаллический комплекс, отдельные фрагменты которого, в том числе вирусы или фаги, не являются жизнеспособными. Поэтому, ответив на вопрос, как и почему клетка является апериодическим, гомеостатиче-
ским, самовоспроизводящимся жидким кристаллом, мы ответим на вопрос, как возникла жизнь. Пока нет ответа на поставленные вопросы» [4, с. 84]. И далее: «С позиций современного знания любая живая система или ее составляющие рассматриваются как жидкокристаллические структуры со всеми вытекающими из этого последствиями. Исходя из сказанного выше, можно вести речь о реальных механизмах возникновения жизни, основываясь на твердофазных эффектах в минеральных и жидких кристаллах. Участие минералов в процессе возникновения жизни делает его закономерным, а время процесса весьма кратким. В клетках, какими мы их представляем сегодня, все элементы системы так тесно связаны друг с другом, что отсутствие даже одного из них нарушает работу всей системы. Первичные про-бионты, по-видимому, должны были представлять собой хорошо упорядоченные образования. Возникает вопрос, а не были ли предшественники первичных протоклеток органоминеральными кристаллами?» [там же, с. 96-97].
Согласно теории Костецкого, жизнь возникла в безводной среде на кристаллах обширного семейства минерала апатита, позаимствовав его свойства и структуру, а вода была уже потом, иначе она просто растворила бы матричные кристаллы. Можно говорить, что информация о кристалле, «душа» кристалла обитает сейчас во всякой живой клетке, будь это одиночный микроорганизм или же сложнейший организм высших животных, включая человека, «душа» клетки - ДНК -тоже обязана своим возникновением кристаллам, что автор также доказывает в своей работе.
В 2004 г. в свет вышла небольшая книга другого российского исследователя - В.Л. Янчилина «Логика квантового мира и возникновение жизни на Земле». Физик Янчилин известен тем, что в начале 2000-х годов построил новую интерпретацию квантовой механики. Теперь же, пользуясь ею, он выдвинул свою теорию возникновения жизни. Центральная идея теории в том, что живое вещество объективно существует. Вот как Янчилин это комментирует: «Я уверен, что протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит живой организм, отличаются весьма существенно от протонов, нейтронов и электронов, из которых состоит, например, камень или супермощ-ный современный компьютер. И очень важно, что это отличие - физическое. Электроны в организме человека отличаются физически от электронов в супермощном компьютере. Из-за этого отличия компьютеры никогда не научатся мыслить так, как мыслит человек. Из-за этого отличия мы никогда не сможем собрать в лаборатории копию человека или даже копию какого-нибудь более простого живого существа.
Чем же электроны в живом организме физически отличаются от обычных электронов?
Ответ очень простой. Электроны в живом организме отличаются от обычных электронов своим квантовым состоянием» [11, с. 118].
Подробно пересказывать все положения теории не имеет смысла, но вот некоторые из них:
1) существует Биомасса - «живое вещество», все составные части которой находятся в едином квантовом состоянии. «Физически это означает, что каждая элементарная частица не локализована в каком-нибудь одном месте, а принадлежит всей Биомассе» [там же, с. 125];
2) Биомасса способна эволюционировать и усложнять свою структуру;
3) все живые существа на планете связаны между собой. И это не классическая связь между организмами через пищевые цепи, а гораздо более фундаментальная: «Между всеми живыми существами существует нелокальная физическая связь на квантовом уровне» [там же, с. 132]. Для данной связи нет пределов расстояния, поскольку она базируется на понятии виртуальных облаков элементарной частицы, разбросанных, гипотетически, по всей Вселенной;
4) всякое живое существо зависит от Биомассы. Если вся Биомасса вдруг будет физически уничтожена на Земле, то живое существо, как бы далеко оно ни находилось от Земли, тоже погибнет, причем мгновенно. Это будет результат сверхсветового переноса действия (сигнала) связи.
5) у живого существа объективно есть душа, но это гораздо более сложное образование, чем учит нас религия. «Душа - это нелокальное облако, состоящее из невообразимо огромного числа волновых пакетов, находящихся внутри организма. Эти волновые пакеты созданы несчетным числом частиц, дискретно движущихся внутри всей Биомассы, то есть входящих в состав других живых существ. Это облако управляет движением организма и благодаря этому облаку организм представляет собой единое целое. Кроме того, в сложном квантовом состоянии облака хранится триллионы раз продублированная информация обо всей истории эволюции массы» [там же, с. 141]. Аристотель формулирует это следующим образом: «...и человек живой сам по себе, ибо душа есть та часть человека, в которой... заключается жизнь» [1, V, 17].
