Избранные научные труды

Бор Нильс Хенрик Давид

1960

83 КВАНТОВАЯ ФИЗИКА И БИОЛОГИЯ ^{* 1}

^*Quantum Physics and Biology. В кн.: «Symposia of the Society for Exper. Biology, № 14: Models and Analogues in Biology». Cambridge, 1960, p. 1—5.

¹ Статья «Квантовая физика и биология» состоит из двух частей: физической и биологической. Мы печатаем здесь только биологическую часть, поскольку текст физической части целиком содержится в несколько более полной работе «Квантовая физика и философия», также включённой в этот сборник. — Прим.

ред.

В ходе развития науки дискуссия о положении живых организмов в общем описании физических явлений прошла через целый ряд этапов. В древности очевидные неувязки, присущие сравнению живых организмов с простыми машинами, глубоко повлияли на отношение к механическим проблемам и даже привели к тому, что всякой материи стали приписывать жизненные признаки. Во времена Возрождения в результате выяснения начал классической механики эти взгляды были отброшены, и тем самым проблема вступила в другой этап своего развития, ускоренный великими открытиями этой эпохи в анатомии и физиологии.

Новейшие успехи техники и в особенности развитие автоматического управления промышленными предприятиями и усовершенствование вычислительных устройств заставили заново обсудить вопрос о том, в какой мере возможно конструирование механических или электрических моделей со свойствами, имитирующими поведение живых организмов. Конечно, может быть, и можно придумать модели, реагирующие любым заданным образом, включая свое собственное воспроизводство, если только они будут иметь доступ к нужным материалам и энергии. Оставляя в стороне вопрос о научной ценности таких сравнений, мы должны, однако, понять, что, изучая модели заданной конструкции и с заданными функциями, мы находимся очень далеко от той ситуации, в которой мы оказываемся при исследовании живых организмов, где наша задача состоит в постепенном разгадывании их строения и их возможностей.

Во всякой модели обычного масштаба мы можем по существу пренебрегать атомным строением материи и ограничиваться описанием механических и электрических, свойств материалов, использованных при сооружении машины, а также приложением простых законов, которые управляют взаимодействием между разными её частями. Однако из биологических исследований ясно, что основные признаки живых организмов, и в частности их генетическое воспроизводство, зависят прежде всего от процессов атомного масштаба, где мы сталкиваемся с существенными ограничениями для применимости понятий классической физики.

Как известно, квантовая физика даёт достаточно широкие возможности для описания свойств атомов, лежащих полностью вне той области, где допустим классический подход. Главный результат её развития состоит в признании своеобразной устойчивости атомных и молекулярных структур, которая означает степень упорядоченности, несовместную с неограниченным применением механических картин. Из свойственного классической физике детерминистического описания следует, что всякое возмущение системы, состоящей из огромного числа частей, непременно приводит к хаотическому беспорядку. В квантовой же физике это описание заменяется таким, согласно которому результат всякого взаимодействия между атомными системами зависит от исхода соревнования между различными индивидуальными процессами; эти процессы простым образом определяют состояние новых систем через посредство содержащихся в них атомных частиц, подобно тому как они определяли состояния первоначальных систем. С надлежащими уточнениями такого рода описание прямо соответствует химической кинетике, нашедшей широкое применение в молекулярной биологии.

Совсем новые перспективы постепенного

разъяснения биологических закономерностей на основе прочно установленных принципов атомной физики появились за последние годы. Это произошло благодаря открытию поразительно устойчивых структур специального назначения, несущих генетическую информацию, а также благодаря всё более полному проникновению в процессы, которыми эта информация передаётся. Эти открытия наводят на мысль, что образование и регенерация структурных составных частей организмов при обмене веществ должны рассматриваться как процессы по существу необратимого характера, которые на каждом этапе обеспечивают наибольшую возможную стабильность, совместную с имеющимися условиями в отношении обмена материалом и энергией.

Таким образом, у нас нет причины ожидать какого-либо внутреннего ограничения для применимости элементарных физических и химических понятий к анализу биологических явлений. Тем не менее своеобразные свойства живых организмов, выработанные в результате всей истории органической эволюции, обнаруживают скрытые возможности чрезвычайно сложных материальных систем, не имеющих себе подобных в сравнительно простых проблемах, с которыми мы встречаемся в обычных физике и химии. На этом-то фоне и нашли себе плодотворное применение в биологии понятия, относящиеся к поведению организма как целого и как бы противостоящие способу описания свойств неодушевлённой материи.

Хотя и здесь мы имеем дело, в том что касается употребления надлежащей терминологии, с типично дополнительными соотношениями, необходимо подчеркнуть, что аргументация, применяемая в биологии, некоторыми своими существенными сторонами отличается от той, какая применяется в целях исчерпывающего объективного описания в квантовой физике. Это описание требует чётко различать измерительные приборы от исследуемых объектов, что влечёт за собой во всяком сообщении об атомных процессах взаимное исключение строгого применения локализации в пространстве и времени и законов сохранения энергии. Но такое различение уже учитывается, как указано выше, в применениях химической кинетики и термодинамики. «Дополнительный» подход в биологии нужен скорее по другой причине: его требуют те практически неисчерпаемые скрытые возможности живых организмов, которые обусловливаются их чрезвычайно сложным строением и функциями.

84 ПРЕДИСЛОВИЕ К СБОРНИКУ «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА XX ВЕКА» ^*

^*Foreword. В сб.: «Theoretical Physics in the Twentieth Century. A memorial volume to Wolfgang Pauli». N. Y., 1960.

Прогресс физики в нашем столетии характеризуется не только расширением круга познаний, но равным образом и построением новых теоретических основ для анализа и синтеза экспериментальных данных. Вольфганг Паули, памяти которого посвящается эта книга, внёс в этот прогресс огромный вклад не только собственными выдающимися работами, но и тем вдохновением и воодушевлением, которые мы все от него получали.

Глубокая интуиция и способность к критическим суждениям проявились у Паули очень рано в его известной энциклопедической статье по теории относительности, опубликованной, когда ему было всего 20 лет. Эта статья до сих пор остаётся одним из наиболее ценных пособий, в котором изложены основы и общее содержание первоначальных идей Эйнштейна. Раннее знакомство Паули с этой теорией, содержавшей радикальный пересмотр фундаментальных физических понятий, а также отличное владение математическим аппаратом подготовили почву для важного вклада в квантовую физику.