Самоорганизация и неравновесные
процессы в физике, химии и биологии
 Мысли | Доклады | Самоорганизация 
  на первую страницу НОВОСТИ | ССЫЛКИ   

В.И. Вернадский. О состояниях физического пространства
от 13.01.06
  
Мысли


Биосфера представляет земную оболочку, в которой в состояниях пространства евклидовой трехмерной геометрии косных естественных тел включены дисперсным образом и в дисперсной форме бесчисленные мелкие римановские пространства живого вещества. Связь между ними поддерживается только непрерывным биогенным током атомов

I
Мы переживаем сейчас время примата научного знания в жизни человечества. Сейчас совершенно неизбежно в связи со своей научной работой натуралист обращается к углубленному логическому анализу самых основ своего знания, которые он мог спокойно оставлять в стороне в прошлом столетии. Условия, в которых он работает в XX в., властно его к этому вынуждают - этого требует сама конкретная ежедневная научная работа, методика его опыта или наблюдения.
Следующие, независимые от его воли, обстоятельства этого требуют.
Это прежде всего совершенно исключительное в истории науки явление, которое сейчас переживается в естествознании и широком его понимании и приводит к его коренной перестройке, открывая для научной мысли совершенно новые пути исканий и достижений, раньше в науке отсутствовавших.
Сейчас ученые создают под влиянием новых вскрывающихся фактов исключительного значения свои новые представления, заходящие за пределы всех ранее бывших, за пределы самых смелых и фантастических идей и построений философского мышления. Впервые в писанной истории человечества наука новыми, небывалыми раньше путями строит не только конкретные обобщения, основанные на фактах, из них исходящие. Она строит помимо них новые понимания мира, далеко оставляющие за собой конкретные факты, но им не противоречащие, как противоречат им научно-философские представления, бесспорно царившие в XIX в. Эти представления были выработаны многовековой культурой человечества, вошли как готовые в научную мысль. Они отточены многовековой работой философского мышления. Все они подвергаются в настоящее время пересмотру в научной текущей работе и изменению, резко меняющему наше их понимание. Таковы понятия о времени, пространстве, энергии, жизни, геометрии и т.п.
Во всем происходящем движении активным источником изменения основных понятий является не философия и религия, а наука. До сих пор этих понятий научная работа едва касалась. Она шла в них, с ними не сталкиваясь, но в них вводя свои обобщения.
2. Такое состояние научной мысли совпало с отсутствием в области философии в XX в. творчества, сравнимого с тем, которое так ярко выступает в науке. Научная мысль сейчас влияет на философию, и исчезает царившее прежде сознание, что философия может глубже проникнуть в понимание действительности, чем этого достигает наука.
Философия сейчас живет прошлым и все менее приходится с ней считаться в происходящей перестройке основного научного понимания реальности. Наука лишается той опоры, которую она имела в философском анализе основных научных понятий в течение последних трех столетий.
Философская мысль много занимается сейчас анализом и критикой основных положений математики, в том числе механики и геометрии и в последнее время и теоретической физики, связанной с атомным ядром. Но эта область физики, захватывающая самые глубокие наши представления о мироздании, может быть оставлена мной без рассмотрения, как она фактически оставляется текущей научной работой и физико-химического, а не только описательного естествознания. Она находится еще на перепутье, чуть не ежедневно меняется.
Вся перестраивающаяся в корне огромная область биологических и геологических наук ею по существу не затрагивается, она не дала самостоятельного анализа вскрытых новых явлений. В некоторых случаях даже в новых течениях, в реалистических философиях холизма или органицизма (Уайтхед), например, она стоит в сущности на почве XVII в., не сознавая невозможности охватить новые явления старыми мехами. К сожалению и диалектический материализм в этом отношении закрыл глаза на то новое, что не может уложиться в рамки философских пониманий 40-80 годов прошлого столетия, которым он живет. Мне кажется, что его ножницы будут с течением времени все больше раздвигаться и все менее охватывать наблюдаемое, научно-созидаемое. Нужна новая, живая творческая работа коренной ломки основ философской мысли, как это имеет место сейчас в научном творчестве. Нужна смелость и свобода искания. Надо перейти от толкования и приспособлений старого к новому, к критике основных положений.
3. Среди новых общих понятий, вызванных фактами описательного естествознания должны обратить сейчас на себя внимание, мне кажется, особенно два: (во-первых), состояние пространства и во-вторых, правизна и левизна. Они тесно связаны, основным из них является состояние пространства.
Впервые в глубоком синтезе остановился на нем, не углубляясь в его анализ, Л. Пастер, незадолго до смерти, в 80-х годах XIX в. Позже и глубже пытался подойти к нему Пьер Кюри, но никогда еще, сколько знаю, это понятие не останавливало на себе систематическую мысль и натуралиста и философа.
Эмпирически изучаемое пространство отличается от пространства геометрии. Это является следствием недостаточно углубленного геометрического анализа.
Геометрическое пространство изотропно; например, в нем нет проявления правизиы и левизны.
Это не вытекает из сути дела, а является следствием недостаточно углубленного анализа реальности геометрической мыслью.
Говоря о пространстве, натуралист может только частью пользоваться достижениями геометрии - он все больше заходит в своих суждениях за ее пределы. Это надо помнить. Геометрическое пространство не охватывает сейчас всего эмпирически изученного, физического, по выражению Гельмгольца, пространства.
Говоря о состоянии пространства, я буду иметь дело с состоянием эмпирического или физического пространства, только частью геометрически освоенного. Геометрический охват и есть дело будущего.
