Рeзонанс в физике, химии и биологии
Обзор задач в различных областях физики, химии, биологии с точки зрения экстремальности резонансных состояний движения. Анализ задач динамики движения и удержания частиц, микроорганизмов в неоднородных полях. Основы резонансной теории динамических систем.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | книга |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.01.2020 |
| Размер файла | 134,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
?Ш+2(U-h)Ш+(?A/A)Ш =0, (86)
где H=T-U - функция Гамильтона, отвечающая материальной системе, и A2= ШШ* - плотность траекторий в произвольной точке фазового пространства.
"Если ?A=0, то основное уравнение" (86) "принимает форму дифференциального уравнения, положенного Шредингером в основу его так называемой волновой механики" [123].
Решение дифференциального уравнения (86) может существовать лишь при некоторых определенных значениях h. Совокупность значений h, для которых это возможно называется спектром [123].
"Мы мыслим себе материальную систему, движущуюся под действием некоторых сил в незначительном поле возмущения. Это последнее разрушает всякое движение, если только оно не является устойчивым и дозволенным. Таким образом сохраняются устойчивые, дозволенные движения. Всегда существуют незначительные отклонения, в силу которых действительные движения материальной системы происходят в достаточно малой области, обволакивающей устойчивую траекторию" [123].
Простой метод решения 3.1 основан на экстремальности S-функции (42) для резонансных состояний движений. Из него следует, что из всего многообразия движений, наблюдаемых в природе - резонансные состояния движения являются наиболее устойчивыми. В результате, из-за наличия хаотического фона полей возмущения, происходит естественный отбор наиболее устойчивых - дискретных резонансных состояний движения. Со временем при движении материальных систем в фазовом пространстве под воздействием полей возмущения возникнут бифуркации по сценарию 3.4, что в свою очередь приведет к хаосу и в дальнейшем к переходу на новые устойчивые резонансные состояния движения.
4. Резонансные ловушки
4.1 Резонансное удержание тел и частиц с собственным магнитным моментом
Явление магнитного резонанса вносит принципиально новый момент в рассмотрение проблемы пондеромоторного действия волн на резонаторы. Он заключается в изменении собственной частоты =(r, i) образца-резонатора при его перемещениях и поворотах как целого [74-79] в неоднородном магнитном поле H(r, t). Следствием этого является появление в пространстве выделенных областей - "резонансных зон" - с резонансным действием поля. Первые попытки резонансного удержания частицы (сферы - анизотропного монокристалла железоиттриевого граната в условиях ферромагнитного резонанса) были выполнены в 1974-1976 годах [74, 79].
Условия опыта (рис.30). Исследовались монокристаллические Y3Fe5O12 в виде сфер с параметрами: d=0,97-0,41 мм, ширина линии 2H=0,49-0,56 э, поле анизотропии Ha= - 40 э, намагниченность насыщения 4Mo=1750 Гс, плотность =5,17 г/см3, образцы в режиме непрерывной поперечной накачки H1. Образцы помещались в центр резонатора H101, с добротностью Q=103. Мощность с.в.ч. колебаний магнетрона, работающего на частоте 9,42 ГГц, регулировалась поляризационным аттенюатором в пределах Р=0-0,5 Вт. Градиент поля в центральной области между полюсными наконечниками постоянного магнита с Ho=3280 э не превышал 2 э/см.
В числе пондеромоторных эффектов, обнаруженных в опытах по левитации [74, 79], следует отметить: пространственное перемещение сфер и их низкочастотные пульсации; отрыв двух сфер друг от друга при резонансе; устойчивые орбитальные движения и кратковременные зависания (левитация ~ 1-3 с) сферы внутри резонатора с.в.ч.
Пондеромоторные эффекты, обнаруженные в опытах [74, 79], позволили объяснить результаты многочисленных экспериментальных исследований, выполненных в области нелинейного ферромагнитного резонанса по магнитоакустическому резонансу на незакрепленных образцах [74, 77, 79, 95-96]. В частности, такие его особенности, как низкочастотные пульсации магнитоакустического резонанса с частотой 3 Гц и менее, гистерезис возбуждения по полю и т.д. [95].
Соответствующие формулы для сил и моментов сил, действующих на анизотропные образцы при ф.м.р., имеют вид [77]:
Fi0,1=k0,1M0iH0,1, (87)
Nи,а(,)= kи,а(,)M0Hа,1, (88)
где k0 = - 012/(12+r2+2)2, k1= 012(r2+2)/(12+r2+2)2,
kи =1r/(12+r2+2), kа, = - [10012/(12+r2+2)2][sin2(2cos2+
+sin2sin22)], kа,= - [10012/(12+r2+2)2](sin4sin4), 0,1=H0,1, =-0, - гиромагнитное отношение.
При резонансе Fi0,1>>mg, однако величина совершаемой при этом работы по перемещению или повороту образцов как целого не превышает величину ~ M0H0, вследствие незначительности размеров резонансной области по r~2H/(H).
4.2 Эффект резонансного захвата частиц с собственным магнитным моментом
Эксперименты, проведенные по левитации частиц при ф.м.р. [74, 79, 95], инициировали целый ряд экспериментальных и теоретических работ по резонансным ловушкам [80-84, 97, 112-114, 122, 127].
Одной из первых была рассмотрена задача резонансного захвата спиновой частицы в неоднородном переменном магнитном поле H{H1cosщt, H1sinщt, 20r-3} [81]. Она была решена на основе совместного рассмотрения уравнений: спинового dS/dt=[S*H] и силы F= - (SH), действующей на частицу с собственным магнитным моментом =S. В результате разделения переменных на быстрые и медленные задача о движении диполя свелась к задаче о движении частицы в поле с эффективной потенциальной энергией
U=Uп+Uц, где Uп=(1020/r3){1-2H12/[((r))2+r2+2H12]}, (r)=( -20r-3) и Uц - центробежный вклад [81].
Таким образом, оказалось, что неустойчивость типа ~1/r-n с n>2 можно стабилизировать магнитным резонансным взаимодействием (рис.31). Учет нелинейных членов взаимодействия приводит к возникновению целого ряда дискретных орбит по r (рис.32) за счет резонансного захвата на гармониках (n/m) [81].
