Teplotní a termální jevy, transport v biologických systémech

Text

V souvislosti s výše uvedeným výzkumem nerovnovážné kinetiky se objevily i nevyřešené koncepční problémy týkající se teploty. Tento základní pojem termální fyziky široce používaný v technice a vědách je jednou z nejčastěji používaných fyzických veličin v běžné praxi. Operativní metody měření teploty jsou podrobně popsány v různých praktických návodech a učebnicích, avšak paradoxně systematická a logicky důsledná definice této fyzikální veličiny v současné literatuře téměř chybí. Je tedy nutné znovu prozkoumat tento základní pojem z logického, epistemologického a matematického hlediska. Kromě toho jsme znovu otevřeli zajímavý problém relativistické transformace teploty. Mezi různými přístupy k této otázce existuje dlouhodobý spor, známý jako Planck-Ott imbroglio. Byly přezkoumány různé, většinou neúspěšné pokusy, vyřešit tento náročný problém kombinací nástrojů klasické termodynamiky, transformačních pravidel speciální teorie relativity, teorie záření černého těla a kinetické teorie. Pomocí fenomenologické analýzy jsme prokázali, že neúspěch těchto pokusů a existence samotného imbroglia jsou pravděpodobně způsobeny neporozuměním fyzikálnímu významu teploty a také některými vážnými nedostatky v základech klasické termodynamiky. Závěrem jsme ukázali, že teplota daného tělesa musí zůstat invariantní pro pozorovatele ve všech relativně se pohybujících souřadných soustavách.

Využíváme také našich rozsáhlých znalostí o přenosu elektrického náboje ve vodičích, abychom vrhli nové světlo na přenos elektrického signálu nervovým vláknem. Všeobecně uznávaná standardní teorie, kterou zavedli Hodgkin a Huxley v 50. letech 20. století, používá pro popis akčního potenciálu chytrou kombinaci různých konceptů elektrochemie a teorie obvodů; tato teorie však zanedbává některé základní rysy transportu náboje vodičem, jako je např. dočasná existence tzv. sphondyloidu, struktury tvořené prostorovými náboji a doprovázené vnějším elektrickým polem. Důsledky této skutečnosti jsou mimo jiné v tom, že standardní teorie zavádí neadekvátní pojem „rychlost šíření signálu“ a obskurní myšlenku tzv. saltatorní teorie přenosu akčního potenciálu v myelinizovaných nervových vláknech. Náš přístup, založený na obecné transportní teorii a zejména na modifikovaném modelu podmořského kabelu, popisuje pohyb náběžné hrany akčního potenciálu jako difúzního procesu charakterizovaného difúzní konstantou DE. Tento proces je realizován redistribucí iontů v nervové tekutině (axoplazma), která je řízena další difúzní konstantou DQ << DE. Vzhledem k tomu, že akce vázaná na pohyb kationtů Na+ a K+ převládajících v axoplazmě je srovnatelná s Planckovou konstantou ħ, přenos signálu je nutně kvantovým procesem. Tato skutečnost odpovídá např. univerzalitě přenosu akčního potenciálu, který je vlastní různým druhům zvířat. Jak je dále ukázáno, pozorovaná diverzita v chování nervových tkání je řízena škálovacím parametrem (DQ /DE)½, kde DQ má mikroskopickou kvantovou povahu a DE je v podstatě povahy geometrické.

Na tématu se podílejí