О.П. Минцер
М.М. Потяженко
А.В. Невойт
МАГНИТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ
ТЕОРИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
(в двух томах)
под общей редакцией О.П. Минцера и М.М. Потяженко
Т.1 Концептуализация
Н
СД
ИПЛИН
А
ИСЦ
СТ
РН
БИОЛОГИЯ
О
С
Н А*Я*
Е МТ Ь *
МЕДИЦИНА
ГЕНЕТИКА
Д
И
Ц
И
И
ИНФОРМАТИКА
ОГ
Я
***
НА
МАТЕМАТИКА
МЕ
ХИМИЯ
ФИЗИКА
О НТО
Л
АЯ БИО
Н
М АНИЙ *** Л
Е
ТР О
Т ЗН
А
Г
СИ
ИЯ
УНИ
ВЕР
С
УМ
С
И
С
Киев-Полтава-2021
Минцер О.П., Потяженко М.М., Невойт А.В.
МАГНИТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ
ТЕОРИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
ТОМ 1 КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ
в двух томах
перевод с украинского на русский язык
Монография
Под общей редакцией проф. О.П. Минцера и
проф. М.М. Потяженко
Киев - Полтава
2021
УДК 612.015.3-02:612.014.423
М 62
Авторский коллектив:
Минцер О.П., Потяженко М.М., Невойт А.В.
Рекомендовано к печати Ученым советом Национального университета охраны
здоровья Украины имени П.Л. Шупика (протокол № 5 от 19 мая 2021 года) и
Ученым советом Полтавского государственного медицинского университета
(протокол № 1 от 19 мая 2021 года)
Рецензенты:
Казаков Ю.М., академик Украинской академии наук национального прогресса,
Украинской экологической академии наук, заведующий кафедры пропедевтики
внутренней медицины с уходом за больными, общей практики (семейной медицины)
Полтавского государственного медицинского университета, доктор медицинских наук,
профессор.
Романов В.О., заведующий отделом преобразователей формы информации Института
кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины, доктор технических наук,
профессор.
Краснов В.В., заведующий кафедры педагогики, психологии, медицинского и
фармацевтического права Национального университета охраны здоровья Украины
имени П.Л. Шупика, доктор медицинских наук, профессор.
М 62
Магнитоэлектрохимическая
теория
обмена
веществ.
Том
1
Концептуализация: моногр. в 2 т.; перевод с украинского на русский язык / О.П.
Минцер, М.М. Потяженко, А.В. Невойт; под общ. ред. О.П. Минцера, М.М.
Потяженко. – Киев-Полтава, Інтерсервис, 2021. – 368 с.
ISBN 978-966-999-144-7
В монографии представлены междисциплинарные обобщения современных
наработок мировой науки в фундаментальных вопросах обмена энергии в живых
биологических системах, включая организм человека, с позиций системной медицины
и системной биологии, гносеология, методология теоретических и практических
исследований электромагнитных феноменов в биоэнергетике живых систем и
человека, систематизировано описание электромагнитной компоненты феноменов
жизни, здоровья и болезни. Том 1 посвящен фундаментальным вопросам организации
биоэнергетики на атомарном и молекулярном уровнях.
Монография предназначена для специалистов в областях медицины, физики,
биологии, химии, физиологии, а также для широкого круга читателей. Может быть
использована как дополнительная литература при обучении за соответствующими
специальностями в высших учебных учреждениях и на факультетах последипломного
образования.
УДК 612.015.3-02:612.014.423
© Коллектив авторов, 2021.
© Национальный университет охраны здоровья Украины имени
П.Л. Шупика, Полтавский государственный медицинский
университет 2021.
ISBN 978-966-999-144-7
СОДЕРЖАНИЕ
ТОМ 1. КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ
Стр.
Вступление ….…….…………………………………………………….. 5
Предисловие от редакторов
Про необходимость пересмотра современного научного
знания о человеке с позиций системной медицины с учетом
новых
открытых
фундаментальных
явлений
функционирования живой материи. Мінцер О.П. ..……………… 7
Список литературы …………………………………………….…………. 19
Клиническое
значение
переосмысления
оценки
электромагнитных
феноменов
для
практического
здравоохранения
с
позиции
системной
медицины.
Потяженко М.М. ………………………………………………………. 21
Список литературы ……………………………………………………….. 36
Глава 1
Гносеология и значение с позиций системной медицины
электромагнитной феноменологии живых биологических
систем …………………………………………………………………….. 43
Вступление ….……………………………………………………….. 44
Комплементарный блок. Гносеология представлений о
строении материи: взгляды донаучного периода, взгляды
научного периода: период ранних научных представлений о
строении материи, период сложившихся научных представлений,
период современного изучения. Квантовая теория поля
……………………………………………………................................
Значенние современных электромагнитных представлений
про организацию материи с позиции системной медицины ………
Выводы ……..…………………………………………………………
Список литературы …………………………………………......................
46
71
75
76
Глава 2
Атомарный
уровень
электромагнитной
организации
микроуровня живых биологических систем, включая человека 81
Вступление …………………………………………………………. 82
Комплементарный блок. Современные представления о
строении атома. Стандартная модель фундаментальных
взаимодействий. Строение ядра атома. Электрон и система
энергетических уровней атома …………………………………….. 85
Квантово-механические особенности строения атомов живых
систем ………………………………………………………………… 156
Выводы с позиции системной медицины …………………………... 159
Список литературы ………………………………………………….. 162
Глава 3
Молекулярный уровень электромагнитной организации
живых биологических систем, включая человека ………………. 169
Вступление …………………………………………………………...
Комплементарный блок. Современные представления о
строении молекул: молекулярные связи. Система энергетических
уровней молекул. Квантово-механические особенности строения
молекул живых биологических систем ……………………………..
Механизмы внутримолекулярного и межмолекулярного
переноса энергии и заряда в живых биологических молекулярных
системах ………………………………………………………………
Солитоны ……………………………………………………...
Квантово-механические особенности и роль воды в
механизме передачи энергии между биологическими молекулами
Электромагнитная феноменология молекулярного уровня
состояний жизни и смерти живых биологических систем …………
Выводы с позиций системной медицины …………………..
Список литературы ………………………………………...………...
170
173
206
222
237
269
280
289
Глава 4
Клеточный уровень электромагнитной организации живых
биологических систем, включая человека ……………………….. 301
Вступление …………………………………………………………...
Современные представления о квантово-механической
организации клеточного уровня и его частотные характеристики ..
Роль
клеточной
мембраны
в
механизме
магнитоэлектрохимической генерации электрического тока и
электромагнитного поля ……………………………………………..
Выводы с позиций системной медицины …………………...
Список литературы …………………………………………………..
302
305
320
334
339
Послесловие к тому 1
К вопросу трансформации научной парадигмы с позиций
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ. Понятие
о системном информационно-энергетическом процессе …....... 347
Список литературы …………………………………………………... 364
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
Коллектив авторов выражает благодарность ООО «ГЕНЕЗИС
центр" (г. Киев, Украина) за содействие в издании этой
монографии.
Коллектив авторов выражает благодарность клиническому
ординатору кафедры внутренних болезней и медицины
неотложных состояний Полтавского государственного
медицинского университета А.С. Корпан за участие в переводе
монографии на русский язык.
ВСТУПЛЕНИЕ
Современный уровень научно-технических возможностей
позволяет изучать электромагнитные феномены в живых системах.
Благодаря техническому прогрессу регистрация и оценка
локальных электромагнитных показателей человеческого тела
стала возможной и постоянно совершенствуется, однако вопрос
возможностей применения в клинической медицине многих из
методик не изучены полностью. Дальнейшее развитие данного
научного направления чрезвычайно актуально и перспективно для
медицины, поскольку углубление знания о роли электромагнитных
феноменов в организме человека однозначно определяет
дальнейший путь постижения организации и функционирования
живого человеческого тела, суть феноменов биологической жизни,
здоровья как объективных состояний с позиций доказательности.
Целью
данной
монографии
является
определение
концептуальной системы взглядов на роль внутренних
электромагнитных полей и обоснования научной целесообразности
дальнейшего изучения направления относительно возможности их
использования в качестве диагностического показателя при
обследовании пациентов. Данное научное направление является
междисциплинарным и принципиально новым для внутренних
болезней. Указанные наработки будут способствовать углублению
фундаментальных знаний системной медицины, повышению
эффективности мероприятий по предупреждению и лечения
5
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
неинфекционных заболеваний путем усовершенствования их
диагностики и профилактики благодаря внедрению в медицинскую
практику современных наукоемких технологий, а также благодаря
трансформации существующей научной парадигмы с позиций
системной медицины.
Монография
подготовлена
в
междисциплинарной
консолидации медицинских и технических специалистов
коллективов двух высших учебных заведений:
1) Национальный университет здравоохранения Украины
имени П.Л. Шупика (Украина, 04112, г. Киев, ул. Дорогожицкая, 9),
координатор сотрудничества - заведующий кафедрой медицинской
информатики, профессор, доктор медицинских наук О.П. Минцер;
2) Полтавский государственный медицинский университет
(Украина, 36011, г. Полтава, ул. Шевченко, 23), координатор
сотрудничества заведующий кафедрой внутренних болезней и
медицины неотложных состояний, профессор, доктор медицинских
наук М.М. Потяженко, субкоординатор - доцент, кандидат
медицинских наук А.В. Невойт.
Монография является фрагментом выполнения инициативных
научно-исследовательских работ по темам «Разработка алгоритмов
и технологий внедрения здорового образа жизни у больных
неинфекционными заболеваниями на основании изучения
психоэмоционального статуса» (№ госрегистрации 0116U007798
УДК 613:616-052:159.942:616-03, срок выполнения 2016-2020 годы)
и «Разработка алгоритмов и технологий внедрения здорового
образа жизни у больных неинфекционными заболеваниями на
основании
изучения
функционального
статуса»
(номер
госрегистрации 0121U108237 УДК 613:616-056-06:616.1/9-03, срок
выполнения 2021-2025 годы).
Монография продолжает серию публикаций, направленных на
анализ, обобщение и глобализацию фундаментальных знаний в
рамках концепции системной медицины, основанную научной
школой во главе с проф., д.мед.н. О.П. Минцером (Национальный
университет здравоохранения Украины имени П.Л. Шупика,
г. Киев, Украина).
6
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
ПРЕДИСЛОВИЕ ОТ РЕДАКТОРОВ.
О НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕСМОТРА
СОВРЕМЕННОГО НАУЧНОГО ЗНАНИЯ О
ЧЕЛОВЕКЕ С ПОЗИЦИЙ СИСТЕМНОЙ
МЕДИЦИНЫ С УЧЕТОМ НОВЫХ ОТКРЫТЫХ
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЖИВОЙ МАТЕРИИ
Объективно существующая реальность не зависит от
субъективных представлений о ней человечества, и категорически не
обусловлена
уровнем
развития
и
степенью
понимания
фундаментальных
вопросов
человеческим
сообществом.
Существующая Вселенная такова, какова она есть. Природа и
материя устроены так, как они устроены. И задачей современной
науки остается продолжать пытаться достичь полной глубины
понимания фундаментальных вопросов функционирования живых
биологических систем, включая человеческий организм, в
соответствии с имеющимися научно-техническими возможностями
настоящего.
На современном этапе научного развития человечество
практически исследовало наноуровень строения вещества и подошло
к пониманию полевой организации его структуры. При этом стало
уже бесспорно очевидно, что все, что имеет место быть на планете
Земля, однозначно подчиняется универсальным законам, единым для
всей Вселенной и всего Космического пространства. Задача ученых
третьего тысячелетия - достичь единства истины понимания
фундаментальных вопросов организации материи и способствовать
7
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
торжеству системного научного знания во всех научных
направлениях.
Переосмысление новых знаний с позиций системной биологии и
системной медицины в первую очередь важно для практического
здравоохранения, так как это может открыть новые пути для решения
медицинских проблем, включая проблематику «кнута человечества» хронических неинфекционных заболеваний и стать основой для
дальнейшего прогресса медицины как трансдисциплинарной научной
отрасли.
Научные знания о наличии и физиологическом значении
электромагнитных явлений в человеческом организме наиболее
наглядно демонстрируют правильность этой идеи. Наша цивилизация
на протяжении всего своего существования занималась изучением
организации и функционирования человеческого тела. Однако только
около 250 лет назад произошел первый существенный научный
прорыв в этом направлении, а именно [1, 6, 10, 12, 18, 28]:
была предложена первая теория электричества (Бенжамин
Франклин, англ. Benjamin Franklin, «Опыты и наблюдения
с электричеством», 1747 год);
был установлен факт наличия электрических феноменов в
телах живых организмов (Луиджи Гальвани, итал. Luigi
Galvani, «Трактат о силах электричества при мышечном
движении", 1791 год);
изобретен первый источник постоянного тока (Алессандро
Вольта, итал. Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio
Gerolamo Umberto Volta, создание гальванического
элемента 1800 год).
До момента открытия электричества электрические явления
также бесспорно существовали, но человечеству были по существу не
известны и не ясны. Это, однако, не меняло факта их существования.
Накопление результатов научных исследований в указанной
области привело к более глубокому пониманию роли и места
электромагнитных феноменов в организации и функционировании
живых биологических систем, в том числе и в организме человека.
Сегодня факт наличия электромагнитной составляющей в теле
человека
является
неоспоримой
истиной
и
определение
8
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
электромагнитных параметров человеческого организма уже широко
используется в диагностических целях в медицине.
В первую очередь, наиболее распространенно используются
электрографические методы оценки электрической составляющей
живых биологических систем и функциональной деятельности
отдельных органов: электрокардиография, электроэнцефалография,
электромиография и др.
Во-вторых,
сегодня
распространение
получили
магнитографические методы оценки функциональной деятельности
органов и систем, в частности магнитокардиография и
магнитоэнцефалография. Данные методы, как в прошлом и
электрографические, за последний полувековой период применения
также заняли свое место в изучении электромагнитной
феноменологии функционирования человеческого организма.
Выполнение дальнейших исследований в этом направлении
достаточно актуально и перспективно с учетом совершенствования
диагностических подходов в современной медицине.
Третьим важным научным направлением продолжает оставаться
исследование
возможностей
использования
внешнего
электромагнитного воздействия на живые биологические системы как
с диагностической целью, так и с лечебной. Благодаря
существенному научному прогрессу стало возможно выполнять
диагностику имеющихся патологических изменений в тканях
человеческого организма благодаря оценке резонансного поглощения
или излучения электромагнитной энергии веществом, содержащим
ядра с нулевым спином на частоте, обусловленной переориентацией
магнитных моментов ядер - метод ядерного магнитного резонанса.
Сегодня метод ядерного магнитного резонанса нашел значительное
признание и широко используется в клинической медицине.
В фундаментальном естествознании ХХ века общепризнанным
стал факт, что электромагнитная феноменология является бесспорной
составляющей процесса жизнедеятельности живых систем и она
нивелируется при их переходе из состояния жизни в состояние
смерти. Данный аспект нашел практическое применение в фиксации
факта
биологической
смерти
человека
путем
снятия
электрокардиограммы и регистрации отсутствия электрической
активности сердечной мышцы – появления на электрокардиограмме
так называемой изолинии, свидетельствующей об отсутствии
9
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
электрической активности кардиомиоцитов. Указанная методика
подтверждения факта наступления смерти человека используется в
медицинской практике по всему миру. Безусловно, научно
признанным является факт прекращения электрической активности
головного мозга при наступлении смерти человека. Это также
используется в мировой медицине для диагностики смерти головного
мозга в условиях продолжающейся биологической жизни других
органов человеческого тела, например, при нахождении человека в
коме. Таким образом, тесная связь локальных органных
электромагнитных феноменов и феномена жизни биологических
систем является научно установленной и доказанной. Однако четкого
научного понимания, что именно составляет феномен биологической
жизни, в медицине пока сформулировано и комплексно не описаны
механизмы этих явлений и процессов. В данной монографии
коллективом
авторов
предпринята
попытка
обобщения
существующих меж- и трансдисциплинарных знаний для
восполнения этого научного пробела с позиций системной медицины.
Научный
поиск
нашей
человеческой
цивилизации
характеризовался этапностью, неравномерными темпами развития
различных научных направлений и напрямую зависел от уровня
технических возможностей и теоретического развития знаний. В виду
невозможности одновременного научного постижения объективной
реальности редукционный подход был долгое время логичным и
оправданным. Он разделил знания на фундаментальные науки
(математику, физику, химию, биологию и т.д.), на различные научные
направления и отрасли в рамках данных наук. Как следствие третьей
научно-технической революции и значительного информационного
«скачка» на сегодняшний день накоплен значительный пласт
принципиально новых научных знаний в соответствующих областях
фундаментальных наук. Сегодня проблемой стал так называемый
«информационный бум», когда количество новой научной
информации в каждой отдельно взятой научной отрасли стало
превышать физические возможности ее анализа конкретной
человеческой единицей. Поэтому для современной эпохи важными
научными
задачами
становятся
систематизация,
межи
трансдисциплинарное обобщение уже существующих научных
знаний. Это имеет принципиальное значение как для торжества
истины фундаментального мирового знания, так и для дальнейшего
10
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
прогресса трансдисциплинарных наук, к которым относится и
медицина.
Сегодня человеческий организм достаточно изучен как на
макроскопическом (органном, тканевом), так и микроскопическом
уровнях. При этом развитие электронной микроскопии и появление
новых методов гистологических исследований позволили науке
проникнуть на наноуровень клеточной организации и изучать
полевые/электромагнитные характеристики материи. Произошло
научно-экспериментальное проникновение в глубь материи и уже
изучены тонкие структуры химических элементов на уровне до 10 -8
см, углубленно понимание физических полей, открыты нуклоны,
размер которых 10-13 см, определены параметры электрона (m=9,1⋅1031
кг, радиус r=2,82x10-15 м, заряд q=1,6⋅10-19 Кл), рассчитана
фундаментальная постоянная Планка (h=6,62607015⋅10-34 кг м2 с-1
согласно изменениям в системе измерений - СИ, 2019) и
соответствующая ей по размеру наименьшая теоретически возможная
фундаментальная частица - максимон [7, 11-13, 17, 23].
На сегодняшний день этот научный прорыв наряду с
достижениями квантовой биофизики дал возможность пересмотра
сущности фундаментальных вопросов организации материи
человеческого организма на уровне микромира и механизмов
реализации процессов биоэнергетики атомарного уровня его тела. В
современных учебниках по медицинской биофизике уже появились
разделы,
описывающие
квантово-механические
основы
распределения уровней энергии в атомах и молекулах, квантовомеханические
особенности
строения
биомолекул,
спектры
поглощения ими энергии, и тому подобное. Как суммарный итог,
развитие физики периода конца ХХ - начала XXI веков было
ознаменовано заменой физической модели организации материи на
новую, основанную на квантовой теории поля [11-13, 16, 22, 23].
К сожалению, нужно отметить, что редукционный подход в
науке создал сложность в кооперации ученых различных
специальностей и в их междисциплинарном взаимодействии. Ученые
каждой отдельно взятой специальности знакомы со знаниями своей
дисциплины и недостаточно осведомлены в аспекте новых знаний и
открытий в других сферах научной деятельности. Рассматривая
медицину как чисто трансдисциплинарную сферу научного знания,
нельзя не отметить важность и категорическую необходимость
11
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
преодоления трудностей междисциплинарных научных разрывов и
объединения научных достижений в рамках системной медицины.
Внедрение новейших знаний как фундаментальных дисциплин, так и
их отдельных направлений на сегодняшний день необходимо для
дальнейшего прогресса отрасли и возможно откроет путь к
преодолению ряда нерешенных медицинских проблем человечества.
С этой целью в монографии были изложены и систематизированы в
виде фрагмента общей магнитоэлектрохимической теории обмена
веществ основные аспекты квантовой теории поля и принципиально
новые для врачей физические принципы энергообмена на макро- и
микроуровне живых систем, уже открытые современной
фундаментальной наукой, в частности физикой.
Развитие цифровых технологий и появление более совершенных
технических возможностей изучения микроуровня организации
клеток на уровне атомов и их полевых структур начали новую веху в
понимании электромагнитной феноменологии протекания процессов
в живых системах. Это сейчас требует обобщения, систематизации и
внедрения в практическую отрасль медицинской науки современных
результатов исследований этих явлений, а также трансформации
парадигмы их теоретического понимания. Сегодня научный мир
обладает многими новыми знаниями, решенными задачами в области
биофизики, биологии, биохимии в аспекте понимания механизмов
обмена веществ и организации материи как на микро-, так и на
макроуровне живых биологических систем, включая человека. Для
современной системной медицины важно собрать эти новые знания в
единое логическое целое. Данная монография имеет целью сделать
первую попытку обобщить имеющиеся научные знания в этой
области.
Обмен веществ является ключевым научным кластером для
истинного понимания функционирования и организации живой
материи, включая человеческий организм. Это так, поскольку именно
обмен веществ в живых биологических системах обеспечивает
непрерывное поступление энергии и субстанций, как базисных
структурно необходимых компонентов для формирования и
существования морфологического звена реализации феномена жизни.
Это так, поскольку именно обмен веществ обеспечивает дальнейшие
расход и трансформацию энергии, веществ в качестве основного
12
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
результата реализации биохимического звена феномена жизни.
Поступление и трансформация энергии и субстанций в живой
биологической системе вызывают возникновение в ней процессов
восприятия, уподобления, всасывания, усвоения, выделения веществ,
проявления активности органов чувств, умственной и физической
деятельности организма. Указанное в своей совокупности понимается
нами как феномен жизни биологической системы. Однако, при
пристальном рассмотрении феноменологии человеческой жизни,
необходимо отметить, что кроме поступления пищи, воды и воздуха,
необходимо обозначить ряд дополнительных необходимых
компонент, без которых жизнь будет невозможно. Эти составляющие
ранее в науке назывались «влияние пространства», а теперь под этим
понимается влияние электромагнитного излучения различного генеза,
в первую очередь - ближнего космоса и планетарного излучения
Земли - геомагнитного поля. Этот аспект будет изложен во втором
томе данной монографии с позиций системной медицины в
предложенной концепции единой природной энергетической системы
"ближний космос: излучение солнца → ионосфера Земли и
геомагнитное излучение → фотосинтез растений → клеточное
дыхание, митохондриальный синтез у животных → генерация
энергии человеческим организмом», - где будет предпринята попытка
комплексного
описания
электромагнитной
феноменологии
человеческого организма как части природного энергообмена. Это
еще раз демонстрирует универсальность законов энергообмена во
Вселенной, доказывает, что человеческий организм является
звеном/частью общей природной энергетической цепи и
подтверждает правильность именно системного подхода в
дальнейшем изучении процессов обмена веществ и энергии в живых
биологических системах, включая человека [14, 15].
Важными аргументами в обоснование концептуальной системы
взглядов
на
роль
внутренних
электромагнитных
полей,
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ при написании
этой монографии для коллектива авторов стали факты накопления
значительного пласта принципиально новых фундаментальных
знаний о роли электромагнитных феноменов в функционировании
человеческого организма.
13
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
С момента научного открытия электричества и явлений
биомагнетизма, а также со времен первого значимого 250-летнего
научного прорыва в мировой науке в этом направлении были
достигнуты новые, существенные научные вехи. Одним из самых
принципиальных и важных из них бесспорно является научное
доказательство того факта, что электромагнитные явления
составляют фундаментальную основу реализации межмолекулярных
процессов взаимодействия в живых системах, а именно:
то, что каждая живая клетка генерирует электромагнитное
излучение/поле высокой степени когерентности в ходе
реализации собственных метаболических процессов [2, 5,
13, 28];
при этом каждая живая клетка излучает биофотоны
сверхнизкой интенсивности без внешней стимуляции, что
также является проявлением ее электромагнитной
активности [2, 8, 11, 16, 22, 28];
ритм
электромагнитных
колебаний
является
индивидуальным для каждой тканевой структуры живого
организма [2, 5, 12, 13, 23];
электромагнитные излучения всех органных структур
упорядочиваются на организменном уровне и образуют
когерентные электромагнитные волны [2, 13, 22, 23];
биофотоны в организме человека могут перемещаться по
сети оптических каналов, которые описаны в научной
литературе под названием «первичная сосудистая система»
(англ. Primo Vascular System, PVS) [13, 22, 23, 24-27];
энергетические
свойства
биологической
молекулы
обусловлены ее химическим составом, электронной
структурой и волновыми функциями состояния электронов
в ее атомах [13, 16];
жизнедеятельность биомолекул в клетке обусловлена
энергетическим
функционированием
коллективизированной системы делокализованных πэлектронов, поэтому π-электроны названы «электронами
жизни», а путь преобразования солнечной энергии с их
участием в биологических системах - «электронной схемой
жизни» [16];
14
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
биомолекула - это своеобразная «энергетическая машина»,
которая трансформирует неспецифическую химическую
энергию аденозинтрифосфата (АТФ), в специфические для
данной молекулы электромагнитные энергетические
колебания/кванты - солитоны, представляющие собой
удлиненную волну деполяризации [4, 5, 13]; при этом
практически вся потребляемая организмом энергия в
процессах функционирования живого превращается в
солитоны, которые передаются главным образом по цепям
биополимеров, поддерживая их структуру, механические
конформации и химические взаимодействия [2, 4, 5, 13,
22];
в живых системах имеет место электромагнитное
структурирование молекул воды в энергонапряженные
кристаллические фрактальные цепи, связанные с
биополимерами водородными связями, которые способны
обеспечивать
передвижение
энергетических
квантов/солитонов без поглощения [4, 5, 13, 22];
водные цепи различных биополимеров смыкаются друг с
другом, образуя единую систему электромагнитных связей
между собой всех биомолекул клетки и всех клеточных
систем организма, обеспечивая управление жизненно
важными процессами в клетках путем резонансного
поглощения квантов энергии управляющих потоков и
обуславливая феномен «жизни», который с этой точки
зрения оказывается существованием энергонапряжённых
молекулярно-водных
систем,
целостность
которых
поддерживается потоками энергии в виде квантов
электромагнитного поля низкочастотного диапазона
(солитонов) [4, 5, 13] и т.д.
В ХХI веке были уже сделаны следующие фундаментальные
открытия:
открыт и исследован феномен сверхслабой эмиссии
фотонов, который свидетельствует о постоянном
излучении фотонов живыми тканями человека [13, 1922, 28];
15
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
открыт новый способ образования энергии в живых
биологических системах – пьезобиосинтез, который
заполнил пробел в знаниях о возможном механизме
перехода механической энергии в электрическую [3, 13];
открыта и продолжает изучаться новая анатомическая
структура тел млекопитающих - «первичная сосудистая
система» - Primo Vascular System - PVS, которая по
мнению ученых ответственна за транспорт и
распределение электромагнитной энергии [24-27];
наравне
с
электрографическими
методами
(электрокардиографией,
электроэнцефалографией)
практическое применение в мировой медицине получили
магнитокардиография и магнитоэнцефалография [9, 11].
Все эти новые физико-биологические знания требуют
интеграции в медицине и обусловливают необходимость
переосмысления многих парадигм патогенеза заболеваний.
Основной отличительной характеристикой освещения материала
является его комплиментарность. Использование подобного
концептуального подхода обусловлено тем, что врачи и научные
сотрудники работают в условиях многомерности, которая
предусматривает присутствие факторов риска и конфаундеров.
Согласно этого основной целью их деятельности является снятие
неопределенности
путем
практического
преобразования
возможностей в действительность, разрешения противоречий при
многовариантном развитии событий. Многовариантность развития
патологического
процесса, в
свою очередь,
связана
с
междисциплинарной и трансдисциплинарной оценкой состояния
пациента.
Комплементарный принцип анализа накопленной информации,
который широко применяется в данной монографии, должен дать
ответ на вопрос, как наилучшим образом подготовить молодых
врачей и ученых к современным условиям функционирования в
клинических
условиях,
осуществления
профессиональной
деятельности в ситуации традиционных и принципиально новых
рисков, учитывая, что необходимая скорость реагирования на них
постоянно увеличивается, а использование стандартов деятельности
16
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
сокращаются в силу роста неопределенности, а также непрерывного
появления и развития новых методов диагностики и лечения.
Подчеркивая необходимость развития междисциплинарного
мышления, авторы обращают внимание на то, что, прежде всего,
предстоит выяснить какие именно науки, какие дисциплины и в
каком объеме можно объединить в темпоральные кластеры, а с
какими сделать правильные выводы невозможно. С этой целью нами
принято решение классифицировать разделы различных научных
направлений по принципу их комплементарности к проблеме
создания и использования магнитоэлектрохимической теории обмена
веществ в организме человека. Общими проблемами остаются при
этом глобальные вопросы определения знаний, фиксации их
изменений и обусловленной ими коррекции принятия решений. В
общем плане структура знаний весьма сложная. Ранее [9] нами было
предложено выделять три кластера знаний (рис. 1).
Рис. 1. Структура знаний.
17
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
Первый кластер был назван по аналогии с древними генизами,
которые были хранилищем ценных исторических источников
(помним каирскую генизу, где, среди прочего, был обнаружен
Киевский лист). Основные знания (второй кластер) составляют
стержни классических знаний со специальными модулями
(импостами), которые предназначены для переноса элементов знаний
при отсутствии истинной трансдициплинарности. Наконец, третий
кластер составляют новые знания, которые не прошли еще
всестороннюю проверку. Именно такую классификацию при
создании проблемного описания каждой научной и практической
проблемы мы предлагаем использовать в медицине. Но серьезными
трудностями является отсутствие единой терминологической
структуры
знаний,
терминологические
и
семантические
неоднозначности,
трудности
упорядочения,
обусловленные
существованием связанных терминов, мультитерминальнисть и т.д.,
что делают задачи создания, поиска и обработки знаний чрезвычайно
тяжелыми. Поэтому крайне необходимым оказывается новая логика
обобщения накопленного материала.
Комплементарный подход, использованный нами в данной
монографии, имеет все основания рассматриваться как новое, и по
нашему глубокому убеждению, перспективное научное направление,
которое заполняет существующий методологический пробел не
только в научном описании результатов познания, но и в
практическом и образовательном использовании современных
теоретических выводов магнитоэлектрохимической теории обмена
веществ.
ОЗАР ПЕТРОВИЧ МИНЦЕР
18
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах.
ВАМ, 2019. 288 с.
2. Бойко В.В, Красноголовец М.А. Квантово-биологическая теория. Факт.
Харьков: Факт, 2003. 967 с.
3. Бойко В.В., Сокол Е.И., Замятин П.Н. Пьезобиосинтез: предпосылки,
гипотезы, факты: монография: в 4 т. Харьковский политехнический.
институт.
4. Галль Л.Н., Галль Н.Р. Коллективные процессы в биомолекулярных
системах. Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. №2. С. 141–
151.
5. Галль Л.Н. Физические принципы функционирования материи живого
организма.
Санкт-Петербург:
Издательство
Политехнического
университетата. 2014. 399 с.
6. Гальвани, Луиджи. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в
86 т. (82 т. и 4 доп.). Санкт-Петербург. С. 1890-1907.
7. Лучин А.А., Шапиро А.Л. Природа полей: взгляд с позиций
классической физики и опыта. Москва: URSS, 2010. 120 с.
8. Мінцер О.П., Ватліцов Д.В. Фотоактивність біологічних молекул як
можливий фактор корегування тригерзаалежних системних процесів
(перше повідомлення). Медична інформатика та інженерія. 2015. №4.
С. 7-10.
9. Мінцер О.П., Заліський В.М. Системна біомедицина: у 2 т. Т. 1:
Концептуалізація. Київ: Інтерсервіс, 2019. 549 с.
10. Сотина Б.С. Опыты и наблюдения над электричеством (Классика
науки) / ред. ст. и коммент.; пер. с англ. В.А Алексеева. Москва: АН
СССР, 1956. 271 с.
11.Потяженко М.М, Невойт А.В. Инновационные методики объективного
обследования с компьютерным тестированием в эволюции регистрации
физических феноменов врачом терапевтического профиля: история,
реальность, перспективы. Медична інформатика та інженерія. 2018.
№4. С. 58-65.
19
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
12.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека:
эволюция повторного научного открытия. Укр. мед. часопис. 2019.
№2(2) (130). С.10-13.
13.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека в
свете современных физико-биологических знаний, концепций, гипотез.
Український медичний часопис. 2019; 4(132), №2. С. 24–29.
14.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека как
часть природного энергообмена: значение для фундаментальной науки
и медицины (часть I). Український медичний часопис.2019; 5 (133), №1.
С. 24-29.
15.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека как
часть природного энергообмена: значение для фундаментальной науки
и медицины (часть ІІ). Український медичний часопис. 2019;6 (134),
№1. С. 41-44.
16.Самойлов В.О. Медицинская биофизика. Санкт-Петербург: СпецЛит,
2013. 591 с.
17.Сухонос С.И. Пропорциональная вселенная. Москва: Дельфис, 2015.
320 с.
18.Харламова Т.Е. История науки и техники. Электроэнергетика: учеб.