Состояние пространства тесно связано с понятием физического поля, играющего столь важную роль в современной теоретической физике. Оно отличается от него в сущности тем, что проявляется явно в трех измерениях, совпадает с геометрическим пространством. Однако и физическое поле не является полем в обыденном смысле, так как имеет часто кривизну и в целом ряде явлений физические поля, в которых распределяются силовые линии - поля электрические, магнитные, тепловые, тяготения, электромагнитные, явно представляют из себя часть геометрического пространства, резко разным образом отграниченного. Яркие проявления в большом масштабе таких полей мы видим в структуре нашей планеты. Такими являются: электрическое или магнитное поле Земли, вакуум ионосферы, отграниченные двумя сферическими поверхностями разных диаметров; таким же является магнитное поле Солнца, охватывающее всю орбиту Земли, ее атмосферу, всю Землю.
Во всех этих случаях мы имеем дело с состояниями пространства, свойства которых проявляются не материально, а энергетически. В случаях же, охваченных мыслями Пастера и Кюри, мы имеем дело с состоянием пространства, прежде всего проявляющимся в материальной среде.
В сущности в естествознании мы давно, до Пастера и Кюри имеем с ними дело на каждом шагу. Уже Пастер говорил о состояниях пространства. Гельмгольц отличал физическое пространство от геометрического как обладающее своими свойствами, например, правизной и левизной. Насколько я знаю, эта мысль не получила развития.
4. Кристаллографы давно подходили к этому явлению. В каждом кристалле, в каждом косном естественном теле мы имеем проявление особого строения пространства. Внутри кристалла мы имеем трехмерное физическое поле, свойства и состояние которого определяются явлениями кристаллизации. Это однородное пространство, сплошь заполненное сдерживаемыми кристаллическими силами (или химическими силами твердого состояния материи), атомами-точками, закономерно его всего заполняющими. Распределение этих сил вполне может быть охвачено как частный случай силовых линий физического поля. В сущности в однородном кристаллическом веществе - в системах точек или параллелепипедов, непрерывно, равномерно охватывающих все пространство трех измерений без нарушения однородности - мы имеем случай особого анизотропного состояния пространства, резко отличного от обычного изотропного состояния пространства геометрии. Геометрически известны и мыслимы бесчисленные случаи таких разных дисперсно  материально выраженных состояний пространства.
Геометрия этих особых состояний пространства всецело определяется законами евклидовой геометрии трех измерений. Больше того, можно сказать, что в этих точечных пространственных системах в их ограниченных многогранниках - кристаллах - наиболее ярко для нас выясняются законы геометрии. А. Пуанкаре ярко выразил эту мысль, отметив что без твердого тела не могла бы выработаться геометрия. В явлениях кристаллографии мы всецело находимся в пределах евклидовой геометрии трех измерений. Точно так же мы не выходим за ее пределы в физических полях - магнитных, электромагнитных, электрических.
В действительности в глубоких построениях Федорова и Шёнфлиса мы имеем геометрически выраженные структуры пространства, в которых только может существовать атомное проявление строения материи. Это есть единственное геометрически возможное выражение атомного строения вещества; оно выражает его ясно, определенно и точно. В этом твердом строении в основном его проявлении нет передвижения атомов, какие характерны для газообразного и жидкого состояния вещества. Беря явление в общей форме и учитывая, что всякое химическое соединение может в нашем пространстве проявляться в твердом состоянии, мы должны видеть в этих великих геометрически выраженных обобщениях Федорова и Шёнфлиса полный охват всех единственно возможных форм анизотропного геометрического состояния пространства в материальном его проявлении.
5. Но среди косных естественных тел биосферы при выяснении более сложных их процессов является вполне возможным (и плодотворным) пользоваться при соотношении между химическим составом и веществом для выражения наблюдаемых правилыюстей (как показали работы Н.С. Курнакова и его школы, Н.И. Степанова главным образом, и др.) многомерным пространством. Но все же из евклидовой геометрии мы здесь не выходим.
Все это явления, связанные с биосферой или с земной корой.
По-видимому, евклидово пространство может оказываться недостаточным для геометрического выражения явлений, связанных с космическими просторами. По крайней мере, к ним пришлось обратиться при анализе теоретических предпосылок Эйнштейна. (К ним обратился, например, Эддингтон - к определенной форме римановского пространства.)
Но в пределах биосферы, с которой я имею дело, в косном ее веществе, нигде не приходится выходить за пределы евклидовой геометрии.
6. Прежде чем идти дальше, необходимо в дальнейшем различать, будем ли мы иметь дело в пространстве с материальными процессами или с процессами энергетическими. Ясна, с точки зрения геометрических свойств пространства, неизбежность равного в нем их проявления.
Геометрия не является проявлением априорного человеческого разума. Но, как это ясно вытекает, мне кажется бесспорно, из изучения хода ее истории, она выросла из исследования научной мыслью проявлений твердого вещества в окружающей человека биосфере. Расширение ее законов на энергетические явления вытекло как следствие. Оно не может колебать эту основную черту геометрии.
Поэтому мы должны рассматривать выявленное Федоровым и Шёнфлисом в наиболее глубокой и общей форме геометрическое отражение твердого состояния материи как наиболее глубокое выражение реальной геометрии пространства Евклида трех измерений.
Научный опыт и наблюдение доказали, что все энергетические проявления твердого состояния материи в пространстве не вскрывают его геометрических свойств так глубоко, как это делает атомное строение вещества. Это так называемый принцип Неймана, замечательного кенигсбергского кристаллографа, физика и математика, выраженный языком современной науки.
Согласно этому принципу, для выявления структуры пространства в его геометрическом, а не в динамическом, выявлении, ни жидкое, ни газообразное состояние вещества не обладают нужной для этого чувствительностью. Не обладают ею и невесомые жидкости, к которым - в некоторых случаях научно удобно - сводили великие физики и философы XVII столетия энергетические явления.
