Biologia temporalitatii

Nu le am cu biologia, insa din ce stiu eu enzimele grabesc procesele cu cateva ordine de marime si functioneaza la o anumita temperatura, cel putin in organismele cu sange incalzit.

In conditii extreme, materia are si alte stari de agregare decat cunoastem noi in mod obisnuit si asta datorita efectelor cuantice.
Doi fermioni cu spinul cuplat, daca aceasta stare e stabila, acestia capata proprietati bosonice.
Asta se intampla si la temperatura obisnuita cand ai cate doi electroni ocupand acelasi strat electronic.
Dar mai interesant la temperatura mica, cand electronii din atomi diferiti pot locui in aceasta stare, rezultand fenomene ciudate pentru lumea obisnuita in care traim.
Supraconductivitatea e un astfel de fenomen in care perechi de electroni(conform unei teorii) formeaza un comportament bosonic.
Sau condensat Bose-Einstein despre care vorbeai in care atomi intregi (cu numar par de fermioni) se comporta ca un boson, sau chiar posibil perechi de atomi cu numar impar de fermioni(nu stiu daca s-a realizat asa ceva)

Radacina comuna a acestor fenomene e explicata de faptul ca bosonii au un alt tip de organizare pe spectrele de energie posibile intr-o anumita geometrie, ei au tendinta sa se acumuleze toti gramada in starea de cea mai joasa energie, formand un sistem cuantic degenerat, mult mai simplu. Practic rezulta acolo un obiect cuantic care se comporta ca un singur sistem cuantic simplu, cu proprietati specifice particulelor, nu sistemelor de multe particule cu entropie ridicata.
Viteza sunetului creste brusc spre viteze colosale, conductivitatea electrica creste spre infinit. Proprietatile astea depind de geometria macroscopica a sistemului in aceasta stare de minima entropie cuantica.
Dar oricum, e un topic dificil si mai mult o curiozitate. Mult mai interesanta mi se pare teoria cuantica insasi, care e o idee geniala nascocita de mintea omului si pusa in practica printr-un formalism matematic care se potriveste manusa cu ceea ce se intampla in lumea fizica.
Majoritatea fenomenelor fizice cunoscute se comporta din pdv matematic similar cu adunarea numerelor, inmultirea lor, adunarea vectorilor si operatii pe spatii vectoriale Cel putin procesele intime.. Ca procesele cu feedback necesita ecuatii diferentiale, in general. Insa in esenta si aceste ecuatii diferentiale sunt facute pe numere reale, plecand tot de la operatiile simple de adunare, inmultire, impachetate frumos sub forma de derivate, integrale, etc...

Insa chestia asta, fizica cuantica, se comporta ca niste operatii pe niste vectori pe un spatiu Hilbert, care in esenta sunt niste distributii de probabilitate. Total alte tipuri de elemente, cu matematica lor aparte, matematica ce anticipeaza in mod corect fenomenele fizice reale. Functia aia de unda ce descrie starea cuantica e un soi de distributie de probabilitate. Amplitudine de probabilitate, un concept nou, strain si interesant.
Asta ar fi obiectul matematic cel mai simplu care poate descrie fizica cuantica si reprezenta procesele de interactie..  Aceste functii de unda, nu numere, nu vectori 3D cum am fost noi obisnuiti si cum e mai natural de asimilat de catre mintea umana.

