123456789
Refeksja

Nową rolą chemii będzie planowanie takich układów, które potrafią wytworzyć, zapisać, segregować i przenosić informację w sposób celowy, wykorzystując do tego opisane wcześniej procedury.

Chemicy fascynują się obecnie możliwościami architektury molekularnej. Chemicy syntetycy potrafią zrobić niemal wszystko. Powstał „olimpiadan”, czyli molekuła w kształcie 5 kółek olimpijskich, molekuła w kształcie sześcianu (kuban), koszyczka (basketan) i inne. Powstaje pytanie, po co te molekuły zsyntetyzowano? W gruncie rzeczy, aby zademonstrować wielkie możliwości współczesnej syntezy... Znacznie ważniejsze byłoby jednak stworzenie molekuł o żądanych właściwościach i o złożonym zachowaniu w zależności od zmieniających się warunków zewnętrznych. To będą nowe klasy materiałów konstrukcyjnych, leków itp. Dopiero od kilku lat podejmowane są próby sprzęgnięcia celowo budowanych struktur z ich dynamiką, jak w relacjonowanej pracy dotyczącej modelu układu immunologicznego. Na razie sprzęgnięto dwie funkcje: asocjacji i następczej reakcji chemicznej przygotowanych substratów.

Coraz częściej pojawiać się będą prace dotyczące wzbogacania zbioru funkcji molekuł i współdziałania funkcji ze sobą (koordynacja czasowo-przestrzenna). Projekty badawcze będą formułowane i realizowane z uwzględnieniem przede wszystkim funkcji molekuł:

  • zostanie postawiony cel techniczny projektu,
  • zostaną zidentyfikowane potrzebne funkcje molekularne, aby ten cel osiągnąć,
  • zostaną przez teoretyków zaplanowane molekuły wykazujące te funkcje,
  • chemicy organicy zsyntetyzują molekuły,
  • fizykochemicy sprawdzą działanie funkcji molekularnych,
  • nastąpi próba osiągnięcia celu technicznego.

Będziemy budować złożone, inteligentne materiały... Czym będziemy się kierować w tej pracy? Czy weźmiemy pod uwagę potrzeby psychiczne człowieka, równowagę jego ducha?

Jaka będzie przyszłość rodziny ludzkiej - tych wyjątkowych istot, które stworzyły wspaniałą muzykę, katedrę w Chartres, zapierające dech w piersiach malarstwo, wzruszającą poezję, abstrakcyjną matematykę, dumnie wylądowały na innych planetach? Nic nigdy nie mogło powstrzymać ich ciekawości i pomysłowości, przetrwali dotychczasoowe najcięższe próby. Osiągają w tej chwili poziom technologii pozwalający najprawdopodobniej uniknąć najbliższego zlodowacenia (to już za jakieś 500 lat... ), być może zniszczyć za pomocą wybuchów nuklearnych małą asteroidę, gdy będzie zmierzała w kierunku Ziemi, a także jednym ruchem... 70-90% swojego potencjału ludnościowego!

Jaki jest cel i kres naszej wędrówki? Do czego dążymy? Czy chcemy rozkoszować się zapachem świeżego chleba, podziwiać Chartres, wzruszać się autentycznie, użyć naszej wiedzy do pielęgnowania przyjaźni ludzkiej rodziny czy też wystarczy, jeśli komputery podłączone do pojemnika z człowiekiem będą dozowały substancje, które podrażnią odpowiednie receptory i zapewnią nam „siódme niebo”?

W którym z tych kierunków chcemy jako chemicy podążać?