Таковы основные постулаты теории Янчилина. В чем-то она фантастична, и, что еще хуже, не все ее положения можно проверить экспериментально, однако с позиции этой теории очень хорошо объясняются некоторые феномены. Например, почему близкие люди часто чувствуют друг друга на расстоянии, а близнецы не просто чувствуют друг друга, но даже являются как бы одним целым, а их жизненные пути очень похожи. Или почему колония микроорганизмов, разделенная пополам, продолжает сохранять взаимосвязь (одна половинка реагирует на то, что экспериментаторы делают с другой) даже на расстоянии. Теория способна объяснить даже экстрасенсорные способности и интуицию.
Таким образом, то, что было феноменом с точки зрения классической биологии, в квантовой биологии Янчилина объясняется легко
и просто. В этом отношении его вклад в преодоление неполноты и неопределенности биологического знания очень весом, хотя теория нуждается в доработке и дальнейшей дискуссионной популяризации.
Примечательно, что развитие и эволюцию Биомассы Янчилин часто сравнивает с ростом кристалла, что, несомненно, сближает его взгляды со взглядами Бернала и Костецкого. Возможно, синтез этих двух независимых теорий с их взаимной самокоррекцией друг относительно друга помог бы в будущем полностью разрешить вопрос о феномене жизни и феномене разума, тем самым устранив неполноту биологического научного знания.
Надо отметить, что данная теория возникновения жизни на Земле имеет не только научную, но и моральную ценность. Пожалуй, впервые фундаментальные нравственные принципы оказались выводимы из сугубо физической теории. Эти принципы просты: истребляя живое, в том числе себе подобных, отравляя планету, человек неминуемо уменьшает Биомассу и ее эволюционный потенциал, ставя под угрозу тем самым и свое существование. В свете квантовой теории жизни возможность безнаказанно бежать на космическом корабле с отравленной и умирающей планеты в поисках лучшей жизни сводится к нулю.
По ходу размышлений Янчилин высказывает весьма интересную мысль: «Можно сказать, что человек потому такой умный, что работой его мозга управляет сверхсложное квантовое состояние всей Биомассы» [11, с. 138]. Идея рассматривать мозг человека не столько как вычисляющий биокомпьютер, сколько как приемник (терминал для чего-то гораздо более мощного по возможностям вычисления и хранения информации), не нова, но здесь она выводится именно из новой интерпретации квантовой механики. Собственно, подобная идея обрушивает философскую дисциплину гносеологию: получается, что познание как вид умственной деятельности - достояние всей Биомассы, а не отдельного мозга и сознания человека. Субъекта и объекта познания в таком случае либо вовсе нет, либо и субъект, и объект - это вся Биомасса, а человек-исследователь - лишь терминал, отображающий познавательную работу Биомассы, его задача -отправить задание и получить результат.
Совсем недавно, в апреле 2010 г., в журнале «Успехи физических наук», вышла большая обзорная и в то же время оригинальная статья крупного российского биофизика члена-корреспондента РАН Г.Р. Иваницкого «XXI век: что такое жизнь с точки зрения физики» [2]. Автор, проработав множество отечественных и иностранных первоисточников и основываясь на своих идеях и экспериментальных результатах, выводит еще одну гипотезу возникновения жизни из неживой материи. Эта теория, построенная на стыке физики, химии и математики, несколько отличается от химической теории Костецкого и физической теории Янчилина, но не противоречит им.
Как уже отмечалось выше, главная неопределенность биологии состоит в неумении однозначно разграничить живое и неживое (определить жизнь как явление, отличное от других природных явлений), хотя в обыденности эта задача кажется легкой и не заслуживающей внимания. Без разрешения этой фундаментальной проблемы ни одна из ветвей биологии не может претендовать на полноту своего знания. Иваницкий анализирует 10 базовых критериев (такие как упорядоченность, способность запоминать, изменяться и усложняться, размножаться и пр.), по которым можно, якобы, отделить живое от неживого, и приходит к выводу, что все, что в классической биологии характеризует живое, присуще на самом деле и неживому [2, с. 340].