Аналогичный резонансный захват будет наблюдаться для любых частиц, обладающих дипольным моментом и спином, к примеру - электрических, ядерных псевдомагнитных диполей, так как уравнения движения [81] при классическом рассмотрении будут аналогичные.
В работе [97] при рассмотрении простейшей классической задачи магнитной стрелки на стержне в неоднородном магнитном поле вида H=[H1cost, 0, Hz(x)] были обнаружены "необычные" резонансные эффекты. В исходной модели кинетическая, потенциальная энергии и диссипативная функция и уравнения движения записывались в виде:
T=I(d/dt)2/2+m(dx/dt)2/2, U=-H0cos()-H1sin()cos(t),
F=a1(d/dt)2/2+a2(dx/dt)2/2, (89)
x1''+21x1'+12 x1=32cost, x2''+22x2'+22x2=0, (90)
где
12=S2h(x2)sin(x1)/x1, 22 = - L2(1/x2)(dh(x2)/dx2)cos(x1), 32=b2cosx1,
x1=, x2=x/xmax, 1= a1/(2I), 2= a2/(2m), L2=H0/(mxmax2), S2=H0/I, b2=H1/I,
Hz=H0(1-kx2n)=H0h(x2) (91)
В результате моделирования на аналого-цифровом вычислительном комплексе "Русалка" были найдены устойчивые резонансные состояния движения. К примеру, при S2=0,3, L2=0,5, 1=2=b=0, x1 и x2 совершают колебательные движения вокруг центра (0, 0) с соотношением частот 1:1, 2:3, 4:7 и другими. При увеличении амплитуды воздействия H1, были обнаружены устойчивые траектории движения около точек (/2, 0) (рис.33).
Появление устойчивых решений вблизи (/2) чрезвычайно важно для задач движения частиц в полях с n<-2 (типа дипольных). При углах /2 происходит изменение характера взаимодействия притяжения (</2) на отталкивание (>/2). Возникает перекачка энергии поступательного движения во вращательное, и наоборот. Результатом будет возникновение устойчивых состояний движения и отсутствие коллапса в дипольном случае.
В случае движения магнитного волчка (рис.34) в постоянном, неоднородном, осесимметричном магнитном поле H(r) функция Гамильтона примет вид:
H=m/2(r'2+r2 '2) + I/2( '2sin2+'2) -I0/2( '+ 'cos)2-Н(r)cos, (92)
и резонансный захват будет иметь место [82] при (1222 -L2l2)[L4 -14]1/2=0, где 1=', 2=', L2 = -(H/r)(1/r), l2 = -H/I, cos=(1/L)2. При Ll (соответственно 0, ) 12=Ll, что аналогично условиям синхронизации объектов с близкими частотами [98].
Рассмотренные примеры позволили предположить существование устойчивых состояний движений в зонах параметрического резонанса, что и было продемонстрировано в работе [84]. В качестве модели рассматривалось движение магнитного диполя в поле силы тяжести и переменном магнитном поле, создаваемом соленоидом.
Распределение поля H соленоида (в цилиндрической системе координат) аппроксимировалось следующим видом:
Hz=H0(s+z2- 0.52)cos(t), H= - H0zcos(t), H=0, (93)
где s=const, s>0 (s<0) для диполя подвешиваемого над (внутри) соленоида. При этом компоненты вектор-потенциала поля будут удовлетворять уравнению Лапласа. Лагранжиан для случая диполя-ротатора с s>0 можно записать в виде:
L=' 2+ z' 2 + k '2+[(s+z2- 0.52) cos - zsin] cos(2) +gz, (95)
где k=I/m, =8H0/(m2), g=8g0/2, =t/2, m - масса, I - моментом инерции, - магнитный момент. Аналогично записывается лагранжиан для случая s<0. Далее решение ищется в виде: za10+a11cos+b11sin+a12cos2+b12sin2, =a21cos+b21sin,=a31cos+b31sin, где aij, bij <<1 - медленно меняющиеся функции времени. Стационарные точки получаются решением системы уравнения aij', bij'=0 c последующим их исследованием на устойчивость в вариациях. Зависимости a10, =(a312+b312)1/2 от k, полученные в результате вычислений для |s|=1, имеют сложный вид (рис. 36) [84].
Из графиков (рис. 36) и опытов [84] следует возможность пространственного разделения частиц по величине k. Решение становится неустойчивым при >кр, причем для s>0 кр =2 и не зависит от m, а для s<0 такая зависимость существует. В частности, существует такое сочетание k и g, что при увеличении устойчивое решение переходит в неустойчивое и затем вновь становится устойчивым после возникновения колебаний диполя по .
Для проверки численно-аналитических расчетов было проведено моделирование уравнений движения на аналоговой вычислительной машине "Русалка" и натурное (физическое) моделирование. При этом магнит из феррита бария подвешивался над торцом электромагнита. С целью расширения области начальных условий в резонансной области, приводящих к удержанию магнита, подвешивание осуществлялось в глицерине. При этом поведение магнита качественно описывалось решениями, полученными в результате расчетов. На рис. 38 приведен снимок удержания крупинки самариевого-кобальтового магнита в постоянном и переменном магнитном полях.
4.3 Задача двух магнитных диполей с учетом уравнений движений их спинов
Рассматривая задачу двух магнитных диполей, авторы, как правило, считают их точечными. Это автоматически приводит к отбрасыванию членов в лагранжиане, ответственных за появление спинового уравнения, самих магнитных диполей, и к их коллапсу. В общем случае для быстро вращающегося волчка решение задачи может быть получено из системы уравнений - спинового уравнения:
dS/dt=(/h)[S*H], (96)
и уравнения силы, действующей на частицу с собственным магнитным моментом =S [99-102]:
F= - (S*H), (97)
либо на основе конкретной модели диполя и соответствующего лагранжиана [37, 103-106].
