*

W stronę zjawisk złożonych... Dlaczego?

tu nas niewiele zaskoczy! Poznaliśmy... Ponad 110 pierwiastków Wiązania między atomami Kąty między wiązaniami Bariery rotacji tu nas niewiele zaskoczy!

Oddziaływania międzycząsteczkowe uczestniczą wszystkie atomy ok.20-krotnie słabsze niż wiązania chemiczne elektrostatyczne odpychanie walencyjne indukcyjne dyspersyjne wiązania wodorowe efekt hydrofobowy wiązania koordynacyjne

struktury złożone + nieliniowa dynamika

struktury złożone syntony Dopasowanie kształtu i oddziaływań rozpoznanie molekularne (parowanie syntonów I-rzędu) tworzenie syntonów II-rzędu ponowne rozpoznanie … wielopiętrowość struktury różna stabilność pięter AT GC syntony

to nieproporcjonalność skutku do przyczyny Nieliniowość to nieproporcjonalność skutku do przyczyny

Liniowość i nieliniowość proste równania niemal cała fizyka Nieliniowość równania bardzo skomplikowane zaburzenie małe: wynik podobny do punktu wyjścia zaburzenie duże: inna jakość!

Nieliniowe obiekty w matematyce, fizyce, chemii... (przykłady)

Matematyka cykle graniczne teoria renormalizacji teoria atraktorów teoria chaosu teoria katastrof fraktale

cykle graniczne (niektóre nieliniowe równania różniczkowe mają rozwiązania niezależne od warunków początkowych) nieliniowa dynamika

teoria renormalizacji w punktach krytycznych zjawiska wyglądają tak samo w dowolnej skali! Ni Fe Gd

teoria atraktorów(pewne nieliniowe procesy iteracyjne dają ten sam wynik niezależnie od punktu startu) nieliniowa dynamika

to samo równ.logistyczne teoria chaosu (zwiększanie nieliniowości doprowadza do oscylacji zmiennych, a póŹniej chaosu) to samo równ.logistyczne =3 

teoria katastrof (nawet małe nieliniowe zaburzenie funkcji może prowadzić do jej jakościowej zmiany) Rene Thom nieliniowa dynamika

Fraktale dywan Sierpińskiego z3=-1 z1=eiπ/3 z2=e-iπ /3 z3=eiπ zz2+c

Fizyka nieaddytywność kooperatywność zjawiska kolektywne nieliniowa dynamika solitony

Chemia: sprzężenie zwrotne Brukselator z mieszadłem Chemia: sprzężenie zwrotne Autokataliza - w reakcji produkowany jest jej katalizator! Y X

Hipercykle Strumień substratów Strumień produktów Manfred Eigen&Peter Schuster Strumień produktów Strumień substratów Strumień produktów

Struktury dyssypatywne Okres: 4 Okres 8 Marcin Piela: 1 klik I str.dyss. DALEKA od rownowagi, strumienie, potem drugi klik NIEZWYLE skomplikowana reakcja na otoczenie Struktury dyssypatywne brukselator bez mieszadła Okres:4 Okres:2

Stacjonarność vs fluktuacje (brukselator z mieszaniem) =0 =0

=a+ib a>0, b=0 a<0, b=0 a<0, b0 a>0, b0 a=0, b0 a<0,b=0,T=0 a>0,b=0,T=0 a1<0,b=0 a2>0,b=0 a<0, b0 a>0, b0 a=0, b0

Samoorganizacja inwazja odparta! inwazja!

Funkcja molekularna czynność wykonywana przez molekułę przeniesienie elektronu, protonu, itp. zmiana konformacji innej molekuły zmiana układu wiązań innej molekuły związanie innej molekuły

Początki SUPRASTATYKI Współzależność funkcji i struktury w przyszłości... SUPRADYNAMIKA Organizacja czasowa funkcji molekularnych

J.Sielewiesiuk, PhD thesis (supervisor prof.J.Górecki) Theory: dioda diodab pinwheel cross Experiment:dioda.avi i ..\Sielewiesiuk\doktorat\Experiments\1_1.bat

