Для порядка предположим, что это механический сигнал, как в граммофоне. Сразу отбросим эту гипотезу — не видно ни рычагов для передачи механического сигнала, ни борозд с записью информации.
Химический сигнал? Тут дело не то что сложнее, а просто запутаннее из-за стремления биологов объяснить непонятное неопределенным. Вот мой оппонент, познавший истину из учебников, поясняет мне: «Наши органы чувств преобразуют внешние сигналы раздражения в электрохимические сигналы в виде нервных импульсов, которые по нервным волокнам попадают в мозг (спинной или головной). Далее эти импульсы воздействуют на нейронную сеть, меняя ее электрические характеристики (напряжения на разных участках), в результате чего происходит перераспределение электроактивного вещества внутри нейронов этой сети — такое перераспределение влечет за собой создание внутри сети устойчивого на некоторое время электрохимического контура, который представляет собой отражение информации, поступающей на органы чувств». Звучит умно и грамотно, но смущает неопределенность: «электрохимические сигналы», «нервные импульсы», «нейронная сеть», «электроактивное вещество», «электрохимический контур», — это что такое, как это выглядит?
Оппонент, кстати, достаточно интересуется вопросом, чтобы понимать, что собственно химия тут бессильна — она никакие сигналы выдать не способна. Но и то, что оппонент написал об электрохимии, что-то объясняет только ему самому.
Поэтому я и задал оппоненту вопрос, как он представляет себе хотя бы этот самый «электрохимический сигнал», а заодно посоветовал разобраться, что входит в круг вопросов, изучаемых электрохимией. Быстро получил ответ:
«Электрохимический сигнал он потому и электрохимический, что передается с помощью комбинирования электричества и химических реакций. Его скорость (как было ранее сказано в одной из предыдущих тем — это же можно проверить в учебниках по биологии) максимальна для человека в 120 м/с (установлено экспериментами) — это не 300 000 км/с, как для электрического сигнала, но и не взрыв — как в химических реакциях. При его распространении происходит чередование: сначала в некоторой области повышается электрический потенциал — за счет этого происходит перераспределение электроактивного вещества (ионы калия/натрия и др. — какие именно см. Википедию или учебники по биологии), которое в свою очередь генерит новый электрический потенциал, но уже со смещением в соседнюю область и т. д. — то есть идет распространение импульса».
Как и ожидалось, старая неопределенность — «электрохимический сигнал» объясняется новой неопределенностью — некой «комбинацией электричества и химических реакций». И эта «комбинация» каким-то неведомым образом «генерит» электрический потенциал в одной точке, а эта точка как-то сама переползает по нервным волокнам со скоростью 120 м/с. Ну и, разумеется, отсылка к умным людям, написавшим умные разъяснения в справочной литературе. Как без этого?
Что касается моего совета разобраться с тем, чем занимается электрохимия, то оппонент тоже не заморачивался, а процитировал определение, сделав в нем выделения шрифтом: «Вот цитата из БСЭ: «Электрохимия, раздел физической химии, предметом изучения которого являются объемные и поверхностные свойства твердых и жидких тел, содержащих подвижные ионы и механизмы процессов с участием ионов на границах раздела и в объеме тел. Практическое значение электрохимических процессов, их роль в живом организме, своеобразие экспериментальной техники привели к выделению Э. в самостоятельный раздел науки».
Остановлюсь на этом определении. В нем настолько все «научно» правильно, что невольно вспоминается анекдот.
Холмс и Ватсон полетели на воздушном шаре, попали в туман, заблудились, приспустились к земле и увидели идущего по дороге джентльмена.
— Сэр, вы не подскажете, где мы находимся? — спросил Холмс.
— Вы находитесь в корзине воздушного шара, — ответил джентльмен.
— Сэр, вы наверняка ученый, — заметил Холмс.
— А как вы узнали? — удивился джентльмен.
— Только ученый может дать ответ настолько же точный, насколько и бесполезный.
Вспомним уже написанное выше, — изучением всей материи занимается физика, ее подраздел, занимающийся вопросами превращения веществ в ходе только химических реакций (без разрушения ядра атомов), называется химией. Вопрос — вот что в этом определении из БСЭ указывает хотя бы на химию как таковую, кроме самого слова «химия»? И как можно понять, чем занимается в свою очередь подраздел химии, названный электрохимией? Не мудрено, что только человек, абсолютно не понимающий, о чем идет речь, мог соблазниться таким определением, но об этом ниже, а сейчас продолжу объяснения оппонента и то, как он видит электрохимический сигнал, несущий информацию, и передачу этого сигнала в теле организма.
«И что я не так написал про электрохимический сигнал?
Представьте себе, что вы между двумя пунктами А и Б выложили в линию с десяток направленных громкоговорителей с микрофонами на расстоянии 1 км друг от друга и начали с их помощью передавать речь из А в Б. Как вам назвать такой сигнал передачи? Акустический? Но ведь в громкоговорителях (не забываем, они с микрофонами) акустический сигнал преобразуется в электрический! Электрический? Но он затем усиливается и вновь преобразуется в акустический! Так как же его назвать? Логично было бы электроакустический — указывая на то, что в его передаче участвуют как звуковые волны, так и электрический ток». Думаю, что оппонент описал массовое представление биологов об электрохимии.
