Анализ виртуальных объектов микромира как посредников дает возможность выделить у них общие существенные свойства физической виртуальности:
1. существовать системой посредников включения взаимодействия «крупных» частиц, но быть для чувств человека не воспринимаемой,
2. устанавливать взаимосвязь, переносить энергию, информацию, быть посредником взаимодействующих реальных объектов,
3. у них краткое время жизни – время установления взаимодействия,
4. существование в переходных состояниях взаимодействия возникновения нового, прежде не бывшего.
Виртуальность – тотальный феномен всех уровней организации материи, влияющий на свойства процессов возникновения новых систем. В микромире во всех явлениях переноса взаимодействия виртуальные частицы проявляют свою виртуальность.
ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ВЕЩЕСТВА И ЕГО ВИРТУАЛЬНОСТЬ. Каковы истоки химической эволюции? Астрофизики и космологи считают, что в самом большом фрагменте Вселенной – «темной материи», составляющей 95% ее массы, нет того движения, изменения, различия, неоднородностей, которые характерны для меньшей части – «видимого» мира «светлой материи». На «темную энергию», которую чаще именуют космическим вакуумом, неизвестно как воздействует вещественный фрагмент Вселенной, имеющий порядка 3 % всей мировой энергии. Полагают, что сам космический вакуум воздействует на все фрагменты Вселенной, заставляя ее расширяться, причем с ускорением. (ВФ. № 3, 2010, с. 10) Вероятно, из «темной материи» по неоткрытым причинам появляются элементарные частицы вещества: протоны, нейтроны, электроны. Некоторые из них при определенных (пока не известных) условиях могут, утратив все свои свойства, обратно вернуться в нее, кануть в вакуумную бездну.
Проблема возникновения и усложнения вещества в ходе эволюции космических тел (звезд, галактик, туманностей) сложилась в XIX веке в результате открытий физиков, космологов, химиков. Изучаются физические состояния в определенном диапазоне величин, но остаются неизвестными уровни с величинами «выше» и «ниже» известных. Нет убедительных гипотез переходов из одного состояния в другое. В специфических законах физики и химии не раскрыто их общее эволюционное содержание, неизвестен единый для них закон развития. Непрерывное изменение (при сохранении материи и энергии) мы воспринимаем как возникновение нового. Глубинные уровни материи неизвестны. Ни теория относительности, ни квантовая механика не дают ответа, почему возникло вещество. А.А. Сахаров предположил, что скорости элементарных частиц немного различаются, процессы их разбегания идут быстрее, чем их взаимная аннигиляция. В результате возник перевес в пользу появления вещества.
Физическая реальность – конвертирующее поле волновой природы. В нем рождаются вещество и антивещество. При конвергенции двух вихревых систем плотность энергии увеличивается, и одновременно уменьшаются размеры локализации энергии. Открытие законов конвертирующего поля позволит получить ответ на вопрос: Как происходит появление дискретного вещества из непрерывного, недискретного вакуума? Предельно энергонасыщенные конвертирующие поля являются началом «вещественного» уровня организации материи в виде пары частиц электрона и позитрона (протона). Открытие суперфизической реальности приведет к пересмотру сущности физической, химической, биологической форм материи, их супервзаимодействия и внутренней активности, становления в пространстве волновых форм существования материи. А. Эддингтон писал, что «когда мы принимаем, что некоторая часть содержит вещество, мы познаем присущую миру в этой области кривизну. Не следует воспринимать вещество как нечто постороннее гравитационному полю, вызывающее в нем возмущение. Возмущение и есть вещество». (519. 189) А.И. Арлычев предлагает формальную и субстратную модель эволюции Вселенной. В ней появление вещества трактуется как результат взаимодействия электромагнитного и слабого полей. В акте отношения двух разнородных полей происходит метаморфоза с их виртуальными носителями. Виртуальная единица электромагнитного поля электрон – позитрон (е
-
-
Согласно теории горячей расширяющейся Вселенной химическая материя возникала в два этапа. На рекомбинационном этапе образовались атомы двух элементов: водорода и гелия в соотношении 7 к 3 по массе и 90,3% и 9,7% по числу атомов. Примерно через 1 млн. лет от начала расширения Вселенной газ становился прозрачным для излучения, а плотность его энергии из-за расширения оказывалась недостаточной для поддержания ионизации. Прежде однородные водородный и гелиевый газы теряли устойчивость, росла флуктуация, формировались скопления звезд, галактик. Дальнейшая химическая эволюция шла как по линии усложнения структуры, так и образования незамкнутых повторяющихся систем. Устойчивое взаимодействие атомного ядра и электрической оболочки обусловило возникновение химических систем. Химические связи ведут к дивергенции – закономерному чередованию свойств и возникновению химической эволюции. В химических взаимосвязях (обратимых реакций) происходит обратное превращение: вещество, синтезируемое из нескольких других, распадается на эти самые вещества в этих же пропорциях – действует закон химического сохранения. В неживой природе самосохранение держится на авторегуляции процессов самовосстановления отношений со средой взаимодействия. Закон всемирного тяготения «сочетается» с законом всемирного отталкивания. На физическом уровне вещество рассматривается с точки зрения массы и энергии. На химическом уровне оно рассматривается с точки зрения валентности – способности создавать связи-реакции с «избирательной активностью веществ, то есть их способности взаимодействовать и усложняться по ходу химических реакций. Эволюционный процесс на химическом уровне – бесчисленное множество реакций синтеза и распада, усложнения состава веществ, теряющих прежние свойства и приобретающих новые свойства.
