5) Электромагнитные взаимодействия как определяющие химический и биологический уровень организации материи

Электромагнитное взаимодействие обусловливается электрическими и магнитными зарядами. Электрический заряд всегда связан с элементарными частицами. Магнитные силы порождаются движением электрических зарядов, то есть электрическими токами. Согласно закону Кулона, сила электрического взаимодействия будет силой притяжения или отталкивания в зависимости от знаков взаимодействующих зарядов. Видимый свет, являющийся основой существования зеленых растений, синтезирующих органическое вещество на Земле, да и всего живого, является электромагнитным излучением определенного диапазона частот.

Согласно теории советского биохимика А. И. Опарина электромагнитные излучения Солнца и электрических разрядов явились энергетической основой абиогенного происхождения жизни. Именно с их помощью происходил процесс образования биомолекул: аминокислот, нуклиотидов, полисахаридов, белковых комплексов, а затем клетки как главной структуры живого.

Электромагнитные поля и электромагнитные излучения являются основными видами излучения для живых организмов. Почти все носители информации, воспринимаемые нашими органами чувств, имеют электромагнитную природу. Электромагнитные взаимодействия характеризуют структуру и поведение атомов, отвечают за связи между молекулами различных веществ, таким образом определяя химические и биологические явления.

Электромагнитные поля и излучения в живом организме связаны с возникновением, движением и взаимодействием электрических зарядов в процессе его онтогенеза. На клеточном уровне они возникают при работе митохондрий, на органном и организменном уровнях – при работе сердца и токе крови в сосудах, при нервных и мышечных сокращениях.

Ритмичность на уровне клеток живого организма определяется биохимическими колебательными процессами, связанными с движением ионов, необходимых для жизнедеятельности клетки (К+,Са2+ и др.), как вовнутрь клетки, так и из нее. Доказано, что общим регулятором внутриклеточных процессов являются ионы кальция. Именно они и их концентрация обеспечивают биологические ритмы клеток.

Ритмичность на уровне растительных организмов проявляется в годовом изменении темпов роста, суточном движении листьев; на уровне животных организмов в темпах двигательной активности, в колебаниях температуры, функционировании органов внутренней секреции, синтеза гормонов, белков, половой активности и т. д. Американский математик и кибернетик Н. Винер писал, что «именно ритмы головного мозга объясняют способность чувствовать время». Чем сложнее система, тем она обладает большим количеством биоритмов. Биоритмы определяют биологическое время и свойственны неравновесным самоорганизующимся живым системам.

Следовательно, электромагнитные взаимодействия являются атрибутом существования живой материи на любом уровне ее организации. Живые организмы буквально плавают в море всевозможных физических полей – как внутренних, вырабатываемых самими организмами, так и внешних.

6. Теории Великого объединения

Заветная мечта всех физиков – выявить универсальность трех фундаментальных сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории. Объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в единое электрослабое взаимодействие стало первым обнадеживающим успехом на этом пути. Поэтому физики-теоретики с 1974 г. пытаются создать теорию Великого объединения взаимодействий, в которых электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия будут рассматриваться как различные проявления единого поля. При этом физики исходят из уже известного факта, что константы этих трех фундаментальных взаимодействий, в обычных условиях различающиеся на несколько порядков, могут становиться равными друг другу при определенной величине энергии. Эту энергию, большую, чем 1014 ГэВ, назвали энергией объединения. Также она проявляется на расстояниях 10-29 см. При таких условиях выявляется общая природа трех указанных взаимодействий, кварки и лептоны становятся практически неразличимыми.

Единое поле, которое образуется при таких условиях, должно характеризоваться очень сложной симметрией, способной охватить все калибровочные симметрии, известные как в квантовой хромодинамике, так и в теории электрослабого взаимодействия. Отыскание такой симметрии - главная задача физиков, без решения которой теория Великого объединения невозможна.

В простейшем варианте этой теории для превращения кварков в лептоны требуется 24 поля. Половина из них известна, их квантами являются: фотон, три тяжелых векторных бозона, восемь глюонов. Остальные 12 квантов – сверхтяжелые промежуточные бозоны, названные X и Y-частицами. Они должны обладать электрическим зарядом и цветом. Именно эти частицы, по расчетам, поддерживают более широкую калибровочную симметрию и могут перемешивать кварки и лептоны.