E = mc2. Но сколько информации будет циркулировать по этому алгоритму? Да сколько угодно! Самое интересное, что сколько бы мы не накачивали информацией такой алгоритм, то всегда нам будет помогать понимание того, что за идею он собой представляет.
Так вот, в математическом моделировании биологических систем самое важное – это найти общий (надорганизменный) алгоритм протекания потоков информации. Вот что самое важное! Но как нащупать эти алгоритмы?
Ответ пришел от Путилова! Когда я натолкнулся на его формулировку нулевого начала термодинамики, я понял, что это и есть тот основополагающий физический принцип, который позволяет при его применении к моделированию биологических систем выявлять уже сами биологические алгоритмы. Этот принцип стоит над биологией и проявляется в биологии.
Путилов Константин Анатольевич – крупный советский физик, методист, опытнейший педагог, выдающийся специалист в области молекулярной физики и термодинамики, доктор физико-математических наук, профессор, родился 29 апреля 1900 г. в г. Мехов Келецкой губернии.
В 1918 г. окончил Пензенское реальное училище. В 1919–1923 гг. служил добровольцем в рядах Красной Армии, был инструктором, лектором и инспектором политуправлений на Урале и на Кавказе. Очень рано начал научную деятельность. Еще до поступления в университет он принимал активное участие в работе семинара по молекулярной физике на физическом факультете МГУ. В 1926 г. поступил на физико-математический факультет Московского университета. В период учебы опубликовал ряд научных работ и вскоре успешно защитил дипломную работу по теме «К электрической теории молекулярных сил». Впоследствии эти исследования послужили основой при разработке нового раздела физики, названного им молекулярной термодинамикой. Еще будучи студентом, он читал лекции по курсу физики в Центральном институте повышения квалификации педагогов. В 1930 г. с отличием окончил физико-математический факультет Московского государственного университета по специальности «Теоретическая физика». Свои исследования по термодинамике К.А. Путилов начал с уточнения основных понятий и законов и развил систему воззрений, которые были обобщены в цикле лекций, прочитанных им в 1938 г. На основе этих лекций им была издана книга «Лекции по термодинамике». Итогом всей его работы в области термодинамики была почти законченная рукопись «Термодинамика», которая была подготовлена к печати и опубликована в 1971 г. уже после его смерти. К исследованиям К.А. Путилова относятся также его работы по температурной зависимости насыщенного пара, по свойствам металлов, по теории двигателей. В разные годы он заведовал кафедрами физики многих институтов: Московского авиационного института (1943–1944), Высшего технического училища им. Н.Э. Баумана и др. Был научным консультантом в Институте прикладной минералогии. Опубликовал около 310 научных трудов в отечественных и зарубежных журналах. Автор нескольких изобретений и первого отечественного фундаментального учебника по курсу физики для высших учебных заведений. Первое издание этого учебника вышло в 1934 г.
Мало кто знает, что Константин Анатольевич являлся одним из вдохновителей идеи создания гидрореактивного двигателя. Все работы по конструированию долгое время были строго засекречены. На заре «холодной войны» постановлением Сталина в срочном порядке была развернута работа Специальной научно-исследовательской лаборатории по гидрореактивным двигателям №1, которую возглавил Путилов.
Константин Анатольевич был талантливым преподавателем. У него был удивительный дар превращать любого студента в исследователя, находившего нетрадиционные решения. Так, для определения минимального сопротивления самолета Путилов предложил в аэродинамической трубе с восходящим потоком горячего воздуха поместить модель, облепленную воском. Под воздействием тепла и силы тяжести воск растекался, образуя оптимальную форму модели.
Одним из важнейших столпов современной термодинамики является принцип термодинамической допустимости Путилова, который гласит: «в термодинамике допустимо пользоваться какими угодно воображаемыми идеализированными по своим свойствам телами и приспособлениями, без риска применяя эти представления в рассуждениях прийти к неверным результатам, если предварительно доказано, что их реализация, как бы ни были неправдоподобны их свойства, не противоречила бы ни первому, ни второму началу термодинамики». В термодинамике достаточно распространено использование для мысленных экспериментов разного рода воображаемые идеализированные тела, приспособления и механизмы. То обстоятельство, что такой подход не приводит к противоречию между теорией и опытными данными позволило К. А. Путилову сформулировать данный принцип.
Этот принцип позволяет использовать мысленные эксперименты для осознания, понимания и объяснения многих термодинамических механизмов, что позволяет прогнозировать функционирование той или иной модели. Принцип Путилова так же еще называют нулевым или общим началом термодинамики. Использование его биологами и биохимиками особенно целесообразно в построении термодинамических моделей функционирования живой материи, поскольку в живом организме одномоментно происходит огромное количество биохимических реакций разного толка, и в отличие от «технарей» биологи не имеют возможности моделировать каждую систему на практике. И только используя принцип Путилова возможно провести любой мысленный эксперимент с биологической моделью.
