arrow_back_icon_151627.png

Физика взаимодействия живых объектов с окружающей средой

 

В.Н. Бинги (ред.), М., Милта, 2003


Аннотация

Книга представляет собой сборник статей, написанных по материалам  конференции (декабрь 2002, Москва), цель которой состояла в обсуждении сравнительно новых результатов, главным образом физического и биофизического профиля, объяснение которых в рамках общепринятой физики затруднено.

Книга написана физиками, экспериментаторами и теоретиками, имеющими многолетний опыт работы в академических и ведущих учебных институтах физического направления. Это является своего рода гарантией качества представленных результатов.

Результаты необычны и охватывают широкий круг явлений в различных сферах человеческой деятельности. Авторы предлагают свое понимание этих явлений и, в то же время, оставляют возможность читателю сделать собственные выводы.

илл.72, табл.3, библ.174, ISBN 5-94505-050-4
 

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • Новые аспекты проблемы биологической активности низкоинтенсивного лазерного излучения
    В.Н. Аносов, Э.М. Трухан

  • Биологические эффекты электромагнитных полей нетеплового уровня. Проблема понимания и социальные последствия
    В.Н. Бинги

  • Векторный потенциал и биологическая активность слабых полей
    Э.М. Трухан, В.Н. Аносов

  • Теоретические и экспериментальные исследования реактивного движения без отбрасывания массы
    Г.И. Шипов, А.Н. Сидоров

  • Новый вид излучения Солнца и физические процессы в биологических системах
    Н.Ф. Перевозчиков, В.Ф. Шарихин

  • О роли сознания в формировании когерентных структур в системах гидродинамического типа
    А.Р. Каримов, Л.Н. Пятницкий

  • Теория почти всего
    В.А. Миляев

  • Существует ли научная альтернатива дарвиновской эволюции?
    А.В. Московский

  • Вокруг икон
    А.В. Московский, С.А. Сошинский, П.В. Флоренский и др.

 
 

Из предисловия

Прогресс  науки невозможен без  обнаружения  явлений, противоречащих устоявшимся представлениям.  Иногда развитие таких работ приводило к ярким открытиям, влиявшим не только на научную картину мира, но и на ход мировой истории. Но гораздо чаще  исследования прекращались в связи с обнаружением артефактов и экспериментальных ошибок.

И в наше время не иссякает поток сообщений об "открытиях", сулящих фантастические результаты в технике, экономике, медицине, — надо только реализовать идеи их авторов. Но почти всегда попытка разобраться, что же собственно сделано,  завершается ничем: сколько-нибудь серьезные публикации отсутствуют, а материалы и разработки представляют собой коммерческую тайну. Как относиться к таким сообщениям? Верить или не верить?  Ответ очевиден — новые представления адаптируются научным сообществом только в результате продолжительного и организованного по общепринятым правилам процесса.

С другой стороны, хорошо известно, что новая истина обычно проходит через стадию отрицания. Лишь со временем она получает признание научного сообщества и происходит расширение научной картины мира. Но поначалу весьма сложно разглядеть перспективную идею. Поэтому вопрос о достоверности новой информации полезно переформулировать так: "кому верить и насколько верить?" Здесь уже можно было бы предположить, что наличие предшествующего научного опыта у автора является одним из критериев, обеспечивающих необходимый уровень проработки идеи, публикации и т.д. Другой критерий — соответствие темы идеи и области профессиональной компетенции автора. Стоит ли заниматься проверкой физических "открытий", заявляемых, например, биологами, даже и с мировым признанием? Крайне мало исследователей, способных одинаково успешно работать в областях науки, далеких друг от друга. Да и времена, когда универсализм приносил плоды, давно прошли.

Кроме того, наука не всесильна. Научный метод, основанный на воспроизводимости результатов эксперимента, не пригоден там, где мы имеем дело с событиями, а не с явлениями. И те, и другие реальны, но мир событий гораздо шире мира явлений. Он включает в себя объекты не только материальные, но и идеальные, зависит от множества мало-контролируемых факторов, и потому далеко не всегда воспроизводим. К сожалению, часто нерегулярные события принимают за явления, приписывая им статус объектов подлежащих научному исследованию. Мало кто теперь сомневается в реальности наблюдений явно парадоксального характера, — слишком много их накопилось. Но в какой мере они вообще являются явлениями, допустимо и надо ли их изучать?

В декабре 2002 г. в Москве прошла конференция, цель которой состояла в обсуждении сравнительно новых результатов, главным образом физического и биофизического профиля, объяснение которых в рамках общепринятой физики затруднено. По материалам этой конференции и подготовлена данная книга.

