Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54489 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика Energy laws of biophysics: theory and experiment Энергетические законы биофизики: теория и эксперимент Чукова Ю П Chukova Yu P y.chukova@mtu-net.ru Краснопресненский региональный фонд охраны природы и здоровья населения ru Krasnopresnensky ecology Fund ru 25 03 2020 25 03 2020 5 1 52 62 20 03 2020 20 03 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54489/view

Термодинамическим методом чёрного ящика получена зависимость КПД преобразования энергии электромагнитного излучения в свободную энергию для изотермических эндоэргических процессов в открытых системах и показано, какой круг застарелых проблем современной фотобиологии находит при этом исчерпывающее объяснение. Дан ответ на вопрос, почему глаз человека имеет нулевую чувствительность в максимуме солнечного излучения. Это результат термодинамического запрета на преобразование ИК излучения в свободную энергию. Этот запрет предписывает существование сдвига Пуркине в глазу человека при переходе от дня к ночи и предсказывает существование сдвига Пуркине во многих фотоявлениях со сложным спектром фоточувствительности. Это позволяет объяснить самые сложные динамические кривые разных типов фотодвижения. Существование отрицательных фототаксиса, фоботаксиса и фотокинеза при высокой освещённости объясняется падением КПД в условиях сверхлинейного роста скорости генерации энтропии. Безуспешные попытки учёных увеличить эффективность фотосинтеза растений связаны с тем, что Природа исчерпала эти возможности, поместив фотосинтез в максимум КПД изотермических эндоэргических процессов.

The dependence of the efficiency of conversion of electromagnetic radiation energy into free energy for isothermal endergonic processes in open systems is obtained by the ” black box” thermodynamic method and it is shown that the range of long-standing problems of modern photobiology finds a general and exhaustive explanation. The answer is given to the question why the human eye has zero sensitivity in the maximum solar radiation. This is the result of a thermodynamic limitation on converting IR radiation into free energy.This prohibition prescribes the existence of the Purkyne shift in the human eye during the transition from day to night and predicts the existence of the Purkyné shift in many photo phenomena with a complex photosensitivity spectrum. This allows us to explain the most complex dynamic curves of different types of photo movement. The existence of negative phototaxis, phobotaxis, and photokinesis in high light conditions is explained by a drop in efficiency under the conditions of a superlinear increase in the entropy generation rate. Unsuccessful attempts of scientists to increase the efficiency of plant photosynthesis are due to the fact that Nature has exhausted these possibilities, placing photosynthesis in the maximum efficiency of isothermal endoergonic processes.

 зрение человека фотодвижение простейших организмов фотосинтез растений скорость генерации энтропии human vision photomovement of protozoa photosynthesis of plants entropy generation rate Автор выражает благодарность Фонду Джона Д. и Кэтрин Т. МакАртуров за грантовую поддержку работы.