Așa este, enzimele grăbesc procesele biochimice cu multe ordine de mărime  - de mii de ori. Practic, viața, așa cum o știm, nu ar fi posibilă fără ele, dar plaja de temperatură este destul de largă - de la -10 la + 50°C și chiar mai mult. Să ne amintim că apele reci din nordul planetei adăpostesc cea mai mare parte a biomasei acvatice, în timp ce apele calde dinspre ecuator prezintă o mare biodiversitate. Aici ajungem pe teritoriul tău, pentru că fenomenul primar al biodiversității este mutația genetică; un fenomen care, fundamental, ține de fizica cuantică (ca și fotosinteza sau respirația celulară) și depinde, printre altele, de temperaturi mai mari, adică de energie, adică de un grad mai mare de entropie. În ultimii ani s-a dezvoltat o ramură nouă a biologiei - biologia cuantică. Deși mă interesează tot ceea ce ține de biologie, știu că nu voi putea face mai mult decât să mă mențin la suprafață. Fizica te trimite întotdeauna la matematică, iar eu, nu că nu știu matematică, sunt absolut tufă în acest domeniu. Tot ceea ce trece de aritmetică mă cam depășește cu mult. Ca să-ți dai seama, pe mine, matematica m-a pierdut atunci când în loc de cifre apăreau litere, adică foarte devreme. M-a salvat geometria.
Totuși, postările tale au constituit puținele ocazii din viața asta în care nu m-am simțit umilit când mi se vorbea în termeni matematici. Se cuvine să-ți mulțumesc pentru asta și să regret o dată în plus că nu am avut parte de profesori de acest gen.

P.S.  - Am căutat să aflu ce este un spațiu Hilbert, ca și cum aș fi avut vreo șansă să înțeleg.

Daca vrei sa intelegi, exista surse care explica fara spatiul Hilbert. Sau il aminteste odata cu introducerea in problema, fara a intra in bucataria interna a spatiilor Hilbetrt.
Spatiul Hilbert e prea abstract si nu ai nevoie decat de o reprezentare concreta pentru a intelege modul in care e folosit conceptul. Eu din astfel de surse am invatat, ca n-am facut in scoala asa ceva.
Adica matematica folosita pe sistemul bufetului suedez. Ai o masa plina cu diverse produse, nu te intereseaza cum sunt facute, insa le poti alege dupa forma si culoare in speranta ca iti vor placea, fara sa stii ce anume contin inauntru. Merge foarte bine la ingineri treaba asta.

Daca vrei sa te pui la punct cu matematica, exista Khanacademy, cu care reiei ce s-a facut la liceu plus ceva de pe la facultatile (tehnice). Inclusiv scoala generala, daca e cazul, desi ma indoiesc.
Dar nu-i musai necesar pentru intelegerea fenomenelor la nivel de idee, daca ai o intelegere catdecat rotunjita pe la colturi despre matrici, functii, numere complexe. Daca n-ai auzit de ele insa, e necesar sa intelegi cum merg aceste chestii. Daca ai auzit insa si ai uitat, nu-i problema, vei inelege.
Transformata Fourier insa e necesara. Care, desi se face pe la facultatile tehnice, cred ca-i usor de inteles modul in care se foloseste, fara a intra in detalii despre convergenta si alte aspecte pur matematice. Ea are insa niste proprietati misto, ceea ce o face posibil inteleasa prin prisma acestor proprietati. Si o interpretare intuitiva a modului de functionare.
Ar mai fi ncecesara o piesa de algebra matricilor. Intelegerea conceptului de valoare proprie si vector propriu(Eigenvalue/Eigenvector). Care nu-i chiar dificil, insa necesita o oarecare obisnuinta de a manipula(mental) matricile. Matricile sunt echivalente cu transformarile liniare, insa in liceu nu se fac spatii vectoriale si transformari liniare intre vectori. In final o simpla inmultire cu o matrice e echivalenta cu o transformare liniara, chestie deloc complicata daca ai o anumita lejeritate in a lucra (mental macar) cu matrici.
In rest, mai apar diverse notiuni de matematica, insa daca nu vrei sa le afli detaliile, nici nu e nevoie, le poti lua usor ca atare fara sa-ti pui intrebari si nu te va incurca in intelegerea fenomenelor fizice interesante.

Edited by maccip, 26 July 2022 - 07:25.

