Биосфера и Ноосфера. Часть 1г. Противостояние.
Начало
Биосфера и Ноосфера
Часть 1г
Противостояние
Если подвести краткий итог тому, что уже было сказано ранее, то мы можем выделить два основных принципиально отличающихся метода управления материей, позволяющих менять её структуру и создавать различные материальные объекты и системы. В данном случае под материальными системами подразумеваются взаимосвязанные группы материальных объектов, функционирование которых зависит друг от друга и невозможно отдельно от остальных элементов этой группы. Примером таких систем являются биоценозы и биомы в Биосфере или сложные технологические комплексы в Техносфере.
Первым методом является биогенный метод управления материей, при котором манипулирование веществом происходит внутри живой клетки на атомарном уровне при помощи молекулярных машин, использующих энергию химических связей различных химических соединений, а также уникальные свойства воды. На данный момент главным первичным источником энергии для всей Биосферы на Земле является электромагнитное излучение Солнца (солнечный свет). На сегодняшний день реакция фотосинтеза, с помощью которой растения переводят световое электромагнитное излучение в органические биополимерные молекулы, тем самым запасая эту энергию в виде энергии химических связей, является практически единственным каналом ввода внешней энергии в Биосферу. На всех остальных уровнях в Биосфере используется именно эта энергия химических связей органических биополимерных молекул, которая распределяется по Биосфере через так называемую «пирамиду питания». При этом, проходя по пирамиде питания, плотность этой энергии на единицу массы вещества может повышаться за счёт синтеза более сложных, а значит более энергоёмких химических соединений. Более подробно функционирование «пирамиды питания» в Биосфере мы рассмотрим позже.
Для биогенного метода управления материей для всех уровней, кроме растений, основным источником энергии является внутренняя энергия химических связей, запасённых в органических соединениях. При этом те же самые органические соединения служат строительным материалом, из которого строятся сами живые организмы. Все остальные источники внешней энергии, например тепло внешней среды, являются лишь вспомогательными и не могут обеспечить полноценное существование живых организмов.
Другими словами, в большей своей части Биосфера существует и развивается за счёт внутренней энергии, запасённой внутри самой Биосферы из энергии света за счёт реакции фотосинтеза. При этом в теплом климате скорость роста биологических организмов будет выше, так как организму придётся меньше энергии тратить на поддержание оптимальной температуры тела, обеспечивающей протекание необходимых биохимических реакций.
Особенностью биогенного метода управления материей является то, что для создания крупных макроструктур требуется достаточно много времени, которое необходимо для того, чтобы сформировать то огромное количество живых клеток, из которых будут состоять крупные живые организмы. Это время необходимо, чтобы доставить необходимое количество материи не только к самому растущему организму, но и внутрь самого организма и далее внутрь каждой растущей клетки, для чего эту материю необходимо либо растворить в воде, либо каким-либо способом расщепить на достаточно мелкие фрагменты, которые смогут проникать через клеточные мембраны внутрь клеток. А если учесть, что тем же самым путём внутрь клетки необходимо доставлять ещё и источник энергии в виде различных органических соединений, а также кислород, то это время ещё возрастает.
Кроме этого ограничением скорости процессов биологического синтеза, помимо скорости доставки вещества внутрь живых клеток, где этот синтез происходит, будет проблема терморегуляции. Теплопроводность биологических тканей всегда меньше теплопроводности воды, что не удивительно, поскольку эти ткани по большей части состоят из воды, а теплопроводность других органических веществ заметно меньше, чем у воды. Поэтому даже в благоприятном тёплом климате, где для поддержания необходимой температуры организма может использоваться внешнее тепло, скорость его поступления внутрь крупного организма будет ограничена теплопроводностью биологических тканей этого организма. А в холодном климате для поддержания необходимой температуры внутрь клетки помимо тех органических веществ, которые будут использоваться в качестве строительного материала, требуется также в большом количестве доставлять глюкозу и кислород, которые будут использованы для обогрева клетки за счёт реакции окисления глюкозы. И даже эта реакция окисления должна протекать особым образом и не похожа на привычное нам сгорание топлива на открытом воздухе, поскольку в последнем случае выделяется слишком много тепла в единицу времени. Из-за низкой теплопроводности это тепло просто не будет успевать распределяться по клетке и окружающему веществу, в результате возникнет локальный перегрев, который вызовет разрушение органических соединений и нарушение работы или даже смерть живой клетки. Поэтому окисление глюкозы происходит сравнительно медленно, в ходе сложных многоступенчатых биохимических реакций.