Ранее было показано [37], что учет магнитных моментов выше дипольного приводит к устойчивости орбитального движения одной частицы вокруг другой на расстояниях, сравнимых с их размерами (2.4 и рис.19). В случае одного диполя, находящегося в неоднородном резонансном магнитном поле, с потенциальной энергией типа 1/r3, учет спинового уравнения приводит к возникновению устойчивых состояний движения [74, 81, 95]. Для системы из двух магнитных диполей, обладающих собственным моментом количества движения - спином, появление аналогичной резонансной устойчивости следует ожидать и без внешнего поля, так как характер их взаимодействия при резонансе существенно зависит от расстройки по частоте [74, 95]. Такая возможность проанализирована в работе [80].
По аналогии с работами Козореза [37], рассмотрим упрощенную постановку задачи движения диполя 1 в поле диполя 2 [80]. Уравнения движения в данном упрощенном случае (m=m1<<m2) имеют вид:
d1/dt= 1[1*H12], (98)
d2/dt= 2[2*H21], (99)
d2(mr12)/dt2=(H12), (100)
где H12=(3ni(jni) -j)/r3 - поле диполя j в месте расположения диполя i; i,j=1,2; ni=rij/r, r=rij.
Ограничимся случаем периодического решения - орбитального движения диполя 1 с частотой oz. Переходя во вращающуюся систему координат, для (98-99) получим:
dвi/dt= i[вi*Hвij] +[вi*]. (101)
Предполагая режим установившихся колебаний и условие dвi/dt=0 из (101), имеем:
Aijвij=0, (102)
где {вij}={в1x, в1y, в2x, в2y}, A1j={0,1,0,1}, A2j={-1,0,2,0}, A3j={0,1,0,2}, A4j={2,0,0,-2}, где i=[(-ij)/ij](i/j)=4;1, ij=iвjz/r3 - частоты ларморовой прецессии i-го диполя в поле j-го. Уравнения (102) имеют решения при
12=(-12)( -21)=4; 1; (103)
вiy=i-1вjy= - j вjy; (104)
вix=2i-1вjx= - (j/2)вjx; (105)
вiz=iz. (106)
Результаты решения (103-106) для частных случаев частиц с одинаковыми спинами и одинаковыми значениями гиромагнитных чисел (1=2, 1= 2) представлены в табл. 2. Из нее следует, что резонансный захват в принципе возможен без учета диссипации только на гармониках частоты ларморовой прецессии первого диполя в поле второго. Появление решения =-12 обусловлено отсутствием диссипации (за счет переворота спина и его прецессии в противоположном направлении). Такая ситуация типична при рассмотрении движения вектора намагниченности в условиях магнитного резонанса без диссипации [107].
Таблица 2Задача двух взаимодействующих диполей с учетом их спинов.
|
№ |
121,2z |
/12 |
в1,2x |
в1.2y |
1 |
2 |
Vд.д.=<1H12>t=2 |
|
|
1 |
1= 2, |
3 |
0 |
2 |
2 |
(2z2-02)/r3 |
||
|
2 |
2 |
0 |
1 |
1 |
(3z2-02)/2r3 |
|||
|
3 |
0 |
- |
- |
-1 |
-1 |
|||
|
4 |
-1 |
-2 |
-2 |
02/r3 |
||||
|
5 |
1= - 2, |
3 |
0 |
-2 |
-2 |
- (2z2-02)/r3 |
||
|
6 |
2 |
0 |
-1 |
-1 |
- (3z2-02)/2r3 |
|||
|
7 |
0 |
- |
- |
1 |
1 |
|||
|
8 |
-1 |
0 |
2 |
2 |
-02/r3 |
|||
|
9 |
1= 2, |
0 |
- |
- |
1 |
1 |
||
|
10 |
i |
- |
- |
Im |
Im* |
мнимое решение |
||
|
11 |
i |
- |
Im |
Im* |
мнимое решение |
|||
|
12 |
1= - 2, |
0 |
- |
- |
-1 |
-1 |
||
|
13 |
i |
- |
- |
Im |
Im* |
мнимое решение |
||
|
14 |
i |
- |
- |
Im |
Im* |
мнимое решение |
В системе трех спиновых частиц, две из которых одинаковы, на основании табл. 2 (№ 1, 5; 2, 6; 4, 8) можно сделать вывод о наличии не более двух разрешенных состояний с противоположной ориентацией спинов(-- 1-8) на каждом уровне - 12, 212, 312 .
Конкретную зависимость эффективной энергии взаимодействия Uд.д. от r можно найти из закона сохранения момента количества движения замкнутой системы (поле + диполи),
Sп+S1+S2+[r12*mх]=L=const, (107)
где Si = i/i - в общем случае механический момент диполей (спин - для элементарных частиц, момент вращения - для намагниченных гироскопов). Приближенно можно считать, пренебрегая потерями и излучением, для случая (103-106):
1z/1+2z/2 +mr2Lz. (108)
Результаты, вытекающие из уравнения (108), сведены в табл. 3 (для оценок принято значение Lz порядка 20/31/2 и введено обозначение r0=2m, соответственно 0=0/(r0r2), =0/r3). Появление "сингулярности" в точке r~r0 (~0) следовало ожидать при решении резонансной задачи, так как были отброшены члены типа Sп (57), ответственные за диссипацию в системе. Обычно диссипативные члены накладывают ограничения на изменения угла прецессии (z =ocos) до величины m( - r/1)/2 (см. [81]).
Таблица 3 Значения параметров системы взаимодействующих диполей без учета диссипации.
|
№ |
121,2z |
/12 |
~z/o |
Vд.д |
|
|
1 |
1= 2, |
3 |
0(0+) |
(202/3r3)[(1+3r0/2r)-2-3/2] |
|
|
2 |
2 |
0(0+) |
(02/2r3)[(1+r0/2r)-2-1] |
||
|
3 |
-1 |
0(0-) |
(02/r3) |
||
|
4 |
1= - 2, |
3 |
0(0-) |
- (202/3r3)[(1-3r0/2r)-2-3/2] |
|
|
5 |
2 |
0(0-) |
- (02/r3)[(1-r0/r)-2-1] |
||
|
6 |
-1 |
0(0+) |
- (02/r3) |
При сближении диполей угол прецессии увеличивается, что и следовало ожидать за счет увеличения поля "накачки" H1=Hx,yд.д., а в точке r0 уменьшается в результате синхронизации двух частот - "механической" 00(m)=0/r03 и "магнитной" =0/r3.
