Fizyka Życia

John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
2. Prawa pierwotne
Wszystko co nas otacza zbudowane jest z atomów. Najmniejsze obiekty badane pod
mikroskopem i największe galaktyki oglądane przez teleskopy to skupiska atomów. Każdy
organizm żywy, w tym i my sami, to też skupisko atomów. Jest to fakt nie podlegający dyskusji.
Przypominają o tym nawet słowa kapłana wymawiane w trakcie złożenia do grobu:“Z prochu
powstałeś i w proch się obrócisz”. Każdy lepiej lub gorzej wyizolowany obiekt jest zbudowany z
odpowiednio rozmieszczonych względem siebie atomów, które wzajemnie na siebie oddziałują,
a suma tych wszystkich oddziaływań daje w wyniku właściwości danego obiektu.
2.1 Natura rzeczy
Żyjemy na obiekcie nazwanym przez naszych przodków Ziemią, który jest planetą cyklicznie
obiegającą inny obiekt zwany Słońcem. Na „naszej” Ziemi płyną rzeki, pada deszcz, w pewnych
jej rejonach trzęsie się ziemia i wybuchają wulkany, no i jesteśmy my i mnóstwo innych, tak
zwanych, stworzeń: rośliny, owady, ryby, grzyby, ptaki, bakterie... Żadne z nich nie zastanawia
się nad „sensem istnienia” – robimy to tylko my. A czy przypadkiem to właśnie “zastanawianie
się” nie powoduje, że nie dostrzegamy pewnych oczywistości? Czy jest bowiem jakiś głębszy
sens w tym, że kamień spada w kierunku Ziemi z przyspieszeniem równym w przybliżeniu
dziesięciu metrom na sekundę kwadrat? Czy jest jakiś sens w tym, że ten sam kamień, gdyby
znalazł się na Księżycu, spadałby z przyspieszeniem siedmiokrotnie mniejszym? A jaki sens ma
istnienie kryształów? A jaki sens ma lejąca się z kranu woda? A może po prostu „jest jak jest” i
nie należy się doszukiwać niczego poza tym? Może zamiast szukania sensu życia trzeba po
prostu zastanowić się nad tym dlaczego jest ono takie jakie jest i nad tym jakie czynniki
sprawiają, że jest właśnie takie? Ludzkość odkryła, dobrze poznała i z powodzeniem
wykorzystuje pewne prawa fizyki, ot, choćby prawo powszechnego ciążenia lub prawo
Archimedesa... Ale nie są to prawa, które tłumaczą sens tego wszystkiego co dzieje się we
wszechświecie – one tłumaczą jak to się dzieje.
„Natura rzeczy” ma to do siebie, że „jest, jak jest”! A jeżeli „tak jest jak jest” to znaczy, że mają
miejsce określone oddziaływania, zależności i procesy, które możemy ująć w postaci praw. Fakt,
że jakieś zjawisko nie jest dla nas zrozumiałe nie oznacza, że spowodowane jest siłami
tajemnymi, a nie procesami fizycznymi. Jeszcze trzysta lat temu tworzenie ruchomych
obrazów na ścianie należałoby właśnie do strefy tajemnej! Gdyby pokazać człowiekowi
żyjącemu w XVIII wieku telewizor lub kino to byłby przekonany, że ma do czynienia z mocami
piekielnymi, dziś nie dziwi to nawet dzieci. W „Naturze rzeczy” nie doszukujmy się odgórnego
planu lecz raczej badajmy na czym ta cała Natura rzeczy polega.
Strona 1 z 8
29.12.2008
John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
2.2 Aksjomaty Fizyki Życia
Odkryliśmy prawo powszechnego ciążenia, bo zauważyliśmy, że jabłko spada na Ziemię, a
planety się przyciągają. Pojedyncze atomy również dążą do grupowania się. Każdy obiekt
posiadający masę podlega prawu powszechnego ciążenia. Ciążenia? Czy można powiedzieć, że
dwie cząstki “ciążą” gdy w odległej kosmicznej pustce znajdą się na tyle blisko siebie, że zaczną
się przyciągać? A może lepszymi określeniami zamiast przyziemnego “ciążenia” będą bardziej
uniwersalne “grupowanie” lub “koncentracja”? “[...] cokolwiek występuje w świecie (także we
wszechświecie), podlega obiektywnemu i obiektywnie działającemu „prawu koncentracji” zapewne jednemu z „praw natury”. To model rozwoju, a raczej model podążania do eksplozji
będącej nieruchomym rezultatem każdej koncentracji.” [ISBN 978-83-7453-860-2, str. 235].
