В теории относительности Эйнштейна показано, что энергия Е тела неразрывно связана с его массой m соотношением Е = mс2, где с — скорость света в вакууме.
Эта великая формула во многом перевернула наши представления о Вселенной. Понятия, которые раньше считались философскими, мистическими, не имеющими отношения к реальной жизни, вдруг приобрели силу физических законов. Все в мире взаимосвязано, масса может непосредственно переходить в энергию, и в небольшой массе содержится колоссальная энергия.
В XX веке это было экспериментально доказано на примере атомной бомбы.
Но если возможен прямой переход массы в энергию, значит, можно рассуждать и о переходе энергии в массу. То есть о возникновении вещества из энергии физического вакуума. Или о трансмутации элементов через переходные состояния физического вакуума.
В то же время из этой формулы следует, что просто для поддержания формы тела требуется огромная энергия. Поэтому можно говорить об Энергии Формы и о влиянии этой энергии на окружающее пространство. В этом принципе заложены основы понимания влияния пирамид, куполов и других геометрических форм.
Любое тело обладает энергией, одна форма энергии может переходить в другие виды при движении, работе и превращениях частиц (распадах, ядерных реакциях и т. д.).
Согласно классической физике, энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать любые значения. Согласно квантовой теории, энергия микрочастиц, например электронов в атомах, принимает дискретный ряд значений. Атомы излучают электромагнитную энергию в виде дискретных порций — световых квантов, или фотонов.
Энергия системы определяет возможность совершения работы и измеряется энергия в тех же единицах, что и работа.
С биофизической точки зрения энергия систем и органов определяется уровнем обеспечения митохондрий свободными электронами, т. е. характером электронного транспорта. Способность митохондрий производить АТФ определяет возможность совершения работы с точки зрения процессов физиологической активности. Но возможность совершения работы и называется энергией.
Немного позже мы коснемся понятия психической энергии и поговорим о ее трансформации в энергию физическую.
Понятие энергии приложимо ко всем явлениям окружающего нас мира. Это наиболее общее, наиболее универсальное понятие. Мы можем без преувеличения сказать, что энергия — во всем, что нас окружает, и любые явления материального мира — это сконденсированная энергия.
ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА ЖИЗНИ
Я глубоко убежден, что мы никогда не сможем понять сущность жизни,
если ограничимся молекулярным уровнем…
Удивительная тонкость биологических реакций обусловлена подвижностью электронов
и объяснима только с позиций квантовой механики”.
Альберт Сент-Дьердьи
Эти слова великого биохимика долгое время оставались без внимания. Только в последние годы началось внедрение квантово-механических подходов в биологию. Электронная схема жизни — круговорот и превращение энергии в биологических системах на электронном уровне — является основой органической жизни.
Откуда берется энергия для нашего организма? Что является основой жизни? Казалось бы, тривиальные вопросы. Всю энергию мы берем из пищи. Чем больше ешь, тем больше у тебя энергии. Все энергозатраты надо компенсировать хорошим обедом. В целом это правильно, хотя и с большими оговорками, но давайте разберемся, что же такое эта энергия.
Постулат Первый: Вся биологическая жизнь на Земле существует за счет энергии Солнца. Ежесекундно в течение дня оно обрушивает на Землю потоки фотонов, каждый из которых несет частичку энергии. Фотон — это волна, и, поглощаясь каким-то объектом, он превращается в энергию. Нам кажется, что эта энергия ничтожно мала, но вспомните полдень в южной стране, когда камни на солнце раскаляются так, что на них больно ступить голой ногой. Вот эта энергия солнечных фотонов вызывает все процессы на Земле, нагревает воды океанов, вызывает движение воздушных масс и питает все формы биологической жизни.
БЕЗ СОЛНЦА НЕТ ЖИЗНИ!
А как же таинственные существа, живущие в глубинах океанских впадин, куда не проникает ни один луч Солнца, или слепые подземные и пещерные жители, никогда не видящие света? Они же живут без Солнца!
Живут, но за счет тепла Земли или воды. Они не получают энергию непосредственно от солнечных лучей, но косвенным путем через ее трансформацию в каскаде преобразований. Собственно, так же получают энергию и большинство живых существ. Они не могут напрямую поглощать энергию Солнца, нужен промежуточный носитель энергии. В качестве такого носителя выступают электроны.