Особенность ее в том, что она написана физиками, экспериментаторами и теоретиками, имеющими многолетний опыт работы в академических и ведущих учебных институтах физического направления. Это является своего рода гарантией качества представленных результатов, хотя последнее слово здесь, как и всегда, остается несказанным.

Результаты, опубликованные в книге, являются, в определенном смысле,  предварительными. Развитие этих результатов могло бы привести к неожиданным и важным достижениям. Поэтому данные работы требуют внимательного и даже бережного отношения.

Конечно, теоретическое осмысление результатов и выводы авторов, нашедшие отражение в названиях разделов и глав — область, наиболее уязвимая для критики, поскольку объяснений может быть много. Однако сами экспериментальные данные представляют безусловную ценность и интерес.

Было бы легко и безопасно разделить официальную позицию, обычно негативную, по тому или иному хотя бы в некоторой степени парадоксальному научному вопросу, — позицию, которая обыкновенно отражает наличие экономических интересов в треугольнике наука-власть-общество. Однако внимания достойны и те точки зрения, что обоснованы последовательным анализом предшествующего опыта и приобретены ценою определенных затрат жизненных сил.

Открывает книгу статья В.Н. Аносова и А.М. Трухана посвященная молекулярным биофизическим механизмам терапевтического действия  оптических и ИК лазеров с низкой интенсивностью излучения, порядка 1−10 мВт/см2 и менее, не вызывающей заметного нагрева тканей. Для таких режимов до сих пор не вполне ясна природа первичной мишени действия излучения, поскольку в биологических проявлениях не всегда наблюдают ярко выраженные частотные спектры. Вероятно, существует несколько механизмов. Авторы предполагают, что один из них связан с изменением физических свойств воды, входящей в состав биологических тканей. Показано, что действие лазерного излучения меняет электропроводность и оптическую плотность образцов воды, что свидетельствует о значительных структурных перестройках водной матрицы, как на уровне электронных связей молекул воды, так и в процессах протонного обмена между ними.

Особенно необычен факт воспроизведения этого эффекта, когда интенсивность лазерного луча в оптической части спектра снижена на много порядков при помощи кремниевого фильтра. Такое излучение  вызывало также и биологические эффекты: подвижность микроорганизмов, спиростом, менялась на 25−50%, оседание эритроцитов ускорялось приблизительно в полтора раза, зарегистрировано изменение люминесценции специального штамма клеток кишечной палочки, квазистатических потенциалов мозга человека, развития эмбрионов вьюна.

Авторы полагают, что наблюдаемые парадоксальные свойства и эффекты ослабленного излучения представляют фундаментальный интерес и, одновременно, важны для понимания и практики лазерной терапии. 

Статья В.Н. Бинги — краткий обзор проблемы биологических эффектов слабых электромагнитных полей низкочастотного и радиочастотного диапазонов. Речь идет о полях, заведомо не вызывающих сколько-нибудь существенного нагрева биологической ткани. До сих пор продолжаются споры о том, существуют ли такие эффекты. Производители энергоемкого оборудования и средств сотовой связи оспаривают результаты многочисленных экспериментов, демонстрирующих нетепловые эффекты ЭМП. Иначе пришлось бы пересматривать существующие стандарты электромагнитной безопасности, что связано с огромными расходами. Основным аргументом является утверждение, что нетепловых эффектов просто не может быть, поскольку их существование противоречит физике.

Однако, существование нетепловых эффектов так или иначе учитывается обществом. Об этом говорит отличие, до тысячи раз, существующих в мире стандартов электромагнитной безопасности. В разных странах пользуются разными критериями для построения таких стандартов. Это свидетельствует о незнании механизмов действия слабых ЭМП на биологические системы. Проблемой здесь является физическая природа  "резонансов", или частотно-амплитудных "окон", наблюдаемых в реакции живых систем на электромагнитное поле.

Разработанная автором теория ионно-молекулярной интерференции позволяет во многих случаях объяснить найденные закономерности, частотные и амплитудные спектры биологических эффектов в самых разных электромагнитных условиях. Таким образом, нетепловые биологические эффекты ЭМП не составляют парадокса, они должны быть учтены при разработке новых стандартов электромагнитной безопасности.

Следующая статья А.М. Трухана и В.Н. Аносова рассматривает возможную роль векторного потенциала электромагнитного поля при воздействии электромагнитных полей на различные объекты. Приводятся теоретические квантово-механические обоснования этой концепции. Экспериментальные результаты, полученные на физических, химических и биологических объектах, интерпретированы как макроскопический эффект воздействия поля векторного потенциала. Обсуждается возможное место этих явлений в современной проблеме биологической эффективности слабых и сверхслабых полей различной природы.