пособие. Санкт-Петербург: СЗТУ, 2006. 126 с.
19.Burgos R.C.R, Schoeman J.C, van Winden L.J., Červinková K., Ramautar
R., Van Wijk EPA, Cifra M., Berger R., Hankemeier T., van der Greef J.
Ultra-weak photon emission as a dynamic tool for monitoring oxidative
stress metabolism. Scientific RepoRts, 2017. Р. 1-9. DOI: 10.1038/s41598017-01229-x
20.Cifra M., Pospíšil P. Ultra-weak photon emission from biological samples:
defnition, mechanisms, properties, detection and applications. Journal of
Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2014. V. 139. Р. 2-10.
21.Esmaeilpour T., Fereydouni E., Dehghani F., Bókkon I., Panjehshahin M-R.,
Császár-Nagy N., Ranjbar M., Salari V. An experimental investigation of
Ultraweak photon emission from Adult Murine Neural Stem cells. Scientific
RepoRts, 2020. V.10. 453р. DOI: .org/10.1038/s41598-019-57352-4
22.Mintser O.P., Potiazhenko M.M., Nevoit G.V. Evaluation of the human
bioelectromagnetic field in medicine: the development of methodology and
prospects are at the present scientific stage. Wiadomości Lekarskie, 2019;
V.5. Р. 1117-1121. DOI: 10.36740/WLek202006139
23.Nevoit G.V., Potiazhenko М.М., Mintser О.P., Babintseva LYu. ElectroPhotonic Emission Analysis and Hardware-Software recoding of Heart Rate
Variability during an Objective Structured Clinical Examination. The World
of Medicine and Biology, 2020. V.4. Р. 107-111. DOI: 10.26724/2079-83342020-4-74-107-111
24.Soh K-S., Kang K.A., Harrison D.K. The Primo Vascular System. Its role in
cancer and regeneration. Springer. 2012. 336 p.
20
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
25.Stefanov M., Potroz M., Kim J. The Primo Vascular System as a new
anatomic system. J. Acupunct. Meridian Stud. 2013. №6(6). Р. 331–338.
26.Stefanov М., Kim J. Visualizing the peripheral Primo Vascular Systemin
mice skin by using the polymer Mercox. J. Pharmacopuncture. 2015.
V.18(3). Р. 75–79.
27.Stefanov М., Potroz М., Kim J. The Primo Vascular system as a New
Anatomic System. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 2013.
V.6(6). Р. 331-338.
28.Tinsley J.N., Molodtsov M.I., Prevedel R. Direct Detection of a Single
Photon by Humans. Nat. Commun. 2016. V.7. Р. 12-17.
29.Toybe Sh., Sagawa T., Ueda M., et al. Experimental demonstration of
information-to-energy conversion and validation of the generalized
Jarzynskiequality. Nature Physics. 2010. V.6. Р. 988–992.
21
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
КЛИНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
ПЕРЕОСМЫСЛЕНИЯ ОЦЕНКИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ФЕНОМЕНОВ ДЛЯ
ПРАКТИЧЕСКОГО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ С
ПОЗИЦИИ СИСТЕМНОЙ МЕДИЦИНЫ
Никогда еще наша цивилизация не находилась в таком
двойственном положении. С одной стороны, у нас имеются довольно
значительные успехи научно-технического прогресса, в том числе и в
сфере медицины. С другой - во всем мире отмечается пандемия
неинфекционных заболеваний. Так, несмотря на успехи
фармакотерапии, кардиохирургии, популяризацию здорового образа
жизни,
ежегодно
по
данным
Всемирной
организации
здравоохранения неинфекционные заболевания становятся причиной
смерти порядка 41 млн человек, из них 15 млн - это лица, не
достигшие возраста старости. В Украине показатели смертности от
неинфекционных заболеваний имеют критически высокий уровень и
по математическим расчетам могут привести к уничтожению
населения страны в течение следующих двух столетий [11, 18, 28-30].
Если проблема долгое время остается нерешенной, по нашему
мнению, следует попытаться взглянуть на нее под другим, новым
углом. С этой целью крайне важно и дальше пытаться отрабатывать
все новые научные открытия и разработки, продолжать
рассматривать все гипотетические возможности патогенеза и лечения
неинфекционных заболеваний.
XXI век уже ознаменован наличием значительного пласта
научных знаний нового уровня, наработанных физиками, биологами,
химиками, математиками и инженерами, по современным
фундаментальным вопросам видение организации и строения
22
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
материального мира, живой и неживой материи. Сегодня принципы
атомарного строения вещества доступны пониманию каждому
человека. Общепризнанным есть факт, что ядро атома - это
положительно заряженный протон, а вокруг него вращаются
отрицательно заряженные электроны. При этом и электроны, и
протоны являются сгустками энергии. От параметров, качественноколичественных характеристик этих энергий атомарного уровня и
зависят материальные проявления материи: ее внешний вид,
плотность, организация в пространстве. Этот принцип универсален и
распространяется на все существующее. В том числе это справедливо
и для тканей человеческого организма. Исходя из физических основ
строения, мы в конечном итого являемся на атомарном уровне
организованными сгустками энергии. И если раньше уровень
технического развития позволял ученым воспринимать это только как
гипотезу, то сегодня это - уже доказанный факт [17, 18].
Научно-технический
прогресс
обеспечил
медицинскую
клиническую
диагностику
высокоинформативным
инструментальными методами. Появлению каждого из них медицина
обязана открытиям в области физики. Началом изучения
биоэнергетической составляющей человека можно считать 1838 год,
когда с помощью гальванометра К. Маттеуччи (итал. C. Matteucci,
1811-1868) впервые доказал, что внешняя поверхность мышцы
заряженна электроположительно по отношению к ее внутренней
поверхности. В 1887 году была зарегистрирована первая
электрокардиограмма, в 1928 году - первая электроэнцефалограмма
человека. В начале ХХ века Де Ла Фюи (франц. De La Fuy) создал
первый прибор для электропунктуры. Благодаря дальнейшему
развитию этого научного направления сегодняшние технические
возможности позволяют изучать биоэлектрические феномены
отдельных клеток. В ХХ веке благодаря внедрению программноаппаратных компьютеризированных приборов электропунктурная
диагностика и электрография также вышли на новый виток развития
сегодня [16, 18, 19].
Благодаря дальнейшему развитию физики углубилось
понимание не только электрической, но и магнитной составляющей
энергетики человеческого тела. Так, в 1892-1894 годах впервые
научному миру был представлен новый метод использования
электромагнитного
излучения
газоразрядной
плазмы
для
23
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
визуализации живых организмов и обоснованно его применение в
медицине для оценки физиологического состояния организма «метод регистрации энергии выпускаемой живым организмом при
воздействии на него электрического поля», «электрография», (1890,
разработчик - Я.А. Наркевич-Иодко, Польша-Белоруссия). Метод
электрографии Наркевича-Иодко получил мировое признание ученых
своего времени, однако впоследствии был забыт [1, 9, 17, 18, 27].
В 1939 году способ визуализации электромагнитного поля
живых объектов был повторно открыт С.Д. Кирлианом и стал
известен под названием «кирлианография» (авторское свидетельство
№ 106401 на "способ фотографирования объектов в токах высокой
частоты", 1949). Но метод С.Д. Кирлиана был в СССР засекречен, что
значительно замедлило разработку физического объяснения данного
феномена. Физическая суть явления свечения объектов в токах
высокой частоты была раскрыта К. Коротковым (СССР-Россия).
Благодаря 50-летней работе российской школы под руководством К.
Короткова
кирлианография
была
усовершенствована
и
эволюционировала в новые методики - газоразрядную визуализацию,
а затем в анализ эмиссии фотонов в газовом разряде, которые
получили практическое внедрение и сейчас сертифицированы в 70
странах мира. В XXI веке данные методики получили технические
возможности цифровой обработки, компьютеризации, современное
программное обеспечение, серверы централизованного накопления и
дистанционные возможности обработки и анализа базы данных
результатов. Начиная с 80-х годов ХХ века благодаря научным идеям
и работам немецкого ученого П. Мандела (нем. P. Mandel, Германия),
который, опираясь на идеи древних восточных медицинских школ,
разработал секторальную схему интерпретации свечения в короне
газового разряда. Так появилось новое перспективное научное
направление оценки результатов применения данных методик в
клинической медицине. В Украине последние десятилетия изучением
этого направления продолжают заниматься киевская и днепровская
школы под руководством ученых-профессоров О.П. Минцера, Л.А.
Песоцкой. На сегодняшний день получено 4 патента, сделано более
100 научных публикаций относительно возможностей применения
метода в практическом здравоохранении [10, 12-15, 17, 18].
Значительный научный прорыв сделано в изучении
биомагнитных феноменов человеческого организма благодаря
24
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
применению метода магнитографии. Благодаря появлению в 70-х
годах ХХ века магнитометров на основе сверхпроводящих квантовых
интерференционных измерителей магнитного потока - датчиковградиометров СКВИД (от английского SQUID - Superconducting
Quantum Interference Device), указанные методики получили
возможность практического использования в клинической медицине
[5].
Конец ХХ века дал начало развитию отрасли информационной
медицины [17, 18, 22, 28]. Так стали использоваться радиометры для
изучения радиосигналов и спектров инфракрасных частот
информационных сигналов человека и т.д.
Таким образом биоэлектрическая и биомагнитная составляющие
человеческого организма, как и принципы атомарного строения тела,
стали уже неоспоримыми с позиций доказательной медицины и
продолжают изучаться. Детальное изучение электромагнитной
физиологии человеческого тела является перспективным научным
направлением с междисциплинарных позиций системной биологии и
системной медицины.
Другой вопрос, что существует проблема: несмотря на научное
признание, данный пласт фундаментальных знаний не прошел
полной интеграции именно в академической медицине. Вопрос
электромагнитной сущности атомарного строения является давно
понятым и признанным в физике. Давно понятно, что химические
свойства
вещества
обусловлены
электромагнитными
характеристиками атомов, образующих его. Этот факт давно
преподается в школах и в высших учебных заведениях. Но научная
мысль ученых-медиков ограничивается пока рассмотрением
молекулярного уровня строения человеческого тела и доминирующей
продолжает оставаться биохимическая парадигма обмена веществ и
соответственно патогенеза заболеваний внутренних органов.
Большинство современных ученых-медиков в своей практической
деятельности продолжают руководствоваться взглядами-знаниями,
наработанными
коллегами
клиницистами
XIX-XX
веков,
диагностируя и леча болезнь только по показателям патологических
изменений
в
органах,
тканях
органов,
клетках
и
молекулах/биохимических параметрах. Известные биологические
магнитоэлектрические проявления жизнедеятельности человеческого
25
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
организма рассматриваются медиками узкопрофильно и больше как
симптомы дополнительных методов исследования, а не с позиций
первопричины. Например, электрокардиографические изменения
являются дополнительными методами диагностики в кардиологии, и
тому подобное.
Однако, исходя из современных физических знаний, очевидно,
что все биохимические реакции, которые происходят в теле человека
имеют электромагнитную природу. То есть весь обмен веществ в
человеческом теле - это электромагнитные процессы по своей
физической сути. Соответственно и вполне логично, что
электромагнитные явления образуют основу того человеческого
состояния, которое называется жизнью, и нивелируются при
переходе в другое состояние, названный смертью физического тела.
Правомерно полагать, что именно электромагнитные явления
обусловливают те суммарные физические ощущения, называемые с
позиций медицины состоянием здоровья или болезнью. И видимо,
количественные и качественные электромагнитные суммарные
характеристики человеческого тела обусловливают степень
человеческого здоровья, особенности расстройства энергетического
обмена соответствуют тому или иному заболеванию, а исчерпания
или прекращение образования электромагнитной энергии в тканях
живого биологической системы приводит к ее гибели биологической смерти. При возникновении патологии в органах тела,
мы имеем полное право считать, что меняются в первую очередь
энергетические характеристики электронов и ядер атомов, что
вызывает изменения в молекулах, а дальше изменения проявляются
на более высоких иерархических уровнях строения - в клетках,
тканях, органах и их системах. Никогда неинфекционные
заболевания не возникали мгновенно. Манифестации любой болезни
предшествует
значительный
доклинический
период
без
патологических
отклонений
в
традиционно
исследуемых
биохимических показателях сред человеческого организма. Но уже в
доклиническом периоде, когда патогенетические факторы запустили
механизмы
патологической
трансформации
на
атомарных
энергетических уровнях, человек не является здоровым, хотя и не
имеет клинически значимых симптомов для диагностики согласно
существующих стандартных алгоритмов ведения данных групп
пациентов.
26
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
Ключевой мыслью данной монографии является идея взгляда на
болезнь или здоровье как на суммарные энергетические состояния
атомов клеток тех или иных тканей. Принятие и дальнейшее изучение
этой идеи определенно может способствовать углублению
фундаментальных знаний о функционировании человеческого
организма в норме и при патологии, и в конечном итоге привести к
решению многих проблем в медицине, в том числе и в аспекте
борьбы с неинфекционными заболеваниями.
Важно
понимать,
что
электромагнитные
проявления
обусловливают такие принципиальные аспекты жизненной
активности человека как ментальная и эмоциональная сферы. Этот
факт является подтвержденным изменениями при регистрации
электроэнцефалограмм и магнитоэнцефалограмм в ходе ментальной и
эмоциональной нагрузки респондентов. Доказано, что многие
заболевания из группы неинфекционных заболеваний являются
психосоматозами. Доказана роль психосоматической составляющей
при ишемической болезни сердца, гипертонической болезни,
язвенной болезни желудка, язвенной болезни двенадцатиперстной
кишки и многих других заболеваниях внутренних органов. Стресс
давно уже признан универсальным этиопатогенетическим фактором,
угнетающим иммунную систему организма и являющимся главным
пусковым механизмом, приводящим к клиническому проявлению
болезни любого органа и системы. Однако, как собственно работает
психическая сфера, как и через какие конечные механизмы
воздействия происходит влияние ее на ткани, органы и системы
человеческого организма, полных и достаточно убедительных данных
описания этих механизмов в фундаментальной медицине до
настоящего времени нет. Поэтому патогенез гипертонической
болезни, как и множества психосоматических заболеваний,
психической этиопатогенетической составляющей в механизмах
развития неинфекционных заболеваний остаются практически не
изученными. В то же время просмотр имеющихся фундаментальных
знаний через призму магнитоэлектрохимичной концепции обмена
веществ и организации функционирования человеческого организма
мог бы принципиально раскрыть и объяснить многие вопросы. Так с
позиций доказательной медицины астеновегетативный синдром как
бы и не существует, поскольку на сегодняшний день медицина и
научная практика никак не могут подтвердить его наличие
27
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
инструментально, а главное объяснить до конца механизм появления
единой жалобы у пациента на «отсутствие сил». Таким образом
имеется
большой
практический
клинический
опыт,
свидетельствующий, что астенический синдром существует, но пока
отсутствует его четкое научное объяснение и возможность
подтверждения дополнительными методами исследования с позиций
ортодоксальной классической медицины. Однако если применить
подходы системной медицины, экстраполировать имеющиеся
физические знания квантовой физики на процессы обмена веществ,
происходящие в соответствующих клетках и тканях человеческого
организма, то можно получить научное объяснение этого
клинического синдрома. Это можно сделать, исходя именно из
позиций магнитоэлектрохимической теории обмена веществ,
физическая концептулизация котороя изложена в первом томе данной
коллективной монографии.
Открытым для обсуждения вопросом остается методология
дальнейшего изучения биоэлектромагнитной составляющей в
практической медицине. Как ранее было отмечено, на сегодняшний
день в медицинской практике технически могут быть использованы
три способа:
1) графическая запись магнитного поля (магнитография)
2) фотографирование магнитного поля (кирлианография,
газоразрядная визуализация)
3) регистрация электрических потенциалов с поверхности тела
(электропунктурная
диагностика/кожно-гальваническое
тестирование).
Магнитография является общепризнанным методом оценки
человеческого биологического магнетизма, который наиболее
успешно развивается. Установлено, что магнитное поле человека
порождается переменными биотоками, имеет индукцию 10–14-10–11 Тл
и выходит за пределы физического организма. У человека самый
сильный электромагнитный сигнал дает сердце. Технология
магнитокардиографического
картирования
развивалась
на
протяжении свыше 40 лет. Вследствие важности изучения
деятельности сердца человека с учетом актуальности проблемы
неинфекционных заболеваний работы в магнитокардиологии долгое
28
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
время количественно лидировали в сфере биомагнитных
исследований. Подобные исследования проводились и в Украине.
Еще в 2007 году ведущие разработчики этой методики у нас в стране
были отмечены Государственной премией Украины в области науки
и техники. Также в массмедиа украинскими учеными было заявлено о
создании новой усовершенствованной модели магнитокардиографа,
разработанной
специалистами
радиофизического
факультета
Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина при
сотрудничестве с центром Института космических исследований
города Львова. Применение метода магнитокардиографического
картирования в качестве скрининговой технологии обследования
больших групп пациентов по своей чувствительности, клинической
информативности и абсолютной безопасности не имеет аналогов. К
основным преимуществам магнитного картирования можно отнести
не только неинвазивность, но и в первую очередь, возможность
выявления циркуляторных компонент токов действия и абсолютное
отсутствие влияния анизотропной среды (тело человека), которая
окружает сердце. Продемонстрировано, что региональные изменения
дисперсии реполяризации, которые достаточно четко отражаются на
эпикардиальной поверхности сердца, в большинстве случаев не
находят отражение как в результатах поверхностной 12-электродной
электрокардиографии, так и в результатах 64-электродного
электрокардиографического картирования. Такое ограничение
чувствительности потенциальных измерений на поверхности тела
обусловлено пространственной конфигурацией кардиологических
электрических источников и отображением результатов их
регистрации в скалярном виде. Принципиально важно, что
магнитокардиография фиксирует первичные изменения магнитного
поля в сердце человека, что является признаком зарождения болезни:
ишемии, аритмии, сердечной недостаточности. Традиционной же
электрокардиограммой можно определить только факт уже развитой
болезни [3, 16-18, 21]. Указанное свидетельствует в пользу,
выдвинутой авторами монографии идеи, что болезнь или здоровье это отражение суммарного энергетического состояния атомов тканей.
К сожалению, магнитокардиограф из-за значительной стоимости
оборудования имеются лишь в единичных крупных клинических
центрах. Это принципиально ограничивает использование метода.
Так магнитокардиограф работает в Национальном научном центре
29
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
Института кардиологии имени академика М.Д. Стражеско. Пока
магнитокардиография продолжает оставаться недоступной в качестве
рутинного обследования на первом-третьем уровнях оказания
медицинской помощи в Украине.
Относительно исследования магнитного поля головного мозга
пока имеет место аналогичная ситуация. Данное обследование
недоступно для рутинной медицинской практики также по причине
высокой стоимости оборудования. Однако успехи физикоматематических наук в области атомарной магнитометрии вывели
магнитоэнцефалографию в лидеры современных технологий
нейроимиджинга, позволив регистрировать сверхслабые магнитные
поля головного мозга от единиц фемтотесла до единиц пикотесла.
Метод имеет уникальные характеристики, которые позволяют с
высокой точностью локализовать источники активности нейронных
популяций коры головного мозга человека в пространстве и времени,
исследовать базовые сенсорные и моторные функции мозга,
динамику когнитивных процессов памяти, внимания, эмоций,
мозговых механизмов речи. Ведущими компаниями-разработчиками
продолжается работа в направлении оптимизации оборудования с
целью сделать его дешевле, компактнее и мобильнее, достичь еще
более высокой точности картирования [17-19, 20, 23, 28].
В отличие от магнитографии сделать анализ эмиссии фотонов в
газовом разряде с пальцев рук пациента технически более просто.
Принцип метода основан на фоторегистрации живого объекта после
воздействия на него высокочастотным полем. Использование анализа
эмиссии фотонов в газовом разряде с пальцев рук пациента в клинике
внутренних болезней может в будущем стать существенным вкладом
в представления о патогенезе многих заболеваний. XXI век
характеризуется не только пандемией неинфекционных заболеваний,
но и полиморбидностью пациентов. Это значительно меняет и
усложняет клинико-диагностический поиск и возможности
назначения обоснованного персонифицированного адекватного
лечения. В то же время с помощью анализа эмиссии фотонов в
газовом разряде с пальцев рук пациента за несколько минут по
характеру и типу свечения в определенных сегментах
зафиксированного изображения может быть проведен быстрый
объективный скрининг общего состояния человека, дана оценка его
30
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
валеологического статуса и сделаны предварительные выводы
относительно возможной локализации патологических процессов со
стороны органов и их систем. Подобная быстрая верификация
симптоматики у пациента с помощью анализа эмиссии фотонов в
газовом разряде с пальцев рук пациента может, на наш взгляд,
представлять собой неоспоримое преимущество для ранней
диагностики заболеваний в условиях работы семейного врача в
амбулатории на первом и втором уровнях оказания медицинской
помощи. На сегодняшний день рост уровня фундаментальных знаний
в области физики способствует пересмотру существующих
стереотипов трактовок энергоинформационной медицины и
клинических возможностей ее методик. Уникальность данного
метода заключается и в том, что чувствительность анализа эмиссии
фотонов в газовом разряде с пальцев рук пациента позволяет
регистрировать и проводить объективную оценку изменений
магнитного поля человека в ходе даже изменения его
эмоционального статуса (гнев, депрессия, радость и т.д.). Это может
открывать будущую перспективу дальнейшего научного изучения
психической и психосоматической составляющих патогенеза
заболеваний. К сожалению, анализ эмиссии фотонов в газовом
разряде с пальцев рук пациента пока в клинической медицине не
получил широкого применения. После изобретения метода супругами
Кирлиан в 30-е годы ХХ века в СССР, в Украине были продолжены
работы в Украинском научно-исследовательском институте
технологий машиностроения города Днепропетровска для решения
задач космических полетов. С.Ф. Романий разработал и
сертифицировал прибор для газоразрядной визуализации магнитного
поля человека, который прошел клинические испытания на кафедрах
Днепропетровской государственной медицинской академии в СССР.
Медиками днепропетровской школы был сделан значительный
научный вклад в создание базы фундаментальных знаний по этому
направлению. В основу были взяты принципы диагностики по
терминальным точкам акупунктурных меридианов за доктором П.
Манделом (P. Mandel, Германия), разработаны методические
рекомендации, утвержденные Министерством здравоохранения
Украины по применению кирлианографии в различных областях
медицины. Пионерами украинской школы кирлианодиагностики
были Г.В. Дзяк, Л. Новицкая-Усенко, С. Мунтян, О.П. Минцер, Л.И.
31
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
Найден, Л.А. Песоцкая, И. Гулевская, Д.К. Рукавишникова. В
Украине также была разработана более усовершенствованная модель
прибора-регистратора эффекта Кирлиан - «РЭК-1». Сконструирована
она была инженером А.С. Надхо. В виду экономически-финансовых
сложностей
работа
по
внедрению
технологии
остается
незавершенной, хотя и продолжается сейчас энтузиастами-учеными
украинской школы под инициативным руководством О.П. Минцера.
Несмотря
на
значительное
перспективность,
высокую
информативность метода, отсутствие финансирования данной
разработки и неурегулированность юридической стороны вопроса
регистрации прибора препятствуют пока широкому использованию
анализа эмиссии фотонов в газовом разряде с пальцев рук пациента в
практическом здравоохранении [12-15, 17, 18, 28].
Третий возможный метод исследования электромагнитных
параметров
человеческого
организма
электропунктурная
диагностика/кожно-гальваническое тестирование. На сегодняшний
день это достаточно изученная, научно-практически обоснованная,
адаптированная к идеологии современной медицины и наиболее
доступная методика для широкого использования в практическом
здравоохранении. Суть ее диагностических подходов предполагает,
что любые патологические процессы в тканях организма создают
свой, специфический паттерн частотно-волновых параметров и
соответственно изменяют показатели электропроводности и/или
других биофизических характеристик в репрезентативных точках на
коже. Указанное позволяет, измерив и оценив значение этих
показателей, судить о функциональном состоянии пациента [4-8].
Значение этого метода для развития биоэнергетической и
фундаментальной медицины действительно уникальное. Именно
электропунктура впервые дала возможность наглядно подтвердить и
топически
«визуализировать»
ход
энергетических
каналов/меридианов
на
коже
человека,
трансформировав
акупунктуру из успешного, но эмпирического направления в научное.
Электропунктура дала возможность научно подтвердить истинность
многих канонов знаний древней восточной медицинской системы,
положив начало их осознанной интеграции в западную медицину.
Она лишена недостатков двух предыдущих методов: оборудование
компактное, мобильное, имеет относительно доступную стоимость,
32
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
сертифицировано и разрешено к продаже в Украине и за рубежом как
приборы медицинского назначения. Гипотетически ими может быть
оснащен кабинет любого семейного врача или медицинский
стационар, что также создает предпосылку возможности массового
его использования. Относительным препятствием к его широкому
повсеместному применению пока является исключительно
недостаточная информированность врачей терапевтического профиля
о сущности и клинических возможностях методики, а также неполная
интегрированность новых фундаментальных знаний в академическую
медицину. Начиная со старта в западной медицине 100 лет назад и до
сегодняшнего времени, научное развитие метода электропунктуры
происходило в основном в сегментах рефлексотерапии и
традиционной (народной) медицине. Развитию электропунктуры в
Украине, как и в других странах постсоветского пространства
способствовало постановление Государственной комиссии Совета
Министров СССР №211 от 06.06.1989 года о создании и внедрение
приборов экспресс-диагностики для совершенствования методов и
достоверности оценки состояния пациента, оснащения медицинских
учреждений простыми и эффективными средствами диагностики.
Благодаря энтузиазму и настойчивости ряда ученых постсоветских
стран, прежде всего Ю.В. Готовскому, на сегодняшний день эта
задача может считаться гипотетически выполненной. Сейчас ряд
методов не только имеют утвержденную на государственных уровнях
методическую базу, официальную регистрацию и разрешение на
использование, но благодаря компьютеризации и современному
программному обеспечению приборов, могут быть использованы в
исследованиях доказательной медицины. Компьютерные технологии
сделали возможными автоматическую регистрацию показателей
измерений, быструю статистическую обработку полученных данных,
повысили информативность и наглядность электропунктурной
диагностики, сделав ее результаты пригодными к статистической
обработке, а сами обследования удобными для практического
применения в здравоохранении. Наиболее известными аппаратными
методами являются технические приборы аурикулярной диагностики,
электропунктурной диагностики по методам Р. Фолля (нем. Reinhold
Voll, 1909-1989, Германия), X. Шиммель (H. Schimmel, Германия) электропунктурный вегетативный резонансный тест, методы И.
Накатани (Y. Nakatani, Япония), К. Акабане (K. Akabane). Последнее
33
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
десятилетие наметилась тенденция к расширению применения этих
приборов
среди
стоматологов,
травматологов,
в
сфере
восстановительной медицины. Доказана значительная клиническая
эффективность
аппаратных
методов
рефлексотерапии
при
невропатиях, полиневропатиях, дорсопатиях, постинсультных
расстройствах, в лечении функциональных расстройств нервной
системы [5-8, 22, 25, 26]. В перспективе использование
электропунктурной диагностики в комплексной диагностике больных
неинфекционными заболеваниями может иметь как значительную
научную ценность, так и принципиально оптимизировать алгоритмы
ведения пациентов с данным нозологиям. Следует отметить, что
данный метод в отличие от двух предыдущих характеризуется
наличием не только диагностических, но и лечебных возможностей.
Речь идет о так называемой биорезонансной терапии. Это
увеличивает его потенциальную практическую ценность для врачейинтернистов [7, 17, 18, 24].
Все
перспективные
вышеупомянутые
три
метода
дополнительного исследования электромагнитной составляющей
человеческого тела
являются
принципиально различными,
самостоятельными
научными
направлениями.
Результаты,
полученные в ходе их применения, могут дополнять друг друга. В
целом
исследование
биоэлектрической
и
биомагнитной
составляющих человеческого тела - это очень наукоемкий
медицинский раздел, который находится на стыке многих научных
направлений. Его дальнейшее развитие напрямую зависит с одной
стороны от современных достижений в области физики, техники и
информационных технологий, с другой - от человеческого фактора:
от готовности медицинских умов воспринять и обработать
накопленные новые знания, проработать идеи их грамотного,
доступного и адекватного использования в медицине и в будущем от
подготовки
необходимого
количества
профессиональных
медицинских кадров.
Как утверждает философия: мир - это объективно
существующая реальность, не зависящая от познающего его ума.
Физические и биологические законы природы существуют и
работают независимо от человеческого знания и понимания их.
34
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
Электричество и магнетизм существовали и до официального
открытия их наукой. Аналогично человек имеет такое строение тела
как имеет. Справедливости ради надо отметить, что многие
выдающиеся
наши
коллеги-ученые
прошлого
предвещали
энергетическую природу строения организма человека [17, 18].
Так В.М. Бехтерев писал, что «индивид есть результат
воздействия внешних энергий, он сам есть скопление энергий,
главным аккумулятором которых есть клеточные элементы» [2].
Я.А. Наркевич-Иодко принадлежит высказывание, что «... весь
мир окружен и наполнен электричеством. Каждый человек является
электрической машиной, которая, с одной стороны, производит
электричество (один его сорт - животное электричество) и отдает
в окружающую среду, а с другой стороны - поглощает
электричество (другой его сорт - атмосферное электричество) из
окружающей среды. Таким образом, в организме человека идет
постоянный обмен между двумя сортами электричества, и к тому
же в каждом состоянии отдельно напряжение электричества в
организме бывает разным. Настроение, заболевания различными
болезнями сопровождается определенными и для каждого случая
постоянными напряжениями в организме» [1, 9, 27].
Технический уровень науки того времени не давал возможности
на том историческом этапе рассматривать этот факт, как аксиому.
Сегодня
магнитоэлектрохимическая
сущность
строения
человеческого тела является уже доказанным научным фактом. Перед
нами, учеными-медиками современности, теперь стоит задача
ресинтеза имеющегося научного пласта наработанных знаний с
последующей их интеграцией в фундаментальную и практическую
медицину. Выражаем мнение, что это один из основных путей
современного и реального научного поиска, который может привести
человечество к решению проблемы неинфекционных заболеваний и
реальных изменений методологических подходов в работе врачей
внутренней медицины.
Магнитоэлектрохимическая
теория имеет
значительный
парадигмальный
трансформирующий
потенциал
и
создает
предпосылки для значительного углубления фундаментальных
знаний в медицине и клинике внутренних болезней, в частности [17,
18]:
35
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
В
ревматологии
знания
механизмов
функционирования первичной сосудистой системы и
биохимических
процессов
с
учетом
их
магнитоэлектрической компоненты и трансформации
биофотонов в соединительной ткани обусловливают
возможность просмотра патогенеза системных
заболеваний соединительной ткани и открытие новых
подходов к их терапии.
Эти знания также могут на современном научном
уровне дать объяснения проявлениям кожной
симптоматики при заболеваниях внутренних органов,
а также создать новое научное направление в
дерматологии и аллергологии.
Иридодиагностика, диагностика по изменениям на
языке, зоны Захарьина-Геда и другие наработки
рефлексологии могут быть пересмотрены с позиций
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ и
получить новое современное научное объяснение.
Достижения квантовой биофизики позволяют поновому взглянуть на медикаментозную терапию, а
именно изучать, как тот или иной фармакологический
агент через механизмы акцепции электронов влияет на
клеточный
метаболизм
и
системный
электромагнитный статус человека.
Более глубокое понимание человеком себя как
неотъемлемой
энергетической
части
мирового
космического
пространства
также
может
способствовать
ее
внутренней
гармонизации,
популяризации здорового образа жизни и улучшению
взаимопонимания между людьми.
Знание и понимание системных электромагнитных
энергетических взаимодействий и преобразований в
организме человека может с позиций системной
медицины помочь разобраться в том, как сигналы
окружающего мира управляют активностью генов,
понять эпигенетические механизмы воздействия на
ДНК, объяснить сущность единства психического и
36
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
физического здоровья и энергоинформационного
взаимодействия.
Имплементация
в
академическую
медицину
новейшего кластера представлений о системных
энергетических электромагнитных взаимодействий и
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ
позволило бы решить существующий сегодня в
медицине парадокс, когда высокая клиническая
эффективность и представления о механизмах влияния
лечебного фактора в таких высокотехнологичных
методов, как биорезонансная терапия, диагностика по
Р. Фоллю, рефлексотерапия, гомеопатия, магнито- и
лазеротерапия, светотерапия и т.д., находятся как бы
вне сферы фундаментальных медицинских знаний,
несмотря на доказанность физиками, математиками,
инженерами и высокую эффективность практики
клинического применения.
