Рак излечим - стр. 41
Теперь, когда мы убедились в том, что вещества небезразличны к пространству, разберем, по каким законам и правилам живут кристаллы – самые «дисциплинированные» пространственные образования. Для начала, чтобы представить их разнообразие и богатство, продемонстрируем классификацию этого «застывшего» пространства.
Гексагональная сингония:
• Центральный
• Инверсионно-планальный
• Инверсионно-примитивный
• Планаксиальный
• Планальный
• Примитивный
Кубическая сингония:
• Аксиальный
• Центральный
• Планаксиальный
• Планальный
• Примитивный
Моноклинная сингония:
• Аксиальный
• Планальный
• Планаксиальный
Ромбическая сингония:
• Аксиальный
• Планальный
• Планаксиальный
Тетрагональная сингония:
• Аксиальный
• Центральный
• Инверсионно-планальный
• Инверсионно-примитивный
• Планаксиальный
• Планальный, октаэдр, тригонтриоктаэдр, тетрагонтриокта¬эдр, дидодекаэдр и т. д. и т. п.
• Примитивный
Триклинная сингония:
• Центральный
• Примитивный
Все сингонии подразделяются еще и на виды. Например, кубическая сингония: куб, ромбододекаэдр, пентагондодекаэдр положительный, пентагондодекаэдр отрицательный и т. д.
Что же такое кристаллы и чем они уникальны? Как известно, кристаллами называются все твердые тела, в которых слагающие их частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены строго закономерно, наподобие узлов пространственных решеток. В течение столетий геометрия кристаллов была малоизученной областью науки. Многие великие умы (Роберт Гук, Михаил Ломоносов, Рене Жюст Гаюи, Браве и др.) трудились над изучением тайны кристаллов. Итогом этих изысканий было открытие важнейшего закона кристаллографической симметрии, согласно которому для кристаллов возможны оси симметрии лишь первого, второго, третьего, четвертого и шестого порядков. Таким образом, на кристаллических фигурах никогда не бывает симметрии пятого порядка, а также осей симметрии выше шестого. Однако был найден важнейший закон, проводящий разницу между симметрией кристаллов и симметрией растений и животных. Для кристаллов пятерные оси и оси порядка выше шестого категорически запрещены. Но жизнь умудрилась получить квазисимметрию и квазикристаллы. Как получить квазикристаллы? При нестандартных условиях образуется сплав, упорядоченный в узоре, характерном для симметрии икосаэдра, который наряду с додекаэдром обладает осями симметрии 5-го порядка (то есть симметрия зависит от условий их образования). Исходя из этого, можно сделать три предположения, при каких условиях произошло жизнеобразование:
1. Живое образовалось в условиях совершенно не похожих на сегодняшние условия.
2. Произошел фазовый переход в окружающем пространстве, изменение ее симметрии.
3. Трудно представить – строение веществ было иным.
Кристалл – строго упорядоченное состояние вещества; атомы (или молекулы) находятся в узлах правильной решетки, никуда особо не движутся, а только слегка колеблются около положения равновесия. Жидкость же, напротив, есть совершенно неупорядоченное состояние вещества; атомы в ней движутся хаотично. Поэтому плавление происходит, когда атомы твердого тела начинают колебаться настолько сильно, что могут «сорваться» со своих мест и начать свободно гулять по кристаллу. Вот так на атомарном уровне выглядит кристалл, а так выглядит жидкость. Самая интересная часть – пропущена. Мы так и не ответили на вопрос, как зарождается фазовый переход, как же начинается плавление. Целый ворох вопросов. И задавая их, мы уже понимаем, что окунулись совершенно в другую область физики. В область, которая изучает не только стабильные начальные и конечные состояния системы, но и то, как процесс разворачивается во времени, как одно переходное, нестабильное состояние сменяет другое. Эта область физики называется кинетикой, в самом широком смысле этого слова. Существуют ли особенности плавления двухмерных кристаллов. Такая постановка вопроса может вызвать у читателя некоторое недоумение: а что, есть какая-то разница в поведении 1-, 2– и 3-мерных кристаллов? Да, оказывается, разница имеется, и притом существенная! Плавление двухмерных кристаллов оказалось настолько интересным и необычным процессом, что исследователи стали искусственно создавать двухмерные кристаллы (а точнее, системы, которые ведут себя как двухмерные кристаллы) с целью проверить предсказания теории. По современным представлениям плавление обычного, трехмерного кристалла происходит так. При повышении температуры амплитуда тепловых колебаний увеличивается, а значит возрастает подвижность отдельных атомов и групп атомов. Это – так называемая стадия предплавления. При температуре, равной температуре плавления, концентрация дефектов достигает критического значения – материал теряет прочность, кристалл распадается на множество мелких островков, которые начинают «плавать». При дальнейшем подводе тепла эти островки разваливаются на отдельные атомы – так получается жидкая фаза. Почему мы так долго задержались на физике кристаллов? Только потому, что только они дают ответы на вопросы, связанные с поведением молекул белка, их кинетикой в зависимости от условий и причин их самоорганизации. Теперь начинается интересное. Для контраста давайте рассмотрим одномерный кристалл, то есть просто бесконечную одномерную цепочку атомов, связанных между собой межатомными силами. Статистическая физика такой системы приводит к неожиданному результату: оказывается, в таком кристалле энергетически выгодно рождать коллективные длинноволновые колебания-фононы. Настолько выгодно, что при любой конечной температуре они будут самонарождаться: энергия тепловых колебаний атомов перейдет в энергию коллективных колебаний. И если амплитуда коллективных колебаний достигнет в данной точке определенной критической величины (а это рано или поздно случится), то кристалл в этом месте попросту разорвется! Заметьте, насколько важна здесь одномерность: то, что в трехмерном случае привело бы всего лишь к точечному дефекту, в нашем случае влечет за собой разрыв всего кристалла – ведь достаточно порваться всего лишь одной связи, и кристалл разрушится! Из этой качественной картины следует поразительный вывод: в одномерном случае при любой конечной температуре не существует устойчивого кристаллического состояния вещества! Как мы знаем, в белках все виды его построены из одномерных цепей, и только β-структуры двухмерные. Теперь можно предположить, что автоколебания самозарождаются из одномерных цепей белка, а появление дефектов в третичной структуре белка есть не что иное, как разрыв полимерной цепи. В двухмерном кристалле эти дефекты будут выглядеть как щель… Уж не эта ли щель и является свободной энергией, заставляющей самоорганизовываться белок? И последнее, цепи α-структуры не могут находиться в кристаллическом состоянии, следовательно, согласно нашей теории, они имеют только косвенное отношение к раковому процессу. А вот β-структуры самое непосредственное.