Дорогой заинтересованный искатель, давайте продолжим. В прошлый раз мы приняли для себя, что потенциал покоя есть одновременно динамическое равновесие и признак жизни невозбуждённой клетки. Но создание потенциала покоя обуславливается, по нашему мнению, состоянием электромагнитного поля, его напряжением. Чтобы подтвердить эту идею, постараемся узреть, какие электрические поля могут существовать в природе. Что нам говорит наука? Чем, собственно, динамика поля отличается от статики? И что такое, интересно, стационарное электромагнитное поле? Здесь ещё несколько оговоримся, используемые научные термины необязательно отражают научное их понимание. У нас всё-таки философия.
Друзья, у нас сейчас физика, начинаем разбираться с полями. Между тем, чтобы войти в курс дела, рекомендуется ознакомиться с предыдущим материалом. Итак, электрический заряд и электрическое поле разделить нельзя? Да, пожалуй, оно так. «Куча» зарядов и составляют поле, к тому же они ещё и взаимодействуют (притягиваются и отталкиваются). Поле - это среда для снующих туда-сюда зарядов. Но ближе к полю, «по современным представлениям электрические заряды наделяют окружающее их пространство особыми физическими свойствами - создают электрическое поле».[1] Где-то электрическое поле создаётся зарядами (ионами, например) подобно тому, как множество точек можно признать полем? То есть физическое поле - просто другой вид физической материи, точнее, другое материальное состояние.
Смотрим дальше, «основным свойством поля является то, что на находящуюся в этом поле заряженную частицу действует некоторая сила…».[2] Оказывается воздействие? Может быть поэтому ионы (составляющие поля) не находят себе места? Что за сила заставляет «бегать» ионы? Но может быть, она создаёт напряжение и потенциал покоя? Хорошо, укажем ещё раз, «электрическое поле, возбуждаемое неподвижными зарядами, называют электростатическим».[3] Ладно, оно не меняется с течением времени, но почему заряды неподвижные? Физики говорят, что суть неподвижного заряда в том, что заряд постоянен. Причём, средняя скорость системы тел близка к нулю. Предполагаем, что неподвижные заряды никуда далеко не перемещаются, но колеблются относительно некоторой точки пространства. В то же время, утверждается, что в природе не существует неподвижных зарядов. И вот, «если векторная сумма скоростей всех зарядов в рассматриваемой системе отсчёта равна нулю, то такой заряд проявляет себя в этой системе как неподвижный». Другими словами, заряды всё равно находятся в движении в системе, но в целом обнаруживается равновесие.
И мы бы сказали довольно упрощённо так, если равновесие рассматривается для электростатического поля и неподвижных зарядов, то там нет мембраны! Ну, нет ничего, чтобы разделяло общее пространство для зарядов и создавало сопротивление. А как же напряжение? Дело в том, что силовой характеристикой электрического поля считается напряжённость. А напряжённость поля измеряется силой, действующей на заряд. И поле, «в котором напряжённость во всех точках одинакова как по модулю, так и по направлению, называется однородным».[4] И чего? Электростатическое поле есть заодно однородное поле, которое к тому же сферически-симметрично? Заряды в подобной среде постоянно вибрируют, что проявляется как напряжение (или же разность потенциалов).
Вообще мы с вами просто рассуждаем, необязательно здесь делать конечные заключения, между тем, если есть неподвижные заряды, то должны быть заряды и движущиеся. Однако движущийся заряд не только создаёт (по заверениям физиков) электрическое поле, но ещё и вдобавок магнитное поле. И магнитное поле является вихревым или же соленоидальным. Когда заряды будут двигаться? Мы знаем, электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов. К чему это всё?
Нам нужно понять электромагнитное поле, что это такое, в принципе. Так, электрическое поле наряду с магнитным полем, на самом деле, есть единое электромагнитное поле. А изменение магнитного поля даёт ток. Значит, электромагнитное поле как таковое может находиться и в состоянии покоя (в невозбуждённом состоянии). И здесь же, если электростатическое поле создаётся неподвижными зарядами, то электромагнитное поле, наоборот, подвижными зарядами. В чём заключается их подвижность? Заряд уже не постоянен? Между тем, «вихревое электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, обладает тем свойством, что работа сил этого поля на замкнутом пути не равна нулю».[5] По крайней мере, мы поняли, что электромагнитное поле, в отличие от электростатического сферического поля, есть вихревое поле (проявляется как круговое движение вокруг некой оси). Какой-то намёк на разницу давлений?