Первичные Электроны Жизни образуются растениями. Пожалуй, это единственная биологическая субстанция, напрямую питающаяся энергией Солнца, то есть фотонами. В растениях фотоны поглощаются хлорофиллом, электроны которого, получив дополнительную энергию, переходят в возбужденное состояние. Молекулы, имеющие такие “активные” электроны, могут взаимодействовать с другими веществами, образуя с ними сложные органические комплексы. Для этой созидательной работы нужен постоянный приток новых электронов, которые в основном поставляются из воды. Отбирая электроны у воды, фотосистема окисляет ее до молекулярного кислорода. Так атмосфера Земли непрерывно обогащается кислородом, а водород используется для построения органических соединений. За счет колоссального притока электронов из двуокиси углерода, воды, нитратов, сульфатов и прочих сравнительно простых веществ создаются высокомолекулярные соединения: углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты.
С научной точки зрения это можно выразить следующим образом: при переносе подвижного электрона по цепи структурно связанных между собой макромолекул он тратит свою энергию на анаболические и катаболические процессы в растениях, а при соответствующих условиях, и у животных. По современным представлениям, межмолекулярный перенос возбужденного электрона происходит по механизму туннельного эффекта в сильном электрическом поле.
Этот процесс — круговорот и превращение энергии в биологических системах — называется ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА ЖИЗНИ1.
______
1 Самойлов В.О. Медицинская Биофизика. С.-Петербург: Спецлит, 2007.
Образующиеся вещества составляют биомассу растений. Растения поедаются животными, и активные электроны переходят к ним, обеспечивая условия для формирования белковых тел. В ходе катаболических процессов, также обеспечиваемых электрон-транспортными системами, освобождаются электроны примерно в таком же количестве, в каком они захватывались органическими веществами при их фотосинтезе. Электроны, освобождаемые при катаболизме, переносятся на молекулярный кислород дыхательной цепью митохондрий. Здесь окисление сопряжено с фосфорилированием — синтезом АТФ посредством присоединения к АДФ остатка фосфорной кислоты (то есть фосфорилирования АДФ). Этим обеспечивается энергоснабжение всех процессов жизнедеятельности животных и человека.
Находясь в клетке, биомолекулы “живут”, обмениваясь энергией и зарядами, а значит, информацией благодаря развитой системе делокализованных р-электронов. Делокализация означает, что единое облако р-электронов распределено определенным образом по всей структуре молекулярного комплекса. Это позволяет им мигрировать не только в пределах своей молекулы, но и переходить с молекулы на молекулу, если они структурно объединены в ансамбли.
Благодаря этому именно р-электроны способны аккумулировать и конвертировать солнечную энергию, за счет чего с ними связано все энергообеспечение биологических систем. Поэтому р-электроны принято называть “электронами жизни”.
Конечным продуктом окислительно-восстановительных реакций в дыхательной цепи митохондрий является вода. Она обладает наименьшей свободной энергией из всех биологически важных молекул. Говорят, будто с водой организм выделяет электроны, лишенные энергии в процессах жизнедеятельности. На самом деле запас энергии в воде отнюдь не нулевой, но вся энергия заключена в у-связях и не может быть использована для химических превращений в организме при температуре тела и других физико-химических параметрах организма животных и человека. В этом смысле химическую активность воды принимают за точку отсчета (нулевой уровень) на шкале химической активности.
Благодаря поглощению фотонов электроны достигают наивысшего биопотенциала в фотосистемах растений. С этого высокого энергетического уровня они дискретно (по ступенькам) спускаются на самый низкий в биосфере энергетический уровень — уровень воды. Энергия, отдаваемая электронами на каждой ступеньке этой лестницы, превращается в энергию химических связей и таким образом движет жизнью животных и растений. Электроны воды связываются растениями, а клеточное дыхание вновь порождает воду. Этот процесс образует электронный кругооборот в биосфере, источником которого служит Солнце.
Благодаря поглощению фотонов электроны достигают наивысшего биопотенциала в фотосистемах растений. С этого высокого энергетического уровня они дискретно (по ступенькам) спускаются на самый низкий в биосфере энергетический уровень — уровень воды. Энергия, отдаваемая электронами на каждой ступеньке этой лестницы, превращается в энергию химических связей и таким образом движет жизнью животных и растений. Электроны воды связываются растениями, а клеточное дыхание вновь порождает воду. Этот процесс образует электронный кругооборот в биосфере, источником которого служит Солнце.
