Справедлив ли закон сохранения энергии для живого организма?
Дата: 10/04/2020
Тема: Здоровье


М.М.Богословский, проф, д.б.н., академик РАЕН, АНО "Университет при Межпарламентской Ассамблее ЕврАЗэС"

Одним из важнейших законов Природы является закон сохранения энергии, обоснование которому было дано в письме М.В.Ломоносова математику Леонарду Эйлеру 16 (5 по ст.стилю) июля 1748 года: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько у одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оные у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».



Истина – это вовсе не то, что можно  убедительно доказать, это то, что делает все проще и понятнее. (Антуан де Сент-Экзюпери)


Что замечательно, что под движением Ломоносов понимал не только механическое перемещение, но и тепловое; по сути дела, он высказывал мысль о переходе одних форм движения в другие.

Согласно общепринятой сегодня формулировке этого закона, представленной в одном из учебников физики для высшей школы, «энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой» [10, стр.29], что можно изобразить в виде бесконечной смены вида энергии:                   

 Е1 →Е2 →Е3,

где Е – разные превращающиеся виды энергии.

Из этой формулировки следует, что переход из одного вида или формы энергии в другую происходит без какой-либо её затраты на работу. Это означает, что авторы многочисленных учебников и энциклопедий, одобряющие эту формулировку, по умолчанию считают, что все работы, производимые человеком в его производственно-хозяйственной и бытовой деятельности, а также использование различных машин и механизмов происходит без затраты энергии, а значит, бесплатно! Надо лишь получить доступ к такому источнику энергии «изолированной (замкнутой) макроскопической системы».

Действительно, если бы энергия только и переходила бы из одной формы в другую, то человечество  не знало бы с ней проблем, не тратило бы огромные средства на её получение, на поиски энергоносителей, не было бы многих войн и напряженных международных отношений. Включив электроплитку или мотор, они могли бы пользоваться ими бесконечно. Но так не бывает! Энергия расходуется, т.е. исчезает, поэтому каждый раз нужна новая порция энергии, а она стоит денег!  А бесплатно, как известно, бывает только сыр в мышеловке.

Но производители энергии, не зная этого, почему-то требуют с потребителей разных видов энергии деньги, причём немалые!

На самом же деле при выполнении любых хозяйственных, бытовых и производственных работ определенная часть энергии расходуется на её выполнение, в связи с чем исчезает безвозвратно. При этом,  до того, как она непосредственно израсходована на выполнение работы, энергия, как правило, претерпевает превращение одного её вида в другой. Другая значительная часть потраченной энергии переходит в тепло (тепловую энергию), которая бесследно исчезает, растворившись в окружающем пространстве.

Схематически это выглядит следующим образом:

Еp = Е1 → Е2+ Еt,

где Еp – полная энергия, предназначенная для выполнения работы; Е1- исходная энергия, Е2 – преобразованный вид энергии, непосредственно затраченный на выполнение работы; Еt – тепловая энергия.

С развитием науки формулировка законов Природы все более и более уточняется, а их валидность ограничивается действием разных факторов [1]. Касается это и закона сохранения энергии [4]. В одном из уточнений этого закона говорится, что он действует только  в замкнутой, да ещё и в макроскопической системе, т.е. системе, образованной огромным числом микрочастиц (молекул, атомов, ионов, электронов). Так, в словаре-справочнике по физике Е.С.Платунова с соавт. [8] сказано: «Универсальный закон сохранения и превращения энергии – фундаментальный закон сохранения, в котором утверждается, что полная энергия изолированной (замкнутой) макроскопической системы остаётся постоянной при всех изменениях и превращениях, происходящих внутри системы». Авторы этих ограничений почему-то упустили, что, как написано в любом учебнике по термодинамике, изолированная система, это всего лишь физическая модель, такая же как модель абсолютно твёрдого тела, идеального газа и так далее. В Природе такой системы, естественно, не существует. В результате, сущность физического явления важнейшего её закона подменяется моделью несуществующей системы.