Научно-перспективным представляется дальнейшее
изучение электромагнитных данных с биологически
активных точек/зон кожи человека с использованием
современных технологий. Для этого существуют
реальные
предпосылки,
поскольку
аппаратура
компьютеризированного метода электропунктурной
диагностики
является
зарегистрированной
в
Государственном реестре медицинской техники и
изделий медицинского назначения и является
разрешенной к использованию в медицинской
практике в Украине. Научный интерес может
представлять оценка возможностей ее применения в
терапевтической практике и семейной медицине в
алгоритмах скрининг-тестирования коморбидных
состояний
у
больных
неинфекционными
заболеваниями,
а
также
с
целью
оценки
валеологического статуса пациентов.
Подходы с современных физико-биологических
позиций могут дать ключ к дальнейшему решению
мировых медицинских проблем XXI века, таких как
пандемия хронических неинфекционных заболеваний 37
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
сердечно-сосудистой патологии, сахарного диабета,
рака.
При этом магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ не
противоречит существующей системе научного знания, но дополняет
и углубляет ее, позволяя научно понять именно фундаментальные
явления существования материи, а в медицине - феномены
биологической жизни, здоровья и смерти человеческого организма.
В заключение предисловия о проблеме хотелось бы вспомнить
слова Виктора Гюго: «Есть что-то более сильное чем все войска на
свете: это идея, время которой пришло».
МАКСИМ МАКАРОВИЧ ПОТЯЖЕНКО
38
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Березкина Н.Ю., Гапоненко О.А. Яков Оттонович НаркевичИодко (1847—1905): биобиблиографический указатель. науч.
ред. Киселев В.Н. Национальная академия наук Беларуси.
Комиссия по истории науки. Центр. науч. б-ка им. Я. Коласа.
Минск: Беларуская навука, 2010. 240с.
2. Бехтерев В.М. Коллективная рефлексология: монография.
Москва: Наука, 1993. 480 с.
3. Бородай А.А., Сосницкая Т.В. Магнитокардиография:
непонимание и разочарование от дефицита знаний. Укр.
кардиол.
журн.
2008.
№7.
URL:
http://medic.ua/bolezn/magnitokardiografiya-neponimanie-i-r/
4. Василенко А.М., Готовский Ю.В., Мейзеров Е.Е., Блинков И.Л.,
Королева
Н.А.,
Каторгин
В.С.
Электропунктурный
вегетативный резонансный тест: метод. рекомен. № 99/96.
Министерство здравоохранения Российской Федерации, Науч.практ. центр традиционной медицины и гомеопатии. Москва,
2000. 25 с.
5. Гаврилова Н.А., Коновалов С.В., Резаев К.А., Гаврилов А.П.,
Фадеев А.А., Дубова М.Н., Мейзеров Е.Е. Электропунктурная
диагностика по методу И. Накатани: метод. рекомен. №2002/34
Министерство здравоохранения Российской Федерации, Науч.практ. центр традиционной медицины и гомеопатии. Москва,
2002. 32 с.
6. Готовский М.Ю., Мейзеров Е.Е. Опыт эффективного
применения современных аппаратных методов диагностики и
лечения заболеваний, основанных на холистической модели
здоровья.
Комплементарная
медицина:
состояние
и
перспективы правового регулирования. 2015. 54-61.
39
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
7. Готовский М.Ю., Перов Ю.Ф., Чернецова Л.В. Биорезонансная
терапия: монография. 3-е изд. Москва: ИМЕДИС, 2003. 206 с.
8. Готовский Ю.В., Самохин А.В. Практическая электропунктура
по методу Р.Фолля: учеб. пособ. 5-е изд. Москва: ИМЕДИС,
2017. 620 с.
9. Грыбкоўскі В.П., Гапоненка В.А., Кісялёў У.М. Прафесар
электраграфіі і магнетызму: Якуб Наркевіч-Ёдка. Мінск: Навука
і тэхніка, 1988. 69 с.
10.
Кришень П.Ф., Пісоцька Л.А., Найдьон Л.Н., Дементій
Н.П., Демчик О.М. Застосування методу кірліан-графічної
оцінки функціонального стану організму людини в
гастроентерологічній практиці: метод. реком. МОЗ України.
Київ, 2004. 11 с.
11.
Круглий стіл Верховної Ради на тему «Перемогти смерть:
ключові чинники, що впливають на тривалість життя українців»
від
10
червня
2019
року.
URL:
https://rada.gov.ua/print/172805.html
12.
Мачерет Є.Л., Мінцер О.П., Чуприна Г.М., Пісоцька Л.А. та
ін. Застосування експрес-методу кірліан-графічної оцінки
функціонального стану організму людини для встановлення
судинних порушень в області голови та адаптації організму до
них: метод. рекомен. МОЗ України від 8.11.04 р. № 275. Київ,
2004. 10 с.
13.
Песоцская
Л.А.
Кирлианография
в
медицине.
Днепропетровск,
2008.
107
с.
URL:
http://www.kirlian.dp.ua/index.php/effekt-kirlian
14.
Пісоцька Л.А., Гриценко О.М. Спосіб експрес-оцінки
адаптаційних резервів організму людини: Деклараційний Патент
України на корисну модель №6602 А61В5/05. Бюл. № 5. 2005.
15.
Пісоцька Л.А. Кірліан-діагностика в терапевтичній
практиці: інформаційний лист. Дніпропетровськ, 2003. 2 с.
16.
Полякова И.П. Магнитокардиография: историческая
справка, современное состояние и перспективы клинического
применения. Креативная кардиология. 2011. №2. С. 103-133.
17.
Потяженко М.М., Невойт А.В. Инновационные методики
объективного обследования с компьютерным тестированием в
эволюции регистрации физических феноменов врачом
40
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
терапевтического профиля: история, реальность, перспективы.
Мед. інформ. інженер. 2018. №4. С. 57-65.
18. Потяженко М.М., Невойт А.В. Неінфекційні захворювання:
пошук альтернативних рішень проблеми з біофізичних позицій.
Практикуючій лікар. 2019. №1. С. 57-62.
19.
Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система
человека: что известно официальной медицине? Укр. мед.
часопис. 2018. №6 (2)(128) С. 22-24.
20.
Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система
человека: эволюция повторного научного открытия. Укр. мед.
часопис. 2019. №2(2)(130). С. 10-13.
21.
Сосницкий В.Н., Стаднюк Л.А., Сосницкая Т.В.
Магнитокардиография: новый взгляд на старые идеи. Серце i
судини. 2004. №4. С.73-78.
22.
Фадеев А.А., Мейзеров Е.Е. Актуальные вопросы
применения электропунктурной диагностики по Р.Фоллю в
отечественном здравоохранении: матер. XX межд. конф.
«Теоретические
и
клинические
аспекты
применения
биорезонансной и мультирезонансной терапии». Часть 1.
Москва: ИМЕДИС, 2014. С. 112-117.
23.
Шестакова А.Н., Буторина А.В., Осадчий А.Е., Штыров
Ю.Ю.
Магнитоэнцефалография
–
новейший
метод
функционального
картирования
мозга
человека.
Экспериментальная психология. 2012. №2(5). С. 119–134.
24.
Яновский О.Г., Карлыев К.М., Королева Н.А., Кузнецова
Т.В., Готовский Ю.В. Возможности компьютеризированной
электропунктурной диагностики по методу Р. Фолля в терапии
методами рефлексотерапии и гомеопатии: Методические
рекомендации № 98/232 Министерство здравоохранения
Российской Федерации, Научно-исследовательский институт
традиционных методов лечения. Москва, 1999. 32 с.
25.
Boytsov I.V., Belousova T.E. Interrelations between Electrodermal
Activity and Internal Diseases. Human Physiology. 2015. №6(41) Р.
659-666.
26.
Boytsov I.V. Punctural diagnostics: modern look at the method. The
New Armenian Medical Journal. 2013. V.2(7). С. 47-59.
27.
Decrespe M. La vie et les œuvres de M. de Narkiewicz-Iodko,
membre et collaborateur de l’Institut impérial de médecine
41
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: вступление
expérimentale de Saint-Pétersbourg, membre of correspondant de la
Société de médecine de Paris, ets, ets. Marius Decrespe. Paris:
Chamuel, 1896. 51 p.
28.
Mintser O.P., Potiazhenko M.M., Nevoit G.V. Evaluation of the
human bioelectromagnetic field in medicine: the development of
methodology and prospects are at the present scientific stage.
Wiadomości Lekarskie, 2019. V.5, II. Р. 1117-1121. DOI:
10.36740/WLek202006139
29.
Mintser O.P., Semenets V.V., Potiazhenko M.М.,
Рodpruzhnykov P.М., Nevoit G.V. The study of the electromagnetic
component of the human body as a diagnostic indicator in the
examination of patients with Non-communicablediseases: problem
statement. Wiadomości Lekarskie. 2020. V. 6 (73). С. 1279-1283.
DOI: 10.36740/WLek202006139
30.
WHO: Noncommunicable diseases: key facts (2018) URL.:
http://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/noncommunicablediseases.
42
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
ГНОСЕОЛОГИЯ И ЗНАЧЕНИЕ С
ПОЗИЦИЙ СИСТЕМНОЙ
МЕДИЦИНЫ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ФЕНОМЕНОЛОГИИ ЖИВЫХ
БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ГЛАВА 1
Наука - это не только развитые современные
теории, но и
фантастический предыдущий опыт (генизы
знаний), новейшие гипотезы и предложения, которые
упорядочиваются и систематизируются для
создания универсума знаний.
- О.П. Минцер
43
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Вступление. Комплементарный блок. Гносеология
представлений о строении материи: взгляды
донаучного периода, взгляды научного периода:
период ранних научных представлений о строении
материи,
период
сложившихся
научных
представлений, период современного изучения.
Квантовая теория поля.
Значение
современных
электромагнитных
представлений об организации материи с позиции
системной медицины.
Выводы
Вступление.
Для понимания сущности течения обмена веществ в живых
биологических системах, включая человеческий организм,
принципиально важным является знание организации и принципов
функционирования живой материи на субатомном, атомарном,
молекулярном и клеточном уровнях.
Собственно, начало изучению данного вопроса положил
Альберт Сент-Дьoрди (венг. A.Szent-Györgyi, 1893-1986, ВенгрияСША; нобелевский лауреат 1937 за цикл работ по биологическому
окислению), который называл эту отрасль знаний биоэлектроника и
опубликовал одноименную книгу, в которой писал:
«Без
сомнения,
молекулярная
биология
достигла
замечательных успехов и создала мощную основу для биологии.
Однако, есть указания, что она оставила в стороне основные
проблемы, если не целые пласты, так как некоторые из базовых
вопросов остались не раскрытыми и даже не поставленными.
Также не объяснен механизм преобразования энергии, химической
энергии в механическую, электрическую или осмотическую работу.
Эти трансформации тесно связаны с самой основой жизни».
XXI век был ознаменован для человечества принципиальным
идейным переворотом в физике, значительным прорывом в
44
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
биологии и в естествознании в целом. Поэтому на сегодняшний день
можно уже говорить о частичном решении ряда вопросов,
актуализированных в цитате великого биофизика. А именно сегодня
уже [27, 37, 40, 42]:
произошло научно-экспериментальное проникновения в глубь
материи и изучены тонкие структуры химических элементов на
уровне до 10–8 см,
углубленно научное понимание сути физических полей,
открытые нуклоны, размер которых 10–13 см,
определены параметры электрона:
m=9,1⋅10-31 кг, радиус r=2,82⋅10-15 м, его заряд q=1,6⋅10-19 Кл;
рассчитана
фундаментальная
постоянная
Планка
-34
2 −1
(h=62607015⋅10 кг м ·с ) и соответствующая ей размером
наименьшая теоретически возможна фундаментальная частица
- максимон.
Этот научный прорыв одновременно с достижениями
квантовой биофизики на сегодняшний день дал возможность
углубить понимание фундаментальных вопросов организации
материи человеческого организма на уровне микромира и течения
процессов биоэнергетики атомарного уровня его тела. В
современных учебниках медицинской биофизики появились
разделы,
описывающие
квантово-механические
основы
распределения уровней энергии в атомах и молекулах, квантовомеханические особенности строения биомолекул, спектры
поглощения ими энергии, и тому подобное. Как суммарный итог,
развитие физики периода конца ХХ - начала XXI веков было
ознаменовано заменой физической модели организации материи на
новую, основанную на квантовой теории поля [2, 6, 14, 40].
Указанные новые фундаментальные знания обладают
значительным парадигмальнотрансформирующим потенциалом и с
позиции системной медицины обусловливают теоретическую
основу для дальнейшей трансформации электрохимической
концепции обмена веществ в живых биологических системах,
включая человеческий организм, в магнитоэлектрохимическую.
Таким образом, более глубокий уровень научного проникновения в
вопрос фундаментальной организации материи на субатомарном
уровне должен найти теоретический отклик в научных медицинских
умах современности.
45
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Комплементарный блок.
Гносеология представлений о строении материи
Гносеологию представлений о строении материи условно делят
на два периода изучения представлений о строении материи:
1) донаучный/натурфилософский (от античности до становления
экспериментального естествознания в XVI-XVII веках);
2) научный (с XVI-XVII веков до настоящего времени).
Взгляды донаучного периода.
донаучный период был назван натурфилософским.
В это время были сформулированы два представления о
структуре материи:
(1) континуальная доктрина Аристотеля;
(2) атомическая концепция Демокрита.
Подробнее:
(1) континуальная доктрина Аристотеля (древ. греч. Ἀριστοτέλης, 384322 до н.э., Древняя Греция);
основные положения: - признавалась бесконечная делимость материи;
- материя непрерывна; - пространство является вместилищем, которое
заполнено материей непрерывно, без пустот; - материя изначально является
бесструктурной;
(2) атомистическая концепция Демокрита (древ. греч. Δημόκριτος, ок.
469-370 до н.э., Древняя Греция);
основные положения: - материя делима до определенного предела - до
атомов, которые могут соединяться различными способами и порождают все
многообразие объектов и явлений реального мира; - мир образован двумя
фундаментальными началами - атомами и пустотой, а материя обладает
атомистической структурой.
Атомизм как концепция дискретного строения материи был
первой теоретической программой объяснения целого как суммы
отдельных составляющих его частей, которая объясняла сущность
течения природных процессов результатом механического
взаимодействия атомов, их притяжением и отталкиванием.
Механическая программа описания природы атомистической
концепции Демокрита стала основой классической механики
Ньютона, которая доминировала в представлениях научного
периода изучения материи до начала XX века [46, 55].
46
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Взгляды научного периода.
Научный период начался в XVI веке с момента появления
методологии научного метода описания природы и продолжается до
настоящего времени. Условно научное изучение строения вещества
можно разделить на три части:
(1) период ранних научных представлений (XVI-ХVIII века);
(2) период сложившихся научных представлений (XIX век первая половина XX века);
(3) период современного изучения (вторая половина XX века XXI век).
Период ранних научных представлений о строении материи.
К раннему научному периоду изучения можно отнести научный
вклад Г. Галилея (итал. Galileo Galilei, 1564-1642, Италия), И. Ньютона
(англ. Isaac Newton, 1642-1727, Англия), Р. Декарта (франц. René
Descartes, 1596-1650, Франция) Х. Гюйгенса (нидерл. Christiaan
Huygens, 1629-1695, Голландия), Т. Юнга (англ. Thomas Young, 17731829, Англия), А.Ж. Френеля (фр. Augustin-Jean Fresnel, 1778-1827,
Франция), М. В. Ломоносова (1711-1765, Россия), Л. Лавуазье (фр.
Antoine Laurent de Lavoisier 1743-1794, Франция), Ж. Пруста (фр.
Joseph Louis Proust 1754-1826, Франция), Дж. Дальтона (англ. John
Dalton, 1766-1844, Англия), А. Авогадро (итал. Lorenzo Romano
Amedeo Carlo Avogadro di Quaregna e Cerreto, 1777-1856, Италия) и др.
В этом периоде был развит механический подход к описанию
природы, ставший основой для открытия многих законов и теорий
(гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла,
молекулярно-кинетическая теория и т.д.). Это обусловило огромные
успехи в развитии физики и сформировало ее лидирующее положение
среди других фундаментальных наук того времени.
Механическая физическая картина мира и научнотеоретическая методология научного метода описания
природы Г. Галилея.
Подробнее:
- XVI век - ученый-естествоиспытатель, физик Г. Галилей (итал. Galileo Galilei,
1564-1642, Италия) впервые в истории науки сделал описание механической
физической картины мира и разработал принципиально новую научнотеоретическую методологию научного способа описания природы; - в процессе
изучения ученым стали выделялись только определенные физические и
47
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
геометрические характеристики объекта, которые и становились предметом
научного исследования; - это позволило строить теоретические модели и
проверять их в условиях научного эксперимента; - данный подход стал основой
будущего классического естествознания [7-9].
Механистическая картина мира Ньютона.
Подробнее:
- физик, математик, механик и астроном И. Ньютон (англ. Isaac Newton, 16421727, Англия) на основании трудов Г. Галилея, разработал строгую научную
теорию механики, описывающую движение небесных тел, движение земных
объектов универсальными законами. Основные положения: - материя
рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц
- атомов и корпускул; - пространство, в котором находится материя,
рассматривалось как трехмерное, которое описывается евклидовой геометрией и
абсолютно постоянно и всегда находится в покое; - время представлялось как
величина, не зависящая ни от пространства, ни от материи; все физические
процессы подчиняются законам механики; - движение рассматривалось как
перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с
законами механики; - все физические явления сводились к перемещению
материальных точек [20, 74, 75].
Концепция абсолютной дуальности Р. Декарта.
Подробнее:
- философ, физик, математик, физиолог, механик Р. Декарт (франц. René
Descartes,
1596-1650,
Франция)
дал
философское
обоснование
механистическому пониманию природы.
Основные положения: - мир можно описать совершенно объективно, без учета
человека-наблюдателя (концепция абсолютной дуальности, то есть
независимость мышления и материи) - Вселенная - это гигантский механизм, в
котором события и процессы представляют собой цепь взаимосвязанных причин
и последствий; - вера в предсказуемость (считалось, что теоретически можно
точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или
предсказать будущее с абсолютной уверенностью) [52, 54].
Научные сложности в объяснении оптических и
электромагнитных
явлений
продемонстрировали
несовершенство концепции механистической картины мира.
Подробнее:
- в XVIII-XIX веках в науке стали активно изучаться две условно новые
отрасли явлений - оптические и электромагнитные, которые не могли быть
48
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
полностью объяснены в рамках знания механической картины мира; - например,
оптические явления описывались одновременно как механической
корпускулярной теорией, так и волновой теорией; - такие оптические явления,
как дифракция и интерференция, объяснялись некоторыми физиками лишь
волновой теорией [53]: Х. Гюйгенс (нидерл. Christiaan Huygens, 1629-1695,
Голландия), Т. Юнг (англ. Thomas Young, 1773-1829, Англия), А.Ж. Френель (фр.
Augustin-Jean Fresnel, 1778-1827, Франция) и др.; - суть интерференции
описывалась парадоксальным утверждением: «свет, добавленный к свету, не
обязательно дает более сильный свет, но может давать более слабый и даже
темноту, и причина в том, что свет представляет собой не поток
материальных частиц, а колебания упругой среды или волновое движение».
Период сложившихся научных представлений.
Принципиальный научный вклад был сделан такими учеными как М.
Фарадей (англ. Michael Faraday, 1791-1867, Англия), Дж. К. Максвелл (англ.
James Clerk Maxwell, 1831-1879, Англия), Г. Герц (нем. Heinrich Rudolf Hertz,
1857-1894 Германия), Р. Кирхгоф (нем. Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887,
Германия), Р. Бунзен (нем. Robert Wilhelm Bunsen, 1811-1899, Германия), В.
Рентген (нем. Wilhelm Conrad Röntgen; 1845-1923, Германия), А. Беккерель (фр.
Antoine Henri Becquerel, 1852-1908, Франция), Дж. Дж. Томсон (англ. Joseph John
Thomson, 1856-1940, Англия), П. Кюри (фр. Pierre Curie, 1859-1906, Франция),
М. Кюри-Склодовская (польск. Maria Skłodowska-Curie, Польша-Франция) , Э.
Резерфорд (англ. Ernest Rutherford; 1871-1937, Англия), П. Виллард (фр. Paul
Ulrich Villard, 1860-1934, Франция), Ф.Содди (англ. Frederick Soddy; 1877-1956,
Англия), Н. Бор (дат. Niels Henrik David Bohr 1885-1962, Дания), Л. де Бройль
(фр. Louis-Victor-Pierre-Raymond, 1892-1987, Франция), М. Планк (нем. Max Karl
Ernst Ludwig Planck , 1858-1947, Германия), А. Эйнштейн (нем. Albert Einstein,
1879-1955, Германия), Р. Милликен (англ. Robert Andrews Millikan 1868-1953,
США), Э. Шредингер (нем. Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger, 1887-1961,
Австрия), В. Гейзенберг (нем. Werner Karl Heisenberg, 1901-1976, Германия), В.
Паули (нем. Wolfgang Ernst Pauli, 1900-1958, Австрия-США), Ч. Вильсон (англ .
Charles Thomson Rees Wilson; 1869-1959, Англия), Ф. Астон (англ. Francis William
Aston; 1877-1945, Англия) Э. Лоури нс (англ. Ernest Orlando Lawrence; 1901-1958,
США), В. Боте (нем. Walther Wilhelm Georg Bothe; 1891-1957, Германия), Д.
Кокрофт (англ. John Douglas Cockcroft; 1897-1967, Англия), Э. Уолтон (англ.
Ernest Thomas Sinton Walton; 1903-1995, Англия), Дж. Чедвик (англ. Sir James
Chadwick; 1891-1974, Англия) Д .Д. Иваненко (1904-1994, СССР), К. Андерсоном
(англ. Carl David Anderson; 1905-1991, США), Э. Ферми (итал. Enrico Fermi;
1901-1954, США), Х. Юкава (яп. 湯 川秀 樹, 1907-1981, Япония), О. Ган (нем.
Otto Hahn; 1879-1968, Германия), Ф. Штрассман (нем. Fritz Strassmann, 19021980, Германия), И.В. Курчатов (1903-1960, СССР), В.И. Векслер (1907-1966,
СССР), Р. Фейнман (англ. Richard Phillips Feynman, 1918-1988, США).
В этот период представления механистической картины мира
были заменены на электромагнитную, состоялось признание
49
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
существования электромагнитного поля как нового вида физической
реальности, было открыто диалектическое единство двух
классических противоположностей - частиц и волн - корпускулярноволновой дуализм, произошло формирование нового раздела атомной физики, а также ее дальнейшее существенное развитие.
Создание концепции о двух видах материи.
Подробнее:
- эксперименты физика-химика М. Фарадея (англ. Michael Faraday, 1791-1867,
Англия) и теоретические работы физика, математика, механика Дж. К.
Максвелла (англ. James Clerk Maxwell, 1831-1879, Англия) в области
электромагнитных явлений изменили представление о дискретном веществе как
о едином виде материи и положили начало пониманию электромагнитной
строения картины мира.
- 1845 год - стало понятно, что учение об электричестве и оптика являются
взаимосвязанными и образуют единую сферу: свет и электричество имеют
единую сущность - это было научно обосновано М. Фарадеем.
- 1862 год - Дж. Максвеллом была открыта система дифференциальных
уравнений, описывающих электромагнитное поле. Идеи М. Фарадея стали
исходным пунктом исследований Дж. Максвелла, который, используя
математические методы, формализировал модель силовых линий Фарадея в
математическую формулу; в его теории вспомогательное математическое
понятие «поле сил» переросло в самостоятельную физическую реальность –
электромагнитное поле: «электромагнитное поле – это та часть
пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в
электрическом или магнитном состоянии», - таким образом Дж. Максвелл
математическим путем нашел систему дифференциальных уравнений,
описывающих электромагнитное поле, и обобщил все ранее установленные
экспериментальные законы электромагнитных явлений (Кулона, Ампера, БиоСавара) и открытое М. Фарадеем явление электромагнитной индукции [28-30,
32-36, 49, 50].
- конец XIX века - произошло научное признание существования
электромагнитного поля как нового вида физической реальности. Это
обусловило возврат от идей атомизма к континуальной концепции строения
материи. Но эта идея не отрицала атомистической концепции вообще, а отрицала
лишь ее конкретную механическую модель. Кроме того, атомизм был возрожден
еще на более глубоком уровне строения материи - само электричество оказалась
«атомистичным», то есть таким, которое состоит из электронов - мельчайших
электрически заряженных частиц.
- 1888 год - единая сущность света и электричества была экспериментально
подтверждена физиком Г. Герцем (нем. Heinrich Rudolf Hertz, 1857-1894
Германия). Им было установлено, что в результате искровых разрядов между
50
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
двумя заряженными шариками появлялись электромагнитные волны. Г. Герц
рассчитал скорость распространения электромагнитных волн, при этом
оказалось, что она равна скорости света [2, 6, 53]. Это прямо подтвердило
гипотезу Дж.К. Максвелла о том, что электромагнитные волны
распространяются со скоростью света.
Был открыт качественно новый вид материи, в физике окончательно
утвердилось понятие поля, как объективно существующей физической
реальности и была сформулирована концепция двух видов материи. Основные
положения: - материя существует в двух видах: дискретного вещества и
непрерывного поля, имеющих различную сущность; - вещество дискретное и
состоит из атомов, а поле - непрерывное; - вещество обладает массой, а поле нет; - вещество мало проницаемо, а поле полностью проницаемо; - скорость
движения вещества <<с (с=300000 км/с - скорость света), где скорость
распространения поля равна с.
Была установлена особенность электромагнитного излучения различных
длин волн: электромагнитные излучения больших длин волн обнаружили в
основном континуальные волновые свойства света, а малых длин волн (гаммаизлучение) - дискретные (корпускулярные) или квантовые свойства [2, 6, 14, 19,
26, 61].
Таким образом научное естествознание начала XX века открыло
диалектическое единство двух классических противоположностей частиц и волн, и выразило его «философски» как корпускулярноволновой дуализм.
Возникновение и развитие физики атома (атомной физики).
Подробнее:
ХVIII-XIX века - атомно-молекулярное учение активно развивалось благодаря
работам множества ученых: многогранного ученого-естествоиспытателя М.В.
Ломоносова (1711-1765, Россия), химиков Л. Лавуазье (фр. Antoine Laurent de
Lavoisier 1743-1794, Франция), Ж. Пруста (фр. Joseph Louis Proust 1754-1826,
Франция), Дж. Дальтона (англ. John Dalton, 1766-1844, Англия), физика А.
Авогадро (итал. Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro di Quaregna e Cerreto,
1777-1856, Италия) и др.
Однако к концу XIX века в естествознании господствовала точка зрения,
что атом является наименьшей неделимой частицей простого вещества.
- Конец XIX-начало XX веков - научное естествознание вышло на уровень
исследования микромира. Научные открытия этого периода опровергли
представление об атомах как о конечных и неделимых структурных элементах
материи:
- 1858-1860 годы - впервые было получено научное подтверждение сложной
структуры атома. Р. Кирхгофом (нем. Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887,
Германия) и Р. Бунзеном (нем. Robert Wilhelm Bunsen, 1811-1899, Германия).
Они, изучая спектры испускания и поглощения различных веществ, обнаружили,
-
51
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
что
каждому
химическому
элементу
соответствует
характерный,
индивидуальный набор спектральных линий в спектрах испускания и
поглощения. Опыты по изучению ионизации, открытия и исследования
катодных лучей привели ученых к выводу, что атомы имеют сложную структуру
и состоят из мелких отрицательно заряженных частиц [14, 26, 65, 69].
- 1895 год - открытие В. Рентгеном (нем. Wilhelm Conrad Röntgen; 1845-1923,
Германия) X-лучей/рентгеновского излучения. В ходе эксперимента с
излучением, которое возникает вблизи анода разрядной трубки, было
обнаружено, что излучение, свободно проходит сквозь непрозрачные для света
предметы. Большая проникающая способность рентгеновского излучения была
объяснена короткой длиной его волны. Видимый свет имеет длину волны (48)·10–5 см, в то время как длина волны рентгеновского излучения равна 3·10–7 –
10–8 см.
Были установлены основные свойства рентгеновского излучения: - много
материалов оказались прозрачными X-лучей; - X-лучи не отклонялись в
электрическом и магнитном полях; - тела, наэлектризованные положительно или
отрицательно, разряжались под действием X-лучей; - X-лучи вызывают
почернение фотографических пластинок; - многие вещества флюоресцировали
под действием X-лучей; - длины волн рентгеновского излучения λ~3·10-8 ÷107
см, что гораздо меньше длин волн видимого света λ=(4÷8)·10-5 см.
Открытие рентгеновского излучения имело большой общественный
резонанс и значительную практическую ценность для медицины. За открытие
рентгеновских лучей в 1901 году В. Рентгену была присуждена Нобелевская
премия.
- 1896 год - физик А. Беккерель (фр. Antoine Henri Becquerel, 1852-1908,
Франция) открыл явление радиоактивности: изучая люминесценцию, он
случайно обнаружил, что соли урана имеют излучения и без предварительного
осветления.
Излучение было похоже на рентгеновское: проходил через непрозрачные
предметы и слабо поглощалось веществом. В отличие от рентгеновского
излучения для его получения не нужно было источник высокого напряжения: соли урана излучали непрерывно, спонтанно; - на излучение солей урана не
влияли никакие внешние воздействия; - излучения урана было сначала назван
лучами Беккереля.
Новое открытие установило, что радиоактивное излучение - это
самопроизвольное превращение неустойчивых ядр атомов в результате ядерных
эмиссий (альфа-, бета-, гамма-лучей, открытых позднее) в другие ядра
химических элементов.
За открытие радиоактивности в 1903 году А. Беккерелю была присуждена
Нобелевская премия по физике. [2, 14, 53].
- 1897 год - физик Дж. Дж. Томсон (англ. Joseph John Thomson, 1856-1940,
Англия) открыл новую отрицательно заряженную частицу, входящую в состав
всех атомов - электрон.
52
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Дж. Томсон, изучая излучение различных газов, которые заполняли
разрядную трубку, показал, что независимо от состава газа, заполняющего
разрядную трубку, в результате разряда образуются одинаковые мелкие
частицы, которые имеют отрицательный электрический заряд. Частица была
названа электроном. Электрон имеет массу примерно в 2000 раз меньше, чем
масса самого легкого атома водорода. Дж. Томсон считал, что отрицательно
заряженные корпускулы катодных лучей являются первичными частицами, из
которых состоит вся материя. [76, 77].
- 1897 год - была создана модель атома Дж. Томсона: положительные
заряды были «распределены» по сфере, в которую были «вкраплены» электроны,
как «изюм в булке».
За значительные заслуги в теоретических и экспериментальных
исследованиях электрической проводимости газов в 1906 году Дж. Томсону
была присуждена Нобелевская премия по физике [53, 77].
- 1898 год - П. Кюри (фр. Pierre Curie, 1859-1906, Франция) и М. КюриСклодовская (польск. Maria Skłodowska-Curie, Польша-Франция), изучая
явление радиоактивности, открыли новые элементы - полоний и радий.
За исследования радиоактивности в 1903 году П. Кюри и М. КюриСклодовская получили Нобелевскую премию по физике. За открытие элементов
радия и полония, изучение свойств радия, получение радия в металлическом
состоянии и осуществление экспериментов, связанных с радием в 1911 году М.
Кюри-Склодовская получила Нобелевскую премию по химии [43-45].
- 1899 год - Э. Резерфорд (англ. Ernest Rutherford; 1871-1937, Англия)
воздействуя на излучение урана магнитным полем, исследуя поглощения
фольгой различной толщины, установил, что оно состоит из двух типов частиц.
Короткопробежные положительно заряженные частицы он назвал α-частицами.
Отрицательно заряженные частицы, которые имели больший пробег в веществе,
были названы им β-частицами.
За исследования по превращению элементов и за химические исследования
радиоактивных веществ в 1908 году Э. Резерфорду была присуждена
Нобелевская премия [41, 34, 53].
- 1900 год - П. Виллард (фр. Paul Ulrich Villard, 1860-1934, Франция) открыл
нейтральное γ-излучения урана. Обнаружена способность излучения урановых
солей ионизировать воздух была использована для определения источников
излучения Беккереля. Вскоре было установлено, что соединения тория также
самопроизвольно испускают лучи Беккереля. [43-45, 53].
- Появление новой терминологии: по предложению М. Кюри, вещества,
испускающие лучи Беккереля, стали называть радиоактивными, само явление радиоактивностью. Считалось, что радиоактивность - атомное свойство. П.
Кюри обнаружил, что радиоактивные вещества имеют температуру выше
окружающей среды: испускание радиоактивного излучения веществом приводит
к его нагреву. Изучая радиоактивность урана, М. Кюри обнаружила, что
химически чистый уран имеет гораздо меньшую радиоактивность, чем соли
урана.
53
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
В физике появился новый термин - активность радиоактивного источника.
В качестве единиц активности источники были выбраны Кюри и Беккерель:
1 Беккерель = 1 распад/с,
1 Кюри = 3,7·1010 распад/с;
активность 1 Кюри соответствует распаду 1 грамма радия вместе с
продуктами его распада.