Przypisy
1. W artykule wykorzystano za zgodą wydawcy fragmenty rozdziału 15 książki autora Idee chemii kwantowej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005. Aneksy internetowe do pozycji można znaleźć pod adresem http://aneksy.pwn.pl/chemia.
2. Najkrótsze odcinki czasu, które mają znaczenie w naszym życiu codziennym, to czasy rzędu sekundy. W czasie 1 sekundy zachodzi ok. 1000 bilionów drgan każdego pojedyńczego wiązania chemicznego.
3. Jest to jednak bezruch pozorny, także i teraz zachodzą w nim reakcje chemiczne. Reakcja pojedynczych molekuł w marmurze zachodzi w porażająco krótkim czasie rzedu 10-15 sekundy, ale reakcji takich w masie marmuru jest mało, stąd wrażenie bezruchu. Kiedyś jednak to wszystko wymiesza sie razem z całym naszym światem w przemianach zachodzących w geologicznej czy nawet kosmicznej skali czasu. Owa niepokojąca przyszłość jest tak gigantycznie odległa, że zostawimy teraz ten problem na boku.
4. Ernest Rutherford wykluczył z fizyki filatelistykę, ale wydaje mi się, że przesadził (All science is either physics or stamp collecting).
5. Czyli oddziaływania wyjątkowo silnego w porównaniu z innymi podobnymi układami.
6. „Najczęściej” jest niebezpiecznym słowem. A takie ważne rzeczy, jak kostka do gry, ruletka itp.? Występuje tam „histeryczna” zależność wyniku od warunków początkowych.
7. Bifurkacja (odpowiadająca wartości pewnego parametru równej p) jest pojęciem matematycznym i oznacza rozdwojenie obiektu: w każdym, choćby najmniejszym, otoczeniu punktu p własności obiektu nie są jednakowe. Jeśli na przykład obiektem jest liczba pierwiastków równania x2 + px + 1 = 0, to punktem bifurkacji jest p = 2. Innym przykładem bifurkacji jest rozdwojenie drogi, jednej doliny w dwie doliny itp.
8. Mitchell Feigenbaum zainteresował się, przy jakich wartościach K (n) następuje kolejna bifurkacja na 2n gałęzi. Okazało się, że jest pewna prawidłowość, mianowicie miały zbliżone wartości. Okazało się, że ... Ku zdumieniu uczonych δ okazało się stałą „uniwersalną”, tzn. charakterystyczną dla wielu różnych problemów i uzyskało w ten sposób status podobny do zajmowanego przez liczby π i e. O ile znamy ścisły związek między π i e (jest o relacja e = -1); o tyle dotychczas nie znaleziono takiego związku ze stałą Feigenbauma. Z wielką dokładnością spełniona jest relacja (była używana przez fizyków w teorii przejść fazowych): π + tan-1eπ = 4,669201932 ≈ δ. 
9. Na przykład piec grzeje, ale gdy temperatura otoczenia przekroczy pewną górną granicę, to piec się wyłącza. Z kolei, gdy temperatura opadnie poniżej dolnej granicy, to piec się włącza (są więc oscylacje temperatury). Ludzie mają więc komfort życia w takim zakresie temperatury, który lubią. Mogą wtedy tworzyć różne wspaniałe dzieła, które by nie powstały, gdyby nie było opisanego sprzężenia.
10. Zupełnie tak samo, jak oscylacje temperatury pieca w naszym przykładzie.
11. Jak to często bywa w przemyśle chemicznym.
12. Wskutek reakcji chemicznej.
13. Choć w literaturze chemicznej pojawiały się sporadycznie informacje o stężeniach pewnych substancji zmieniających się periodycznie, nie wywołało to żadnego zainteresowania badaczy. Do świadomości chemików dotarło dopiero odkrycie dokonane przez Aleksandra Biełousowa. Historia tego odkrycie jest niezwykła. Simon Sznol w Związku Radzieckim w swoich badaniach natrafił na małe oscylacje stężeń. Gdy przedstawiał swoje wyniki, ktoś powiedział mu, że jest w Moskwie towarzysz, który z łatwością osiąga spektakularne oscylacje substancji w zlewce (zmiana kolorów). Od tego czasu Sznol po każdym swoim wykładzie pytał, czy ktoś nie zna tego człowieka. Wreszcie na jednym z wykładów młody słuchacz powiedział, że ten towarzysz to jego wujek, a za kilka dni przyniósł kartkę z podanymi substratami i... numerem telefonu do Biełousowa. Jak się poźniej okazało, Biełousow (bez formalnego wykształcenia, samouk, który z chemią zetknął się w młodości, uczestnicząc w antycarskiej organizacji terrorystycznej) pracował w tajnym instytucie wojskowym KGB (w randze generała) i z tego powodu nie mógł spotkać się ze Sznolem. Sznol, który w międzyczasie uzyskał wspaniałe oscylacje stężeń według recepty Biełousowa (jeśli chodzi o kolory to nazwano to: koniak-wódka-koniak...), namawiał tego ostatniego do opublikowania wyników. Biełousow odpowiedział, że kilka lat wcześniej wysłał publikację do znanego czasopisma, które odrzuciło ją argumentując, że to o czym pisze, jest niemożliwe z punktu widzenia termodynamiki. Było to istotnie niemożliwe, ale tylko z punktu widzenia królującej wszędzie termodynamiki równowagowej. Sznol przekonał Biełousowa do ponownej próby publikacji. Ukazała się ona w nieznanym nikomu zbiorze referatów z... medycyny radiacyjnej. Doktorant prof. Sznola Jewgienij Żabotyński zbadał wszelkie aspekty ilościowe tej reakcji i przedstawił jej modele matematyczne. Sławna dziś reakcja nosi nazwę reakcji Biełousowa-Żabotyńskiego.
14. Proszę zwrócić uwagę, że podobne hipercykle funkcjonują w ekonomii. Substancją X mogą na przykład być pieniądze.
15. Pomyślmy: mąż, dzieci, wnuki, (pra)n wnuki to mało???
16. Antena na jednym końcu molekuły pochłania kwant światła o pewnej częstości, a inna antena molekularna na drugim końcu molekuły emituje kwant o mniejszej częstości.
17. Aby przybliżyć to pojęcie do życia codziennego, można sobie wyobrazić rękawice wykonane z materiału, który adaptuje się do pracy w wysokiej czy niskiej temperaturz, utrzymując wewnątrz stałą temperaturę, nie dopuszcza do pocenia się rąk, likwiduje szkodliwe bakterie, w dzień magazynuje energię świetlną, w nocy zaczyna świecić, wydaje ostry dźwięk, gdy nacisk lub gradient temperatury przekroczy niebezpieczną wartość itp...
18. Pozostaje bez odpowiedzi pytanie, po co ten cały układ chce być napędzany.
19. Ralph Vinton Lyon Hartley (1888-1970), elektronik angielski. W czasie I wojny światowej sformułował prawo, że: „całkowita ilość informacji możliwej do przesłania jest proporcjonalna do zakresu częstości i czasu transmisji”.
20. Teraz już wiemy, dlaczego zestaw wiadomości TV top zestaw kradzieży, katastrof i szczególnie wyuzdanych zbrodni... Mimo wszystko jest to krzepiące, bo oznacza, że jest to wielka rzadkość.
21. Claude Elwood Shannon (1916-2001), matematyk amerykański, prekursor teorii informacji, profesor Massachusetts Institute of Technology, związał swoje życie zawodowe z Bell Laboratories. Jego idea, tak teraz oczywista, że informacje można przysyłać jako sekwencję zer i jedynek („0” i „1”) była szokująca w roku 1948. Mówiono o nim, że chwyta problemy in zero time.
22. Nie tyle ważna jest konkretna molekuła, co pełniona przez nią funkcja. Typowym przykładem tutaj mogą służyć enzymy. Jeden typ enzymu może występować w ogromnej liczbie odmian różnych gatunków zwierząt i roślin. Spełnia on taką samą lub podobną funkcję, ale zestaw aminokwasów jest podmieniany na nieco inny przy przejściu od gatunku do gatunku. Dwa gatunki mogą się różnić nawet 50% aminokwasów. Aminokwasy kluczowe dla funkcji enzymu są jednakowe lub bardzo podobne u wszystkich gatunków!
 