Chukova Yu.P. Advances in nonequilibrium thermodynamics of the systems under electromagnetic radiation. Khrizostom, 2001, 118 p. Chukova Yu.P. Advances in nonequilibrium thermodynamics of the systems under electromagnetic radiation. Khrizostom, 2001, 118 p. Чукова Ю.П. Эффекты слабых воздействий. Термодинамический, экспериментальный (биологический и медицинский), социальный, законодательный, международный и философский аспекты проблемы. М.: 2002, 426 c. @@[Chukova Yu.P. Low-level influence effects. Thermodynamic, experimental (medical and biological), social, legislative, international and philosophical aspects of the problem. M.: 2002, 426 p. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Effekty slabyh vozdeystviy. Termodinamicheskiy, eksperimental'nyy (biologicheskiy i medicinskiy), social'nyy, zakonodatel'nyy, mezhdunarodnyy i filosofskiy aspekty problemy. M.: 2002, 426 c. @@[Chukova Yu.P. Low-level influence effects. Thermodynamic, experimental (medical and biological), social, legislative, international and philosophical aspects of the problem. M.: 2002, 426 p. (In Russ.)] Чукова Ю.П. Введение в квантовую термодинамику необратимых изотермических процессов. М.: Mегаполис, 2018, 480 с. @@[Chukova Yu.P. Introduction to quantum thermodynamics of nonequilibrium isothermal processes. M.: Megapolis, 2018, 480. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Vvedenie v kvantovuyu termodinamiku neobratimyh izotermicheskih processov. M.: Megapolis, 2018, 480 s. @@[Chukova Yu.P. Introduction to quantum thermodynamics of nonequilibrium isothermal processes. M.: Megapolis, 2018, 480. (In Russ.)] Планк М. Теория теплового излучения. М.: ОНТИ, 1935. @@[Planck M. The theory of heat radiation. 1959, N.Y., 1914. (In Russ.)] Plank M. Teoriya teplovogo izlucheniya. M.: ONTI, 1935. @@[Planck M. The theory of heat radiation. 1959, N.Y., 1914. (In Russ.)] Ландау Л.Д. О термодинамике люминесценции. Собрание трудов. М.: Наука, 1969, c.26-31. @@[Landau L.D. On the thermodynamics of photoluminescence. J. Phys. USSR, 194, vol. 10, pp. 503-506. (In Russ.)] Landau L.D. O termodinamike lyuminescencii. Sobranie trudov. M.: Nauka, 1969, c.26-31. @@[Landau L.D. On the thermodynamics of photoluminescence. J. Phys. USSR, 194, vol. 10, pp. 503-506. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Interactions of science, technology and medicine: the electromagnetic radiation during the 20th century. In Book: A Bridge between Conceptual Frameworks. Series: History of Mechanism and Machine Science, 2015, vol. 27, pp. 85-111, URL: http://www.springer.com/materials/mechanics/book/978-94-017-9644-6. Chukova Yu.P. Interactions of science, technology and medicine: the electromagnetic radiation during the 20th century. In Book: A Bridge between Conceptual Frameworks. Series: History of Mechanism and Machine Science, 2015, vol. 27, pp. 85-111, URL: http://www.springer.com/materials/mechanics/book/978-94-017-9644-6. Onsager L. Reciprocal relation in irreversible process. 1. Phys. Rev. 1931, vol. 37, pp. 405-426 Onsager L. Reciprocal relation in irreversible process. 1. Phys. Rev. 1931, vol. 37, pp. 405-426 Onsager L. Reciprocal relation in irreversible process. 2. Phys. Rev. 1931, vol. 38, pp. 2265-2279. Onsager L. Reciprocal relation in irreversible process. 2. Phys. Rev. 1931, vol. 38, pp. 2265-2279. Ржанов А.В., Чукова Ю.П. Предельные энергетические характеристики прямого преобразования солнечного излучения. Доклады АН СССР, 1984, т. 276, № 6, с. 1385-1388. @@[Rshanov A.V., Chukova Yu.P. Limit energy characteristics of direct conversion of solar radiation. Doklady AS SSSR, 1984, vol. 276, no. 6, pp. 1385-1388. (In Russ.)] Rzhanov A.V., Chukova Yu.P. Predel'nye energeticheskie harakteristiki pryamogo preobrazovaniya solnechnogo izlucheniya. Doklady AN SSSR, 1984, t. 276, № 6, s. 1385-1388. @@[Rshanov A.V., Chukova Yu.P. Limit energy characteristics of direct conversion of solar radiation. Doklady AS SSSR, 1984, vol. 276, no. 6, pp. 1385-1388. (In Russ.)] Вавилов С.