Как мы постоянно говорим, жидкости и газы принимают формы вмещающих их сосудов как инертные по отношению к пространству тела. Это другое выражение примата твердых материальных тел в выявлении геометрии в окружающей ее среде.
Говоря о пространстве вообще, надо расширить кристаллографический принцип Неймана. Геометрически только изучение материальных явлений - метаморфных или кристаллических - может дать нам понятие о его структуре. Явления энергетические или идущие в жидкости и газах проникают в его геометрию менее глубоко и не могут быть использованы для выяснения его геометрии.
Этого не сознавал Пастер, когда предполагал, что можно было создать пространство, характеризующее живое тело, излучением круговым или электрическим светом.
Пастер предлагал провести опыт абиогенеза в среде, освещаемой излучениями кругового или эллиптически поляризованного света. Опыт этот был сделан после Пастера. Он выявляет действие этих лучей на явления жизни, но, согласно принципу Неймана, никоим образом не изменяет структуру пространства.
Во всем дальнейшем изложении я буду основываться на таком геометрическом характере материальных и энергетических явлений в геометрическом пространстве. Материальные явления дают более глубокое понятие о его геометрической структуре, чем энергетические.
7. Обратимся теперь к явлениям правизны и левизны в их соотношении с законами симметрии.
Мы видели, что в геометрическом евклидовом трехмерном пространстве в материальных процессах правизна и левизна тождественны геометрически и физически. Эта тождественность сказывается в том, что число образующихся кристаллографически правых и левых многогранников при кристаллизации (в отсутствие в ее среде живых организмов) одинаково. Это число отвечает законам теории вероятности - случаю. Когда число случаев достаточно, отношение между количеством правых и левых многогранников будет равно единице. Оно тем более будет приближаться к единице, чем больше число случаев.
Наблюдения, сделанные Леммлейном в нашей Биогеохимической лаборатории над кварцами и на еще большем числе случаев Троммсдорфом в Геттингене, вполне это подтвердили.
Великое открытие Пастера показало, что этого никогда не бывает при явлениях кристаллизации в живых организмах и даже глубже, при биохимическом образовании правых и левых молекул в живых организмах.
Я вполне признаю гениальной интуицией идею Пастера о связи этого явления с геометрическим пространством живых организмов. Но, не различая материальных и энергетических свойств пространства, Пастер ошибочно предположил, что жизнь началась на нашей планете в один из прошлых периодов геологической истории, когда Солнечная система проходила через левое космическое пространство. Он предположил при этом, что в космическом пространстве правые и левые пространства разделены. Как мы видим, этого для евклидова пространства трех измерений и вообще для евклидова пространства материально быть не может. Энергетические проявления в пространстве не дают нам возможности об этом судить. Деление на правое и левое, отвечающее живому, неравенства правизны и левизны должны быть установлены не в энергетических, а в материальных свойствах пространства.
8. Геометрические законы симметрии были построены для евклидовой геометрии и по отношению к пространству были выражены в окончательной форме в конце прошлого века Е.С. Федоровым в Петербурге и А. Шёнфлисом в Геттингене. Они имели многих предшественников - Франкенгельма, Браве, Зонке, но они первые решили вопрос окончательно: Шёнфлис с помощью теории групп, Федоров геометрически, непрерывным замещением пространства равномерно, без пустых в нем промежутков, параллелоэдрами. Кристаллический многогранник был отброшен и заменен геометрически системой точек в углах параллелоэдров закономерно, но не равномерно расположенных в безграничном пространстве евклидовой геометрии трех измерений. Вскоре же Павел Грот в Мюнхене впервые указал, что из работы Федорова логически вытекает, что кристаллы характеризуются в своем внутреннем строении не молекулами, как это думали кристаллографы, а атомами. Раньше, в первой половине XIX столетия, это ясно понимал Годен. Открытие в 1911г. М. Лауэ, Киинпингом и Фридрихом в Мюнхене, при участии Грота, рентгенометрических фотографий кристаллов это окончательно доказало.
Мы должны вывести из этого, что в физическом пространстве атомное состояние твердого вещества неизбежно требует, во- первых, неразделимости правизиы и левизны и, во-вторых, их тождественности физической, а следовательно, и химической. Существование атомов в физическом пространстве есть для нас неоспоримый факт, на котором построено все наше научное представление о реальности. В твердой среде отличия правизны и левизны быть не может, кроме того, различия, которые связаны с направлением посолонных и противусолонных векторов, во всем остальном идентичны. Это есть неизбежное логическое следствие атомного строения материи и евклидовой геометрии трех измерений.
9. Необходимо остановиться на этом выводе. Еще раз полезно вдуматься в то, что мы имеем здесь дело не со свойствами кристалла только, а с распределением атомов в пространственных решетках. Из этого геометрически точно вытекает, что некоторые элементы симметрии не могут проявляться в атомных процессах. Уже первые кристаллографы обратили внимание на то, что из пяти правильных многогранников пифагорейцев не встречается среди кристаллов правильных додекаэдров, и уже Браве сто лет назад доказал, что соответственно с этим ось симметрии пятого порядка, для него характерная, не может проявляться, так как при ее допущении пришлось бы допустить неправильность закона рациональности параметров, эмпирически для кристаллов установленного. Это ярко выражается в том, что составленное из атомов тело, обладающее такой осью симметрии пятого порядка, не допускает возможности любого конечного расстояния между двумя атомами-точками. Они всегда приблизятся между собой на расстояние, меньшее данному. Физически мы должны были бы иметь здесь дело с непрерывным, недисперсным состоянием твердой материи. А между тем мы легко можем получить, сделать из любого твердого материала правильный додекаэдр. Но больше того, из этого же основного положения, из строения твердого вещества, из однородного в пространстве распределения атомов, имеющих конечные неизменные размеры (или обладающих силами, не допускающими проникновения в область их влияния строго определенного радиуса другого атома), следует на том же основании, что число элементов симметрии, проявляющихся в кристаллических телах, строго ограничено. Всех осей симметрии больше шести в них невозможно и не наблюдается. Из бесчисленного множества правильных многогранников геометрии в естественных природных телах встречаются относительно немногие, состоящие из однородно-правильно распределенных атомов в евклидовом пространстве трех измерений.