Хотя в названии его статьи и присутствует слово «физика», автор видит разрешение этой неопределенности в теории вероятностей, т. е. в математике. Центральная идея его теории такова: «Жизнь с точки зрения физики можно определить как результат процесса игры взаимодействий материи, в которой одна ее часть приобрела свойство запоминать вероятности появления удач и неудач в предыдущих раундах этой игры, повышая тем самым свой шанс на существование в последующих раундах. Эту часть материи сегодня называют живой материей» [там же, с. 337]. Философское изречение «Что наша жизнь? Игра!» приобретает буквальное значение, только слово «игра» надо понимать в строгом смысле теории вероятностей и теории игр, а не в обыденном бытовом.
Иваницкий считает, что «величайшей находкой природы было появление примитивной памяти, хотя бы на один цикл изменения внешней среды. Эта находка сразу разделила всю природу на живую и неживую. У ее части (которую называют живой материей) появилась возможность прогнозировать (пусть и не совсем точно) изменение среды своего существования» [там же, с. 357]. Итогом его работы являются новые признаки живого:
1) живое имеет единую углеродно-водную основу;
2) в конструкции основополагающих макромолекул используются молекулы с единой пространственной симметрией (гомохираль-ные): L (аминокислоты) и D (сахара);
3) все живое на нашей планете объединено единым генетическим кодом;
4) в основе наследственного поддержания жизни лежит единый механизм репликации макромолекул;
5) все живое на нашей планете объединено единым метаболическим процессом, в котором продукты одних организмов являются субстратом для других [там же, с. 366].
Одно из следствий этой работы, возможно, поможет разрешить давнюю неопределенность, поставленную еще древними мыслителями и дошедшую (дожившую) до наших дней, по крайней мере, поспособствует однозначному выбору в области исследования живой материи. Это проблема хаотичности и детерминизма, их приоритета в воз-
никновении, развитии и поддержании жизни. Если подходить к этой проблеме с позиции аристотелевой бинарной логики «третьего не дано», то она не будет решена никогда. Вот простой, но аргументированный и заслуживающий доверия и изучения ответ Иваницкого: «Для живой материи существовали и существуют две опасности: собственная детерминированность и собственная хаотичность. Траектория жизни пролегает между этими двумя крайностями, как между Сциллой и Харибдой. Если бы процессы в живом были абсолютно детерминированными, то живая материя не могла бы противостоять изменениям внешней среды. Если бы они являлись хаотичными, то постоянно возникал бы конфликт между частями и целым, как в организме, так и в биосфере, и не было бы развития живой материи. Детерминированный процесс с существенной хаотической компонентой или хаотический процесс с существенной детерминированной компонентой - это основа кинетики живой материи» [2, с. 366]. Таким образом, оба начала в чистом виде абиотичны. Увидеть морской прибой можно только на узкой границе моря и суши и больше нигде, так и с жизнью: ее возможно обнаружить лишь в узкой области перекрывания хаоса и предопределенности (детерминированности). Таким образом, если бы Вселенная была абсолютно детерминированной, какой ее мыслил Лаплас, то едва ли в ней мог зародиться хоть какой-то живой разум, который «обнял бы в единой формуле» все вселенские законы.
Говоря о жизни, Иваницкий пишет и о ее конце - смерти. Согласно новой теории всякий живой организм погибает после того, как в нем нарушается баланс между хаосом и детерминизмом, т. е. жизненные процессы становятся либо крайне хаотичными, непредсказуемыми, либо же слишком детерминированными, словно в часовом механизме (сердце, например, не часовой, а апериодический механизм, и погибает сразу, когда становится часовым). Указать причину нарушения баланса теория пока не может. Возможно, эту причину (или причины) следует искать в событиях, происходящих в микромире, т. е. попытаться связать теорию Иваницкого с теорией Янчилина.
Пока же и теория Иваницкого не может претендовать на право быть полной, в ней есть свои недостатки и пробелы. Например, она слишком механистична: по ней всякий живой организм - лишь само-размножающаяся биомашина, наделенная памятью, которую она использует только для повышения своих шансов на выживание. Теория рассматривает жизнь с позиции биомеханики, но не объясняет, например, как именно могла возникнуть ДНК (см. теорию Костецкого), и никак не может объяснить феномен души (см. теорию Янчилина).