Резонансный захват в системе одного или двух магнитных диполей (рис. 19) относится к задачам синхронизации объектов с близкими частотами [98].
Оставшиеся случаи резонансного захвата (1-3, табл.3) тоже могут привести к устойчивости и существенному влиянию на характер движения спиновых частиц, если учесть дополнительные слагаемые из (97) типа кулоновских или гравитационных 1/r2.
Проведем оценки параметров движения диполей для систем [4, 5] табл.3 (рис.38): радиуса орбиты r0, частоты вращения и прецессии диполя 1, времени "жизни" - диссипации r. В качестве макродиполей возьмем два сферических образца с параметрами: 4M0=1750 Гс, =5 г/см3, d/2=0,1 см и частотой собственного вращения c =210 Гц, где M0 - намагниченность, - плотность, d - диаметр образцов. Соответственно получим:
r0/(d/2)(4M0)2/(3d2c2) 103, (109)
210-5 Гц, =(r0/m)1/2210 Гц/э, (110)
r(4) (c/r0)3(1/)1045 сек, (111)
r(5) (c/r0)2r(4)1071 сек, (112)
где r(4) и r(5) - времена диссипации [108] в системе излучающих диполей (рис.38). В случае микродиполей, к примеру - электрон-позитрон, радиус орбиты в точности равен классическому радиусу электрона и дальнейшее рассмотрение на основе данной приближенной модели требует уточнения.
5. Вместо заключения - нерешенные проблемы
5.1 О природе шаровой молнии
Природа шаровой молнии до сих пор остается загадкой [136, 137]. П.Л. Капица [138] более 40 лет назад предложил резонансную модель шаровой молнии. В ней впервые возникновение и устойчивость шаровой молнии объясняется воздействием коротковолновых резонансных электромагнитных колебаний во время грозы на движение ионов.
Резонансная модель П.Л. Капицы, объяснив многое, не объяснила главного - причин возникновения и существования интенсивных коротковолновых электромагнитных колебаний во время грозы.
В работе [129] на основе ряда положений [53, 80, 81, 113, 114, 138, 139] о том, что:
1) внутри шаровой молнии существует резонансное коротковолновое электромагнитное излучение (длина волны соизмерима с ее геометрическими размерами d [138]);
наиболее устойчивыми состояниями движения в природе являются резонансные [114], характер которых един и не зависит от природы взаимодействующих тел ([53], с. 89);
неустойчивые состояния в статике могут стать устойчивыми в динамике (ловушки для заряженных частиц, перевернутый маятник П.Л. Капицы вне и в зонах параметрического резонанса, системы из одного, двух и более намагниченных гироскопов при резонансе) [80, 81, 113, 114];
предложена самосогласованная резонансная модель шаровой молнии.
Предположим, что при грозе происходит мощный разряд. "Линейная" молния (одна, в особенности две) приведет к индуцированию перекрестных, кратковременных магнитных и электромагнитных полей (излучатель Герца [53]) . В результате движение образовавшихся ионов будет происходить в сложных комбинированных электромагнитных полях ("постоянных" и переменных). Наведенные "постоянные" магнитные поля вызовут появление кратковременных, разнополярных токовых витков со сложной конфигурацией - + и - . В первом приближении систему из двух токовых витков +, - будем рассматривать как намагниченные и противоположно заряженные гироскопы. При определенных условиях в такой системе возможно возникновение магниторезонансных, устойчивых динамических состояний на расстояниях r~r0=2m, где - гиромагнитное отношение, m - масса [80]. Таким образом, разряд молнии, при определенном стечении обстоятельств может привести к появлению самоустойчивого сгустка плазмы.
Сам механизм возникновения устойчивых состояний движения при резонансе достаточно прост [80, 81, 114]. За счет прецессии намагниченных заряженных гироскопов +, -, одного в поле другого, на определенных расстояниях r0 при резонансе может возникнуть отталкивание диполей вместо притяжения, и система станет устойчивой [80, 114].
Оценим параметры такой системы. "Известно, что эффективное поглощение извне интенсивных радиоволн электромагнитных колебаний ионизованного газового облака-плазмы может происходить только при резонансе, когда собственный период электромагнитных колебаний плазмы совпадет с периодом поглощаемого излучения ... Если считать, что поглощаемая частота соответствует собственным колебаниям сферы, то нужно, чтобы длина поглощаемой волны была приблизительно равна четырем диаметрам шаровой молнии (точнее =3,65 d)" [138].
Наиболее часто наблюдаются шаровые молнии с диаметром от 10 до 20 см, которым будут соответствовать длины волн от 35 до 70 см. При d~10 см, учитывая известные формулы: =e/(2mc), =3,65d, d=2r0, d=/(H), =H, N0/V0=4mc2/(e2d2), E=mv2/2=(mc2/2)(d/)2; получим: E=(0,2-16) Мдж, N0/V0=m/m1=(3-96).1016 частиц/куб. см, H=(17-400) Мэ; для m1=(1-32).mp (протона).
Таким образом, внутри шаровой молнии, помимо предполагаемых П.Л. Капицей коротковолновых электромагнитных колебаний, существуют дополнительно значительные магнитные поля ~Мэ. В первом приближении шаровую молнию можно рассматривать как самоустойчивую плазму, "удерживающую" саму себя в собственных резонансных переменных и постоянных магнитных полях. Резонансная модель шаровой молнии при ее более строгом рассмотрении, возможно, позволит объяснить многие ее особенности не только качественно, но и количественно, в частности получить экспериментально самоустойчивые плазменные резонансные образования, управляемые электромагнитными полями. Любопытно заметить, что температура такой самоудерживающейся плазмы в понимании хаотического движения будет "близка" к нулю, так как мы имеем дело со строго упорядоченным синхронным движением заряженных частиц. Соответственно время жизни t0 шаровой молнии (резонансной системы) велико ~ Q (добротности). Учитывая формулу для полной мощности излучения движущихся заряженных частиц по окружности в постоянном магнитном поле:
Р=2N0e4H2v2/(3m2c5(1-v2/c2)),
получим оценку P~25-500 Вт, при d~10 см, соответственно t0~E/P~4*103 c.
