Что это с точки зрения физики

Звук, с точки зрения физики – это энергия. В зависимости от частоты звуковых колебаний, уровня громкости, ритма и гармонии, звук может воздействовать на человека положительно или отрицательно. Правильно подобранные звуковые колебания способны активизировать резервы человека. С помощью звука такие физиологические функции, как пульс, сердечный ритм, дыхание, пищеварение, могут быть скоординированы.

Как всем известно, звуки и звуки музыки в частности, являются продольными волнами. И как любые волны, изменяются в замкнутом (или открытом) пространстве на некоторую величину. Параллельно звуковые волны, в силу своих параметров, оказывают влияние на пространство. Даже незначительные изменения уровня мерности пространства (например, человек, вошедший в помещение, наполненное звучащей музыкой; или, напротив, в помещении с людьми включается музыка) вызывают перераспределение музыкальных волн, пронизывающих данный объём пространства.

В результате этого, будучи пронизываемо музыкальными звуковыми волнами, изменяется и пространство; в данном пространстве изменяется распределение первичных волн. Как следствие, изменяется и состояние человека, находящегося в зоне воздействия звуковых волн. Происходит вторичное насыщение человеческого организма волновыми материями.

Еще в глубокой древности было известно, что звуковые колебания способны оказывать эффективное лечебное или болезнетворное воздействие на человеческий организм и психику. Одной из самых страшных в Средневековье считалась казнь «под колоколом», когда приговоренного помещали под большой колокол, а затем в этот колокол били. Пагубной, в данном случае, была, в первую очередь сила звуковых волн (громкость), а также интенсивность волновых колебаний.

Попутно можно отметить, что в настоящее время колокольный звон широко используется уже в положительных целях (что доказано исследованиями – звуковые волны, вызванные биением колокола, совпадают между собою и их резонанс благотворно действует на организм человека, но при этом уничтожает бактерии).

Колокольная звонница – это мини-оркестр, который по православной традиции условно делится на 3 группы колоколов: малые (зазвонные), средние (подзвонные) и большие (благовестники). Звон колоколов той или иной группы преимущественно создаёт соответствующие эмоциональные настроения; известно, что более низкие тона действуют успокаивающе, в то время как высокие – возбуждают. Эти знания отчасти и применяют церковные звонари в зависимости от характера праздника и богослужения.

Еще больше влиять на эмоциональное восприятие прихожан можно, используя ладовую основу и динамику звонов. Так, если вы имеете в звоннице мажорный лад, то при увеличении темпа звона он вызывает радостное настроение, а при снижении темпа – спокойствие; при минорном ладе ускорение звона вызывает беспокойство (или гнев), а при замедлении – печаль. Правда, такая закономерность в колокольном звоне не всегда однозначна.

Таким образом, звук – это волна, которая в зависимости от её параметров, воздействует на организм человека как положительно, так и отрицательно.

Попытаемся разобраться, что при этом происходит на клеточном уровне.

Звук, как доктор или палач

Звуковая волна, как и любая другая продольная волна, приходит единым фронтом, и её действие продолжается некоторый промежуток времени, в течение которого сохраняется изменённое состояние клеток. С рассеиванием звуковой волны клетки тела возвращаются к качественному состоянию, в котором они находились до прихода волны. При этом человек переживает соответствующие эмоции.

Таким образом, звуки музыки вызывают у слушателей вынужденные эмоции. Вопрос заключается в том, какие вынужденные эмоции создаёт та или иная музыка?

Распространение звуков в пространстве происходит очень быстро. Распространяющиеся сгустки воздуха (волны), чередуются друг с другом с различной частотой. Поэтому и звуки, которые мы слышим, имеют различную высоту.

Воздушные волны, которые имеют наименьшую частоту колебаний, воспринимаются как низкие, басовые (ударные) звуки. И наоборот, волны, чередующиеся с высокой частотой колебаний, воспринимаются слухом как высокие. Учитывая тот факт, что колебания звуковой волны (биения) обозначаются в Герцах (сокращенно Гц), следует обратиться к научной трактовке этой единицы измерения.

Что такое Герц (Hz)?

Герц – единица для обозначения частоты периодических процессов (в нашем случае – частота звуковых колебаний) в Международной системе единиц; международное обозначение: Hz.

1 Гц означает одно исполнение (реализацию) процесса биения за одну секунду, другими словами – одно колебание в секунду. Приблизительно с такой же частотой в спокойном состоянии бьётся человеческое сердце (примечательно, что Herz в переводе с немецкого означает «сердце»).

Например, 10 Гц – десять исполнений такого процесса, или десять колебаний за одну секунду. Если частота воздушной волны в 200 Гц, это значит, колебания плотности воздуха – 200 раз в одну секунду. Таким образом, частота звука измеряется в герцах, то есть в количестве колебаний за одну секунду. Более интенсивные колебания (тысячи колебаний в секунду) измеряются в килогерцах.

Человеческое ухо воспринимает частоту колебания воздуха как высоту тона (звука): чем интенсивнее колебания воздуха, тем выше звук. Ухо человека способно воспринимать не все звуковые частоты. Доказано, что среднестатистический человек не может слышать звуки частотой ниже 20 Гц и выше 20 кГц. При старении человек всё хуже слышит высокие частоты. Музыканты воспринимают звук в чуть большем диапазоне: 16 герц – 22 килогерца. Частотный диапазон, улавливаемый человеческим ухом, условно делят на три части: нижний звуковой диапазон, средний и верхний.

• 0 — 16 Гц – Инфразвук (сверхнизкий тон)

• 16 — 70 Гц – Басы

• 100 — 120 Гц – Мидбас (средние басы)

• 500 Гц — 1 кГц – Нижнесредние частоты

• 4,5 — 5 кГц – Средние частоты

• 5 — 10 кГц – Средневысокие частоты

• 10 — 20 кГц – Высокие частоты («верха»)

• 16 — 22 кГц – Ультразвук (сверхвысокий тон)

Звуки, которые превышают значения в 20 кГц, называются ультразвуком (высокие частоты). Хотя ультразвук и не слышен ухом человека, он широко применяется в медицине и других сферах.

Воздействие частот на организм человека

В настоящее время, в результате скрупулезных опытов доказано, что каждый орган человеческого организма резонирует с определенной частотой колебаний. Приведем резонансы некоторых органов:

• 20-30 Гц (т.е. 20-30 колебаний в секунду) – резонанс головы

• 40-100 Гц – резонанс глаз

• 0.5-13 Гц – резонанс вестибулярного аппарата

• 4-6 Гц – резонанс сердца

• 2-3 Гц – резонанс желудка

• 2-4 Гц – резонанс кишечника

• 6-8 Гц – резонанс почек

• 2-5 Гц – резонанс рук

В исследованиях часто выделяется звуковые колебания с конкретными числовыми значениями частот, которые резонируют с определенным участком мозга.

Например, низкий Бета-ритм частотой 15 Гц представляет нормальное состояние бодрствующего сознания. Альфа-ритм частотой 10,5 Гц вызывает состояние глубокой релаксации. Все аспекты имеют прямое отношение к воздействию музыки на организм человека.

Хотелось бы обратить особое внимание на периодичность повторения (ритм) низких звуков. Каждая новая низкочастотная звуковая волна приносит с собой изменение клеток в зоне попадания звуковой волны. И всё повторяется вновь. Интервал между моментом завершения действия одной низкочастотной звуковой волны и приходом следующей имеет огромное значение. После «отката» звуковой волны телом клетки производится выброс накопленного избытка концентрации этой материи, и состояние клетки возвращается к исходному.

А если новая звуковая волна приходит до того момента, как клетка ещё не успела вернуться к исходному состоянию? В таком случае звуковая энергия новой волны не позволяет клетке вернуться к исходному состоянию и вынужденно удерживает клетку на этом качественном уровне. Другими словами, периодически повторяющиеся низкочастотные звуки не только провоцируют у человека определённую эмоциональную реакцию, но и в состоянии навязать ему это эмоциональное состояние. Эмоциональные состояния навязываются человеку против его воли, часто даже без понимания с его стороны того, что ему что-то навязывают.

Периодически повторяющиеся низкочастотные звуки в состоянии не только вынужденно удерживать клетку на определённом качественном уровне, но могут вызывать и частичное разрушение её качественных структур. Естественно, это приводит к дестабилизации клетки в целом и частичному разрушению тела клетки, в первую очередь, структур клетки, которые у молодёжи находятся в стадии развития и поэтому легко могут быть разрушены подобным процессом.

Звуковые волны с частотой 6-8 Герц (6-8 биений звуковой волны в секунду), вообще являются оружием. Фронт звуковой волны с данной частотой вызывает такое перераспределение первичных материй при своём прохождении, что вызывает необратимые процессы у высокоорганизованных клеток, которыми являются нейроны мозга. В результате этого возникает перегрузка мозга и нейроны разрушаются, что в итоге приводит к их смерти…

Как учёные объясняют влияние музыки на здоровье?

Вибрация звуков создает энергетические поля, заставляющие резонировать каждую клеточку человеческого организма. Тело «поглощает» энергию, образованную музыкальными звуками (волнами), которая нормализует ритм дыхания, пульс, артериальное давление, температуру, снимает мышечное напряжение. Негармоничная музыка может с помощью электромагнитных волн изменять кровяное давление, частоту сердечных сокращений, ритм и глубину дыхания вплоть до полной его остановки на короткий промежуток времени.

Интересно то, что музыку наш мозг воспринимает одновременно обоими полушариями: левое полушарие отвечает за ритм, а правое – тембр и мелодию. Самое сильное воздействие на организм человека оказывает ритм. Ритмы музыкальных произведений лежат в диапазоне от 2,2 до 4 колебаний в секунду, что очень близко к частоте дыхания и сердцебиения. Организм человека, слушающего музыку, как бы подстраивается под неё. В результате поднимается настроение, работоспособность, снижается болевая чувствительность, нормализуется сон, восстанавливается стабильная частота сердцебиения и дыхания.

