Ordinea totala a Universului. Fata nevazuta a evolutiei

CUVANT INAINTE

In volumul de fata, Ordinea totala a Universului, domnul col. ing. Danut Maciuca abordeaza un subiect care intereseaza un public larg. In prezent, conceptul de „ordine” este definit prin opusul sau, „dezordine”.

In termodinamica, starea energetica si sensul de evolutie al unui sistem sunt marimi definite ca „functii de stare”. Functiile de stare cu care opereaza termodinamica sunt: energia interna, entalpia, entropia si energia libera Helmholtz. Dezordinea unui sistem termodinamic, la nivel molecular sau atomic, este caracterizata prin functia de stare „entropie”. Existenta entropiei este una din consecintele principiului al doilea al termodinamicii. Entropia este o „masura a dezordinii” si valoarea sa depinde de starea fizica a sistemului. In natura entropia nu poate sa scada. Arthur Eddington (1928) afirma ca principiul al doilea al termodinamicii este singura lege a fizicii care are o „sageata a timpului”. In acest context, dezordinea ca stare a unui sistem este mult mai probabila decat ordinea.

Aparitia si evolutia lumii vii sunt strans corelate cu evolutia Universului. In prezent, cunostintele privind evolutia universului nu sunt suficient de cuprinzatoare pentru a putea da un raspuns corespunzator la intrebarile privind aparitia si evolutia primelor forme de viata pe pamant. Astfel, autorul considera ca explicatiile se lasa mult asteptate [...] cel putin pana ce fizica si biologia vor solutiona aspectele critice cu care se confrunta.

In a doua jumatate a secolului al XX lea, cercetarile in domeniul biologiei au beneficiat de contributia fizicienilor si chimistilor ceea ce a dus la aparitia biologiei moleculare. Totusi, aceste cercetari nu au abordat deloc aspectul ondulatoriu al materiei. In acest context, in 1982, Alfred Kastler spera ca: „cercetarea biologica sa confirme existenta unei legaturi intre coerenta din fizica si ordinea biologica cu conditia ca biologul sa introduca si in biologie conceptul de complementaritate de natura ondulatorie”. Astfel, domnul col. ing. Maciuca, in conformitate cu principiul ca unitatii fizico chimice a universului trebuie sa i corespunda o unitate biologica, isi propune sa faca un prim pas in descifrarea misterelor vietii prin introducerea aspectului ondulatoriu al materiei in cercetarea biologica. Desigur ca fizica va trebui sa rezolve problema realitatii specifice domeniului microfizic. In acest domeniu in care se descopera lucruri noi, de exemplu, oscilatia bizara a miuonului (particula elementara cu sarcina electrica negativa, la fel ca electronul, dar de 200 de ori mai masiva), observata in cadrul unei experiment de laborator desfasurat in S.U.A. (Fermi National Accelerator Laboratory), ii face pe cercetatori sa considere ca, probabil, este vorba de o alta particula sau forta necunoscuta care lipseste din modul in care intelegem Universul.

Autorul a consultat o bogata si semnificativa literatura de specialitate, pe baza careia si a elaborat si argumentat ideile originale expuse in volumul de fata. O influenta deosebita, mentionata si de autor, a avut o cartea academicianului Solomon Marcus, Provocarea Stiintei (1988), de foarte mare actualitate si azi. Parcurgerea acestui volum elaborat cu meticulozitate de domnul col. ing. Maciuca este o experienta instructiva pentru orice cititor.

Aceasta lucrare inedita, remarcabila prin conceptie si abordare, este de mare interes atat pentru specialisti din mai multe domenii: biologie moleculara, fizica, biofizica, chimie, biochimie, bioinformatica si biotehno-logie, cat si pentru elevi, studenti si publicul larg.

