Основные концепции организации

Интеллектуальный механизм, используемый человеком для добычи знания, привел его к осознанию существования связей между различными проявлениями, имеющимися в природе. Для построения концептуальных индивидуальностей, которые он идентифицировал в виде отдельных объектов природы, им применялись абстракция и интеграция. Наиболее уместными критериями определения этих сущностей оказались структурные характеристики и динамические свойства. Однако любопытство принуждало человека попытаться распространить это знание для объяснения и увязывания этих объектов; важным средством служил также анализ, разбивавший их на составные части.

В результате подобной аналитической работы пришло осознание фундаментального значения о р г а н и з а ц и и. Таким образом, по мере проведения анализа объекта за объектом, стало очевидным, что их кажущееся невероятное разнообразие, воспринимаемое нашими органами чувств, в реальности, представляют собой результат упорядочения относительно небольшого числа основных элементов - молекул. Более того, анализ показал, что лишь очень малое число химических элементов составляют даже наиболее сложные молекулы; что комбинации менее чем одной сотни элементов, в разных пропорциях и по разному связанных, ответственны за десятки тысяч соединений и многие миллионы объектов. А дальнейший анализ выявил, что сами по себе элементы представляют разные динамические образования, состоящие из всего лишь нескольких, по некоторым гипотезам, только из двух, фундаментальных частиц.

Пристальный анализ природы выявил, что ее богатое разнообразие, в действительности основано лишь на малом числе фундаментальных составляющих, а указанная вариативность обусловлена способом соединения этих компонентов между собой, их организацией в мириады комбинаций.

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ. Очевидно, что изучение организации может дать наиболее ценную информацию о природе. И здесь не следует ожидать слишком многого, поскольку кажущееся бесконечное природное разнообразие происходит от организации всего лишь малого числа составляющих, а организация сама по себе может достигаться через небольшое число относительно простых основополагающих моделей. Если это так, то поиск подобных моделей, систематический анализ организации, сравним по усилиям с систематизацией составляющих частей и может представлять первостепенную важность для обеспечения лучшего понимания множества проблем.

Гомотропия и гетеротропия в природе

Пытаясь распознать порядок, существующий в постоянно меняющейся природе, человек стал отмечать в ней некоторые модели, отражающие определенные «законы природы». Как оказалось, часть этих законов действуют при столь широком разнообразии условий, что они должны приниматься в качестве «фундаментальных законов».

В 1824 году Sadi Carnot сформулировал один из них, известный как Второй Закон Термодинамики. Carnot сделал наблюдение, свидетельствовавшее, что в данной системе работа по трансформации термической энергии в механическую совершается лишь в том случае, если тепло уменьшается от высокой температуры к низкой. Используя более общую терминологию, это означает, что завершенная в изолированной системе работа приводит к постепенному исчезновению температурных различий. Clausius считал это фундаментальным принципом и постулировал, что количество энергии, требуемое для совершения работы, всегда имеет тенденцию к максимуму. Это состояние, называемое «максимум энтропии» соответствует усреднению температуры, а также гомогенной дезорганизации. Сначала казалось, что указанный принцип вступает в противоречие с Первым Законом Термодинамики, выражающим правило сохранения энергии. Однако Нelmholtz вскоре удалось продемонстрировать его ценность благодаря наблюдению, что только второй закон способен согласовываться с первым, в связи с невозможностью вечного движения.

В более философском смысле в нашем исследовании мы исходили из того, что, в самом широком толковании Второй Закон Термодинамики может определить фундаментальное направление в сторону аннигиляции любых, существующих в природе, различий через триумф полной однородности. Поскольку Clausius использовал термин «энтропия» для применения оригинального наблюдения Carnot, относящегося к закрытым механическим системам, вероятно, следует избегать неоднозначности, употребляя иной термин для указанной общей тенденции, стремясь к униформизму в его самом широком толковании. Поэтому мы выбрали термин «гомотропия».

Несмотря на имеющуюся теоретически быструю тенденцию в направлении к абсолютному униформизму, или гомотропии, ни одно из подобных финальных состояний до сих пор не было достигнуто. Поэтому следует сделать вывод, что существует некий иной фактор, противодействующий этой тенденции.

Для этого иного фактора мы выбрали термин «гетеротропия». Ему свойственна тенденция поддержания или продуцирования неравенства и, таким образом, сохранения порядка, существующего в природе.

Для логичного и максимально упрощенного уяснения ролей этих двух противоположных фундаментальных тенденций организации природы кажется целесообразным вначале изучить их действие на одной из самых простых и наилучших естественных моделей организации – атоме, с переходом в дальнейшем к более высокому или низкому уровню организации.