Ниже представлена таблица значений параметров, полученных из самосогласованной резонансной модели шаровой молнии и данных наблюдений [136, 137].
Таблица 4Параметры шаровой молнии (для d ~ 10 см)
|
Данные |
E, Мдж |
N0/V0, част./см3 |
H, э |
t0, с |
T, 0 К |
P, Вт |
|
|
Расчетов |
(0,2-16) |
(3-96)*1016 |
(17-400) |
4*103 |
~ 0 |
25-500 |
|
|
[136, 137] |
(0,85-9,5) |
5,8*1016 |
170 |
1-103 |
4000 |
10-500 |
|
|
[]/стр. |
[136]/71 |
[141]/80 |
[136]/80 |
[136]/66,46 |
[136]/76 |
[137]/25 |
|
|
Примечание: Н - поле на расстоянии ~1 м от молнии (к сожалению расстояние в случае [136] до колокола точно не известно). |
5.2 Аномальные свойства активированной воды
Феномен бесконтактной электрохимической активации жидкостей (БАЖ) теоретически был предсказан И.Л. Герловиным в 1982 году на основе разработанной им физической теории фундаментального поля [124]. Экспериментальные данные по бесконтактной электрохимической активации (ЭХА) были впервые опубликованы В.М. Бахиром в 1992 году [125].
Герметически тонкостенные закрытые емкости (ампулы или капсулы), либо трубка из полихлорвинила (ПХВ, диаметром 3 мм, толщиной стенки 1 мм) с физиологическим раствором помещались в рабочие камеры (анодную или катодную) электрохимического диафрагменного активатора. Активация ампул, как правило, велась по 30 мин. при включенном токе, либо при токе, выключенном непосредственно перед погружением емкостей с физиологическом раствором в ЭХА среды.
В таблице 5 представлены показатели для растворов в ампулах после 30 минут бесконтактной активации [126].
Таблица 5
|
Параметры |
Исход.Физраствор |
Анолит |
Католит |
ЛА0ЛАР |
СА0САР |
ФА0ФАР |
ЛК0ЛКР |
СК0СКР |
ФК0ФКР |
|
|
рН |
6,7±0.2 |
1,1 |
11,5 |
-0,8±0,1-1,3±0,1 |
-0,2±0,1-0,5±0,1 |
0,1±0,20,2±0,15 |
0,5±0,20,8±0,2 |
0,2±0,150,4±0,2 |
-0,4±0,1-0,2±0,1 |
|
|
ОВП, мВ |
260±5 |
1135±15 |
-845±5 |
110±10150±7 |
31±830±5 |
-80±5-130±4 |
-490±7-560±10 |
-280±5-370±6 |
23±730±10 |
где ЛА0 = рН (ОВП)лао-рН (ОВП)исх. физраствор; Л, С,Ф - материал ампулы (лавсан, стекло, фторопласт); А - активация в анолите, К - в католите; Р (О) - активация при токе, включенном (выключенном) непосредственно перед погружением емкостей с физраствором в ЭХА среды.
Таким образом, после экспозиции герметизированных ампул с физиологическим раствором в анолите или в католите показатели рН и ОВП физиологического раствора существенно изменялись, что может рассматриваться как проявление бесконтактного ЭХА. Этот эффект качественно одинаков при работе электролизера и при его выключении. Анолит и католит действуют на физиологический раствор через стекло, лавсан и фторопласт. При этом для стекла и лавсана направленность изменений рН и ОВП соответствует знаку электрохимической обработки (анодной или катодной), а для фторопласта характерна инверсия знака электрохимической обработки. Через 2 часа показатели рН и ОВП, измененные в результате бесконтактной ЭХА, подвергаются релаксации, что свидетельствует об отсутствии проникновения стабильных продуктов электролиза внутрь закрытых ампул. Следовательно, бесконтактная ЭХА осуществляется на энергетическом уровне без сопутствующего транспорта (массообмена) ионов через стенку ампул [126].
Для выяснения природы феномена бесконтактной активации мы провели дополнительные опыты [127].
Опыт 1. Герметически тонкостенные полиэтиленовые пакеты (толщина пленки ~ 0,1 мм) с дистиллированной водой помещались в рабочую катодную камеру электрохимического активатора "Эсперо-1". Активация велась 30 минут при включенном токе с диафрагмой и без. Результаты приведены в таблице 6.
Таблица 6
|
Параметры |
Исх. дист. вода |
Среда кат.с диаф. |
Среда кат. без диафр. |
пак. с диафр. |
пак. без диафр. |
|
|
рН |
7,2±0,2 |
10,7 |
7,6 |
-0.4±0,2 |
-0,4±0,2 |
|
|
ОВП, мВ |
264±5 |
-873±5 |
-460±5 |
-364±20 |
-384±20 |
где пак. с диафр = рН (ОВП)пак. с диафр. - рН (ОВП)исх. дист. воды.
Опыт 2. Герметически тонкостенные полиэтиленовые пакеты (толщина пленки ~ 0,1 мм) с дистиллированной водой помещались в цилиндрические емкости из пищевого алюминия и пластмассы (dал=14 см, dпл=14 см), наполненные католитом. Католит (рН=13,5, ОВП= - 950 мВ) получали на установке "Изумруд-СИ". Активация велась 30 минут в свежеприготовленных растворах. Результаты приведены в таблице 7.
Таблица 7
|
Параметры |
Исх.дист.вода |
ал |
ал+плт |
ал+тф |
ал+пл |
пл |
пл+ф |
|
|
рН |
7,5±0,2 |
-0,3±0,2 |
0±0,2 |
-0,8±0,3 |
-0,4±0,3 |
-0,4±0,3 |
0,3±0,3 |
|
|
ОВП, мВ |
289±3 |
-749±10 |
-245±10 |
-301±10 |
-175±10 |
-165±15 |
-280±15 |
где x =рН (ОВП)x - рН(ОВП) исх. дист. воды; ал+плт - католит налит в тонкий полиэтиленовый пакет (~ 0,1 мм), плотно прилегающий к стенкам ал. емкости; ал+тф - ал. емкость с тонкостенным тефлоновым покрытием; ал+пл - католит налит в пл. емкость (с толщиной стенок ~ 2 мм) и помещенную в ал. емкость; пл+ф - к стенкам пл. емкости плотно примыкает тонкая ал. фольга.