Следующая современная проблема биологической науки, требующая своего разрешения, касается минимальных размеров живого. Классическая биология установила и учит нас, что вирусы - минимально возможная форма жизни, определяемая размерами молекулы ДНК, и что размеры этой молекулы накладывают фундаментальный запрет на дальнейшую миниатюризацию размеров живого существа.
Однако в 2004 г. команда доктора Джона Лиски из клиники Мейо в Рочестере окончательно доказала существование живых организмов, чей размер оказался сопоставим с размерами вирусов [9]. Эти существа получили общее название «нанобактерии». «Ранее нанобактерий находили только в геотермальных источниках - они образовывали там колонии и прекрасно себя чувствовали. В 1992 году доктор Фольк, исследуя горные породы, расположенные вблизи геотермальных источников, предположил, что эти породы - продукт жизнедеятельности нанобактерий, так как он не мог иначе объяснить столь быстрое производство кальциево-карбонатных породных примесей в источнике естественной химией процессов, там происходящих. Также Фольк высказал предположение, что нанобактерии могут не только производить горные породы, но и питаться ими. Он даже выдвинул гипотезу о бактериальной природе большинства видов коррозии металлов. Доктор Фольк первым ввел термин “нанобактерия”. И, наконец, Фольк предположил, что большая часть биомассы Земли состоит именно из нанобактерий, которые участвуют в мировом круговороте минералов и органики» [9].
В 2009 г., уже в России, по материалам собственных исследований вышла статья докторов биологических наук П.М. Шварцбурда и М.Б. Вайнштейна «Нанобактерии и кальцификация плаценты» [10], в которой они подвели итоги своей работы по поиску причин вышеназванной патологии плаценты (образование в живых тканях плаценты кристалликов фосфата кальция - все того же апатита). Авторы пишут: «Электронная микроскопия не оставляет сомнений в том, что это именно нанобактерии. Они покрыты клеточными мембранами, а распределение нуклеиновых кислот типично для бактериальных клеток, а не для апоптозных тел.
Обнаруженные нами нанобактерии кальцификатов плаценты пока не изучены детально, но сам факт их существования представляет большой интерес и заслуживает пристального исследования» [10, с. 15].
Таким образом, открытие нанобактерий имеет огромное значение, ибо это свидетельство существования особой формы жизни □организмов, являющихся по своей природе настоящими нанороботами, о перспективах создания которых ученые только недавно начали говорить. Выявленная прямая взаимосвязь между нанобактериями и апатитами, так же как то, что нанобактерии являются, по сути, органоминеральной структурой (живым саморазмножающимся кристаллом), снова заставляет обратить внимание на кристаллоапатитовую теорию Э.Я. Костецкого о возникновении жизни на Земле. Открытие нанобактерий - это открытие новой минимально возможной формы жизни или, точнее, протожизни, первожизни, преддверия жизни (еще не настоящая жизнь, но уже и не простой рост кристалла), которое расширит горизонт знаний науки о живом.
Это был краткий исторический обзор проблемы неполноты и неопределенности естественно-научного биологического знания и по-
пыток их преодолеть, приблизиться к истине. Перейдем теперь к обзору подобной проблемы в науке о веществах - химии.
В фундаменте здания современной химии можно выделить три важнейших кирпичика: понятия химического элемента, химической связи и самого вещества как агрегата некоторого числа (как правило, большого) атомов химических элементов. Казалось бы, это ясные понятия, не требующие особого разъяснения, толкования. Например, постулаты классической химии учат нас тому, что химическая реакция возникает только при непосредственном контакте молекул реагентов (или в присутствии вещества-катализатора, которое само не расходуется). Ситуации, когда вещество способно участвовать в реакции дистантно, будучи полностью изолированным и неспособным к физическому контакту со средой, или же когда его нет в пробирке (но недавно оно там было), а пробирку помыли, в классической химии не рассматриваются, ибо считаются абсурдными. Однако примерно 20 лет назад в журнале Академии наук «Химия и жизнь» вышла любопытная статья Н.Л. Лупичева «Смысл вещества», где автор отчитывается о проведенной им серии экспериментов (на которых присутствовали видные ученые того времени), подтверждающих возможность вещества действовать на расстоянии.