Pe Khanacademy am trecut prin cursurile de chimie organică, limba engleză și, bineînțeles, biologie. Asta, ca să mă destind și să recapitulez ceea ce știam deja. Am văzut că există și cursul de matematică, dar, în afară de groaza cantității de informație, am căzut în capcana oribilă pe care a întins-o tuturor epoca internetului - nu te obosi să înveți; dacă vei avea nevoie vreodată, informația este acolo și te așteaptă ca să te lămurească, deci lasă-ți creierul online.
Fizica mi-a plăcut în partea ei teoretică și am practicat cunoașterea intuitivă. Ca animalele. Am înțeles (din fericire) devreme că tot universul ăsta este energie sub diferite forme și absolut toate fenomenele sunt jocuri ale acestor energii.
Mulțumesc încă o dată pentru postări și răspunsuri!

spidermarius, on 25 iulie 2022 - 19:00, said:

păi, să zicem elevat: laserul este știința temperaturilor absolut negative!

spidermarius, on 26 iulie 2022 - 00:31, said:

aici ai căzut în capcană: geometria e plină tocmai de ... litere !

Nu știu ce-ai vrut să spui prin laserul este știința temperaturilor absolut negative. Eu știam că este un acronim. Dacă poți să dezvolți, te rog, luminează-mă!

Cred că ai înțeles ce-am vrut să spun. Literele din geometrie au cu totul altă semnificație decât în algebră. Desemnează niște elemente pe care le vezi, că doar de-aia te pun profesorii să le desenezi.

Vezi ce-ai făcut? Mi-ai indus tristețea aceea pricinuită de orele de matematică (erau al dracului de multe), în care eram mereu disperat de șerpii aceia de pe tablă. Se întâmpla să mai întreb la ce ne folosesc toate chestiile alea în viețile noastre jalnice (era pe la începuturile cumpliților ani '80), iar profesoara nu știa să ne spună.

păi să copiem din wiki:

„Laserul este un dispozitiv complex ce utilizează un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, și o cavitate optică rezonantă[3]. Mediul activ, cu o compoziție și parametri determinați, primește energie din exterior prin ceea ce se numește pompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic, folosind o sursă de lumină (flash, alt laser etc.) și duce la excitarea atomilor din mediul activ, adică aducerea unora din electronii din atomii mediului pe niveluri de energie superioare. Față de un mediu aflat în echilibru termic, acest mediu pompat ajunge să aibă mai mulți electroni pe stările de energie superioare, fenomen numit inversie de populație.”

-legile fizicii zic că acești electroni excitați vor reveni instantaneu la locul lor, cu eliberarea energiei respective

daaar, citim mai departe:

„...Un fascicul de lumină care trece prin acest mediu activat va fi amplificat prin dezexcitarea stimulată a atomilor...”

-corect
-dar în practică există un interval de timp (da, extraordinar de mic) între momentul excitării atomilor și trecerea fasciculului de lumină p-acolo
-întrebarea care apare este: de ce electronii își mențin starea de excitație în acel timp intermediar

atunci, nu io, ci un învățat, a tras concluzia că în momentul imediat următor formării „inversiei de populație”, mediul respectiv trece sub 0 (zero) kelvin
asta deoarece, doar sub acea temperatură materia este „înghețată” total - nimic nu mai mișcă!

apoi sosește fascicolul de lumină și dezexcită electronii, etc...

Aș zice că d-aia menționează acolo: „mediu aflat în echilibru termic”