Интересный случай

Немногим известен случай, произошедший в США во время сверхсекретных испытаний самолетов-невидимок «Стэлс». Когда домохозяйки небольшого городка, расположенного недалеко от секретной авиабазы, стирали в эмалированных тазиках (которые по форме и по некоторым качествам походили на параболическую антенну) белье, то начинали слышать у себя в голове переговоры летчиков с авиабазой. Все дело в том, что несущая частота радиостанций была выбрана нестандартной и оказалась равной одной из резонансных частот организма.

Музыкальные пристрастия

Для многих не секрет, что разным возрастным группам нравится разная музыка. Но мало кто задумывался над вопросом – почему? Дело в том, что одна и та же музыка по-разному влияет на людей, имеющих различный интеллектуальный и нравственный уровень. Музыка предлагает сущности человека определённое качественно состояние, которое может быть в гармонии с его собственным, или является полностью несовместимым.

В первом случае человек чувствует внутренний подъём, радость. При этом реакция происходит на подсознательном уровне и практически не контролируется сознанием человека. При дисгармонии между музыкой и качественной структурой сущности (состоянием человека), у человека может появиться раздражение или другие эмоциональные проявления, побуждающие человека прекратить слушать данную музыку. Подобное реагирование на музыку является защитной реакцией человека.

Давайте попытаемся понять, почему при слушании музыки может появиться защитная реакция? Как музыка воздействует на человека?

Классическая и эстрадная музыка

С одной стороны, не будем исключать так называемый «человеческий фактор». Ведь все люди разные и интерес к музыкальным направлениям также сугубо индивидуален. Однако, такая занимательная наука, как физика позволяет нам взглянуть на этот вопрос совсем в другом ракурсе.

В классической музыке преобладают высокие частоты, которые наиболее полезны для здоровья и интеллекта, хотя и труднее воспринимаются неискушенным слушателем. Важная роль в классике принадлежит средним частотам (в фольклоре европейских народов средние частоты являются основополагающими).

Вы никогда не задумывались, почему так мало людей любят классическую музыку? Теперь вы знаете. Высокочастотные звуки, используемые в музыке стиля Барокко, обладают большей длиной волны, чем наш мозг способен улавливать. Поэтому некоторые люди испытывают дискомфорт при длительном прослушивании «классики», особенно Барокко. А между тем давно известно, что академическая музыка положительно влияет на организм человека.

Музыка времён Баха приводит к тому, что мозг начинает кроме синхронизации работы полушарий генерировать так называемые Тета—волны, что приводит к улучшению памяти, повышению концентрации, внимание гораздо дольше удерживается на предмете изучения. О том, что музыка периода классицизма оказывает положительное влияние на работоспособность мозга, уже известно.

Но в современной эстрадной музыке всё больше преобладают низкие частоты, которые ранее как в классике, так и в народной музыке применялись лишь эпизодически.

Человеческий мозг не очень любит высокочастотные звуки. Этим можно объяснить такую популярность поп-музыки. Звуки её низкочастотны (порядка 40-66 Гц – этот отрезок охватывает нижние и средние басы, не доходя даже до нижнесредних частот). Отсюда и пристрастия людей к «клубной» музыке.

Послушав, например, музыку в стиле 80-х, можно понять, что низкие частотызвука в тот период ещё не применялись, в настоящее же время им уделяется всё большее внимание. Сегодня молодежь убеждена, что низкие частоты звука «украшают» современную музыку, дополняют её той изюминкой, которой не хватало раньше.

На самом деле, сами того не подозревая, они «порабощены» не так самой музыкой, как именно низкими частотами, которые, действуя на организм, как следствие создают определенное эмоциональное состояние. Низкие частоты, которые используются в этой музыке, не напрягают, а даже в какой-то степени зомбируют людей. Здесь не следует путать «человеческий фактор» (т.е. личные пристрастия, не имеющие отношения к физическим и акустическим законам) и научные факты.

Музыка как физическое явление (частота волнового биения) вызывает сходное действие у любого человеческого организма и не только. Аналогичное воздействие испытывают любые живые организмы, как, например, животные и растения. Естественно, не являются исключением и люди.

Влияние звука на воду

Широко известен опыт, показывающий, как музыка влияет на воду. Исследователи ставили между динамиками музыкального центра колбу с водой, включали различную музыку и внезапно охлаждали воду в процессе звучания музыки. После «прослушивания» водой классических симфоний, получались красивые, правильной конфигурации кристаллы с отчетливыми «лучиками». А вот тяжёлый рок превращал воду в замерзшие страшные рваные осколки. Этому на первый взгляд удивительному явлению есть научное объяснение. С точки зрения физики всё очень просто – несовпадение звуковых волн, их хаотичное «биение» по объекту вызывает аналогичный эффект водной массы с хаотичным беспорядочным движением; а замораживание лишь фиксирует состояние воды на данный момент.

У каждого звука своя частота. Слишком высокие или слишком низкие звуки мы не слышим, но, как уже известно, материальны и они. Американские ученые лаборатории Jet Propulsion в Пасадене открыли феномен «звукосвечения». Направляя мощные ультразвуки в стеклянный сосуд с водой, они увидели, как образуются крошечные пузырьки, излучающие голубоватый свет. Этот феномен доказывает реальность физического воздействия звуков на материю, причем, не только слышимых, но и тех, которые человеческое ухо не способно воспринимать.

В качестве примера были произведены элементарные с точки зрения физики опыты по воздействию звука на любые вещества, как органические, так и неорганические, например, воду.

Влияние звука на сахар

Первый опыт демонстрирует воздействие низких звуков (басов) на воду. В результате хаотичных биений звуковых волн, колебания которых не совпадают, образуя антирезонанс, на воде образуется беспорядочная рябь.

Второй опыт демонстрирует воздействие высоких звуков на сахар. Большая часть данного примера сопровождается звуком, который воспринимается слухом. Таким образом, – это ещё не ультразвук (который воспринимается человеком только на уровне подсознания), а используется обычный высокочастотный звук; лишь в конце эксперимента он переходит в сверхвысокое звучание. Соответственно – здесь изначальная частота звука не превышает 20000 Гц (= 20 кГц), примерный диапазон частот – от 100 Гц до 30 кГц.

С ультразвуком (при частоте колебания выше 20 кГц) происходило бы нечто подобное, с той лишь разницей, что длина волны была бы намного меньше, а узоры мельче (что-то похожее на рябь на воде).

Ультразвук с точки зрения физики – это колебание частиц упругой среды. Ученым хорошо известно, что ультразвук способен изменить мембрану клеток (вплоть до летального исхода), разрушить здание и т.п.; в области биофизики и медицины этой теме посвящено немало мыслей. Именно для подтверждения таких выводов представлен данный пример, процесс которого рассматривается ниже:

На вибрационный стенд крепится пластина, затем генератором частот задаётся частота колебаний. Происходящее далее описать несложно – частицы сахара собираются в областях с наименьшей амплитудой. Этот интерферентный узор, названный фигурами Хладни (в честь учёного – Эрнста Хладни), образуется при «встрече» звуковых волн, исходящих из разных точек. Волны при этом могут исходить непосредственно от источника (в данном случае – генератора) или являться отражением первичных волн.

Таким образом, подобный эффект является результатом наложения друг на друга сжатых или разреженных воздушных участков. Как уже известно, в момент образования звучания распространяющиеся сгустки воздуха (волны) чередуются друг с другом с различной частотой.

Хорошо заметно следующая взаимосвязь: чем выше звук, тем мельче узоры рисунка. Меняется частота звука, меняется и форма фигур. В данном случае наглядность опыта зависела не только от источника звука (расположение источника относительно поверхности с сахаром), или от того, как сам ультразвук направлен на пластину, но и от поверхности на которой рассыпан сахар.

Здесь тип поверхности – тонкая пластина – позволяет ультразвуку максимально эффективно действовать на эту поверхность. В результате стол с пластиной интенсивно подвергается волновому колебанию, и, соответственно, подвергает аналогичным процессам частицы сахара. Думается, что если поставить колонку на пол и рядом рассыпать сахар – эффект будет не таким ярким.

Но в любом случае, – звук, как волновое колебание, однозначно и эффективно действует на любой живой организм, в т.ч. и на человеческий. В свете вышерассмотренного следует осторожнее относиться к выбору музыки для прослушивания. Очень важно всегда сознательно и целенаправленно определять параметры её звучания, такие как громкость, продолжительность, насыщенность низкими частотами и т.п.

Что такое свет с точки зрения физики?

На протяжении всей жизни нас окружают удивительные вещи, предметы, места. Мы видим их, но вовсе не потому, что они существуют, а благодаря свету.

Если бы не свет, то у живых существ не было бы зрения как инструмента, и нам пришлось бы довольствоваться другими органами чувств. Как кроты, проживающие под землей, довольствуются слухом. Что же представляет собой свет? Что это за понятие с точки зрения физики и какое значение он имеет для жизни на Земле?

Что такое свет?

Тайну света люди пытались раскрыть в течение многих столетий, однако приблизиться к разгадке удалось только в XVIII веке. Сначала датский физик Ганс Эрстеда выяснил, что электроток способен оказывать влияние на стрелку в магнитном компасе, а затем британский математик Джеймс Максвелл сумел доказать, что магнитные и электрические поля существуют в виде волн, распространяющихся со скоростью света.

Из этого ученые дали определение света как формы электромагнитного излучения, которое воспринимается глазом человека.

Какова природа света?

Установить природу света помогают оптические явления, изучением которых занимается оптика. Эта наука стала одним из первых разделов физики, установившим двойственную природу света. Согласно корпускулярной теории, свет – это поток частиц, называемых фотонами и квантами.

По волновой теории, свет являет собой совокупность электромагнитных волн, при этом возникающие в природе оптические эффекты становятся результатом сложения данных волн. Что интересно, и теория о потоках частиц, и теория о волнах имеют право на жизнь.