Атом

Роль двух противоположных тенденций в организации атома становится ясной при изучении связи между силами, формирующими этот объект. Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного соответствующим числом отрицательно заряженных электронов для уравновешивания заряда ядра.

Существование атома зависит от сил, действующих между ядром и электронами. Одна группа - кулоновского происхождения. Это электростатические силы, отвечающие за притяжение между противоположно заряженными электронами и ядром, а также за отталкивание между электронами, несущими одинаковый заряд. Если бы подобные силы не существовали, электроны двигались хаотично и не удерживались вокруг ядра.

Таким образом, если бы электростатические силы не имели противодействия, электроны все больше сближались бы с ядром и, в конце концов, упали на него с последующей полной аннигиляцией всех зарядов. Тот факт, что электроны не поглощаются ядром, указывает на существование другой, противодействующей силы.

Эта вторая сила определяется квантовой механикой и квантовой теорией полей. Квантовая механика приписывает электронам ряд дискретных энергетических уровней внутри атома. Излучение испускается или поглощается при переходе электронов с одного стационарного уровня на другой. Энергетические уровни являются относительно устойчивыми, и минимальное энергетическое состояние наблюдается тогда, когда каждый из электронов соответствующего уровня максимально приближен к ядру.

Энергетические уровни соответствуют орбитам, описанным согласно теории Бора, которая хотя не является полностью правильной, но служит хорошей основой для понимания свойств, присущих атомам. Бор представлял себе, что электроны вращаются вокруг ядра по определенным орбитам, при постоянном положении орбит в этих состояниях, при этом атом не производит излучения. Это расходится со старой теорией, согласно которой электроны могут вращаться вокруг ядра на любой орбите. Такие случайные движения орбит должны вести к потере энергии путем излучения. Электроны будут все сильнее сближаться с ядром и, в конце концов, как уже указывалось, окажутся поглощены им. Квантовая теория полей исходит из отсутствия излучения и постоянного нахождения электронов на своих орбитах. Однако, концепция стационарных состояний не позволяет объяснить все свойства атома особенно его химическое сродство, благодаря которому различные атомы соединяются в молекулы.

В соответствии с другим догматом квантовой теории, Принципом Исключения Паули, орбита не может быть занята неопределенным числом электронов, но не более чем двумя, вращающимися в противоположных направлениях. Орбиты организованы в оболочки, каждая из которых имеет определенный уровень энергии. Оболочка считается заполненной, если содержит максимальное, в соответствии с Принципом Паули, число электронов. Заполненная оболочка состоит из 2, 8, 18, и так далее электронов. Когда внутренняя оболочка имеет свою квоту электронов, дополнительные электроны должны занимать наружную оболочку. И, соответственно, вместо того, чтобы падать на ядро, электроны в своих самых низких энергетических состояниях продолжают вращение на некотором расстоянии от ядра.

Как уже отмечалось, если бы существовали лишь электростатические силы, электроны, в конце концов, все же упали на свое ядро, что привело бы к нейтрализации всех электрических зарядов. В таком случае вселенная существовала бы в состоянии максимальной гомотропии. Не существовало бы ни мощных атомных сил, ни химических реакций. Вмешательство квантовых сил позволяет избежать этого. Очевидно, что организация атома является следствием действия двух типов сил, электростатических и квантовых, первые сводят и удерживают ядро и электроны вместе, составляя атом, вторые - отвечают за движение электронов, предупреждающее их полную аннигиляцию и нейтрализацию всех электрических зарядов.

Гомотропические и гетеротропические силы в атоме

Теперь можно рассмотреть электростатические и квантовые силы в атоме в русле терминов гомотропии и гетеротропии. Предположим существование такой атомной системы, в которой активны лишь электростатические силы и сравним ее с реальной системой, имеющей также активные квантовые силы. В то время как фиктивная система быстро перейдет к состоянию максимальной гомотропии с аннигиляцией всех зарядов, в реальной системе этого не произойдет. При достижении обеими системами финальных состояний равновесия гомотропия воображаемой системы будет больше таковой у реальной системы. Если бы квантовые силы, удерживающие электроны в стороне от ядра в естественном атоме могли быть удалены, электростатические силы, действуя в одиночку, приведут к состоянию полной аннигиляции, таким образом, мобилизуя определенное количество энергии, сохранявшейся до сих пор квантовыми силами. В этом смысле становится очевидным, что электростатическое притяжение между ядром и электронами имеет гомотропический характер, в то время как квантовые силы - гетеротропический.