10. Это не только проявление атомного строения материи, но и проявление евклидова пространства трех измерений, в котором они находятся.
С этой точки зрения приобретает глубокое значение, что такое распределение атомов всегда возможно в этом пространстве, но тогда неизбежно образуются физически идентичные две разности винтовых спиральных распределений атомов - правые и левые. Эти винтовые спиральные распределения атомов неизбежно должны проявляться в кристаллических структурах при отсутствии в них элементов сложной симметрии - центра симметрии, плоскостей симметрии и оси сложной симметрии четвертого порядка. В природной кристаллизации количество таких [разнонаправленных] винтовых спиралей атомов всегда будет одинаковое и будет определяться случайными причинами.
Открытое Пастером нарушение этого положения в живых естественных телах ставит вопрос о причине этого явления.
Оно, конечно, не может противоречить атомному строению материи, резко и определенно проявляющемуся в живых естественных телах, в которых, может быть, свойства атомов проявляются еще глубже, чем в косных естественных телах.
Причина может лежать или в особых проявлениях симметрии живых организмов, или в особых свойствах пространства, занятого телами живого вещества.
Это теоретически возможные предпосылки, реально связанные с понятием живого вещества как совокупности живых организмов. Этим путем я оставляю в стороне скользкий путь свойств жизни. Реально в биосфере так определенно мы изучаем явления и проявления жизни только как живого вещества.
11. Прежде чем идти дальше, необходимо остановиться на явлениях симметрии в их отношении к живому организму. Само понятие симметрии сложилось при изучении живых организмов. По преданию, за несколько столетий до нашей эры Пифагор из Региума создал понятие и слово симметрия для выражения красоты человеческого тела и красоты вообще. Здесь были найдены еще древними греками числовые законности, которые дальше и до сих пор не поддались охвату обобщающей математической мысли.
Когда в первой половине XIX в. Браве подошел к понятию симметрии, он одновременно исходил из симметрии кристалла и из симметрии живых организмов. Он достиг блестящих результатов для кристаллов, положил начало учению о симметрии кристаллов, приведшему в конце века к стройной системе пространственных точек - атомов и к полному выявлению их геометрии.
Болезнь прервала его работу над симметрией живых организмов. Никто после не углублялся в нее так, как Браве, и она осталась в хаотическом состоянии до наших дней.
Можно, однако, ясно видеть, что между симметрией кристаллических многогранников и симметрией живых организмов существует коренное, глубокое различие. В первом случае мы имеем дело с выражением атомной структуры твердого вещества, во втором - со стремлением к организованности живого вещества, обособленно и раздельно существующего в чуждой ему косной среде биосферы.
Симметрия здесь выражается в наружной форме того вечно подвижного дисперсного элемента живого вещества - большого и ничтожно малого живого организма,- которое создается и поддерживается биогенной миграцией атомов и выявляется в окружающей природе как резко обособленное от нее тело. Симметрия выражается и в его внутреннем строении, в его организованности, в его макроскопическом и микроскопическом разрезах.
12. Законы этой симметрии нам совершенно не известны. Но ее существование, существование морфологической правильности, не возбуждает сомнения. Ясно, что эта симметрия подчинена совсем другим законам, чем симметрия кристаллов.
Бросаются в глаза геометрически два явления. Во-первых, в живых организмах проявляются оси симметрии пятого и выше шестого порядков. Это указывает, что мы здесь не имеем дело с симметрией однородного твердого тела, с его атомным строением. Однородность внутреннего строения, которая так характерна для кристалла, здесь отсутствует. Внутренняя среда живого организма резко неоднородна, находится в непрерывном движении атомов, не возвращающихся в те же точки, где они бывали, как это имеет место в кристаллах, где они не смещаются миллиарды лет, если это не вызывается внешними силами. [Во-вторых] внутри живого организма мы имеем дело с динамическими, вечно сменяющимися устойчивыми равновесиями, регулируемыми биогенной миграцией атомов. В симметрии живого организма мы, таким образом, должны считаться с новым элементом - с движением, которое отсутствует в симметрии кристаллов, так как в них атомы не смещаются, проявляя идеально твердое тело. Характерно, что биогенная миграция атомов, создающих форму динамического равновесия живого организма; идет в жидкой или газообразной среде, в той среде, которая наименее углубленно выражает геометрию занятого телом живого вещества пространства.
Наконец, третья черта, отсутствующая в кристаллах, чрезвычайно характерная, первичный элемент в морфологической форме живого организма, должна быть здесь подчеркнута. В морфологии живых организмов господствуют кривые линии и кривые поверхности как первичные проявления их симметрии. В кристаллических многогранниках в сущности в каплях, отвечающих кристаллическим пространственным решеткам, кривые поверхности и кривые плоскости являются вторичными явлениями. Они связаны с действием поверхностных сил при кристаллизации и в проявлениях (сил) в пространстве жидкостей. Таковы, например, явления растворения и отвечающие им поверхности растворения кристаллов. Эти кривые поверхности еще более резко проявляются во всех энергетических свойствах кристаллов,
где многогранник исчезает и заменяется шаром, гиперболоидом, эллипсоидом и т.д. Это случаи, когда в данных явлениях, согласно принципу Неймана, геометрическая структура пространства наименее отражается.
13. В симметрии живых организмов чрезвычайно резко выражаются правизна и левизна, которые для кристаллов являются частным случаем, связанным с отсутствием в них сложной симметрии.
