От miron Ответить на сообщение
К Дмитрий Кропотов Ответить по почте
Дата 16.12.2003 16:41:25 Найти в дереве
Рубрики Прочее; Россия-СССР; Версия для печати

Начнем с азов

Дмитрий,
Все попытки критиковать Маркса бесполезны и не нужны. Он давал слишком широкие определения, чтобы к ним можно было придраться.

Поэтому я хочу выложить нашу систему определений и уже от нее исходить.

Глава 01.02. Человек и энергия

Человек прежде всего биологическое и уж только потом социальное сушество. Это важнейшее обстоятельство накладывает сушественный отпечаток не только на поведение человека, но и на поведение человеческого общества. Для дальнейшего изложения очень важно понять, что собой представляет жизнь и человек, в особенности, с энергетической точки зрения. Выдающийся русский ученый С.Подолинский (1880) показал, что процесс материального производства представляет собой превращение расходуемой в результате труда энергии в форму конечного продукта. Источником энергии на Земле может являться Солнце и внутреннее тепло Земли. Однако, после остывания Земли основным источником энергии на ней стала солнечная радиация. Незначительнаячасть энергии все же поступает от внутреннего содержимого Земли в виде энергии вулканов, нагрева воды гейзеров. Земля получает энергию солнца постоянно. Однако, несмотря на огромное количество идушей от Солнца энергии, поверхость Земли не слишком богата не только легко превратимыми родами энергии, такими как, например, механическое движение, химическая энергия, но даже и простой теплотой.

Поток энергии от Солнца захватывается неживыми и живыми системами. Как это происхоит с неживыми системами? За счет энергии инфракрасных лучей Солнца происходит нагревание суши, а затем атмосферы, что ведет к преврашению солнечной энергии в разницу давлений между разными участками атмосферы и вызывает перемещение воздушных масс. Происходит также нагревание воды и её испарение. Кроме того, при этом происходит ряд химических реакций. Затем в верхних слоях атмосферы, а часто и просто на более холодных поверхностях (в основном на более высоких, а значит, более холодных местах суши) водяной пар конденсируется (возвращется в жидкое состояние) и вода снова стекает вниз в океан, освобождая свою потенциальную энергию. После стекания воды в море, ее механическая энергия рассеивается. Ночью суша остывает, и ее тепловая энергия также рассеивается. В ходе описанных процессов тока воды в океан и перемещения воздушных масс неживые системы теряют запасённую ими энергию в легко превратимых формах. Следовательно, движение воздуха и кругооборот воды являются следствиями прямого поглощения лучистой энергии Солнца и её последующее рассеивания в окружающее Землю пространство. Так происходит известный каждому школьнику кругооборот энергии. Другими словами, неживые вещества запасают энергию солнца главным образом в виде повышения своей температуры и фазовых переходов, тогда как в растених она запасается с помощью химических реакций, таких как фотосинтез.