Условно скажем, статика - это сфера, но динамика уже представляет вихрь. Нет, позвольте, что такое потенциал покоя вихря? Вообще, образованию «завихрений» способствует то обстоятельство, что встречаются два разнонаправленных потока. Подождите, а что там у нас про динамическое равновесие? Помните, на примере ионов калия? При состоянии покоя клетки устанавливается динамическое равновесие между числом выходящих из клетки и входящих в неё ионов. Но вот появляется сопротивление (вызванное мембраной) и, соответственно, напряжение.
Далее, если для однородного электрического поля напряжённость во всех точках одинакова как по модулю, так и по направлению, неоднородное электрическое поле показывает пример поля, когда напряжённости в разных точках отличаются. В простейшем варианте это электрический диполь, но если хотим сложнее, то вихревое поле. Что получается? Электромагнитное поле есть неоднородное вихревое электрическое поле. Опять статика и динамика. Условно говоря, если всё одинаково, то однородно, а если нет, то неоднородно. Значит, потенциал покоя - это динамическое равновесие неоднородного электромагнитного поля?
Для красоты слова и некоторой поэтичности сравним однородность с небытием. А что тут такого? Мы символично однородное состояние материи сопоставляем с фундаментальным непроявленным состоянием. Проявленное неоднородное или гетерогенное бытие указывает на развитие жизни. Поэтому статика - это где-то смерть, но электромагнетизм всегда проявление живого. Да, и в целом, жизнь - это динамика!
Таким образом, рассуждая о мембранном потенциале покоя клетки, мы в первую очередь говорим об электромагнитном поле. Выходит, потенциал покоя как-то связан с вихревым электрическим полем? Скорее всего, так, но потенциал покоя - это «стационарная разность электрических потенциалов, регистрируемая между внутренней и наружной поверхностями мембраны в невозбуждённом состоянии».[6] Как понимать? Можно сказать, что электромагнитное поле, если вдруг диагностируется невозбуждённое состояние, принимает вид стационарного электрического поля. В случае стационарного электрического поля заряды непрерывно перемещаются, но постоянным остаётся их распределение. Более того, стационарным электромагнитным полем в физике называют «неизменное во времени электромагнитное поле». Поэтому когда речь заходит о мембранном потенциале клетки, в любом случае подразумевается электромагнитное поле. А это всё равно движение.
Да, динамическое равновесие - это тоже движение. На самом деле для равновесия требуются изменения, что проявляется в цикличном энергетическом обмене. И жизнью налагается особый ритм, который и проводит все изменения. Здесь, конечно, больше философии, а мы к тому, что и здоровье - это равновесие. То есть здоровье можно рассматривать с энергетической точки зрения. Почему? Дело в том, что здоровье - это гармония. А что такое гармония? Гармония распознаётся в слаженности, согласованности частей, элементов объекта. Так как гармония видится в согласованности разнородных элементов. «Гармония - связь, соразмерность, соответствующая эстетическим законам согласованность частей в расчленённом целом».[7]
Если процессы согласованы во времени? Тогда они отличаются когерентностью, а это, в свою очередь, ведёт к понятию частоты колебаний. Можно ли говорить о частоте динамического равновесия? Если да, то придётся рассматривать колебательные процессы. Во всяком случае, потенциал действия - это быстрое колебание мембранного потенциала. Значит, потенциал покоя есть «небыстрое» колебание? Имеет связь с частотой электромагнитного колебания? Продолжим отвечать на эти и подобные вопросы в дальнейшем. Но становится всё более понятно, что потенциал покоя, не смотря на свой покой, всё-таки периодический процесс, не просто движение, а колебательное движение, для которого характерно равновесие.
[1] Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн.2. Электродинамика. Оптика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. С. 20
[2] Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн.2. Электродинамика. Оптика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. С. 20
[3] Летута, С.Н. Физика. Выпуск 7. Электростатика: учебное пособие для поступающих в вуз / С.Н. Летута, А.А. Чакак; Оренбургский государственный университет – Оренбург: ОГУ, 2016. С. 23
[4] Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн.2. Электродинамика. Оптика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. С. 20
[5] Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: Учеб. пособие: В 3 кн. Кн.2. Электродинамика. Оптика. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. С. 158
[6] Биофизика: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. С. 69
[7] Колесникова Галина Ивановна Соотношение понятий "норма", "девиация", "гармония", "творчество" и их значение в современном образовательном процессе // Гуманизация образования. 2017. №3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sootnoshenie-ponyatiy-norma-deviatsiya-garmoniya-tvorchestvo-i-ih-znachenie-v-sovremennom-obrazovatelnom-protsesse