Cząstki grupują się w sposób różnoraki, tworząc ciała stałe, ciecze i gazy, plazmę, mieszaniny i
stopy – ogólnie rzecz biorąc - obiekty materialne o pewnym składzie chemicznym, o pewnej
strukturze i o pewnych właściwościach. Najciekawszą, przynajmniej z naszego punktu widzenia,
grupę tego typu obiektów stanowią tak zwane obiekty żywe. Charakteryzuje je co prawda
stosunkowo mała trwałość, jednak ich różnorodność jest przeogromna. Zalicza się bowiem do
nich całą gamę różnorodnych typów obiektów począwszy od stosunkowo prostych
konstrukcyjnie wirusów1, a skończywszy na bardzo skomplikowanych obiektach takich jak na
przykład my sami. Może zatem zamiast mówić o prawie powszechnego ciążenia, które
manifestuje się zaledwie przyciąganiem grawitacyjnym i którego charakter opisuje proste
równanie, właściwszym będzie mówienie o prawie powszechnej koncentracji, które manifestuje
się nie tylko przyciąganiem, lecz również takim skomplikowanym zjawiskiem jakim jest życie i
którego charakter opisuje wielki zbiór różnego rodzaju wzorów i metod matematycznych?
Rozważania nasze rozpoczniemy od sformułowania w postaci aksjomatów2 czterech praw
pierwotnych, które stanowić będą fundament Fizyki Życia.
2.2.1
Aksjomat dualizmu natury rzeczy
Cząsteczki i atomy dążą do grupowania się i tworzenia obiektów trwałych. Czy wszystkie i w
każdych warunkach? W pewnych warunkach grupują się wszystkie, lecz okazuje się, że zdarzają
się i takie okoliczności, w których ich wzajemne relacje daje się opisać rozkładem od skrajnie
silnego przyciągania do skrajnie silnego odpychania. Spostrzeżenie to stanowi treść aksjomatu
dualizmu natury rzeczy.
1 Wirusy – (łac. virus – trucizna, jad) skomplikowane cząsteczki organiczne nie posiadające struktury
komórkowej, zbudowane z białek i kwasów nukleinowych. Zawierają materiał genetyczny w postaci RNA
(retrowirusy) lub DNA. W zależności od przyjętej definicji życia wykazują zarówno cechy organizmów żywych
jak i materii nieożywionej. [Wikipedia, pol, stan 2008.11]
2 Aksjomat - (αξιωμα aksíoma – godność, pewność, oczywistość ). “Jest to jedno z podstawowych pojęć logiki
matematycznej. Od czasów Euklidesa uznawano, że aksjomaty to zdania przyjmowane za prawdziwe, których nie
dowodzi się w obrębie danej teorii matematycznej. We współczesnej matematyce definicja aksjomatu jest nieco
inna: Aksjomaty są zdaniami wyodrębnionymi spośród wszystkich twierdzeń danej teorii, wybranymi tak, aby
wynikały z nich wszystkie pozostałe twierdzenia tej teorii.” [Wikipedia pol. Stan 200811]
Strona 2 z 8
29.12.2008
John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
Spójrzmy na dzieci bawiące się na podwórku przedszkola. Niektóre z nich bawią się w grupach,
niektóre samodzielnie, ale są i takie, które bawią się trochę w grupie i trochę same. Podobnie
rzecz ma się w przypadku cząstek. Gdyby nie było sił przyciągania pomiędzy nimi nie powstały
by Czarne Dziury3, a z drugiej strony gdyby w skumulowanej materii nie przeważały siły
odpychające nie było by Wielkiego Wybuchu4. Osiemdziesiąt kilometrów ponad naszymi
głowami w wielkich odległościach od siebie swobodnie fruwają pojedyncze cząstki, a z kolei my
sami osiemdziesiąt kilometrów niżej pewnie stąpamy po zbiorze cząstek scementowanych siłami
grawitacji – po naszej twardej Ziemi. Na styku tych dwóch dwóch obszarów występuje strefa, w
której “w pełnej krasie” manifestuje się dualizm natury rzeczy. Obszar ten złożony jest z dwóch
płynnych oceanów: powietrznego i wodnego, i to właśnie w nich cząstki “trochę się przyciągają i
trochę odpychają”.