- Э. Резерфорд при исследовании радиоактивности урана, тория, радия,
обнаружил, что радиоактивные вещества, испуская α-частицы, превращаются в
другие химические вещества, которые отличаются от исходных по своим
физическим и химическим свойствам: при распаде радия образовывался
радиоактивный газ - эманация радия (радон Rn), который также испускал αчастицы. Однако радиоактивность радона Rn полностью пропадала в течение
нескольких часов. Это противоречило всем случаям неизменной
радиоактивности, которая наблюдалась до этого. Оказалось, что
радиоактивность вещества может уменьшаться и вовсе исчезать. Очень скоро
стало понятно, что уменьшение радиоактивности различных веществ
происходит с разной скоростью. Число частиц, испускаемых радиоактивным
веществом, уменьшается со временем экспоненциально.
Для описания этого свойства радиоактивного вещества была введена новая
характеристика - период полураспада.
Период полураспада - это время, в течение которого количество
радиоактивного вещества уменьшается в 2 раза.
Период полураспада различных радиоактивных веществ меняется в очень
широких пределах от 10–17с до 1022 лет. При изучении распада радия Э.
Резерфорд установил, что α-частицы - это атомы гелия, в которых оторвано два
электрона. Для этого он собрал α-частицы, образующиеся в результате распада
эманации радия в разрядной трубке и показал, что при разряде в трубке видно
спектральные линии гелия. Так было доказано, что α-частицы - это
ионизированные атомы гелия.
В результате экспериментов, выполненных Э. Резерфордом, было впервые
показано, что одни химические элементы могут спонтанно превращаться в
другие химические элементы [2, 34].
- Ф. Содди (англ. Frederick Soddy; 1877-1956, Англия) сформулировал
закон радиоактивного смещения, согласно которому при излучении α-частицы
один химический элемент превращается в другой, расположенный на два места
ниже в периодической таблице, а β-излучения вызывает смещение химического
элемента на одно место выше. На основе закона смещения была получена
последовательность распада многих радиоактивных элементов.
Например, цепочка последовательных распадов 238U:
54
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
- γ-излучения непосредственно не связано с преобразованием элементов.
Оно возникает, если в результате α- и β-распада образуется возбужденное ядро,
которое после испускания γ-кванта, переходит в более низко расположенное по
энергии состояние. Этот процесс аналогичен испусканию излучения атомом.
Таким образом в научном естествознании стало очевидно, что
атом является делимым и имеет сложную структуру и ряд
неизвестных ранее свойств и характеристик.
Открытие сложной структуры строения атома стало крупнейшим
научным событием ХХ века, которое предопределило начало новой физики и
породило стремление науки понять детали организации атома – был начат
поиск модели его строения:
- 1904 год - физик Хантаро Нагаока (яп. 長 岡 半 太郎, Nagaoka Hantarō,
1865-1950, Япония) представил строение атома в модели, аналогичной строению
Солнечной системы: положительно заряженная часть атома – это Солнце, вокруг
которого по кольцеобразным орбитам движутся электроны, как планеты вокруг
Солнца [53, 61].
- 1912 год - открытие ядра атома Э. Резерфордом (англ. Ernest Rutherford
1871-1937, Англия) Э. Резерфорд открыл, что положительные заряды - протоны
являются сосредоточенными в ядрах атомов.
В ходе экспериментов с альфа-частицами (масса альфа-частица примерно
составляет 8000 масс электрона) была открыта новая элементарная частица протон.
Протон - это ядро атома, это положительно заряженная частица, размером
около 10-14м, в которой фактически сосредоточена вся масса атома (размер
самого атома составляет 10-10м). В атоме водорода вокруг ядра вращается всего
лишь один электрон. Заряд ядра водорода положителен и равен по модулю
заряду электрона, имеет массу в 1836 раз большую массы электрона. Это
показало неверность модели атома Томсона и свидетельствовало в пользу
правильности планетарной модели атома Нагаока. Однако планетарная модель
атома Резерфорда/Нагаока противоречила законам электродинамики Максвелла,
так как по законам электродинамики, электрон, который вращается вокруг ядра,
должен был излучать электромагнитные волны, теряя энергию на излучение, и
впоследствии электрон должен был «упасть на ядро», а атом «прекратить» свое
существование. Но в действительности этого не происходит, атомы устойчивы и
могут существовать, не излучая электромагнитных волн [53, 61, 66].
- 1913 год - физик Н. Бор (дат. Niels Henrik David Bohr 1885-1962, Дания)
решил это противоречие, сформулировав два знаменитых постулата (постулаты
Бора).
Постулаты Бора стали основой принципиально новых теорий микромира квантовой механики и квантовой электродинамики.
Н. Бор обосновал постулаты, исходя из идеи М. Планка о существовании
квантов электромагнитного поля, развитой затем А. Эйнштейном.
55
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Недостатки теории Н. Бора - теория Бора фактически была теорией для
одного атома - атома водорода; - постулаты «сделали атом водорода устойчивым,
запретив излучать электромагнитные волны в стационарном состоянии»; теория Бора не могла описывать многоэлектронные атомы [3, 4].
Корпускулярно-волновой дуализм.
Дальнейшее изучение вопроса строения атома кардинально изменило
научные взгляды о строении материи - было установлено, что для
любого атома одновременно характерными оказываются свойства и
частицы, и волны.
Подробнее:
- 1924 год - физик Луи де Бройль (фр. Louis-Victor-Pierre-Raymond, 1892-1987,
Франция), исходя из законов симметрии, выдвинул идею о распространении
принципа корпускулярно-волнового дуализма света на все частицы микромира,
которые имеют массу покоя. Согласно идее де Бройля, любому телу с массой m,
движущегося со скоростью v, соответствует волна с длиной:
Аналогичная формула была известна ранее, но только в отношении квантов света
- фотонов [24, 25, 47, 70].
- 1926 год - гипотеза де Бройля экспериментально подтвердилась открытием
дифракции электронов на кристаллах физиками К. Дэвисон (англ. Clinton Joseph
Davisson, 1881-1958, США), Л. Джермер (англ. Lester Halbert Germer, 1896-1971,
США). В дальнейшем были выполнены опыты по выявлению дифракции
нейтронов, атомов и даже молекул. За экспериментальное подтверждение
гипотезы де Бройля в 1937 году К. Дэвисону была присуждена Нобелевская
премия по физике [2, 34, 53].
Установленный научный факт, что один и тот же
объект/микрочастица проявляется и как частица, и как волна,
разрушил традиционные классические физические представления,
поскольку форма частицы имела в виду сущность, заключенную в
малом объеме или в конечной области пространства, тогда как волна
может распространяться по его огромным областям [2, 34, 61].
Квантовая механика.
В конце XIX века в научном естествознании возникла патовая
ситуация, которая получила название «ультрафиолетовая катастрофа»:
в классической физике возник парадокс, который заключался в том,
что при теоретических расчетах получалось, что полная мощность
теплового излучения любого нагретого тела должна быть
56
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
бесконечной, а это категорически противоречило экспериментальным
наблюдением и здравому смыслу, и это делало невозможным
корректное описание фотометрических характеристик тел.
Физический парадокс «ультрафиолетовая катастрофа» был
решен в 1900 году М. Планком путем создания квантовой теории
излучения.
Подробнее:
- 1900 год - физик-теоретик Макс Планк (нем. Max Karl Ernst Ludwig
Planck, 1858-1947, Германия) выдвинул гипотезу квантов и сформулировал
закон излучения черного тела.
М. Планк, исследуя тепловое излучение, пришел к выводу, что в процессе
излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в
любых количествах, а лишь неделимых порциях - квантах. Энергия каждой такой
порции вычисляется по формуле:
или
где h или
- постоянная Планка, n или
,
- частота колебаний.
Спектральная плотность излучения черного тела,
нагретого до температуры T
ћ = h/2π = 1.05·10-34 Дж·сек = 6.58·10-22 МэВ·сек
h=6,62607015⋅10−34 кг·м2·с−1 согласно изменений в системи СИ 2019
года.
Введенное Планком 14 декабря 1900 году представление об
излучении порциями (квантами) стало фундаментом для создания
квантовой теории (термин «квантовая механика» ввел М. Планк).
14 декабря 1900 года считается днем рождения квантовой
теории и началом новой эры естествознания.
За открытие кванта энергии в 1918 году М. Планку была присуждена
Нобелевская премия по физике [21, 38, 63, 64, 67].
57
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Подробнее:
- 1905 - физик А. Эйнштейн (нем. Albert Einstein, 1879-1955, Германия)
развил идею Планка – он перенес квантовый подход на излучение вообще и ввел
понятие дискретности света. Таким образом наука приходит к признанию
корпускулярной структуры света: свет - это поток квантов (фотонов).
Эйнштейновское представление о световых квантах (фотонах) стало
основой для создания им же теории фотоэффекта, суть которой заключается в
выбивании электронов из вещества под действием электромагнитных волн.
Основные положения: - экспериментально доказано, что наличие или
отсутствие фотоэффекта определяется не интенсивностью падающей волны, а ее
частотой; - при фотоэффекте электроны, поглощая фотоны, увеличивают свою
энергию и в результате способны покинуть вещество. За правильность
толкования фотоэффекта в 1921 году А. Эйнштейну была присуждена
Нобелевская премия по физике [1, 53, 60].
- 1915 год - физик Р. Милликен (англ. Robert Andrews Millikan 1868-1953,
США)
подтвердил
теорию
фотоэффекта
экспериментально.
За
экспериментальное подтверждение фотоэффекта в 1923 году Р. Милликен
получил Нобелевскую премию по физике [31, 48].
- 1926 год - физик Э. Шредингер (нем. Erwin Rudolf Josef Alexander
Schrödinger, 1887-1961, Австрия) создал математическую волновую модель
атома в виде волнового дифференциального уравнения Шредингера:
Е и U(x) –полная и потенциальная энергия частиц соответственно, m–
масса частиц, - постоянная Планка,
– волновая функция, определяющее
поведение волн материи.
Причем волновая функция
не позволяет однозначно определить
положение электронов в атоме, они расплываются в некоторую «облако» и
можно говорить лишь о вероятности нахождения электронов в том или ином
месте атома, которое характеризуется квадратом амплитуды волны
.
Таким образом, волны материи приняли абстрактно-математический вид и
получили символическое значение как «волны вероятности».
Уравнения квантовой механики оказались волновыми (квантовые объекты
обладают одновременно и волновыми свойствами). Предложенная
Шрёдингером формула для описания квантовых явлений, а именно частицы,
свободно движущейся по оси Х, - волновая функция:
,
где р – импульс, х координат, t– время, Е – энергия,
, – постоянная
Планка, называется таковой потому, что в ней используется экспоненциальная
функция типа
.
58
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Операции с волновыми функциями позволили вычислить вероятности
квантово-механических событий. Волновая функция описывает не сам субъект
как таковой и даже не его потенциальные возможности. В концептуальном
отношении понятия волновой функции важнее, чем распределение всех события.
Квантовая механика не имеет альтернативы в лице классической физики. В
аспекте осмысления квантовых явлений классическая физика не проще
квантовой механики, но она просто-напросто не подтверждается. Но наука - это
не только развитые теории, но и их предшественницы, все теории, объединенные
научной сходством. Классическая и квантовая механика, прежде всего,
используют одни и те же понятия таких физических параметров, как координата
(x, y, z), импульс (рх, ру, Рz) момент импульса М, энергия Е. Наиболее
характерно для квантовой механики уравнение имеет вид:
,
– волновая функция,
где
– оператор параметра,
– значение
параметра, фиксируемое в эксперименте.
Это уравнение получило эпитет «изящного» уравнения:
«смотрите, как просто устроен мир».
Осмысление именно этого уравнения дает разгадку многих неразрешимых
с позиций классической физики проблем.
Например, согласно принципу наблюдательности В. Гейзенберга,
«разумно включать в теорию только величины, которые поддаются
наблюдению...». Но согласно Эйнштейну «только теория решает, что именно
можно наблюдать», однако и в аргументации Эйнштейна не учитывается в
полной мере специфика квантовой механики.
В главном уравнении квантовой механики:
измерение имеет дело
непосредственно только с собственными значениями оператора.
В квантовой физике появляются конструкты - волновая функция и
оператор, которые в принципе не могут быть зарегистрированы в эксперименте,
то есть квантово-механическая реальность открывается физику в эксперименте
только одной своей гранью.
В квантовой физике важна наглядность квантово-механических явлений.
Все, что происходит с квантовыми объектами в фиксации собственных значений
того или иного оператора
в эксперименте, не фиксируется в
непосредственном виде, а потому не представлено в наглядной форме. И все
попытки представить себе квантовые объекты и процессы, которые с ними
происходят в наглядной, то есть подвластной чувствам, форме только
игнорируют специфику квантовой механики. И на вопрос, что представляет
собой частица, которая свободно движется, ответ должен быть такой:
двигающаяся частица действительно частица, для которой характерны
возможности, описанные квантово-механическими уравнениями [39, 56 -59, 64,
71-73].
В 1933 году Э. Шредингер получил Нобелевскую премию по физике.
59
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Принципы неопределенности, дополнительности, создание
теории строения атома на основе квантово-механических
представлений.
- 1926-1927 годы - физик В. Гейзенберг (нем. Werner Karl Heisenberg,
1901-1976, Германия) сформулировал принцип неопределенности
Гейзенберга. Принцип неопределенности Гейзенберга наконец
объяснил, почему падение электрона на ядро невозможно.
Подробнее:
Гейзенберг обнаружил, что в возбужденном атоме электрон находится на
дальних орбитах, а в момент, когда он излучает фотон, электрон падает на
основную орбиту, потеряв свою энергию. Атом же переходит в устойчивое
состояние, при котором электрон будет вращаться вокруг ядра до тех пор, пока
его ничто не возбуждает снаружи. Это стабильное состояние, дальше которого
электрон падать не будет. В соответствии с принципом неопределенности
Гейзенберга:
,
при этом чем точнее измеряется расположения частицы (координата), тем
труднее предсказать ее скорость (импульс) и наоборот, можно узнать один или
другой параметр, но не оба сразу - указанное соотношение неопределенности
стало принципом неопределенности, так как показывает принципиально
вероятностный характер предсказания событий [10-13, 64].
- 1928 год - был сформулирован принцип дополнительности Н. Бора.
Принцип дополнительности Н. Бора дал более широкую трактовку
принципа неопределенности Гейзенберга.
Подробнее:
В общей формулировке смысл принципа дополнительности состоит в том,
что получение экспериментальной информации об одних физических
параметрах неизбежно приводит к потере других, дополнительных параметров,
которые характеризуют это же явление (эффект) с несколько другой стороны. В
физическом смысле такими дополнительными друг к другу сущностями, кроме
указанных координат и импульса, могут быть волновое и корпускулярное
проявление вещества или излучения, энергия и продолжительность события или
измерения, которые выражаются соотношением
. Также для квантовомеханических явлений характерны: туннельный эффект, принцип суперпозиции,
статистические закономерности и вероятностная предсказуемость [2, 34, 61, 64].
- 1925-1928 годы - создание теории строения атома на основе квантовомеханических представлений.
60
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Подробнее:
Физик-теоретик В. Паули (нем. Wolfgang Ernst Pauli, 1900-1958, АвстрияСША), используя новые квантово-механические представления о свойствах
электрона, сформулировал принцип, позволивший объяснять расположение
электронов по оболочкам.
В. Паули так же ввел понятие «нейтрино».
За открытие принципа запрета - принципа Паули, в 1945 году В. Паули
была присуждена Нобелевская премия [15, 35, 62].
Таким образом в научном естествознании волновая механика и
квантовая теория элементарных процессов заменили классическое
представление о планетарной модели атома и орбиты электронов.
Протон-нейтронная модель ядра атома.
В ХХ веке стало ясно, что элементарные частицы на самом деле
таковыми не являются, а сами состоят из еще более фундаментальных
и различных структурных единиц.
Подробнее:
- 1910 год - открытие изотопов в ходе экспериментов по изучению
продуктов распада радиоактивных ядер. Было обнаружено, что существует
несколько различных веществ, которые имеют одинаковые химические
свойства, но различаются атомной массой и характеристиками радиоактивного
распада. По предложению Ф. Содди такие вещества были названы изотопами.
- 1912 год - Ч. Вильсон (англ. Charles Thomson Rees Wilson; 1869-1959,
Англия) изобрел трековый детектор - камеру Вильсона. За открытие метода,
делающего видимыми траектории заряженных частиц с помощью конденсации
пара, Ч. Вильсону в 1921 году была присуждена Нобелевская премия по физике.
- 1919 год - Ф. Астон (англ. Francis William Aston; 1877-1945, Англия)
построил
масс-спектрограф
высокого
разрешения
и
предложил
электромагнитный метод разделения изотопов. С помощью масс-спектрометра
было подтверждено, что существуют два изотопа неона, атомные массы которых
почти в точности равны 20 и 22. Исследуя затем элемент хлор, который имеет
атомную массу 35,46 Астон показал, что хлор дает спектр масс, в котором
наблюдаются две линии 35 и 37, и не видно никаких линий с дробной атомной
массой. Поэтому хлор подобно неону состоит из двух изотопов с массовыми
числами A=35 и 37. К концу 1920 года Астон исследовал на сконструированном
им масс-спектрографе 19 элементов и обнаружил, что 9 из них состоят из двух и
более изотопов, массы которых близки к целым числам. За открытие большого
количества стабильных изотопов и изучение их свойств в 1922 году Ф. Астону
была присуждена Нобелевская премия по химии.
61
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
- 1929 год - изобретение Э. Лоуренсом (англ. Ernest Orlando Lawrence;
1901-1958, США) первого циклотрона. За изобретение и создание циклотрона, и
за результаты, полученные на нем, особенно, связанные с искусственными
радиоактивными элементами, в 1939 году Э. Лоуренсу была присуждена
Нобелевская премия по физике.
- 1930 год - В. Боте (нем. Walther Wilhelm Georg Bothe; 1891-1957,
Германия) при исследовании взаимодействия α-частиц с мишенью из бериллия
обнаружил новое излучение, которое имело большую проникающую
способность и привело затем к открытию нейтрона. В. Боте использовал метод
совпадений для изучения природы космических лучей, в результате которых
было установлено, что космическое излучение состоит из заряженных частиц, а
не из высокоэнергетических γ-квантов, как предполагалось ранее. За метод
совпадений и сделанные с его помощью открытия в 1954 году В. Боте была
присуждена Нобелевская премия.
1932 год - Д. Кокрофт (англ. John Douglas Cockcroft; 1897-1967, Англия) и
Э. Уолтон (англ. Ernest Thomas Sinton Walton; 1903-1995, Англия) ускоренными
протонами расщепили ядра бора и лития. За пионерскую работу по трансмутации
атомных ядер с помощью искусственно ускоренных атомных частиц в 1951 году
Д. Кокрофту и Е. Уолтону была присуждена Нобелевская премия по физике.
- 1932 год - Дж. Чедвик (англ. Sir James Chadwick; 1891-1974, Англия)
открыл нейтрон и показал, что в состав атомного ядра входят нейтроны. За
открытие нейтрона в 1935 году Дж. Чедвику была присуждена Нобелевская
премия по физике.
- 1932 год - Д.Д. Иваненко (1904-1994, СССР), В. Гейзенберг в
независимых работах создали протон-нейтронную модель атомного ядра.
Основные положения - атомное ядро состоит из протонов и нейтронов; число протонов Z в ядре определяет электрический заряд ядра; - суммарное
число протонов и нейтронов A=Z+N определяет массу атомного ядра; - в отличие
от электронных оболочек атомов, ядра имеют вполне определенные размеры;
радиус ядра R описывается соотношением R=1.3A1/3ферми; атомные ядра имеют
большую массу и положительный заряд. Размеры атомных ядер обычно
измеряют во внесистемной единице длины - ферми: 1 ферми=10-13 м.
Протон-нейтронная модель ядра успешно разрешила проблему «азотной
катастрофы»: - согласно протон-нейтронной модели ядро изотопа
состоит из
7 протонов и 7 нейтронов; - так как и протон, и нейтрон имеют собственный спин
J=1/2, полный спин ядра должен иметь целочисленное значение, что согласуется
с экспериментом. Получили объяснение и малые значения магнитных моментов
атомных ядер – порядка нескольких ядерных магнетонов. Если бы в состав
атомного ядра входили электроны, то магнитные моменты ядер должны были бы
иметь величины порядка электронных магнетонов Бора, т.е. превышали бы
наблюдаемые величины магнитных моментов ядер в тысячи раз. Протоннейтронная модель ядра объяснила существование изотопов. Изотопы – атомные
ядра, имеющие одинаковое число протонов Z и различное число нейтронов N.
62
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Сегодня известно свыше 3,5 тыс. изотопов. Обычно изотопы изображают на NZ-диаграмме атомных ядер. Массовое число изотопа A=N+Z [61, 34].
На смену протон-электронной модели атомного ядра пришла
протон-нейтронная модель ядра. Создание нейтронно-протонной
модели атома завершило первый этап развития ядерной физики: все
составляющие элементы атома и атомного ядра были установлены.
Открытие нейтронов стало важным этапом в развитии
представлений о строении атомного ядра.
Наука начала открывать новые составляющие атома. Изучение
свойств античастиц позволило глубже понять симметрии, лежащие в
основе организации материи. Были открыты ядерные силы.
Подробнее:
- 1932 год - открытие К. Андерсоном (англ. Carl David Anderson; 1905-1991,
США) в космических лучах позитрона. Позитрон был предсказан Дираком в
1930 году. Позитрон (e+) является античастицей электрона. Позитрон был первой
частицей нового мира - антимира.
Вслед за позитроном на ускорителях были получены антипротоны и
антинейтроны. Получены были ядра антидейтерия, изотопы антигелия
,
,
которые состояли из антипротонов и антинейтронов. Получены были первые
атомы антиводорода, которые состояли из антипротона и антипозитрона.
- 1934 год - открыты реакции под действием тепловых нейтронов.
- 1934 год - Э. Ферми (итал. Enrico Fermi; 1901-1954, США)
сформулировал теорию β-распада и ввел новое понятие - слабое взаимодействие.
За демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, полученных
с помощью нейтронного облучения и за открытие реакций, вызванных
медленными нейтронами в 1938 году Э. Ферми была присуждена Нобелевская
премия по физике.
- 1935 год - Х. Юкава (яп. 湯川秀 樹, 1907-1981, Япония) предположил по
аналогии с электромагнитным взаимодействием, что ядерные силы обусловлены
существованием новой частицы, которая переносит ядерное взаимодействие.
Массу этой частицы ≈150 МэВ он оценил, исходя из радиуса действия ядерных
сил. Это стало решающим шагом в развитии концепции ядерных сил как обмена
массивной частицей.
- 1936 год - открытие К. Андерсоном мюона - партнера-близнеца электрона
при исследовании космических лучей. Были обнаружены частицы, которые при
прохождении магнитного поля отклонялись в меньшей степени, чем электроны,
но более резко, чем протоны - мюоны. Было установлено, что величина заряда
мюона аналогична заряду электрона, масса - в 207 раз больше.
Науке стало очевидно, что у каждой частицы должно быть нейтрино. Было
сделано предположение, что электрону и электронному нейтрино в атоме
63
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
соответствует ядро из верхнего и нижнего кварков. Поскольку все четыре
частицы стабильны и составляют основу любой материи на планете, логично
было предположить, что у неустойчивых мюона и мюонного нейтрино тоже
должна быть своя кварковая пара.
- 1939 год - открытие реакции деления ядер урана нейтронами О. Ган (нем.
Otto Hahn; 1879-1968, Германия) и Ф. Штрассман (нем. Fritz Strassmann, 19021980, Германия). При облучении соли урана тепловыми нейтронами, было
обнаружено среди продуктов реакции барий (Z = 56), что свидетельствовало о
расщеплении ядра на осколки деления. Установлено было, что при
распределении могут возникать и другие частицы - нейтроны, электроны, αчастицы. В результате разделения высвобождается энергия ~ 200 МэВ.
Распределение может быть спонтанным или вынужденным под действием
других частиц, чаще всего нейтронов. Характерной особенностью разделения
является то, что осколки деления, как правило, существенно различаются по
размеру массы, то есть преобладает асимметричное деление. Так, в случае
наиболее вероятного распределения изотопа урана 236U, отношение масс
осколков равен 1,46. Тяжелый осколок имеет при этом массовое число 139
(ксенон), а легкий - 95 (стронций). С учетом испускания двух мгновенных
нейтронов рассмотрена реакция деления имеет вид
За открытие реакции деления ядер урана нейтронами в 1944 году А. Гану
была присуждена Нобелевская премия по химии [53, 61, 34].
- 1942 год - Э. Ферми осуществил управляемую цепную реакцию деления
в первом атомном реакторе.
- 1945 год - первое испытание ядерного оружия (штат Невада, США). На
японские города Хиросима (6 августа) и Нагасаки (9 августа) американскими
войсками были сброшены атомные бомбы.
- 1946 год - под руководством И.В. Курчатова (1903-1960, СССР) был
запущен первый в Европе реактор.
- 1947 год - физики начали открывать нестабильные частицы,
порожденные взаимодействием космических лучей с земной атмосферой.
Свойства открытых новых нестабильных частиц не укладывались в тогдашние
научные представления о мироздании, поэтому они получили название
«странные» (анл. «strange»).
- 1947 год - открытие π-мезона стало подтверждением правильности идеи
Х. Юкава, что ядерные силы - это новый тип взаимодействий в физике.
Стало понятно, что ядерные силы оказались гораздо более сложными по
сравнению с электромагнитными и гравитационными. Ядерные силы, имеющие
характер притяжения на расстоянии ~ 1÷5 Ферми, меняются силами
отталкивания на расстоянии <0,5 Ферми. В 1949 году Х. Юкава за предсказание
существования мезонов на основе теоретических работ по ядерным силам
получил Нобелевскую премию.
64
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
В дальнейшем работы в этом направлении активизировались,
начато изучение структуры частиц, для чего были построены
ускорители. Было установлено, что новые частицы рождаются в
ускорителе из энергии. Чем больше энергия ускорителя, тем глубже в
материю можно проникнуть, родив более тяжелую частицу.
Подробнее:
- 1952 год - запущен циклический ускоритель Брукхейвенской национальной
лаборатории (англ. Brookhaven National Laboratory, Cosmotrom BNL; ЛонгАйленд, США) - первый в мире синхрофазотрон, который ускорял протоны на
рекордную для середины XX века энергию 3,3 ГэВ.
- 1954 год - была запущена первая в мире атомная электростанция (Обнинск,
СССР).
- 1957 год - запуск синхрофазотрона Объединенного института ядерных
исследований (ОИЯИ) в Дубне (СССР) под руководством В.И. Векслера (19071966, СССР) с энергией ускорения 10ГеВ.
- 1960 год - открытие Σ-гиперонов на синхрофазотроне в Дубне (СССР).
- 1967 год - запущен синхрофазотрон в Институте физики высоких энергий
(ИФВЭ) в Протвино (СССР) с энергией ускорения 70 ГэВ.
- 1976 год - запущен кольцевой ускоритель частиц Европейской организации по
ядерным исследованиям (ЦЕРН) (фр. Conseil Européen pour la Recherche
Nucléaire) с длиной кольца 6,9 км (англ. Super Proton Synchrotron, SPS;
Швейцария, Франция) с энергией 450 ГэВ.
Необходимо отметить, что в момент появления термин
«элементарная частица» отражал научную тенденцию попытки
увидеть во многих различных физических явлениях действие
небольшого числа простых элементарных сущностей. В 20-е годы ХХ
века физики считали, что мир состоит из трех видов элементарных
частиц - электронов, протонов и квантов электромагнитного
излучения. В тридцатые годы ХХ века число известных элементарных
частиц возросло до четырех: нейтрон, позитрон, мюон, нейтрино. В тот
период открытие каждой новой частицы воспринималось в физике как
значительное событие. В конце 40-х годов были открыты ранее
теоретически рассчитанные пионы. Однако в пятидесятые годы ХХ
века началась новая волна открытий множества частиц, о
существовании которых физическая наука даже не подозревала: было
открыто около десятка новых, так называемых «странных» частиц,
существование в природе которых оказалось полной неожиданностью.
В 60-е годы рост количества новооткрытых частиц приобрел
внушительные размеры и стал привычным [33, 34].
65
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
В целом прогресс в изучении ядра атома создал базис для
дальнейшего фундаментального изучения субъядерных частиц и
изменения теоретических взглядов на его строение, поскольку
существующие теории не могли объяснить всего.
Период современного изучения. Адронная модель атома.
Современное изучение можно ассоциировать с развитием
адронной модели атома. Важный вклад внесли такие ученые как Дж.
Цвейг (англ. George Zweig; 1937 США), М. Гелл-Ман (англ. Murray
Gell-Mann; 1929-2019, США), Д. Бьоркен (англ. J. Bjorken; 1934
США), Ш. Глэшоу (англ. Sheldon Lee Glashow; 1932 США), С. Тинг
(кит. 丁肇中; англ. Samuel Chao Chung Ting; 1936 США), Б. Рихтер
(англ. Burton Richter; 1931 -2018, США), К.Руббиа (итал. Carlo Rubbia;
1934 Италия), М.Б. Волошин (1953-2020, СССР, США), Л.Б. Окунь
(1929, СССР, Россия).
Кварковая/адронная модель атома Д. Цвейга-ГеллМана.
Подробнее:
- 1964 год - Дж. Цвейг (англ. George Zweig; 1937 США) предложил
гипотезу существования кварков, М. Гелл-Ман (англ. Murray Gell-Mann; 19292019, США) постулировал кваркову модель элементарных частиц, то есть ими
была постулируемая адронная модель атома.
Основные положения: - атом делимый и состоит из частиц - адронов;
- адроны обусловливают сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает
вместе протоны и нейтроны в атомном ядре, при этом протоны и нейтроны
состоят из частиц - кварков (слово взято из романа Джеймса Джойса «Поминки
по Финнегану»); - у адрона наглядно есть два признака/степени свободы или
кварков, но комбинироваться они могут между собой по-разному, и это
обусловливает общую энергию адрона; - адрон состоит из двух кварков, u верхнего и d - нижнего (от англ. «up», «down»), и их античастиц; - верхний кварк
имеет положительный заряд, равный ⅔ протонного, нижний - отрицательный с
зарядом, равным ⅓ заряда протона; - кварки - это «строительный материал» для
протонов и нейтронов, и при попытке отделить кварк от адрона, адрон
распадается на протон/нейтрон и пион, состоящий опять-таки из этих двух
кварков (поэтому их стали считать семьей - дублетом - и представлять адроны в
виде их комбинаций: барионы, например, как uud или udd, а мезоны - как союзы
частицы и античастицы (например, uü) [17, 26, 34].
66
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Стандартная модель.
В середина 1970-х годов в научном естествознании была
построена общая теория субатомных частиц, так называемая
Стандартная модель, которая остается научно актуальной и в
настоящее время.
Подробнее:
Основные положения: - ядро атома состоит из адронов; - все адроны
являются комплексными объектами, которые состоят из истинно элементарных
частиц - из кварков; - кварки могут существовать только внутри адронов и
поэтому никогда не наблюдаются в свободном состоянии; - адроны бывают двух
видов - барионы и мезоны; - каждый барион является комбинацией трех кварков,
а мезон - это связанное состояние кварка и антикварка; - кварковая модель
включала лишь три кварка и три антикварка, которые отражались буквами u, d и
s (от англ. «up», «down», «strange»); - u-кварк имеет положительный
электрический заряд, равный 2/3 заряда протона; - заряды d-кварка и s-кварка
равны -1/3; - u-кварк; - d-кварк формируют частицы, которые образуют атомные
ядра (протоны и нейтроны) и являются «строительным материалом» для
создания обычной материи; - внутри ядер u-кварк и d-кварки связываются
благодаря обмену пи-мезонами (пионами), состоящие только из u- и d-кварков и
их антикварков; - u-кварк и d-кварк образуют отдельное семейство - дублет; назначение третьего кварка было непонятным, его так же назвали «странным» и
было сделано предположение, что он должен входить в состав второго
кваркового дублета и иметь партнера с зарядом 2/3 [2, 17, 18].
Гипотеза четвертого «волшебного кварка».
Подробнее:
- 1970 год - Д. Бьоркен (англ. J. Bjorken; 1934 США) и Ш. Глэшоу (англ.
Sheldon Lee Glashow; 1932 США) выдвинули гипотезу четвертого кварка,
которая основывалась на очевидных логических аргументах существования
кваркового дублета. Четвертый гипотетический кварк был назван
«заколдованным» или c-кварком (от англ. «сharmed»). Термин «волшебный»
должен был подчеркнуть, что гипотетический кварк восстанавливает
обаяние/красоту симметрии в микромире субатомных частиц.