Автор пишет: «Успехи современной науки в познании мира имеют одну неожиданную (впрочем, философски вполне обоснованную) отрицательную сторону. Могущество теоретического аппарата и современных измерительных приборов считают столь безграничным, что любое новое явление всегда пытаются обмерить и оценить с их и только их помощью. И если какое-либо явление, какой эффект вдруг не удается разглядеть через призму традиционных методов, измерить уже известным прибором (высокоточным, “фирменным”!), то зачастую сразу отказываются верить в само существование эффекта» [5, с. 59]. Напомним, что подобная ситуация случилась с открытием будущей знаменитой реакции Белоусова-Жаботинского, в которую маститые советские химики не поверили.
Лупичев напоминает читателю о серии экспериментов других исследователей (С. Г анемана и Ж. Бенвениста), в ходе которых концентрация биологически активного вещества доводилась разбавлениями до такой степени, что говорить о реакции на него живых клеток, с позиции классической химии, было невозможно, но реакция, тем не менее, наблюдалась. «Вещество, которого уже нет и в помине, оказывало биологическое действие так, словно оно все еще есть. Клетки реагировали не на само вещество, не на его молекулы, а на что-то еще, представляющее собой, может быть, немолекулярную (надмолекулярную?) основу материи...» [5, с. 59 П-60]. Сам Лупичев экспериментировал с бактериями. Вот что он пишет про свои эксперименты: «Предположим, нам точно известно, какая реакция наблюдается у бактерий на определенное вещество. Вызовет ли вещество тот же эффект, если поместить его к бактериям в запаянной стеклянной ампуле?
Тысячи экспериментов, проведенные автором, подтвердили это предположение. Более того: реакция бактерий на вещество в ампуле по интенсивности не уступает реакции на самое вещество. Далее выяснилось, что взаимодействие в полной мере происходит и в том случае, когда бактерии и химическое вещество находятся в разных пробирках, но связаны металлическим проводником.
Действие вещества обнаруживается и тогда, когда реагенты “связаны” лишь через антенны, роль которых играют акупунктурные иглы. Контрольные эксперименты показывают, что действует именно исследуемое вещество. Пустая стеклянная ампула совершенно инертна, металл акупунктурных игл - тоже» [там же, с. 61-62].
Важно отметить, что феномен «смысла вещества» - не какое-то волшебное сверхъестественное явление, оно поддается прямому исследованию. «Эксперименты показывают, что эта энергия может быть передана по волноводу, по лучу света. Она отклоняется электрическим и магнитным полем. Следовательно, здесь по-прежнему имеет место корпускулярно-волновой дуализм. Но ни одна известная физике частица не способна быть носителем тех взаимодействий, о которых здесь рассказано» [там же, с. 62].
В упомянутом журнале в 2009 г. вышли сразу две статьи, посвященные этому феномену. Первая статья «Физико-химическая загадка сверхмалых доз» [3], написанная академиком РАН А.И. Коноваловым, посвящена феномену действия мелафена на растения, вторая статья доктора биологических наук Н.П. Пальминой «Механизм действия сверхмалых доз» [7] описывает опыты с мембранами живых клеток и отслеживает их реакцию на вещества в сверхмалых концентрациях.
Академик Коновалов отмечает, что «.обычно посевной материал обрабатывают водным раствором мелафена в концентрации 10-10—10-9 М, то есть одного грамма вещества должно хватить на обработку семян, которыми можно засеять 50 млн га пашни. Более высокие концентрации, наоборот, угнетают рост растений. Естественно, возник вопрос о механизме действия мелафена. Биологи пошли своим путем, а мы, супрамолекулярные химики, - своим: решили проверить возможность образования супрамолекулярных ансамблей в водных растворах мелафена в широком интервале концентраций» [3, с. 8]. В итоге автор приходит к выводу, что значимую роль здесь играет вода, точнее, особые структуры, создаваемые в ней при помощи ничтожного числа молекул мелафена, причем структуры эти способны перестраиваться в зависимости от концентрации активного вещества.