2.2.2
Obiekty materialne
Które z praw fizyki sprawiają, że powstają obiekty materialne? Wszystkie możliwe w danych
warunkach zewnętrznych. I nie tylko oddziaływania, które określiliśmy mianem grawitacyjnych
lecz również elektromagnetyczne, chemiczne, Van der Walls'a, jądrowe oraz również i te,
których człowiek jeszcze nie zna lub nie rozumie. Jeżeli dane warunki zewnętrzne
uniemożliwiają powstawanie obiektów - to obiekty po prostu nie powstają. Natomiast powstające
w wyniku grupowania obiekty, nawet dwucząstkowe, mają różnego rodzaju właściwości.
2.2.2.1
Struktura obiektu materialnego
Tworzące obiekt cząstki w pewien specyficzny sposób układają się względem siebie i właśnie to
ich rozmieszczenie nazywamy strukturą obiektu. Zwróćmy uwagę na to, że właściwości obiektu
złożonego z cząstek A, B i C mogą być różne w zależności od tego czy ułożą się one w obiekt
ABC czy BAC.
3 Czarna dziura to “obszar (w angielskiej wersji Wikipedii dodano, że jest to obszar teoretyczny) w przestrzeni
kosmicznej, który tak silnie oddziałuje grawitacyjnie na otoczenie, że nic, nawet promieniowanie
elektromagnetyczne (w tym światło) nie mogą go opuścić.” [na podst. Wikipedia, pol, eng, rus 2008.11].
Przy okazji omawiania czarnej dziury chciałbym zwrócić uwagę na to jak odpowiedni dobór nazwy (tzw.
nośność nazwy) może przyczynić się do rozpowszechniania idei, w tym przypadku teorii naukowej. “Czarna
dziura” została wymyślona przez John'a Archibald'a Wheeler'a (1911-2008) w 1967 roku i po raz pierwszy przez
niego użyta w trakcie odczytu zatytułowanego “Wszechświat: co wiemy, czego nie wiemy” jako alternatywa dla
nieporęcznych i nieefektywnych, a stosowanych do tej pory, nazw: “grawitacyjnie zupełnie zapadnięta gwiazda”,
“colapsar” i “gwiazda zastygła”. Zestawienie słów “czarna” i “dziura” obrazowo przemawia do wyobraźni choć
nie oddaje wiernie charakteru zjawiska. Pomimo tego defektu nazwa przyjęła się i spopularyzowała samo
zjawisko, które bez nadania mu tak nośnej nazwy być może dalej było by mało znane tak, jak na przykład “biały
karzeł”. Spopularyzowanie to jedna strona medalu, lecz po tym jak już każde dziecko wie o zjawisku może się
okazać, że nazwa zaczyna odgrywać rolę negatywną bowiem przez słowo “dziura” kojarzone jest ono z pustką, a
nie wysoce skoncentrowaną materią. W moim mniemaniu właściwszą, ale mniej nośną, byłaby nazwa "czarny
kumulant".