Acad. Octavian Popescu

INTRODUCERE

Pana in prezent, stiintele naturii nu au reusit sa defineasca conceptul de „ordine”. In domeniul stiintific ordinea este explicitata prin opusul ei - „dezordinea”. Se poate aprecia ca in ultima suta de ani stiintele au fost preocupate indeosebi de dezordine ca stare a naturii, utilizand masura ei numita „entropie”. In acest context, ori de cate ori se face o referire la ordine ca stare naturala, in lucrarile stiintifice ea va fi explicitata prin „entropie negativa”, adica o entropie cu semnul minus, numita „negentropie”. In esenta, cele doua stari fizice sunt total diferite: in timp ce ordinea opereaza cu reguli stricte, dezordinea se refera la situatiile fara reguli, intamplatoare sau aleatorii si, ca urmare, mult mai facile. Aceasta situatie are la originea existentei sale o lege dintr o ramura a fizicii care studiaza comportarea gazelor in raport cu variatiile de temperatura numita termodinamica. Legea respectiva poarta numele de Legea a doua a termodinamicii si postuleaza ca „un sistem fizic poate sa transforme caldura in lucru mecanic numai daca este in contact in doua surse de caldura diferite”. Potrivit acestei legi, in natura entropia nu poate sa scada. Fizicianul Arthur Eddington (citat de Richard Muller [1]) preia aceasta lege in cartea sa intitulata Natura lumii fizice (aparuta in 1928), afirmand ca ea este singura lege a fizicii care are o „sageata a timpului” cu referire la sensul sau de curgere. Cum sageata timpului este foarte importanta pentru descrierea unor situatii evolutive, toti fizicienii preocupati de evolutia universului au preluat o imediat. In cartea sa, Acum. Fizica timpului, fizicianul Richard Muller [1] afirma ca Arthur Eddington a conferit acestei legi „un statut mistic de culme a stiintei”, adica ar detine pozitia suprema intre legile naturii. El afirma ca si in zilele noastre la intrebarea „ce pune timpul in miscare?” oricare fizician va raspunde ceva de genul: „probabil entropia” si aceasta, continua el, pentru ca „nu exista dovezi convingatoare care sa sugereze macar ca o sageata a timpului este incorporata in cel putin unul din domeniile fizicii”. Tot el afirma ca aceasta situatie a fost favorizata de faptul ca Einstein, desi preocupat de aparitia timpului, nu a reusit sa demonstreze sensul sau de curgere.

Privita prin prisma „legii supreme” a lui Eddington, fara un fundament fizic, ordinea este extrem de improbabila deoarece evenimentele apreciate a fi foarte probabile sunt mult mai probabil sa se produca decat cele mai putin probabile. Din experienta noastra stim ca dezordinea ca stare a unui sistem este mult mai probabila decat ordinea. Probabilitatea „foarte mica” de producere a unui eveniment natural exprima o dependenta foarte mare a evenimentului respectiv de foarte multe alte evenimente. In acest context, fenomenul vietii si al ordinii biologice dependente de evolutia universului sunt apreciate a fi „extrem de improbabile”. Intrucat cunostintele privind evolutia universului sunt limitate, se apreciaza ca ele sunt inca insuficiente pentru a da un raspuns fara echivoc la intrebarile privind temeiul aparitiei si evolutiei lumii vii. Astfel, se justifica si pasii foarte mici facuti de stiintele naturii in ultima suta de ani pentru a mai adauga ceva la teoria lansata de Oparin [2] si Haldane [3] (1924 si, respectiv 1929), privind aparitia lumii vii ca efect al evolutiei universului. „Nu stim daca aparitia vietii este naturala sau daca a implicat un lant de evenimente improbabile” afirma marele astronom Martin Rees [4]. Astazi un numar insemnat de specialisti cauta planete in afara sistemului nostru solar in care ar putea exista forme de viata, desi nu se cunoaste cum au aparut ele pe planeta noastra. Intrucat explicatiile se lasa mult asteptate, traim cu impresia ca se doreste ca situatia sa ramana asa, cel putin pana ce fizica si biologia vor solutiona aspectele critice cu care se confrunta.

Alfred Kastler [5] (laureat al Premiului Nobel pentru fizica) apreciaza ca un prim aspect critic il constituie modul de solutionare a rivalitatii unda corpuscul ca moduri de reprezentare a particulelor elementare. Desi toti fizicienii accepta astazi reprezentarea duala a materiei la nivel microfizic, el afirma ca modul de solutionare a rivalitatii dintre ele, disputata intre 1923 si 1927 „este intr un anume sens, o solutie de compro¬mis” deoarece „nu exista «punte» intre cele doua interpretari decat in plan matematic”. Problema realitatii, la nivel microfizic, „ramane nerezolvata si trebuie, fara indoiala, sa se renunte la rezolvarea ei; materia nu este, in structura intima ceva ce seamana cu ceea ce cunoastem la scara macroscopica” afirma Kastler.