- 1970-е годы - был накоплен ряд экспериментальных подтверждений
теории кварков. Но абсолютного научного признания кварковой модели
строения атома не происходило, так как: 1) были сомнения в реальности частиц,
которые невозможно было детектировать; 2) не был открыт недостающих
четвертый «волшебный» кварк, который был рассчитан теоретически, но пока не
найден в эксперименте [17, 26, 34].
67
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Кварковая «Ноябрьская революция».
- 1974 год - состоялось открытие четвертого волшебного кварка С.
Тинг (кит. 丁肇中; англ. Samuel Chao Chung Ting; 1936 США) и Б.
Рихтером (англ. Burton Richter; 1931-2018, США), получившее
название «Ноябрьская революция».
Подробнее:
Группой С. Тинга (Массачусетский технологический институт, США)
были выполнены эксперименты с протонами и ядрами бериллия в
Брукхейвенской национальной лаборатории на острове Лонг-Айленд на
высокочувствительном магнитном спектрометре собственной конструкции,
установленной на синхротроне AGS, который разгонял протоны до энергии 33
ГэВ. Было установлено, что при разгоне протонов примерно до 3 ГэВ образуется
больше электрон-позитронных пар, чем обычно, а их общая энергия составляет
3,1 ГэВ. Это свидетельствовало о распаде неизвестной частицы, которая весит
как три протона (размер «волшебного» кварка). Частица была названа J-мезон
(джей-мезон).
Группа
Б.
Рихтера
(Стэнфордский
университет,
США)
экспериментировала со сталкивание электронов и позитронов для образования
адронов на линейном ускорителе электронов SLAC, который разгонял протоны
до энергии 20 ГэВ соответственно. Было установлено, что при общей энергии
разгона 3,1 ГэВ адроны образуются интенсивнее, с образованием каонов. Был
сделан вывод, что такие частицы могли появиться только после распада другой
тяжелой частицы, внутри которой содержится волшебный кварк. Далее энергия
электронов и позитронов была доведена до 3,105 ГэВ, в результате чего адроны
стали образовываться в сто раз быстрее, чем раньше. Это позволило Б. Рихтеру
сделать вывод, что «прародителями» каонов есть особые мезоны с массой 3,105
ГэВ. Частица была названа ψ мезон (пси-мезон). С. Тинг и Б. Рихтер
одновременно сделали открытие четвертого кварка, который получил двойное
название J/ψ (джей-пси-мезон). Открытие J/ψ-мезонов было признано
достижением революционного масштаба и получило название «Ноябрьская
революция». За открытие четвертого «волшебного» кварка в 1976 году ученым
была присуждена Нобелевская премия [2, 17, 18, 22].
После открытия четвертого кварка правильность Стандартной
модели была признана научным миром.
Стандартная модель способна адекватно описать практически все
эксперименты по физике элементарных частиц.
Дальнейшие исследования и поиски явлений, выходящих за
пределы Стандартной модели, были продолжены и продолжаются.
68
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Подробнее:
- 1977 год - открытие b-кварка - дополнение Стандартной модели членом
нового дублета.
- 1983 год - К. Руббиа (итал. Carlo Rubbia; 1934 Италия) открыл W- и Zбозоны - носители слабого ядерного взаимодействия.
- 1994 год - начало планирования большого адронного коллайдера в ЦЕРН
(Large Hadron Collider, CERN).
- 1995 год - открытие t-кварка - сверхмассивного партнера b-кварка в
Стандартной модели.
- 2000 год - открыто тау-нейтрино на базе Фермилаб (Fermilab) - последняя
часть стандартной модели (за исключением частицы Хиггса).
- 2008 год- запуск большого адронного коллайдера в ЦЕРН (Large Hadron
Collider, CERN).
- 2011 год - открытие в эксперименте LHCb (один из четырех основных
экспериментов на Большом адронном коллайдере в Европейской организации
ядерных исследований (CERN, Женева, Швейцария) неожиданно большой
разницы в свойствах так называемых очарованных мезонов и их античастиц.
- 2011 год - учеными Института теоретической и экспериментальной
физики (Москва, Россия) и Института ядерной физики (Новосибирск, Россия) в
рамках международного эксперимента BELLE были обнаружены адроны,
состоящие из двух кварков и двух антикварков, которые были расценены как
вероятные молекулы с мезонов, предсказанные теоретиками института
теоретической и экспериментальной физики М.Б. Волошиным (1953-2020,
СССР, США), Л.Б. Окунем (1929, СССР, Россия).
- 2012 год - был открыт Бозон Хиггса - это последняя частица, которая была
предсказанна Стандартной моделью.
- 1 июля 2020 год - Европейская организация ядерных исследований ЦЕРН сообщила об открытии тетракварка нового типа, состоящего из двух зкварков и двух з-антикварков, называемых также «заколдованными кварками» и
«заколдованными антикварками». Как сообщила пресс-служба ЦЕРН, эту
частицу обнаружили специалисты научной коллаборации LHCb [2, 17, 18, 22,
78].
Квантовая теория поля.
Результаты и идеи квантовой механики позволили построить теорию о
движении заряженных микрочастиц, учитывая их квантовомеханическую природу - квантовую электродинамику (квантовая
теория поля).
69
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
Основные положения квантовой теории поля [2, 5, 6, 14, 16]:
важнейшим ее законом является закон взаимного преобразования
двух видов материальных субстанций - материальной и полевой
материи - один в один;
согласно квантовой теории поля, невозможным считается такое
состояние, когда нет ни поля, ни частиц - то есть невозможна
пустота;
поле не может перестать существовать; в своем самом низком
энергетическом состоянии оно выступает как вакуум;
для вакуума характерны не свободные, самостоятельные,
наблюдаемые, а виртуальные частицы, порождаемые и сразу же
поглощаемые им;
вакуум - это облако виртуальных частиц, вполне реальная
физическая среда;
вакуум словно обволакивает любые невиртуальные частицы;
механизм квантово-полевого взаимодействия осуществляется в
соответствии с концепцией близкодействия, то есть за конечный
промежуток времени.
- 1948 - физик Р. Фейнман (англ. Richard Phillips Feynman, 1918-1988,
США) разработал способ графического изображения взаимодействия
элементарных частиц - метод интегрирования по траекториям в
квантовой механике, при котором виртуальные частицы изображаются
волнистыми или пунктирными линиями, а невиртуальные частицы
изображаются прямыми линиями, рис. 1 [2, 34, 51, 53, 64, 68]
Рис. 1. Взаимодействие двух частиц с помощью одного виртуального
кванта [51].
Физические явления в микромире подчиняются другим законам,
нежели в классической и релятивистской механике. Однако
70
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
существует ли притяжение в микромасштабах, на этот вопрос могла
бы ответить квантовая теория гравитации, но она пока что не
разработана, поскольку нет теории тяготения, согласованной с
квантово-механическими
принципами. Согласно Эйнштейну,
гравитация проявляется в искривлении пространства-времени,
поэтому в так называемой квантовой теории гравитации Вселенной
структура пространства-времени и его кривизна должны
флюктуировать, поскольку квантовый мир никогда не находится в
покое и имеет вероятностный характер. Но эти флуктуации не
обнаруживаются через малую величину постоянной Планка.
Существенным «недостатком» квантовой теории считают, что она
ничего не внесла нового в понимание процессов времени при
движении квантовых частиц. Ни Ньютон, ни Эйнштейн в своих
уравнениях движения не получили «стрелы времени», и тем самым
позволили телам и частицам свободно двигаться во времени. А
квантовое уравнение движения Шредингера со своей знаменитой
волновой функцией превратило это движение в «непредсказуемое» во
времени [2, 5, 6, 14, 64, 68].
Значение
современных
электромагнитных
представлений об организации материи с позиции
системной медицины.
Согласно Стандартной модели, материя - это фундаментальная
сущность, которая имеет две равноправные формы - форму вещества,
обладающего массой и проявляющегося в виде различных
элементарных частиц, атомов, молекул и любых объектов, которые
образованы из них, и форму энергии, не обладающей массой и
проявляющейся в виде различных физических полей [17, 26, 34].
Иными словами, атом состоит из ядра - протона и
электрона/электронов, вращающихся вокруг него. При этом протон это «сгусток/частица» энергии положительного заряда, которая имеет
сложное строение по представлениям Стандартной модели, а электрон
- это
«сгусток/частица» энергии отрицательного заряда.
Принципиально важный момент заключается в том, что атом состоит
из энергии и энергия представляет собой одну из сущностей материи,
такой же, как и масса. При этом рассматривать материю как
частицу/атом или как энергию/полевую структуру - это просто два
разных способа описания одного и того же объекта, иначе говоря - это
71
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
две разные точки зрения на один и тот же объект. Таким образом,
согласно квантовой теории поля, идентичность массы и энергии в
материи является главной физической концепцией материи. Связь
между массой и энергией описывается наглядно формулой А.
Эйнштейна Е=m c2, которая демонстрирует идентичность массы и
энергии в математической модели материи, а между частотой и
энергией в уравнении Планка - Е=hv [2, 6, 14, 26, 34 ].
Работа над квантовой теорией поля, которая была начата во
второй половине ХХ века, продолжается и по настоящее время.
Основной нацеленностью ее остаются проблемы космофизики.
Однако при описании живой материи именно модельные
представления квантовой теории поля позволяют построить внутренне
непротиворечивую магнитоэлектрохимическую теорию обмена
веществ в живых биологических системах, включая человеческий
организм.
Исторический ракурс эволюционирования данного научного
знания начался с введения Фарадеем понятия «электрон». В физике
электричества считается, что электрон - это точечный носитель
элементарного (отрицательного) заряда. В этом модельном
представлении главной характеристикой электрона был его заряд, что
соответствовало задачам «классической» физики, электроники,
электротехники. В неклассической физике, а именно в квантовой
механике представление об электроне были дополнены его волновыми
свойствами и магнитным моментом (спином). Это привело к
формированию окончательной модели электрона, известной как
дуализм «волна-частица». Данная модель является основой всех
современных микро- и нанотехнологий и до сих пор продолжает
оставаться соответствующей всем современным техническим
применениям в микромире.
На современном этапе в квантовой теории поля электрон стал
рассматриваться как одна из многих элементарных частиц, рождение
и аннигиляция которых в различных процессах является постоянным
актом превращения вещества-энергии в пространстве Вселенной.
Соответственно в квантовой теории поля не существует дуализма
«волна-частица», поскольку преобразования вещества (для электрона
- существование в виде частицы с конечной массой) в энергию (для
электрона - проявление в виде волны) является узаконенным
поведением любой материи. При этом аннигиляция электрона и
72
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
позитрона с рождением γ-квантов, то есть переход массы в энергию, это элементарный процесс в физике макрокосма.
Данные физические закономерности в корне изменили
возможность научного взгляда на организацию живой материи на
микроуровне и полностью меняют теоретические научные взгляды на
человеческий организм. Теперь, исходя из современных физических
позиций, каждая структура человеческого тела (атом, молекула,
клетка, орган, физическое тело) может быть также описана двумя
различными способами: и как вещество, и как энергия.
Данный постулат делает научно обоснованным возможность
описания человеческого организма как результата проявления
полевых структур, которые образуют его живую материю (атомов,
молекул, клеток, органов, всего физического тела), объясняет наличие
в человеческом организме полевых структур, открывает новые
перспективы научного развития естественных наук с позиций
системности и фундаментального понимания феноменов жизни и
смерти живого биологического организма и течения в нем
энергетических процессов в ходе его жизнедеятельности.
Исходя из этого, характеристика материи живой биологической
системы (клетки, ткани, органа, системы органов, органного
комплекса,
целостного
организма)
кроме
общепринятых
характеристик вещества (состав, плотность, масса, атомарномолекулярная и/или гистоморфологическое строение и т.п.)
приобретает новые объективные характеристики, обусловленные
рассмотрением ее с позиций электромагнитной/волновой модели как
полевой структуры (энергия, электрические и магнитные дипольные
моменты, частота и т.д.). При этом индивидуальность данных
электромагнитных проявлений живой системы/человеческого
организма должна быть обусловлена совокупностью качеств исходных
электромагнитных характеристик атомарного состава молекул
вещества живого организма, так и результатом течения в них
энергетических процессов обмена веществ в ходе жизнедеятельности.
Таким образом, с позиций системной медицины это
обусловливает принципиально новую трактовку человеческого
организма. Человеческий организм теперь может быть описан и как
комплекс полевых структур из разных тканей и органов с
индивидуальными
частотными
характеристиками/физическими
полями (инфракрасным, оптическим, магнитным, электромагнитным,
акустическим, электростатическим), генерируемых в процессе
73
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
жизнедеятельности, которые являются адекватным отражением
биофизической реальности феномена жизни. Обозначенное есть
основой для дальнейшего перехода научной парадигмы обмена
веществ химической и электрохимической концепций к
магнитоэлектрохимической концепции и впоследствии теории.
Новое
понимание
сущности
электромагнитного
функционирования живых систем/человеческого организма может
позволить
изучить
более
глубоко
и
фундаментально
электромагнитные параметры, соответствующие функционированию
тканей органов организма в норме и при патологии, а также может
способствовать развитию принципиально других диагностических
подходов в объективном обследовании человеческого организма. Все
это может дополнить уже существующую медицинскую систему,
способствуя ее улучшению и инициируя дальнейший медицинский
прогресс в целом.
На сегодняшний день исследования электромагнитных и
магнитных характеристик организма человека уже вошло в
практическое здравоохранение и научную медицину. Электрография
(электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография и
т.д.), магнитография (магнитокардиография, магнитоэнцефалография)
используются в практическом здравоохранении и в научных
исследованиях. Благодаря этому значительное количество локальных
электрических и магнитных явлений проявления обмена веществ и
жизнедеятельности человеческого организма были зарегистрированы,
получили определенное физиологическое и клиническое толкование,
были признаны валидными. Однако, сегодняшние имеющиеся
медицинские научные взгляды на электромагнитную феноменологию
функционирования живых биологических систем и человека требуют
продолжения развития в аспекте дальнейшего пересмотра концепции
в соответствии с полученными новых знаний фундаментальных наук
и с позиций системной медицины, системного естествознания.
Поскольку современные научные взгляды на строение и
организацию
материи
существенно
углубились
и
трансформировались, то именно поэтому ученые-медики также в
соответствии должны изменить свой взгляд на понимание строения и
функционирования человеческого организма, как одного из варианта
материального проявления живой материи во Вселенной. В
глобальном смысле, на наш взгляд, для дальнейшего научного
прогресса в медицине категорически необходим следующий шаг - шаг
74
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
от восприятия электромагнитных проявлений как симптомов, как
показателей
методов
дополнительного
обследования,
подтверждающих диагноз, до полного научного признания
магнитоэлектрохимических
процессов
как
первопричины
жизнедеятельности, здоровья и болезни, то есть восприятия и
трактовки электромагнитных феноменов не как последствия
жизнедеятельности и здоровья, а в качестве основы и их
первопричины.
Выводы.
Научная мысль нашей человеческой цивилизации прошла 2500
лет научного поиска на пути создания современных
представлений электромагнитной организации материи, которые
(на удивление) оказались идейно не противоречивы и близкие
доктринам античного мира.
Сложный гносеологический путь привел естествознание к
признанию новой парадигмы организации материи, ключевыми
аспектами которой стали: 1) корпускулярно-волновая модель
организации материи; 2) Квантовая теория поля; 3) Стандартная
модель атома.
Исходя из позиций системного естествознания (системной
биологии и медицины) новая научная парадигма, базируясь на
современных электромагнитных представлениях о строении
материи, открывает перспективы для экстраполяции нового
знания на живые биологические системы, включая человека, а
также диктует необходимость пересмотра с позиций системной
медицины всех аспектов организации, функционирования,
жизнедеятельности человеческого организма, обусловленых ею.
С позиций системной медицины электромагнитная организация
материи обусловливает принципиально иную трактовку
человеческого организма, который теперь может быть описан и
как комплекс полевых структур из разных тканей и органов с
индивидуальными частотными характеристиками/физическими
полями
(инфракрасным,
оптическим,
магнитным,
электромагнитным,
акустическим,
электростатическим),
генерируемых в процессе жизнедеятельности и являющихся
адекватным отражением биофизической реальности феномена
жизни.
75
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Айзексон У. Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная: монография.
Москва: Corpus, 2015. 832 с.
2. Беданоков Р. Квантовая физика и элементы квантовой механики:
учебник / под ред. Т.С. Спирина. Москва: Лань, 2020. 116 с.
3. Бор Н. Воспоминания об Э. Резерфорде - основоположнике науки о
ядре. Дальнейшее развитие его работ / пер. В.А. Угарова. Успехи физических
наук.1963. Т. 80. № 2. С. 215-250.
4. Бор Н. Проблема причинности в атомной физике / пер. и комм. И.С.
Алексеева. Успехи физических наук. - 1985. -Т 147, № 10. С. 343-355.
5. Вигнер Е. Теория групп и ее приложения к квантовомеханической
теории атомных спектров. Екатеринбург: Изд-во Уральского университета,
2000. 452 с.
6. Волков А.Г., Повзнер А.А. Курс физики. Квантовая физика: учебное
пособие. Екатеринбург: УрФУ, 2017. 155 с.
7. Галилей Г. Диалог о двух системах мира. Москва - Ленинград:
ГИТТЛ, 1948. 147 с.
8. Галилей Г. Избранные труды в двух томах. Москва: Наука, 1964. Т.
1. 640 с.
9. Галилей Г. Избранные труды в двух томах. Москва: Наука, 1964. Т.
2. 572 с.
10.
Гейзенберг В. Замечания к теории атомного ядра. Успехи
физических наук. 1936. Т. 16, №1. С. 1-7.
11.
Гейзенберг В. Нелинейные проблемы в физике. Успехи
физических наук. 1968. Т. 94, №1. С. 155-166.
12.
Гейзенберг В. Открытие Планка и основные философские
проблемы атомной теории. Успехи физических наук. 1958. Т. 66, №10. С. 163175.
13.
Гейзенберг В. Природа элементарных частиц. Успехи
физических наук. 1977. Т. 121, №4. С. 657-677.
14.
Гольдин Л., Новикова Г. Квантовая физика. Вводный курс.
Москва: Институт компьютерных исследований, 2002. 490 с.
15.
Гроссман Э.А. Философские взгляды Вольфганга Паули.
Философия и культура. 2008. №1. С. 148-155.
76
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
16.
Егоров В.А. Природа квантовых явлений. Кинетические
модели взаимодействий элементарных частиц и ядер. Санкт-Петербург:
Реноме, 2015. 216 с.
17.
Иванов М.Г. Как понимать квантовую механику. МоскваИжевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2012. 516 с.
18.
Ишханов Б.С. История атомного ядра: учебное пособие.
Москва:
Университетская
книга,
2011.
314
с.
URL:
http://nuclphys.sinp.msu.ru/histan/index.html
19.
Карцев В.П. Максвелл. Жизнь замечательных людей: серия
биографий. Москва: Молодая гвардия, 1976. 336 с.
20.
Карцев В.П. Ньютон. Жизнь замечательных людей: серия
биографий; вып. 17 (684). Москва: Молодая гвардия, 1987. 415с.
21.
Клейн М. Дж. Макс Планк и начало квантовой теории. Успехи
физических наук. 1967. Т. 92. С. 679-700.
22.
Кокс Б., Форшоу Д. Квантовая вселенная. Как устроено то,
что мы не можем увидеть. Москва: Манн, Иванов и Фербер, 2016. 260с.
23.
Ландау Л.Д. Вольфганг Паули. Успехи физических наук. 1959.
Т. 68, №3. С. 557-559.
24.
Лошак Ж. Принц в науке. Де Бройль Л. Избранные научные
труды. Том 1. Становление квантовой физики: работы 1921–1934 годов.
Москва: Логос, 2010. С. 11-180.
25.
Лошак Ж. Эволюция идей Луи де Бройля относительно
интерпретации волновой механики. Л. де Бройль. Соотношения
неопределённостей Гейзенберга и вероятностная интерпретация волновой
механики (с критическими замечаниями автора). Москва: Мир, 1986. С. 9-29.
26.
Лукіянець Б.А., Понеділок Г.В., Рудавський Ю.К. Основи
квантової фізики: навчальний посібник. Львів: Львівської політехніки, 2009.
420 с.
27.
Лучин А.А., Шапиро А.Л. Природа полей: взгляд с позиций
классической физики и опыта. Москва: URSS, 2010. 120 с.
28.
Максвелл Дж.К. Избранные сочинения по теории
электромагнитного поля / под ред. П. С. Кудрявцева; пер. З.А. Цейтлина.
Москва: Гостехиздат, 1954. 687 с.
29.
Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетизме. В 2 т.
/ под ред. М.Л. Левина, М.А. Миллера, Е.В. Суворова; (Классики науки); пер.
с англ. Б.М. Болотовского и др. Москва: Наука, 1989. Т.1. 416 с.
30.
Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетизме. В 2 т
/ под ред. М.Л. Левина, М.А. Миллера, Е. В. Суворова; (Классики науки); пер.
с англ. Б.М. Болотовского и др. Москва: Наука, 1989. Т.2. 436 с.
31.
Милликен Р. Электроны, протоны, фотоны, нейтроны и
космические лучи. Москва – Ленинград: Государственное объединенное
научно-техническое издательство НКТП СССР, 1939. 310 с.
32.
Мостовый
И.Я.,
Труфанов
Е.Ю.
Геометрическая
интерпретация уравнений Максвелла. Радиотехника. 2016. № 2. С. 24-28.
77
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
33.
Мэлли М. История открытия бета-излучения. Успехи
физических наук. 1973. Т. 2, №2. С. 389-398.
34.
Паршаков А.Н. Курс лекций по квантовой физике: учебное
пособие. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. 196 с.
35.
Паули В. Общие принципы волновой механики. Москва –
Ленинград: Гостехиздат, 1947. 332 с.
36.
Пламеневский Б.А., Порецкий А.С., Сарафанов О.В. О
вычислении волноводной матрицы рассеяния для системы Максвелла.
Функциональный анализ и его приложения. 2015. Т. 49, №1. С. 93-96.
37.
Сухонос С.И. Пропорциональная вселенная. Москва: Дельфис,
2015. 320с.
38.
Планк Макс. 1858-1947: Сб. к столетию со дня рождения Макса
Планка / под ред. А.Ф. Иоффе, А.Т. Григорьяна. Москва: Изд-во АН СССР,
1958. 276 с.
39.
Полак Л.С. Эрвин Шредингер и возникновение квантовой
механики / Э. Шрёдингера. Избранные труды по квантовой механике.
Москва: Наука, 1976. С. 347-392.
40.
Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система
человека в свете современных физико-биологических знаний, концепций,
гипотез. Український медичний часопис. 2019. №4 (132), Т.2. С. 24-29.
41.
Резерфорд Э. Нуклеарное строение атома. Успехи физических
наук.
1921.
Т.
II,
№2.
С.
194-221.
URL:
http://nuclphys.sinp.msu.ru/UFN/r212d.pdf
42.
Сегеди А. Великие венгры: Альберт Сент-Дьёрди. Будапешт.
Жемчужина Дуная / под ред. И. В. Осанова. Москва: Вече, 2012. 320 с.
43.
Склодовская-Кюри М. Исследование радиоактивных веществ
(радий, полоний, актиний, уран, торий и др.): Соч., представл. Париж. фак.
наук, для получения степени д-ра физики / под ред. М.Я. Кульчицкого; пер.
со 2-го испр. и доп. фр. изд. М.Я. Кульчицкий, М.Т. Кульчицкая. Москва:
Печатня С.П. Яковлева, 1904. 147 с.
44.
Склодовская-Кюри М. Радиоактивность / под ред. В. И.
Баранова; пер. с фр. З.В. Ершовой, В.Д. Никольского. Москва, Ленинград:
Государственное издательство технико-технической литературы, 1947. 520 с.
45.
Склодовская-Кюри М. Эталон радия и измерения в области
радиоактивности / под ред. Н. А. Булгакова; пер. с фр. Н. Тамамшевой. СанктПетербург: Физика, 1913. 63 с.
46.
Солопова М.А. Античный атомизм: к вопросу о типологии
учений и истоках генезиса. Вопросы философии. 2011. № 8. C. 157–168.
47.
Суворов C.Г. Вклад де Бройля в развитие физики (К
публикации переводов статей де Бройля). Успехи физических наук. 1967. Т.
93. С. 177.
48.
Уилсон М. Американские учёные и изобретатели / пер. с англ.
В. Рамзеса. Москва: Знание, 1975. 136 с.
78
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
49.
Фарадей М. Силы природы и их соотношения / перевод
прижизненного издания М. Фарадея; переводчик В.Ф. Лугинин. СанктПетербург: О.И. Бакста, 1865. 132 с.
50.
Фарадей
М.
Экспериментальные
исследования
по
электричеству, в трёх томах (Классики науки). Москва: Изд. АН СССР, 1959.
Т.3. 836 с.
51.
Фейнман Р. КЭД - странная теория света и вещества. Изд-во:
Полиграфиздат, Астрель, 2012. 196 с.
52.
Фишер К. Декарт, его жизнь, сочинения и учение / пер. с нем.
под ред. Н.Н. Полил. Санкт-Петербург: Мифрил, 1994. 560 с.
53.
Храмов Ю.А. Гюйгенс Христиан. Физики: Биографический
справочник / под ред. А.И. Ахиезера; изд. 2-е, испр. и доп. Москва: Наука,
1983. С. 95, 400.
54.
Храмов Ю.А. Декарт Рене. Физики: Биографический
справочник / под ред. А.И. Ахиезера; изд. 2-е, испр. и доп. Москва: Наука,
1983. С. 95, 400.
55.
Чанышев А.Н. История философии Древнего мира: учебник
для студентов философских специальностей / Московский гос. университет
им. М.В.Ломоносова, Филос. Факультет, 2-е изд. Москва: Парадигма:
Академический Проект, 2011. 606 с.
56.
Шрёдингер Э. Волновая теория механики атомов и молекул.
Успехи физических наук. 1927. Т. 7. С. 176-201.
57.
Шрёдингер Э. Основная идея волновой механики / В.
Гейзенберг, П. Дирак, Э. Шрёдингер. Современная квантовая механика. Три
нобелевских доклада. Ленинград-Москва: ГТТИ, 1934. С. 37-60.
58.
Шрёдингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики?
Москва: РИМИС, 2009. 176 с.
59.
Шрёдингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой
клетки. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002. 92
с.
60.
Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том
3. Работы по кинетической теории, теории излучения и основам квантовой
механики
1901-1955.
Москва:
Наука,
1966.
URL:
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/E/EYNSHTEYN_Al'bert/_Eynshteyn_A..html
61.
Яворський Б.М., Детлаф А.А., Лебедєв А.К. Довідник з фізики:
для інженерів та студентів вищих навч. Закладів. Тернопиль: Навчальна
книга-Богдан, 2005. 1034 с.
62.
Atmanspacher H., Primas Н. Recasting Reality: Wolfgang Pauli's
Philosophical Ideas and Contemporary Science. Berlin: Springer, 2009. 340p.
63.
Badino M. Productive conservatism: Planck’s second theory of
radiation / M. Badino. Annalen der Physik. 2012. V. 524. P. A29-A31.
64.
Badino M. Pursuing an Idea: Planck’s Quantum Theory of Ideal
Gas: preprint. 2010. P. 1-12. URL:
79
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 1
https://www.academia.edu/1566066/Pursuing_an_Idea_Plancks_Quantum_Theor
y_of_Ideal_Gas
65.
Bunsen R.W. American Chemical. The Journal of the American
Chemical Society. American Chemical Society. 1900. Т. 23. Р. 89-107.
66.
Concise Dictionary of Scientific Biography 2nd Edition. New York:
Charles Schribner’s Sons Publishing Co. Copyright. 2000. P. 606-607.
67.
Hartmann H. Max Planck als Mensch und Denker. Frankfurt. 1964.
173s.
68.
Heisenberg W. Quantum Theory of Fields and Elementary
Particles. Reviews of Modern Physics. 1957. T.3, V. 29, № 3. P. 269-278.
69.
Lockemann Georg: Bunsen, Robert Wilhelm. In: Neue Deutsche
Biographie (NDB). V. 3. Duncker & Humblot, Berlin 1957. P. 18-20.
70.
Raman V.V., Forman P. Why Was It Schrödinger Who Developed
de Broglie's Ideas? Historical Studies in the Physical Sciences. 1969. V. 1. P. 291314.
71.
Schrödinger E. Quantisierung als Eigenwertproblem (Vierte
Mitteilung). Annalen der Physik. 1926. V. 386 (81). P. 109-139.
72.
Schrödinger E. The final affine field laws. Proceedings of the
Royal Irish Academy A. 1947. V. 51. P. 163-179.
73.
Schrödinger. E. The proper vibrations of the expanding Universe.
Physica. 1939. V. 6. P. 899-912.
74.
Selles M.A. Infinitesimals in the foundations of Newton’s
mechanics. Historia Mathematica. 2006. № 33. P. 210-223.
75.
Snobelen S.D. Isaac Newton, heretic: the strategies of a
Nicodemite. British Journal for the History of Science. 1999. № 32. P. 381-419.
76.
Thomson J.J. On the Structure of the Atom: an Investigation of the
Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal
intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to
the Theory of Atomic Structure (extract of paper). Philosophical Magazine Series.
1904. V.7 (39). P. 237.
77.
Thomson J.J. On the structure of the atom: an investigation of the
stability and periods of oscillation of a number of corpuscles arranged at equal
intervals around the circumference of a circle; with application of the results to the
theory of atomic structure. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical
Magazine and Journal of Science. 1904. Т. 7, V. 39. P. 237-265.
78.
LHCb - Large Hadron Collider beauty experiment. URL:
https://lhcb-public.web.cern.ch/Welcome.html#Tcccc
80
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
АТОМАРНЫЙ УРОВЕНЬ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ОРГАНИЗАЦИИ МИКРОУРОВНЯ
ЖИВЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ
СИСТЕМ, ВКЛЮЧАЯ ЧЕЛОВЕКА
Глава 2
Истина может на время быть затемнена
заблуждениями, но ее свет рано или поздно
пробивает тучи.
- К.А. Гельвеций
Неловко вспоминать, сколько студентов мы
провалили по химии за незнания того, что, как мы
позже выяснили, оказалось неправдой ...
- Р.Л. Вебер в книге "Наука с улыбкой"
Все существующее имеет основание для своего
существования.
- Г.В. Лейбниц
81
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Вступление.
Комплементарный
блок.
Современные представления о строении атома.
Стандартная
модель
фундаментальных
взаимодействий. Строение ядра атома. Электрон и
система энергетических уровней атома. Квантовомеханические особенности строения атомов живых
систем. Выводы с позиции системной медицины.
Вступление.
Поскольку
физика,
как
фундаментальная
наука,
занимающаяся изучением общих законов природы, пространства,
времени, строения и свойств веществ и полей, то переход от
классической механики к квантовой с изменением парадигмы на
корпускулярно-волновую электромагнитную модель мироздания не
мог не сказаться на других фундаментальных науках, изучающих
природу.
На сегодняшний день сопоставления современного научного
знания физики, химии, биологии в рамках системного
естествознания и системной медицины изменило взаимную
сущность этих фундаментальных наук и обусловило возникновение
новых разделов, таких как квантовая химия, физико-химическая
биология, а также обусловило необходимость их дальнейшего
трасдисциплинарного взаимодействия.
Согласно представлениям классической механики, каждая
частица должна двигаться по определенной траектории и иметь в
определенный момент времени фиксированные координаты и
82
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
импульс. После того как было открыто свойство корпускулярноволнового дуализма частиц (то есть любая частица одновременно
проявляет и свойства частицы, и свойства волны), стало понятно,
что классическая механика не способна отразить всех свойств
частицы, и объект микромира (электроны, протоны и т.д.) нельзя
охарактеризовать точно только благодаря использованию
параметров его координат и импульса, а необходимо учитывать
еще и его волновую функцию. Эта проблема была решена в 1926
году физиком Э. Шредингером (Erwin Rudolf Josef Alexander
Schrödinger) путем разработки математической волновой модели
атома в виде волнового дифференциального уравнения:
Е и U(x) – полная и потенциальная энергия частиц соответственно,
m – масса частиц, - постоянная Планка,
– волновая функция,
определяющая поведение волн материи [24, 108].
Необходимость учета волновой функции изменила полностью
взгляд на микрочастицу, на вещество и на организацию мира. Все
это нашло отражение в постулатах нового раздела физики квантовой механике.
С учетом волновой функции самое главное и простое
уравнение квантовой механики получило эпитет «изящного» «смотрите как просто устроен мир», и имеет вид:
,
где – оператор параметра,
– волновая функция,
параметра, фиксируемое в эксперименте [24, 108].
– значение
Осмысление именно этого уравнения дало разгадку многих
неразрешимых с позиций классической физики проблем. Теперь
стало понятно, что если известен точный вид волновой функции, то
различные физические характеристики частицы/молекулы могут
быть получены как собственные значения операторов
соответствующих величин [4, 24].
