Новая наука о жизни

Рис. 6. Диаграмма, представляющая нестабильное (А), ста­бильное (В) и отчасти стабильное (С) состояния

Современное понимание структуры химических систем зависит от представлений квантовой механики и электромагнетизма; гравитационные эффекты не­значительны, и ими можно пренебречь. Возможные способы соединения атомов друг с другом даются известным из квантовой механики уравнением Шредингера, которое позволяет рассчитывать орбитали электронов на языке вероятностей; в квантовой тео­рии поля вещества эти орбитали могут рассматривать­ся как структуры в электрон-позитронном поле. Но по­скольку электроны и ядра атомов несут электрический заряд, они также связаны с пространственными струк­турами электромагнитных полей и, следовательно, с потенциальными энергиями. Не все возможные про­странственные сочетания данного числа атомов имеют одинаковую потенциальную энергию, и только соче­тание с наименьшей потенциальной энергией будет стабильно по причинам, указанным на рис. 6. Если сис­тема находится в состоянии с энергией большей, чем в возможных альтернативных состояниях, любое малое смещение (например, из-за теплового возбуждения) приведет к ее переходу в другое состояние (А). Если, с другой стороны, она находится в состоянии с энергией меньшей, чем в возможных альтернативных состоя­ниях, после небольшого смещения она вернется в это исходное состояние, которое будет стабильным (В). Система может также временно находиться в состоя­нии, которое не является наиболее стабильным до тех пор, пока она не сдвинута выше «порогового» уровня (С); когда это случается, она переходит в более ста­бильное состояние с меньшей энергией.

Эти энергетические соображения определяют, какое состояние химической структуры является наи­более стабильным, но они не объясняют пространствен­ные характеристики этого состояния; эти характерис­тики представлены на рис. 6 как линии, по которым катится шарик и которые действуют как барьеры, огра­ничивающие его движение. Эти барьеры зависят от пространственных структур, образуемых полями веще­ства и электромагнетизма.

Согласно второму закону термодинамики, спон­танные процессы в закрытой системе стремятся к со­стоянию равновесия; когда это происходит, изначаль­ные различия в температуре, давлении и т. д. между различными частями системы стремятся к нулю. На техническом языке энтропия изолированной мак­роскопической системы либо остается постоянной, либо возрастает.