И. Глаз и Солнце. М.: Из-во АН СССР, 1961, 110 c. @@[Vavilov S.I. Eye and Sun. M.: AS SSSR,1961, 110 p. (In Russ.)] Vavilov S.I. Glaz i Solnce. M.: Iz-vo AN SSSR, 1961, 110 c. @@[Vavilov S.I. Eye and Sun. M.: AS SSSR,1961, 110 p. (In Russ.)] Конев С.В., Волотовский И.Д. Фотобиология, Минск, 1974. @@[Konev S.V., Volotovskyi I.D. Photobiology, Minsk, 1974. (In Russ.)] Konev S.V., Volotovskiy I.D. Fotobiologiya, Minsk, 1974. @@[Konev S.V., Volotovskyi I.D. Photobiology, Minsk, 1974. (In Russ.)] Чукова Ю.П. О динноволновой границе зрительной рецепции. Биофизика, 1987, т. 32, с. 688-689. @@[Chukova Yu.P. About long-wave border of visual reception. Biophysics, 1987, vol. 32, pp. 688-689. (In Russ.)] Chukova Yu.P. O dinnovolnovoy granice zritel'noy recepcii. Biofizika, 1987, t. 32, s. 688-689. @@[Chukova Yu.P. About long-wave border of visual reception. Biophysics, 1987, vol. 32, pp. 688-689. (In Russ.)] Чукова Ю.П. О спектральной чувствительности глаза человека. ДАН ССР, 1988, т. 300, № 2, с. 504-507. @@[Chukova Yu.P. About the spectral sensitivity of the human eye. Doklady AS SSSR, 1988, vol. 300, № 2, pp. 504-507. (In Russ.)] Chukova Yu.P. O spektral'noy chuvstvitel'nosti glaza cheloveka. DAN SSR, 1988, t. 300, № 2, s. 504-507. @@[Chukova Yu.P. About the spectral sensitivity of the human eye. Doklady AS SSSR, 1988, vol. 300, № 2, pp. 504-507. (In Russ.)] Чукова Ю.П. Термодинамический подход к рассмотрению эффекта Пуркине и родственных ему явлений. Успехи физиологических наук, 1990, т. 21, с. 123-137. @@[Chukova Yu.P. Thermodynamic approach to the consideration of the Purkinje (Purkyne) effect and related phenomena. Advances in physiology, 1990, vol. 21, p. 123-137. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Termodinamicheskiy podhod k rassmotreniyu effekta Purkine i rodstvennyh emu yavleniy. Uspehi fiziologicheskih nauk, 1990, t. 21, s. 123-137. @@[Chukova Yu.P. Thermodynamic approach to the consideration of the Purkinje (Purkyne) effect and related phenomena. Advances in physiology, 1990, vol. 21, p. 123-137. (In Russ.)] Чукова Ю.П. Загадки зрения (Успехи теоретической биофизики в области эффекта Пуркине). М.: Изд. Знание, сер. Физика, 1990, № 4, 64 c. @@[Chukova Yu.P. Riddles of the eyesight (Advance of the theoretical biophysics with to Purkinje effect). M.: Knowledge, 1990, no. 4, 64 p. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Zagadki zreniya (Uspehi teoreticheskoy biofiziki v oblasti effekta Purkine). M.: Izd. Znanie, ser. Fizika, 1990, № 4, 64 c. @@[Chukova Yu.P. Riddles of the eyesight (Advance of the theoretical biophysics with to Purkinje effect). M.: Knowledge, 1990, no. 4, 64 p. (In Russ.)] Ландсберг Г.С. Оптика. М.: ГИТТЛ, 1954, 727 c. @@[Landsberg G.S. Optics. M.: GITTL, 1954, 727 p. (In Russ.)] Landsberg G.S. Optika. M.: GITTL, 1954, 727 c. @@[Landsberg G.S. Optics. M.: GITTL, 1954, 727 p. (In Russ.)] Stevens S.S. To honor Fechner and repeal his law. A power function, not a log function, describes operating characteristic of a sensory system. Science, 1961, no. 133, pp. 80-86. Stevens S.S. To honor Fechner and repeal his law. A power function, not a log function, describes operating characteristic of a sensory system. Science, 1961, no. 133, pp. 80-86. Чукова Ю.