Другими словами, максимальная скорость формирования биологических структур и роста биологических организмов в благоприятных условиях, во-первых, будет ограничиваться скоростью перемещения вещества в водной среде организма, а также скоростью проникновения этого вещества из межклеточного пространства внутрь клетки и обратно. А во-вторых, к времени доставки необходимого количества вещества внутрь клетки необходимо будет добавить время на синтез всех необходимых органических соединений для формирования новой клетки, а также время на собственно деление клетки на две части после того, как необходимое количество органического вещества будет синтезировано.
Вторым методом управления материей является техногенный метод, при котором управление материей происходит на уровне макроструктур с использованием огромного количества энергии. Эта огромная энергия необходима как для перестройки структуры кристаллических материалов, являющихся основной техногенной цивилизации, так и для обеспечения быстрого протекания других реакций синтеза новых материалов, либо перемещения больших объёмов вещества, необходимого для протекания техногенных процессов трансформации материи. Поэтому для использования техногенных методов управления материей в первую очередь требуется овладеть умением управлять мощными источниками энергии. Причём энергии большой плотности, сконцентрированной в небольшом объёме или на очень маленькой площади.
И это не обязательно должны быть именно высокотехнологичные источники энергии, обладающие огромной мощностью. Для биосферы даже примитивная печь для средневековой металлургии является сверхмощным всё разрушающим источником энергии очень высокой плотности, получить которую через биохимические процессы невозможно в принципе, поскольку разрушение биологических тканей произойдёт при гораздо меньшей плотности энергии.
Техногенные методы управления материей позволяют создавать материалы, которые во много раз превосходят биологические ткани по прочности, теплопроводности или электропроводности. Это даёт техногенной цивилизации возможность перейти к использованию для управления материей новых видов энергии, которые недоступны для Биосферы. Например, электрический ток участвует в обеспечении тех или иных процессов внутри живых организмов. Есть животные, которые в состоянии сформировать мощные импульсы электрического тока для отпугивания агрессоров. Без электромагнитных импульсов не может функционировать нервная система крупных животных, включая человека. Но при этом электрический ток не используется живыми организмами для целей энергетического обмена в процессе трансформации материи, в то время как в современной техносфере он является основой большинства технологических процессов.
Если Биосфера в качестве основного источника энергии использует только свет, то в Техносфере мы можем использовать множество иных источников энергии, которые не могут быть использованы Биосферой. Это может быть сжигание как органического, так и ископаемого топлива, использование энергии распада радиоактивных материалов, использование кинетической энергии ветра или воды, использование геотермальных источников тепла и т. д., включая разные варианты использования солнечного излучения.
Более высокая прочность техногенных материалов, например металлических сплавов или металлокерамических соединений, позволяет изделиям из подобных материалов выдерживать огромные динамические и тепловые воздействия без потери структурной целостности и функциональности. Например, обычные современные бензиновые двигатели внутреннего сгорания сохраняют свою нормальную работоспособность вплоть до 6 000 оборотов в минуту, при этом температура газов внутри камеры сгорания кратковременно может достигать нескольких тысяч градусов. А в современных авиационных турбореактивных двигателях частота вращения турбины может достигать 30 тысяч оборотов в минуту при долговременной температуре факела от 1100 до 1500 градусов Цельсия. При этом многие детали этих двигателей, например лопатки турбины или те же клапаны цилиндров в ДВС, испытывают огромные динамические нагрузки одновременно с нагревом до высоких температур. В современной Биосфере при известном нам наборе биохимических процессов в принципе не может существовать материалов, которые обладали бы аналогичными свойствами, поскольку известная нам Биосфера не умеет оперировать энергией, необходимой для создания подобных материалов.
Ещё одной особенностью техносферы является то, что за счёт умения использовать более мощные источники энергии и создавать более прочные материалы, а также оперированию материей на уровне макроструктур, а не отдельных атомов и молекул, скорость трансформации материи техносферой может быть намного выше, а время создания крупных техногенных структур намного меньше, чем рост живых организмов и скорость трансформации вещества внутри Биосферы.
Обусловлено это в том числе тем, что скорость передачи энергии внутри техносферы намного выше, чем внутри Биосферы. Даже тот же нагрев техногенных материалов происходит значительно быстрее, так как у большинства металлов теплопроводность во много раз выше, чем у воды. Например, теплопроводность железа превышает теплопроводность воды более чем в 100 раз.
Что это означает на практике?