4 Wielki Wybuch to “model powstania Wszechświata uznawany przez współczesną kosmologię za najbardziej
prawdopodobny. Według tego modelu ok. 13,73 mld lat temu dokonał się "Wielki Wybuch" z
nieprawdopodobnie gęstej i gorącej osobliwości.” [Wikipedia pol stan 200811]
Strona 3 z 8
29.12.2008
John Freeslow
2.2.2.2
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
Czas trwania obiektu
Jedną z niewielu właściwości, wspólnych dla obiektów dowolnego typu jest trwałość, mierzona
czasem ich trwania. Jeszcze nie raz będę ubolewał nad niejednoznacznością języka, którym
przychodzi nam się posługiwać, ale niestety nawet w języku naukowym do określania tej
właściwości wykorzystywane jest słowo „życie”. Mówi się na przykład o „życiu planet”,
oczywiście mając na względzie czas ich trwania. My, aby uniknąć tej dwuznaczności, w dalszych
rozważaniach czas trwania obiektu będziemy zapisywali skrótem CTO, natomiast słowo “życie”
zarezerwujemy wyłącznie do określania CTO obiektów, które... w specyficzny sposób się
“powielają i “coś tam czynią5” by przedłużyć swoje CTO”. Wracając do właściwości jaką jest
trwałości – nietrudno zauważyć, że obiekty mogą powstać i po pewnym czasie ∆t się rozpaść. W
zależności od tego jakie to ∆t jest, oraz od tego jak to ∆t interpretuje obserwator możemy mówić
o obiektach trwałych, nietrwałych lub, na przykład, natychmiast się rozpadających. Oczywiście
przysłówek “natychmiast” wnosi subiektywizm obserwatora, bowiem dla obiektu “człowiek”
obiekt “góra” trwa wiecznie, a z kolei z punktu widzenia gór ludzie ulegają nieomal
natychmiastowemu rozpadowi.
2.2.2.3
Transformowalność obiektów materialnych
Drugą istotną właściwością obiektów jest ich transformowalność, czyli przeistaczanie się w
inne obiekty o innych właściwościach. Liczba możliwych transformacji zależy od liczby cząstek
tworzącej dany obiekt. Oczywistym jest twierdzenie, że im więcej cząstek tworzy obiekt tym
większa jest liczba możliwych transformacji. W przypadku obiektu dwucząstkowego może się
on rozpaść na dwie pojedyncze cząstki lub połączyć z innymi iluś tam cząsteczkowymi
obiektami. Dla przykładu obiekt AB może w wyniku transformacji utworzyć obiekty: A i B,
ABFF, DDAB, ABFGHIJK, itp.
Rozpad obiektu na atomy w języku potocznym określany jest jako śmierć. Tymczasem w wyniku
transformacji obiekt się tylko zmienia. Może oczywiście ulec rozpadowi na pojedyncze cząstki
lub na obiekty kilkucząstkowe, lecz może przeistoczyć się w inny obiekt lub tylko zmienić
niektóre swoje właściwości. Analogicznie do wyłączności, której udzieliliśmy słowu “życie”,
słowo “śmierć” zastrzegamy tylko dla obiektów żywych. Mówienie o życiu gwiazdy lub śmierci
kawałka drewna, które spaliliśmy w kominku będziemy od tej pory traktować jako błędy
logiczne.
2.2.2.4
Kryteria obiektowości
Obiekt stanowi pewną charakterystyczną całość, a stanowi ją tak długo ile wynosi jego CTO.
Natomiast to ile ono wynosi zależy od tego jak długo obiekt stanowi tę “pewną charakterystyczną
całość”. Gdy obiekt dwucząstkowy AB rozpadnie się na dwa obiekty A i B przestaje nią już być i
tym samym przestaje być obiektem, którym był, natomiast gdyby od obiektu złożonego z
kwintyliarda (1033) cząstek oderwały się ze dwie to, prawdopodobnie dalej byłby on uważany za
ten sam obiekt. Kryteria, które mówią czy rozpatrywany obiekt dalej jest tym samym obiektem
5 Ponieważ, jak się wkrótce przekonamy, nie chodzi wyłącznie o darwinowską “walkę” dlatego też słowo “walczą”
zostało zastąpione określeniem “coś tam czynią”.
Strona 4 z 8
29.12.2008
John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
czy też stanowi już nową charakterystyczną całość nazywamy kryteriami obiektowości.
Oczywiście ani nie mają one charakteru obiektywnego ani uniwersalnego, są ustalane w sposób
subiektywny przez obserwatora, a nam nie pozostaje nic innego jak się z nimi zgodzić lub
wymyślić nasze własne.