Действительно, если энергия любого объёма находится в замкнутой системе, и она не только не расходуется на выполнение какой-либо работы, но также, не преобразуется, т.е. не переходит из одной формы в другую, то она не может исчезнуть. И только в таком случае закон сохранения энергии верен! Но в известной нам Природе такой замкнутой системы не существует. К тому же повсеместно принятая формулировка этого закона противоречит другому закону Природы о  концентрации и рассеивании энергии и материи [3,4]. Поэтому имеющаяся в справочниках и учебниках формулировка закона сохранения энергии не верна, она нуждается в уточнении.

 

Использование энергии в живых  организмах

Особого внимания заслуживает вопрос о том, распространяется ли закон сохранения энергии на живые организмы, в частности, на организм человека. Люди, верящие, что энергия не возникает, не исчезает, а только переходит из одной формы в другую, убеждены, что этот закон соблюдается везде - не только в физике, химии, но и в биологии, в том числе и в нашем организме. Для того, чтобы проверить, так ли это, рассмотрим какие превращения претерпевает энергия в организме человека, действительно ли она не исчезает и никуда не девается.

Энергию даёт нам пища, которая является для нас своеобразной батарейкой, однократным источником энергии. Своеобразная она потому, что как и настоящую, сделанную человеком батарейку, зарядить её снова нельзя -  она для этого не годится. Для пополнения энергии нашему организму нужна новая подобная батарейка, т.е. новая порция пищи.  Практика нашей жизни показывает, что нам, как и всем животным, приходится питаться, причём несколько раз в день. Причём, как бы сытно мы ни поели, через несколько часов – от 3-4 до 6-8 нам есть хочется снова. С пищей мы получаем энергию, которая, если верить рассматриваемому закону сохранения энергии, исчезнуть не может. Но каждый раз, чувствуя голод, мы не можем удовлетвориться объяснением, которое даёт формулировка этого закона, согласно которой энергия вовсе не исчезает, а просто переходит из одной формы в другую.

В результате научная общепринятая догма, в которой надо не сомневаясь верить и которая содержится во всех учебниках физики средней и высшей школы во всех странах мира, противоречит желаниям нашего организма – чувству голода. Нам не становится легче от того, что полученная в виде пищи энергия во что-то превратилась – нам снова и снова хочется есть. А по указанной догме этого быть не должно. Получается, что когда мы приступаем к еде, мы незаметно для себя нарушаем закон сохранения энергии. Как же так? Невольно закрадывается крамольная мысль, что что-то тут не так. 

Попробуем разобраться. Действительно, пища даёт нам энергию, которая непрерывно  расходуется на работу нашего организма - для  всех его тканей и клеток - соматических, нервных и половых. Особенно большое количество энергии тратят мозг, сердце, мышцы, печень, почки, да и все другие органы и ткани живого организма жить без постоянного снабжения энергией не могут. Энергию человек расходует даже в условиях полного покоя. А при мышечной работе расход энергии быстро возрастает [5]. Причём, чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии человек тратит. Важно отметить, что разные виды работ по функционированию клеток, тканей и систем организма в процессе жизнедеятельности требуют разных форм энергии – химической, электрической  и тепловой [9].

В целом примерно половина полученной с пищей энергии затрачивается на поддержание в организме человека и других теплокровных теплового гомеостаза,  что обеспечивается процессами теплопродукции, терморегуляции, теплообменом и теплоотдачей во внешнюю среду. Другая же половина энергии идет на образование  аденозинтрифосфата - АТФ - универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Значительная часть энергии используется на синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице - нуклеиновой кислоте ДНК или РНК -  транскрипцию, т.е. синтез предшественника информационной РНК (иРНК) – про-иРНК и трансляцию – перенос последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислотных остатков молекулы белка. Кроме того, энергия расходуется на биосинтез углеводов и липидов. В организме запасной формой липидов являются жиры.