А на практике это означает, что при прямом физическом столкновении биогенной и техногенной цивилизаций, например такой, как показана в фантастическом фильме Джеймса Кэмерона «Аватар», в реальности, в отличие от истории, показанной в фильме, биогенная цивилизация неизбежно потерпит поражение. И обусловлено это будет тем, что техногенные структуры во много раз прочнее, чем биогенные, при этом для их разрушения потребуется затратить намного больше энергии, чем на разрушение биогенных структур и организмов. При этом скорость трансформации материи у техногенной цивилизации намного выше, то есть, она будет создавать новые структуры взамен уничтоженных намного быстрее, чем биогенная цивилизация будет успевать выращивать новые организмы для восполнения своих потерь.
Кроме того, техногенная цивилизация в ходе своего развития неизбежно вынуждена овладеть управлением мощными источниками энергии, которые могут быть использованы как для созидания, так и для разрушения. А у биогенной цивилизации потребности приобретать подобные умения и овладевать подобными технологиями управления мощными источниками энергии отсутствует.
То есть, победа коренных жителей планеты, показанная в фильме «Аватар», на самом деле может быть только временной и обусловлена только тем, что отряд захватчиков был достаточно мал, находился на большом удалении от родительского мира и не имел собственной производственной базы для быстрого восполнения своих потерь. Но если те ресурсы, которые необходимы техногенной цивилизации на этой планете, для них достаточно важны, то они рано или поздно вернутся, причём с большими силами и неизбежно более агрессивно настроенные по отношению к местным формам жизни.
При этом, в отличие от биогенной цивилизации, которая может существовать только в условиях благоприятной внешней физической среды на своей родительской планете, техногенная цивилизация, овладев новыми материалами и технологиями, может создавать как автономные или телеуправляемые структуры, так и локальные изолированные пространства, внутри которых поддерживается среда, необходимая для существования биологической формы данной цивилизации. Другими словами, техногенная цивилизация обретает способность действовать в очень широком диапазоне параметров физической среды, далеко выходящих за необходимые для их нормального существования, вплоть до условий открытого космоса в межпланетном пространстве.
То есть, для установления контроля над планетой и получения возможности добывать необходимые им ресурсы, техногенная цивилизация вместо того, чтобы вести войну с местным биологическими формами жизни, может в принципе уничтожить саму среду их обитания, сделав её тем или иным образом не пригодной для существования местной Биосферы.
Продолжение
Биосфера и Ноосфера
Часть 1г
Противостояние
Если подвести краткий итог тому, что уже было сказано ранее, то мы можем выделить два основных принципиально отличающихся метода управления материей, позволяющих менять её структуру и создавать различные материальные объекты и системы. В данном случае под материальными системами подразумеваются взаимосвязанные группы материальных объектов, функционирование которых зависит друг от друга и невозможно отдельно от остальных элементов этой группы. Примером таких систем являются биоценозы и биомы в Биосфере или сложные технологические комплексы в Техносфере.
Первым методом является биогенный метод управления материей, при котором манипулирование веществом происходит внутри живой клетки на атомарном уровне при помощи молекулярных машин, использующих энергию химических связей различных химических соединений, а также уникальные свойства воды. На данный момент главным первичным источником энергии для всей Биосферы на Земле является электромагнитное излучение Солнца (солнечный свет). На сегодняшний день реакция фотосинтеза, с помощью которой растения переводят световое электромагнитное излучение в органические биополимерные молекулы, тем самым запасая эту энергию в виде энергии химических связей, является практически единственным каналом ввода внешней энергии в Биосферу. На всех остальных уровнях в Биосфере используется именно эта энергия химических связей органических биополимерных молекул, которая распределяется по Биосфере через так называемую «пирамиду питания». При этом, проходя по пирамиде питания, плотность этой энергии на единицу массы вещества может повышаться за счёт синтеза более сложных, а значит более энергоёмких химических соединений. Более подробно функционирование «пирамиды питания» в Биосфере мы рассмотрим позже.
Для биогенного метода управления материей для всех уровней, кроме растений, основным источником энергии является внутренняя энергия химических связей, запасённых в органических соединениях. При этом те же самые органические соединения служат строительным материалом, из которого строятся сами живые организмы. Все остальные источники внешней энергии, например тепло внешней среды, являются лишь вспомогательными и не могут обеспечить полноценное существование живых организмов.
Другими словами, в большей своей части Биосфера существует и развивается за счёт внутренней энергии, запасённой внутри самой Биосферы из энергии света за счёт реакции фотосинтеза. При этом в теплом климате скорость роста биологических организмов будет выше, так как организму придётся меньше энергии тратить на поддержание оптимальной температуры тела, обеспечивающей протекание необходимых биохимических реакций.
