Brain and Thermodynamics

Brain and Thermodynamics 

G.P. Gladyshev

 

A model is presented that explains the thermodynamic mechanisms of brain functioning, promotes awareness of mental processes and creates new ideas about consciousness and spirituality on a physical basis from the point of view of hierarchical thermodynamics.

 

Мозг и термодинамика

Г. П. Гладышев

 

C позиции иерархической термодинамики представлена модель, которая объясняет термодинамические механизмы функционирования мозга, способствует осознанию психических процессов и создает новые представления о сознании и духовности на физической основе.

 

Ключевые слова: мозг, иерархии, термодинамика иерархическая, психология, сознание, память, духовность

 

Прежде всего, необходимо отметить, что представленная заметка основана на представлениях классической и иерархической термодинамики. Эта заметка и не имеет ничего общего с неестественной (unnatural) и надуманной «термодинамикой» систем далеких от равновесия И.Р. Пригожина и других исследователей, которые не являются профессионалами и пренебрегают классическими методами термодинамики Дж.У. Гиббса.

Все биологические объекты эволюционируют и функционируют согласно законам иерархической термодинамики, направляемой принципом стабильности вещества. Мозг, как центральный отдел нервной системы не является исключением, хотя его деятельность имеет особое значение в жизни животных и человека. 

Эволюция, филогенез, онтогенез (развитие и старение) и функции мозга связаны с самопроизвольными процессами внутри организма в соответствии со вторым началом термодинамики, которая действует на фоне несамопроизвольных процессов, также протекающих внутри организма,  инициируемых окружающей средой.  Часто отмечается, что активность мозга, проявляющаяся через сознание – процессов психики отражающих объективную действительность через ее воздействие на органы чувств. Однако природа этих процессов до конца  не ясна.

Иерархическая термодинамика учитывает все функции мозга, связанные с его структурой и физическими полями его обрамляющими. Все эти функции должно учитывать расширенное обобщенное уравнение Гиббса – расширенное обобщенное уравнение первого и второго начал термодинамики.

Указанное уравнение удобно представлять в виде:

 

  ,

где G - свободная энергия Гиббса; Т - температура; S энтропия; V - объем; р - давление; Х - любая обобщенная сила, кроме давления; х - любая обобщенная координата, кроме объема; µ - химический (эволюционный) потенциал; m - масса k-вещества; работа, выполняемая системой, является отрицательной. Индекс i относится к конкретной эволюции, а k - к компоненту i эволюции. Верхний индекс * означает, что рассматривается поведение квазиравновесной сложной системы. Вышеупомянутое уравнение является обобщенным уравнением, поскольку в принципе все взаимодействия (внутри и снаружи) всех структур каждого иерархического уровня учитываются независимо от масштаба этих взаимодействий. Логично рассматривать это уравнение как уравнение со значительно разделенными параметрами, символическими или умозрительными, которые могут эффективно использоваться только в отношении каждой или смежных иерархий структур. В этом случае уравнение Гиббса значительно упрощается в связи с пренебрежимо малыми значениями большинства его изолированных или отдельных членов. 

Мозг, как и некоторые другие живые структуры, можно представлять как полииерархическую систему, состоящую из практически бесчисленного множества иерархических и подиерархических уровней и подуровней. Предполагается, что каждое малейшее (даже, возможно, на нано, или квантовом уровне) изменение или воздействие приводит к возбуждению существующих либо возникновению новых подуровней. Такая модель предполагает, что каждый структурный (например, супрамолекулярный) уровень мозга имеет подструктурный уровень, который в свою очередь имеет свой подструктурный уровень, который также имеет свой подструктурный уровень и т. д. Другими словами, иерархическая структура мозга состоит и бесчисленного количества взаимосвязанных систем «структура – подструктура», объединяющихся под действием принципа стабильности вещества. Физические взаимодействия между всеми иерархическими структурами мозга в соответствии с принципом стабильности вещества (принципом обратных связей) объединяются и проявляются в виде сознания и способны выполнять функции памяти и воспоминаний. Эта модель использует закон временных иерархий, который, как можно полагать, применим ко всем, практически, бесчисленным структурам мозга, определяющим духовность личности.

В настоящее время мы не в состоянии, из-за отсутствия высокоточной аппаратуры, выявлять эти тонкие взаимодействия между структурными и энергетическими уровнями мозга. Тем не менее, представленная модель в принципе объясняет термодинамические механизмы функционирования мозга и с позиции иерархической термодинамики способствует осознанию процессов психики и создает новые представления о сознании и духовности на физической основе.

 

Литература

 

1. Gibbs, J.W., The Scientific Papers of J. Willard Gibbs: “On the Equilibrium of Heterogeneous Substances”, 1876, Vol. 1, Thermodynamics, Ox Bow Press, Connecticut.

2.  Сычев В.В., Сложные термодинамические системы. М.: Изд. дом МЭИ, 2009.

3. Spyros G. Tzafestas. 3. Energy II: Thermodynamics. Springer International Publishing https://www.springerprofessional.de/en/energy-ii-thermodynamics/15340824

4. Gladyshev G.P., Thermodynamics Theory of the Evolution of Living Beings, Commack, New York: Nova Science Publishers, Inc., 1997. 142 P. In Russian: Гладышев Г.П., Термодинамическая теория эволюции живых существ, М.: ”Луч”, 1996.-86с. http://creatacad.org/?id=58&lng=eng 

http://www.statemaster.com/encyclopedia/History-of-thermodynamics    

5. Иерархическая термодинамика 

https://en.everybodywiki.com/Hierarchical_thermodynamics 

6. Gladyshev G. P., Hierarchical thermodynamics - a new stage of development of classics (Иерархическая термодинамика – новый этап развитие классики)

https://www.researchgate.net/publication/329923535_Hierarchical_thermodynamics-a_new_stage_of_development_of_classics_Ierarhiceskaa_termodinamika-novyj_etap_razvitie_klassiki   or http://endeav.net/news/96-hierarchical.html

7. Gladyshev G.  Life - a set of cyclic processes in the universe. Norwegian Journal of development of the International Science, No 35/2019, VOL.1, pp. 16-22. ISSN 3453-9875  http://www.nor-ijournal.com/wp-content/uploads/2019/10/NJD_35_1.pdf