83
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Как уже отмечалось, изменение физического фундамента с
классического на квантовый привело к необходимости
трансформации других наук, изучающих микромир, и в первую
очередь химии. Все объекты, изучаемые химией (ионы, атомы,
молекулы и т.д.) также имеют свойства корпускулярно-волнового
дуализма, а реакции между этими объектами (преобразование
молекул реагентов в молекулы продуктов) протекают согласно
квантово-механической модели межмолекулярного переноса
энергии и оказываются квантовыми процессами (то есть энергия
излучается/передается неделимыми порциями - квантами). Базис
квантовой механики позволил объяснить физическую природу
химизма, а именно:
химизм является результатом обменного взаимодействия
электронов;
химические связи, которые проявляют свойства
валентных электронов, являются внутренними силами,
объединяющими атомы в молекулы;
молекулы представляют собой прочную квантовомеханическую целостность;
электрон в таком случае выглядит как электронное
облако, расположенное в поле действия атомного ядра.
Таким образом, на сегодняшний день химия стала квантовой
наукой. С учетом постулатов квантовой механики взгляд на
химическое соединение стал более широким понятием. Под
термином «химическое соединение» теперь имеют в виду
вещество, атомы которого за счет обменного взаимодействия
(химической связи) объединены в частицы-молекулы, комплексы,
монокристаллы или другие агрегаты. Благодаря применению
аппарата квантовой механики в квантовой химии появилась
возможность теоретического описания предсказания свойств и
реакционных способностей атомно-молекулярных систем на основе
решения дифференциальных уравнений с волновой функцией
(уравнение Шредингера), что и стало основной задачей
теоретической квантовой химии [4, 18, 24, 32, 108].
84
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Комплементарный блок.
Современные представления о строении атома.
Для понимания сути магнитоэлектрохимической концепции
обмена веществ, в том числе и в живых биологических системах,
включая человеческий организм, принципиально важное значение
имеет знание организации и механизмов энергообмена
микроуровня/субатомарного и субклеточных уровней макромира
организации живой материи. Микромир в физике - это мир
размером меньше атома, который функционирует по квантовым
законам, в отличие от биологического микромира, который
рассматривает как микромир - мир меньше размера биологической
клетки и который многие ученые-биологи, медики пока
продолжают
рассматривать
с
механистических
позиций
классической физики (табл. 2.1).
После парадигмального переворота в физике ХХ века,
признание корпускулярно-волнового дуализма материи, создание
квантовой механики в 60-70-х годах ХХ века возникла
необходимость
пересмотра
понятия
«базовая/элементарная
частица» (так в ХХ веке было открыто уже несколько десятков
новых элементарных частиц количество выявленных частиц
постоянно увеличивалась) и создание новой теории строения атома,
способной описать взаимодействие всех его частиц.
Такой моделью стала Стандартная модель фундаментального
взаимодействия [3, 29, 35, 40, 58, 89, 109].
Современное научное понимание вопроса строения материи
обусловлено научно-экспериментальным проникновением на ее
микроуровень - 10-13-10-16 см.
Установлено, что на микроуровне вещество состоит из
молекул, молекулы - из атомов, атом состоит из ядра и облаков
электронов вокруг него, осуществляющих куда более сложные
движения, чем просто вращения, и которые можно условно
рассматривать как нахождение электрона в нескольких местах
одновременно (принцип неопределенности).
85
102
103
107
1012
1017
1022
+1027,?
Организм человека
Планеты
Ядро звезды
Звезда
Ядро галактики
Галактика
Мегагалактика
10-3
Ядра, органеллы клеток
10-1
10-5
Молекулы
Органы организма
10-8
Атомы
10-2
10-13
Ядра атомов
Ткани
10-18
Адроны
Ядерное сильное,
Ядерное слабое,
электромагнитное
10-8
10-23
Фермионы
Взаимодействие
Интервал
МИКРОМИР,
в т.ч. наномир
Клетки
+10-28?
10-18
Размер, см
Бозоны
Электрон
Объект мира
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Табл. 2.1.
Масштабные размеры мировых объектов (упрощенная схема)
МАКРОМИР
МЕГАМИР
Электромагнитное
Гравитационное
Примечание: «?» - возможное отсутствие полного знания
86
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Все компоненты атома состоят из фундаментальных
объектов: фермионов, а именно из шести кварков и шести
лептонов, которые взаимодействуют между собой с помощью
трех сил: сильного ядерного, слабого ядерного, электромагнитного
взаимодействий, переносчиками которых являются бозоны (W, Zбозоны, глюоны, гамма-кванты/фотоны соответственно) - рис.
2.1.
Рис. 2.1. Условные схема и иллюстрация представлений о
строении атома из школьного курса физики учебника за 10 класс с
сайта https://history.vn.ua/pidruchniki/
Атом имеет размер порядка 10-8 см.
Атом состоит из ядра и облаков электронов вокруг него,
осуществляющих куда более сложные движения, чем
просто вращения.
Масса атома обычно выражается в атомных единицах.
Атомная единица массы (а.е.м.) - единица массы, применяемая
для выражения масс микрочастиц.
За 1 а.е.м. принята 1/12 часть массы атома углерода с
массовым числом 12 (т.н. углеродистая шкала).
1 а.е.м.=1,6605655⋅10-27 кг.
За атомную массу элемента, который состоит из смеси
изотопов, принимают среднее значение атомной массы изотопов с
учетом их процентного содержания.
87
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Атомная масса меньше суммы масс частиц (протонов,
нейтронов, электронов), которые составляют атом, величины,
обусловленной энергией их взаимодействия (дефект массы) [15, 27,
39, 40].
Современные представления о строении атома
представляют собой результат эволюции и комплексного
взаимодействия научной мысли нескольких поколений
ученых и отталкиваются от планетарной модели атома
Э.Резерфорда (1911), дополненной постулатами физика
Н.Бора (1913) - феноменологической моделью Бора,
уточненной квантовыми механизмами - квантовой
моделью атома В. Гезенберга (1927), наглядной
квантовой моделью Э. Шредингера (1926), кварковоадронной моделью строения ядра (60-е годы ХХ века) с
обобщением в современной концепции научных взглядов
взаимодействия
фундаментальных
частиц
в
Стандартной модели фундаментального взаимодействия
[1 2, 15, 26, 39, 40].
Гносеологические модели строения атома:
Модель Резерфорда-Бора.
Подробнее:
Гносеология процесса эволюции взглядов стала развиваться потому,
что классическая ядерная модель прекрасно объясняла результаты опытов по
изучению рассеяния α-частиц, но у нее был существенный недостаток - она
не обеспечивала объяснения свойства стабильности атомов. Согласно
законам электродинамики, всякий ускоренно движущийся заряд, в том числе
и электрон, равномерно движущийся вокруг ядра по окружности, должен
растрачивать свою энергию на излучение и постепенно приближаться к ядру,
пока не упадет на него. При этом частота вращения электронов вокруг ядра
должна изменяться, а, следовательно, должна изменяться и частота
испускаемого атомом излучения, а этого не происходит в реальности - атомы
устойчивы и стабильны. Н. Бор решил эту проблему, усовершенствовав
классическую модель атома, введя в теорию идеи квантования и выделяя при
этом некоторые орбиты, разрешенные для движения электрона. Очевидно
было, что в правилах квантования должна фигурировать квантовая
постоянная Планка. И так как квант действия имеет размерность момента
импульса, то Бор добавил в теорию условие квантования момента импульса
движения вокруг ядра электрона. Теория Бора не отвергла полностью законы
88
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
классической физики при описании поведения атомных систем, сохранив
представление об орбитальном движении электронов в кулоновском поле
ядра, но дополнила их идеей о квантовании электронных орбит. Поэтому
теорию Бора иногда называют полуклассической. Позже было установлено,
что постулаты Бора являются следствиями квантовой механики. За работы по
исследованию структуры атомов и их излучения в 1922 году Н. Бору была
присвоена Нобелевская премия по физике [1-3, 89].
- Согласно простейшей модели Резерфорда-Бора атом представлял
собой центральное положительно заряженное ядро очень малых размеров
(∼10-12 см) с распределенными вокруг него на больших расстояниях (∼10-8)
электронами [1, 27, 39].
- Вся масса атома практически была сосредоточена в ядре, масса
электрона была очень мала [1, 26, 27, 39, 89].
- Первый постулат Бора получил название «постулат стационарных
состояний».
Основные положения: - атомная система может находится
только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому
из которых соответствует определенная энергия En;
- в стационарных состояниях атом не излучает; - первый постулат
находится в противоречии с классической механикой, согласно
которой энергия движущегося электрона может быть любой; - он
находится в противоречии также с электродинамикой, так как
допускает возможность ускоренного движения электронов без
излучения электромагнитных волн; - атом характеризуется системой
энергетических уровней, каждый из которых соответствует
определенному стационарному состоянию: электрон может вращаться
вокруг ядра неопределенно долго, не излучая энергию, если на его
орбите укладывается целое число длин волн де Бройля; - устойчивые
орбиты в атоме - это орбиты, радиусы которых rn определяются
соотношением mevrn=nћ; - каждая орбита расположена на вполне
определенном расстоянии и характеризует энергетическое состояние;
- орбита с наименьшим радиусом соответствует наименьшему
значению энергии и называется К-орбитой, за ней следует L-орбита, Морбита и т.д.; - при движении электронов по этим орбитам атом
находится в устойчивом состоянии; - испускание или поглощение
атомом излучения происходит только при переходе электрона с одной
орбиты на другую, причем частота ν, которая излучается однозначно
связана с разностью энергий, участвующих в переходе состояний
ΔЕ=hν, где h=2π ћ; - механическая энергия электрона, движущегося по
замкнутой траектории вокруг положительно заряженного ядра,
является отрицательной; - всем стационарным состояниям
соответствуют значения энергии En<0; - при Еn>0 электрон удаляется
от ядра (ионизация) - величина | Е1 | называется энергией ионизации,
89
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
состояние с энергией Е1 называется основным состоянием атома [2, 39,
40, 52].
- Второй постулат Бора был назван «правило частот».
Основные положения: - при переходе атома из одного
стационарного состояния с энергией En в другое стационарное
состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия
которого равна разности энергий стационарных состояний:
hνnm=En–Em; - условие частот ν излучения при переходе атома из одного
стационарного состояния (Е1) в другое (Е2): ν=(Е1-Е2)/h, где h –
постоянная Планка; - исходя из этого можно рассчитать частоту
излучения; - второй постулат противоречит электродинамике
Максвелла, так как частота излучения определяется только изменением
энергии атома и никак не зависит от характера движения электрона [2,
39, 40].
- Первым атомом, к которому была применена модель Бора, был атом
водорода. Атом водорода является простым, поскольку содержит один
единственный электрон, движущийся по замкнутой орбите в кулоновском
поле ядра. В первом приближении ядро атома можно считать неподвижным,
а электронные орбиты - круговыми орбитами. На модели орбиталей атома
водорода видим, что излучение или поглощение кванта излучения
происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое,
при этом частота излучения атома определяется разностью энергий атома в
двух стационарных состояниях (рис. 2.2) [1, 2, 39, 40].
Рис. 2.2. Модель атома водорода Бора [49].
Электрон в атоме водорода согласно модели Бора, вращается вокруг
ядра, не излучает энергию, если на его орбите укладывается целое число
длин волн де Бройля λ:
nλ=2πrn, n=1, 2, 3,...
90
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Различным разрешенным орбитам π соответствуют разные энергии
электронов En:
n = 1, 2, 3,...
Радиус первой Боровской орбиты атома водорода r1≈0,53·10-8 см.
Электромагнитное взаимодействие электронов и атомных ядер в атоме
водорода определяет энергию связи и размеры атомов, размеры
молекулярных структур. Боровская теория атома водорода прекрасно
согласовывалась с экспериментом. Это стало служить весомым аргументом в
пользу ее справедливости. Схемы орбиты атома водорода и уровней
энергетического спектра атома водорода модели Бора представлены на рис.
2.3 и 2.4 соответственно [5, 24, 26, 27, 49].
Рис. 2.3. Схемы орбиты атома водорода [49].
91
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Рис. 2.4. Схема уровней энергетического спектра атома водорода
[49].
Правильность модели атома Бора была подтверждена Г. Мозли путем
измерения длины волн характеристического рентгеновского излучения.
Согласно модели Бора, энергия электронов на первой Боровский орбите
атома должна быть пропорциональной квадрату заряда ядра:
Г. Мозли предположил, что энергия рентгеновского фотона также
должна зависеть от квадратов заряда атомного ядра. Так как электроны
внутренних оболочек атома экранированы от внешних электронов, то их
энергии не должны зависеть от сложных взаимодействий электронов
92
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
внешних оболочек атома, ответственных за оптические спектры атомов.
Измерив характерные спектры около 50 химических элементов, Г. Мозли
получил зависимость квадратного корня частоты ν характеристических
рентгеновских линий от заряда ядра Z. Эта зависимость называется графиком
Мозли [3, 5, 24, 26, 27, 49].
Рис. 2.5. График Мозли [49].
93
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Полученные
функцией:
зависимости
хорошо
аппроксимируются
линейной
где R - постоянная Ридберга, sn - постоянные экранирование для каждой
линии характеристического рентгеновского спектра.
Если в K-оболочке атома (n=1) возникает вакансия, то она будет
заполняться за счет переходов электронов с более высоко расположенных
оболочек n=2, 3. Переходам из этих оболочек соответствует K-серия.
Переход n=2→n=1 имеет минимальную энергию. Эту линию называют Kα.
Переходу n=3→n=2 соответствует линия K и т.п. Переходы на вакансию в
оболочке n=2 образуют L-серию и, соответственно, линии Lα, Lβ, Lγ. В
частности, для частоты K-серии характеристического излучения:
ν=cR(Z-1)2(1-1/n2).
То обстоятельство, что частота ν пропорциональна Z, а не (Z−1)2
объясняется частичным экранированием заряда ядра остаточными
электронами K и L-оболочки. Часто используется также величина Ридберга Ry. 1Ry = R · hc = 13,6 эВ. Н. Бор рассчитал постоянную Ридберга (1913),
используя известные в то время значения констант m - масса электрона,
e - заряд электрона, c - скорость света и ћ - постоянную Планка и получил
совпадение с величиной, полученной на основе спектроскопических
измерений. Это во многом также способствовало признанию атомной модели
Бора. Однако в таком виде она не подходила для трактовки более сложных
молекул. Бор не смог дать физическую интерпретацию правилу квантования.
Модель атома Бора была попыткой примирить представление классической
физики с законами квантового мира и стала основой для дальнейшего
развития знаний ядерной физики [3, 5, 24, 26, 27, 49].
Волновая модель электронной оболочки атома Э. Шредингера.
Подробнее:
- 20-е годы ХХ века - на смену модели Бора пришла волновая модель
электронной оболочки атома Э. Шредингера. К этому времени было
экспериментально установлено, что электрон обладает свойствами не только
частицы, но и волны - корпускулярно-волновой дуализм материи. Шредингер
применил к электрону-волне математические уравнения, описывающие
движение волны в трехмерном пространстве. С помощью этих уравнений
рассчитывается не траектория движения электрона внутри атома, а
вероятность найти электрон-волну в той или иной точке пространства
вокруг ядра. Общее у волновой модели Шредингера и планетарной модели
Бора состоит в том, что электроны в атоме существуют на определенных
94
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
уровнях, подуровнях и орбиталях. В остальном эти модели отличаются:
- в волновой модели орбиталь - это пространство около ядра, в котором
можно обнаружить заселивший ее электрон с вероятностью 95%, а за
пределами этого пространства вероятность встретить такой электрон
составляет менее 5%. Полученные с помощью математического расчета
такие "участки вероятности" нахождения в электронной облаке s- и pэлектронов сейчас известны фундаментальной науке как электронные
орбитали атомов или электронное строение атома - так называемая
орбитальная модель строения атома (Г. Уайт, 1931) [4, 18 49, 88].
Таким образом, в соответствии с принципом неопределенности
электрон не отображается в виде точки в какой-то момент его нахождения, а
математически вычисляется и графически визуализируется во всей зоне его
максимально возможного нахождения вокруг ядра. Эта модель введена в
действующие учебники по химии (рис. 2.6) [4, 7, 12].
Рис. 2.6. Иллюстрация волновой модели атомов с s- и p-орбиталей*,
то есть соответственно шаровидной и гантелевидной форм
"участков вероятности" нахождения их электронов [40].
* - Важно понимать, что орбиталь - это чисто математический уровень
описания микрообъектов, это функция декартовых координат электрона, то
есть вектора с координатами x, y, z, которая не имеет самостоятельного
физического смысла (смысл имеет только ее квадрат, а если волновая
функция комплексная, то квадрат ее модуля), что определяет вероятность
найти электрон в данной области пространства, а изображаемые в учебниках
"орбитали" - это иллюстрации графиков математической функции для
решения уравнения Шредингера в одноэлектронном приближении, но ни в
коем случае не физический (материальный) объект [20, 23, 40, 48].
95
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Кольцегранная модель строения атома Снельсона.
Подробнее:
- В 1961 году была предложена кольцегранная и волногранная модели
строения атома архитектором К. Снельсоном (США). Позже российским
педагогом Д.
Кожевниковым
в образовательных
целях были
сконструированы их объемные модели. Электроны в атомной модели
Снельсона имеют кольцевую форму и формируют сферические электронные
оболочки, состоящие из касательных электронных колец ("circle-sphere").
Модели таких «циклосфер» Снельсон построил из ферритовых кольцевых
магнитов. Если их расположить на поверхности сферы, то при чередовании
направления магнитного поля края смежных магнитов притягиваются друг к
другу, и их внешние плоскости образуют многогранные (кольцегранные)
оболочки (рис. 2.7) [20, 47, 102].
Рис. 2.7. Иллюстрация магнитных моделей электронных оболочек
Снельсона [47].
Основные положения: - за основу было взято базовое положение, что
единственное возможное состояние электрона в атоме - это его движение по
кругу; - соответственно нет никаких гантелей р-орбиталей и p-электронов,
как и нет следующих d-, f-, g-состояний электрона, и d-, f-, g-орбит, а атомная
орбита строится с колец, по которым движутся электроны; - в атоме водорода
содержится лишь одно электронное кольцо, что является простым и верным
решением, и в орбитальной модели, которая является совместимой со всеми
расчетами и современными представлениями про s-электрон - это
единственный электрон вращается по кругу вокруг ядра, которое находится в
центре этого круга и это кольцо может свободно вращаться вокруг ядра,
образуя сферу; - в атоме гелия первый электронный уровень дополняется
вторым, представляющим собой параллельно расположенное кольцо с
противоположным первому направлением движения электрона, которое
необходимо для компенсации магнитного момента, который возникает во
время движения первого электрона; - в атомах второго периода
периодической системы элементов первый уровень электронов занимает
более близкую к ядру систему из двух s-колец, а все последующие по мере
96
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
увеличения заряда ядра занимают стабильную 8-кольцевую конструкцию,
которая может свободно вращаться вокруг ядра - центра симметрии; при
этом кольца переходят один в один, поэтому направление движений
электронов в соседних кольцах противоположное, а в местах их соединения
совпадает и сливается в общий поток. На орбите вокруг ядра, таким образом,
существует 4 парных расположенных друг против друга кольца, в которых
поток электронов является однонаправленным; - траектория движения
электрона по периметру всего уровня 8-, 18- и 32-электронных орбит
выглядит волнообразной, и, учитывая корпускулярно-волновой дуализм
частиц микромира, этот процесс можно описать термином «стоячая волна»; при наличии на орбите одного электрона только он движется по всем
кольцам, переходя с одного кольца на другое; - при расположении на орбите
нескольких электронов они могут локализоваться по одному электрону на
одно кольцо и не более; - большая вероятность или расположение нескольких
электронов в любом из восьми колец уровня, что обусловлено
необходимостью постоянного хранения максимально полной компенсации
момента атома и симметрии электромагнитных моментов, которые
происходят в такой конструкции автоматически; - заполнение электронами
всего уровня орбиты создает для каждого отдельного электрона возможность
длительное время находиться в идеальных для себя условиях кругового
движения в пределах одного кольца без всяких флуктуаций, и тогда
химические свойства атома становятся инертными; - второй 8-электронный
уровень образуется на определенном расстоянии от первого, при этом
увеличивается радиус атома, а кольца обоих уровней располагаются друг
против друга, с противоположным направлением движения электронов, что
обеспечивает полную магнитную компенсацию атома и т.д.; - переход
электрона с близкой орбиты к удаленной от ядра орбиты сопровождается
потерей им энергии и излучением кванта света - фотона [20, 47, 102].
По теории Снельсона устойчивые сочетания магнитов соответствуют
четырем основным типам заполненных оболочек атомов, построенных из
кольцевых электронов:
первый тип (2e-) соответствует гелию, атомный радиус которого
равен 31 pm;
второй тип (8e-) характерен для благородных газов, замыкающих
периоды в таблице Менделеева (Ne - 38 pm; Ar - 71 pm; Kr - 88
pm; Xe - 108 pm; Rn - 120 pm).
более заполненными оболочками (10e-) обладают элементы
подгруппы никеля (Ni - 149 pm; Pd - 169 pm; Pt - 177 pm).
оболочка из 14 электронов может формироваться у лантаноидов
(Er - 226 pm) и, возможно, у актиноидов.
При этом группировка химических элементов по типам внешних
электронных оболочек атомов отражает их распределение на малые (8e -) и
крупные (10e- + 8e - или 14e - + 10e- + 8e-) периоды таблицы Менделеева (рис.
2.8) [47].
97
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Рис. 2.8. Таблица Менделеева с распределением периодов по
Снельсону [47].
Преимущества модели: - исходя из такого представления о строении
электронных оболочек атома, легко объяснить и предусмотреть характерные
свойства элементарных и сложных химических частиц - атомов, молекул и
ионов; - в пределах периода (горизонтальная строка периодической системы
элементов) атомный радиус уменьшается слева направо, так как возрастает
заряд ядра и т.п.; - в отличие от атомов молекулы всегда создают спаренные
кольцевые электронные орбиты - этим можно объяснить, что в природе
преобладают молекулы, а не атомы (недостаточная заполняемость
электронами энергетических уровней единичного атома побуждает его к
объединению с другими атомами для взаимного достижения идеальной
электронной конфигурации и при этом одно из электронных колец атома
встраивается в кольцо 8-кольцевого уровня другого атома); - водородная
связь, которая существует между молекулами, в составе которых атомы
водорода и атомы элемента второго периода (углерод, азот, кислород),
является по сути магнитною связью на определенном расстоянии между
молекулами - между кольцами с некомпенсированным магнитным моментом;
- с позиции кольцегранной/волногранной модели строения атома легче
объяснить отсутствие излучения, которое должно возникать при круговом
ускорении. Это так потому что: (1) происходит взаимное гашение
возникающих электромагнитных волн от электронов соседних колец, по
которым электроны вращаются в разных фазах; (2) постоянное возвращение
электрона при движении по кругу на то же место в течение бесконечно
долгого времени не должно вызывать никаких изменений, как снаружи, так и
внутри такой системы, в том числе излучения; (3) равномерное
поступательное движение электрона по прямой является частным случаем
кругового движения с радиусом, приближенным к бесконечности; (4) с этой
98
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
моделью строения атома возможно проведение трансдисциплинарной
аналогии движения электрона при отсутствии внешнего воздействия по
орбите с возвращением в исходную точку траектории и движением
космических тел/планет во Вселенной. Указанная модель продолжает
рассматриваться как перспективная [6, 9, 47].
Рис. 2.9. Сравнение моделей строения молекул аммиака и воды
[47].
Рис. 2.10. Кольцегранные модели основных 2D- и 3D-форм
углерода [47].
99
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Рис. 2.11. Иллюстрация эволюции представлений о строении атома с
сайта https://www.bb.edu.gov.kg
100
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Стандартная модель фундаментального
взаимодействия.
■ Стандартная модель - это действующая модель современного
научного представления [3, 26, 29, 56, 57, 92]:
- это признанная наукой современная теоретическая конструкция в
физике элементарных частиц, описывающая электромагнитное,
слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц;
- это современная теория строения и взаимодействия элементарных
частиц, многократно проверенная экспериментально, основанная на
небольшом количестве постулатов и которая позволяет теоретически
предсказывать свойства тысяч различных процессов в мире
элементарных частиц;
- это квинтэссенция теоретической обработки многочисленных
экспериментов в виде математической записи в фундаментальных
уравнениях движения материи;
- это та граница, которая отделяет достоверно известное от
гипотетического в мире элементарных частиц;
- это открытая часть какой-то более глубокой теории строения
микромира, которую современная фундаментальная наука (так
называемая «новая физика») еще должна будет сформулировать в
будущем.
■ Основные компоненты Стандартной модели [3, 26, 29, 61, 62, 91]:
- рабочий инструмент Стандартной модели - квантовая теория поля;
- ключевые объекты Стандартной модели - точечные объекты без
внутренней структуры/квантовые поля: электронное, мюонное,
электромагнитное, кварковое и т.п., соответственно каждой
субъединицы микромира (но не «частицы», как в классической
механике, и не «частицы-волны», как в квантовой механике);
- при этом и вакуум, и то, что нами воспринимается как отдельные
частицы, и более сложные образования, нельзя свести к отдельным
частицам;
- все это описывается, как различные состояния полей (то есть
современная физика под термином «частица», имеет виду именно
состояние поля, а не отдельный точечный объект);
- в стандартной модели различают двенадцать точечных объектов без
внутренней структуры/квантовые поля, которые называются
фермионами.
101
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
■ Различают фермионы [17, 22-24, 49, 91, 92]:
(1) три поколения точечноподобных кварков - 6 кварков (u, d, c,
s, t, b)
(2) три поколения лептонов - 6 лептонов (e-, μ-, τ-, νe, νμ, ντ).
Таблица 2.2.
Стандартная модель: классификация фермионов по поколениям и
семьями
Семейство
Поколение
Заряд
фермионов
1
2
3
νе
νμ
ντ
0
Лептоны
e
-1
u
c
t
+2/3
Кварки
d
s
b
-1/3
Подробнее:
Особенности: - кварки сильно взаимодействуют между собой и
«заперты» внутри более сложных частиц - адронов; - каждый из 6 типов
кварков может находиться в трех цветовых состояниях (например, красный,
зеленый, синий). Кварки и лептоны являются фермионами и имеют спин J=½;
двенадцати фундаментальным фермионам соответствуют двенадцать
антифермионов.
Кварки делятся на две группы [17, 22-24, 49, 87, 103]:
(1) верхнего типа с зарядом +2\3 - верхний, очаровательный, истинный
кварки;
(2) нижнего типа с зарядом -1\3 - нижний, странный, прелестный кварки;
- истинный и прелестный - это самые большие кварки, верхний и нижний - это
маленькие кварки; - «ароматы» кварков - это названия кварков.
Обозначения кварков происходят от английских слов: up, down, strange,
charm, bottom, top.
Кварковая модель была предложена в то время, когда были известны
только так называемые легкие адроны, то есть адроны, состоящие только из
легких кварков - u, d и s.
Кварковая модель сразу позволила систематизировать данные адронов,
дала возможность понять структуру уже известных в то время частиц,
предусмотреть ряд неизвестных в то время адронов.
Основные положения: - все адроны можно разбить на два больших
класса; - первый класс - барионы (барионы - это фермионы с полуцелым
спином), состоящие из трех кварков; - второй класс - это мезоны (мезоны бозоны с целым спином) - нуклоны являются самыми легкими барионами;
- протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (р=uud), нейтрон - из двух
d-кварков и одного u-кварка (n=ddu); - нейтрон тяжелее протона, поскольку d102
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
кварк тяжелее u-кварка; - барионы, состоящие не только из u- и d-кварков,
называются гиперонами; - самый легкий из гиперонов - Λ-гиперон, который
состоит из трех различных кварков: Λ=uds; - наиболее легкие из мезонов пи-мезоны, или пионы: π+, π-, π0; - кварковая структура заряженных пионов
является простой: π+=u , π-=d; - нейтральный пион - это линейная комбинация
состояний u и d : часть времени он проводит в состоянии u , часть - в
состоянии d ; с одинаковой вероятностью π0-мезон можно застать в каждом из
этих состояний;
- массы π+- и π - мезонов (эти мезоны являются
взаимными античастицами) равны примерно 140 МэВ; масса π0-мезона (π0мезон подобно фотону истинно нейтральный) равна примерно 135 МэВ [21, 38,
49, 56, 57, 87].
- Следующие в порядке возрастания масс мезоны - это K-мезоны, которые
имеют массу около 500 МэВ.
K-мезоны содержат s-кварки:
K+=u , K0=d , K0=s , K- =s .
- K + - и K-мезоны являются античастицами по отношению друг к другу.
Аналогичное характерно и к K0- і K0-мезонов, которые, таким образом, не
являются истинно нейтральными частицами. Очевидно, что из трех кварков (u,
d, s) и трех антикварков ( , , ) можно построить девять различных состояний
[38, 49, 56, 57]:
u, u, u, d, d, d, s, s, s. u , u , u , d , d , d , s , s , s ..
- Семь из этих девяти состояний (три для π-мезонов и четыре для Kмезонов) уже рассмотрены; два оставшихся представляют собой суперпозиции
- линейные комбинации состояний u, d и s.
Масса одной из двух частиц - масса η-мезона - равна 550 МэВ, а масса η'мезона равна 960 МэВ;
[38, 49].
- Подобно π0-мезонам, η- и η'-мезоны являются истинно нейтральными
частицами. Девять мезонов, которые были рассмотрены, имеют нулевой спин:
J=0. Каждый из этих мезонов состоит из кварка и антикварка, имеющих
нулевой орбитальный момент: L=0. Спины кварка и антикварка смотрят
навстречу друг другу, так что их суммарный спин также равен нулю: S=0. Спин
103
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
мезонов J является геометрической суммой орбитального момента кварков L и
их суммарного спина S:
J=L+S.
В данном случае сумма двух нулей, естественно, дает ноль. Каждый из
обсуждаемых девяти мезонов - самый легкий в своем роде.
Кварковый состав протона и нейтрона
Кварковый состав -
+
-мезона и
-
-мезона
Рис 2.12. Схема и иллюстрация представлений о кварковом строение
протона, нейтрона, мезона [38].
- Мезоны, у которых орбитальный момент кварка и антикварка как и
прежде равен нулю, L=0, однако спины кварка и антикварка параллельны, так
что S=1 и, следовательно, J=1 - такие мезоны образуют более тяжелую девятку:
ρ+, ρ-, ρ0 K*+, K*0, K*-, K*0,
770 МеВ
892 МеВ
ω0
φ0
783 МеВ 1020 МеВ
- Известны многочисленные мезоны, у которых L 0 и J> 1.
- Барионы построены из u-, d- и s-кварков. Орбитальные моменты трех
кварков в нуклонах равны нулю, и спин нуклона J равен геометрической сумме
спинов кварков. Так, например, спины двух u-кварков в протоне параллельны, а
спин d-кварка смотрит в противоположную сторону. Так что у протона J=1/2.
- Согласно кварковой модели, протон, нейтрон, Λ -гиперон и еще пять
других гиперонов образуют октет (восьмерку) барионов с J=1/2; а барионы с
J=3/2 образуют декуплет (десятку):
104
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
ddd udd uud иии Δ- Δ0 Δ+ Δ++ 1232 МэВ
dds uds uus
Σ- Σ0 Σ+
1385 МэВ
dss uss
Ξ- Ξ0
1530 МэВ
sss
Ω-
1672 МэВ
[38, 49].
■ Вопрос выявления кварков: если все адроны состоят из
кварков, то должны существовать и свободные кварки, которые
обладают дробными электрическими зарядами и которые
можно обнаружить. Но свободные кварки не найдены и
считают,
что
это
невозможно
вследствие
явления
конфайнмента.
Подробнее:
До сегодняшнего дня вопрос не решен и повторение опытов по
нейтрализации мелкого заряда в «каплях масла» на современном техническом
уровне кварки выявить не дал. К отрицательному результату привело
проведения точного масс-спектроскопического анализа воды, который дал
верхний предел для отношения числа свободных кварков к числу протонов
порядка 10-27. Поиск свободных кварков продолжается среди материковых
пород, отложений на дне океана, в лунном грунте. Продолжает существовать
научный парадокс: внутри адронов кварки, существуют, что подтверждается:
(1) логичностью кварковой систематики адронов; (2) прямым "просвечиванием"
нуклонов высокоэнергичными электронами (глубокого неупругого рассеяния),
которое продемонстрировало, что внутри адронов электроны рассеиваются на
точечных частицах с зарядами, равными +2/3 и -1/3, и спином, равным ½, при
этом электрон резко меняет свои импульс и энергию, отдавая значительную их
часть кварку; (3) появлением дробных зарядов кварков в рождении струй
адронов в аннигиляции e+e- - при высоких энергиях, - но «вырвать» кварки из
адронов невозможно. Это явление получило определение - конфайнмент (англ.