Но между проявлением правизны и левизны в организмах в
аспекте симметрии и проявлением ее в кристаллах, как я уже указывал, существует коренное различие. Это различие заключается в физико-химической тождественности правизны и левизны в кристаллах, проявляющейся в равном числе их при кристаллизации правых и левых неделимых. Это бывает всегда и, как я указывал (§ 8), может быть рассматриваемо как проявление атомного строения твердого состояния материи в евклидовом пространстве трех измерений. Это свойство столько же симметрии, сколько и евклидова пространства трех измерений.
Совсем другое мы наблюдаем для живого вещества. Здесь резко проявляется неравенство правизны и левизны. Огромный накопившийся материал критически до сих пор не обработан, но, мне кажется, на основании его можно прочно установить, что в организмах - в живом веществе - для самых разнообразных свойств это неравенство выражено крайне резко.
Оно передается наследственно и является видовым признаком.
Все белки обладают левым вращением плоскости света, как в животных, так и в растениях. Это значит, что в сложном веществе живых тел устойчивы только левые молекулы белковых тел - главной части протоплазмы. Правые изомеры отсутствуют. Как показал Пастер, все кристаллические соединения - алкалоиды, глюкозы, сахара и т.п., которые входят в состав яиц, зерен, т.е. являются наиболее существенными для жизни, - левые. Это последнее утверждение требовало бы более подробного обсуждения, в которое я не могу входить в этой краткой статье. Но в общем оно мне кажется верным, и иногда затруднение может быть только потому, что в сложных органических соединениях тел живого вещества одновременно существуют как составные части их правые и левые комплексы. Это положение требует проверки, прежде всего критической обработки всего материала.
Не менее резко проявляется химическое различие действия правых и левых изомеров на протоплазму, на клетку.
Ряд точных опытов, поставленных в этой области, отчасти в связи с работой нашей лаборатории Г.Ф. Гаузе, в последнее время доказывают это вне сомнения. Правые и левые химические соединения действуют здесь в одинаковой обстановке и при одинаковых условиях, в сложной термодинамической среде живого вещества, как химически резко разные тела. Они указывают на своеобразную геометрическую структуру, динамически проявляющуюся различно для правого и левого в живом организме, в частности в клетке.
Неравенство правизны и левизны выражается не только в этих химических и физических проявлениях, оно охватывает всю морфологию организма, и больше того, ее динамику. Чрезвычайно характерны значения спиралей в форме организмов и неравенство правых и левых спиралей. Это выражается в неравенстве правых и левых завитков раковин, бактерий, семян, усиков растений и т.п. Оно выявляется в редком проявлении левшей, причем для некоторых организмов левши являются преобладающими и могут быть принимаемы как видовой признак.
Я оставляю здесь совершенно в стороне многочисленные и разнообразные объяснения этого общего явления, они создаются от случая к случаю и в общем, мне кажется, ничего не объясняют.
II
1. Состояние пространства тесно связано с понятием физического поля, но отличается от него тем, что оно проявляется явно в трех измерениях. Но и физическое поле, например электромагнитное, в действительности имеет кривизну, явления в нем не идут в плоскости. В ионосфере мы имеем резко выраженное особое состояние пространства этой земной оболочки, особое физическое поле - поле физического вакуума в форме трехмерного пространства, ограниченного шаровыми поверхностями разных радиусов.
В действительности мы имеем дело с разными состояниями пространства на каждом шагу. Так, внутри кристалла мы имеем трехмерное физическое поле, свойства которого определяются явлениями кристаллизации. Это однородное пространство, сплошь заполненное сдерживаемыми кристаллическими силами (или химическими силами твердого состояния материи), атомами-точками, равномерно его все заполняющими. В сущности, в однородном кристаллическом веществе в системах точек или параллелоэдров, непрерывно равномерно, однородно охватывающих все пространство трех измерений без нарушения однородности, - мы имеем случай особого состояния пространства, резко отличного от обычного изотропного пространства геометрии.
Геометрически различимы сотни таких разных дисперсно материальных выраженных состояний пространства. Но геометрия этих особых состояний пространства всецело определяется законами евклидовой геометрии. Точно так же в магнитных, электрических, электромагнитных полях мы не выходим за пределы евклидовой геометрии и находимся все еще в пространстве трех измерений.
Однако в более сложных явлениях удобно и возможно пользоваться геометрическими представлениями многомерных пространств евклидовой геометрии (С большим успехом проводится это течепие мысли для соотношения химических соединений в работах Н.С. Курнакова, Н.И. Степанова и школы Н.С. Курнакова).
Можно сказать, что во всех этих явлениях мы не выходим за пределы косных естественных тел биосферы. В этой области явлений мы находимся всецело в евклидовых геометриях. Эти евклидовы геометрии выражаются в анизотропных пространствах кристаллографии в трехмерном, а в выражениях соотношения химических свойств и вещества в концепциях Курнакова - в трехмерном, в четырехмерном, пятимерном и более сложных геометриях.
Можно думать, что нигде в пределах косных естественных тел и явлений биосферы мы не выходим теперь из области геометрии евклидовой. Мы не выходим из нее нигде, пока не касаемся планетных явлений.
По-видимому, эти концепции являются недостаточными, когда мы выходим за пределы нашего планетного мира в космические просторы.
Но эти явления, связанные с представлениями Эйнштейна, лежат вне поля моего зрения, поскольку я имею дело с косными и живыми естественными телами биосферы, одной небольшой оболочки нашей планеты.
2. Однако, в ней, как только мы подходим к живым естественным телам, мы встречаемся с таким коренным изменением геометрических явлений, которые, мне кажется, не укладываются в рамки евклидовых геометрий любого измерения.