Не вдаваясь во всю биохимическую терминологию статьи и исследования Пальминой, можно выделить следующую ее фундаментальную мысль: «.именно вода обеспечивает передачу информации от биологически активных веществ в сверхмалых дозах к клеточной мембране» [7, с. 13]. И далее: «Полярные свойства воды связывают прежде всего с тем, что ее молекулы могут образовывать водородные
связи, и это приводит к формированию короткоживущих кластеров небольшого размера. Мы предположили, что их динамические характеристики, а также взаимодействия между ними могут играть особую роль в хранении и передаче информации о веществе, а изменение характеристик будет влиять на всю структуру полярной среды» [там же]. Таким образом, вода - это не обычный растворитель-разрушитель, каким его считает классическая химия, а уникальная запоминающая субстанция, способная считать, запомнить (сохранить в памяти), скопировать и передать информацию, «смысл» практически любого вещества, а может быть, и не только вещества.
Возвращаясь к кристаллоапатитовой теории возникновения жизни, можно с полным правом и там тоже говорить о некоторой информации, «смысле вещества», в данном случае - кристалла апатита, и наследовании этого «смысла» живой клеткой посредством какого-то очень сложного физико-химического механизма, полностью понять и оценить фундаментальный принцип работы которого нам пока не дано.
Итак, эксперименты Лупичева, Коновалова, Пальминой и других исследователей вскрыли некоторую неполноту химического научного знания, неполноту системы химических постулатов. При этом, конечно, химия пока избежала участи классической механики, испытавшей шок, когда были созданы теория относительности и релятивистская механика, но все же основы классической химии в настоящее время несколько пошатнулись, по крайней мере, появилась необходимость пересмотреть понятия химической реакции, химического взаимодействия и химического вещества, методов и способов его возникновения.
Возможно, помимо некоторых известных видов классического физико-химического взаимодействия (они все установлены и объяснены квантовой механикой) есть гораздо более тонкое, скрытое, взаимодействие на информационном, квантовом уровне, возможно, наш Мир - это не просто безликое собрание масс в физическом вакууме, но и еще надвещественное тонкое поле информации обо всех макро- и микротелах, которые существуют или существовали, информации об их веществе и формах. Более того, это не просто какая-то протокольная информация, это действующая субстанция, способная взаимодействовать с физическими объектами. Можно сказать, что подобные открытия серьезно заставляют задуматься о невидимой, информационной составляющей нашей Вселенной, которую еще мудрый Платон некогда описал и назвал «миром идей».
Можно констатировать, что рассмотренная проблема, затрагивающая не только основы химии, но также физики и биологии, не осталась в XX в., а благодаря энтузиастам-исследователям была перенесена в новое XXI столетие.
Еще одна проблема неполноты и неопределенности в современной химии (да и физике) касается Периодического закона Д.И. Менделеева. Во-первых, Периодическая таблица химических элементов,
согласно научному преданию, явилась Менделееву как озарение, как интуитивно-опытное знание, не обоснованное логико-математическими или физико-химическими предварительными теоретическими построениями, ибо он был первым, кто свел все известные на тот момент элементы (их тогда было известно 62) в единую систему, чем создал новую теорию на основе открытого им периодического закона изменения свойств химических элементов. Нет такой теоремы, которая обосновывала бы выстраивание таблицы элементов. Данная таблица скорее эмпирически выстраданный постулат, который говорит «как», но не говорит «почему». Во-вторых, встает вопрос, а полна ли современная периодическая система элементов; если нет, то до какой степени ее можно расширять, где ее границы, а главное, будет ли и в дальнейшем соблюдаться то важное условие периодичности и способность предсказывать свойства очередного элемента хотя бы в общих чертах.