Какие характеристики имеет свет?

Как и любое природное явление, свет обладает множеством уникальных характеристик, среди которых одной из важнейших является цвет. Электромагнитное излучение, воспринимаемое нашим глазом, различается по диапазону длин и частоте волны, что, в свою очередь, влияет на световой спектральный состав. К примеру, фиолетовый цвет видится при длине волн 380–440 нм и частоте 790–680 ТГц, а желтый – при показателях 565–590 нм и 530–510 ТГц.

Помимо цвета, свет обладает способностью перемещаться в пространстве, преломляться и отражаться. Преломление света представляет собой изменение направления электромагнитных волн. В нашей обыденной жизни такое явление встречается повсеместно. Например, если посмотреть на стакан чая, в котором находится ложка, можно заметить, что на границе воздуха и жидкости она будто «преломлена».

Аналогично привычным явлением для нас является отражение света, позволяющее увидеть себя в водной глади, зеркале или на блестящих предметах. К другим характеристикам можно отнести способность света к поляризации и изменению интенсивности.

Какова скорость света?

Скорость света рассчитывается в двух субстанциях – в вакууме и прозрачной среде. В первом случае ее показатели неизменны. В космическом пространстве скорость света является фундаментальной постоянной единицей и составляет 299 792 458 метров в секунду.

Считается, что помимо света, с аналогичной скоростью в природе распространяются электромагнитные излучения (например, рентгеновские лучи или радиоволны) и, возможно, гравитационные волны. Скорость света, находящегося в прозрачной среде, может меняться в зависимости от фазы колебательных движений.

В связи с этим различают фазовую скорость, которая обычно (но необязательно) меньше скорости в вакууме, и групповую – всегда меньше скорости в вакууме.

Как свет воспринимается глазом?

Как говорилось выше, способность человека видеть окружающие предметы существует только благодаря свету. При этом мы не смогли бы воспринимать электромагнитные излучения, если бы в наших глазах не было специальных рецепторов, которые реагируют на данное излучение. Глазная сетчатка человека состоит из двух типов клеток – палочек и колбочек. Первые высоко чувствительны к освещению, поэтому могут работать только при низкой освещенности, то есть отвечают за ночное зрение. При этом они демонстрируют мир исключительно в черно-белых цветах.

Колбочки обладают пониженной чувствительностью к свету и обеспечивают дневное зрение, позволяющее видеть цветное изображение. Спектральный состав света хорошо воспринимается благодаря тому, что в наших глазах существуют 3 вида колбочек, которые различаются между собой распределением чувствительности.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

ВЗГЛЯД НА ЗРЕНИЕ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ (ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ)

Сохранить хорошее зрение в информационную эпоху – задача непростая. В современном мире вряд ли найдется много людей, жизнь и работа которых не связана с компьютерными технологиями. Компьютеры, при всем их удобстве и необходимости, способствуют тому, что кабинеты офтальмологов переполнены пациентами со схожими симптомами: сухость и жжение в глазах, жалобы на двоение изображения, снижение остроты зрения и т.д. Поэтому я решил исследовать этот вопрос.

Почему болят глаза?

Любители поваляться на диване ведут гораздо активнее жизнь, чем нам кажется.

Они на самом деле тренируют один из самых активных мышц нашего организма.

1.Шесть мышц, прикреплённых к внешней поверхности глазного яблока, позволяют ему поворачиваться во всех направлениях. Эти мышцы должны координировать движения глаз так, чтобы они оба смотрели одновременно в одном направлении.

2.Круговая и радиальная мышца охватывают зрачок, определяя количество света, падающего на сетчатку. Круговая мышца сужает, а радиальная расширяет зрачок.

3.Цилиарная мышца (специальная мышца в реснитчатом теле) прикрепляется к хрусталику при помощи отростка. При её сокращении или расслаблении изменяется форма хрусталика, а с ней и фокус (чтобы на сетчатку наших глаз всегда падало чёткое изображение предметов).

Что происходит с глазами, когда мы спим?

Во время сна мышцы расслабляются и глаза закатываются вверх – это называется » Феноменом Белла «. Естественно, во время сна с быстрым движением глаз они бегают из стороны в стороны.

Почему после удара головой из глаз сыплются искры? Возможно, феномен искры из глаз, нарушение зрения, возникающее в результате внезапного ускорения или замедления глазного яблока.

При внезапном приложении силы к стекловидному телу оно давит на сетчатку, заставляя её слегка морщиться. Подобная механическая деформация не воспринимает как боль, так как в этой области нет болевых рецепторов. Однако происходит изменение электрического заряда или электрической активности зрительных рецепторов – клеток, которых находятся в сетчатке и воспринимают свет, поступающий из внешней среды.

Цель работы: узнать какие причины и факторы способствуют ухудшению зрения и можно ли сохранить или приостановить ухудшение зрения.

Объектом исследований: учащиеся ИвПК 3 Ф.

Задачи исследования:

1) познакомиться с литературными источниками;

2) провести анкетирование;

3) провести сравнительный анализ.

Методы исследования:

1.Теоретические методы: знакомство с литературными источниками, анализ литературных источников; моделирование.

2.Эмпирические методы: проводились наблюдения за учащимися, анкетирование, сравнение.

3. Математические методы: таблицы, графики, диаграммы.

Глава 1. Обзор литературы

1.1.Строение глаз

Глазное яблоко представляет собой сферу диаметром около 25 мм, состоящую из трёх оболочек. Наружная, фиброзная оболочка, состоит из непрозрачной склеры толщиной около 1мм, которая спереди переходит в роговицу.

Снаружи склера покрыта тонкой прозрачной слизистой оболочкой — конъюнктивой. Средняя оболочка называется сосудистой. Из её названия понятно, что она содержит массу сосудов, питающих глазное яблоко. Она образует, в частности, цилиарное тело и радужку. Внутренней оболочкой глаза является сетчатка. Глаз имеет также придаточный аппарат, в частности, веки и слёзные органы. Движениями глаз управляют шесть мышц — четыре прямые и две косые.По своему строению и функциям глаз можно сравнить с оптической системой, например, фотоаппарата. Изображение на сетчатке (аналог фотоплёнки) образуется в результате преломления световых лучей в системе линз, находящихся в глазу (роговица и хрусталик) (аналог объектива). Рассмотрим, как это происходит подробнее.

Свет, попадая в глаз, сначала проходит через роговицу — прозрачную линзу, имеющую куполообразную форму. Выйдя из роговицы, свет попадает в заполненную жидкостью так называемую переднюю камеру глаза — пространство между внутренней поверхностью роговицы и радужкой.

1.2. Цвет глаз

Цвет глаз — характеристика, определяемая пигментацией радужной оболочки.Радужная оболочка состоит из переднего — мезодермального, и заднего — эктодермального слоёв. Передний слой состоит из наружного пограничного отдела истромы. В нём распределены хроматофоры, содержащие меланин. От характера распределения пигментов в этом слое и зависит цвет глаза. В заднем слое содержится много заполненных фусцином пигментных клеток. Независимо от цвета глаз, задний слой имеет тёмный цвет, исключение составляют только альбиносы. Кроме этого, роль играют сосуды и волокна радужной оболочки.

Синий цвет получается в связи с малой плотностью волокон внешнего слоя радужки и малым содержанием меланина. В этом случае низкочастотный свет поглощается задним слоем, а высокочастотный отражается от него, поэтому глаза получаются синие. Чем меньше плотность волокон внешнего слоя, тем насыщеннее синий цвет глаз.

Голубой цвет получается, если волокна внешнего слоя радужки более плотные, чем в случае с синими глазами, и имеют белесый или сероватый цвет. Чем больше плотность волокон, тем светлее цвет.

Голубые и синие глаза наиболее распространены среди населения северной Европы. К примеру, в Эстонии такой цвет глаз имели до 99 % населения, а в Германии 75 %. Только учитывая современные реалии, данный расклад сохранится недолго, ведь в Европу стремятся переехать все больше и больше жителей из азиатских и африканских стран. Существует мнение, будто все дети рождаются голубоглазыми, а потом цвет меняется. Это неверное мнение. На самом деле многие младенцы действительно рождаются светлоглазыми, а впоследствии по мере активной выработки меланина их глаза становятся темнее и окончательный цвет глаз устанавливается к двум-трем годам.

3)Серый глаз (стальной оттенок)

Получается подобно голубому, только при этом плотность волокон внешнего слоя ещё выше и их оттенок ближе к серому. Если же плотность волокон не так велика, то цвет глаз будет серо-голубой. К тому же наличие меланина или других веществ даёт небольшую жёлтую или коричневатую примесь.

Данный цвет глаз, чаще всего приписывается ведьмам и колдуньям, а посему к зеленоглазым девушкам иногда относятся с подозрением. Только зеленые глаза получены не благодаря колдовским дарованиям, а в связи с небольшим количеством меланина.У зеленоглазых девушек во внешнем слое радужки распределён жёлтый или светло-коричневый пигмент. А в результате рассеяния синим или голубым цветом получается зелёный. Окраска радужной оболочки обычно неравномерная, существует большое количество разнообразных оттенков зеленого.Чисто зелёный цвет глаз встречается крайне редко, не более двух процентов людей могут похвастаться зелеными глазками. Их можно встретить у людей в Северной и Центральной Европе, а иногда и в Южной Европе. У женщин зеленые глаза встречаются гораздо чаще, чем у мужчин, что и сыграло определенную роль в приписывании этого цвета глаз колдуньям.

Янтарные глаза имеют монотонную светло-коричневую окраску, иногда в них присутствует желтовато-зелёный или красноватый оттенок. Их цвет также может быть близок к болотному или золотистому, что обусловлено наличием пигмента липофусцина.Болотный цвет глаз (он же ореховый или пивной) является смешанным цветом. В зависимости от освещения, он может казаться золотистым, коричнево-зелёным, коричневым, светло-коричневым с жёлто-зелёным оттенком.