Основным является при этом резкое нарушение, во-первых, симметрии, а во-вторых, проявлений правизны и левизны.
Геометрически законы симметрии были построены для евклидовой геометрии и были выражены не только геометрически, но и алгебраически в теории групп, причем этими двумя независимыми логическими путями получились те же самые результаты.
Геометрически они исходили из распределения точек пространства, причем всегда эти точки имели определенный параметр, определенное расстояние, ближе которого они никогда друг к другу подойти не могли. В окружающих нас явлениях, которые могут быть сведены к точкам, т.е. к атомам, строящим материальную среду, мы нигде никакого нарушения законов симметрии при этом не встречаем.
Эти законы нарушены в пределах пространства, занятого живым веществом, причем под живым веществом я подразумеваю совокупность живых организмов. Это нарушение резко сказывается в том, что внутри тела живых организмов резко различно проявляются правые и левые кристаллические решетки (правого и левого внутреннего строения атомов) для одного и того же химического соединения, которые оказываются химически резко различными.
3. К сожалению, как раз явления симметрии и явления правизны и левизны, из которых первые охватывают все правильности - геометрические и физические - твердого состояния материи, а вторые характеризуют тела живых организмов, долгое время оставались, отчасти и теперь остаются, вне поля зрения математиков и философов.
Философский анализ, можно сказать, отсутствует. А математический (и геометрический и алгебраический) для симметрии дисперсных систем с постоянным параметром между точками-атомами, в конце XIX столетия блестяще выяснен, можно сказать, до конца в этом частном случае Е.С. Федоровым в Петербурге и А. Шёнфлисом в Геттингене. При этом, между прочим, выяснилось, что далеко не все геометрически мыслимые многогранники могут встречаться среди естественных косных тел нашей планеты. В частности, один из пяти многогранников пифагорейцев - правильный додекаедр - не может наблюдаться и не наблюдается среди косных естественных тел земной коры. Это есть следствие дисперсного строения твердых химических соединений: они составлены из атомов, которые никогда не могут приблизиться друг к другу на расстояние меньше определенной величины, различной для каждого изотопа. Геометрическим выводом из того же самого основного явления служит и то, что не могут существовать в геометрических структурах материальной среды - в кристаллах и в молекулах - оси симметрии вращения пятого, седьмого и выше порядков.
Явление симметрии, только отчасти захваченное математическою мыслью, вошло в науку в связи с тем чувством красоты, которое проявилось в человечестве много тысяч лет тому назад. Понятие это создано в эллинской среде в первой тысяче лет до нашей эры - предание сохранило имя Пифагора из Региума, который это впервые выявил. Но в науку понятие симметрии вошло в XVII и в более общей форме в XVIII и в XIX столетиях. Оно имело два корня. С одной стороны, исходя из наблюдения косных естественных тел биосферы - снежинок и кристаллов, а с другой - главным образом Браве в середине XIX в. - из наблюдения над формами живых организмов. Браве, биолог по своим научным интересам, обратившийся с этой точки зрения к изучению кристаллов, положил основание геометрическому учению о симметрии кристаллов и в то же самое время выяснил по существу иной характер симметрии организмов по сравнению с кристаллами. Но его работа, глубокого геометра и натуралиста, была прервана в самом разгаре неизлечимой болезнью. Нить, им упущенная, не нашла себе выразителя. Геометрически симметрия живых организмов находится в хаотическом состоянии. Собранные факты не охвачены геометрической мыслью. Дальше Браве, мне кажется, никто не пошел.
Удивительным образом понятие симметрии осталось вне охвата философской мысли, и его значение, мне кажется, недостаточно глубоко учитывается в науке, несмотря на ясное для многих его коренное значение и явную возможность дальнейшего математического исследования.
4. Еще хуже обстоит дело с понятием правизны и левизны, огромное значение которого и резко различное проявление в живых и косных естественных телах были ярко выявлены в середине прошлого столетия Луи Пастером. Глубже, в сущности говоря, никто не пошел. Геометры оставили в стороне это понятие. Кристаллографы выяснили, что оно выражается в правых и левых винтовых спиралях, в которых соответственно распределяются изотопы в кристаллических структурах. Пастер доказал впервые, что то же самое явление должно наблюдаться в определенных химических соединениях - в молекулах. Из своих наблюдений он сделал правильный вывод, что в живых и косных естественных телах резко проявляется различное выражение этих явлений. Законы симметрии, выведенные на основании изучения кристаллов, резко нарушены в живых естественных телах.
Пастер, как несколько раньше его Бешан, понял значение правизны и левизны, их неравенство, исходя из наблюдения, сделанного техниками в Эльзасе, которые построили добычу левой винной кислоты и ее солей действием живой плесени на виноградную кислоту и на ее соли. Вероятно, Пастер прав (к сожалению, это до сих пор не проверено окончательно), что вопреки законам симметрии все главные необходимые для жизни соединения, когда они выделяются в кристаллах (соединения, входящие в состав семян, яиц, спор и т.п.), наблюдаются только в виде левых изомеров. Некристаллические белки - коллоидальные или мезоморфные - всегда левые. До сих пор с достоверностью правые изомеры белков и основные кристаллические продукты их распада получаются только в лабораториях. Как в растительном, так и в животном мире наблюдаются только их левые изомеры.
Это выражают особым свойством живых организмов перерабатывать в свое тело - питаться ими - правые изомеры. Только левые изомеры входят в состав живого тела. Это объяснение является простым констатированием факта и, в сущности говоря, не может считаться объяснением. Оно так же непонятно для нас, как и самый факт.
