Более простым (не все ж ученые знают физику и математику) и наглядным доказательством многократного превышения световой энергии над тепловыми квантами служит следующее экспериментальное наблюдение. Возьмем "холодную" железную кочергу, то есть при комнатной температуре или  293⁰ по Кельвину. Она черная, если была в употреблении (и если не золотая). Это - цвет "холодных" фотонов для нашего глаза, то есть отсутствие всякого цвета. Нагреем кочергу. Она станет светиться красным цветом при температурах порядка 1200 градусов по Кельвину, а белым при еще более высокой температуре. Вывод: энергия световых фотонов (которые излучает нагретая кочерга) во столько раз больше энергии "холодных" фотонов (которые излучает холодная кочерга), во сколько раз абсолютная температура раскаленной кочерги выше абсолютной температуры холодной кочерги. То есть от 4 и более раз.

   Так рождается пока гипотеза о существовании молекул - мельниц солнечных квантов. Далее производятся уточнения.

   Инфракрасные солнечные лучи превращаются в тепло сразу, но они мало интересны. Не они создают земную жизнь и даже глаз не определяет их за ненадобностью. Хотя надо отдать им должное в поддержании необходимого теплового режима для существования жизни.

   Одновременно становится более понятным разрушительное действие ультрафиолетовых лучей, для которых не находится молекул, способных их поглотить и затем перемолоть в тепло. Сложные молекулы в большинстве разрушаются от поглощения таких огромных энергий. Таким образом, ультрафиолетовые лучи практически не принимают участия в возникновении и круговороте жизни.

   Итак, солнечный квант приближается к крупной органической молекуле, плавающей в воде. У этой молекулы множество энергетических степеней свободы, на которые может попасть энергия солнечного фотона. Основные степени свободы: 1) механические, когда вибрируют ядра атомов этой макромолекулы. 2) электронные, когда раздуваются электронные оболочки вокруг каждого из атомов. На какие именно степени свободы попадает энергия солнечного фотона? - Этот вопрос мы уже анализировали. Длинная молекула как антенна превращает фотон в энергию электронной оболочки. Возможно, через виртуальную стадию внутримолекулярных токов.

   Можно слегка детализировать данное утверждение. Как ни мала вероятность, но фотоны поглощаются и чистой водой, хотя бы морской. Видимо играет роль мгновенная конфигурация некоторой локальной группы молекул воды и растворенных в ней солей. В свете такого предположения становится очевидно, что существуют устойчивые крупные органические молекулы (типа хлорофилла), конфигурация которых очень подходяща для поглощения кванта света.

Но что происходит дальше?

   Необходимо вспомнить известные теоретические изыскания. Вот выдержка из [08], [09]. В 1954 году Ферми, Паста и Улама предприняли попытку численного изучения одномерной ангармонической цепочки осцилляторов. Исследовалась проблема, которую упоминал еще в 1914 году Дебай. Они предполагали, что из-за свойства нелинейности данного объекта, любое начальное возмущение быстро релаксирует и приводит к равнораспределению энергии по всем степеням свободы системы. Однако они обнаружили аномально медленную стохастизацию этой динамической системы. Вот что они сообщают. "…Обнаружились явления, которые с самого начала удивили нас. Вместо последовательного непрерывного потока энергии от первой моды к высшим … происходил энергообмен лишь между несколькими низшими модами… Почти не наблюдалось тенденции к равнораспределению энергии по степеням свободы за данное время. Иначе говоря, в системе определенно не было перемешивания."

   Эти результаты из механики помогают осмыслить, что потом происходит с энергией электронной оболочки. Различие между энергиями электронной оболочки и механических колебаний ядер в молекуле радикально, абсолютно. Вступает в действие упомянутый феномен неперемешивания. Эта энергия электронных оболочек не передается сразу на колебательные свободы ядер атомов, а оттуда на окружающие молекулы, в тепло. Эта энергия некоторое время живет на электронной оболочке молекулы, достаточно долго ею удерживается не превращаясь в колебания атомов. При этом, весьма быстро или мгновенно она распределяется равномерно по электронным оболочкам атомов этой молекулы.

   Затем эта энергия бывшего фотона медленно и частями начинает передаваться на окружающие молекулы воды. Возможно, что часть этой энергии передается мелкими квантами с электронных оболочек атомов органической молекулы на электронные оболочки молекул воды. Другая часть передается механическими толчками (механизмы приводятся ниже) со стороны атомов основной молекулы - поглотительницы, на молекулы воды.

   Итак, молекула, поглотившая квант света, не может быстро размолоть всю порцию солнечной энергии в мелкую "энергетическую муку" и рассеять ее на окружающее вещество, превратив в тепло. Это противоречит объективно существующим физическим квантовым законам и запретам. По этим законам, поглотив порцию солнечной энергии, молекула вынуждена некоторое время жить в таком возбужденном состоянии.