Кроме кругооборота энергии в неживой природе, есть кругооборот энергии в живой природе. Энергия фотонов превращается растениями в органические вешества: из углекислоты и воды синтезирутся углевоы. Растения способны превращать лучистую энергию солнца в химическую энергию органических вешеств и кислорода, накапливаемого в атмосфере. Эта энергия высвобождается при окислении атомов из молекул органических веществ. Итак, для растений перичным источником энергии является энергия электромагнитного излучения Солнца - в фотосинтезирующих организмах (растениях) под его действием образуются углеводы. Суммарный результат фотосинтеза может быть записан, например, так: энергия + 2СО2 + 2Н2О = С2Н4+ 3О2. Энергия солнца запасается растениями через работу хлорофилла (специальный комплекс мембранных структур и белков, способных превращать энергию фотона в энергию электрохимического градиента, а потом в АТФ) в виде АТФ и последующем превращении углекислоты и воды в угеводороды, а затем и в липиды и белки. По определению Подолинского, в растениях совершается превращение энергии низшей (менее приспособленной для её использования человеком) в высшую (более приспособленную к, использованию человеческой энеромашиной) энерию. В растениях как бы совершается "работа" поднятия части солнечной энергии с низкой ступени (в смысле, менее удобной при ее использовании человеком) на более высокую или более удобную для ее использования в реакциях преврашениях энергии, точно так же как подобная работа совершается при испарении воды под влиянием солнечных лучей и затем накапливаюшейся в каком-либо резервуаре на возвышенном месте. Таким образом, через хлорофилл растения запасают лучистую энергию солнца - главным образом, в виде углеводов, белков и липидов. Энергия органических вещетв и кислорода, полученного в результате восстановительной реакции, используется самими растениями и другими низшими (безядерными) организмами для неслучайного и целенаправленного строительства собственных структур и своего размножения. Механическая работа, совершаемая самими растениям, достаточно мала. Главная разница между круговоротом воды в природе и накоплением энергии в растениях состоит в том, что в растениях энергия накапливается в виде восстановленных химических соединений, а при нагреве воды она накапливается в виде потенциальнй энергии или кинетического механического движения. Существенная часть органических вешеств преврашается затем в уголь, нефть, газ, сланцы и другие горючие вешества, которые откладываются в земле. Эти полезные ископаемые представляют собой сбереженную растениями энергию солнца. Предполагают, что при помоши лучей Солнца растениям в течение долгих веков удалось превратить углекислоту - полностью окисленное и почти лишенное превратимой энергии вещество - в запасы угля и нефти, обладаюшие громадным количеством химической энергии, но только если есть соответствующий окислитель, в нашем случае кислород атмосферы, перед этим освобожденный растениями от соединения с углеродом. Большая часть исследователей считает, что земная атмосфера приобрела кислород в результате многолетней работы растений по фотосинтезу. Однако, тот факт, что за последние годы не сообщается о падении концентрации кислорода в атмосфере, несмотря на постоянное и все увеличивающееся сжигание угля, нефти и газа, свидетельствует о том, что либо идет постоянное восполнение кислорода за счет фотосинтеза (что говорит также и о возобновлении запасов угля и углеводородов), либо что запасы угля и углеводородов столь колоссальны, что мы даже не можем зафиксировать снижение содержания кислорода. В научно-популярных источниках говорится, что даже, если бы все растения на Земле исчезли, то тогда количества кислорода хватило бы на много тысяч лет, но вместе с тем в атмосфере стал бы накапливаться угекислый газ. Через сто лет его количество увеличилось бы с 0,03% до 0,6%. Тогда всё живое на Земле погибло бы, так как в воздухе должно содержаться не больше 0,5% углекислого газа. Впрочем, возможны и другие объяснения стабилизации содержания кислорода. По крайней мере, до недавнго времени основная масса кислорода поглощалась не промышленностью и не людьми, а бактериями, живущими в океане и в почве. Стабилизация содержания кислорода и углекислого газа может быть вызвана уменьшением количества тех самых бактерий - конкурентов челоека в потреблении кислорода - под влиянием уменьшения содержания кислорода. Да и животных тоже не прибавляется. Так или иначе, теперешний кислород иначе как в фотосинтезе не появляется. Наконец, возможно, что теория происхождени кислорода от фотосинтеза растений, упомянутая выше, неверна.

Следует подчеркнуть, что, как указывал В. Антонов (форум), тезис о том, что "тропические леса - легкие планеты, источник кислорода, особенно в условиях все увеличивающегося индустриального выброс углекислого газа в атмосфер" - тезис неподтвержденный, т.к. кислородно-углеродный баланс данной экосистемы нулевой. При положительном кислородном балансе должно было бы происходить накопление (погребение!) углерода, в виде торфа и ила; необходимый порядок величин для обоснованности вышеприведенного утверждения - "легкие планеты" - десятки, сотни миллионов тонн органики в год. Но в действительности же в тропических лесах вся органика находится в динамическом балансе - все отмершие части растений быстро разлагаются и првращаются в углекислоту, поступающую на новый фотосинтез. Запас органики в подстилающей поверхности (почве) ничтожен. (Возможно, правда, значительная часть органики из тропических лесов быстро вымывается и оседает на дне морей и океанов - именно из этих отложений когда-то сформировались залежи нефти вблизи устьев рек с большим выносом, и это оседание часто идёт уже в невосполнимой для человека форме.) Но так или иначе, действительными "легкими планеты" являются сообщества торфяных болот северной влажной зоны, где происходит аккмуляция и последующее погребение органики. В этих экосистеах скорость фотосинтеза превышает скорость биоразложения. Водно-болотные угодья (реки, ручьи, пресные и соленые озера, болота, пойменные и дельтовые комплексы, моркие заливы и другие мелководные эосистемы) выполняют также важнейшие функции регулирования гидрологического режима и климата обширных территорий, способствуют сохранению биологического разнообразия, служат ресурсами чистой воды. Возможно также, что роль "лёгких планеты" выполняют океаны. Так что роль тропических лесов в производстве кислорода на планте, скорее всего, преувеличена. Это вовсе не говорит, что тропические леса не нужны. Не исключено, что тропические леса играют важнейшую роль в поддержании кислородного баланса планеты, сглаживая сезонные колебания кислорода, которые неизбежно возникают из-за зимнего прекращения фотосинтеза в холодной зоне; при этом важно учесть, что холодная зона в Северном полушарии значительно больше, чем в Южном, следовательо, без лесов тёплой зоны содержание кислорода во время зимы в Северном полушарии существенно понижалось бы.