Pentru a accentua situatia de criza a cunoasterii el trece la materia vie pe care o considera „o alta problema critica” determinata de faptul ca cercetarea biologica s a limitat doar la abordari corpusculare, uitand de aspectul ondulatoriu al materiei. Alfred Kastler [5] spera ca „cercetarea biologica sa confirme existenta unei legaturi intre coerenta din fizica si ordinea biologica cu conditia ca biologul sa introduca si in biologie conceptul de complementaritate de natura ondulatorie”.

Marturisesc ca mi a trebuit mult timp sa inteleg ce a dorit el sa transmita biologilor prin aceasta conditie. Nu stia el despre complemen¬taritatea bazelor azotate? Greu de acceptat, dar cu certitudine nici biologii nu l au inteles din moment ce in descrierea procesului de traducere si de sinteza a proteinelor nu am gasit ideea comunicarii si a interactiunii la distanta intre structurile informationale complementare acceptate in fizica cuantica desi molecula este considerata particula elementara.

Alfred Kastler [5] nu se multumeste doar sa constate; pentru a iesi din criza el fixeaza cercetarii urmatoarele sarcini: fizica trebuie sa rezolve problema realitatii specifice domeniului microfizic, iar biologia trebuie sa introduca aspectul ondulatoriu al materiei in studiul vietii. El este convins ca atingand aceste tinte, misterul vietii poate fi descifrat si ca, unitatii fizico chimice a universului trebuie sa i corespunda o unitate biologica, dar „fara indoiala, dovada acestui fapt o vom astepta multa vreme”. Aceasta nota de pesimism este determinata de o alta situatie critica existenta in fizica: teoria particulelor elementare numita „mecanica cuantica” nu este coerenta cu teoria relativista utilizata la scara mare a universului. Cele doua teorii ale fizicii sunt considerate de catre specialisti ca fiind incomplete si, in unele privinte, contradictorii, fiind necesara gasirea unei noi teorii care sa le unifice si sa le armonizeze. Profesorul Lee Smolin [6] afirma ca „nu exista in stiinta problema mai provocatoare decat completarea si unificarea celor doua teorii”. Opinez ca dificultatea extraordinara este determinata de faptul ca in timp ce teoria cuantica cauta sa explice temeiul realitatii observate, teoria relativista explica legile acestei realitati. Prima este o teorie a interiorului corpurilor, iar cea de a doua este o teorie a relatiei dintre corpurile configurate la scara cosmica. „Aceasta noua teorie ar putea sa ne ajute sa raspundem la intrebarea daca universul a fost sortit sa contina viata sau daca propria noastra existenta este doar consecinta unui accident norocos”, afirma Lee Smolin.

Acestea sunt principalele aspecte care definesc, in linii mari, contextul deosebit de complex reprezentand, cum afirma Kastler [5] „limitele de care se loveste astazi cunoasterea noastra asupra materiei”, din interiorul caruia trebuie sa se nasca viitoarea teorie privind esenta realitatii lumii noastre. Acest context m a insotit aproape permanent, in cei peste treizeci de ani dedicati descifrarii catorva dintre marile mistere ale existentei.

Ce anume m a determinat sa accept o astfel de provocare, desi din punctul de vedere al pregatirii profesionale nu aveam nici o sansa de succes? Este foarte greu sa ofer un raspuns credibil. Totul a inceput dupa ce am citit de zeci de ori capitolul „Provocarea fizicii” din cartea Provocarea stiintei intocmita de acad. Solomon Marcus [7] in 1988, care a „lucrat” in mine cu putere de destin. Consider ca cel mai complet raspuns ne este furnizat de profesorul Lee Smolin in „Epilog” din cartea sa „Timpul renascut” aparuta recent in seria stiintifica a editurii Humanitas: „Ne sta in fire sa aspiram la mai mult si la altceva decat avem. A fi om inseamna sa ti imaginezi ceea ce nu stii, sa cauti dincolo de limite, sa testezi constrangerile, sa explorezi, sa te napustesti si sa te rostogolesti peste granitele intimidante ale lumii pe care le cunosti”. Citind aceste trasaturi definitorii pentru fiinta umana am inteles ca acceptand provocarea nu am facut nimic din ceea ce este in firea omului. Va multumesc domnule profesor pentru ca astfel mi ati validat atat dreptul de a gandi logic cat si dreptul de a mi face publice convingerile. Pana acum imi era teama ca acest drept natural reprezinta doar apanajul celor pe care ii numim cu sintagma „om de stiinta”.