Принцип позволяет предположить наличие неких, еще не открытых наукой, биологических инструментов. Еще Эрвин Бауэр предполагал наличие такого принципа, он называл это «принципом биологической дедукции». Здесь можно и нужно поставить знак равенства. Принцип Путилова – принцип биологической дедукции. Принцип Путилова явился основой моих мысленных экспериментов, в результате которых появились теории, которые будут подробно рассмотрены в соответствующем разделе нашей книги.
Эрвин Рудольф Шрёдингер
12.08.1887 – 05.01.1961
«Я иду против течения, но направление потока изменится».
В процессе написания книги мне посчастливилось изучить многие интересные труды и узнать о жизни великих ученых, написавших эти прорывные вещи.
Среди них особенную помощь для моего разума дали такие глубочайшие личности, как Н. В. Тимофеев-Ресовский в своем труде «Краткий очерк теории эволюции» и Г. А. Гамов, который совершил прорыв к формированию подходов в понимании генетического кодирования биосистем, позволив тем самым Уотсону и Крику совершить ДНК-эволюцию в науке.
Эти великие люди делали передовую науку того времени, оперируя данными на уровне генов. Это были подходы молекулярного характера. Мне же, как Вы понимаете, еще более интересной представлялась системная интерпретация. Я хотел среди больших ученых, занимающихся атомами и молекулами, найти ту значимую фигуру, которой удалось рассмотреть всё это комплексно. Такой фигурой оказался Эрвин Шрёдингер. Понимая, что многим биологам, жаждущим познания, будет тяжело разобраться в его научных работах, он попытался написать популярную книгу, которая бы дала комплексное понимание физических подходов в понятной форме. И она очень хорошо получилась. В ней красной нитью идёт поиск подходов и ключей к тому, как обнаружить базовый алгоритм функционирования жизни, некую простую формулу.
Эрвин Шредингер – австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Иностранный член-корреспондент и иностранный почетный член АН СССР. Разработал волновую механику, сформулировал ее основное уравнение (уравнение Шредингера), доказал ее идентичность матричному варианту квантовой механики. Автор многочисленных работ по кристаллографии, математической физике, теории относительности, биофизике. В 1933 году ему присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие новых плодотворных форм атомной теории».
Эрвин Шрёдингер был единственным ребёнком в обеспеченной и культурной венской семье. Его отец, Рудольф Шрёдингер получил по наследству небольшую фабрику клеенки, что обеспечивало его семью материально и оставляло ему возможности заниматься и естественными науками: он много лет был вице-президентом Венского ботанико-зоологического общества и выступал там с докладами. Эрвин Шрёдингер писал впоследствии, что отец был ему «другом, учителем и неутомимым собеседником». Мать Эрвина была чуткой, заботливой и жизнерадостной женщиной. Безоблачное детство Эрвина протекало в доме, где царили доброта, наука и искусство. До одиннадцати лет ребенка учили дома, а в 1898 году, успешно выдержав вступительные экзамены, Эрвин поступил в Академическую гимназию, которую окончил в 1906 году. Блестяще сдав выпускные экзамены в школе, осенью этого же года, Эрвин поступил в Венский университет, где выбрал для изучения курсы математики и физики.
После службы в армии Эрвин Шрёдингер получил место ассистента физического практикума во Втором физическом институте Венского университета. Круг его интересов был весьма широк: радиоактивность в ее связи с атмосферным электричеством, электротехника, акустика и оптика, в особенности, теория цветов. Тогда же он впервые заинтересовался квантовой физикой. В начале войны Эрвин Шрёдингер был мобилизован. Иногда ему удавалось выкроить время для чтения физической литературы – именно тогда Шрёдингер познакомился с только что появившимися работами Альберта Эйнштейна по основам общей теории относительности. Послевоенная жизнь в Австрии была трудна, поэтому получив приглашение поработать в Йенском физическом институте у Макса Вина, Шрёдингер поселился в Германии, а затем, в 1921 году он перебрался в Швейцарию, чтобы возглавить кафедру теоретической физики Политехникума в Цюрихе, которую до этого занимал Альберт Эйнштейн.
По складу ума Эрвин Шрёдингер, подобно Планку, Эйнштейну и ряду других физиков того времени, тяготел к классическим представлениям в физике. В 1925–26 годах Шрёдингером были выполнены работы, выдвинувшие его в первый ряд создателей волновой механики. Уравнение Шрёд