Реализация* квантовых и электростатических сил

Последствия действия квантовых и электростатических сил в атоме различны. Частичная реализация электростатических сил удерживает ядро и электроны в атоме вместе, в то время как квантовые силы прекращают существование завершением образования электронных оболочек и, поэтому, называются "силами насыщения".

В атомах благородных газов квантовые и электростатические силы реализуются одновременно. В результате эти атомы инертны. Они физически и химически неактивны, а их включение в процесс формирования молекул объясняется влиянием сил сцепления ван дер Вааля. Во всех других атомах электростатические силы реализуются тогда, когда число электронов на орбитах соответствует заряду ядра. Однако, если это происходит, электронные оболочки являются неполными и, соответственно, присутствующие квантовые силы не реализуются. В случаях, когда квантовые силы реализованы, появляются другие, электростатические, силы.

При этих обстоятельствах, в стремлении заполнить наружную электронную оболочку, то есть реализовать квантовые силы, атом может занять, или утратить, один или несколько электронов. Это достигается с помощью второго атома, который путем обмена сокращает или увеличивает число электронов на орбитах для реализации своих квантовых сил и остается с числом электронов, соответствующим заполненной наружной оболочке. Реализация квантовых сил требует изменений, включающих смещение электронов за пределы самого атома. Подобный обмен электронов, правильно называемый "электронный перенос", реализует квантовые силы атома. Однако в результате переноса связь между каждым ядром и его электронами на орбитах меняется, приводя к образованию ковалентных ионов. Эти атомы, приобретшие в результате переноса и имеющие избыток электронов, имеют отрицательный заряд. Атомы, утратившие электроны, имеют положительный заряд. В результате появляются новые электростатические силы, заключенные внутри атомов, оказывающие влияние на свое окружение, что доказывается взаимодействием между атомами.

Антагонистическая связь между электростатическими и квантовыми силами может быть уяснена в том смысле, что реализация одних обычно ведет к появлению других.

Перенос электронов представляет собой единственный механизм реализации квантовых сил атома. Два атома, не имеющих достаточного числа электронов на своих наружных оболочках для их обоюдного заполнения могут реализовать собственные квантовые силы, совместно владея несколькими своими электронами. Достижение заполнения своих наружных оболочек в результате процесса совместного владения электронами удовлетворяет квантовые силы обоих атомов. Этот метод квантовой реализации через совместное владение электронами также может привести к появлению электростатических сил. При идентичности двух атомов, совместно используемые электроны занимают промежуточную позицию и, поэтому, не влияют на них. В результате квантовые силы атомов реализуются без индуцирования новых электростатических сил. Это так называемая "гомополярная связь". Если же два атома энергетически неодинаковы, их совместные электроны будут располагаться ближе к одному из атомов, а дистанция будет определяться соревновательным влиянием, оказываемым атомами на совместные электроны. В то же время другие электроны будут находиться под влиянием связи, в результате чего их орбиты в какой-то мере будут затронуты. В результате образуются более слабые электростатические силы, и связь будет промежуточной - между ионной и гомополярной. Оба вида реализации квантовых сил - один, достигнутый в результате переноса, другой - путем совладения, таким образом, приводят к возникновению новых электростатических сил в ионах или ионоидах.

Таким образом, реализация квантовых сил может происходить несколькими путями, благодаря потере или приобретению электронов, их совместному владению - от ионного до гомополярного. Множественность возможностей реализации квантовых сил очень важна, поскольку делает необходимым расчет результатов подобной реализации на статистической основе.

Электростатические силы действуют между заряженными ионами противоположных знаков или между атомами, связанными совместными электронами. Через равновесие этих электростатических сил, появляются связанные атомы в виде нейтральных образований с реализованными электростатическими силами. Однако, связанные атомы могут сформировать новый объект, молекулу, лишь при участии достаточных квантовых сил.

Квантовые и электростатические силы в молекулах

Альтернативное действие квантовых и электростатических сил приводит к организации атомов в молекулы. Квантовые силы в молекулах способствуют организации этих объектов таким образом, что составляющие их части удерживаются на определенных расстояниях и позициях. Результатом является электростатическая нейтральность. Появление новых квантовых сил, поддерживающих составляющие части благодаря их организованному движению на определенных расстояниях и позициях, обеспечивает не только установление, но и стабильность новых образований. В новой молекуле можно выявить не только вибрирующие движения, но и более определенные. Когда два или более атомов становятся соединенными общими электронными связями, общие электроны не остаются привязанными к одному из атомов, а смещаются со своих собственных орбит. При определенных состояниях электроны могут путешествовать между двумя и более атомами, или даже окружать целиком молекулу. Эти движения, соответствующие вмешательству квантовых сил, придают молекуле стабильность.