Citesc și recitesc ceea ce ai scris tu și ceea ce a scris maccip și mă întreb cum de naiba am ajuns atât de jos (ca specie) când există oameni ca voi, cu o înțelegere atât de profundă a materiei. Cum de nu s-a găsit o minte luminată care să rezolve problema energiei, spre exemplu. Din ce înțeleg eu, nu-i o problemă să obții energie, pentru că sursele sunt multiple. Uite, de exemplu, un fulger reprezintă o descărcare electrică de 20 GW. Marea problemă este conservarea fără pierderi (deci nu în bateriile clasice) și transportul fără pierderi (deci nu prin cabluri de înaltă tensiune). Trebuie să existe o soluție nepoluantă. Războiul ăsta care, pe zi ce trece, tinde să se mondializeze nu poate rămâne neproductiv din punct de vedere științific. Ce naiba, dom'le, dacă s-a inventat Viagra, nu se poate găsi o alternativă la energia din Rusia? Dincolo de caracterul care poate părea anecdotic, erecția este un fenomen extrem de complex. Ca să te citez, nu io, ci un învățat (Robert Sapolsky) a spus că dacă erecția ar depinde de înțelegerea ei, noi nu ne-am mai fi născut. Sau, uite, vindecarea unei banale răni implică vreo 128 de proteine și enzime; proces a cărui înțelegere trimite teoria relativității la matineu.

P.S. Chestia aia cu Mahomed mi-a amintit de o piesă gospel (unul dintre puținele lucruri bune pe care le-a pricinuit religia) cântată de Etta James (și de Mahalia Jackson) - Lord, Don't Move That Mountain

gushpi, on 05 august 2022 - 10:00, said:

Întrebarea pertinentă nu este aceasta.
Interacția radiației cu substanța este descriptibilă cu un hamiltonian de interacție; din punct de vedere al mecanicii cuantice această abordare duce în mod natural la calculul unei probabilități de dezexcitare în unitatea de timp (sau, implicit, a unui timp mediu de viață pe starea excitată, timp care nu poate fi niciodată strict nul fiindcă hamiltonianul de interacție nu este niciodată infinit).

Quote

Fals. Temperatura de absolută nemișcare (până la oscilațiile cuantice) este numai zero absolut (0 K). Temperaturile absolute negative corespund în mod formal unor stări în afara echilibrului și au semnificație în fizica statistică. În mod normal, temperatura unui sistem termodinamic este definită la echilibru; temperaturile negative sunt un artefact matematic cu care putem extinde statistica Boltzmann și în situații de inversii de populație, pentru sistemele cu spectru energetic limitat superior. Ciudățeniile legate de această definiție se pot elimina simplu dacă considerăm ca parametru termodinamic corect inversul temperaturii, eventual scalată cu constanta lui Boltzmann: în acest mod, zero absolut este mapat în punctul de la infinit iar monotonia dependenței energie/parametru (beta) este asigurată.

Quote

Pentru un mediu la echilibru termic, N(E) = N₀ exp(- E/k_BT) iar dacă E₁ < E₂, avem N(E₁) > N(E₂) pentru orice temperatură pozitivă. Inversiunea de populație implică neechilibru.

mdionis, on 07 august 2022 - 15:44, said:

pornind de la adevărul ista, io am plusat: doar viteza luminii n-o putem atinge, dar s-o depășim va fi posibil
bineînțeles cu alte echilibre de care nu suntem acum conștienți (de care și tu pomenești despre cele de sub 0 Kelvin)

spidermarius, on 06 august 2022 - 04:41, said:

io pot să-ți răspund doar din punctul meu paranoic de vedere
considerând câtă cercetare a fost întreprinsă din 1850 până azi - la nivel mondial, ar fi neacceptabil să credem că nu s-au descoperit sute...mii... de inovații/invenții/tehnologii cu impact năucitor asupra modului actual de trai.
doar că ele au ajuns la-ndemâna muritorilor de rând doar în cazuri excepționale
(laserul s-a folosit în medicină, operații oftalmologice, doar când un măreț arăboi putred de bogat a orbit )
(telefonul mobil a ajuns o banalitate doar după ce ziariștii prezenți în 1990 în irak/kuweit au observat soldați care cărau în spate o unitate cu care puteau vorbi cu washingtonul instantaneu )