5. Так как правизна и левизна кристаллических тел в евклидовом пространстве трех измерений химически идентичны, неизбежно ставится вопрос, разъясняется ли факт, понятый Бешаном и Пастером, и ими независимо экспериментально доказанный Бешаном раньше, допущением особого непонятного свойства живых организмов нарушать идентичность правизны и левизны и строить свое тело в основных, жизненно необходимых молекулах из левых изомеров? Не является ли это тавтологией? И не правильнее ли обратиться, как это сделал Пастер, к свойствам пространств, в которых происходит и зародилась жизнь?
Дело в том, что правизна и левизна в евклидовом пространстве есть несомненно его геометрическое свойство. Это видно из давно отмеченного геометрического вывода, что в четвертом измерении евклидова пространства правизна и левизна геометрически не проявляются. Еще Кант изучал это явление и подчеркивал, что правая и левая руки в евклидовом пространстве четырех измерений совпадают. Ясно, что это свойство - правизны и левизны - евклидовых пространств нечетного порядка.
Из указанных раньше свойств симметрии ясно, что это не есть только физико-химическое свойство, ибо тождественность правизны и левизны по своим проявлениям, будут ли то проявления геометрические или физико-химические, выведена для однородной системы точек, занимающих без перерыва все евклидово пространство трех измерений. Это вытекает неизбежно из построений Шёнфлиса и Федорова. Пастер этого не знал. Но гениальной интуицией он понимал глубину затронутого им явления. И он искал выход в свойствах космического пространства. Он предполагал, что в один из прошлых периодов геологической истории Солнечная система прошла через левое космическое пространство и в это время зародилась жизнь, в которой это явление отразилось. Но Пастер не знал геометрических следствий, вытекающих из работы Шёнфлиса и Федорова, геометрической тождественности правизны и левизны в пространстве трех измерений Евклида, геометрически выраженных в пространственных решетках точек атомов. Отсюда следует, что можно считать, что тождественность правизны и левизны есть геометрическое свойство трехмерного пространства Евклида.
6. Для того, чтобы объяснить неравенство правизны и левизны и резкое проявление левизны в химических соединениях тела живых организмов, приходится или допустить, что мы имеем дело в этом случае не с евклидовым пространством, или что организмам свойственна особая способность использовать для построения своего тела правые изомеры, левые же отлагаются в теле живых организмов.
Мне представляется более простым, прежде чем допускать непонятное нам явление и искать его в свойствах жизни, убедиться в возможности существования такого пространства, в котором бы геометрически правые изомеры были бы химически устойчивы, а левые могли бы скопляться в химических процессах.
Существование такого пространства допускал Л. Пастор. Он в сущности допускал, что в этом случае раздельно существуют два аналогичных - как бы два изомера - пространство в Космосе: правое и левое. Он принимал это пространство евклидовым.
Но в евклидовом пространстве неизбежна геометрическая тождественность правизны и левизны. Разделение пространства на правое и левое как двух независимых пространств должно иметь какую-нибудь причину. Пастер шел эмпирическим путем, исходя из распадения рацемических кристаллических тел и молекул на оптические изомеры. Но это явление известно нам до сих пор только в живых организмах или в их присутствии. Пастер как раз в последней своей работе объяснял самопроизвольное распадение при кристаллизации винограднокислого аммония на правые и левые виннокислые аммонии присутствием невидимых организмов в растворе. Он считал необходимым поставить для решения вопроса опыты, которых никто не ставил.
Представление [о такой] возможности в евклидовом пространстве нечетного порядка из нижеизложенного кажется маловероятным, если допустить, что тождественность правизны и левизны является геометрическим свойством трехмерного пространства. Это доказывается одинаковой устойчивостью материальных структур одного и того же химического соединения с правыми и левыми винтовыми спиралями гомологических точек-атомов, заполняющих сплошь это пространство. Я считаю возможным, пока правизна и левизна как геометрическое свойство трехмерного евклидова пространства не изучено, принять это положение за исходное в моих рассуждениях.
Но для радиации нематериального характера мы имеем случаи пространств трех измерений, в которых такое разделение правых и левых пространств легко получается. Пастер уже обратил на них внимание и думал, что, используя их, можно создать среду для абиогенеза. Таким состоянием пространства будет газообразная среда или вакуум, освещенный светом с правой или левой эллиптической или круговой поляризации. Мы имеем здесь дело с двумя отдельными средами - правыми или левыми. Но для живых существ дело идет не об энергетической среде, а о материальной. Дело решит только опыт. К сожалению, опытным путем эти относительно легко доступные явления настоящим образом совершенно не изучены.
При таком состоянии наших знаний мне представляется логически более правильным в геометрических проблемах, эмпирически проверенных в своих основах всем бытом человечества и простроенных им, исходя из твердого тела не отождествлять как равнозначные по своим логическим выводам материальные и энергетические состояния пространства.
Я буду, таким образом, исходить из того, что для природных тел в занятом ими пространстве тождество проявления правизны и левизны есть геометрическое свойство трехмерного евклидова пространства.
Отсутствие этой Тождественности и резкое проявление левизны в материальном субстрате живого вещества и правизны в его функциях указывают, что пространство, занятое живым веществом, может не отвечать евклидовой геометрии.
Прежде чем перейти к этому предмету, необходимо остановиться на проблеме симметрии, свойственной живому веществу.
7. Задача симметрии, свойственной живым организмам, совершенно не поддается решению в пределах той симметрии, которая введена для кристаллических тел. Эта симметрия, ясно бросающаяся в глаза, должна быть выражена по существу как-то иначе.
Дело в том, что для организмов в морфологии их формы мы не видим прямых линий. Там, где мы с ними встречаемся, например, в губках или в радиоляриях, мы имеем дело с явлениями кристаллизации. В то же время мы встречаемся здесь со случаями пятерной симметрии, например, в морских звездах или офиурах.
Вся эта область явлений, ясно связанная и с геометрией и с симметрией, до сих пор находится в стационарном состоянии, и мы не находим путей математически ее выразить.