В ходе трансформации химической энергии АТФ совершаются различные виды работ: механическая — при сокращении мышц, электрическая - при передаче нервного импульса, осмотическая — при трансмембранном переносе вещества. Следует отметить, что в соответствии со вторым началом термодинамики, все работы по преобразованию видов энергии в организме происходят с её затратой и переходом в тепло.  Кроме этого, часть энергии переходит в потенциальную энергию, которую организм запасает для того момента, когда полученная с пищей энергия будет израсходована [5].

В клетках энергия тратится  на работы по образованию разнообразных веществ, используемых для построения клеточных мембран, органоидов и их обновления. Энергия необходима и для осуществления процессов пластического обмена – для синтеза необходимых организму органических веществ, образования клеточных структур и органелл, реализацию главных жизненных процессов в клетках  - их деление, образование новых молекул белков, углеводов и жиров, строительство утраченных частей клеток, создание новых клеток, для роста, деления и развития клеток всего организма, а также транспорт веществ.

Энергия тратится ещё и на крово- и ликвороснабжение, передачу нервных импульсов,  трансмембранного (осмотического) переноса вещества.

Обобщая сказанное, уравнение энергетического баланса организма можно записать в следующем виде:

Е = Еа+ Еt + Еr,

где Е  общее количество энергии, полученное организмом с пищей; Еа энергия, затраченная на работу биохимических систем и жизнедеятельности; Еt энергия, затраченная на поддержание теплового гомеостаза; Еr запасенная энергия, полученная в результате работы биохимических реакций.

Крупнейший физиолог и биохимик нашего времени A. Lehninger [11] пришел к выводу, что организм, производя работу за счёт полученной с пищей энергии, превращает её в тепло, поддерживает температурный гомеостаз, но при этом отдаёт в пространство свободной энергии меньше, чем получает. Видимо, находясь под давлением догмы закона о невозможности исчезновения энергии, он не смог дать этому правильное объяснение, состоящее в том, что все виды работ организм производит только за счёт получаемой с пищей энергии, чего вполне достаточно, чтобы не привлекать придуманную им мифическую «свободную энергию окружающей среды».

 

Закон сохранения энергии в живых  организмах

А теперь надо разобраться с тем, как приведенные выше данные соответствуют принятой формулировке закона сохранения энергии. В полном соответствии с формулировкой этого закона энергия в нашем организме не возникает – он её получает в виде пищи, которую, как правило, сам же и добывает, тратя на эту ранее запасенную энергию. Второй по важности член этой формулировки гласит, что энергия переходит из одной формы в другую. И здесь формулировка права, но только частично. Дело в том, что у этой формулировки есть подвох, состоящий в том, что она подразумевает, что этот переход продолжается бесконечно. Чего на деле не происходит, т.к. в организме животных и человека действуют только три вида энергии – химическая (биохимическая), электрическая и тепловая. Химическая энергия молекул переходит в электрическую и тепло [7].

Однако главная ошибка в применении существующего закона сохранения энергии к живому организму состоит в том, что в нём нет положения о том, энергия расходуется на работу по жизнеобеспечению всех систем организма, что, естественно, приводит к её уменьшению. Это уменьшение потраченной на работу энергии может быть настолько значительным, что без поступления с пищей новой порции энергии, организм прекратит своё существование – умрёт. Одновременно со  смертью организма  происходит и полное прекращение работ всех его клеток, органов и систем по преобразованию и использованию энергии. В соответствии с законом концентрации и рассеивания энергии и материи, его энергия исчезает. В связи с чем, его энтропия становится максимальной.

Отсюда вывод первый: в живом организме, в частности человека, энергия, потраченная на работу клеток, органов и систем, уменьшается и может даже исчезать.

