Игорь Лалаянц
Идея взаимодействия света с материей исторически всегда интриговала ученых.
Иллюстрация создана с помощью нейросети Kandinskiy 3.1
Ученым свойственно формулировать законы, подтверждающие легитимность своих занятий, о чем свидетельствуют многочисленные «войны» за приоритет.
Сохранение массы при сжигании установил первым Михаил Ломоносов в 1748 году. Но мировой научный консенсус сегодня сходится на том, что именно француз Антуан Лавуазье сформулировал это в общем виде в 1789 году. Но коллизия с приоритетом на этом не завершается…
Уже в ХХ веке выяснилось, что при радиоактивном распаде возникает пусть и небольшая, но «дельта» массы («дефект массы»). Первым на это расхождение в исходной и конечной массах указал австрийский физик и философ Эрнст Мах. Но опять же экспериментально этот эффект обнаружил и объяснил в начале прошлого века английский физик Фрэнсис Астон. Поэтому сегодня закон следует «применять в современной формулировке», советует советский Энциклопедический словарь.
Кстати, Мах считал движение и пространство–время субъективными понятиями. За это и «получил» от будущего вождя пролетариата Владимира Ленина, написавшего книгу «Материализм и эмпириокритицизм». Австриец был, кстати, учителем Альберта Эйнштейна, которому Нобелевскую премию в 1921 году вручили за математическое описание фотоэффекта – выбивание электронов под действием потока фотонов. На этом основана работа фотоэлементов.
На следующий год в Стокгольм за Нобелевской премией вызвали Нильса Бора, который постулировал квантовые скачки, совершаемые электроном при его «накачке»-амплификации энергией. Этот эффект лежит в основе лазеров и мазеров, то есть источников когерентного излучения (создатель ОТО почему-то был против скачков). Сегодня говорят просто о взаимодействии света с материей, что очень важно в тех же солнечных батареях…
Тогда же, в начале ХХ века, отечественный биолог Александр Опарин – ученик Климента Тимирязева – задался вопросом о происхождении жизни. В основу своей гипотезы он положил так называемые коацерватные капли (лат. acervus – кучный, собранный, соединенный). Их рост ботаник сравнивал с увеличением числа слоев крахмальных зерен, при этом ничего не говоря о том, что крахмал – это полимер глюкозы, которая образуется в процессе фотосинтеза. Хотя его учитель говорил, что «уловление» солнечной энергии происходит в результате ее взаимодействия с зеленым хлорофиллом в хлороглобине. Этот последний по своему строению очень схож с гемоглобином крови.
Позже стало известно, что фотоны – в полном согласии с результатами, полученными нобелевскими лауреатами, – «выбивают» из атома марганца (Mn) электрон, который отдает свою энергию на расщепление (фотолиз) воды. «Освобожденный» протон (p+) направляется во внутренний канал фермента АТФ-азы, отдавая свою энергию на синтез АТФ. Расщепление молекулы АТФ обеспечивает энергией процесс восстановления СО2 и синтез глюкозы, полимеризация которой дает не только крахмал, но также и клетчатку-целлюлозу, при сжигании которой выделяется тепло и свет.
Уже в начале атомной эры выяснилось, что пропускание в смеси азота и цианистой кислоты (HCN) электрических разрядов приводит к образованию аминокислот из уксусной кислоты СН3СООН с добавлением в группу – СН3 азота. В первичной атмосфере Земли синтезировались также нуклеотидные блоки РНК и различные жиры, а также и первые витамины путем включения металлов (кобальт в цианкобаламине, или витамине В12).
Идея взаимодействия света с материей получила свое развитие в опубликованной в февральском выпуске журнала «Труды АН США» (PNAS) статье. Авторы исследования, сотрудники Гарвардского университета, задались вопросом происхождения аэробов, то есть тех организмов, которые дышат кислородом. Начиная с бактерий и кончая человеком, их клетки полагаются на хиноны – «ароматы» состава С6Н4О2, которые синтезируются растениями в виде кристаллов желтого цвета. Обеспечивающие окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) хиноны произошли из одного источника, что было показано в ходе геномного анализа трех очень древних микробов (один с характерным названием Cyanobacteriota, другой – Nitrospirota).
Интересна судьба первого метил-пластохинона с высоким редокс-потенциалом, который возник около 3,4 млрд лет назад. Раньше считалось, что это произошло 2,5–3,2 млрд лет назад. Гарвардцы сделали вывод, что хиноны появились на Земле до Великого события оксигенации (насыщения кислородом) атмосферы (Great Oxygenation Event). После этого на планете началось полноценное развитие жизни, такой, как мы ее знаем сегодня.
Важно подчеркнуть в этом роль микробов, которые стали активно внедряться в клетки с ядрами – эукариотов (от греч. Karion – ядро). Этот процесс биологи называют эндосимбиозом. Его яркий пример – клеточные органеллы митохондрии. Именно эти органеллы выполняют функцию энергетических станций в живой клетке; они вырабатывают молекулы АТФ – энергетическую валюту жизни. К сожалению, эндосимбиозом «грешат» и патологические формы, например туберкулезные бациллы, разносимые макрофагами по всему телу.
Может показаться, что в Гарварде с помощью микроорганизмов решают некие далекие от жизни проблемы. На самом деле это не так, потому что речь идет об энергопотоках, порождаемых действием света на материю. В данном случае – в виде молекул. Ведь, скажем, эффективность солнечных панелей по сравнению с живым зеленым листом оставляет желать много лучшего.
Низка и светимость OLED, то есть органических светодиодов. На этот факт указали ученые университета в финском г. Турку. Сжигание глюкозы, белков и жиров в митохондриях дает тепло. Причем регулируется этот процесс за счет UCP, или протеин разобщения. Всеобъемлющее понимание квантовых процессов, задействованных даже только в этих случаях, сулит многие бонусы в плане развития технологий ближайшего будущего.
Ломоносов вери, вслед за Ньютоном, что свет – это поток корпускул (частиц). Верил в них как переносчиков света и Эйнштейн. Современник Ньютона, немецкий физик и философ Готфрид Лейбниц считал свет волной. Датчанин Нильс Бор уже знал, что эта волна есть сочетание электрического и магнитного полей. Точное физическое знание природы света привело к порождению когерентных источников волн – лазеров и мазеров, без которых сегодня невозможно представить жизни…