Gdybyśmy zastanawiali się czy płot po usunięciu z niego sztachety jest nadal tym samym płotem
odpowiedzi udzielą nam właśnie kryteria obiektowości. “Nie, nie jest to już ten sam obiekt
bowiem obiekt, o którym mówimy miał zabezpieczać teren przed kotem sąsiada, który załatwia
się w piaskownicy przeznaczonej dla dzieci.” ewentualnie “Tak, jest to dalej ten sam płot, bo
nawet bez tej jednej sztachety nadal skutecznie chroni przed wtargnięciem dużych psów.”. Jeżeli
Czytelniku zastanawiasz się czy nadal jesteś tym samym obiektem, którym byłeś w łonie matki
lub gdy miałeś 11 lat, to odpowiedzi musisz szukać właśnie poprzez ustalenie kryteriów
obiektowości. Tradycyjnie uważa się, że nadal jesteś tym kim byłeś, ale czasem można też
spotkać się z odmienną opinią, która wynika z faktu, że materia, z której jesteśmy zbudowani
wymieniana jest w całości przeciętnie co 10 lat. Tak jak to już powiedzieliśmy: to czy coś jest
obiektem lub właśnie przestało nim być zależy od subiektywnych kryteriów obiektowości. Jeśli
je określimy lub przyjmiemy jakieś już przez kogoś określone wówczas w ich świetle będziemy
wiedzieli czy obiekt nadal jest tym samym obiektem oraz kiedy kończy być tym czym był i
zaczyna być czymś innym.
2.2.2.5
Czynniki sprawcze
Które z obiektów są obiektami najtrwalszymi? Najtrwalszymi to znaczy trwającymi najdłużej.
Odpowiedź na to pytanie jest banalnie prosta: te, które w danych okolicznościach trwają
najdłużej. A co zapewnia trwałość obiektu? Czy jest jakiś jeden czynnik, który na to wpływa?
Niestety nie. Trwałość lub nietrwałość mogą być spowodowane dowolnymi czynnikami: siłą
grawitacji, wiązaniami elektromagnetycznymi, ruchem..., generalnie rzecz biorąc dowolnym
zjawiskiem fizycznym lub zespołem zjawisk. W przypadku obiektów żywych mogą one być tak
wyrafinowane jak na przykład: lekarstwo, kłamstwo, dominacja, praca, kradzież, władza lub
przypadkowa absencja w miejscu zamieszkania.
Gdyby obiekt był zawieszony w próżni, w której nie dochodziłyby doń żadne oddziaływania
zewnętrzne, a w nim samym nie zachodziłyby żadne procesy wewnętrzne to w sposób
niezmienny trwał by wiecznie. Gdy jednak rzeczone oddziaływania występują i mają wpływ na
obiekt, to można je uważać za grupę czynników sprawczych, a w zależności od roli jaką
spełniają można je zaszeregować do jednej z czterech kategorii:
inicjatorów – czynników powołujących obiekt do istnienia. W przypadku omawianego płotu
będą to: przyczyna, która wywoła pomysł by go zbudować, założenia, które będzie musiał
spełniać, projekt, który opisuje jak będzie wyglądał i z czego będzie zrobiony, czynności
związane z zakupem materiałów oraz praca, którą trzeba wykonać by go zbudować;
konstruktorów, które wydłużają CTO podtrzymując stan “pewnej charakterystycznej całości” i
sprawiają, że kryteria obiektowości są spełniane. W przypadku gdy dysponujemy miarą
spełniania tego kryterium będą nim te czynniki, które poprawiają to spełnianie. Do grupy
Strona 5 z 8
29.12.2008
John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
kreatorów obiektu “płot” należą nie tylko malowanie, konserwacja i naprawy lecz również
poszukiwania mające na celu znalezienie farby, która na dłużej zabezpieczy sztachety;
przeciwstawnymi do konstruktorów są destruktory, które “robią wszystko” by obiekt przestał
stanowić tę “pewną charakterystyczną całość”, które sprawiają, że kryteria obiektowości
przestają być spełniane, a gdy dysponujemy miarą to te, które pogarszają spełnianie. W
odniesieniu do płotu będą nimi czynniki atmosferyczne, dziecko, które tłucze weń piłką
powodując odpadanie farby i nierzetelny fachowiec, który źle go pomalował;
ostatnimi w szeregu czynników sprawczych są terminatory, które definitywnie powodują, że
obiekt przestaje być tym czym był. Decyzja o rozbiórce płotu i sama rozbiórka są takimi
terminatorami w odniesieniu do obiektu jakim jest płot.