Мир вещества химически един для известной нам Вселенной. В ее составе: водорода 90%, гелия 9%, 0,1% кислорода, 0,06 % углерода, 0,01 % азота, 0,005% магния, 0.004 железа, 0,002 серы и «незначительные» доли других веществ.
Современные достижения химиков выражаются в способности пространственно фиксировать, перемещать и распознавать одиночные атомы и молекулы, измерять почти все их существенные свойства. Поэтому возникла возможность манипулировать одиночными молекулами в технологии нанооптики и наноэлектроники. Предполагают, что к 2025 году возникнет новая молекулярная техника, а к 2035 году квантовые компьютеры, в которых логические связи между элементами будут осуществляться логическими вентелями (основными элементами логической обработки данных) и «умными» молекулами. Появятся материалы со сверхвысокой магнитной памятью. Проблемы химической науки (превращения веществ, когда воздействие одних веществ на другие приводит к появлению других веществ) все более тесно связываются с идеями эволюции, развития, изменчивости состояний, непрерывности связей и переходов одного качественного состояния вещества в другое, с идеями преемственности и отрицания, учета бесконечного числа степеней соединений молекул. Эволюционные идеи «звучат» в периодической системе химических элементов, в саморазвитии химических систем, неорганических молекул, открытых автокаталических химических реакциях. Развивается теория переходного состояния или активированного комплекса, где новые связи начинают образовываться одновременно с ослаблением и разрывом старых связей, которые не исчезают полностью, поскольку преобразуются. Химическая эволюция раскрывает ход усложнения вещества и роль в нем виртуальности катализаторов, ферментов, генов.
ВИРТУАЛЬНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ. Природа химических связей едина и имеет электрическую основу. Химические процессы обусловлены обменно-спиновым взаимодействием электронов атомов, участвующих в образовании химических связей (ионной, ковалентной, металлической, межмолекулярной). Полный перенос электронов от одного атома к другому приводит к образованию трехмерной решетки из заряженных частиц. Химическое вещество обладает массой покоя на основе связи атомов в молекуле – простейшей частице вещества в процессе химических преобразований.
Проблема усложнения веществ в ходе химической эволюции приводит к парадоксу возникновения «прибавочного» содержания системы, которого не было в предыдущем состоянии. Это выражают формулой: H = S + h. Где H – новое, более сложное. S – более простое состояние до реакции. h – приращение сложности в ходе изменения S. Откуда появилось h – то, которого никогда раньше не было? Участвует ли в этом виртуальность? Может быть она, активизируясь вдруг, способствует h возникнуть из преобразованного старого? Или само старое содержит в себе нечто «добавочное»? В.В. Орлов полагает, что «добавочное» содержится в свойствах самой материи как нечто изначальное. Оно «берется» из возможности бесконечного усложнения материи, возникает в ее изменениях, в ее переходах от возможного к действительному, в переходах от одного уровня к другому.
Химики занимаются получением разнообразных веществ на основе изменения межатомных связей. Они выяснили, что простейшие реакции протекают крайне редко. Взаимодействующие молекулы «идут» обходным путем, образуя ряд неустойчивых, легко вступающих в новые реакции частиц, которые названы свободными радикалами. Эти радикалы создают длинную цепь различных превращений. Реакция идет ступенчатыми звеньями. Радикалы возникают спонтанно (таков и признак виртуальности). Их трудно получить по заранее «строго» составленной программе.
ВИРТУАЛЬНОСТЬ КАТАЛИЗАТОРА КАК ПОСРЕДНИКА. В химической эволюции велика роль катализаторов – малых комплексов некоторых химических веществ (каталистических систем атомов), под действием которых ускоряются химические реакции в природе (ныне их производят искусственно и широко используют в промышленности). Каталические системы обладают селективностью и стабильностью. Природа химического вещества насыщена бинарностью – «действием» ускорителей и замедлителей реакций. Ускорителям процессов противостоят замедлители, катализаторам – ингибиторы (лат. inhibere – сдерживать, останавливать). Ингибиторы замедляют и прекращают химическую реакцию, тормозят, сдерживают активность катализаторов.
