УДК 111.7.113, 130.33, 159.9, 211.1, 519.72, 524.8, 530.145, 539.182, 577.388

Букалов А.В.

e-mail: boukalov@gmail.com
Физическое отделение Международного института соционики
Журнал «Физика сознания и жизни, космология и астрофизика», номер 4, 2002 .

О количестве информации в живых организмах и степени их упорядоченности

Из рассмотрения степени упорядоченности живых организмов следует существование метрического, временного аналога термодинамики , названного темподинамикой. В темподинамике энтропия и информация определяются количеством временных микросостояний объекта. Приведены оценки количества информации и степени упорядоченности живых организмов: клетки, человека, биосферы, биомассы Вселенной. Показано значительное количественное различие степени упорядоченности целостного живого организма и совокупности отдельных клеток той же массы.
Ключевые слова: термодинамика, темподинамика, физика жизни, информационная упорядоченность живых организмов, клетка, человек, биосфера, биомасса Вселенной.

В предыдущем сообщении [2] нами было показано, что степень упорядоченности живого вещества превышает степень упорядоченности неживого вещества Вселенной:
.    

Поскольку эта упорядоченность связана с метрическими, динамическими, временными степенями свободы, мы можем заключить, что речь идет о количестве темпоральных (метрических) степеней свободы, приходящихся на одну тепловую степень свободы живого организма:
,
где I_t = t_k lnw_t — темпоральная информация и энтропия, S_t+I_t=const. Эта упорядоченность связана с наличием множества динамических степеней свободы в организме.
,     (1)
где w_t — количество микросостояний временных (темпоральных) степеней свобод живого организма, Δt_k=Δt_bio≥ħ / (2kT); Δt_k=1,27·10^-14сек при T=300К.

Формула (1) аналогична ранее полученной нами формуле для количества информации в живом организме в энергетическом эквиваленте, приходящейся на одну временную (темпоральную) степень свободы:
.     (2)

В равноправии использования этих формул нет ничего удивительного, ведь, например, в квантовой механике, описывающей структуру вещества, пространственно-временное и энерго-импульсное представления равноправны и симметричны. Однако при таком рассмотрении из формулы (1) следует существование метрического, пространственно-временного аналога термодинамики, который можно назвать темподинамикой. В темподинамике энтропия и информация определяются количеством временных и пространственных микросостояний объекта. При этом количество информации в пространстве действия, квантом которого является постоянная Планка, можно было бы, в первом приближении, записать следующим образом:
I_s^*= I_kT ·I_t=kT lnw_kT Δt_k lnw_t=ħ lnw_kT lnw_t=ħ lnw_s^*.     (3)

Однако в такой формуле временные и энергетические степени свободы выступают независимо. Но пространство действия — целостно, в нем энергетические и временные микросостояния взаимосвязаны. Так как w=P!≈P^P, количество взаимосвязанных микросостояний в пространстве действия составляет
w_s=(P_t·P_kT)!.     (4)

Поэтому количество информации в пространстве действия было бы корректнее описывать следующей формулой:
I_s= kT·Δt_k ln((P_t·P_kT)!)=ħ lnw_s.     (5)

Тогда безразмерное количество информации определяется производной I_s по действию S_ħ и описывается формулой:

.     (6)

Ранее [2] нами были получены формулы для количества энергии, проходящей через живой организм за время t=N·Δt_k:

Соответствующее действие составляет:
                                                 (7)

Однако (7) — это приближенная и по сравнению с (5) менее точная формула.

Учитывая, что количество биомассы во Вселенной соответствует
,
количество эквивалентных аминокислотных остатков и нуклеотидов составляет N~10^58–59. Тогда количество информации за время, близкое ко времени существования Вселенной [4] — t₀ =1 / H₀ = 4,48·10¹⁷с≈10^31,5Δt_k, исходя из (5), определяется следующим образом:
,    (9)
где I_U=6·10¹²⁴ — количество информации во Вселенной [3].

Для биосферы Земли и аналогичных ей биосфер с массой
 и     (10)
количество информации составляет:
    (11)

Для отдельной растительной или животной клетки с молекулярной массой 10^14-15, соответствующим количеством аминокислотных остатков N_pt ≈10^11-12 и временем цикла деления t~10^3–4 с=10^17-18Δt_k
.    (12)

Для клеточной линии с количеством поколений n=t₀/t ≈ 10¹⁷/10⁴≈10¹³ степень упорядоченности составит
.     (13)

Для живого организма человека с t~2,2·10⁹c~10²³Δt_k степень упорядоченности составила бы
.    (14)

Однако такой подход справедлив только при рассмотрении организма как набора недифференцированных клеток.

Рассмотрим теперь различие организма и совокупности клеток той же массы и количества. Для отдельных N_c клеток
.    (15)

Для растительного организма, состоящего из N_c клеток, упорядоченных в функционирующей структуре, количество информации, можно оценить по формуле:
.    (16)

Тогда упорядоченность организма растения в несколько десятков (N_z~50) раз выше упорядоченности набора отдельных растительных клеток.

Упорядоченность организмов животных с учетом дополнительных степеней свобод, связанных с дифференциацией клеток организма, составит
,    (17)
где, исходя из данных [5],
.

Для человеческой цивилизации с максимально возможным количеством людей (~1,5·10¹⁰ чел.) степень упорядоченности будет сопоставима с упорядоченностью биосферы. Соответствующая общая масса максимального населения Земли составит
,    (18)
где N_y= 4,5·10¹⁵кг / 8·10¹¹кг = 5,62·10³.

Тогда упорядоченность организма человека, по сравнению с набором отдельных клеток, составит:
.    (19)

Тогда упорядоченность организма человека, исходя из (17), составит:
.    (20)

Отметим, что полученное количество планковских ячеек для организма человека равно космологическому числу — числу барионов во Вселенной. Это говорит об определенном структурном резонансе организма человека и Вселенной.

При этом интегральная упорядоченность человеческой цивилизации, состоящей из 1,5·10¹⁰чел. за время t~t₀ составит

Полученные результаты согласуются с интуитивными представлениями о том, что целостный организм значительно более упорядочен, чем совокупность отдельных клеток. Напомним, что прежний термодинамический подход не позволял провести различия даже между неживой и живой структурами [1], не говоря уже о более тонких различиях между клетками и организмами.

То, что степень упорядоченности развитой человеческой цивилизации близка к степени упорядоченности всей биосферы Земли, указывает на глобальную роль человеческого фактора в биосфере. Это полностью согласуется с выводами многих исследователей, начиная с В.И.Вернадского, о решающем влиянии современной цивилизации на биосферу Земли, которое может быть как деструктивным, так и конструктивным.

Литература:

Главная страница | О журнале