Карий цвет глаз получается в результате того, что внешний слой радужки содержит много меланина, поэтому на нём происходит поглощение как высокочастотного, так и низкочастотного света, а отражённый свет в сумме даёт коричневый. Чем больше меланина, тем темнее и насыщеннее цвет глаз.

Карий цвет глаз является самым распространенным в мире. А в нашей жизни так – чего много – меньше ценится, поэтому кареглазые девушки порой завидуют тем, кому природа подарила зеленые или голубые глазки. Только не торопитесь обижаться на природу, карие глаза – одни из самых приспособленных к солнцу!

Черный цвет глаз по своей сути является темно-коричневым, но концентрация меланина в радужной оболочке настолько велика, что падающий на неё свет практически полностью поглощается.

Да бывают и такие глаза и не только в кино у вампиров ивурдалаков, но и в реальности! Красный или розоватый цвет глаз встречается только у альбиносов. Такой цвет связан с отсутствием в радужной оболочке меланина, поэтому цвет формируется на основе крови, циркулирующей в сосудах радужной оболочки. В некоторых редких случаях красный цвет крови, смешиваясь с синим, дает легкий фиолетовый оттенок.

9)Глаза разного цвета

Данное явление носит название гетерохрония, что в переводе с греческого обозначает «разный цвет». Причина такой особенности в разном количестве меланина в радужных оболочках глаза. Бывает полная гетерохрония – когда один глаз одного цвета, второй – иного, и частичная – когда части радужки одного глаза разных цветов.

Может ли цвет глаз меняться в течение жизни?В пределах одной цветовой группы цвет может меняться в зависимости от освещения, одежды, макияжа, даже настроения. А вообще с возрастом глаза у большинства людей светлеют, теряя первоначальный яркий цвет.

1.3. Аккомодация и ее дефекты

Способность глаза приспосабливать фокусное расстояние хрусталика к расстоянию до наблюдаемого предмета называется аккомодацией.

Если предмет приближается к глазу, то у хрусталика увеличивается кривизна; чем ближе предмет, тем больше оптическая сила глаза, ее изменения происходят приблизительно в пределах 60-70 дитр.У взрослого здорового человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы, находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.Для рассматривания еще более близких предметов приходится уже напрягать аккомодационный аппарат. Наиболее близкое расположение предмета от глаза, при котором еще возможно четкое изображение на сетчатке называют ближней точкой глаза (ближняя точка ясного видения). Расстояние до ближней точки глаза с возрастом увеличивается, следовательно, аккомодация — уменьшается.

Размер изображения на сетчатке зависит не только от размера предмета, но и от его удаления от глаза, то есть от угла, под которым виден предмет.

В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения. За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зрения равен одной минуте. В нормальном глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой, такой глаз называют эмметропическим или аметропическим, если это условие не выполняется.

Наиболее распространенными видами аметропии являются близорукость (миопия) и дальнозоркость (гиперметропия). Близорукость — недостаток глаза, состоящий в том, что задний фокус при отсутствии аккомодации лежит впереди сетчатки; в случае дальнозоркости задний фокус при отсутствии аккомодации лежит позади сетчатки. Для коррекции близорукого глаза применяют рассеивающую линзу, дальнозоркого – собирательную.

1.4. Бинокулярное зрение

Бинокулярное зрение — это зрение двумя глазами с формированием единого объемного зрительного образа, получаемого в результате слияния изображений от обоих глаз в одно целое. Только бинокулярное зрение позволяет полноценно воспринимать окружающую действительность, определять расстояния между предметами (стереоскопическое зрение) . Зрение одним глазом — монокулярное — дает представление о высоте, ширине, форме предмета, но не позволяет судить о взаиморасположении предметов в пространстве. Полноценное бинокулярное зрение является обязательным условием для ряда профессий — водители, летчики, хирурги и т. д. Самым лучшим бинокулярным зрением обладаю многие хищники для лучшего определения направления за объект, зрачки глаз у них вертикальны. У большинства жертв зрачки горизонтальны и остаются параллельными горизонту при наклоне головы.

1.5. Цветное зрение и колориметрия

Количество различимых глазом цветов велико – около 10 млн., различающихся по трем указанным параметрам. Описание такого множества оттенков невозможно без их классификации и символического обозначения. Цветовая система, позволяющая дать наиболее точное численное описание

цвета, была создана на основе экспериментальных и теоретических работ многих ученых. Наука об измерении цвета –колориметрия, основанная на теории трехкомпонентного зрения и трехмерном цветовом пространстве.

В колориметрии принята трёхкомпонентная теория Цвета.

Цветные прямоугольники – участки покрытия, светящиеся под ударами электронов одним из основных цветов. Интенсивность свечения определяется характеристиками нужного цвета. Если один из основных цветов не воспроизводитсяна экране неправильная цветопередача.Примерно у 1% людей наблюдается отсутствие одного из зрительных пигментов в сетчатке, чаще всего — красного ( пигмент 630 нм ). Такие люди не воспринимают одним из основных цветов – это явление называется дальтонизмом.

1.6.Распространенные виды и симптомы глазных заболеваний

Болезни, связанные с повышенной чувствительностью взрослых и детей к отдельным веществам или внешним раздражителям. Это могут быть лекарственные аллергии, поллинозы (реакция на пыльцу растений), туберкулезно-аллергические и весенние конъюнктивиты.

Характерные признаки заболевания: отек и покраснение конъюнктивы, расширение фолликулов, слезотечение, зуд и слизистое отделяемое. В некоторых случаях может появиться сыпь, насморк, чихание и отдышка. А также ощущение песка и светобоязнь. Основное лечение – устранение аллергенов.

Это патология рефракции, связанная с разнобойным преломлением лучей, исходящих от предметов, из-за которого на сетчатке не проецируется их четкое изображение. Основные симптомы заболевания: нечеткое, размытое изображение, головные и лобные боли, быстрая зрительная утомляемость. Основное лечение: оптическая коррекция.

Нарушение рефракции, характеризующееся плохим зрением вдали из-за проецирования изображения перед сетчаткой. Симптомы: прищуривание, подношение предметов сильно близко к лицу, зрительная утомляемость. Лечение: оптическая коррекция, хирургическое или лазерное вмешательство.

4) Дальнозоркость (гиперметропия).

Нарушение рефракции, характеризующееся плохим зрением на близком расстоянии из-за проецирования изображения за сетчаткой глаза. Симптомы: затруднение чтения или выполнения работы, особенно ближе к вечеру, утомляемость глаз, тяжесть век и височные боли. У детей с врожденной дальнозоркостью может развиться амблиопия или косоглазие. Лечение: оптическая коррекция положительными линзами, гимнастика для глаз, хирургическое или лазерное вмешательство.

Заболевание, характеризующееся регулярным повышением внутриглазного давления. Симптомы: развивается незаметно, затем может появиться тяжесть в глазах, кратковременное затуманивание зрения, радужные колечки вокруг источников света. Потом наблюдается сужение полей и падение остроты зрения, боли в висках и надбровных дугах. Лечение: снижение внутриглазного давления, лазерное или хирургическое вмешательство.

6)Катаракта. Это помутнение хрусталика. Явный симптом: снижение остроты зрения. В запущенных случаях – вплоть до светоощущения. Чаще всего возникает у людей после 40 лет, но может быть и детской врожденной патологией. Развивается медленно, постепенно «окрашивая» хрусталик в голубовато-серый, затем белый или фарфоровый цвет. Основное лечение: капли, замена хрусталика.

Глава 2. Исследовательская часть

Для изучения данного вопроса было проведено анкетирование (см. в приложении 1) участие прошло 25 студентов 3 курса ИПК им.Д.А. Фурманова. В результате получилось следующие результаты.

Что такое жизнь с точки зрения физики?

С точки зрения физики, жизнь — это процесс постоянного накопления и рассеивания энергии с целью увеличения или уменьшения энтропии системы.

Например, если рассматривать вселенную как замкнутую систему (а мы на самом деле не знаем, замкнута она или нет), то всё идёт к тому, что в ходе использования ресурсов вселенной, человечество, или какие-либо другие разумные организмы, будут использовать энергию синтеза из лёгких элементов (термоядерный синтез) и энергию распада тяжёлых элементов (деление ядра) для поддержания своей жизни, что рано или поздно приведёт к истощению невообразимо огромных на данный момент запасов лёгких и тяжёлых элементов во вселенной. В итоге, это должно привести к ситуации, когда останутся лишь холодная материя и чёрные дыры. Забавно, что это произойдёт вне зависимости от того, будут ли в этом процессе участвовать разумные существа или нет. Рано или поздно, звёзды сами выжгут весь доступный водород, тяжёлые элементы сами распадутся, и вся материя рано или поздно попадёт в чёрные дыры.

Таким образом, с точки зрения физики, жизнь движется к такому состоянию окружающей среды, когда жизнь станет невозможной. Это можно было бы сравнить с процессом брожения, когда бактерии живя в замкнутой системе и потребляя ресурсы, доступные им в этой системе, постепенно загрязняют окружающую среду отходами своей жизнедеятельности до тех пор, пока жизнь для них в этой среде перестаёт быть возможной.

Жизнь с точки зрения физики

Знакомство с основными признаками живой материи. Жизнь как результат процесса игры при взаимодействии части системы со своим окружением. Анализ клеток, имеющих только один хромосомный набор. Особенности сходства между часовым механизмом и организмом.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ранее господствовала концепция витализма, согласно которой биологические явления принципиально непостижимы на основе физики и химии, так как существует некая «жизненная сила», или энтелехия, или биологическое поле, не подлежащие физическому истолкованию. В 20 веке великий физик Бор рассматривал проблему взаимоотношения биологии и физики на основе концепции дополнительности, частным случаем которой является принцип неопределенности квантовой механики. Бор считал дополнительными исследования живых организмов на атомно-молекулярном уровне и как целостных систем. Эти два вида исследований несовместимы. В то же время «ни один результат биологического исследования не может быть однозначно описан иначе как на основе понятий физики и химии». Жизнь следует рассматривать «. как основной постулат биологии, не поддающийся дальнейшему анализу», подобно кванту действия в атомной физике.