Как уже отмечалось, почти половина полученной с пищей энергии преобразуется в тепловую энергию, которая затрачивается на поддержание температуры тела, что в условиях естественной среды обитания приводит к  её конвекции и рассеиванию в окружающем пространстве. Важно отметить, что это рассеянное в пространстве тепло исчезает бесследно [5]. И на открытом воздухе, на расстоянии нескольких метров оно прекращает существовать как энергия, оставаясь энергией лишь теоретически в полном соответствии с одним из определений энергии, под которым понимается возможность её использования для выполнения каких-то работ [8].

Вывод второй: в живом организме, ни о каких превращениях тепловой энергии говорить не приходится – одна её часть расходуется на работу по поддержанию температурного гомеостаза организма, а другая бесследно растворяется в пространстве. Расход энергии на поддержание температурного гомеостаза сопровождается её уменьшением, а рассеивание  приводит к её исчезновению.

Следует отметить, что обнаружение неточности классического закона сохранения энергии подтверждает не признанное пока научной общественностью положение о том, что все законы Природы действуют при строго определенных условиях (факторах) и, если хотя бы один из них не действует, сам закон не «работает» [2].

 

Заключение

Применение закона сохранения энергия к живым организмам, в соответствии с которым она никогда не появляется и не исчезает, а лишь превращается из одного вида в другой не оправдано, т.к. его формулировка содержит неточность.  В живом организме, как и в хозяйственной и промышленной деятельности людей, энергия может уменьшаться и даже исчезать.

Отсюда следует, что классическая формулировка закона сохранения энергии нуждается в уточнении:  полная энергия изолированной (замкнутой) макроскопической системы остаётся постоянной только при условии, что она не подвергается никаким изменениям и превращениям. В противном случае, часть энергии, затраченная на работу по изменению и превращению энергии, уменьшает её количество и в конце-концов может привести к её исчезновению.

Для исправления этой ошибки, закон сохранения энергии нуждается в новой формулировке, например, такой:

Энергия представляет собой первооснову мироздания, материальную субстанцию, существующую как составная часть материального мира, эволюционирующую в пространстве совместно с формами вещества, находящегося в разных агрегатных состояниях. Энергия в её разных формах не возникает, и возникнуть не может. Как и материя, энергия Метагалактики обладает свойством неуничтожимости. В то же время полная энергия изолированной (замкнутой) макроскопической системы остаётся постоянной только при условии, что она не подвергается никаким изменениям и превращениям и не расходуется на выполнение какой-либо работы. В живой Природе, а также в условиях человеческой деятельности энергия, потраченная на выполнение какой-либо работы, не только уменьшается по объёму, количеству и мощности, но может и исчезать.

 

Литература

1. Ансельм А.И. Основы статистической физики и термодинамики. Учебное пособие.  СПб.: Издательство «Лань».2007.

2. Богословский М.М. Закон всемирного притяжения в XXI веке // Актуальные проблемы современной науки, 2016, №5. С.39-47.

3. Богословский М.М. Закон инерции и понятие массы нуждаются в пересмотре. ProAtom.  27 января 2017а.     

4. Богословский М.М. К вопросу об энергии и законе её сохранения. ProAtom.  30 июня 2017б.     

5. Иванов К.П. Основы энергетики организма. Т.1. Общая  энергетика, теплообмен и терморегуляция. Л.: Наука, 1990. 250 с.

5. Иванов К.П. Энергия и жизнь // Успехи современной биологии. 2008. Т. 128. № 6. С. 606-619.

7. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-х т. Т. 2. – 1985.

8. Платунов Е.С., Самолетов В.А., Буравой С.Е., Прошкин С.С. Физика. Словарь-справочник. СПб: Изд. Политехнического университета, 2014. - 798 с.

9. Пряничникова Н.И., Мажаева Т.В. Пища с точки зрения термодинамических процессов организма человека // В сборнике: Современные технологии продуктов питания сборник научных статей материалы 2-й Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор Горохов А.А. 2015. С. 121-124.

10. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. М.: Издательский центр ≪Академия≫, 2006. — 560 с.

11. Lehninger A. Principles of biochtmistry. N.Y.: Worth Publishers INC, 1982.







Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=9106