Статья имеет также следующий важный эвристический смысл. Для "лабораторной" или микроскопической конфигурации электрических токов векторный потенциал создаваемых токами электромагнитных полей можно рассчитать, пользуясь уравнениями Максвелла, или исходными принципами электродинамики. Этого нельзя сделать для самостоятельно распространяющегося ЭМП, например, плоской волны. Ее векторный потенциал неоднозначен ввиду калибровочной инвариантности. Конечно, плоская волна есть только абстракция, однако, иногда она весьма точна. Для света наблюдаемых звезд неточность имеет порядок 10E-16 и менее. В случае такой волны связь между ЭМП и его векторным потенциалом, — связь, устраняющая калибровочную инвариантность, — должна была бы определяться суммированием вкладов токов всех атомов звезды! Локальную связь B = rot A тогда следовало бы понимать как дополнительное условие на векторный потенциал. Кроме того, скорость распространения поля векторного потенциала, уже как самостоятельной сущности, могла бы и отличаться от c... С одной стороны, это трудно представить и здесь осторожность вполне уместна. Электродинамика, построенная на принципе наименьшего действия и на вполне однозначном выражении этого действия для заряда в потенциале A_i, является в значительной степени теорией самосогласованной и согласующейся с опытом: невозможно внести существенное изменение, не меняя теорию в целом. Расчеты векторного потенциала для токов опираются на эту самосогласованность, поэтому логически затруднительно пользоваться ими для уточнения интерпретации самой теории. С другой стороны, в принципе, гипотеза особой роли векторного потенциала ЭМП проверяема, как показывают авторы, в специально разработанных экспериментах, — и это самое главное.

Статья Г.И. Шипова и А.Н. Сидорова посвящена изучению систем с вынужденным внутренним вращением. Такие системы не являются голономными, т.е., в них имеются неинтегрируемые механические связи между обобщенными скоростями и координатами. Соответственно, уравнения Лагранжа, а следовательно и законы Ньютона, неприменимы для описания динамики таких систем. Авторы используют более общие уравнения и показывают, что имеет место интересный эффект зависимости параметров поступательного движения замкнутой системы от состояния ее внутренних вращений — реактивное движение без отбрасывания массы.

Последовательно рассматривая сначала свободное движение простой модельной системы, а затем ее динамику при разнообразных ударах,  авторы приходят к описанию превращения энергии вращательного движения в энергию поступательного движения механической системы за счет непрерывной серии внутренних ударов. 

Особый интерес вызывает то, что теоретические расчеты подкреплены соответствующими экспериментами. Изготовлены и исследованы различные "инерциоиды" — модели механических систем с вынужденным внутренним вращением. Экспериментально доказано, что движение инерциоидов не связано с силами трения или реакцией опор. Авторы заключают, что инерциоиды являются перспективной альтернативой существующим движителям, использующим либо реактивную тягу за счет отбрасывания массы, либо силы трения.

Экспериментируя с газонаполненным фотоэлементом, Н.Ф. Перевозчиков и В.Ф. Шарихин обнаружили отклик на излучение Солнца вне спектральной зоны чувствительности фотоэлемента. Исследование этого эффекта привело к ряду противоречивых наблюдений. В частности, согласно интерференционным измерениям, длина когерентности излучения Солнца в выделенном спектральном диапазоне оказалась на три порядка меньше, чем в оптическом диапазоне.

Авторы предполагают существование неизвестных ранее излучений или частиц, обладающих одновременно как свойствами фотонов, так и массой покоя! Такое объяснение порождает множество вопросов, часть из которых авторы подробно разбирают и показывают, почему их наблюдения не были сделаны раньше. Обсуждается биологическая эффективность наблюдаемого излучения, его возможная роль в процессах биологической коммуникации и в солнечно-земных связях.

Постулирование новой элементарной частицы есть крайне драматичное для физики утверждение. Оно, несомненно, будет встречено острой реакцией сторонников устоявшихся физических представлений. Отметим, однако, что помимо спорной, хотя и по-своему красивой теоретической иллюстрации, статья содержит очень важный массив результатов тщательно выполненных экспериментов, свидетельствующих о неполноте традиционных представлений, — экспериментов, ждущих продолжения новыми исследователями.

А.Р. Каримов и Л.Н. Пятницкий рассматривают нелинейные процессы, лежащие в основе формирования когерентных структур в простых гидродинамических системах. Основной результат состоит в том, что при некоторых общих условиях форма возникающих макроскопических структур коррелирует с формой начальных возмущений.

Хорошо известны нелинейные детерминированные системы, демонстрирующие хаотическое поведение. Влияние начальных условий исчезает в них довольно быстро благодаря эффекту перемешивания, — имеет место непредсказуемость системы при  больших временах.