Таким образом, имеется дополнительность биологии, с одной стороны, и физики и химии — с другой. Эта концепция не виталистична, она не ставит каких-либо границ применению физики и химии в исследованиях живой природы. В конце жизни (1961, 1962 гг.) Бор изменил свои взгляды под влиянием успехов молекулярной биологии. Он отметил, что дополнительность в биологии имеет не принципиальный, а практический характер, определяемый чрезвычайной сложностью живого тела. Практическая дополнительность преодолима. Развитие молекулярной биологии привело к атомистическому истолкованию основных явлений жизни — таких как наследственность и изменчивость. В последние десятилетия успешно развивается и физическая теория целостных биологических систем, основанная на идеях синергетики.

Приведем некоторые определения жизни

Советский биофизик Михаил Владимирович Волькенштейн (1912-1992) предложил следующую формулировку понятия жизнь, учитывающую свежие достижения естествознания, а главное доказывающую, что советская наука не стоит на месте: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот».

Другой советский биофизик Генрих Романович Иваницкий (1936 г.р.) выделил главные «признаки живой материи:

1) живые организмы характеризуются упорядоченной иерархической структурой;

2) живые организмы являются открытыми системами и получают энергию из окружающей среды, используя её для поддержания своей высокой упорядоченности;

3) способность реагировать на внешнее воздействие (рецепция) — универсальное свойство всех живых систем;

4) способность запоминать информацию о предыдущих состояниях и адаптироваться к изменению внешних условий;

5) живые организмы изменяются и усложняются;

6) всё живое размножается;

7) живое способно к саморегуляции и регенерации повреждений;

8) живые объекты осуществляют обмен веществ с окружающей средой с целью размножения и экспансии;

9) живые объекты обладают направленной подвижностью;

10) живым объектам свойственна неравновесность состояния».

Таким образом, развернутое определение жизни, основанное на перечислении признаков, которые характерны для живых систем, следующее: «Жизнь — это единая система (биосфера), для которой характерна память, способность к направленной подвижности, самовоспроизведению, обмену веществ, регулируемому потоку энергии и размножению».

Также выделяют краткое определение жизни с точки зрения физики: «Жизнь — это результат процесса игры при взаимодействии части системы со своим окружением. В игре у этой части системы появилось свойство запоминать вероятности появления удач и неудач в предыдущих раундах, что дало ей шанс на существование в последующих раундах».

Мы видим, что, все известные сочинители вариантов определения понятия «жизнь» прямо или косвенно вальсируют на тесненьком пятачке, центр которого обозначил Фридрих Энгельс ещё в конце XIX века. Столкновения идут главным образом из-за уточнения смысла отдельных слов или добавления свойств, учитывающих достижения вновь созданных научных направлений.

Австрийский физик Эрвин Шрёдингер в 1945 году попытался дать ответ на вопрос: «Как могут физика и химия объяснить те явления в пространстве и времени, которые имеют место внутри живого организма.

Рассмотрим его работу «Что такое жизнь с точки зрения физики?»

Почему атомы так малы? А они ведь действительно очень малы. Каждый маленький кусочек вещества, к которому мы ежедневно прикасаемся, содержит их огромное количество. Предложено много примеров, чтобы довести этот факт до сознания широкой публики и самым выразительным из них был пример, приведенный лордом Кельвином. Представьте, что вы смогли пометить все молекулы в стакане воды, а после этого вылили содержимое стакана в океан и тщательно перемешали, чтобы меченые молекулы равномерно распределились по всем морям мира. Если вы затем зачерпнете стакан воды наугад, в любом месте океана, то обнаружите в нем около 100 помеченных вами молекул.

Действительные размеры атомов лежат приблизительно между 1/5000 и 1/2000 длины волны света. Это сравнение имеет особое значение, так как длина волны приблизительно соответствует величине самой маленькой частицы, которую еще можно различить под микроскопом.

Таким образом, мы видим, что такая частица содержит еще тысячи миллионов атомов.

Почему наше тело должно быть таким большим по сравнению с атомом?

Многие, страстно изучающие физику или химию, не раз жалели о том, что все наши органы чувств, составляющие более или менее существенную часть нашего тела и сами составленные из бесчисленного количества атомов, оказываются слишком грубыми, чтобы воспринимать удары отдельного атома. Мы не можем ни видеть, ни слышать, ни чувствовать отдельных атомов. Наши гипотезы об атомах далеко отстоят от непосредственного восприятия наших органов чувств, и эти гипотезы нельзя проверить прямым наблюдением.

Если бы дело обстояло не так, если бы человеческий организм был столь чувствителен, что несколько атомов или даже отдельный атом могли бы оказать заметное воздействие на наши органы чувств, — на что тогда была бы похожа наша жизнь! Такой организм был бы наверняка неспособен развить упорядоченную мысль, которая, пройдя сквозь длинный ряд более ранних стадий, наконец, произвела бы среди многих других идей и самую идею об атоме.

Таким образом, возникают следующие вопросы. Почему наш мозг и связанная с ним система органов чувств должны обязательно состоять из такого необъятно большого количества атомов, чтобы физиологически изменчивые состояния мозга могли находиться в тесном и близком соответствии с весьма развитой мыслью? По каким причинам это соответствие несовместимо с таким тонким и чувствительным строением всего механизма, которое позволило бы при взаимодействии с окружающей средой регистрировать воздействие единичного атома извне и реагировать на него?

То, что мы называем мыслью, само по себе есть нечто упорядоченное и приложимо только к аналогичному материалу, то есть к познанию или опыту, которые тоже имеют определенную степень упорядоченности.

Отсюда вытекают два следствия:

1) физическая организация, чтобы быть в тесном соответствии с мыслью (как, например, мой мозг с моей мыслью), должна быть очень хорошо упорядоченной организацией, а это значит, что события, происходящие в мозгу, должны подчиняться строгим физическим законам, по крайней мере с очень большой степенью точности;

2) физические впечатления, произведенные на эту физическую, хорошо организованную систему телами извне, соответствуют познанию и опыту соответствующих мыслей, образуя их материал, как я назвал его.

Следовательно, физические взаимодействия между нашей системой и другими должны, как правило, сами обладать известной степенью физической упорядоченности, или, иначе говоря, они должны подчиняться строгим физическим законам с определенной степенью точности.

Возникает еще один вопрос: «Почему же все, изложенное выше, не может быть выполнено в случае, если организм состоит только из сравнительно небольшого количества атомов и чувствителен к воздействиям одного или немногих атомов?»

Потому что мы знаем: все атомы находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, которое, так сказать, противостоит их упорядоченному поведению и не позволяет отнести к какому бы то ни было распознаваемому закону события, происходящие между малым числом атомов. Только при наличии огромного количества атомов статистические законы начинают действовать и контролировать поведение этих assemblees с точностью, возрастающей с увеличением числа атомов, вовлеченных в процесс. Именно так события приобретают действительно закономерные черты. Все физические и химические законы, которые, как известно, играют важную роль в жизни организмов, являются статистическими.

Любой другой вид закономерности и упорядоченности, который можно себе представить, постоянно нарушается и становится недейственным вследствие непрерывного теплового движения атомов.

Приведем несколько примеров иллюстрирующих сказанное выше.

Представьте себе сосуд, наполненный жидкостью, скажем водой, с небольшим количеством какого-нибудь красящего вещества, растворенного в ней, например перманганата калия, но не в равномерной концентрации, а так, где точки означают молекулы растворенного вещества и где концентрация уменьшается слева направо.

Если вы оставите эту систему в покое, то начнется весьма медленный процесс диффузии. Перманганат будет распространяться в направлении слева направо, то есть от места более высокой концентрации к месту более низкой концентрации, пока, наконец, не распределится равномерно по всему объему воды. В этом довольно простом и, очевидно, не особенно интересном процессе замечательно то, что он ни в какой степени не связан с какой-либо тенденцией или силой, которая, как это можно было бы подумать, влечет молекулы перманганата из области, где очень тесно, в область, где посвободней, подобно тому как, например, население страны переселяется в ту часть, где больше простора.

С нашими молекулами перманганата ничего подобного не происходит. Каждая из них ведет себя совершенно независимо от других молекул, с которыми она встречается весьма редко. Каждая из них как в области большей тесноты, так и в более свободной части испытывает одну и ту же судьбу. Ее непрерывно толкают молекулы воды, и, таким образом, она постепенно продвигается в совершенно непредсказуемом направлении: по прямой в сторону или более высокой или более низкой концентрации. Характер движений, которые она выполняет, часто сравнивают с движением человека, которому завязали глаза на большой площади и велели “пройтись”, но который не может придерживаться определенного направления, и таким образом, непрерывно изменяет линию своего движения.

Тот факт, что беспорядочное движение молекул перманганата все же должно вызывать регулярный ток в сторону меньшей концентрации и в конце концов привести к выравниванию концентраций, на первый взгляд кажется непонятным, но только на первый взгляд.

При тщательном рассмотрении тонких слоев почти постоянной концентрации можно представить себе, как молекулы перманганата, которые в данный момент содержатся в определенном слое, беспорядочно двигаясь, будут с равной вероятностью перемещаться и направо, и налево. Но именно вследствие этого поверхность раздела двух соседних слоев будет пересекаться большим количеством молекул, приходящих слева, а не в обратном направлении. Это произойдет просто потому, что слева больше беспорядочно движущихся молекул, чем справа, и до тех пор, пока это так, будет происходить регулярное перемещение слева направо, пока, наконец, не наступит равновесное распределение. Второй пример (пределы точности измерения). Легкое тело, подвешенное на длинной тонкой нити и находящееся в равновесии, часто используется физиками для измерения слабых сил, отклоняющих его от этого положения, то есть для измерения электрических, магнитных или гравитационных сил, прилагаемых так, чтобы повернуть его около вертикальной оси (для каждой конкретной цели, естественно, следует выбирать соответствующее легкое тело).