сonfinement - содержание), согласно которому считается, что кварк, который
получил энергию в результате столкновения с электроном, не вылетит из
нуклона как свободная частица, а растратит свою энергию на образование
кварк-антикварковых пар, то есть на образование новых адронов, в основном мезонов [38, 61, 62, 87, 88, 101].
105
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Рассеяние электрона на одном
Рассеяние -частицы на ядре атома.
из трех кварков протона
Рис. 1.1.2.1.13. Схема конфаймента и рассеивания энергии частиц
[38].
В аллегорическом смысле попытка разбить какой-нибудь мезон на его
составляющие - кварк и антикварк, похожа на попытку разломать стрелку
компаса на южный и северный полюса: сломав стрелку, мы получим вместо
одного магнитного диполя - два; - «поломав» мезон, мы получим два мезона, а
энергия, которую мы потратим на то, чтобы растянуть исходные кварк и
антикварк, пойдет на создание новой пары антикварк плюс кварк, которые
образуют с исходными два мезона [28, 38. 61].
Рис. 2.14. Иллюстрация зависимости потенциальной энергии
взаимодействия кварка с антикварком от расстояния между ними
[38].
Теория взаимодействий кварков внутри адронов была названа
квантовой хромодинамикой.
Подробнее:
Основные положения: - взаимодействие кварков осуществляется посредством
обмена особыми частицами - глюонами (от англ. glue - клей) - глюоны
"склеивают" кварки в одно целое; - глюоны имеют спин равный единице,
лишены электрического заряда и не имеют массы покоя.
106
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
В случае электромагнитного взаимодействия силовые линии расходятся
от их источника - электрического заряда веером, потому что виртуальные
фотоны, выпущенные одновременно источником, не взаимодействуют друг с
другом, а глюоны сильно взаимодействуют друг с другом и в результате вместо
веера из силовых линий образуется жгут, протянутый между кварком и
антикварком; - глюоны, имея цветные заряды, становятся источниками новых
глюонов, число которых растет по мере их удаления от кварка, что
соответствует зависимости потенциальной энергии взаимодействия между
кварками от расстояния между ними [21, 28, 38, 61, 85, 100].
Рис. 2.15. Схема силовых линий электрического поля в
электростатике (а), глюонов поля между кварком и антикваркома (б)
и схема разрыва жгута при его большом растяжении (в) [38].
1965 год - для согласования кварковой модели адронов с
принципом Паули был предложен новый, усложненный вариант
Стандартной модели фундаментального взаимодействия двумя
разными
группами
ученых
М.М.
Боголюбовым,
Б.В. Струминским, А.Н. Тавхелидзе (СССР) и независимо от
них И. Намбу, М.И. Ханом (США). Гипотеза цветных кварков
имела удовлетворительное согласование с экспериментом, в то
время как первоначальная кварковая модель давала заведомо
неверные результаты.
Подробнее:
Основные положения: - каждый из кварков может появляться в трех
различных состояниях, идентичных по всем свойствам, кроме нового особого
свойства, названного "цветом" (кварки могут быть красными, синими или
желтыми, но не в общепринятом понимании цвета в повседневной жизни - в
виде «цветных шариков»); - определенный тип кварков (u, d или s) был назван
"ароматом"; - кварки различают по цвету и аромату; - аромат кварка может
проявляться в трех различных цветовых состояниях, характеризующихся
одинаковыми массами, электрическими зарядами и всеми другими свойствами;
107
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- антикварки имеют цвета антижелтый, антисиний, антикрасный; - количество
различных кварков, включая антикварки, аналогично равно: 6x2x3 = 36.
Чтобы результаты новой кварковой модели согласовывались с
действительностью (для автоматического выполнения принципа Паули), был
введен принцип "бесцветности", согласно которому все адроны должны быть
бесцветными или белыми. Исходя из принципа бесцветности, каждый барион
должен состоять из трех кварков разных цветов, каждая комбинация которых
может быть названа белой, так как при смешивании основных цветов
получается белый цвет. Мезоны также являются бесцветными: каждый из них
состоит из кварка и антикварка, цвета которых дополнительные. Цвет и
антицвет кварков любого аромата непрерывно могут меняться. Цвета кварков в
барионы не фиксированы и испытывают непрерывных изменений. Гипотеза
бесцветности формирует определенные правила конструирования барионов и
мезонов из кварков и автоматически исключает комбинации из двух или
четырех кварков. Правила компоновки адронов после введения постулата
бесцветности остались теми же, как и раньше, но получили некоторое
обоснование - косвенным экспериментальным подтверждением гипотезы
цветных кварков считается факт, что при аннигиляции электроннопозитронных пар высокой энергии в одних случаях появляются адроны, а в
других пары --, +-мюонов. При этом отношение числа случаев рождения
адронов к числу случаев рождения мюонов зависит, согласно теории, от числа
различных кварков [19, 21, 28, 51, 56, 57].
Основные компоненты Стандартной модели (продолжение): в
Стандартной модели различают лептоны, свободно существуют
в пространстве независимо от других частиц.
Лептоны делятся на группы:
- первая, с зарядом «-1», к ней относят: электрон, мюон (тяжелую
долю) и тау-частицу (самую массивную)
- вторая группа, с нейтральным зарядом, содержит электронное
нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино;
- нейтрино - это наименьшая частица вещества с зарядом «0»,
зарегистрировать которую практически невозможно [49, 62, 73,
87].
108
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Лептоны
Фермионы
Кварки
u
Верхний
1964/1968 ½
d
Нижний
1964/1968 ½
c
Прелестный
1970/1974 ½
s
Странный
1964/1968 ½
t
Истинный
1973/1995 ½
b
Очаровательный 1973/1977 ½
e
Электрон
μ
Мюон
/1936 ½
-1
БЦ 105,658375
τ
Тау
/1975 ½
-1
БЦ 1776,86
1930/1956 ½
0
БЦ <1,1*10-16
1940/1962 ½
0
БЦ <0,19
1970/2000 ½
0
БЦ <18,2
νe Нейтрино
электрона
νμ Нейтрино
мюона
ντ Нейтрино тау
1874/1897 ½
+2\3 К,
З,
С
-1\3 К,
З,
С
+2\3 К,
З,
С
-1\3 К,
З,
С
+2\3 К,
З,
С
-1\3 К,
З,
С
-1
БЦ
масса
(МэВ /c2)
цвет
Заряд
Спин
Семейство
Название частицы/
аромат
Год расчёта /
год
обнаружения
Таблица 2.3.
Стандартная модель: характеристика фермионов [49].
2,16
4,67
1,27
93
172,76
4,18
0,51099895
Примечание: К - красный, З - зеленый, С - синий, БЦ - бесцветный.
109
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Гипотеза Кобаяши и Маскава относительно существования 3-х
поколений кварков позволяет объяснить различие свойств
материи и антиматерии.
Подробнее:
Физики-теоретики М. Кобаяши (яп. 小林 誠, Япония) и Т. Маскава (яп.
益 川 敏 英, Япония) в 1973 году выдвинули гипотезу о том, что
существование 3-х поколений кварков позволяет объяснить различие
свойств материи и антиматерии.
Гипотеза Кобаяши и Маскавы была подтверждена в экспериментах
BELLE и BaBar. За эту теорию в 2008 году М. Кобаяши и Т. Маскава была
присуждена Нобелевская премия по физике [3, 21, 49, 50, 78, 79].
В основе Стандартной модели лежат две теории [49, 50, 54, 62,
93]:
(1) Теория (или модель) электрослабого взаимодействия,
описывающая электромагнитные и слабые взаимодействия
лептонов и кварков.
(2) Квантовая хромодинамика, описывающая цветное
взаимодействие кварков.
В Стандартной модели существует гипотеза относительно
имеющейся суперсимметрии - предположение о том, что
существует симметрия между фермионами и бозонами. Впервые
эту идею высказали в 1971 году Ю.А. Гольфанд и Е.П. Лихтман
[24, 49, 59, 65, 72, 76].
В Стандартной модели фермионы (кварки и лептоны) имеют
спин ½, являются строительной основой видимого вещества и
взаимодействуют между собой с помощью трех сил [10, 24, 49,
59, 60, 90]:
(1) сильное взаимодействие;
(2) слабое взаимодействие;
(3) электромагнитное взаимодействие.
Подробнее:
- переносчиками этих сил являются: бозоны (W, Z-бозоны), гаммакванты (γ-фотоны), глюоны (g-глюоны) соответственно и H0 - бозон Хиггса.
Существует предположение, что при гораздо больших энергиях и сильное
взаимодействие объединяется с другими [49, 59, 104, 105].
- Слабое и электромагнитное взаимодействия являются двумя
сторонами единого электрослабого взаимодействия.
110
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- Кроме электрослабого и сильного взаимодействий еще существует
гравитационное взаимодействие, которое не входит в Стандартную модель;
гравитационные частицы - гравитон - это очень слабая в масштабах
микромира сила, которая ощутима только на сверхмассивных телах;
существование гравитона экспериментально пока не подтверждено,
гравитоны рассчитаны только теоретически.
- Гравитационные силы в физике частиц практически не выявляются.
Например, интенсивность гравитационного взаимодействия двух протонов
составляет около 10-36 интенсивности их электромагнитного взаимодействия.
- Все эти силы описываются на основе калибровочного принципа - они
не вводятся в теорию «насильно», а логично возникают сами собой в
результате требования симметричности теории относительно определенных
преобразований. Отдельные виды симметричности порождают сильное и
электрослабое взаимодействия.
- У всех частиц имеются античастицы, обладающие противоположными
зарядами [10, 49, 59].
Значение фермионов: - первое поколение фермионов: u- и
d-кварки, электрон, электронное нейтрино - образует все
материальные видимые объекты; - второе и третье поколения
фермионов в определенной степени повторяют первое, но они
тяжелее и в конце концов распадаются на частицы первого
поколения [49, 57, 59, 99].
Стандартная модель может быть сформулирована только для
безмассовых фундаментальных частиц, то есть кварков,
лептонов, W- и Z-бозонов: для того, чтобы они получили
значительное количество, обычно вводится поле Хиггса.
Подробнее:
Поле Хиггса названо по имени ученого, который предложил этот
механизм. Для этого в Стандартную модель была введена еще одна
фундаментальная частица - бозон Хиггса. За доказательство его
существования в 2015 году британскому физику-теоретику П.У. Хиггсу
была присуждена Нобелевская премия по физике.
Иначе говоря, несмотря на то, что в самой теории имеется
электрослабая симметрия, в нашем мире она самопроизвольно нарушается.
Спонтанное нарушение электрослабой симметрии - это необходимый
элемент теории, и в пределах Стандартной модели нарушение происходит за
счет хиггсовского механизма [42, 75, 86, 96, 97].
Методика определения детектором факта рождения бозона Хиггса:
- на большом адронном коллайдере за одну секунду происходит около
0,5 млрд реакций протона с протоном, и в каждой реакции рождается до 300
новых частиц;
111
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- всего за период 2011-2012 годов в столкновениях возникло более
1018 частиц, при этом по оценкам, бозонов Хиггса было всего около 105
штук;
- рожденные частицы регистрируются различными элементами
детектора, определяются их углы вылета, импульсы, энергии и т.д.;
впоследствии полученная информация превращается в цифровой вид;
- сначала для подавления фона используется набор быстрых
процессоров - триггеры разного уровня, которые отсеивают события,
являющиеся очевидным фоном, после чего оставшиеся данные
записываются на диски;
- потом начинается трудоемкий процесс компьютерного анализа, при
этом для поиска бозона Хиггса используются характерные моды его распада;
- наиболее продуктивными здесь оказались каналы распада на два
фотона и четыре лептона;
- всего таких событий зарегистрировано несколько десятков,
поскольку далеко не все из рожденных бозонов могут быть
зарегистрированы и выделенные из фона [42, 75, 76, 86].
Рис. 2.16. Иллюстрация, отражает экспериментальные данные с
детекторов ATLAS и CMS, что подтверждает существование
частицы с массой 125 ГэВ, идентифицированной как бозон Хиггса
(слева) и схема рождения бозона Хиггса при взаимодействии
глюонов в результате столкновения протонов в коллайдере и его
распад на фотоны (справа) [42].
Согласно
Стандартной
модели
различают
четыре
фундаментальных
взаимодействия
в
веществе:
электромагнитное, слабое, сильное и гравитационное (табл. 2.1
и табл. 2.4) [44, 45, 49, 98, 63].
112
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Таблица 2.4.
Стандартная модель: фундаментальные
взаимодействия [49].
Взаимодействие
Квант Радиус,
поля
см
Константа
Пример
взаимодействия
проявления
(порядок величины)
ядро,
1
адроны
сильное
Глюон
10-13
слабое
W±, Z
10-16
10-6
β-распад
γ-квант
∞
10-2
атом
гравитон
∞
10-38
сила
тяжести
электромагнитное
гравитационное
Подробнее:
Теории этих взаимодействий сначала развивались независимо друг от
друга: - наибольших успехов в середине XX века достигла квантовая
электродинамика - теория электромагнитных взаимодействий, переносчиком
которых является безмассовый фотон (свет); - в теории слабых
взаимодействий также наблюдался большой прогресс, но и в квантовой
электродинамике, и в теории слабых взаимодействий существовали
фундаментальные проблемы, которые невозможно было решить отдельно.
На предположение, что эти взаимодействия связаны друг с другом, была
построена теория - электрослабая модель Вайнберга-Салама. Однако из нее
следовало, что переносчики слабого взаимодействия - W- и Z-бозоны,
должны быть безмассовыми, а эксперименты показывали, что они имеют
массу и весьма большую. И тогда возникла идея ввести еще одно
фундаментальное поле, квантом которого является бозон Хиггса.
Взаимодействие этого поля с электрослабым полем придает W- и Z-бозонам
массу, а фотон остается безмассовым. Зависимость потенциала хиггсовского
поля от его напряженности была выбрана именно такой, чтобы
реализовалось спонтанное нарушение симметрии. А дальше естественным
образом в эту схему были введены фермионы (лептоны и кварки) - они
также приобретают массу через взаимодействие с хиггсовский полем.
Объединение электрослабой теории и теории сильных взаимодействий
(квантовой хромодинамики) и стало так называемой Стандартной моделью
[49, 50, 95].
113
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Бозоны
масса
(МэВ /c2)
цвет
Заряд
Спин
Семейство
Название
частицы/
аромат
Год расчёта /
год
обнаружения
Особенности
взаимодействия:
взаимодействия
фундаментальных фермионов осуществляются за счет обмена
переносчиками взаимодействия - фундаментальными (или
калибровочными) бозонами (табл. 2.5).
Таблица 2.5.
Стандартная модель: характеристика бозонов [49].
g
Глюон
1962/1978 1
0
Y
Фотон
/1899
0
8
0
цветов
БЦ
0
1
W W-бозон
1968/1983 1
±1
БЦ
80,379
Z
Z-бозон
1968/1983 1
0
БЦ
91,186
H
Бозон
Хиггса
1964/2012 0
0
БЦ
125,1
Примечание: БЦ - бесцветный.
Подробнее:
Взаимодействие частиц, обладающих электрическим зарядом,
происходит посредством обмена квантами электромагнитного поля фотонами. Фотон электрически нейтрален.
- Сильное взаимодействие осуществляется за счет обмена глюонами
(g) - электрически нейтральными безмассовыми переносчиками сильного
взаимодействия; - глюоны переносят цветовой заряд.
- В слабом взаимодействии участвуют все лептоны и все кварки.
- Переносчиками слабого взаимодействия являются массивные W- и
Z-бозоны.
- Существуют положительные W+-бозоны и отрицательные
W-- бозоны, которые является античастицами по отношению друг к другу.
- Z-бозон электрически нейтральный [49, 94, 95].
114
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Сильное взаимодействие: - адроны - это частицы, образованные
сильным взаимодействием из кварков в различной комбинации;
- сильное взаимодействие удерживает адроны: протоны и
нейтроны внутри атомного ядра; кварки - внутри протонов,
нейтронов и других адронов; - в сильном взаимодействии
участвуют кварки и построеные из них адроны, а также и
переносчики самого взаимодействия - глюоны (от англ. «glue» клей); - адроны состоят или из трех кварков - это барионы, как
протон и нейтрон, или из кварка и антикварка, то есть частицы и
античастицы - это мезоны, как, например, π± мезон, состоящий
из u- и анти-d- кварков; [49, 66, 76].
Слабое взаимодействие: - слабое взаимодействие приводит к
редким распадов, таким как распад нейтрона на протон,
электрон и электронное антинейтрино; - переносчиками слабого
взаимодействия являются W- и Z-бозоны; - в слабом
взаимодействии участвуют и кварки, и лептоны, но оно при
обычных энергиях весьма мало, что объясняется большой
массой W- и Z-бозонов, которые на два порядка тяжелее
протона; - при энергиях больше массы W- и Z-бозонов силы
электромагнитного и слабого взаимодействия становятся
равными, и они объединяются в единое электрослабое
взаимодействие; - с помощью бозонов фермионы обмениваются
массой, энергией и могут превращаться друг в друга [49].
Электромагнитное взаимодействие: - электромагнитное
взаимодействие удерживает электроны внутри атома и атомы
внутри
молекул;
переносчиком
электромагнитного
взаимодействия является фотон. С помощью фотонов безмассовых частиц, передается свет [49].
Численные значения для примерно двух десятков констант: - это
массы фундаментальных фермионов, численные значения
констант связи взаимодействий, которые характеризуют их
силу, и некоторые другие величины [49].
Стандартная модель - это перенормируемая теория, то есть
все ее элементы вводятся в нее таким самосогласованным
способом, который позволяет проводить вычисления с нужной
степенью точности. Однако часто вычисления с желаемым
степенью точности оказываются слишком сложными, но это
115
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
проблема не самой теории, а, скорее, человеческих
вычислительных возможностей [49].
Недостатки стандартной модели: - количество свободных
параметров теории превышает двадцать и совершенно непонятно,
откуда возникает их иерархия; - почему масса t-кварка в 100 тысяч
раз больше массы u-кварка? - почему константа связи t- и
d-кварков, впервые измеренная в международном эксперименте
ARGUS, в 40 раз меньше константы связи с- и d-кварков?;
- стандартная модель не является полной: из астрофизических
исследований известно, что существует темная материя, которой в
5 раз больше, чем обычной материи, и которой нет в стандартной
модели (теоретический кандидат на темную материю - легкая
суперсимметричная частица) - в Стандартной модели отсутствует
внутренняя самосогласованность, например: - естественная масса
бозона Хиггса, возникающая из-за обмена виртуальными
частицами, на много порядков превышает массу, необходимую для
объяснения наблюдаемых явлений [23, 24, 49].
Лагранжиан стандартной модели [49, 61]:
ℒ=−¼FμνFμν + iψ̄D̸ψ + ψiyijψjφ+h.c.+|Dμφ|2−V(φ)
При сегодняшней трансдисциплинарности взаимодействия
знаний микрофизика (микромир) вошла в научное
взаимодействие с астрофизикой, комологией, наукой о
Вселенной (мегамир) (см. Табл. 1.1).
По факту установлено наличие общих фундаментальных
мировых законов образования материи, которые начинают
прослеживаться на микроуровне - Стандартная модель
фундаментальных взаимодействий, затем продолжается на
макроуровне - биологические системы и человеческий организм, и
заканчиваются мегауровнем - стандартная космологическая модель
[74, 77, 81-84, 109].
В науке принята обоснованная теория происхождения
Вселенной: - Вселенная возникла из бесконечно малой точки с
очень большой энергией; - более 10 млрд лет назад произошел
Большой взрыв и поначалу все складывалось только из
элементарных частиц; - затем Вселенная начала расширяться,
стали образовываться ядра атомов, затем атомы, а из них
116
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
формировались планеты, звезды. Также в целом научно
установленный факт сходства объектов различных уровней микромакро-мегамира. Например, атомы, планетные системы и
спиральные галактики имеют в своей основе одинаковую
структуру - точечное (до оболочки) ядро, сферическую оболочку и
близкую пропорцию - 105 [30, 36, 41, 42, 109]. Вопросы между- и
трансдисциплинарного взаимодействия продолжают изучаться и
будут освещены дополнительно во втором томе монографии.
Строение ядра атома.
Ядро атома находится в его центре и имеет положительный
заряд [1, 5, 7].
Ядро в 10000 раз меньше размера самого атома [1, 5, 7].
Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре, так
как масса электрона составляет всего лишь 1/1836 часть массы
протона [1, 5, 7].
Плотность вещества в ядре очень большая - около
1013-1014 г/см3.
Ядра имеют вполне определенные размеры [1, 5, 7]:
- размеры атомных ядер обычно измеряют во внесистемной
единице длины - ферми.
1 ферми (фм)=10-13 см.
- радиус ядра R описывается соотношением:
R=1,3A1/3фм.
Ядро атома является делимым и состоит из более мелких
частиц.
- Первоначальное предположение, что ядро состоит из заряженных
положительно протонов было опровергнуто открытием нейтронов
и адронной моделью строения ядра атомов (Стандартная модель
фундаментальных взаимодействий) [39, 40].
- Ядра большинства атомов состоят из субатомных частиц - нуклонов
(от латинского nucleus - ядро) - протонов и нейтронов.
- субатомные частицы состоят из фермионов (см. Стандартная модель
атома), связанных действием ядерных сил, переносчиками которых
являются бозоны [39, 40].
117
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Масса атома, выраженная в килограммах или граммах,
называется абсолютной атомной массой [4, 33].
Масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.)
называется относительной атомной массой (атомным весом).
Относительная атомная масса представляет собой отношение
массы любого атома к массе 1/12 части атома углерода и
является безразмерной величиной (масса любого атома делится
на массу части атома углерода), поэтому обозначение "а.е.м."
[4, 33].
Заряд ядра (число протонов) совпадает с числом электронов в
атоме.
Подробнее:
Когда атомы сближаются, то в первую очередь они взаимодействуют
друг с другом не ядрами, а электронами. Число электронов определяет
способность атома образовывать связь с другими атомами, то есть его
химические свойства. Поэтому атомы с одинаковым зарядом ядра (и
одинаковым числом электронов) ведут себя в химическом отношении
практически одинаково и рассматриваются как атомы одного химического
элемента.
Элементом называется вещество, состоящее из атомов с одинаковым
зарядом ядра [4, 33].
Сумма тяжелых частиц (нейтронов и протонов) в ядре атома
любого элемента называется массовым числом и обозначается
буквой А [1, 4, 5]:
A=Z + N
где A - массовое число атома (сумма протонов и нейтронов), Z заряд ядра (число протонов в ядре), N - число нейтронов в ядре.
Один и тот же элемент может иметь разное количество
нейтронов в ядре (число N), то есть существовать в виде так
называемых изотопов. Изотопы отличаются друг от друга
только числом нейтронов в ядре.
Поскольку нейтроны практически не влияют на химические
свойства элементов, все изотопы одного и того же элемента
химически не отличаются [1, 4, 5, 14, 26].
118
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Количество протонов в ядре было названо зарядовым числом и
обозначается буквой Z. Массовое число и зарядовое число
каждого химического элемента ставится перед буквенным
обозначением элемента. Массовое число всегда ставят сверху, а
зарядовое - снизу (рис. 2.17) [26].
Рис. 2.17. Схема символической записи строения атома ядра [26].
Таблица 2.6.
Характеристика субатомных частиц [4, 26, 39].
Частица
Заряд
Масса,
кг,
Протон
+1
Нейтрон
Электрон
0
-1
1,602·1019
0
1,602·1019
Спин
а.е.м.
1,67·10-27
1,00728
1/2
1,67·10-27
9,11·10-31
1,00867
0,000549
1/2
1/2
Заряд любого протона равен одному зарядному числу, а также
одному элементарному электрическому заряду. Итак, зарядовое
число Z, которое отражает количество протонов в ядре,
количественно равно положительному заряду ядра, который в данном
случае выраженный в элементарных зарядовых единицах [26].
119
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Таблица 2.7.
Характеристики свободных нейтрона и протона [4, 26, 39].
Характеристики
Масса, МэВ/c2
n
p
939,56536±0,00008 938,27203±0,00008
Квантовое число – спин
1/2
1/2
Спин, ћ = 6.58·10-22 МэВ·c
ћ[1/2(1/2+1)]1/2
ћ[1/2(1/2+1)]1/2
Электрический заряд,
qe = (1.602176487 ± 40)·1019
Кл
(–0,4±1,1)·10-21
|qp+qe|/qe < 10-21
Магнитный момент,
μ = eћ/2mpc = 3.15·1018
МэВ/Гс
–1,9130427±
0,000005
+2,792847351 ±
0,00000028
Электрический
дипольный момент d, e·см
< 0,29·10-25
< 0,54 10-23
+1
+1
Барионный заряд В
Зарядовый радиус, Фм
Радиус распределения
магнитного момента, Фм
0,875±0,007
0,89±0,07
0,86±0,06
Изоспин I
1/2
1/2
Проекция изоспина Iz
–1/2
+1/2
Кварковый состав
udd
uud
0
0
10,24 мин
> 2,1·1029 лет
+
+
Квантовые числа s ,c, b, t
Период полураспада
Четность
Статистика
Схема распада
Ферми-Дирака
n→ p + e- +
120
e
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Массовое число - А, соответственно, характеризует массу атома.
Поскольку масса протонов и нейтронов практически является
ровной, поэтому приняли среднее значение массы нуклона,
которое примерно равно 1 а.е.м. (атомной единицы массы). A количественно равна массе атома, выраженной в а.е.м. [1, 4, 5,
26].
Рис. 2.18. Схема символической записи строения атома ядра [39].
Буквой N (с наклоном в отличие химического символа азота)
обозначают число нейтронов в ядре. Число нейтронов не
отражается в обозначении химического элемента, однако его
можно легко вычислить. Массовое число A - это общее число
нуклонов ядра, поэтому A=Z+N, следовательно, число
нейтронов N=A-Z [26, 39].
Зарядовое число атома любого вещества всегда равно
порядковому (атомному) номеру химического элемента данного
вещества в периодической системе Менделеева [14, 26, 39].
1860 год - химиком Д.И. Менделеевым (1834-1907, Россия) был
открыт фундаментальный закон, согласно которому свойства
элементов находятся в периодической зависимости от заряда
их атомных ядер.
Подробнее:
Д. Менделеевым были классифицированы все известные на тот момент 60
химических элементов, при этом табличное графическое их расположение
позволило оценивать их свойства, а также предусмотривать и рассчитывать
новые, неоткрытые элементы.
121
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Таблица Менделеева - это графическое отображение фундаментального
закона природы и ежедневный рабочий инструмент специалистов по всему
миру; - упорядоченное множество химических элементов и их естественная
классификация; - современная Периодическая система химических элементов
включает 118 элементов и за последние 50 лет пополнилась семнадцатью
новыми элементами (102-118) - Последнее добавление в таблицу Менделеева
было сделано в 2016 году за счет четырех элементов с атомными номерами 113,
115, 117 и 118, которые соответственно получили названия: нихоний (Nh),
московий (Mc), теннессин (Ts) и оганесон (Og); - в крупнейших ядернофизических центрах мира ведутся работы по синтезу 119-го, 120-го и 121-го
элементов (это т.н. "большая гонка") - до атомного номера 100 химические
элементы являются стабильными, а после 100 - нестабильными, живущими
короткое время и открыты на коллайдерах; - сейчас разработано и
опубликовано более 500 вариантов Периодической системы химических
элементов, что было обусловлено попытками поиска решения некоторых
частных проблем ее структуры; - современная форма Периодической системы
химических элементов (в 1989 году Международным союзом теоретической и
прикладной химии рекомендуется длинная форма таблицы) состоит из семи
периодов (горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по
возрастанию
порядкового
номера)
и
18
групп
(вертикальных
последовательностей элементов в соответствии с количеством валентных
электронов); короткая форма таблицы состоит из восьми групп; - номер группы
элементов короткого варианта таблицы Менделеева соответствует числу
валентных электронов во внешней электронной оболочке атомов; - в длинном
варианте таблицы номер группы в большей степени формальный: группы
короткого варианта включают главную (а) и побочную (б) подгруппы, в каждой
из которых содержатся элементы, сходные по химическим свойствам, элементы
некоторых групп имеют собственные тривиальные названия: щелочные
металлы (группа 1 длинной формы таблицы), щелочно-земельные металлы
(группа 2), халькогены (группа 16), галогены (группа 17), благородные газы
(группа 18); - в 2007 году во время Международного материаловедческого
конгресса в городе Орландо Периодическая система химических элементов
однозначно была названа наиболее значимым из десяти главных достижений
человечества в области материаловедения и наук, занятых разработкой и
изучением свойств новых материалов; - по решению Организации
Объединенных Наций 2019 год был провозглашен Международным годом
Периодической таблицы химических элементов; - «Периодическая система
химических элементов - одно из самых важных научных достижений, которое
отражает суть не только химии, но также физики, биологии и других
дисциплин. Она представляет собой уникальный инструмент, дающий ученым
возможность предсказывать появление и свойства элементов на Земле и во
Вселенной в целом» - Жан-Пол Нгома-Абиага, программный специалист,
координатор мероприятий в рамках празднования 2019 году в ЮНЕСКО [4, 7,
11, 26, 39].
122
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Возможность практического, непосредственного изучения
состава атомного ядра появилась только в ХХ веке благодаря
изобретению новых методов детектирования частиц (метод
сцинтилляций, метод газоразрядного счетчика, регистрация ядерных
излучений фотографическим методом, электронные методы счета
сцинтилляций и т.д.) и приборов ядерной физики (камера Вильсона,
счетчик Гейгера, сцинтиллятор и фотоумножитель, масс-спектрограф,
циклоторон и т.д.) [1, 4, 29, 39, 68, 107].
Гносеология эволюции
развивалась поэтапно.
изучения
состава
атомного
ядра
1 этап: протон-электронная модель.
Подробнее:
Измерение масс атомов с помощью масс-спектрографа Ф. Астона (англ.
Francis William Aston; 1877-1945 года, Англия) доказали, что массы всех
исследованных атомов с точностью ~ 10% оказываются пропорциональными
массе протона - M~Amp, где A принимает только целочисленные значения.
Этот факт стал основанием для создания протон-электронной модели атомного
ядра.
Основные положения: - до открытия нейтрона основу всех моделей
строения атомного ядра составляла концепция электрического строения
вещества, согласно которой электрическое взаимодействие связывало атомное
ядро и электроны атомных оболочек; - считалось, что атомное ядро образуется
из протонов и электронов; - факт эмиссии из ядра электронов при β-распаде
считался несомненным доказательством того, что электроны находятся в ядре;
- предсказанная Резерфордом нейтральная частица, которая была открыта
Чадвиком, считалась сильно связанным состоянием протона и электрона.
По мере того, как появлялись новые экспериментальные данные
относительно спинов и магнитных моментов атомных ядер, росли сложности в
описании этих характеристик атомных ядер с помощью протон-электронной
модели. Классический научный пример этого факта - так называемая «азотная
катастрофа». Основные положения: (1) в соответствии с протонно-электронной
моделью ядро 14N должно состоять из 14 протонов и 7 электронов; протон и
электрон имеют собственное значение спина J=1/2, полный спин ядра 14N
должен иметь полуцелое значение, в то время как экспериментально
определенное значение спина ядра равно J(14N)=1; (2) другие примеры
разногласий и несовершенства представлений протон-электронной модели ядра
с результатами эксперимента: - все атомные ядра, которые имели четное
значение массового числа A, характеризовались нулевым или целочисленным
значением спина J, в то время как протон-электронная модель ядра в
123
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
большинстве случаев предусматривала полуцелое значение спина;
- установленные значения магнитных моментов ядер оказались почти в 1000
раз меньше, чем предполагала протон-электронная модель ядра;
- «заключение» электронов в ядре противоречило принципу неопределенности
ΔpΔx=ћ.
Открытие в 1932 году нейтрона и создание протон-нейтронной модели
ядра успешно решили проблему «азотной катастрофы». Согласно протоннейтронной модели ядра
изотоп состоит из 7 протонов и 7 нейтронов. Так,
как и протон, и нейтрон имеют собственный спин J=1/2, то полный спин ядра
должен иметь целочисленное значение, что согласуется с экспериментом [1, 4,
29, 39, 67, 106].
- 2 этап: протон-нейтронная модель.
Подробнее:
Основные положения: - пришло научное понимание, что нейтрон
оказывается такой же элементарной частицей, как и протон; - протоннейтронная модель ядра по аналогии с моделью атома создавалась на основе
законов квантовой теории; - благодаря созданию нейтронно-протонной модели
ядра удалось объяснить существование изотопов химических элементов;
- оставался открытым вопрос о том, какие силы связывают протоны и нейтроны
в ядре - это стало центральной задачей ядерной физики; - было установлено,
что это силы имеют не электрическую природу, поскольку они действуют на
расстоянии менее 10–12 см; - об этом также свидетельствовало существование
связанной системы - дейтрон, которая состояла из протона и нейтрона. Были
установлены размер дейтрона ~ 2,3 фм и энергия связи 2,2 МэВ; при этом
атомные ядра имеют радиусы от 2 до 8 фм и энергия связи, приходящаяся на
один нуклон для большинства атомных ядер, составляет от 5 до 9 МэВ. То есть
ядерные силы, которые связывают протоны и нейтроны в ядре в тысячи раз
превосходят электромагнитные силы на расстояниях ядерных масштабов.