Особенностью биогенного метода управления материей является то, что для создания крупных макроструктур требуется достаточно много времени, которое необходимо для того, чтобы сформировать то огромное количество живых клеток, из которых будут состоять крупные живые организмы. Это время необходимо, чтобы доставить необходимое количество материи не только к самому растущему организму, но и внутрь самого организма и далее внутрь каждой растущей клетки, для чего эту материю необходимо либо растворить в воде, либо каким-либо способом расщепить на достаточно мелкие фрагменты, которые смогут проникать через клеточные мембраны внутрь клеток. А если учесть, что тем же самым путём внутрь клетки необходимо доставлять ещё и источник энергии в виде различных органических соединений, а также кислород, то это время ещё возрастает.
Кроме этого ограничением скорости процессов биологического синтеза, помимо скорости доставки вещества внутрь живых клеток, где этот синтез происходит, будет проблема терморегуляции. Теплопроводность биологических тканей всегда меньше теплопроводности воды, что не удивительно, поскольку эти ткани по большей части состоят из воды, а теплопроводность других органических веществ заметно меньше, чем у воды. Поэтому даже в благоприятном тёплом климате, где для поддержания необходимой температуры организма может использоваться внешнее тепло, скорость его поступления внутрь крупного организма будет ограничена теплопроводностью биологических тканей этого организма. А в холодном климате для поддержания необходимой температуры внутрь клетки помимо тех органических веществ, которые будут использоваться в качестве строительного материала, требуется также в большом количестве доставлять глюкозу и кислород, которые будут использованы для обогрева клетки за счёт реакции окисления глюкозы. И даже эта реакция окисления должна протекать особым образом и не похожа на привычное нам сгорание топлива на открытом воздухе, поскольку в последнем случае выделяется слишком много тепла в единицу времени. Из-за низкой теплопроводности это тепло просто не будет успевать распределяться по клетке и окружающему веществу, в результате возникнет локальный перегрев, который вызовет разрушение органических соединений и нарушение работы или даже смерть живой клетки. Поэтому окисление глюкозы происходит сравнительно медленно, в ходе сложных многоступенчатых биохимических реакций.
Другими словами, максимальная скорость формирования биологических структур и роста биологических организмов в благоприятных условиях, во-первых, будет ограничиваться скоростью перемещения вещества в водной среде организма, а также скоростью проникновения этого вещества из межклеточного пространства внутрь клетки и обратно. А во-вторых, к времени доставки необходимого количества вещества внутрь клетки необходимо будет добавить время на синтез всех необходимых органических соединений для формирования новой клетки, а также время на собственно деление клетки на две части после того, как необходимое количество органического вещества будет синтезировано.
Вторым методом управления материей является техногенный метод, при котором управление материей происходит на уровне макроструктур с использованием огромного количества энергии. Эта огромная энергия необходима как для перестройки структуры кристаллических материалов, являющихся основной техногенной цивилизации, так и для обеспечения быстрого протекания других реакций синтеза новых материалов, либо перемещения больших объёмов вещества, необходимого для протекания техногенных процессов трансформации материи. Поэтому для использования техногенных методов управления материей в первую очередь требуется овладеть умением управлять мощными источниками энергии. Причём энергии большой плотности, сконцентрированной в небольшом объёме или на очень маленькой площади.
И это не обязательно должны быть именно высокотехнологичные источники энергии, обладающие огромной мощностью. Для биосферы даже примитивная печь для средневековой металлургии является сверхмощным всё разрушающим источником энергии очень высокой плотности, получить которую через биохимические процессы невозможно в принципе, поскольку разрушение биологических тканей произойдёт при гораздо меньшей плотности энергии.
Техногенные методы управления материей позволяют создавать материалы, которые во много раз превосходят биологические ткани по прочности, теплопроводности или электропроводности. Это даёт техногенной цивилизации возможность перейти к использованию для управления материей новых видов энергии, которые недоступны для Биосферы. Например, электрический ток участвует в обеспечении тех или иных процессов внутри живых организмов. Есть животные, которые в состоянии сформировать мощные импульсы электрического тока для отпугивания агрессоров. Без электромагнитных импульсов не может функционировать нервная система крупных животных, включая человека. Но при этом электрический ток не используется живыми организмами для целей энергетического обмена в процессе трансформации материи, в то время как в современной техносфере он является основой большинства технологических процессов.