Рассмотренные в статье нелинейные режимы, напротив, характерны сохранением информации о начальных условиях. В системе имеется память, и начальные возмущения, даже если они малы, проявляют себя через некоторое конечное время эволюции в форме возникающих структур. Состояние системы зависит от ее предыстории, — признак информационного поведения. Авторы показывают универсальность механизма формирования нелинейных структур гидродинамического типа в системах различной физической природы, в частности в электромагнитных явлениях. Возможность воздействия человеческого сознания на эти процессы связывают с регулярностью возмущений, вносимых осознанным волевым актом, в отличие от хаотических возмущений фонового характера.

В отношении природы действия сознания на физические процессы, рассматриваемая теория является гипотезой, которая подлежит экспериментальной проверке. Такой эксперимент, согласно авторам, мог бы состоять в исследовании распределения интенсивности света в специально сформированных оптических пучках.

Изящная статья В.А. Миляева обсуждает единство принципов "устройства" науки и искусства, их культурологическую связь, диалектику хаоса и порядка. Вспомним дилемму "физики и лирики" шестидесятых годов прошлого века. Тогда казалось, два способа восприятия мира и существования в нем  — чувственный и рациональный, образный и логический — являются безусловными противоположностями. Теперь выясняется, что гуманитарные и естественнонаучные аспекты бытия и познавательной деятельности имеют глубокие общие корни в диалектике порядка и хаоса.

Автор показывает, что понятие красоты с необходимостью включает отклонения от идеала. Поэзия, как и физика, только тогда жива и востребована, когда опирается как на правила, задающие общую структуру, так и на нарушения правил, придающие общему красоту индивидуальности.

В отношении физики есть и более драматичная интерпретация этой диалектической пары — физические законы и их нарушения. Именно этот аспект замыкает содержание статьи на тему всей книги.

Представители точных наук, как известно, по большей части являются стихийными материалистами. На вопрос, существовали ли в потенции универсальные физические законы до Большого взрыва, породившего Вселенную, после недолгого раздумья отвечают утвердительно. Содержание универсальных физических законов столь точно согласовано с их математической структурой, а устойчивость вещества столь сильно зависит от вида законов, что, кажется, здесь нет места для вариантов. За этим кроется неявное утверждение: если бы Большой взрыв повторился, то эволюция привела бы к появлению  элементарных частиц, а за ними и химических элементов, уже известных нам, а не каких-либо других.

В обзорной статье А.В. Московского представлена концепция номогенеза — альтернатива дарвиновскому учению об эволюции. Ее сторонниками были выдающиеся отечественные биологи — Берг, Любищев, Мейен. Ключевая идея такой концепции — подобно рядам элементарных частиц, химических элементов и кристаллических групп множество возможных форм живого предопределено законами природы. Формы живого не являются простым результатом длительного процесса дарвиновских хаотических мутаций и естественного отбора. Эволюция Космоса выглядит как единый процесс реализации возможных устойчивых форм материи — от субъядерных частиц до биологических и социальных типов.

Теория номогенеза свободна от многих недостатков дарвинизма и органично опирается на диалектику порядка и хаоса. Биологические виды, подобно архетипам, существуют в потенции и представляют закономерную основу для случайных проявлений какой-либо конкретной локально-обусловленной эволюции.

Итак, согласно теории номогенеза, реально наблюдаемые формы живого соответствуют неким устойчивым абстрактным универсальным формам, хотя и могут отклоняться от них в зависимости от конкретных условий эволюции. Также и реальные кристаллы никогда не бывают совершенны. И микрочастицы испытывают квантовые флуктуации. Возникает вопрос: не являются ли и универсальные физические законы лишь устойчивым глобальным мотивом, допускающим локальные и преходящие отклонения?

Завершает книгу серия коротких статей под названием "Вокруг икон". В первой из них А.В. Московский, С.А. Сошинский и П.В. Флоренский знакомят читателя с необычными событиями, происходящими с иконами: мироточением, обновлением, возникновением образа иконы на стекле киота. Попытки их объяснения естественными процессами встречают серьезные трудности. Так, например,  мироточение в некоторых случаях настолько интенсивно, что его нельзя объяснить  конденсацией вещества на поверхности иконы.

С другой стороны, события эти, хотя и нерегулярны, но достаточно многочисленны, их следы можно изучать  с применением современных научных методов. Результаты таких исследований приведены в двух последующих статьях.

Книга адресована в первую очередь физикам, но будет полезна  и специалистам в области химии, биологии, медицины,  а также  всем, кто  интересуется  проблемами  современной науки.