Опыт 3. Диэлектрические сосуды с анолитом и католитом (V = 100 мл.), приготовленные на установке «Изумруд-СИ» при Va=Vk =5 л/час, помещались в с.в.ч.-поле (Р = 1 КВт, =2.4 ГГц) на 1 минуту, после чего измеряли их параметры. Параллельно нагревали анолит и католит за 1-2 минуты в водяной бане и производили замеры их параметров. Результаты приведены в таблице 8.
Таблица 8
|
Параметры |
Исх. растворы |
с.в.ч. |
Нагрев |
||||
|
анолит |
католит |
анолит |
католит |
анолит |
католит |
||
|
pН |
3,9 |
12,4 |
3,0 |
13,1 |
2,7 |
13,0 |
|
|
ОВП, мВ |
1108±10 |
-960±10 |
1093±10 |
-253±10 |
1085±10 |
-928±5 |
|
|
Т, град С |
22±0.1 |
22±0.1 |
50±2 |
50±2 |
50±2 |
50±2 |
Из вышеприведенных опытов следует:
1) бесконтактная электрохимическая активация воды наблюдается при малой толщине диэлектрической перегородки (мм и менее) и зависит от ее материала. Для перегородки из одного материала, БАЖ в анодной и катодной камерах имеет разный знак ОВП (табл.5);
2) БАЖ происходит как для ЭХА воды с диафрагмой, так и без (табл. 6);
3) ОВП увеличивается при активации в металлической емкости, либо в металлической емкости с тонким непроводящим диэлектрическим покрытием (табл. 7);
4) эффект нетеплового воздействия с.в.ч.-поля на католит (резкое уменьшение ОВП, табл. 8).
Аномальные свойства 1-4 феноменаов бесконтактной электрохимической активации можно достаточно просто объяснить возникновением вблизи анода и катода устойчивых высокоэнергетических резонансных систем из осциллирующих диполей (два и более) - воды, ОН- [80, 114, 127-129]. В статике такие системы из диполей неустойчивы (эффект коллапса), но в динамике при резонансе проявляется эффект динамической стабилизации неустойчивых состояний (рис. 38б) [80, 114, 129].
Переменное электромагнитное поле от резонансной системы двух синхронно-осциллирующих диполей (СОД) [80] имеет узкий спектр частот (резонансный эффект) и быстро убывает ~ 1/rn (где n>3).
Как и в случае ([130], с.118) камертона (рис.39а), либо колебательного контура (рис.39б) колебания составных частей СОД (рис.39в) - диполей P1, P2, при резонансе, так и в случаях а) и б), происходят в противофазе. В результате, излучение от СОД быстро убывает с расстоянием (рис. 39 г, д) и система имеет большую добротность (время жизни).
Максимум спектра излучений от СОД скорее всего приходится на диапазон частот с.в.ч., так как для ОН- характерные частоты вращательных переходов ~ 2 ГГц (длина волны о =18 см). Поэтому бесконтактная активация может происходить только через тонкие стенки, на близких расстояниях от СОД, и будет существенно зависеть от спектральных свойств материала-перегородки. Усиление БАЖ в металлических емкостях цилиндрической формы (табл.7) можно объяснить усилением эффективного с.в.ч.-поля за счет отражения от проводящих поверхностей (эффект с.в.ч. резонатора). Следует ожидать усиления БАЖ при размерах емкостей ~о, о/2.
В то же время хорошо известно [126], что окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) - важнейший показатель для внутренний среды организма человека - имеет отрицательные значения, которые обычно находятся в пределах от -100 до - 200 милливольт (мВ). ОВП питьевой воды практически всегда больше нуля и обычно находится в пределах от +100 до +400 мВ. Это справедливо практически для всех типов питьевой воды - водопроводной, бутилированной и получаемой после очистки в установках обратного осмоса и большинства разнообразных больших и малых водоочистительных систем.
Когда обычная питьевая вода проникает в ткани человеческого организма, она отнимает электроны от клеток и тканей, которые состоят из воды на 80 - 90 %. В результате этого биологические структуры организма (клеточные мембраны, органоиды клеток, нуклеиновые кислоты и другие) подвергаются окислительному разрушению. Так организм изнашивается, стареет, жизненно важные органы теряют свою функцию. Но эти негативные процессы могут быть замедлены, если в организм с питьем и пищей поступает вода, обладающая свойствами внутренней среды организма, т.е. активированная и с отрицательным значением ОВП. Если питьевая вода имеет ОВП более отрицательный, чем ОВП внутренней среды организма, то она подпитывает его этой энергией, которая используется клетками как энергетический резерв антиоксидантной защиты организма от неблагоприятного влияния внешней среды. К примеру, было установлено, что при поении мышей, облученных смертельной дозой рентгеновского излучения, водой с ОВП= - 450 мВ смертность уменьшилась с 96 до 10 % по сравнению с контрольной группой, которой давали обычную (неактивированную) водопроводную воду с положительным ОВП [126].
С другой стороны известен способ Б.И. Киселева бесконтактной активации растворов магнитным полем, УФО, лазером с дополнительным воздействием генератором акустических колебаний, меняющим структуру микрокластеров воды от ~ 20 диполей до ~2-3 [144, 145]. Сам способ нашел широкое применение для лечения многих заболеваний и укрепления иммунитета. На основе метода э.п.р. автор обнаружил разукрупнение микрокластеров в воде до 2-3 ("хаотически"-колеблющихся диполей с частотами 10-20 Гц [144]).
На основе обнаруженных эффектов БАЖ [127] были разработаны различные устройства для бесконтактной бездиафрагменной активации физрастворов, в частности капельниц [146]. Опыты показали возможность бесконтактной активации в созданных капельницах:
а) крови, с изменением её ОВП от исходного +290 mV до -270 mV;
б) физрастворов, от +270 mV до -140 mV.
