Ставший теперь классическим пример диссипативной структуры в физической химии известен как нестабильность Бенарда. Такая структура возникает, когда слои легкоподвижной жидкой среды подогреваются снизу. При достаточно высоких температурных градиентах тепло передается через эту среду как обычно, и большое число молекул в жидкости образуют специфические геометрические формы, напоминающие живые клетки.
В 1947 году Пригожин сформулировал и доказал теорему термодинамики неравновесных процессов, которая гласит: «В стационарном состоянии производство энтропии внутри термодинамической системы при неизменных внешних параметрах является минимальным и постоянным. Если система не находится в стационарном состоянии, то оно будет изменяться до тех пор, пока скорость производства энтропии, или, иначе, диссипативная функция системы не примет наименьшего значения». Когда я говорю о Пригожине, то для меня это, прежде всего, человек, который вскрыл физику рождения сложности в поэтапной эволюции живой материи.
В 1977 г. Илье Романовичу была присуждена Нобелевская премия по химии «за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур». «Исследования Пригожина в области термодинамики необратимых процессов коренным образом преобразовали и оживили эту науку», – сказал Стиг Классон в своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук. Эта работа открыла для термодинамики «новые связи и создала теории, устраняющие разрывы между химическим, биологическим и социальным полями научных исследований». Исследования Ильи Романовича Пригожина отличают также элегантность и прозрачность, поэтому ученого заслуженно называют «поэтом термодинамики». Илья Романович был одним из тех редких людей, которые могли увидеть непростые вещи в простых вещах.
Хочу отметить, что это отличительная особенность всех великих ученых – видеть необычное в обычном! Так вот, Илья Романович был наделен такой способностью поистине до невероятной степени. В 1982 году Пригожин становится иностранным членом Академии наук СССР. Его работы многократно переводились на русский язык. К его работам обращаются многие ученые, не только физики и химики, но и биологи, палеонтологи и математики, историки, филологи. В 1989 году король Бельгии пожаловал Пригожину титул виконта.
В данной книге влияние этого гиганта будет прослеживаться красной нитью во многих главах, а принцип самообновления вообще может быть полностью описан инструментами нелинейной термодинамики от бифуркации до теоремы о минимуме производства энтропии, которые сформировал, ввёл в практику и математически доказал И.Р. Пригожин.
Доброборский Борис Самуилович
27.08.1945
«Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ».
Борис Самуилович Доброборский – учёный с очень разносторонней практикой, о которой ещё будет сказано ниже. Когда я впервые прочитал его «Теоретическую биологию», основанную на одноименном труде Бауэра, мир теоретической физики и мир биологии через его «теорию биоритмов» для меня слились воедино. И это был, конечно, ментальный прорыв, позволивший впоследствии найти новые, более всеобъемлющие (конвергентные) подходы к описанию биологических процессов, используя математические инструменты физиков-теоретиков. Он чётко указал на агента, который соединяет неразрывно мир физических теорий с миром биологических процессов. Этот могучий агент всего лишь всем известная молекула АТФ, но гениальное описание Доброборским процесса осуществления биоритмов, полностью завязанном на синтезе и распаде АТФ, позволило мне осознать, что на самом деле не существует в науке никакого барьера между физикой, математикой и биологией! В мире все едино и целостно, а разделение существует лишь в наших умах!
Борис Самуилович Доброборский родился в Санкт-Петербурге. В 1967 году окончил Ленинградский Горный институт по специальности радиоэлектроника, получив квалификацию радиоинженера. Доцент кафедры наземных транспортно-технологических машин автомобильно-дорожного факультета Санкт-Петербургского Государственного архитектурно-строительного университета. Академик Международной академии наук экологии и безопасности человека и природы. Автор нескольких изобретений и полезных моделей (виброгасящее устройство и др).
Борис Самуилович наш современник. Уникум этого ученого состоит в том, что, будучи инженером с техническим образованием, он является большим полиглотом, и проявляет живой интерес к изучению неравновесной термодинамики или термодинамике необратимых процессов. Его книга «Введение в теоретическую биологию», является современным развитием теорий Э.Бауэра и И.Пригожина.
Доброборский описал существование живой материи как периоды синтеза и распада АТФ. Логическим продолжением главного закона биологии, сформулированного Эрвином Бауэром, является закон Доброборского, который гласит: «устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ». Из этого закона Борис Самуилович выделил два основных следствия:
– В живых организмах ни один процесс не может происходить непрерывно, а должен чередоваться с противоположно направленным: вдох с выдохом, работа с отдыхом, бодрствование со сном, синтез с расщеплением.
– Состояние живого организма никогда не бывает статическим, а все его физиологические и энергетические параметры всегда находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно средних значений, как по частоте, так и по амплитуде.
Этими колебаниями ученый объяснил природу биоритмов, с помощью которых живые организмы обеспечивают устойчивость своего неравновесного термодинамического состояния, то есть биоритмы являются способом существования всех живых организмов.
Одной из важнейших вех научной деятельности Доброборского явилась его работа над теорией фенотипической адаптации, согласно которой все процессы адаптации условно могут быть разделены на два вида:
1. Оперативную фенотипическую адаптацию, в результате которой организм путем соответствующих оперативных физиологических реакций непрерывно реагирует на все кратковременные факторы, влияющие на его жизнедеятельность, не меняя при этом значения показателей его функциональных систем.
2. Устойчивую фенотипическую адаптацию, в результате которой при длительных воздействиях на организм факторов окружающей среды произошли такие изменения значений его функциональных систем, что организм стал более приспособлен к этим факторам.
Моя теория централизованной аэробно-анаэробной компенсации энергетического баланса (ЦААКЭБ), которая является фундаментом учения о термодинамических сферах и теориях регенерации, старения и критической адаптации изложенных в этой книге, фактически является усовершенствованной теорией фенотипической адаптации.
Подход Доброборского к решению ряда проблем теоретической биологии с позиций неравновесной термодинамики позволил в определенной степени объяснить сущность целого ряда закономерностей и явлений, ранее не имевших удовлетворительных объяснений.