Если Биосфера в качестве основного источника энергии использует только свет, то в Техносфере мы можем использовать множество иных источников энергии, которые не могут быть использованы Биосферой. Это может быть сжигание как органического, так и ископаемого топлива, использование энергии распада радиоактивных материалов, использование кинетической энергии ветра или воды, использование геотермальных источников тепла и т. д., включая разные варианты использования солнечного излучения.
Более высокая прочность техногенных материалов, например металлических сплавов или металлокерамических соединений, позволяет изделиям из подобных материалов выдерживать огромные динамические и тепловые воздействия без потери структурной целостности и функциональности. Например, обычные современные бензиновые двигатели внутреннего сгорания сохраняют свою нормальную работоспособность вплоть до 6 000 оборотов в минуту, при этом температура газов внутри камеры сгорания кратковременно может достигать нескольких тысяч градусов. А в современных авиационных турбореактивных двигателях частота вращения турбины может достигать 30 тысяч оборотов в минуту при долговременной температуре факела от 1100 до 1500 градусов Цельсия. При этом многие детали этих двигателей, например лопатки турбины или те же клапаны цилиндров в ДВС, испытывают огромные динамические нагрузки одновременно с нагревом до высоких температур. В современной Биосфере при известном нам наборе биохимических процессов в принципе не может существовать материалов, которые обладали бы аналогичными свойствами, поскольку известная нам Биосфера не умеет оперировать энергией, необходимой для создания подобных материалов.
Ещё одной особенностью техносферы является то, что за счёт умения использовать более мощные источники энергии и создавать более прочные материалы, а также оперированию материей на уровне макроструктур, а не отдельных атомов и молекул, скорость трансформации материи техносферой может быть намного выше, а время создания крупных техногенных структур намного меньше, чем рост живых организмов и скорость трансформации вещества внутри Биосферы.
Обусловлено это в том числе тем, что скорость передачи энергии внутри техносферы намного выше, чем внутри Биосферы. Даже тот же нагрев техногенных материалов происходит значительно быстрее, так как у большинства металлов теплопроводность во много раз выше, чем у воды. Например, теплопроводность железа превышает теплопроводность воды более чем в 100 раз.
Что это означает на практике?
А на практике это означает, что при прямом физическом столкновении биогенной и техногенной цивилизаций, например такой, как показана в фантастическом фильме Джеймса Кэмерона «Аватар», в реальности, в отличие от истории, показанной в фильме, биогенная цивилизация неизбежно потерпит поражение. И обусловлено это будет тем, что техногенные структуры во много раз прочнее, чем биогенные, при этом для их разрушения потребуется затратить намного больше энергии, чем на разрушение биогенных структур и организмов. При этом скорость трансформации материи у техногенной цивилизации намного выше, то есть, она будет создавать новые структуры взамен уничтоженных намного быстрее, чем биогенная цивилизация будет успевать выращивать новые организмы для восполнения своих потерь.
Кроме того, техногенная цивилизация в ходе своего развития неизбежно вынуждена овладеть управлением мощными источниками энергии, которые могут быть использованы как для созидания, так и для разрушения. А у биогенной цивилизации потребности приобретать подобные умения и овладевать подобными технологиями управления мощными источниками энергии отсутствует.
То есть, победа коренных жителей планеты, показанная в фильме «Аватар», на самом деле может быть только временной и обусловлена только тем, что отряд захватчиков был достаточно мал, находился на большом удалении от родительского мира и не имел собственной производственной базы для быстрого восполнения своих потерь. Но если те ресурсы, которые необходимы техногенной цивилизации на этой планете, для них достаточно важны, то они рано или поздно вернутся, причём с большими силами и неизбежно более агрессивно настроенные по отношению к местным формам жизни.
При этом, в отличие от биогенной цивилизации, которая может существовать только в условиях благоприятной внешней физической среды на своей родительской планете, техногенная цивилизация, овладев новыми материалами и технологиями, может создавать как автономные или телеуправляемые структуры, так и локальные изолированные пространства, внутри которых поддерживается среда, необходимая для существования биологической формы данной цивилизации. Другими словами, техногенная цивилизация обретает способность действовать в очень широком диапазоне параметров физической среды, далеко выходящих за необходимые для их нормального существования, вплоть до условий открытого космоса в межпланетном пространстве.
То есть, для установления контроля над планетой и получения возможности добывать необходимые им ресурсы, техногенная цивилизация вместо того, чтобы вести войну с местным биологическими формами жизни, может в принципе уничтожить саму среду их обитания, сделав её тем или иным образом не пригодной для существования местной Биосферы.
Продолжение