strict la capitolul energie: este binecunoscut că „cine deține sursa de energie” este stăpânul!
chiar dacă există invenții în acest domeniu, ele nu vor apărea la-ndemână decât după ce „puternicii” vor dezvolta cadrul legal de a le stăpâni.
(privește cum s-a-nceput fotvoltaizarea europei, dar în paralel se dezvoltă cu o viteză și mai mare legiferarea a tot felul de norme și regulamente care te țin încorsetat; chiar pe acest forum există topicuri și topicuri ale oamenilor enervați că li se pun bețe-n roate)

io încă SPER ca criza energetică provocată de putinei să facă să „răsară” noi metode de „energizare”, pe lângă cele deja clasice
(io-te ce se vrea o modernizare extrem de performantă: Nant de Drance Hydropower Plant)

gushpi, on 08 august 2022 - 11:32, said:

Afirmație nedemonstrabilă (probabil falsă).

Quote

Rezumat:
T > 0 K - stări de echilibru termodinamic
T = 0 K - nu se poate
T < 0 K - stări de neechilibru (inversie de populație)
Neechilibru înseamnă că nu e echilibru, nu „alt echilibru”.

Stările de neechilibru sunt mai energetice decât cele de echilibru deci temperaturile negative sunt în sens energetic „mai mari” decât cele mai mari temperaturi pozitive.
Aceasta sugerează introducerea unui parametru mai relevant decât temperatura termodinamică, și anume 1/T. Pentru sistemul cu N particule pe două nivele energetice E₁ < E₂ (cel mai simplu exemplu de studiat) aceasta corespunde la următoarea schemă:
1/T -> -infinit  [T -> 0_- K] , N₁ = 0, N₂ = N, energie maximă E = N E₂.
1/T < 0 [T < 0 K] , inversiune de populație , N₁ < N₂ , energie mare E = N₁ E₁ + N₂ E₂ > N (E₁ + E₂)/2
1/T = 0 [T = infinit] , stare intermediară cu N₁ = N₂ = N/2 , energie medie E = N (E₁ + E₂)/2
1/T > 0 [T > 0 K] , stări de echilibru, N₁ > N₂ , energie mică E = N₁ E₁ + N₂ E₂ < N (E₁ + E₂)/2
1/T -> infinit [T -> 0₊ K] , N₁ = N, N₂ = 0, energie minimă E = N E₁.
În acest fel, cresterea parametrului 1/T se face în corespondență monotonă cu scăderea energiei iar zero absolut rezultă natural ca limitare datorată infinității unui parametru. Scalat cu constanta lui Boltzmann, inversul temperaturii se cheamă beta și se foloseste des în aplicațiile de fizică statistică.

Edited by mdionis, 09 August 2022 - 22:10.

„T < 0 K - stări de neechilibru (inversie de populație)
Neechilibru înseamnă că nu e echilibru, nu „alt echilibru”.”

uite aici am io o „mică” îndoială...
deoarece este o stare pe care o concepem doar... conceptual , consider că nu știm de fapt nimic despre ea...
(așa cum orbului îi explici de ce e frumos asfințitul, dar el n-a văzut în viața sa culorile și îmbinările lor - așa cum le știm noi)

da, e foarte bună fizica statistică, pt că ne dă „vânt” spre culmi noi de-nțelegere și dezvoltare, dar doar între „0+0,(0)1 K și c-0,(0)1 km/s”
restul e tăcere!
...deocamdată...

gushpi, on 10 august 2022 - 08:15, said:

Nu știu ce anume înțelegi dumneata prin conceptual. Stările în afara echilibrului cu inversiune de populație sunt bine cunoscute la nivel practic și folosite extensiv în tehnica laserilor, nu este nimic misterios în ele.

Quote

Fizica statistică tocmai că descrie în mod corect și stările de neechilibru. Despre descrierea unui univers cu legi ipotetice, știința fizicii nu ne poate ajuta prea mult (rămâne o știință esențialmente experimentală).