Человек как термодинамическая система

Животные используют химическую энергию органических веществ и кислорода для превращения ее в механическую рботу и вещества своего организма. Человек является животным и подчиняется тем же биологическим законоерностям. В организме человека углеводы, точно так же как и белки и липиды, подвергаются окислению с участием кислорода атмосферы. Точно так же, как и в неживой природе, после окисления съедобых веществ их химическая энергия рассеивается. Второй закон термдинамики гласит, что в любой изолированной системе степень неупорядоченности может только возрастать. Другими словами, энергия постоянно рассеивается, но это не значит, что в потоке рассеиваюшейся энергии не может быть завихрений и обратных локальных движений вспять. В этих участках энергия накапливается за счет непроизводительно большого рассеивания энергии вокруг этих участков. С позиций термодинамики человек может рассматриваться как открытая термодинамическая система, поддерживающая низкий уровень жнтропии как раз за счет таких завихрений. Живые организмы в высшей степени упорядоченны, причем поддержание упорядоченности необходимо им для роста и выживания. С термодинамической точки зрения это возможно лишь благодаря постоянному подводу энергии, часть которой после использования выделяется клетками в окружаюшую среду в виде тепла. Сложные самооганизуюшиеся системы, типа человека и человеческого обшества, невозможны в термодинамическом равновесии. Жизнь возможна только в неравновесных, открытых системах, через которые проходят потоки энергии. Человек живет на Земле. Человек - это часть живой природы. Как мы уже говорили, яеловек - это животное. Он использует питательные вщества - углеводы, липиды и белки растений или других животных - как источник энергии, запасённой в этих химических соединениях, для совершения механической работы. Химическая энергия необходима и для того, чтобы подерживать баланс энтропии, то есть поддерживать необходимую степень упорядоченности для того, чтобы оставаться живым, и даже уменьшать энтропию, например, в случае роста ребёнка. Человек использует сопряженные реакции внутри клеток, которые позволяют сочетать использование химической энергии со строительством структур своего тела (Альбертс и др. 2000). Эти реакции приводят к разупорядочиванию окружающей среды, вследствие чего компенсируется возрастание упорядоченности структур человека, происшедшее в результате этих реакций. Человек строит своё тело и запускает энергомашину не только используя энергию, но и ряд незаменимых химических веществ и соединений, необходимых для этого строительства. Поэтому многие продукты питания и химические вещества, такие как витамины и некоторые аминокислоты, которые не могут быть синтезирован самим человеком, необходимы не только как энергоносители, но и как составные компоненты ряда белков.

Итак, энергия углеводородов, липидов и белков может быть извлечена и переработана в тепловую энергию и вещество организма либо в тепловую энергию и механическую работу. В процессе данной переработки съедобные вещества окисляются. С другой стороны, человек совершает механическую работу, перемешая себя и предметы окружающей среды. Механическая работа совершается для поиска или производства источников «отрицательной энтропии» (съедобных вешеств, которые могут быть переработаны человечекой энергомашиной для увеличения упорядоченности организма) или просто на праздное существование. Следовательно, человек является открытой термодинамической машиной, которая потребяет энергию съедобных веществ для предотвращения роста (и даже уменьшения) этропии данной машины.

Конечно, используя в этой главе термодинамический подход, мы отдаём себе отчёт о тех сложностях, с которыми связаны попытки в общих теоретических моделях строго определить энтропию в независимой от наблюдателя форме (Губин). Однако подчеркнём, что мы ведём речь о живых системах и о той упорядоченности, которая необходима именно для поддержания жизни живого существа на Земле, в частности,человека. В этом случае проблем с определением ЭНТРОПИИ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА не возникет: люди умеют отличать живой организм от неживого и определять, какие формы энергии являются более превратимыми для пратического использования человеком. Мы также вынуждены извиниться перед ревнителями точности за некоторую вольность (с точки зрения физики), с которой используем словосочетание «отрицательная энтропия» (далее без кавычее), превратимая энергия и другие. Говоря, что в какой-либо вещи заключена отрицательная энтропия, мы имеем в виду, что эта вещь позволяет удовлетворить какую-либо потребность человека, и все другие способы удовлетворения этой же потребности, без этой вещи, повлекли бы дополнительные расходы доступных человеку превратимых форм энергии.