Рассмотренные представления показывают, что основным резервуаром свободной энергии в биологических системах являются электронно-возбужденные состояния сложных молекулярных комплексов. Эти состояния непрерывно поддерживаются за счет кругооборота электронов в биосфере, источником которого является солнечная энергия, а основным “рабочим веществом” — вода. Часть состояний тратится на обеспечение текущего энергоресурса организма, часть может запасаться впредь, подобно тому, как это происходит в лазерах после поглощения импульса накачки.
Иными словами, понятие переноса “энергии”, характерное для представлений восточной медицины и режущее слух человеку с европейским образованием, может быть ассоциировано с транспортом электронно-возбужденных состояний по молекулярным белковым комплексам.
При необходимости совершения физической или умственной работы электроны, распределенные в белковых структурах, транспортируются в нужное место и обеспечивают процесс окислительного фосфорилирования, то есть энергетического обеспечения функционирования локальной системы. Таким образом, организм формирует электронное “энергетическое депо”, поддерживающее текущее функционирование и являющееся базисом для совершения работы, требующей мгновенной реализации огромных энергоресурсов или протекающей в условиях сверхбольших нагрузок, характерных, например, для профессионального спорта.
Такие понятия позволяют нам связать самые современные представления биофизики с древними идеями Востока. В понятии жизненной энергии нет ничего мистического, это биофизический процесс, детально изученный современной наукой.
Мы существуем за счет круговорота электронов в организме, генерируемого энергией солнца и питаемого водой. В принципе человек тоже может напрямую питаться водой и солнечной энергией. Достаточно долго. Энтузиасты занимаются лечебным голоданием по 20-30 суток. Как говорят, это не только не вредит организму, но и способствует избавлению от многих напастей. Ходят слухи, что в теплых странах есть люди, которые вообще живут за счет утренних лучей солнца и воды. Наверное, это возможно, особенно в прелом возрасте, но очень уж скучно! Пища является для нас не только источником энергии и минеральных веществ, но и источником удовольствия! Кулинария является одним из высших достижений цивилизации, и чем более развита культура, тем выше кулинарное искусство. Во всех цивилизациях праздники отмечались торжественными трапезами. Основные бизнес-переговоры проводятся за ланчем или обедом, и в туристском бизнесе появилось специальное направление “кулинарного туризма”. Так что, лишая себя хорошей пищи, мы теряем одну из радостей нашей жизни.
Не вызывает сомнения, что основным источником жизненной энергии для человека является пища. Самые замечательные продукты и вещества, попадая в организм, разлагаются до исходных молекул, и из них извлекаются активные электроны. Эти электроны способствуют формированию активных молекул АТФ, которые и обеспечивают энергетику мышечных клеток, обеспечивая сокращение волокон и энергетику нервных клеток, подпитывающих разряды нервных клеток при передаче возбуждения. Особенно энергозатратен наш мозг. Он потребляет до 30% всей энергии организма.
Мозг активен всегда. Память — это динамический процесс передачи нервного импульса с одного нейрона на другой. Поддержание как наследуемой (видоспецифической), так и приобретенной памяти крайне энергозатратно. Многие органы чувств работают, постоянно воспринимая и обрабатывая проходящий сигнал из внешней среды, что тоже требует непрерывного расходования энергии. Но все же потребление энергии мозгом в разных физиологических состояниях сильно различается. Чем более активна деятельность человека, тем большую энергию потребляет его мозг. Наибольшие энергозатраты у людей творческих, которые сознательно используют свой мозг для решения какой-то задачи.
Для теплокровных животных с относительно большим мозгом становится критичным размер тела. Маленьким “головастикам” без высококалорийного интенсивного питания просто не обойтись. Мелкие насекомоядные съедают ежедневно огромное количество пищи. Бурозубка ежедневно потребляет в несколько раз больше массы собственного тела. Обильно питание мелких летучих мышей и птиц. У более крупных млекопитающих отношение масса нервной системы/масса тела увеличивается в пользу тела. Вместе с уменьшением относительных размеров нервной системы снижается и доля потребляемой ею энергии. В связи с этим крупное животное с большим мозгом находится в более благоприятном положении, чем небольшое.