В апреле 2010 г. в России, в г. Дубне, в Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) им. Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) был успешно синтезирован новый химический элемент под № 117 и с рабочим названием иш (первые буквы латинских названий цифр номера). Это событие (а до того и открытие элемента № 118), которое можно по праву назвать праздником для физиков и химиков, активно освещали СМИ, и в частности научно-популярный портал «Известия науки». Приведем выдержки из интервью, взятого у руководителя ЛЯР академика РАН Юрия Оганесяна. Вот как он комментирует проблему неполноты, упомянутую выше: «После открытия в 1940-1941 годах первых искусственных элементов - нептуния и плутония - вопрос о пределах существования элементов стал исключительно интересным для фундаментальной науки о строении материи. К концу прошлого века были открыто 17 искусственных элементов и обнаружено, что их ядерная стабильность резко уменьшается с увеличением атомного номера. При переходе от 92-го элемента - урана - к 102-му элементу - нобелию -период полураспада ядра уменьшается на 16 порядков: от 4,5 млрд лет до нескольких секунд. Поэтому считалось, что продвижение в область еще более тяжелых элементов приведет к пределу их существования, по существу обозначит границу существования материального мира. Однако в середине 60-х годов теоретиками неожиданно была выдвинута гипотеза о возможном существовании сверхтяжелых атомных ядер. По расчетам, время жизни ядер с атомными номерами 110-120 должно было существенно возрастать по мере увеличения в них числа нейтронов. Согласно новым представлениям они образуют обширный “остров стабильности” сверхтяжелых элементов, что существенно расширяет границы таблицы элементов» [6]. Следует отметить, что в этой же лаборатории был синтезирован ранее еще ряд новых элементов. Новое открытие принесет новое знание, по мнению Оганесяна: «С фундаментальной точки зрения представления о нашем мире теперь должны сильно измениться. Более того, если синтезируются элементы с огромным периодом полураспада, то не исключено, что они существуют и в природе и могли
«дожить» до нашего времени с момента образования Земли - 4,5 млрд лет. И эксперименты по их поиску нами ведутся, в глубине Альпийских гор стоит наша установка» [там же].
Таким образом, гипотеза о неполноте Периодической системы была доказана, и сейчас идут исследования в данной области, которые в будущем этот пробел смогут ликвидировать, компенсировав неполноту химического научного знания.
Очевидно, что проблемы неполноты и неопределенности системы знаний химии (частично, конечно, и физики) и биологии представляют единый комплекс, а не разделены на два независимых лагеря, поэтому исследования и открытия в физике и химии могут помочь в разрешении некоторых неразгаданных вопросов биологии, а наблюдения за живыми системами смогут натолкнуть ученых на путь открытия в физикохимической области. Здесь нужен междисциплинарный подход, и, как было показано в статье, он отчасти реализуется.
Литература
1. Аристотель. Метафизика // Библиотека сервера Филос. ф-та МГУ. - Режим доступа: http: //www.philos.msu.ru/libfiles/ aristote_2.txt от 27.10.09 [Дата обращения 19.07.2010 г.].
2. Иваницкий Г.Р. XXI век: что такое жизнь с точки зрения физики // Усп. физ. наук. 2010. Т. 180, № 4. С. 337-369.
3. Коновалов А.И. Физико-химическая загадка сверхмалых доз // Химия и жизнь. 2009. № 2. C. 7-9.
4. Костецкий Э.Я. Как возникла жизнь. Теория возникновения протоклеток и их структурных компонентов // Вестник ТГЭУ. 2008. № 1. С. 79-101.
5. Лупичев Н.Л. Смысл вещества // Химия и жизнь. 1991. № 4.
С. 59-П62.
6. Образцов П. Закончился эксперимент по синтезу нового химического элемента // Известия науки. - Режим доступа: http://www.inauka.ru/discovery/article100417.html от 15.04.10 [Дата обращения 21.07.2010 г.].
7. Пальмина Н.П. Механизм действия сверхмалых доз // Химия и жизнь. 2009. № 2. С.10-13.
8. Реутов В.П., Шехтер А.Н. Как в XX веке физики, химики и биологи отвечали на вопрос: что есть жизнь? // Усп. физ. наук. 2010. Т. 180, № 4. С. 393-414.
9. Свидиненко Ю. Нанобактерии - источник вселенского зла? // Интернет-портал «Биологическая безопасность России». □- Режим доступа: http://www.bio.su/old/press_2004oct_026r.htm от 3.12.08 [Дата обраще-ния 21.07.2010 г.].
10. Шварцбурд П.М., Вайнштейн М.Б. Нанобактерии и кальцификация плаценты // Химия и жизнь. 2009. № 7. С.14-15.
11. Янчилин В.Л. Логика квантового мира и возникновение жизни на Земле. - М.: Новый Центр, 2004. - 288 с.
© Ковешников Е.В., Савченко В.Н., 2010 г.