Источники и расход энергии

Итак, человек ля самовоспроизводста должен компенсировать свои энергозатраты, затраты на совершение механической работы по перемещению веществ и собственному передвижению, вегетативных процесов, нервных процессов, теплопотерю. Все эти затраты и покрываются пищей, которую человек должен добыть и съесть. Это предполагает определённую работу человека по самообеспечению. Кроме того, молодые и старые члены коллектива не способны добыть пищу - их надо либо кормить, либо умерщвлять. Если общество решает, что их надо кормить, то необходимо увеличивать производство съедобных вешеств и других продуктов, необходимых для жизнедеятельности человека, то есть один работоспособный должен прокормить больше, чем одного себя.

Дело осложняется тем, что большая часть энергии солнца запасается именно в несъедобных вещетвах. Для человека спектр съедобных вешеств ограничен. Съедобные органические вещества могут быть как растительного, так и животного происхождения. Хотя съедобные вещества образуются растениями или животными не все растения и животные их образуют, а только некоторые из существующих. Например, очень сложно употреблять в пищу некоторые виды насекомых (хотя, конечно, можно). То есть уже здесь мы встречаемся с понятием полезности, в данном случае съедобного вещетва: уже на уровне первичных съедобных вешеств возникает понятие большей полезности (к которым человек имеет больше предпочтений) одних представителей растительного и животного мира и меньшей полезности ругих. Другими словами, некоторые растения или животные более полезны с точки зрения пропитания человека. Например, можно, конечно, какое-то время питаться хвоей, но удобнее и безопаснее делать это, поедая зерно, а ещё лучше - мясо животных. Итак, особенностью человека является тот факт, что среди органических веществ, образуемых растениями и животными, не все могут быть использованы человеком в пищу. Более того, доля съедобных веществ в растениях разная, причем, энергии в съедобных веществах всегда меньше общего количества энергии, запасаемой растениями.

Кроме пищи, человек нуждается в защитных приспособлениях, препятствующих его переохлаждению или перегреванию в местах, не оптимальных с точки зрения биологии человека. Наконец, человек сам нуждается в передвижениях для удовольствий, а не только для выполнения всех видов механической работы, направленной на увеличение доли съедобных веществ. Человек уже длительное время живет в ноосфере, представление о которой сфрмулировано замечательным советским ученым Вернадским. Если мы подсчитаем, какое количеств энергии (через ее эквивалент теплоту) вырабатывается человеком, то станет ясно, что тепловая продукция, потребляемая одним человеком, давно превосходит все возможнсти выработки такой продукции самой человеческой энергомашиной (напомним, что теплопродукция человеческой энергомашины позволяет грубо оценить всю использованную человеческой энергомашиной для борьбы с энтропией и совершения механической работы). Причем, если учесть, что основная часть энергии тратится не для того, чтобы перемещать человека, а для создания искусственной жилой среды и производство приспособлений для защиты от холода и для призводства большего количества съедобных веществ, то станет ясно, что человек давно уже живет в долг у природы. В самом деле, согласно третьему закону термодинамики (автор третьего закона термодинамики - Нернст. Губин, http://www.gubin.narod.ru/FMM-05.HTM). любая самоорганизующаяся система, человек в том числе, не может существовать без какого бы то ни было притока энергии извне. Как ракетный двигатель, так и холодильник накапливают энергию в виде положения ракеты и разницы температур за счет повышенного использования потоков энергии (идущей как бы в противоположном направлении, да простят нас физики). Человек и обшество, как холодильник или ракетный двигатель, более интенсивно рассеивают превратимую энергию, чтобы запасти ее (уменьшить энтропию) в определенном месте. На этом участке возникает снижение случайности, уменьшается энтропия.

Итак, подчеркнем еще раз, для того чтобы прокормиться и выжить, человек должен находить съеобные органические вешества, съдать их и использовать заключенную в них энергию для своих нужд. То есть, по сути человек является энергетической машиной по превращению химической энергии съедобных органических веществ для производства работы для своих нужд. Подчеркнем, что человеческая энергомашина способна перерабатывать не все, а только съедобные органические вешества для совершения механической работы и для строительства собственного тела. Следовательно, человек использует энергию солнца, запасенную в съедобных веществах. Он может также использовать для производства механической работы другие энергетические машины, как например, паровую и др., расходуя в них энергию несъедобных вешеств или органических веществ, запасенных ранее.