В Википедии статью о том, что исследует электрохимия, писал не такой умный ученый, как статью в БСЭ, поэтому у него и получилось точнее: «Электрохимия исследует процессы окисления и восстановления, протекающие на пространственно-разделенных электродах, перенос ионов и электронов. Прямой перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается».
Сначала акцентируем внимание на последней строчке: «Прямой перенос заряда с молекулы на молекулу в электрохимии не рассматривается». Это ограничение означает, что заявленная оппонентом схема — «между двумя пунктами А и Б выложили в линию с десяток направленных громкоговорителей с микрофонами на расстоянии 1 км друг от друга и начали с их помощью передавать речь из А в Б», — к электрохимии не имеет отношения. Если уж образно представлять себе схему электрохимического процесса, то по этой схеме из пункта А в пункт Б бежит гонец с информацией. И даже без микрофона и репродуктора.
И электрохимия ни при чем
Я рассматриваю философию вопроса, стараясь не задевать детали, но в данном случае нужно немного уточнить. По сегодняшним представлениям, атом — мельчайшая частица вещества — имеет вид как бы шарика, в центре которого сосредоточены еще более мелкие и универсальные для всего вещества (всех атомов) частицы, несущие положительный заряд, — протоны. С ними в кучке находятся и частицы без заряда — нейтроны. Количество этих частиц в ядре и определяет, что это за вещество. А вокруг ядра в один (для легких водорода и гелия) или несколько слоев вращаются несущие отрицательный заряд частицы — электроны.
Так вот, в ходе химических реакций и физических процессов электроны с верхнего слоя атома могут быть сорваны и добавлены другому атому или молекуле. Это происходит при разрыве молекулы на две части. Такие заряженные атомы и молекулы называются ионами. Вот поэтому в определении электрохимии из Википедии и говорится о переносе ионов и электронов. Далее, атом, с которого сорван электрон, считается окисленным, а атомы или молекулы, которым электрон добавлен сверх его собственных, — восстановленным. Именно поэтому в определении указано, что электрохимия «исследует процессы окисления и восстановления».
Мало этого, повторю, срыв электронов и хаотичное образование ионов идет в массе растворов химических веществ в ходе обычной диссоциации (разложения) этих веществ. Но вот такое образование ионов — это не электрохимия, это просто химия. Срыв электронов и образование ионов идет и в плазме, но это не электрохимия — это физика. Так что такое электрохимия?
Для того чтобы вопрос относился к электрохимическому процессу, нужно условие, указанное в определении Википедии — нужны минимум два «пространственно-разделенных электрода», поскольку перенос ионов в растворе — какой-никакой «электрохимический сигнал» — в одном случае может идти только при наличии напряжения электрического поля между электродами (к примеру, зарядка аккумулятора) — поле должно ионы гнать в нужном направлении, во втором случае перемещение в растворе атомов и молекул создает напряжение на электродах (разрядка аккумулятора). Таким образом, электрохимический процесс — это процесс перемещения в растворе масс вещества.
Для примера электрохимического процесса проще всего рассмотреть процесс получения алюминия. Строится из стали большая коробка, внутри она тепло— и электроизолируется огнеупорным кирпичом, поверх кирпича укладываются угольные блоки, которые подключаются к минусу источника постоянного тока — это катод, сверху подвешен мощный угольный блок, подключенный к плюсу источника постоянного тока — анод. Сначала ванна загружается электролитом — легкоплавким раствором, — и он расплавляется, а потом в жидком электролите, непрерывно подгружая, растворяют окись алюминия — соединение алюминия с кислородом. Окисел алюминия диссоциирует на алюминий и кислород, при этом кислород отхватывает у алюминия электроны, в результате алюминий превращается в положительно заряженный ион, а кислород — в отрицательно заряженный. И начинается их путешествие: раздвигая достаточно легкие молекулы жидкого электролита (по сравнению с молекулами, составляющими растворы в живом организме), положительно заряженные ионы алюминия начинают двигаться к подине печи — к катоду, а отрицательно заряженные ионы кислорода движутся к центру и вверх — к аноду. Ионы алюминия получают от катода необходимые электроны, становятся обычными нейтральными атомами и осаживаются на подине в виде жидкого алюминия, сами становясь катодом. А ионы кислорода отдают избыточные электроны аноду, превращаются в атомы обычного кислорода, окисляют углерод непрерывно наращиваемого по этой причине анода, образуя окислы углерода, уходящие в атмосферу. А раз в сутки из ванны вакуумным ковшом отсасывается и 5 тонн металлического алюминия — процесс идет непрерывно. И вот это передвижение масс электрически заряженного вещества (алюминия и кислорода) и есть то, что можно условно считать «электрохимическим сигналом». Передвижение масс!