Literatura
M. Eigen, P. Schuster, The Hypercycle. A Principle of Natural Organization, Springer Verlag, Berlin 1979.
Wspaniała książka, napisana w zrozumiały sposób przez czołowych specjalistów w dziedzinie ewolucji molekuł.
A.Babloyantz, Molecules, Dynamics and Life, Wiley, Nowy Jork 1987.
Autorka z wielkim talentem opisuje osiągnięcia Prigogine'a i jego wspólpracowników, w których brała czynny udział. Świetna, kompetentna książka, najbardziej przystepna z podanych trzech pozycji.
I.Prigogine, From Being to Becoming. Time and Complexity in Physical Sciences, Freeman, San Francisco 1980.
Książka naopisana przez najwyższy autorytet w tej dziedzinie.
J.-M. Lehn, Chemia supramolekularna, Instytut Chemii Fizycznej PAN, Warszawa 1993.
Książka przygotowana na podstawie warszawskich wykładów autora, jedyna z tego zakresu wydana w języku polskim.
L. Konieczny, I. Roterman, Strategia działania organizmu żywego, Wydawnictwo Zamiast Korepetycji, Kraków 2000.
Ta książka mówi o samej istocie regulacji w organizmach żywych. Spośród wszystkich wymienionych dzieł to nadaje się najbardziej dla osób zorientowanych na biochemię i biologię.
 
 
123456789
powrót na górę strony
Wykład
Czas, rytmy chemiczne i przyszłość chemii
Strona
9/9
Autor
Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska