PALESTRA No. 6. O mecanismo da hereditariedade. Mecânica quântica

1. O mecanismo da hereditariedade

Todas as informações sobre o "plano do organismo" estão contidas em apenas uma célula, ou melhor, na parte da célula que se chama Núcleo celular. Este núcleo consiste em um conjunto de partículas. Essas partículas têm o formato de um bastão ou fio e são chamadas de cromossomos.

O número de cromossomos é diferente: 8, 12, e uma pessoa tem 48. Seria mais correto dizer que uma célula contém 24 pares de cromossomos. E são eles que carregam todo o código de criptografia do corpo.

Se você olhar de perto, veremos a semelhança dos cromossomos. Isso se deve ao fato de que parte dos cromossomos vem da mãe, ou seja, do óvulo, e a segunda parte vem do pai, ou seja, do esperma fertilizador.

Os cientistas realizaram um estudo durante o qual foi estabelecido de forma confiável que o principal "código de hereditariedade" está contido na fita de DNA. Uma fita de DNA compõe os cromossomos, na aparência se assemelha a uma grade. Este "código de hereditariedade" tem suas próprias unidades. Essa unidade para um microorganismo é de três nucleotídeos. Eles são construídos de forma bastante simples - ao longo do comprimento da molécula de DNA. Os cromossomos de organismos superiores são construídos de forma muito mais complicada, mas existe a suposição de que o processo de leitura de informações (embora isso não tenha sido estabelecido de forma confiável) seja em geral semelhante ao observado em microrganismos.

O corpo cresce por mitose.

Mitose é a divisão celular sequencial. O ovo é dividido em duas células "filhas", que são então divididas em 4, 8, 16, 32, 64, etc. Deve-se notar que a frequência de divisão celular em todo o corpo não é a mesma, como resultado que o número de divisões celulares é perturbado.

Durante a mitose, os cromossomos duplicam. O significado da mitose é que as células filhas recebem cópias exatas do conjunto de cromossomos do óvulo. Disto segue-se a conclusão de que todas as células do corpo são semelhantes entre si.

Meiose. Depois que o indivíduo começa a se desenvolver, algumas das células são reservadas. A parte reservada das células não está mais envolvida em nenhum processo. É ativado apenas quando o indivíduo atinge a maturidade e participa da reprodução do indivíduo. A partir dessa parte reservada das células, muito em breve, mas antes que o indivíduo comece a se multiplicar, as células - gametas começam a se formar. Os gametas masculinos são chamados de espermatozóides e os gametas femininos são chamados de óvulos.

Enquanto isso, as células podem diferir no número de conjuntos de cromossomos:

1) as células que possuem apenas um conjunto de cromossomos são chamadas de haploides (são os mesmos gametas);

2) células comuns são chamadas diplóides;

3) na vida existem indivíduos com três, quatro ou mais conjuntos de cromossomos: triplóides, tetraplóides, poliplóides.

2. Mecânica quântica

A mecânica quântica é também chamada de mecânica ondulatória. Então, mecânica quântica - esta é uma teoria que estabelece o método de descrição e as leis do movimento das micropartículas (partículas elementares, átomos, moléculas, núcleos atômicos) e seus sistemas, bem como a relação das grandezas que caracterizam as partículas e seus sistemas com grandezas físicas medidas diretamente experimentalmente.

A mecânica quântica ajudou a humanidade a descrever e compreender fenômenos como:

1) ferromagnetismo de sólidos;

2) superfluidez de sólidos;

3) supercondutividade de sólidos;

4) foi explicada a natureza e origem das estrelas de nêutrons, anãs brancas e outros objetos astrofísicos.

O significado da mecânica quântica não termina aí.

Em teoria, a mecânica quântica é dividida em dois tipos:

1) mecânica quântica não relativística;

2) mecânica quântica relativista.

A diferença entre a mecânica quântica relativística e não relativística. Naturalmente, se há duas direções da mecânica quântica, elas devem se contradizer. Através desta contradição pode-se ver o significado tanto da mecânica quântica não-relativística quanto da relativística.

Aqui estão as características que distinguem ambas as direções:

1) a mecânica quântica não relativística é mais "rigorosa", é uma teoria física fundamental completa, cuja principal característica é sua consistência. A mecânica quântica relativística é mais "suave", admite a presença de contradições na teoria;

2) na teoria não relativista, considera-se que a informação que auxilia a interação é transmitida instantaneamente. A mecânica quântica relativística, por outro lado, afirma que a interação se propaga a uma velocidade estritamente definida (a chamada "velocidade final"). Portanto, deve haver algo que facilite essa transferência. E esse "ajudante" é o campo físico.

Um dos fundadores da mecânica quântica pode ser chamado de Planck. Ele foi o primeiro a falar contra a teoria da radiação térmica que existia na época. A teoria da radiação térmica foi baseada na física estatística e na eletrodinâmica clássica. Esses dois ramos da ciência não se complementavam, mas, ao contrário, levavam a uma contradição em toda a teoria da radiação térmica.

Qual é o ponto de vista de Planck? E a essência de seu ponto de vista é que a luz não é emitida continuamente (como se pensava anteriormente), mas em porções. Para ser mais preciso - porções discretas de energia, ou seja, quanta.

Na mecânica quântica, distinguem-se os chamados estados discretos. O significado desse estado é que um corpo em grande escala muda continuamente sua velocidade. Além disso, a mudança nessa velocidade pode ocorrer tanto na direção de seu aumento quanto na direção de sua diminuição. Uma variedade de fenômenos físicos são de grande importância para alterar a velocidade. São esses fenômenos que contribuem para o aumento da velocidade ou, inversamente, para a sua diminuição. Um exemplo de fenômeno físico que contribui para a diminuição da velocidade de um corpo é a resistência do ar. Para entender isso, basta lembrar o pêndulo de um relógio: primeiro o pêndulo oscila com bastante "frequência" e depois para completamente.

É claro que não só Planck desempenhou um papel de destaque no desenvolvimento da mecânica quântica.

Os estágios de desenvolvimento da mecânica quântica (esse desenvolvimento pode ser rastreado em ordem cronológica) são assim:

1) em 1905, Albert Einstein construiu a teoria do efeito fotoelétrico. Esta teoria foi construída para desenvolver as ideias de Planck. Einstein sugeriu que a luz não é apenas emitida e absorvida, mas também propagada em quanta. Portanto, a discrição é inerente à própria luz;

2) em 1913 Bohr aplicou a ideia de quanta ao sistema planetário de átomos. A ideia de Bohr levou a um paradoxo científico. De acordo com Bohr, o raio da órbita do elétron estava constantemente diminuindo. O elétron no final deveria ter simplesmente "caído" no núcleo. Bohr decidiu que o elétron não emite luz o tempo todo, mas apenas quando se move para outra órbita;

3) em 1922, o americano Compton provou que o espalhamento da luz ocorre pela colisão de duas partículas;

4) o efeito Compton também levou a um paradoxo. Ele argumentou sobre a natureza de onda corpuscular da luz. E era uma clara contradição: esses dois fenômenos não podiam se misturar. Em 1924, o cientista francês Louis de Broglie apresentou uma teoria segundo a qual cada partícula deve receber uma onda associada ao momento da partícula;

5) O austríaco Schrödinger provou a conjectura de de Broglie. Schrödinger apresentou uma equação que corresponde ao comportamento das ondas de Broglie. Esta equação é chamada de "equação de Schrödinger";

6) em 1926, físicos realizaram experimentos que finalmente confirmaram experimentalmente a teoria de de Broglie;

7) em 1927 Dirac apresenta sua própria equação, que se torna o principal argumento da mecânica quântica relativística. Esta equação descreve o movimento de um elétron em um campo de força externo.

Por fim, a mecânica quântica como teoria consistente foi formada graças aos trabalhos do cientista alemão - físico W. Heisenberg, que criou um esquema formal. Uma característica desse esquema era que, em vez de coordenadas matemáticas e velocidades matemáticas, apareciam quantidades abstratas, as chamadas matrizes.

O trabalho de Heisenberg foi desenvolvido por outros cientistas (por exemplo, Born, Jordan e outros). O trabalho do físico alemão Heisenberg tornou-se a base da mecânica matricial.

Heisenberg também é o autor da hipótese de que nenhum sistema físico nunca pode estar em um estado em que as coordenadas de seu centro de inércia e momento assumam valores iguais ao mesmo tempo.

Este princípio é conhecido na ciência como a "relação de incerteza".

De acordo com este princípio, os conceitos de coordenadas e momento não são aplicáveis ​​a objetos microscópicos. Isso ocorre porque o experimento nunca leva a dados exatos. Isso se deve não ao fato de a técnica de medição ser imperfeita, mas às propriedades objetivas do micromundo.

Autor: Filin S.P.

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