Для живых организмов чрезвычайно характерны два явления, на которые обратили внимание все исследователи, интересовавшиеся их формой. Это, во-первых, их дисперсность - резкая отграниченность от окружающей среды, в которой они представляют как бы самостоятельные всегда движущиеся резко обособленные от окружающего геометрические тела. Как бы особые чуждые мирки. Размеры их колеблются в пределах от 10^-4 см до 10^3 см. Это отграничение от окружающей среды необычайно резкое и не возбуждающее никаких сомнений. Состояния пространства, занятые телами живых организмов, в корне отличны от состояний пространства окружающих их косных естественных тел биосферы. Они создаются в биосфере только из самих себя. Никогда - из косных тел биосферы.
Форма отграничения их явно обладает правильностью, симметрией и всегда отграничена кривыми поверхностями. Эту форму пытаются объяснить как проявление частичных сил, развивающихся на границе с газообразной и жидкой средой, в которых они существуют и с которыми связаны непрерывно идущей биогенной миграцией атомов. Форма их необычайно постоянна, резко устойчива в историческом времени и не меняется в ходе геологического времени, но для некоторых живых веществ неизменна в течение сотен миллионов лет.
Это устойчивость формы, которая в сущности выражает для нас в живом веществе непрерывно происходящее движение атомов, непрерывно воссоздающееся этим путем динамическое равновесие атомов - в форме организма, а не механизма, не может быть всецело определяема в основной своей части поверхностными силами, а зависит в своей основе от более глубоких свойств вещества (атомов или даже изотопов). Общее сходство с проявлением частичных сил связано с тем, что вещество живого организма, в котором преобладает жидкая вода, находится в коллоидальном или мезоморфном состоянии; только часть дисперсных частиц в нем, может быть, играющая огромную роль, состоит из кристаллического вещества.
Наблюдаемая симметрия, необычайная для нашей опытной постановки устойчивость в геологическом времени мельчайших морфологических особенностей явно указывает, что в основе лежат более глубокие явления, чем частичные силы.
Вполне допустимо поэтому представление, что мы имеем здесь дело с проявлением более глубоких свойств материи или, вернее, другую форму ее проявления, чем свойства атомов и изотопов, чем физико-химические свойства вообще.
Допустимо выставить и исследовать рабочую гипотезу о том, что тела живых веществ определяются в своих основах другим геометрическим состоянием пространства, ими занимаемого, чем евклидово пространство косных естественных тел биосферы.
Это пространство не может быть евклидовым хотя бы потому, что в нем нет тождественности правизны и левизны, неизбежной для евклидова трехмерного пространства.
8. Можно попробовать выявить геометрические свойства этого пространства. Следующие свойства пространства Римана позволяют думать, что оно будет отвечать одному или нескольким из состояний этого пространства. Во-первых, то что пространств Римана может быть бесконечное множество. Во-вторых, то что всякое пространство Римана как бы замкнуто, но кажется неограниченным. В евклидовом пространстве трех измерений оно будет проявляться в виде шара. В связи с этим в нем нет прямых линий и прямых плоскостей, а могут существовать только кривые линии и кривые поверхности.
Как мы знаем, симметрия живого вещества как раз таким образом выявляется - геометрически - в косном евклидовом пространстве биосферы трех измерений.
Дисперсность живого вещества и широкое распространение близких к шару и геометрически родственных ему форм - замкнутых кривых поверхностей - вполне отвечают этой гипотезе.
Но мы можем углубить геометрическое представление этих свойственных живому веществу римановских пространств.
9. Для них должно быть характерно:
1) В формах, отвечающих этой геометрии тел, прямые линии и плоскости уходят на второй план. На первый выступают кривые поверхности и кривые линии. Очевидно, в наиболее простых случаях в евклидовом пространстве трех измерений удобно исходить из линий на поверхности шара и вместо плоскостей [из] отрезков его поверхности.
2) Векторы в этом пространстве должны быть полярны и энантиоморфны.
3) Правизна и левизна должны быть резко выражены и их геометрическая и физико-химическая тождественность отсутствует. По-видимому, левизна преобладает во внутренней структуре живых тел.
4) Время в таком пространстве должно выражаться геометрически - наравне с физико-химическими процессами, полярным вектором.
5) Отсюда вытекает ряд важнейших следствий, резко отличающих субстрат живого вещества, т.е. состояния его пространства, от состояния пространства косных тел. Выраженное полярным вектором, время в его физико-химических и биологических процессах необратимо, не идет вспять. Отсюда следует, что в материальной среде энтропия не будет иметь места.
6) Но вектор в этом пространстве должен быть не только полярным, поскольку он выражается в физико-химических и биологических свойствах, связанных с материальной средой. Он должен быть энантиоморфным, так как иначе невозможна правизна и левизна.
7) Энантиоморфность эта резко различна в явлениях посолонных и противусолонных, что связано с неравенством правизны и левизны.
8) Биосфера представляет земную оболочку, в которой в состояниях пространства евклидовой трехмерной геометрии косных естественных тел включены дисперсным образом и в дисперсной форме бесчисленные мелкие римановские пространства живого вещества. Связь между ними поддерживается только непрерывным биогенным током атомов.
1938г.
В.И. Вернадский. О состояниях физического пространства. - Философские мысли натуралиста. М., 1988, с.255-274 (Архив ЛН СССР, ф. 518, oп.1, ед.хр.152)
http://www.runivers.ru/lib/book6249/146742/
С космическим пространством только имеет дело в своей научной работе натуралист, и избежать его он не может, так как это та реальность, которую он изучает
В.И. Вернадский. Проблемы биогеохимии, вып. III. -ААН СССР, ф. 518, oп.1, ед.хр.3. лл. 52-53

  


СТАТИСТИКА