Подобным же образом, как реализация атомных квантовых сил воздействует на атом, так и реализация интрамолекулярных квантовых сил воздействует на молекулы. Благодаря процессу, подобному тому, который управляет движением электронов в атомах, движение объектов, входящих в состав молекул, также контролируется. Реализация квантовых сил достигается разными путями. Например, может наблюдаться локализация движения электронов в молекуле. В результате относительной иммобилизации этих электронов в молекуле появляются свои электростатические силы.

Относительно иммобилизованные электроны могут рассматриваться связанными с молекулой как объектом, поскольку они не могут быть определенно отнесены ни к одному из составляющих ее атомов. В итоге молекула становится электростатически активной.

Положения электронов и даже атомов в молекулах могут быть легко объяснены исходя из событий на молекулярном уровне таким же образом, как мы их рассматривали на атомном уровне. Молекула, чьи электростатические силы сбалансированы, является нейтральной. Однако у нее имеются активные квантовые силы, которые управляют составляющими частями и относительным расположением связанных атомов или определенных электронов в объекте. Реализация молекулярных квантовых сил осуществляется через изменения в движении электронов, которые ведут к утрате или приобретению одного или более электронов, протонов, ионов или даже групп атомов. Это ведет к появлению электростатических сил, и молекулы становятся активными объектами. В молекуле, также как и в атоме, квантовые силы могут реализовываться более чем одним путем, хотя один из них может быть предпочтительным. По этой причине, активизация молекул через изменения подвижности молекулярных электронов должна учитываться на основе статистики.

Электростатический характер активированной молекулы является результатом изменений подвижности электронов. Положительные или отрицательные области в молекуле развиваются в результате избытка или утраты электронов на этих позициях. Новая организация электронов в молекуле может наблюдаться во время того, как молекула находится в подготовительной стадии, перед тем как стать активным объектом, таким же образом, как это происходит с атомами, когда они активируются и становятся ионами. Эта молекула теряет, или приобретает, один или более электронов (или протонов, ионов или групп атомов) и становится электростатически активной, неся положительный или отрицательный заряд, в зависимости от природы приобретенного или утерянного объекта. Это и является исходом реализации молекулярных квантовых сил. Проиллюстрировать это можно на примере молекулы бензола, а также карбоксилового и гидроксониумового радикалов, которыми мы ограничимся с учетом изменений, производимых квантовыми и электростатическими силами.

В электростатически нейтральной молекуле бензола положительные и отрицательные электростатические силы составляющих ее атомов сбалансированы. Однако не все электроны расположены на фиксированных позициях. Электроны двойных связей движутся вокруг молекулы. Поскольку молекула закрыта, это движение происходит по кругу, придавая молекуле стабильность, проявляясь частично равной реактивностью всех ее атомов углерода, встречающихся в определенных условиях, с образованием кекулианских форм.

Реализация квантовых сил причастна к своего рода относительной фиксации этих блуждающих электронов, ответственных за другие структуры молекулы бензола, отличные от кекулианских. Именно локализация электронов, способных участвовать в дальнейших реакциях, приводит к активации молекулы, что видно в образующихся структурах Девара, которые, в свою очередь, ответственны за активные центры, такие как орто, мета и пара положения. Такие электростатически активные возбужденные молекулы готовы принять участие в химических реакциях. Изучение мобильных электронов, и многих других, позволило нам понять их роль в обеспечении молекулярной стабильности, в то время как их относительная локализация способствует появлению в молекуле электростатически активных центров и появлению реактивности. Таким образом, и здесь локализация электронов открывает много возможных путей активации.

Ионы гидроксила и гидроксониума представляют типичные примеры активации другого рода. Неактивный карбоксил появляется, когда квантовые силы принуждают электроны постоянно блуждать между двумя атомами кислорода карбоксила. При таком состоянии электронов, атом водорода уже не выглядит привязанным к какому-либо из атомов кислорода, а располагается между ними двумя. Подобная форма соответствует электростатически реализованному состоянию. По завершении реализации квантовых сил, блуждающие электроны занимают более фиксированные позиции подле одного или другого атомов кислорода. Когда это происходит, ион водорода покидает карбоксильную группу и карбоксил приобретает отрицательное электростатическое равновесие, результатом которого будет комбинированная активность. Подобная реализация квантовых сил ответственна не только за появление активированной группы электростатического типа, но и за существование двух структур, каждая из которых обладает активным кислородом.