Время релаксации ОВП бесконтактно-активированных жидкостей в опытах составляло ~2 часа.
5.3 Резонансное воздействие полей на биологические системы
Пожалуй ни один из современных способов бесконтактной диагностики и терапии не вызывает такое большое количество противоречивых дискуссий, как феномен резонансной миллиметровой терапии (КВЧ-терапии) и электропунктурного тестирования медикаментов [131-135] . Как в том, так и другом случае речь идет о низкоэнергетическом бесконтактном воздействии на биологические системы.
В случае КВЧ-терапии воздействие мм-излучением на определенных частотах, с мощностью Р=20-0,001 мВт/см2 и менее на человека (нагрев тканей 0,1оС и менее) приводит к высокоэффективному (~95-98 ) лечению большого количества заболеваний.
Феномен электропунктурного тестирования медикаментов (ФЭТМ) был открыт Р. Фоллем в 1954 году в ходе совместных исследований с М. Глазер-Тюрк. Неожиданно было установлено, что находящиеся вблизи точек акупунктуры человека различные медикаменты могут существенно изменять электрические параметры последних в лучшую или худшую сторону [132].
Исследования, проведенные Ф. Мореллем, показали, что медикаменты, улучшающие электрические параметры биологически активных точек (БАТ), при их последующем введении в организм больного уже через 15-20 минут способны уменьшать скорость оседания эритроцитов, например с 40 до 20 мм/час [132].
Интересным оказался тот факт, что эффект электропунктурного тестирования медикаментов воспроизводился даже в тех случаях, когда тестируемый медикамент находился в стеклянной ампуле, последовательно «подключался» в измерительную цепь электродиагностического прибора, помещался на кожу пациента или внутрь пассивного цилиндрического (отрицательного) электрода.
Дальнейшие исследования, выполненные Р. Фоллем и Ф. Крамером, показали, что воспроизводимость феномена электропунктурного тестирования медикаментов (ФЭТМ) не зависит от того, в какой форме или виде тестируется лекарственный препарат, например в виде раствора, таблеток, порошков, глобул, заключены ли они в стеклянные ампулы, алюминиевую фольгу или белую бумагу.
Результаты, полученные Р.Фоллем и его коллегами, не только положили основу в разработку новых методов терапии, основанных на индивидуальном подборе лекарственных средств, определении их оптимальных дозировок и совместимости между собой без введения в организм человека, т.е. дистантно, но и послужили стимулом к исследованию биофизических механизмов и сущности данного явления.
Одной из первых гипотез, с помощью которой пытались объяснить ФЭТМ, была гипотеза об электромагнитной природе взаимодействия излучений объектов живой и неживой (медикаменты) природы. При этом предполагалось, что различные лекарственные средства имеют собственные спектры характеристических электромагнитных колебаний, вызывающие в случае совпадения с частотой электромагнитных колебаний биологического объекта (органов, тканей клеток, белков и т.п.) резонансный отклик, выражающийся в изменении электрических параметров биологически активных точек.
Для подтверждения этой гипотезы Ф. Вернером была предпринята попытка доказательства того, что различные медикаменты (являющиеся объектами неживой природы) имеют неодинаковые спектры характеристических электромагнитных колебаний.
В качестве объектов исследования Ф. Вернером были взяты растворы гомеопатических средств в различных потенциях. Гомеопатические средства вводились в шприц. Металлические поршень и игла шприца служили электродами для подключения к устройству, представлявшему из себя высокоомный мост Уинстона и генератор электрических колебаний с частотой следования импульсов от 0, 9 до 10, 0 Гц. В процессе этих экспериментов было показано, что различные гомеопатические средства, как и их отдельные потенции, имеют неодинаковые резонансные отклики на электромагнитные колебания различной частоты. В частности, оказалось, что основная резонансная частота гомеопатического средства Aurum metallicum (золото), составляет 6 Гц, а у препарата Belladonna - 9,2 Гц.
Из числа других исследований ФЭТМ особого внимания заслуживают работы Ф. Крамера, посвященные изучению дальности излучений электромагнитных колебаний медикаментов и их экранированию различными материалами.
Для оценки дальности излучений медикаментами электромагнитных волн была использована простая схема эксперимента, включавшая в себя постепенное удаление медикамента от металлических колец различного диаметра, т.е. тестирование медикаментов через воздушный зазор, образованный металлическим проводником -- кольцом и стенкой ампулы, содержащей лекарственный препарат.
В настоящее время сложно судить о том, какую цель преследовал автор при проведении этого эксперимента и предполагал ли он, что установленная им дальность излучения электромагнитных волн медикаментов, варьировавшая в зависимости от потенции и свойств тестируемых препаратов от 7 до 21 мм, соответствует длинам волн порядка ГГц. Серии экспериментов по экранированию электромагнитных излучений медикаментов различными материалами были выполнены Ф. Крамером по личной просьбе Р. Фоля [132]. В ходе этих экспериментов были установлены следующие факты:
* ФЭТМ не воспроизводится, если тестируемая ампула, содержащая медикамент, завернута в материалы, не пропускающие инфракрасное излучение, например, черная бумага, дерево, картон, маскировочный брезент и т.п.;
* ФЭТМ не воспроизводится, если тестируемая ампула, содержащая медикамент, экранирована листьями зеленых растений или помещена в раствор хлорофилла, гемоглобина и другие биологические среды (слюну, мочу и т.п.); ослабляется, если используются листья или лепестки красного цвета, и не изменяется при использовании лепестков белого цвета;
* ФЭТМ не воспроизводится, если тестируемое лекарственное средство помещено в стеклянную емкость темного цвета с толщиной стенок более 5 мм.
Резюмируя приведенные выше данные, уместно сделать вывод, что спектры электромагнитных колебаний лекарственных препаратов также могут лежать в инфракрасном диапазоне длин волн и поглощаться биологическими средами.
Феноменологически близкими к эффекту тестирования медикаментов относятся эксперименты В.П. Кравкова [132]. Данные эксперименты не только убедительно доказали эффективность действия высоких потенций гомеопатических препаратов (разведения свыше 10-23, но и по существу предвосхитили открытие ФЭТМ.