2.2.3
Aksjomat wzajemnego oddziaływania
Drugim aksjomatem Fizyki Życia jest aksjomat wzajemnego oddziaływania, który mówi:
pracząstki – czyli wszystko to z czego zbudowane są atomy oraz atomy, cząsteczki i obiekty z
nich zbudowane oddziałują między sobą.
Myślę że nad tym aksjomatem nie ma co się dłużej rozwodzić, bo nawet jeżeli pomiędzy
wybranymi obiektami oddziaływanie nie zachodzi, to z matematycznego punktu widzenia
oddziaływanie i tak istnieje, przy czym jest równe zeru.
2.2.4
Aksjomat zmienności
Trzeci aksjomat to aksjomat zmienności. Brzmi on: wszelkie obiekty są zmienne w czasie.
Obiekty, które wydają się niezmienne, są niezmienne tylko z pozoru. Każdy obiekt i każde
zjawisko ma rożne fazy swego istnienia. Aksjomat ten ma fundamentalne znaczenie w Fizyce
Życia, każe bowiem rozpatrywać wszelkie zjawiska jako procesy, a więc na przykład wyróżniać
kolejne ich fazy i badać następstwa.
Można próbować podważyć i ten aksjomat dając jako przykład stałość prędkości światła. No cóż,
nawet jeżeli tak jest, to i na to zagadnienie możemy spojrzeć z matematycznego punktu widzenia
i potraktować prędkość światła jako wielkość zmienną, przy czym jej zmiany traktować jako
pomijalnie małe.
2.2.5
Aksjomat właściwości
Aksjomat czwarty to aksjomat właściwości. Właściwości każdego obiektu są wypadkową
właściwości, zachowań i wzajemnych oddziaływań jego elementów składowych. W
najogólniejszym przypadku chodzi oczywiście o wszystkie atomy, z których zbudowany jest
obiekt.
Strona 6 z 8
29.12.2008
John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
Indeks alfabetyczny
Aksjomat (def).................................. 2
Aksjomat dualizmu natury rzeczy.....2
Aksjomat właściwości wypadkowej. 6
Aksjomat wzajemnego oddziaływania
.......................................................... 6
Aksjomat zmienności........................6
CTO (def)..........................................4
Czarna dziura (def)........................... 3
Strona 7 z 8
Czynniki sprawcze (def)................... 5
Destruktory (def)...............................6
Inicjatory (def).................................. 5
Konstruktory (def)............................ 5
Kryteria obiektowości (def).............. 5
Natura rzeczy.................................... 1
Nośność nazwy................................. 3
Prawo powszechnej koncentracji......2
Struktura (def)...................................3
Terminatory (def)..............................6
Transformowalność (def)..................4
Wheeler, John Archibald ................. 3
Wielki Wybuch (def)........................ 3
Wirusy (def)...................................... 2
29.12.2008
John Freeslow
Fizyka Życia
2. Prawa pierwotne
Spis treści
2.Prawa pierwotne .................................................................................................... 1
2.1Natura rzeczy..........................................................................................................................1
2.2Aksjomaty Fizyki Życia......................................................................................................... 2
2.2.1Aksjomat dualizmu natury rzeczy................................................................................................................2
2.2.2Obiekty materialne.......................................................................................................................................3
2.2.2.1Struktura obiektu materialnego.....................................................................................................................................................................................3
2.2.2.2Czas trwania obiektu ................................................................................................................................................................................................... 4
2.2.2.3Transformowalność obiektów materialnych................................................................................................................................................................. 4
2.2.2.4Kryteria obiektowości.................................................................................................................................................................................................. 4
2.2.2.5Czynniki sprawcze....................................................................................................................................................................................................... 5
2.2.3Aksjomat wzajemnego oddziaływania.........................................................................................................6
2.2.4Aksjomat zmienności...................................................................................................................................6
2.2.5Aksjomat właściwości..................................................................................................................................6
Strona 8 z 8
29.12.2008