Энергетические затраты на содержание мозга становятся ограничителем интеллектуальной активности для мелких животных. Допустим, что американский крот-скалепус решил попользоваться своим мозгом так же интенсивно, как приматы или человек. Крот массой 40 г обладает головным мозгом массой 1,2 г и спинным мозгом вместе с периферической нервной системой массой примерно 0,9 г. Имея нервную систему, составляющую более 5% массы тела, крот затрачивает на ее содержание около 30% всех энергетических ресурсов организма. Если он за думается над решением шахматной задачи, то расходы его организма на содержание мозга удвоятся, а сам крот моментально погибнет от голода. Мозгу крота потребуется столько энергии, что возникнут неразрешимые проблемы со скоростью получения кислорода и досушки компонентов обмена веществ из желудочно-кишечного тракта. Появятся трудности с выведением продуктов метаболизма нервной системы и ее охлаждением. Таким образом, мелким насекомоядным и грызунам не суждено стать шахматистами.
У многих небольших животных с относительно большим мозгом возник механизм защиты организма от перерасхода энергии — торпидность, или впадание на несколько часов в спячку. Мелкие теплокровные вообще могут находиться в двух основных состояниях: гиперактивности и спячки. Промежуточное состояние малоэффективно, поскольку энергетические расходы не компенсируются поступающей пищей. В физиологии крупных млекопитающих торпидность невозможна, но все же крупные теплокровные тоже различными способами защищают себя от повышенных энергозатрат. Всем известна длительная зимняя псевдоспячка медведей, которая позволяет не расходовать энергию во время неблагоприятного для добычи пищи периода. В отношении экономии энергии еще более показательно поведение кошачьих. Львы, гепарды, тигры и пантеры, как и домашние кошки, основное время проводят в полудреме. Подсчитано, что кошачьи около 80% времени неактивны, а 20% тратят на поиск добычи, размножение и выяснение внутривидовых отношений. Но у них даже спячка не означает почти полной остановки жизненных процессов, как у небольших млекопитающих, амфибий и рептилий. Так что спите себе на здоровье, за это время ваш организм набирает энергию и решает массу интеллектуальных задач. Когда же, наконец, люди научатся эффективно обучаться во сне? Так бы хорошо было осваивать языки в приятной полудреме…
Все изложенные выше представления доказаны наукой и не вызывают сомнений. Но, как это часто бывает в науке, они не исчерпывают всего многообразия процессов и не позволяют ответить на все вопросы. И прежде всего — откуда спортсмены или военные черпают энергию в условиях сверхбольших нагрузок, почему тореро остается активным после двух часов корриды, как наша психика может резко увеличивать энергоотдачу? Рассмотрим противоречия современной науки на относительно простом примере.
МОЖЕТ ЛИ ПТИЦА ПЕРЕЛЕТЕТЬ ЧЕРЕЗ ОКЕАН, ИЛИ ОТКУДА СПОРТСМЕНЫ ЧЕРПАЮТ ЭНЕРГИЮ?
Общепризнано, что существуют два пути извлечения энергии для совершения мышечной работы: аэробный и анаэробный. Можно сказать, что они основаны на химическом преобразовании продуктов, потребляемых организмом, с переносом электронов в митохондрии с целью производства АТФ, служащих .энергетическими “батарейками” для мышц. Эта точка трения, казалось бы, хорошо описывает различные типы энергетического обеспечения организма, однако детальный биофизический анализ показывает, что данная концепция оказывается неполной.
Зададимся простым вопросом: может ли маленькая птичка перелететь через океан или совершить без остановки полет на сотни километров? Когда мы садимся в самолет и летим из Москвы в Париж, самолет на старте заправляют топливом, и на финише это топливо практически полностью расходуется. Все происходит в соответствии с законами физики: энергия молекулярных связей топлива переходит в энергию двигателей (правда, с учетом всех потерь коэффициент преобразования весьма низок, потому и грозит нам энергетический кризис). Если произвести расчеты затраченной и выделившейся энергии, все цифры хорошо совпадут. При этом выделение энергии происходит за счет уменьшения массы самолета, то есть массы его топлива.