П. Закон Вебера-Фехнера. К 150-летию издания книги Г.Т. Фехнера «Элементы психофизики». М.: Гигиена, 2009, 144 c. @@[Chukova Yu.P. The Weber-Fechner law. To the 150th anniversary of the publication of the book «Elemente der Psychophysik» by G.T. Fechner. M.: Gigiena, 2010, 180 p. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Zakon Vebera-Fehnera. K 150-letiyu izdaniya knigi G.T. Fehnera «Elementy psihofiziki». M.: Gigiena, 2009, 144 c. @@[Chukova Yu.P. The Weber-Fechner law. To the 150th anniversary of the publication of the book «Elemente der Psychophysik» by G.T. Fechner. M.: Gigiena, 2010, 180 p. (In Russ.)] Чукова Ю.П. О судьбе закона. Знание-сила, 2011, № 6, с. 45-51. @@[Chukova Yu.P. About the fate of the law. Knowledge itself is power, 2011, no. 6, pp. 45-51. (In Russ.)] Chukova Yu.P. O sud'be zakona. Znanie-sila, 2011, № 6, s. 45-51. @@[Chukova Yu.P. About the fate of the law. Knowledge itself is power, 2011, no. 6, pp. 45-51. (In Russ.)] Чукова Ю.П. Неожиданное родство (Термодинамическое рассмотрение некоторых фотопроцессов). М.Изд. Знание, серия «Физика», 1991, № 4, 64 с. @@[Chukova Yu.P. Unexpected relationship: Thermodynamic consideration of some light phenomena. M.: Publishing House Knowlege, 1991, 64 p. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Neozhidannoe rodstvo (Termodinamicheskoe rassmotrenie nekotoryh fotoprocessov). M.Izd. Znanie, seriya «Fizika», 1991, № 4, 64 s. @@[Chukova Yu.P. Unexpected relationship: Thermodynamic consideration of some light phenomena. M.: Publishing House Knowlege, 1991, 64 p. (In Russ.)] Nultsch W. Der einfluss der lichtes auf die bewegung der cyanophyceen. Phototopotaxis von phormidium autumnale. Planta, 1961, vol. 56, pp. 622-647. Nultsch W. Der einfluss der lichtes auf die bewegung der cyanophyceen. Phototopotaxis von phormidium autumnale. Planta, 1961, vol. 56, pp. 622-647. Nultsch W. Der einfluss der lichtes auf die bewegung der cyanophyceen. Photokinesis bei phormidium autumnale. Planta, 1961, vol. 57, pp. 613-623. Nultsch W. Der einfluss der lichtes auf die bewegung der cyanophyceen. Photokinesis bei phormidium autumnale. Planta, 1961, vol. 57, pp. 613-623. Nultsch W. Der einfluss der lichtes auf die bewegung der cyanophyceen. Photophobotaxis von phormidium uncinatum. Planta, 1962, vol. 58, pp. 647-663. Nultsch W. Der einfluss der lichtes auf die bewegung der cyanophyceen. Photophobotaxis von phormidium uncinatum. Planta, 1962, vol. 58, pp. 647-663. Spanner D.C. The Green Leaf as a Heat Engine. Nature, 1963, vol. 198, no. 4884, pp. 934-937. Spanner D.C. The Green Leaf as a Heat Engine. Nature, 1963, vol. 198, no. 4884, pp. 934-937. Bassham J.A. Increasing Crop Production Through More Controlled Photosynthesis. Science, 1977, vol. 197, no. 4304, pp. 630-638. Bassham J.A. Increasing Crop Production Through More Controlled Photosynthesis. Science, 1977, vol. 197, no. 4304, pp. 630-638. Чукова Ю.П. Закон Девяткова (Эффективность нетеплового преобразования энергии длинноволнового электромагнитного излучения). М.: Мегаполис, 2016, 264 с. @@[Chukova Yu.P. The Devyatkov Law (Efficiency of nontthermal conversion of energy of long-wave electromagnetic radiation). M.: Megapolis, 2016, 264 p. (In Russ.)] Chukova Yu.P. Zakon Devyatkova (Effektivnost' neteplovogo preobrazovaniya energii dlinnovolnovogo elektromagnitnogo izlucheniya). M.: Megapolis, 2016, 264 s. @@[Chukova Yu.P. The Devyatkov Law (Efficiency of nontthermal conversion of energy of long-wave electromagnetic radiation). M.: Megapolis, 2016, 264 p. (In Russ.)]