Продолжающиеся попытки повысить точность этого весьма часто используемого варианта “крутильных весов” столкнулись с любопытным пределом, который чрезвычайно интересен сам по себе. Выбирая все более и более легкие тела и более тонкую и длинную нить, чтобы сделать весы чувствительными ко все более слабым силам, достигают предела, когда подвешенное тело становится уже чувствительным к ударам теплового движения окружающих молекул и начинает исполнять непрерывный “танец” около своего равновесного положения — танец, весьма сходный с дрожанием капли, описанным во втором примере. Это поведение не определяет еще абсолютного предела точности измерений на подобных весах, однако оно все-таки указывает практически на предел измерений.

Не поддающийся контролю эффект теплового движения конкурирует с действием той силы, которую следует измерить, и лишает значения единичное наблюдаемое отклонение. Вы должны проделать свои измерения много раз, чтобы нейтрализовать эффект броуновского движения вашего инструмента.

Этот пример является особенно наглядным, ибо наши органы чувств в конце концов представляют собой тоже своего рода инструмент. Мы можем видеть, какими бесполезными они были, если бы стали слишком чувствительными.

Пусть некоторый газ при определенных давлении и температуре имеет определенную плотность, тогда я могу это выразить, сказав, что внутри данного объема (который по размеру подходит для эксперимента) при данных условиях имеется n молекул газа. Если в какой-то момент времени вы захотите проверить мое утверждение, то найдете его неточным: отклонение будет порядка v/n. Следовательно, если n =100, то отклонение составит приблизительно 10. Таким образом, относительная погрешность измерения равна 10%. Но если п = 1000 000, то, вероятно, отклонение будет равным примерно 1000, и относительная погрешность 0,1%. Грубо говоря, этот статистический закон является весьма общим. Законы физики и физической химии неточны в пределах вероятной относительной погрешности, имеющей порядок v/n, где n — количество молекул, участвующих в проявлении этого закона — в его осуществлении внутри той области пространства или времени (или и пространства и времени), которая подлежит рассмотрению.

Таким образом, мы снова видим, что организм должен представлять собой относительно большую структуру, состоящую из множества атомов, чтобы наслаждаться благоденствием вполне точных законов как в своей внутренней жизни, так и при взаимодействии с внешним миром. Если бы количество участвующих частиц было слишком мало, то “закон” оказался бы слишком неточным. Особенно важным требованием является закон квадратного корня, потому что хотя 1000 000 и достаточно большое число, однако точность 1 на 1000 не является чрезмерно хорошей, если существо дела претендует на то, чтобы быть “Законом Природы”.

2. Механизм наследственности

Итак, мы пришли к заключению, что организм со всеми протекающими в нем биологическими процессами должен иметь весьма “многоатомную” структуру; необходимо также, чтобы случайные “одноатомные” явления не играли в нем слишком большой роли. Существенно, чтобы в основе организма лежали достаточно точные физические законы, на основе которых он мог бы организовать свою исключительно регулярную и хорошо упорядоченную работу. В какой степени приложимы к реальным биологическим фактам эти выводы, сделанные a priori, то есть с чисто физической точки зрения?

Маленькие группы атомов, слишком малые, чтобы проявлять точные статистические законы, играют главенствующую роль в весьма упорядоченных и закономерных процессах внутри каждого организма. Они управляют видимыми признаками большого масштаба, которые организм приобретает в течение своего развития; они определяют важные особенности его функционирования, и во всем этом проявляются весьма отчетливые и строгие биологические законы.

Под “планом в четырех измерениях” биологи подразумевают не только структуру и функционирование организма во взрослом состоянии или на любой другой стадии развития, но и организм в его онтогенетическом развитии от оплодотворенной яйцеклетки до стадии зрелости, когда он начинает размножаться. Теперь известно, что этот план в четырех измерениях определяется структурой всего одной клетки, а именно структурой оплодотворенного яйца. Более того, мы знаем, что он в основном определяется структурой только одной небольшой части этой клетки, ее ядром. Такое ядро в обычном “покоящемся” состоянии клетки представляется как сетка хроматина, распределенного в виде пузырька внутри клетки. Но во время жизненно важных процессов клеточного деления (митоза или мейоза) видно, что ядро состоит из набора частиц, обычно имеющих форму нитей или палочек и называемых хромосомами, количество которых равно 8, или 12, или, как, например, у человека, 48.

Хотя отдельные хромосомы иногда отчетливо различимы и индивидуализированы по форме и размеру, однако эти два набора хромосом почти подобны друг другу. Как мы увидим, один набор приходит от матери (яйцеклетка) и один — от отца (оплодотворяющий сперматозоид). Именно эти хромосомы или, возможно, только осевая или скелетная нить того, что мы видим под микроскопом как хромосому, содержат в виде своего рода шифровального кода весь “план” будущего развития индивидуума и его функционирования в зрелом состоянии. Каждый полный набор хромосом содержит весь шифр, поэтому, как правило, имеются две копии последнего в оплодотворенной яйцеклетке, которая представляет самую раннюю стадию будущего индивидуума.

Рост организма осуществляется последовательными клеточными делениями. Такое клеточное деление, называемое митозом, не столь частое событие, как этого можно ожидать, учитывая огромное количество клеток, из которых состоит наш организм. Вначале рост идет быстро, яйцеклетка делится на две “дочерние”, которые затем дают поколение из четырех клеток, далее из 8, 16, 32, 64, . и т. д. Частота деления не одинакова во всех частях растущего организма, и это нарушает регулярность этих чисел. Но путем простого вычисления можно установить, что в среднем достаточно 50 или 60 последовательных делений, чтобы образовалось то количество клеток, которое имеет взрослый человек, или, скажем, в десять раз больше, если принять во внимание смену клеток в течение жизни.

Очень скоро после начала развития особи одна группа клеток резервируется для образования позднее так называемых гамет, то есть спермиев или яйцеклеток (зависит от пола особи), необходимых для размножения индивидуума в зрелости.

“Резервируются” — это значит, что они не служат другим целям и испытывают значительно меньше митотическпх делений. Происходящее в них необычное редукционное деление, называемое мейозом, является тем делением, которым завершается развитие гамет у зрелой особи. Это деление, как правило, происходит лишь незадолго до сингамии.

В мейозе двойной хромосомный набор родительской клетки просто делится на два единичных набора, каждый из которых идет в одну из двух дочерних клеток — гамет. Другими словами, в мейозе не происходит митотического удвоения количества хромосом, количество их остается постоянным, и, таким образом, каждая гамета получает только половину, то есть только одну полную копию шифровального кода, а не две.

Клетки, имеющие только один хромосомный набор, называются гаплоидными. Таким образом, гаметы гаплоидны, а обычные клетки тела диплоидны. Иногда также встречаются индивидуумы с тремя, четырьмя или, вообще с многими хромосомными наборами во всех клетках, и они тогда называются триплоидами, тетраплоидами, полиплоидами.

Важным и действительно определяющим судьбу событием в процессе воспроизведения индивидуума является не оплодотворение, а мейоз. Один набор хромосом приходит от отца, один — от матери. Никакая случайность не может помешать этому. Каждый человек получает ровно половину своей наследственности от матери и половину от отца.

Мы только что ввели термин ген для гипотетического материального носителя определенной наследственной особенности. Подчеркнем теперь два момента, которые будут иметь большое значение для нашего исследования. Первый — размер или, лучше сказать, максимальный размер этого носителя; другими словами, до сколь малого размера мы можем проследить локализацию наследственных потенций. Второй момент — устойчивость гена. Это предположение вытекает из постоянства “наследственного плана”.

Размер гена определен двумя совершенно независимыми способами. Один основан на генетических данных (эксперименты по скрещиванию), другой—на цитологических данных (прямое микроскопическое наблюдение). Первый способ принципиально достаточно прост. Установив расположение различных признаков (большого масштаба) внутри определенной хромосомы (скажем, у мушки Drosophila), мы, чтобы определить размер гена, должны только разделить длину этой хромосомы на количество признаков.

Другая оценка размера гена, хотя и основанная на микроскопическом наблюдении, в действительности является гораздо менее прямой. Определенные клетки Drosophila (именно клетки слюнных желез) иногда оказываются по каким-то причинам гигантски увеличенными; это касается и их хромосом. В них можно различить поперечные темные полоски, пересекающие нить. Дарлингтон подметил, что число этих полосок (2000 в рассматриваемом случае), хотя и заметно больше, но того же порядка, что и число генов, локализованных в той же хромосоме и определенных на основании экспериментов по скрещиванию. Он склонен рассматривать эти полоски как действительные гены (или границы между генами). Разделив длину хромосомы в нормального размера клетке на число полосок (2000), он определил объем гена равным кубу со стороной 300 А. Учитывая грубость расчетов, можно считать, что такой же размер имел ген, определенный первым методом.

Можно заметить, что 300 А — это только около 100 или 150 атомных расстояний в жидкости или твердом теле, так что ген, несомненно, содержит не более миллиона или нескольких миллионов атомов. Согласно статистической физике, а это значит, согласно физике вообще, такое число слишком мало, чтобы обусловить упорядоченное и закономерное поведение. Оно было бы слишком мало, даже если бы все эти атомы были совершенно одинаковыми, как в газе или в капле жидкости, а ген, несомненно, не является гомогенной каплей жидкости. Он, вероятно, представляет собой большую белковую молекулу, где каждый атом, каждый радикал, каждое гетероциклическое кольцо играет индивидуальную роль, более или менее отличную от роли любых сходных атомов, радикалов или гетероциклических колец.