Abordarea sistemica pe care o propun sustine argumentat ca marile etape ale cunoasterii universului se pot inchide prin cunoasterea modului in care s a format si evoluat informatia biologica analizata in contextul unitatii asigurat de lumea subatomica, aceeasi pretutindeni, imbracand noi forme de existenta. Reprezentand un tip de conexiune intrasistemica, cum afirma Viorel Sahleanu, informatia biologica leaga direct viata de relatiile existente intre evenimentele care au loc atat in procesele naturii, cat si in evolutia ei. Astfel, ceea ce este cunoscut privind sistemul informational al lumii vii poate fi apreciat ca fiind tot atatea raspunsuri convingatoare oferite de natura, raspunsuri care nu pot fi obtinute decat prin relatiile dintre particulele sale elementare. De aceea abordarea propusa porneste de la corespondentele existente intre fizica particulelor elementare si biologie, ca modalitate de validare a ipotezelor in care particulele elementare sunt inlocuite cu relatiile dintre ele, determinand reactiile care se produc oriunde in univers.

CUPRINS

Cuvant inainte 7

Introducere 9

1. Universul - unica realitate 13
1.1. Cosmos si microcosmos 13
1.2. Fortele fundamentale care modeleaza universul 15
1.3. Viata - variabila fundamentala in studiul universului 17
1.4. Universul - unica realitate 21
1.5. Lumina din ... lumina 28
1.6. Aspecte cunoscute ale determinismului cosmologic in sfera biologicului 31

2. Imaginea universului in ipotezele fizicii moderne. Conexiuni intre fizica moderna si biologie 36
2.1. Particula si campul in fizica clasica 36
2.2. O noua abordare - „Conexiunea” intre partile intregului 37
2.3. Self consistenta si integralitatea ipotezei „bootstrap” in principiul „corelatiei dintre organe” 38
2.4. Holomiscarea in teoria nivelurilor de integrare a lumii vii 42
2.5. Infasurare, implicitare si self consistenta in codul genetic ARN 50

3. Raportul continuu - discret in matematica 67

4. Rivalitatea corpuscul - unda 73

5. Codul genetic explicitat prin relatii de ordine 81

6. „Groapa de potential” a programului genetic 96

7. Modelarea mecanismului sistemelor integrale 116
7.1. Teoria generala a sistemelor - prezentare generala 117
7.2. Ritmul creatiei si distrugerii 120
7.3. Vibratiile particulelor 120
7.4. Reprezentarea duala a particulelor microfizice (elementare) 121
7.5. Coerenta fenomenelor microfizice - geneza ordinii 122
7.6. Complementaritatea 130
7.7. Relatiile de ordine 132
7.8. Infasurarea in tehnica holografica 133
7.9. Indeterminismul fizicii cuantice 135
7.10. Determinism confinat in principiul formulat de Huygens-Fresnel 138
7.11. Modelarea holomiscarii 147
7.12. Evolutia relatiilor de ordine 155
7.13. Aspecte privind esenta ordonata a intregului 161
7.14. Analiza „dualitatilor” mentionate de Stephen Hawking 170

8. Formarea si evolutia programului genetic 177
8.1. Ipoteza pentru confirmarea modelului propus 177
8.2. Nivelul N1 de infasurare 177
8.3. Nivelul N2 de infasurare 179
8.4. Nivelul N3 de infasurare 182
8.5. Nivelurile N4 - N6 de infasurare 192
8.6. Nivelurile N9 - N12 de infasurare 203
9. Descrierea conditiilor initiale prin reteaua relatiilor de ordine 225

Anexa. Nivelul 6 de infasurare a intregului 263

Bibliografie 389