   При упоминании слов "энергия молекул" в дальнейшем имеется ввиду именно и только энергия ее электронной оболочки, а не механическая или иная. Да и механическая энергия колебаний атомов в молекуле не может в ней долго задерживаться и сразу расползется на соседние молекулы воды.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

   Возбуждение молекулы - это момент поглощения плавающей в океане молекулой светового кванта.

   Возбужденное состояние молекулы - это пребывание с избытком внутренней энергии над равновесным состоянием. Затем происходит процесс дробления этой энергии и её последующая переброска на окружающие молекулы воды.

   Продолжительность возбужденного состояния - это время существования молекулы в возбужденном состоянии. После излучения последней части из первоначального кванта молекула перестает быть носительницей избыточной внутренней энергии и переходит в состояние равновесия с окружающей средой.

   Другими словами, при нахождении молекулы в потоке света часто случается, что внутренняя температура молекулы оказывается многократно выше ее кинетической, "внешней" температуры. Этот момент понятен и очевиден физикам, хотя спорить они могут по любой ерунде до бесконечности.

Параллельно изложенному существует феномен, что эти возбужденные молекулы нередко приобретают дополнительную химическую активность. В частности, те из них, которые ранее не соединялись друг с другом, в возбужденном состоянии получали эту способность химически соединяться друг с другом, и даже по многу штук. В плане образования длинных молекулярных цепочек это хорошо. Но в химические дебри мы не полезем. Жизнь возникает и без химических сложностей.

Солнечное энергетическое давление как бы заставляет некоторые крупные органические молекулы становиться мельницами квантов. Эти древние простейшие мельницы в горячей воде не слишком разнообразны и когда-нибудь будут определены, перечислены и систематизированы химиками.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Молекулярные мельницы квантов - это крупные органические молекулы, плавающие в океане, и эффективно преобразующие поглощенные крупные солнечные кванты в мелкие. После чего эти мелкие кванты перебрасываются на окружающие молекулы и превращаются в тепло. Вот почему, в частности, мутная вода нагревается быстрее. Далее иногда будут использоваться сокращенные термины: мельницы квантов, квантовые мельницы, мельницы.

Следует добавить к этому возможность существования мельниц солнечных квантов в виде коллоидного слипания нескольких молекул. Эти коллоиды могли участвовать во всех стадиях возникновения и эволюции первичной жизни.

Еще раз подчеркивается: практически никакого другого способа превращения солнечной энергии в тепло океанической воды, кроме как посредством крупных молекул - мельниц квантов, не существует. Мельницами могут служить и крупные частицы пыли, плавающие в воде. В древности количество органического вещества в океане было достаточно большим и солнечные лучи поглощались полностью уже на глубине нескольких метров.

Сложные молекулы в воде эффективно решают проблему мелкой перемолки энергетических квантов и превращения их в тепло. Видимо, причина в том, что крупные молекулы из – за взаимного влияния образующих их атомов имеют достаточно плотный, частый спектр энергетических уровней электронных оболочек. Расстояния между уровнями, разрешенными для перескоков энергии, малы. Что и определяет мелкость помолки квантов.

Следует подчеркнуть и каждый раз помнить то обстоятельство, что все эти мельницы квантов, органические молекулы, световое энергетическое давление - это общие для всей Вселенной свойства и объекты. Они никем не придуманы, не созданы, не прилетели из космоса и это не чудо. Весь этот набор обстоятельств и процессов существовал и существует везде во Вселенной. И это еще не жизнь. Это только описание окружающего пейзажа.

Давление солнечной энергии - первичное энергетическое давление рождает возбужденные молекулы. Процесс энергопередачи движется дальше, уже от молекулы к молекуле. В океане растворено множество таких молекул, которые поглощают и частично накапливают поглощаемые кванты от Солнца. С одной стороны, эти молекулы иногда становятся химически активными и часть солнечной энергии накапливается в виде энергии химических соединений. Другая часть поглощенной солнечной энергии излучается на окружающее вещество. То есть молекулы иногда становятся источниками вторичного энергетического давления.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Вторичное энергетическое давление - это облучение равновесных молекул квантами со стороны энергетически возбужденных молекул, возникших в результате первичного энергетического давления Солнца.

Молекулярные мельницы квантов разбрызгивают измельченные кванты на окружающие молекулы. То есть они как раз и создают вторичное энергетическое давление.