Около 40 лет назад голландец де Фриз открыл, что в потомстве даже совершенно чистосортных линий появляется очень небольшое число особей — скажем, два или три на десятки тысяч — с небольшими, но скачкообразными изменениями. Выражение скачкообразные означает в этом случае не то, что изменения очень значительны, а только факт прерывистости, так как между неизмененными особями и немногими измененными нет промежуточных форм. Де Фриз назвал это мутацией. Здесь существенна именно прерывистость. Физику она напоминает квантовую теорию — там тоже не наблюдается промежуточных ступеней между двумя соседними энергетическими уровнями атома. Физик был бы склонен мутационную теорию де Фриза фигурально назвать квантовой теорией биологии. Своим происхождением мутации действительно обязаны “квантовым скачкам” в генной молекуле. Но квантовой теории было только два года от роду, когда де Фриз впервые опубликовал свое открытие (в 1902 г.). Не удивительно, что потребовалась жизнь целого поколения, чтобы установить тесную связь между ними!

Мутации наследуются так же хорошо, как первоначальные неизмененные признаки. С одной стороны, мутация определенно является изменением в наследственном багаже и обусловливается каким-то изменением наследственной субстанции. С другой стороны, благодаря свойству действительно передаваться потомкам, мутации служат также подходящим материалом и для естественного отбора, который может работать над ними и производить виды, как это описано Дарвином, элиминируя неприспособленных и сохраняя наиболее приспособленных.

Определенная мутация вызывается изменением в определенной области одной из хромосом. Важно констатировать, что это изменение происходит только в одной хромосоме и оно возникает одновременно в соответствующем локусе гомологичной хромосомы.

У мутантной особи две “копии шифровального кода” не одинаковы; они представляют два различных “толкования”, или две “версии”, во всяком случае в том месте, где произошла мутация. Версия, которой следует особь, называется доминантной, а противоположная — рецессивной; другими словами, мутация называется доминантной или рецессивной в зависимости от того, проявляет ли она свой эффект сразу или нет.

Рецессивные мутации более часты, чем доминантные, и бывают весьма важными, хотя они и не сразу обнаруживаются. Чтобы изменить свойства организма, они должны присутствовать в обеих хромосомах. Рецессивные мутации, пока они гетерозиготны, не служат, конечно, материалом для естественного отбора. Если мутации вредны, как это часто и бывает, они не отбрасываются, потому что скрыты.

Отсюда следует, что очень большое количество неблагоприятных мутаций может накапливаться и не причинять непосредственного вреда. Но они, конечно, передаются половине потомства, и это наблюдается как у человека, так и у животных, особенно домашних, хорошие физические качества которых имеют для нас большое значение. Никакой опасности вредных проявлений не возникнет до тех пор, пока такие индивидуумы не переженятся. Тогда, как показывает простой расчет, четвертая часть детей окажется гомозиготной и проявит вредную мутацию.

До сих пор мы обращали внимание на вредные мутации, которые, может быть, более многочисленны; однако следует отметить, что мы встречаемся и с полезными мутациями. Если самопроизвольная мутация представляет собой небольшую ступеньку в развитии вида, то создается впечатление, что это изменение “испытывается” вслепую, с риском, что оно может оказаться вредным и в этом случае будет автоматически элиминировано. Отсюда вытекает один очень важный вывод.

Чтобы быть подходящим материалом для работы естественного отбора, мутации должны быть достаточно редким событием, какими они в действительности и оказываются. Если бы мутации были настолько частыми, что существовала бы большая вероятность появлений у одной особи, скажем, дюжины различных мутаций, то вредные, как правило, преобладали бы над полезными, и виды, вместо того чтобы улучшаться путем отбора, оставались бы неулучшенными или погибали.

Частоту мутаций в потомстве — так называемый темп мутирования — можно увеличить во много раз по сравнению с естественным мутационным темпом, если подвергнуть родителей рентгеновскому или у-облучению. Мутации, вызванные таким путем, ничем (за исключением большей частоты) не отличаются от возникающих самопроизвольно, и создается впечатление, что каждая естественная мутация может быть также вызвана рентгеновскими лучами.

Таким образом, при помощи удивительно тонкого инструмента, каким являются рентгеновские лучи (они дали возможность, как помнит физик, 30 лет назад открыть структуру кристаллов), биологам и физикам удалось увидеть более тонкие структуры, ответственные за определенные индивидуальные признаки, то есть удалось определить размер генов более точно. Мы теперь серьезно стоим перед вопросом: как можно с точки зрения статистической физики примирить то, что генная структура, по-видимому, включает в себя только сравнительно малое число атомов (порядка 1000, а возможно, гораздо меньше) и все же проявляет весьма регулярную и закономерную активность и такое постоянство, какое граничит с чудом.

В данном случае ответ на этот вопрос дает квантовая теория. В свете современных знаний механизм наследственности тесно связан с самой основой квантовой теории и, даже более того, опирается на нее. Квантовая теория — дискретные состояния — квантовые переходы

Величайшее открытие квантовой теории — обнаружение дискретности в книге природы, в контексте которой, с прежней точки зрения, казалось нелепостью все, кроме непрерывности. В первую очередь это касается энергии. Тело большого масштаба изменяет свою энергию непрерывно. Например, начавший качаться маятник постепенно замедляет свое движение вследствие сопротивления воздуха. Хотя это довольно странно, но приходится принять, что система атомного порядка ведет себя иначе. Мы должны признать, что малая система в силу своей собственной природы может находиться в состояниях, различающихся только дискретными количествами энергии, которые называются ее энергетическими уровнями. Переход от одного состояния к другому представляет собой несколько таинственное явление, обычно называемое квантовым переходом.

Но энергия — не единственная характеристика системы. Возьмем снова наш маятник — тяжелый шар, который подвешен на шнуре и который может выполнять различные движения. Его можно заставить качаться с севера на юг, с востока на запад, или в любом другом направлении, или по кругу, или по эллипсу. Но если тихонько дуть на шар с помощью мехов, то можно заставить его постепенно переходить от одного вида движения к другому.

Система атомов может находиться в нескольких дискретных состояниях. При состоянии с наиболее низким энергетическим уровнем ядра могут сблизиться настолько, что образуется молекула. Следует подчеркнуть, что молекула обязательно будет иметь определенную устойчивость. Конфигурация ее не может изменяться по крайней мере до тех пор, пока она извне не получит такую энергию, которая необходима для “подъема” молекулы на более высокий энергетический уровень.

Чтобы поднять молекулу на ближайший более высокий уровень, необходимо снабдить ее определенным количеством энергии. Проще всего это сделать, если “нагреть” молекулу. Вы помещаете ее в условия более высокой температуры (тепловую баню), позволяя таким образом другим системам (атомам, молекулам) ударяться о нее.

Одна и та же группа атомов при образовании молекул может объединиться более чем одним способом. Такие молекулы называются изомерными. Чем больше молекула, тем больше возможных изомеров.

Нет ли, кроме молекул, других устойчивых структур, состоящих из атомов? Разве например, золотая монета захороненная несколько тысячелетий назад, не сохраняет изображения, вычеканенного на ней? Монета состоит из огромного количества атомов, но, конечно, мы не склонны в данном случае приписывать простое сохранение формы статистике больших чисел.

Это важное замечание применимо и к искусно сформированным кристаллическим агрегатам, которые встречаются в виде включений в горных породах, где они сохраняются без изменений в течение нескольких геологических периодов.

Молекулы твердого тела и кристалла по сути ничем друг от друга не отличаются. Но в отношении истинной структуры материи границы должны быть проведены совершенно иным образом. Основное различие лежит между двумя строчками следующей схемы “уравнений”:

Молекула = твердое тело = кристалл;

Газ == жидкость == аморфное тело.

Мы должны кратко пояснить эти утверждения. Так называемые аморфные твердые тела оказываются либо не истинно аморфными, либо не истинно твердыми. В “аморфных” волокнах древесного угля с помощью рентгеновских лучей обнаружены рудиментарные структуры кристаллов графита. Таким образом, древесный уголь оказывается твердым телом, но в то же время и кристаллом. Если в каком-то теле мы не находим кристаллической структуры, мы должны рассматривать его как жидкость с очень высокой вязкостью (внутренним трением). По отсутствию у такого вещества определенной температуры плавления и скрытой теплоты плавления легко обнаружить, что оно не является истинно твердым телом. При нагревании оно постепенно размягчается и без резкого перехода превращается в жидкость.

Мы будем рассматривать молекулу как твердое тело — кристалл. Основанием для этого служит то, что атомы, образующие молекулу, будет ли их много или мало, связаны силами точно такой же природы, как и многочисленные атомы, из которых построено истинно твердое тело — кристалл.

Таким образом, молекула, имеющая правильное периодическое расположение составляющих ее частиц, является кристаллом.

Как такая крошечная частичка вещества — ядро оплодотворенного яйца — может вместить сложный шифровальный код, включающий в себя все будущее развитие организма? Хорошо упорядоченная ассоциация атомов, наделенная достаточной устойчивостью для длительного сохранения своей упорядоченности, представляется единственно мыслимой материальной структурой, в которой разнообразие возможных (“изомерных”) комбинаций достаточно велико, чтобы заключать в себе сложную систему детерминации в пределах минимального пространства.

Жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время.

Для физика (и только для него) Шредингер поясняет свою точку зрения такими словами: живой организм представляется макроскопической системой, частично приближающейся в своих проявлениях к чисто механическому (по контрасту с термодинамическим) поведению, к которому стремятся все системы, когда температура приближается к абсолютному нулю и молекулярная неупорядоченность снимается.