Сущность экспериментов, выполненных В.П. Кравковым, сводилась к следующему. Через артериальные и венозные сосуды анатомического препарата обескровленного уха кролика инфузировался физиологический раствор, который по каплям вытекал из канюли, вставленной в конечную часть вены. Количество протекающей по сосудистому руслу жидкости в течение определенного периода времени определялось с помощью точных весов, на чашку которых падали капли физиологического раствора.
В ходе проведенных экспериментов автор установил, что помещение вблизи сосудов уха кролика различных металлов (медь, свинец и т.п.), а также растворов адреналина и других лекарственных препаратов может менять количество протекающей по сосудистому руслу жидкости (по отношению к контролю). Таким образом, впервые был установлен дистантный эффект взаимодействия объектов живой и неживой природы, т.е. передачи информационных или характеристических электромагнитных свойств медикаментов.
...Подобные документы
Общие рекомендации по решению задач по динамике прямолинейного движения материальной точки, а также движения нескольких тел. Основные формулы и понятия. Применение теорем динамики к исследованию движения материальной точки. Примеры решения типовых задач.
реферат [366,6 K], добавлен 17.12.2010Поиск эффективных методов преподавания теории вращательного движения в профильных классах с углубленным изучением физики. Изучение движения материальной точки по окружности. Понятие динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 04.05.2011Интерес физиков к биологии и тяга к физическим методам исследования в биологических дисциплинах. Крупнейшие события в истории физической химии. Техническое перевооружение физиологии. Термодинамика систем вблизи равновесия (линейная термодинамика).
контрольная работа [17,8 K], добавлен 07.03.2011Изучение основных задач динамики твердого тела: свободное движение и вращение вокруг оси и неподвижной точки. Уравнение Эйлера и порядок вычисления момента количества движения. Кинематика и условия совпадения динамических и статических реакций движения.
лекция [1,2 M], добавлен 30.07.2013Общая характеристика законов динамики, решение задач. Знакомство с основными видами сил. Особенности дифференциальных уравнений движения точки. Анализ способов решения системы трех дифференциальных уравнений второго порядка, рассмотрение этапов.
презентация [317,7 K], добавлен 28.09.2013Основная задача динамики, применение законов Ньютона. Применение основного закона динамики и дифференциальных уравнений движения материальной точки при решении задач. Основные свойства внутренних и внешних сил механической системы. Вычисление работы сил.
курсовая работа [347,8 K], добавлен 11.05.2013Законы и аксиомы динамики материальной точки, уравнения движения. Условие возникновения свободных и затухающих колебаний, их классификация. Динамика механической системы. Теорема об изменении количества движения. Элементы теории моментов инерции.
презентация [1,9 M], добавлен 28.09.2013Понятие броуновского движения как теплового движения мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе. Траектория движения частиц. Разработка Эйнштейном и Смолуховским первой количественной теории броуновского движения. Опыт исследователя Броуна.
презентация [83,5 K], добавлен 27.10.2014Математическая модель невозмущенного движения космических аппаратов. Уравнения, определяющие относительные движения тел-точек в барицентрической системе координат. Исследование системы уравнений с точки зрения теории невозмущенного кеплеровского движения.
презентация [191,8 K], добавлен 07.12.2015Характеристика движения объекта в пространстве. Анализ естественного, векторного и координатного способов задания движения точки. Закон движения точки по траектории. Годограф скорости. Определение уравнения движения и траектории точки колеса электровоза.
презентация [391,9 K], добавлен 08.12.2013Изложение физических основ классической механики, элементы теории относительности. Основы молекулярной физики и термодинамики. Электростатика и электромагнетизм, теория колебаний и волн, основы квантовой физики, физики атомного ядра, элементарных частиц.
учебное пособие [7,9 M], добавлен 03.04.2010Механика: основные понятия и аппарат качественного анализа движения динамических систем. Кинетическая и потенциальная энергия механической системы. Обобщенные координаты и скорости. Два способа описания движения в обыкновенных дифференциальных уравнениях.
презентация [277,8 K], добавлен 22.10.2013Основные положения и постулаты кинематики – раздела теоретической механики. Теоретические основы: определения, формулы, уравнения движения, скорости и ускорения точки, траектории; практические примеры в виде решения наиболее типичных задач кинематики.
методичка [898,8 K], добавлен 26.01.2011Рассмотрение истории развития и предметов исследования нанотехнологии, биофизики (физические аспекты существования живой природы), космической биологии, астробиологии (иные формы жизни в космосе) и геофизики (строение Земли с точки зрения физики).
реферат [258,4 K], добавлен 30.03.2010Проведение цикла лабораторных работ, входящих в программу традиционного курса физики: движение электрических зарядов в электрическом и магнитном полях; кинематика и динамика колебательного движения; термометрия и калориметрия.
методичка [32,9 K], добавлен 18.07.2007Понятие, причины и закономерности броуновского движения - хаотического движения частиц вещества в жидкости или в газе. Ознакомление с содержанием теории хаоса на примере движения бильярдных шариков. Способы восстановления детерминированных фракталов.
реферат [3,8 M], добавлен 30.11.2010Сущность физики как науки о формах движения материи и их взаимных превращениях. Теснейшая связь физики с другими отраслями естествознания, ее методы исследований. Основные величины, используемые в механике, молекулярной физике, термодинамике и оптике.
лекция [339,3 K], добавлен 28.06.2013Анализ всеобщего свойства движения веществ и материи. Способы определения квазиклассического магнитного момента электрона. Сущность, особенности и доказательство теории WAZA, ее вклад в развитие физики и естествознания. Парадоксы в теории П. Дирака.
доклад [137,8 K], добавлен 02.03.2010История развития кинематики как науки. Основные понятия этого раздела физики. Сущность материальной точки, способы задания ее движения. Описание частных случаев движения в зависимости от ускорения. Формулы равномерного и равноускоренного движения.
презентация [1,4 M], добавлен 03.04.2014Алгоритм решения задач по разделу "Механика" курса физики общеобразовательной школы. Особенности определения характеристик электрона по законам релятивистской механики. Расчет напряженности электрических полей и величины заряда по законам электростатики.
автореферат [145,0 K], добавлен 25.08.2015