Идентичная ситуация происходит, когда молекула приобретает ион, как это наблюдается на примере иона гидроксониума - вода, при определенных обстоятельствах, протон, происходящий из атома водорода, утратившего свой электрон. Эта связь достигается благодаря мосту валентности и может рассматриваться как реализация молекулярных квантовых сил. Фиксация водородного моста в различных положениях относительно тетраэдрической структуры атома кислорода приводит к образованию различных объектов. Они способствуют высокой прочности этого моста.

Связывание молекул

Электростатические силы в радикалах или активированных молекулах могут и в дальнейшем уравновешиваться, когда реализуются новые связи между объектами с противоположными электростатическими силами. Связывание молекул, имеющих электрически возбужденные центры, может быть химическим или иной природы, и, как считается, отвечает изменениям в структуре молекул. Чаще между молекулами имеет место только физическая связь, при этом в молекулярной структуре изменений нет. Оба типа связывания приводят к реализации электростатических сил через сбалансированную нейтрализацию, но одно лишь связывание для создания нового объекта недостаточно. Новый объект, отличающийся структурной и функциональной индивидуальностью, очевидно, реализуется только тогда, когда появляются квантовые силы и устанавливаются определенные отношения между связанными частями молекул, с помещением их на определенные позиции и организацией их движений. Голистическая концепция подчеркивает различие между молекулами или радикалами, связанными только благодаря реализации их электростатических сил кулоновского характера, и новым объектам, образующимся вследствие появления специфических квантовых сил, присущих им. И здесь подобным же образом, как на молекулярном, так и атомном уровне, прогресс в организации достигается альтернативным действием электростатических и квантовых сил.

Многомолекулярные образования *

Когда электростатическая молекула или радикал связывает электрон, ион или даже малый радикал, образующийся объект все еще считается простой молекулой. Группа, образующаяся при связывании нескольких многоатомных радикалов, представляет собой сложную молекулу. Как и простые молекулы, сложные молекулы также могут группироваться вместе, и связывание нескольких из них ведет к еще более сложным образованиям, макромолекулам. В свою очередь, макромолекулы также могут группироваться, и связывание двух или большего их числа приводит к появлению многомолекулярных образований. Таким образом, организация прогрессирует от простых молекул к многомолекулярным образованиям, сначала путем группирования одинаковых объектов.

* Все три термина - макромолекулы, полимолекулы и сложные молекулы - избраны лишь из дидактических соображений.

Новый объект появляется тогда, когда одна из этих групп связывает соответствующую вторичную часть.

Грибы

От связывания молекулярных образований с более простыми составляющими, такими как ионы или ионизированные молекулы, получается определенный тип нового объекта. Этому типу сущности мы присвоили название "мицелла". Основную часть этих мицелловых объектов могут формировать полимолекулы, макромолекулы, комплексные молекулы или даже простые молекулы.

В соответствии с выше приведенным определением, мицеллы являются объектами, образованными путем связывания молекул, в качестве основных единиц, с ионизированными молекулами или ионами, в качестве вторичных единиц. Последние первоначально считались "неподходящими", пока Дюклей не показал их важную роль в создании специфических объектов. В соответствии с нашей концепцией, мицеллы создаются тогда, когда сгруппированные молекулы и активные "неподходящие" становятся связанными в результате эквивалентного равновесия электростатических сил и альтернативного действия электростатических и квантовых сил, обнаруживаемых для атомов и молекул. Реализация электростатических сил приводит к появлению квантовых сил, на этот раз свойственных мицеллам. Квантовые силы поддерживают составляющие части мицелл в соответствующем присущем им положении и управляют их движением, описанным для этих объектов, как вибрационное. Действие квантовых сил, вместе с реализацией электростатических сил, ответственно за стабильность мицелл.

Квантовые силы мицелл также могут быть реализованы, что приведет к неравному распределению составляющих мицеллы частей. Затем мицеллы переходят от относительно нейтральной к электростатически активной форме, способной вступать в последующие связи, причем в последующих образованных связях мицеллы впервые появляются в ретикулярном виде.

При общем взгляде на развитие организации, от атомов к мицеллам, просматривается относительно простая модель альтернативного действия квантовых и электростатических сил. Структурированность модели позволяет нам рассматривать ее в качестве фундаментальной в прогрессе организации. Мы попытались пойти дальше и установить существование такой простой организационной системы для субатомных и сверхмицелловых образований. Опытным путем мы пришли к заключению, что субатомные образования организованы подобным же образом, то есть путем альтернативного действия электростатических и квантовых сил. Далее в этот вопрос мы углубляться не будем, чтобы не выйти за пределы рассматриваемого нами предмета.

* Мы применили термин "мицеллы" именно с той целью, чтобы провести различие с иными значениями, которые можно найти в литературе. 11

Схема этого предмета изображена нами в Заметке 1.