Что является характерной особенностью жизни? Когда мы считаем материю живой? Тогда, когда она продолжает “делать что-либо”, двигаться, участвовать в обмене веществ с окружающей средой и т. д., — все это в течение более длительного отрезка времени, чем, по нашим ожиданиям, могла бы делать неодушевленная материя в подобных условиях. Если неживую систему изолировать или поместить в однородные условия, всякое движение обычно очень скоро прекращается в результате различного рода трения; разность электрических или химических потенциалов выравнивается, вещества, которые имеют тенденцию образовывать химические соединения, образуют их, температура выравнивается вследствие теплопроводности. Затем система в целом угасает, превращается в мертвую инертную массу материи. Достигается состояние, при котором не происходит никаких заметных событий. Физик называет это состояние термодинамическим равновесием, или состоянием максимальной энтропии. Практически такое состояние обычно достигается весьма быстро. Теоретически очень часто это состояние еще не истинное равновесие, еще не действительный максимум энтропии. Окончательное установление равновесия происходит очень медленно. Оно может потребовать нескольких часов, лет, столетий. Приведем пример, когда приближение к равновесию происходит все же достаточно быстро. Если стакан, наполненный чистой водой, и другой, наполненный подслащенной водой, поместить в герметически закрытый ящик при достоянной температуре, то сначала как будто ничего не происходит, возникает впечатление полного равновесия. Но через день становится заметным, как чистая вода вследствие более высокого давления ее паров постепенно испаряется и конденсируется на поверхности раствора сахара; последний переливается через край стакана. Только после того как чистая вода полностью испарится, сахар равномерно распределится по всему доступному ему объему.

Как же живой организм избегает перехода к равновесию? Ответ достаточно прост: благодаря тому, что он питается, дышит и (в случае растений) ассимилирует. Для всего этого есть специальный термин — метаболизм

5.1 Сходство между часовым механизмом и организмом

живой материя клетка хромосомный

Все известное нам о структуре живой материи заставляет ожидать, что деятельность живого организма нельзя свести к проявлению обычных законов физики. И не потому, что имеется какая-нибудь “новая сила” или что-либо еще, управляющее поведением отдельных атомов внутри живого организма, а потому, что его структура отличается от всего изученного нами до сих пор в физической лаборатории.

Развертывание событий в жизненном цикле организма обнаруживает удивительную регулярность и упорядоченность, не имеющих себе равных среди всего, с чем мы встречаемся в неодушевленных предметах. Организм контролируется в высшей степени хорошо упорядоченной группой атомов, которая составляет только очень незначительную часть общей массы каждой клетки. Более того, на основании создавшейся у нас точки зрения на механизм мутаций мы приходим к заключению, что перемещение всего лишь немногих атомов внутри группы “управляющих атомов” зародышевой клетки достаточно для того, чтобы вызвать весьма определенное изменение наследственных признаков большого масштаба.

Удивительная способность организма концентрировать на себе “поток порядка”, избегая таким образом перехода к атомному хаосу, — способность “пить упорядоченность” из подходящей среды, по-видимому, связана с присутствием “апериодических твердых тел” — хромосомных молекул. Последние, без сомнения, представляют наивысшую степень упорядоченности среди известных нам ассоциаций атомов (более высокую, чем у обычных периодических кристаллов) из-за той индивидуальной роли каждого атома и каждого радикала, которую они здесь играют.

Упорядоченность, наблюдаемая в развертывании жизненных процессов, проистекает из различных источников. Оказывается, существуют два различных “механизма”, которые могут производить упорядоченные явления: статистический механизм, создающий “порядок из беспорядка” и новый механизм, производящий “порядок из порядка”.

Ключ к пониманию жизни заключается в том, что она имеет чисто механический характер и основана на принципе “часового механизма” в том смысле, который придает этому выражению Планк.

Давайте тщательно проанализируем движение реальных часов. Это не чисто механический феномен. Чисто механические часы не нуждались бы ни в пружине, ни в заводе. Раз пущенные в ход, они двигались бы бесконечно. Реальные часы без пружины останавливаются после нескольких движений маятника, его механическая энергия превращается в тепло. А это бесконечно сложный, атомистический процесс. Общее представление о нем, которое складывается у физика, вынуждает признать, что обратный процесс также вполне возможен: часы без пружины могут неожиданно начать двигаться вследствие затраты тепловой энергии своих собственных зубчатых колес и окружающей среды. В этом случае физик должен был бы сказать: часы испытывают исключительно интенсивный пароксизм броуновского движения.

Будем ли мы относить движение часов к динамическому или статистическому типу закономерных явлений (употребляя выражения Планка), зависит от нашей точки зрения. Называя это движение динамическим, мы обращаем внимание на его регулярность, которая может быть обеспечена сравнительно слабой пружиной, преодолевающей незначительные нарушения теплового движения, которыми мы можем пренебречь. Но если мы вспомним, что без пружины часы вследствие трения постепенно остановятся, то поймем, что этот процесс может быть истолкован только как статистическое явление.

Каким бы практически незначительным ни было трение и нагревание в часах, все же не может быть сомнения, что вторая точка зрения, которая не пренебрегает ими, более основательна, даже если мы имеем дело с регулярным движением часов, приводимых в движение пружиной

Тем не менее остается фактом, что “реальные часовые механизмы” ясно проявляют весьма выраженные черты “порядка из порядка”, то есть такие, которые взволновали бы физика, если бы он столкнулся с ними в организме. Кажется вероятным, что оба случая в конце концов имеют нечто общее. Остается рассмотреть, в чем заключается это общее и одновременно поразительное различие, которое делает организм в конечном счете беспрецедентным.

Когда же физическая система — любой вид ассоциации атомов — следует “динамическому закону” (в том значении, которое придавал ему Планк) или обнаруживает “черты часового механизма”? На этот вопрос квантовая теория дает краткий ответ: при температуре абсолютного нуля. При приближении к этой температуре молекулярная неупорядоченность перестает влиять на физические явления.

Таким образом, мы можем выделить сходство между часовым механизмом и организмом. Оно просто и исключительно сводится к тому, что в основе последнего лежит твердое тело — апериодический кристалл, образующий наследственное вещество, не подверженное воздействию беспорядочного теплового движения.

Итак, обобщим все вышесказанное и сделаем выводы.

Мы увидели, что понятие жизнь охватывает множество явлений, имеющих очень различные степени сложности.

В своем нашумевшем труде «Что такое жизнь с точки зрения физика?» Эрвин Шредингер написал: «Жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время».

По Э.Шредингеру: « живой организм представляется макроскопической системой, частично приближающейся в своих проявлениях к чисто механическому (по контрасту с термодинамическим) поведению, к которому стремятся все системы, когда температура приближается к абсолютному нулю и молекулярная неупорядоченность снимается.»

По его словам, организм есть апериодический кристалл, т.е. высокоупорядоченная система, подобная твердому телу, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов. Это утверждение справедливо для строения организмов, клеток и биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты).

Сегодня имеются все основания утверждать, что современная физика не встречается с границами своей применимости к рассмотрению биологических явлений. Трудно думать, что такие границы обнаружатся в будущем. Напротив, развитие биофизики как части современной физики свидетельствует о ее неограниченных возможностях. Приходится, конечно, вводить новые физические представления, но не новые принципы и законы.

Список использованных источников

живой материя клетка хромосомный

1. Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физики.- М.: Атомиздат, 1972.- 88 с

2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. М. ЮНИТИ, 1997, 520с

3. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания. М.: Высшая школа., 1998, 592с.

4. М.В.Волькенштейн «Биофизика», М., Наука, 1988.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Принципы неклассической физики. Современные представления о материи, пространстве и времени. Основные идеи и принципы квантовой физики. Современные представления об элементарных частицах. Структура микромира. Фундаментальные физические взаимодействия.

реферат [52,2 K], добавлен 30.10.2007

Рассмотрение истории развития и предметов исследования нанотехнологии, биофизики (физические аспекты существования живой природы), космической биологии, астробиологии (иные формы жизни в космосе) и геофизики (строение Земли с точки зрения физики).

реферат [258,4 K], добавлен 30.03.2010

Развитие физики. Материя и движение. Отражение объективной реальности в физических теориях. Цель физики — содействовать покорению природы человеком и в связи с этим раскрывать истинное строение материи и законы её движения.

реферат [34,2 K], добавлен 26.04.2007

Анализ всеобщего свойства движения веществ и материи. Способы определения квазиклассического магнитного момента электрона. Сущность, особенности и доказательство теории WAZA, ее вклад в развитие физики и естествознания. Парадоксы в теории П. Дирака.

доклад [137,8 K], добавлен 02.03.2010

Особенности и направления негативного воздействия курения на человеческий организм, на его отдельные органы и системы. Физическое обоснование процессов, происходящих внутри и вокруг курильщика. Основные рекомендации курящим, снижающие риски для здоровья.

реферат [779,1 K], добавлен 22.12.2014

Фазовое пространство и фазовая плотность вероятности. Первое начало термодинамики с точки зрения статистической физики. Статистическое определение энтропии. Статистическое обоснование третьего начала термодинамики. Теорема о равнораспределении.

контрольная работа [228,5 K], добавлен 06.02.2016

Общая характеристика законов динамики, решение задач. Знакомство с основными видами сил. Особенности дифференциальных уравнений движения точки. Анализ способов решения системы трех дифференциальных уравнений второго порядка, рассмотрение этапов.

презентация [317,7 K], добавлен 28.09.2013

Сущность физики как науки о формах движения материи и их взаимных превращениях. Теснейшая связь физики с другими отраслями естествознания, ее методы исследований. Основные величины, используемые в механике, молекулярной физике, термодинамике и оптике.

лекция [339,3 K], добавлен 28.06.2013

Основные представители физики. Основные физические законы и концепции. Концепции классического естествознания. Атомистическая концепция строения материи. Формирование механической картины мира. Влияние физики на медицину.

реферат [18,6 K], добавлен 27.05.2003

Метод совпадений и антисовпадений как один из экспериментальных методов ядерной физики и физики элементарных частиц. Регистрация частиц и квантов с заданной между ними корреляцией в пространстве и во времени. Способы повышения временного разрешения.

контрольная работа [295,2 K], добавлен 15.01.2014