В результате этого вторичного давления также создается энергетически неравновесное, смещенное в сторону избытка внутренней энергии, состояние у облученных молекул. Хотя вполне естественно, что кванты вторичного энергетического давления на порядок - два слабее квантов энергетического давления Солнца. Но во столько же раз этих квантов больше. По общему потоку энергии эти потоки равны - закон Ломоносова никто не отменял. У вторичного потока энергии есть серьезное преимущество. Он более равномерен и постоянен. В сфере вторичных (и большего порядка) потоков энергия передается мелкими квантами, которые не разрушают сложные вещества. Поэтому в океане на глубине и под лучами Солнца вторичное энергетическое давление достаточно сильно и здесь возможно значительно большее многообразие химических соединений. Новые химические соединения порождают новые мельницы квантов. Те квантики, которые излучаются из большой молекулы, они продолжают размалываться в мелких, менее энергоемких мельницах.

Имеет смысл (для лучшего усвоения) еще раз мысленно представить себе первобытный океан под лучами солнца. Мысленно вообразить как бы под очень сильным микроскопом вертикальный срез верхнего слоя воды. Он насыщен крупными органическими молекулами. Пусть солнечные кванты станут видимыми, окрашенными в желтый цвет. Органические молекулы тоже видимы, они черненькие. А все остальные молекулы воды и солей окрашены в голубой цвет. Пусть процесс происходит замедленно настолько, что можно успеть различать детали. Тогда можно увидеть крупные капли солнечного квантового дождя, которые падают на поверхность океана. Часть этих капель отскакивает от океана как пружинки от твердой поверхности и улетает вверх. Другие крупные капли проходят сквозь воду, и движутся до столкновения с крупными черненькими органическими молекулами, с которыми и сливаются на время. То есть поглощаются. Черненькие молекулы становятся коричневыми. Затем из коричневых молекул капли энергии мелкими частями, но уже в большем количестве, выбрасываются на окружающие молекулы. Коричневые молекулы - это мельницы квантов. Мелкие кванты - капли также поглощаются, теперь уже и черненькими молекулами и голубыми молекулами воды. Через некоторое время эти мелкие капли снова выбрасываются еще более мелкими частями и растворяются в воде. И так далее, все глубже ко дну океана, пока желтый цвет вообще не растворяется, превратившись в механическое тепло.

Наблюдается дискретный желтый энергетический дождь, проникающий в океаническую воду на глубину несколько метров. Он начинается с редких, но крупных капель вверху. Затем этот дождь все более густеет к глубине порядка одного метра со все более мелкими каплями. Вода все более желтеет. Но постепенно этот дождь заканчивается на глубине нескольких метров редкими и совсем мелкими капельками. И далее вниз вода снова голубая. Ночью вся вода постепенно голубеет, но эти суточные перепады нами не рассматриваются и не учитываются как не влияющие на общую картину возникновения жизни.

Практически в теплых широтах такой же океан и сейчас. С той существенной разницей, что в современную эпоху в нем роль мельниц квантов играют уже мелкие живые растительные существа. Вся бурная жизнь в океане происходит днем, под лучами солнца. А ночью замирает. Основной процесс в современную эпоху состоит в превращении солнечной энергии не в тепло, а использование ее на фотосинтез. Свободно плавающих органических молекул на много порядков меньше, все они поглощены живыми существами. Вдобавок за миллиарды лет огромное количество органического вещества перекочевало из океана под земную поверхность, в пласты угля, газа и нефти. Поэтому органики в океане сейчас заметно меньше. Но ее количество растет со сжиганием угля, нефти и газа, с засорением океана. И это внушает оптимизм по поводу быстрого зарождения Жизни на Земле после того как мы ее погубим (для тех кто не понял: шутка!).

Таким образом, интуитивно чувствуется, что где-то здесь, под слоем воды, в богатом органикой древнем океаническом бульоне, в сфере всех вышеназванных первичных и вторичных потоков энергии (а также третичных и т.д.) и движимых этими потоками многочисленных химических превращений и рождается настоящая жизнь. И что интересно: здесь помирятся сторонники солнечной жизни и химической, тепловой и прочих форм жизни. Потому что вторичный поток энергии это уже не чисто солнечная жизнь, а в большей мере тепловая, химическая форма жизни.

Появление химической активности под действием света совпадает с появлением фотосинтеза и практически эквивалентно ему. Хотя под этим термином обычно имеется ввиду внутриклеточный фотосинтез, возникший (по учебнику) около 2 млрд. лет назад и сопровождающийся не только синтезом веществ, но и выделением кислорода. Но сам процесс образования сложных молекул под действием солнечных лучей объективно существует в неорганическом мире. На Земле он возник несомненно раньше, чем клеточные организмы. Возможно, что иногда и кислород при этом выделялся. Это означает, что фотосинтез эволюционировал вместе с химической, доклеточной жизнью.

Состояние накопленной химической энергии не является стационарным и стабильным. Часть энергоемких молекул разбивается световыми квантами. Часть разбивается вторичным давлением или тепловыми столкновениями.

Назад   Главная страница    Оглавление    Далее

Страница размещена на сайте в 2005 году.