Техника - молодёжи 2005-09, страница 21

Кбпокуанализа

и составляет спектральный портрет молекулы. Обонятельным рецепторам остается фиксировать частоты, а если возможно, то и амплитуды многоголосого дребезжания в инфракрасном диапазоне (1 нм - 100 им), что много проще задачи Д'Аламбера: «По звуку выброшенного из окна рояля описать его конструкцию».

Однако некоторых умственных усилий не избежать. Прежде всего, осциллирующие звенья молекулы не обязательно электрически заряжены, но если они ква-зинейтральны, то излучают, в лучшем случае, как квадруполи: создаваемое ими электромагнитное поле быстро спадает с расстоянием. Преодолеть это затруднение позволяет близость источника излучения. К счастью, он не где-то в Млечном пути, и даже не под носом, з непосредственно на обонятельном эпителии, в самом носу. Но когда расстояние до приемной антенны меньше длины волны, это ближняя зона, а в ней и мульти-польный излучатель слышнее удаленного диполя Отсюда первая забота органа обоняния — посадить анализируемую молекулу на рецептивное поле.

При всем разнообразии органов обоняния их общее свойство - развитая поверхность, обтекаемая потоком воздуха. Прилипают молекулы и к лишенным слизистой оболочки «голым» поверхностям, которые на воздухе всегда покрыты пленкой адсорбата. Именно поэтому насекомые, работая лапками, старательно очи щзют рецептивные поля (крылья, усы-антенны «и что у них там еще есть») - без такой процедуры не учуешь ничего нового. Избавляться от старого хлама необходимо и позвоночным, особенно тем, кому не с руки опускаться до ковыряния в носу. Для них пришлось создать систему автоматического омьшания эпителия слизью, что, в конце концов, заставило цивилизованную часть человечества пользоваться носовым платком.

Наш претендент на роль обонятельного рецептора отличается от узкополосного (цветной) вибратора только резонансной частотой, но если для цветного зрения хватило трех типоразмеров, то здесь потребуется несколько десятков¹ чтобы без зазоров перекрыть широченный диапазон - i 00:1. Будут ли они сгруппирова ны, как бруски ксилофона, или распределены случайным образом - не существенно, Главное - выполнить условие Лег-ро-Кларка: «клетки с одинаковыми спектрами чувствительности связаны аксонами с одним и тем же клубочком обонятельной луковицы». Что в переводе на язык техники означает: сигналы вибраторов одной частоты суммируют {рис. 17) и вводят в блок анализа (мозг). Понятно, что число сумматоров равно числу анализируемых частот, то есть числу типоразмеров вибраторов.

Предположим, так устроен орган обоняния, а способен ли он работать?

Представим картину: на площадке, устланной разнокалиберными вибраторами, лежит молекула и бренчит составны

¹ Чем длинней вибратор, тем тяжелей молекула, потому-то Аксель и Бак и обнаружили в эпителии сотню новых белков: различные массы молекул - различные белки.

ми частями. Ничего не выйдет, — сходу скажет пытпивый Читатель, - даже если какое-то звено молекулы случайно окажется над подходящим вибратором, он не сможет принять сигнала, так как нагрет до той же температуры и, стало быть, дре безжит не хуже анализируемого звена. На первый взгляд верно Но поспешность -враг точности: сходу лучше всего получаются промахи.

Заговорив о тепловых шумах, мы прикоснулись к болевой точке термодинамики, поэтому, не делая резких движений, вернемся к конструкции гратора. Хорошее острие, как помнится, увеличивает напряженность на два порядка, следовательно, на те же два порядка снижается напряжение туннелирования (напряжение отсечки), что в сочетании с быстродействием позволяет гратору детектировать такие слабые сигналы, как электрические флуктуации а проводнике, вызванные тепловыми шумами. Казалось бы, лучшего результата невозможно пожелать, да вот незадача - выпрямленный ток флуктуаций прямой дорогой ведет в лжензуку: он способен совершить работу за счет энергии тепловых шумов, то есть за счет охлаждения проводника! А этого не может быть, потому что запрещено вторым началом термодинамики.

И хотя многократно доказано, что демон Максвелла не имеет права существовать, живой и изворотливый он объявился в новом обличии - наловчился добывать электричество в чистом виде (прежде ему доверяли простую сортировку молекул для тепловой машины). Конечно, ортодоксы сошлются на Больцмана и как-нибудь вывернутся — им не привыкать, но здравый смысл протестует, когда совмещают утверждения:

L Использование энергии флуктуаций запрещено вторым началом термодинамики.

2. Наличие флуктуации не отрицают сзмые крутые борцы слжензукой.

3. Существование флуктуаций проти воречит второму началу!

Схема Легро-Кларка

Будто в кошмарном сне: ключ в брюках - брюки в чемодане — чемодан заперт — а ключ-то в брюках! По всему видно, термодинамика недолюбливает флуктуации. Так ведь именно их мы и детектируем, можно сказать, техническими средствами удаляем из Природы противозаконные образования. Ирония, однако.

Нынче мало охотников защищать второе начало. Уже и солидные физические журналы обсуждают, нет, не возмож ность осуществления, а характеристики броуновского мотора и способы лучшей организации однонаправленного движения броуновских частиц, но даже при таком раскладе утилизация энергии тепловых шумов, дело скандальное. Чтоб не дразнить гусей, защищая спорное мнение, исключим из дальнейших рассуждений не токмо противоречия — всякие контакты с термодинамикой, и, вместо возни с флуктуациями, обратимся к резонансным колебаниям тока в вибраторе, подсвеченном шумами. Как всякая приемная антенна, он извлекает энергию из попя радиоволн, не разбираясь в причине их возникновения - генерировались они «правильным» излучателем или источником является шумовая подсветка. Имеет значение лишь уровень сигнала (повышенный вибратором в Q раз), позволяющий сработать гратору. Если уровень достаточен, то при постоянной температуре средний выпрямленный ток вибратора остается неизменным и, значит, не несет информации.

Отметим еще одно обстоятельство, ускользнувшее от беглого взгляда: в нагруженном вибраторе колебания отстают по фазе от свободного вибратора, з это необходимое условие перетекания энергии от второго к первому⁷ — они ►

Механизм такой перекачки поясняют связанные маятники. Опережающий по фазе маятник отдает отстающему энергию своих колебаний. Перекачка продолжается вплоть до полной остановки опережающего, после чего маятники меняются ролями - поток энергии реверсируется.

( ТМ 2005'9 ИД