Rationale for this dynamics The red areas may thought to be dry grass, where „u” denotes the concentration of the fire activator (like sparks) The blue „corridor” is a bare ground (no grass), but the sparks diffuse through it If the fire front (accompanied by sparks) meets a parallel blue corridor, it goes through provided the corridor is narrow enough. If the front fire is perpendicular to the corridor, it is unable to set fire behind the corridor After the front fire passes, the grass behind begins to grow and then becomes dry All observed phenomena are consistent with this reasoning

Let us see… cross

Miracle of life (and information)

INFORMATYCZNA MISJA CHEMII

Problem komiwojażera odwiedzić N miast dokładnie jeden raz gdy N >100 wszystkie komputery świata byłyby bezradne komputery molekularne potrafią ten problem rozwiązać! D B C A

i rozwiązanie już jest! Komputer rusza... miasta przypisanie miastom odcinka DNA 8 zasad przypisanie lotowi od A do B odcinka DNA 8 zasad synteza DNA lotów i ko-miast woda, ligaza, sól, etc. i rozwiązanie już jest! loty

Co się działo w roztworze? "hybrydowanie" lot AB co-city B lot BC możliwa trasa Wśród nich: szukana trasa ABCD AB BC CD

Odczytanie rozwiązania Tzw. „hybrydowanie” + ligaza: trasy PCR (z primerami STARTU i CELU): dobry START i dobry CEL elektroforeza: dobra długość rozdzielanie przez powinowactwo: wynik końcowy

PCR (Polymer Chain Reaction) W 1983 Kary Mullis, amerykański chemik przemysłowy, wybrał się samochodem do miejsca, gdzie można wspaniale posurfować. W drodze wpadł mu pomysł na PCR. Zatrzymał samochód na poboczu i zanotował swoją myśl. Jego instytucja dała mu nagrodę 10 000 $, a następnie sprzedała patent za 300 000 000 $. W 1993 Mullis otrzymał nagrodę Nobla.

Example of DNA translation information because to define the triplet we need answers on 6 elementary questions: 1) on the first position (two questions: A or T?, AND: A? or G?), 2) on the second (two questions), and 3) on the third (two questions) because to choose a particular amino acid we need a little more than 4 elementary questions to be answered: 1) first ten? 2) first half (5)? 3) First two? 4) first? If not, there will a fifth question

„Teaching molecules” Suppose we can compute the interaction energy Eint for any configuration R of molecules A and B The probability of this configuration may be estimated as p(R)=1/Z exp(- Eint /kT), where Z is the partition function, k stands for the Boltzmann constant and T is the absolute temperature Having probability distribution p, one may calculate the information entropy <I> for a given T Now, if we make a chemical derivatives of A and B, the p distribution and, therefore, <I> will change. If the new <I> is smaller than the old one, this means the chemical modification „taught” the molecules. We obtain the change in bits. We may consider a series of such chemical modifications, in order to minimize <I> This will correspond to a „perfect” chemical recognition, with a desired dependence on T

Chemiczne przetwarzanie informacji I = - log p odczytywanie kopiowanie transport interpretacja zapis organizacja przepływu

Marsjanie dostali "Pana Tadeusza"!

W jakim rozwoju chemii chcemy uczestniczyć? Czy w rozwoju technicznym weźmiemy pod uwagę potrzeby psychiczne Człowieka? Czy chcemy znać zapach świeżego chleba, podziwiać katedrę w Chartres, wzruszać się Chopinem, pielęgnować przyjaźń rodziny ludzkiej? Jaki jest cel Ludzkości? Jak rozumieć jej szczęście? Czy chcemy naginać i ujarzmiać Przyrodę dla naszej wygody? Skuteczna walka z chorobami doprowadzi do nowych, być może liczniejszych, nieznanych chorób...Czy chcemy podjąć ten wyścig? Czy możemy hodować człowieka na magazyn części zamiennych? Czy szczęście ludzkości może zapewnić „wirtualna rzeczywistość z udziałem chemików”?

Vincenzo Balzani: „Być może nadszedł czas, że Człowiek po zademonstrowaniu, że może zrobić wszystko lub prawie wszystko w nauce, pokaże, że potrafi także myśleć i, jeśli to jest konieczne, zatrzymać się.”

* Per aspera – ad astra Dziękuję Państwu za uwagę Przez trudy – do gwiazd * Dziękuję Państwu za uwagę Pablo de Sarazate * Airs Bohemiens, No 1 * opus 20 * gra Jasza Heifetz