До наступления определенных химических реакций некоторые свойства веществ существуют «скрытно» и проявляются лишь в момент взаимодействия с другим веществом, а после взаимодействия перестают участвовать в реакциях. Такой оказывается роль некоторых катализаторов, виртуальности их посредничества, Катализатор – вещество, изменяющее скорость химической реакции путем участия в ней, но в конце реакции оно оказывается как бы прежним в своем неизменном виде и количестве, так как успело измениться, «израсходоваться» (повлияв на взаимодействие) и вновь восстановиться, оказаться тем, что было до реакции. Катализатор претерпевает циклические превращения, открывает новый путь изменению, превращению исходных веществ в новые, увеличивает скорость образования нового химического продукта. Французские химики Н. Клеман и Ш. Б. Дезорш в 1806 году катализом ускорили процесс получения серной кислоты, добавив газообразную двуокись азота к смеси двуокиси серы, воздуха и водяных паров. Двуокись азота оказалась переносчиком молекулы кислорода, ускорившего химическую реакцию.
Автокатализ ускоряет транспортировку частиц и энергии в процессе их самосборки в неравновесных условиях с образованием новых структурных элементов. Катализатор увеличивает степень компенсации энергии разрыва связей в реагирующих веществах за счет промежуточного химического воздействия реактивов с ним. Установлена связь между свойствами катализатора и скоростью каталического превращения с учетом воздействия среды на катализатор. Г.К. Боресков выявил постоянство каталической активности веществ одинакового химического состава и структуры независимое от способа их приготовления. Химические реакции – совокупность межатомных соединений и их превращений, происходящих с разрывом одних атомных связей и образованием других – способ химического существования и развития, превращения некоторого конечного числа реагирующих субстратов в процессах синтеза и распада. Субстраты переходят в новое состояние при помощи каталического посредника – другого субстрата. В химическом развитии новое качество выступает как паритетный результат двух и более химических субстратов. Происходит химический отбор, самосборка (субстратный синтез) в соответствующей среде. В химической эволюции химические элементы усложняются нелинейно.
Илья Пригожин и Манфред Эйген – два Нобелевских лауреата по химии, первопроходцы в изучении самоорганизующихся химических систем доказали, что химические сети открывают путь к спонтанному образованию упорядоченных форм. (349. 47) Запуск любого окислительного процесса в системе (содержащей элементы, необходимые для его протекания) требует импульса высокой энергии. Его дает детонатор, вызывающий «мерцающее пламя» преобразования и поддержания реакции. Катализ – самоподдерживайщийся, самоорганизованый химический процесс на границе с живым веществом. Но что инициирует включение действия катализатора? Вероятно виртуальность катализатора «включает» эту «способность» химических элементов взаимодействовать, вызывая возникновение новых химических свойств новых элементов с их новыми взаимосвязями.
В ходе эволюции химическое становится настолько сложным, что не может не подготовить сложное вещество для появления биологической формы материи. Оказалось, что в процессах жизни лежат каталические реакции, на химическом уровне они представлены изолированными химическими цепочками, тогда как на биологическом уровне – это целый комплекс таких цепочек, связанных в целостную, относительно автономную систему – живую особь. Саморазвитие, усложнение химического вещества с его каталическими системами привело к переходу химической эволюции в биологическую эволюцию.
Существует принципиальное отличие химического вещества и биологического. Если химические реакции обратимы, то в биологических системах существуют необратимые процессы: белок живого организма при определенной температуре «умирает» – превращается в вещество. Атомы взаимозаменимы, организмы – нет, поскольку смертны. Их существование и «возобновление» самообеспечено генетическим кодом.
ПРЕВРАЩЕНИЕ НЕЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В ЖИВОЕ СУЩЕСТВО. Химическая эволюция на планете Земля подошла 3,7 млрд. лет тому назад к появлению сложного химического субстрата, замкнутого на себя, приобретшего автономность и устойчивость, способного к саморазвитию. Достигший определенной сложности субстрат превратился в живую материю. Химический процесс стал жизненным самосохраняющимся процессом. В нуклеиновых кислотах – важнейшем компоненте живой материи – благодаря их структуре происходило накопление информационного содержания в сжатой, кодированной форме. В процессе самоорганизации предбиологических химических систем шел самоотбор элементов, необходимых для возникновения жизни и ее функционированию. Из 118 (126?) химических элементов многие принимают участие в жизнедеятельности организма, а шесть – углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера (обладающие наивысшим потенциалом в химической эволюции) – составляют основу живых клеток, составляя 97,4% живого вещества. Натрий, калий, кальций, магний железо, цинк, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор составляют остальные 2,6 %. Возникновение жизни на планете Земля – один из возможных вариантов химической эволюции Вселенной – при оптимальном многообразии химических связей на планете Земля проходил на основе углеродных соединений. (На других планетах такой основой мог быть другой химический элемент, а не углерод.)