Сформировалось представление о новом типе взаимодействий ядерном взаимодействии, которое удерживает протоны и нейтроны
в атомном ядре.
Представление о протон-нейтронный состав атомных ядер
поставило перед наукой задачу выяснить сущность сил, которые
связывают протоны и нейтроны. Такие силы получили название
ядерных сил, но пока оставались неизвестными. Теоретическое
описание таких сил столкнулось с трудностями, поскольку ядро
было образовано из сравнительно большого числа нуклонов.
Свойства ядерных сил, особенно на малых расстояниях, были также
еще неизвестные [13, 29, 37, 39].
124
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- 3 этап: открытие ядерных сил и писк новых моделей.
Подробнее:
В 1935 году Х. Юкава (яп. 湯 川 秀 樹, 1907-1981, Япония) разработал
теорию ядерного взаимодействия и рассчитал частицу, которая должна была
связывать протоны и нейтроны в ядре - это был решающий шаг в развитии
концепции ядерных сил как обмена массивной частицей. Х. Юкава
предположил по аналогии с электромагнитным взаимодействием, что ядерные
силы обусловлены существованием новой частицы, переносящей ядерное
взаимодействие. Массу этой частицы ≈150 МэВ Х. Юкава определил, исходя из
радиуса действия ядерных сил. Открытие в 1947 году π-мезона стало
подтверждением правильности идеи Х. Юкава. За предсказание существования
мезонов на основе теоретических работ по ядерным силам Х. Юкава в 1949
году была присуждена Нобелевская премия по физике [20, 26, 31, 37].
Эволюция научного изучения ядра находила отражение в
ядерных моделях:
Ядерные модели - это условные методы описания свойств ядер
атомов, основанные на представлении ядра в виде физического
объекта с заранее известными характерными свойствами, что
позволяет
достичь
приближенного
понимания
процессов,
происходящих с участием атомных ядер и внутри них.
Совершенная модель еще не разработана. Существуют
различные модели ядра, каждая из них способна описать лишь
ограниченную совокупность ядерных свойств. Некоторые модели
выглядят даже взаимоисключающими [4, 26].
Наиболее известные ядерные модели [4, 26]:
- (1) капельная модель ядра;
Подробнее:
Ученые, внесшие вклад в развитие, Н. Бор, Я. Френкель, Дж. Уилер, К.
Вайцзеккер.
Основные положения: - ядро рассматривается как сферическая капля
несжимаемой заряженной ядерной жидкости радиуса R=r0A1/3/; - модель
объясняет многие свойства ядра позволяет получить полуэмпирическую
формулу для энергии связи ядра; - капельная модель учитывает вклад в
энергию связи ядра объемной, поверхностной и электростатической энергии
(однако этих составляющих недостаточно для корректного описания энергии
связи реальных ядер).
125
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- (2) оболочечная модель ядра;
Подробнее:
Ученые, внесшие вклад в развитие, Д. Иваненко, Е. Гапон, М. ГёппертМайер, Х. Йенсен.
Основные положения: - ядро представляет собой систему нуклонов,
независимо движущихся в усреднённом поле, созданным силовым
воздействием других нуклонов; - каждый нуклон находится в определенном
индивидуальном квантовом состоянии, которое характеризуется энергией,
моментом вращения, его проекцией m на одну из координатных осей, и
орбитальным моментом вращения l=j±1/2; - энергия уровня не зависит от
проекции момента вращения на внешнюю ось, поэтому на каждом
энергетическом уровне с моментами j, l может находиться (2j+1) нуклонов,
образующих оболочку (j, l) - совокупность близких по энергии уровней
образует оболочку ядра; - когда количество протонов или нейтронов достигает
определенного числа, которое соответствует заполнению очередной оболочки,
возникает возможность скачкообразных изменения некоторых параметров,
характеризующих ядро (например, энергии связи); - физической причиной
периодичности является принцип Паули, запрещающий двум тождественным
фермионам находиться в одном и том же состоянии.
- (3) коллективная модель ядра;
Подробнее:
Ученые, внесшие вклад в развитие, О. Бор, Б. Моттельсон.
Основные положения: - сформулирована на базе капельной модели;
- ядро описывается как остов, образованный нуклонами заполненных оболочек
и внешними нуклонами, движущимися в поле, создаваемом нуклонами остова;
- объясняет природу низко расположенных возбуждений ядер, которые
интерпретируются как динамическая деформация поверхности.
- (4) ротационная модель;
Подробнее:
Основные положения: - согласно экспериментальным данным в рамках
массовых чисел 150 <A <190 и А> 200, квадрупольные моменты ядер очень
большие и отличаются от значений, предусмотренных оболочечной моделью, в
десятки раз; - в этой же области значений А зависимость энергии нижних
возбужденных состояний ядер от спина ядра оказывается похожей на
зависимость энергии вращающегося волчка от его момента вращения.
Согласно модели ядро представляется несферическим; - модель
представляет собой сочетание вращения всего ядра как целого, с движением
отдельных нуклонов в несферическом потенциальном поле; - предполагается,
что вращение всего ядра происходит достаточно медленно по сравнению со
126
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
скоростью движения нуклонов; - модель позволяет описывать ряд
существенных свойств большой группы ядер; - необъяснимым продолжал
оставаться факт возникновения ротационного спектра (факт вращения всего
ядра как целого).
- (5) сверхтекучая модель ядра;
Подробнее:
Ученые, внесшие вклад в развитие, О. Бор, Дж. Валатин.
Основные положения: - спаривание нуклонов приводит к явлению
сверхтекучести ядерного вещества; - в ядрах предполагается спаривание
нуклонов с одними и теми же значениями квантовых чисел (j, l) и с
противоположными проекциями полного момента вращения нуклона, равными
-j, -j + 1, ... j-1, j; - физическая причина спаривания - это взаимодействие частиц,
движущихся по индивидуальным орбитам; - объясняет, как абсолютные
значения моментов инерции, так и их зависимость от параметра деформации Р .
- (6) кластерная модель
(Модель нуклонных ассоциаций)
Подробнее:
Основные положения: - ядро состоит из α-частичных кластеров; - модель
используется для объяснения свойств некоторых легких ядер; - предполагается,
например, что ядро лития 6Li значительную часть времени проводит в виде
дейтрона и α-частицы, которые вращаются относительно центра тяжести ядра.
- (7) статистическая модель;
Подробнее:
Ученые, внесшие вклад в развитие, Я. Френкель и 1937 году Л. Ландау.
Основные положения: - при высокой энергии возбуждения количество
уровней в средних и тяжелых ядрах велико, а расстояния между уровнями мало; - зависимость плотности уровней энергии описывается методами
статистической физики, рассматривающей возбуждения как нагрев Фермижидкости нуклонов; - модель может быть применена для описания
распределения уровней энергии и распределения вероятности излучения
квантов при переходе между высоко лежащими возбужденными состояниями
ядра; - позволяет учесть поправки, связанные с наличием оболочек в ядре.
127
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- (8) оптическая модель;
Подробнее:
Основные положения: - ядро описывается в виде полупрозрачной сферы с
определенными коэффициентами преломления и поглощения; - при попадании
на такую сферу частица испытывает все виды взаимодействия, характерные для
распространения света в полупрозрачной оптической среде: отражение,
преломление, поглощение; - используется для описания упругого рассеяния
нуклонов на ядрах и для прямых ядерных реакций, происходящих с
характерными ядерными временами.
- (9) вибрационная модель;
Подробнее:
Основные положения: - используется для объяснения спектра
коллективных возбуждений сферических ядер в результате поверхностных и
квадрупольных колебаний жидкой капли, под которой понимается ядро.
Протон-нейтронная модель ядра объяснила существование
изотопов.
Изотопы - это атомные ядра, имеющие одинаковое число
протонов Z и разное число нейтронов N. Обычно изотопы
изображают на N-Z-диаграмме атомных ядер. Массовое число
изотопа A = N + Z [49].
Рис. 2.19. Диаграммы атомных ядер [39, 40].
128
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Подробнее:
Установлено, что: - существует более 3500 изотопов; - известно 270
стабильных изотопов и более 2000 нестабильных; - стабильные изотопы - это
разновидности химических элементов, которые могут самостоятельно
существовать длительное время; - ядро не может содержать любое количество
нейтронов и, соответственно, количество изотопов ограничено; - в парных по
количеству протонах элементов количество стабильных изотопов может
достигать десяти; - значительная часть нестабильных изотопов была получена
искусственным путем; - нестабильные изотопы радиоактивны, их ядра
подвержены процессу радиоактивного распада, то есть самопроизвольного
превращения в другие ядра, сопровождающееся эмиссией частиц и/или
излучения; - практически все радиоактивные искусственные изотопы имеют
очень короткие периоды полураспада, которые продолжаются секунды и доли
секунды; - элементы, которые имеют нечетное количество протонов, могут
иметь лишь по два стабильных изотопа; - ряд элементов (золото, алюминий,
фосфор, натрий, марганец и др.) имеют только один стабильный изотоп;
- вариации количества стабильных изотопов в различных элементах связаны со
сложной зависимостью количества протонов и нейтронов от энергии связи
ядра; - практически все вещества в природе существуют в виде смеси изотопов;
- количество изотопов в составе вещества зависит от вида вещества, атомной
массы и количества стабильных изотопов данного химического элемента [39,
40].
Таблица 2.8.
Таблица изотопов химических элементов [39, 40].
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
2
n
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
3
нейтрон
водород
гелий
литий
бериллий
бор
углерод
азот
кислород
фтор
неон
натрий
магний
алюминий
кремний
4
1
1–7
3–10
3–12
5–16
6–19
8–22
10–25
12–28
14–31
16–34
18–37
19–40
21–43
22–44
5
1 (99,986)
4 (100)
6 (7,93); 7 (92,07)
9 (100)
10 (19,8); 11 (80,2)
12 (98,9); 13 (1,1)
14 (99,62)
16 (99,76)
19 (100)
20 (90,0); 22 (9,73)
23 (100)
24 (77,4); 25 (11,5); 26 (11,1)
27 (100)
28 (89,6); 29 (6,2); 30 (4,2)
129
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
фосфор
сера
хлор
аргон
калий
кальций
скандий
титан
ванадий
хром
марганец
железо
кобальт
никель
медь
цинк
галлий
германий
мышьяк
селен
бром
криптон
рубидий
стронций
иттрий
цирконий
ниобий
42 Mo молибден
43 Tc технеций
44 Ru рутений
45 Rh родий
46 Pd палладий
47 Ag серебро
48 Cd кадмий
49 In индий
50 Sn олово
51 Sb сурьма
24–46
26–49
28–51
30–53
32–55
34–57
36–60
38–63
40–65
42–67
44–69
45–72
50–75
48–78
52–80
54–83
56–86
58–89
60–92
64–94
67–97
69–100
71–101
73–105
76–108
78–110
81–113
31 (100)
32 (95,1); 34 (4,2)
35 (75,4); 37 (24,6)
40 (99,632)
39 (93,38); 41 (6,61)
40 (96,96); 44 (2,06)
45 (100)
46 (7,95); 47 (7,75); 48 (73,45); 49 (5,51); 50 (5,34)
51 (100)
50 (4,49); 52 (83,78); 53 (9,43); 54 (2,30)
55 (100)
54 (6,04); 56 (91,57); 57 (2,11)
59 (100)
58 (67,4); 60 (26,7); 61 (1,2); 62 (3,8)
63 (70,13); 65 (29,87)
64 (50,9); 66 (27,3); 67 (3,9); 68 (17,4)
69 (61,2); 71 (38,8)
70 (21,2); 72 (27,3); 73 (7,9); 74 (37,1); 76 (6,5)
75 (100)
76 (9,5); 77 (8,3); 78 (24,0); 80 (48,0); 82 (9,3)
79 (50,6); 80 (49,4)
80 (2,01); 82 (11,53); 83 (11,53); 84 (57,11); 86 (17,47)
85 (72,8); 87 (27,2)
86 (9,86); 87 (7,02); 88 (82,56)
89 (100)
90 (48); 91 (11,5); 92 (22); 94 (17); 96 (1,5)
93 (100)
92 (14,9); 94 (9,4); 95 (16,1); 96 (16,6);
83–115
97 (9,65); 98 (24,1); 100 (9,25)
85–118
96 (5,68); 98 (2,22); 99 (12,81); 100 (12,70);
87–120
101 (16,98); 102 (31,34); 104 (18,27)
89–122 103 (100)
91–124 104 (9,3); 105 (22,6); 106 (27,2); 108 (26,8); 110 (13,5)
93–130 107 (52,5); 109 (47,5)
106 (1,4); 108 (1,0); 110 (12,8); 111 (13,0);
95–132
112 (24,2); 113 (12,3); 114 (28,0); 116 (7,3)
97–135 113 (4,5); 115 (95,5)
112 (1,1); 116 (15,5); 117 (9,1); 118 (22,5);
99–137
119 (9,8); 120 (28,5); 122 (5,5); 124 (6,8)
103–139 121 (56); 123 (44)
130
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
52 Te теллур
53 I
йод
105–142
108–144
54 Xe ксенон
109–147
55 Cs цезий
112–151
56 Ba барий
114–153
57 La лантан
58 Ce церий
59 Pr празеодим
117–155
119–157
121–159
60 Nd неодим
124–161
61 Pm прометий
126–163
62 Sm самарий
128–165
63 Eu европий
130–167
64 Gd гадолиний
134–169
65 Tb тербий
66 Dy диспрозий
67 Ho гольмий
135–171
138–173
140–175
68 Er эрбий
143–177
69 Tm тулий
144–179
70 Yb иттербий
148–181
71 Lu лютеций
150–184
72 Hf гафний
151–188
73 Ta тантал
74 W вольфрам
75 Re рений
155–190
158–192
159–194
76 Os осмий
162–200
77 Ir иридий
78 Pt платина
79 Au золото
164–202
166–203
169–205
80 Hg ртуть
171–210
81 Tl таллий
82 Pb свинец
83 Bi висмут
176–212
178–215
184–218
122 (2,9); 123 (1,6); 124 (4,5); 125 (6,0);
126 (19,0); 128 (32,8); 130 (33,1)
127 (100)
128 (1,9); 129 (26,23); 130 (4,07); 131 (21,17);
132 (26,96); 134 (10,54); 136 (8,95)
133 (100)
134 (2,42); 135 (6,59); 136 (7,81);
137 (11,32); 138 (71,66)
139 (100)
140 (89); 142 (11)
141 (100)
142 (25,95); 143 (13,0); 144 (22,6); 145 (9,2); 146 (16,5); 148 (6,8); 150
(5,95)
144 (3); 147 (17); 148 (14); 149 (15);
150 (5); 152 (26); 154 (20)
151 (49,1); 153 (50,9)
154 (1,5); 155 (21); 156 (22);
157 (17); 158 (22); 160 (16)
159 (100)
160 (1,5); 161 (22); 162 (24); 163 (24); 164 (28)
165 (100)
164 (1,5); 166 (32,9); 167 (24,4);
168 (26,9); 170 (14,2)
169 (100)
170 (4,21); 171 (14,26); 172 (21,49);
173 (17,02); 174 (29,58); 176 (13,38)
175 (97,5); 176 (2,5)
176 (5,3); 177 (18,47); 178 (27,13);
179 (13,85); 180 (35,14)
181 (100)
182 (22,6); 183 (17,3); 184 (30,1); 186 (29,8)
185 (38,2); 187 (61,8)
186 (1,59); 187 (1,64); 188 (13,3);
189 (16,1); 190 (26,4); 192 (41,0)
191 (38,5); 193 (61,5)
194 (30,2); 195 (35,3); 196 (26,6) 198 (7,2)
197 (100)
198 (10,1); 199 (17,0); 200 (23,3);
201 (13,2); 202 (29,6); 204 (6,7)
203 (29,1); 205 (70,9)
204 (1,5); 206 (23,6); 207 (22,6); 208 (52,3)
209 (100)
131
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
84 Po полоний
85 At астат
86 Rn радон
87 Fr франций
88 Ra радий
89 Ac актиний
90 Th торий
91 Pa протактиний
92 U уран
93 Np нептуний
94 Pu плутоний
95 Am америций
96 Cm кюрий
97 Bk берклий
98 Cf калифорний
99 Es эйнштейний
100 Fm фермий
101 Md менделевий
102 No нобелий
103 Lr лоуренсий
104 Rf резерфордий
105 Db дубний
106 Sg сиборгий
107 Bh борий
108 Hs хассий
109 Mt мейтнерий
110 Ds дармштадтий
111 Rg рентгений
112 Cn коперниций
113 Nh нихоний
114 Fl флеровий
115 Mc московий
116 Lv ливермоний
117 Ts теннессин
118 Og оганесон
188–220
191–223
193–228
199–232
201–234
206–236
208–238 232 (100)
212–240
217–242 238 (99,28)
225–244
228–247
230–249
232–252
234–254
237–256
240–258
242–260
245–262
248–264
251–266
253–268
255–269
258–273
260–275
263–276
265–279
267–281
272–283
277–285
278–287
286–289
287–291
290–293
291–292
294
Примечание: в таблице для всех выявленных химических элементов
приведены порядковый номер (1), символ химического элемента (2), название
химического элемента (3), минимальное и максимальное массовое число
выявленных изотопов (4), процентное содержание изотопов в природной смеси
(округленное значение), то есть массовое число изотопов A, которые имеют
процентное содержание изотопа в природной смеси более 1% (5).
132
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Ядерные силы.
Ядерные силы - это открытый в середине ХХ века новый тип
взаимодействий в физике.
Подробнее:
Ядерные силы оказались гораздо более сложными по сравнению с
электромагнитными и гравитационными.
Установлено: - ядерные силы, которые имеют характер притяжения на
расстоянии ~ 1 ÷ 5 Фм, меняются силами отталкивания на расстоянии <0,5 Фм;
- концепция мезонного обмена особенно хорошо работает на сравнительно
больших расстояниях (> 2 Фм), на которых можно не учитывать внутреннюю
структуру мезонов и рассматривать их как точечные частицы [39, 40].
На рисунке 2.20 отражаются принципы нейтрон-протонного
взаимодействия, осуществляемое однопионным обменом на примере простого
np-взаимодействия из ряда возможных диаграмм, поскольку в ней в данном
случае привлечено лишь по одному валентной кварку каждого нуклона d (нейтрон) и u (протон).
Радиальная зависимость
нуклон-нуклонного потенциала
Рис. 2.20. Иллюстрация
взаимодействия [39, 40].
133
Однопионное npвзаимодействие
простого
нейтрон-протонного
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Подробнее:
Используя связь между радиусом сил и массой m переносчика
взаимодействия, можно описать:
а=ћ/mc,
которая вытекает из соотношения неопределенностей для виртуальной
частицы, получаем при характерном ядерном расстоянии а≈1,5 Фм [1, 4, 40]:
Диаграммы N-N взаимодействий
Рис. 2.21. Иллюстрация нуклоновых взаимодействий [40].
Подробнее:
Установлено, что: - пионы описывают NN взаимодействие на расстояниях
1,5-2 Фм; - на меньших расстояниях должен происходить обмен тяжелыми
мезонами - ω (mωc2=782 МэВ), η (mηc2=549 МэВ) и ρ (mρc2=770 МэВ); - особую
роль в аспекте расстояний играет обмен ω мезоном; - характер взаимодействия
зависит от спина частицы, переносящей взаимодействие; - обмен векторными
частицами J=1 приводит к отталкиванию между нуклонами; - это отталкивание
является аналогом отталкивания двух одноименных зарядов в электростатике;
- обмен скалярными мезонами J=0 приводит к возникновению притяжения
между нуклонами [1, 4, 40, 64].
Таблица 2.9.
Характеристики нуклоновых взаимодействий [40].
JP
π
η
ρ
ω
0-(1)
0-(0)
1-(1)
1-(0)
134
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Современное понимание фундаментального строения ядра атома
основывается на адронной модели. Ядро атома построено из
адронов, а нейтрон и протон - это виды адронов [19, 26, 29, 40,
64].
Подробнее:
В 1930-х годах было начато активное изучение структуры ядра атома.
В 1932 году были открыты нейтроны и установлено, что масса нейтрона
практически равна массе протона, протон и нейтрон имеют схожую силу
ядерного взаимодействия и их можно считать двумя проявлениями одной и той
же частицы - нуклона: протон - это электрически заряженный нуклон, а
нейтрон - это нейтральный нуклон.
В 40-50-е годы ХХ века в реакциях столкновения протонов с ядрами
различных элементов наука стала открывать значительное количество новых
частиц, которые не укладывались в существующую концепцию строения атома,
поэтому были названы «странными». Все новые частицы обладали двумя
общими свойствами:
1) странные частицы, как и нуклоны, активно участвовали в ядерных
взаимодействиях;
2) странные частицы были нестабильными.
К концу 50-х годов ХХ века было открыто много разных странных
частиц. Их начали сравнивать одна из другой, отметили общую
симметричность, периодичность их свойств и была высказана гипотеза, что
внутри всех странных частиц и нуклонов находятся более простые частицы так называемые «кварки», комбинация которых и образует различные странные
частицы, причем именно такого типа и с такими свойствами, которые
подтверждались в эксперименте.
В 1962 году при переходе от модели С. Саката (яп. 坂 田 昌, 1911-1970,
Япония), описывающей сильное взаимодействие частиц, к кварковой теории,
физик Л.Б. Окунев (1929-2015, СССР-Россия) предложил использовать для
названия странных частиц, участвующих в сильном взаимодействии, термин «адроны», а для элементарных частиц, которые не участвуют в сильных
взаимодействиях - «аденоны». Таким образом в физике было сформулировано
представление о кварковой организации адронов и стало понятно, что кварки
бывают нескольких различных сортов и что из них можно сконструировать
много различных частиц.
В конце 1960-х годов ХХ века в экспериментах по столкновению частиц
на ускорителях было замечено, что протоны, летящие с околосветовой
скоростью, вели себя так, словно энергия внутри них не распределена
равномерно, а сконцентрирована в отдельных компактных объектах. Эти
сгустки вещества внутри протонов знаменитый физик Р. Фейнман предложил
называть «партонами» (от англ. рart - часть). В последующих экспериментах
было изучено много свойств партонов (электрический заряд, их количество,
135
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
доля энергии). Было установлено, что заряженные партоны - это кварки, а
нейтральные партоны - это глюоны, которые в системе покоя протона
«склеивают» кварки друг с другом, а в движении выявляются
самостоятельными партонами и рядом с кварками несут «вещество» и энергию
быстро летящего протона. Опыты показали, что примерно половина энергии
сохранена в кварках, а половина - в глюонах. Таким образом было открыто, что
ядро атома состоит из адронов, а нейтрон и протон - это виды адронов [3, 19,
26, 29, 40, 64].
Адроны - это составляющие частицы ядра, состоящие
из кварков или антикварков, участвующие в сильном
взаимодействии
за счет
силового поля ядерного
взаимодействия (глюоновых сил) [19, 39].
Ядерное сильное взаимодействие - это притяжение,
которое обеспечивает устойчивость ядер несмотря на
отталкивание одноименно заряженных протонов [17, 39, 40].
Подробнее:
Установлены следующие особенности ядерных (глюоновых) сил
взаимодействия: - малый радиус действия ядерных сил (R ~ 1ФМ), то есть они
являются короткодействующими силами, которые проявляются только на
очень малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10–15 м; - длина
(1,5-2,2) · 10–15 м называется радиусом действия ядерных сил; - ядерные силы
превосходят по величине электромагнитные в сто раз; - радиус действия
ядерных сил можно сравнить с размерами самих частиц; - притяжение между
нуклонами на больших расстояниях (r>1ФМ), меняется отталкиванием на
малых (r <0,5 Фм), то есть частицы в ядре содержатся надежно, но частицы того
же заряда, находящихся вне ядра, очень сильно отталкиваются, из-за чего ядра
атомов, а соответственно, химические и физические свойства веществ являются
устойчивыми; - большая величина ядерного потенциала U ~ 50 МэВ;
- зависимость ядерных сил от спин-взаимодействующих частиц; - тензорный
характер взаимодействия нуклонов; - ядерные силы зависят от взаимной
ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные
силы) - ядерное взаимодействие имеет свойство насыщения; - зарядовая
независимость ядерных сил; - обменный характер ядерного взаимодействия;
- взаимодействие между нуклонами возникает в результате испускания и
поглощения квантов ядерного поля - π-мезонов (они определяют ядерное поле
по аналогии с электромагнитным полем, которое возникает как следствие
обмена фотонами) [26, 29, 39, 64].
136
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Адронизация - это процесс образования адронов.
Подробнее:
Упрощенное изложение представления о принципах адронизации состоит
в том, что имеет место конфайнмент/удержание кварков внутри адронов за счет
сильного силового поля ядерного взаимодействия, носителем которого
являются глюоны. Особенность сильного ядерного взаимодействия
заключается в том, что глюоны «чувствуют» друг друга, взаимодействуют друг
с другом, усиливаясь при этом и таким образом, при предоставлении им
пространства, они могли бы обеспечить существенный рост энергии в нем.
Однако это нерационально с точки зрения естественного распределения
энергии. Поэтому логично, что перераспределение энергии (например, при
экспериментальном разрушении адрона и попытке освободить кварк)
порождает новые кварк-антикварк пары - энергия поля сильного ядерного
взаимодействия связывается и не распространяется на пространство. При
попытке разрушить адрон, например, протон, и высвободить из него кварк,
происходит порождение глюоновым полем новой кварк-антикварковой пары адронизация (рис. 2.22.) [19].
Рис. 2.22. Иллюстрация поэтапного процесса адронизации с сайта
www.nature.com [19].
Подробнее:
Свойство кварков «чувствовать» глюонное поле/поле сильного
взаимодействия получило название «цвет». Цветов у кварков три и три
противоположных цвета - у антикварков. Комбинации кварков в адронах не
произвольны. Адроны образуются при таком сочетании кварков, при котором
все цвета «сокращаются», то есть образуются бесцветные комбинации (три
кварка с тремя различными цветами или кварк и антикварк с противоположным
цветом).
Наивная кварковая модель - это схема, по которой кварки группируются
по двое-трое и становятся бесцветными адронами.
Недостатки наивной кварковой модели: (1) модель не объясняет
причины объединения кварков по двое и трое; (2) судя по всему она не
137
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
совершенна, так как с 2000-х годов появились экспериментальные данные о
получении «экзотических» адронов (все они мезоны; подтвержденных данных
о пентакваркам и других экзотических барионов пока что нет), которые не
вписываются в данную модель [19].
Мезоны - это адроны, состоящие из кварк-антикварковой
пары [19].
Барионы - это адроны, состоящие из трех кварков [19].
Антибарионы - это адроны, состоящие из трех антикварков
[19].
Энергия связи ядра - это минимальная энергия,
необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны.
Поскольку ядерные силы (энергия ядерной связи) напрамую измерить
сложно, то определяются они косвенно из расчета, что энергия,
которая нужна для разрыва связи нуклонов в ядре будет равна или
будет больше энергии, которая удерживает нуклоны вместе [1, 4, 26].
1905 - А. Эйнштейн установил закон о взаимосвязи массы
и энергии.
Подробнее:
Основные положения: - энергия связана с массой тела прямо
пропорционально;
- энергия связи ядра будет зависеть от массы частиц, составляющих это
ядро; - внутренняя энергия системы частиц или энергия покоя связана прямо
пропорционально с массой частиц, составляющих эту систему [4, 26, 37]:
,
где Е энергия покоя, m - масса тела, с- скорость света.
Энергия связи нуклона в ядре - это физическая величина,
равная той работе, которую нужно сделать для удаления нуклона из
ядра без предоставления ему кинетической энергии [4, 26].
Эффект дефекта масс характеризует уменьшение
суммарной массы при образовании ядра из составляющих его
нуклонов [4, 26].
138
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Подробнее:
Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна
выделяться такая энергия, которую нужно затратить для расщепления ядра на
составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между
энергией всех свободных нуклонов, образующих ядро, и их энергией в ядре.
При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше,
чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его
образовании объясняется выделением энергии связи.
Удельной энергией связи ядра называется энергия связи, приходящаяся
на один нуклон. Величина энергии связи составляет в среднем 8 МэВ/нуклон.
Масса и энергия уносятся выделяющимися фотонами. В этом заключается
эффект дефекта масс. Масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов,
составляющих это ядро. Существование дефекта масс было подтверждено
экспериментально [1, 4, 26, 39, 40].
Доказано аспект различного состава ядра атома в покое и при
ускорении до скорости близкой к скорости света.
Подробнее:
Установлено, что утверждение касательно того, что протон состоит из
трех кварков верно для протона в состоянии покоя или такого, который
медленно движется. При скорости близкой к скорости света происходит
энергетическое воздействие на него и состав протона изменяется вследствие
рождения в нем новых кварков, антикварков и т.п. - так называемых партонов
(рис. 2.23) [1, 4, 19].
Рис. 2.23. Иллюстрация процесса сталкивания протонов при
движении с околосветовой скоростью с сайта kjende.web.cern.ch [19].
Атомарное ядро имеет дискретный спектр собственных
значений энергии.
- Основное состояние - это состояние с наибольшей энергией связи
ядра, то есть с наименьшей полной энергией Е.
139
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- Возбужденное состояние - это состояние с большей полной
энергией [1, 4].
Подробнее:
В квантовой физике состояние системы описывается волновой функцией
ψ (x, y, z, t). Поскольку для квантовой частицы нельзя одновременно точно
определить значения ее координат и импульса, то нельзя утверждать о
движении частицы по определенной траектории, а можно лишь определить
вероятность нахождения частицы в данной точке в данный момент времени.
Точка возможного положения определяется квадратом модуля волновой
функции W ~ | ψ (x, y, z) | 2.
Эволюция квантовой системы в нерелятивистском случае описывается
волновой функцией, удовлетворяющей уравнение Шредингера [4, 27, 69, 84]:
где
- оператор Гамильтона (оператор полной энергии системы).
В нерелятивистском случае:
− 2/2m + (r),
где m – масса частицы, – оператор импульса, (x,y,z) – оператор
потенциальной энергии частицы.
Задать закон движения частицы в квантовой механике - это значит
определить значение волновой функции в каждый момент времени в каждой
точке пространства. В стационарном состоянии волновая функция ψ (x, y, z)
является решением стационарного уравнения Шредингера ψ = Eψ. Как и
любая связанная система в квантовой физике, ядро имеет дискретный спектр
собственных значений энергии. Состояние с наибольшей энергией связи ядра,
то есть с наименьшей полной энергией Е, называют основным. Состояние с
большой полной энергией - возбужденным. Нижним по энергии состояниям
приписывается нулевой индекс и энергия E0=0:
E0 → Mc2 = (Zmp+Nmn)c2 − W0;
W0 – энергия связи ядра в основном состоянии.
Энергии Ei(i = 1, 2, ...) возбужденных состояний отсчитываются от
основного состояния.
Нижние уровни ядра дискретные. При увеличении энергии возбуждения
среднее расстояние между уровнями уменьшается. Рост плотности уровней с
увеличением энергии является характерной особенностью многочастичных
систем. Он объясняется тем, что с увеличением энергии таких систем быстро
растет число различных способов распределения энергии между нуклонами [4,
24, 39, 43, 52, 63].
140
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Рис. 2.24. Схема энергетических уровней ядра атома магния
[39].
Атомное ядро и атом - это примеры квантовых систем,
характеризующихся квантовыми числами - целыми или
дробными,
но
определяют
возможные
значения
физических величин [4, 39, 84].
Подробнее:
Квантовые числа отражают дискретность (квантованность) физических
величин, характеризующих микросистему.
Набор квантовых чисел, который исчерпывающе описывает
микросистему, называют полным.
Состояние нуклона в ядре характеризуется четырьмя квантовыми
числами:
1) главным квантовым числом n (может принимать значения 1, 2,
3, ...), определяющим энергию Еn нуклона;
2) орбитальным квантовым числом l=0, 1, 2, ..., n, определяющим
величину L орбитального момента количества движения нуклона
(L=ћ[l(l+1)]1/2);
3) квантовым числом m≤ ± l, определяющим направление вектора
орбитального момента;
4) квантовым числом ms=±1/2, определяющим направление вектора
спина нуклона.
Состояние нуклона в ядре можно характеризовать другим набором
квантовых чисел n, l, j, jz
Выбор набора квантовых чисел обусловлен удобством описания
квантовой системы. Существование сберегающих (неизменных во времени)
физических величин для данной системы тесно связано со свойствами
141
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
симметрии этой системы. Внешнее возбуждение может нарушать симметрию
системы, и это приведет к изменению самих квантовых чисел. Например,
фотон, поглощенный атомом водорода, может перевести электрон в другое
состояние с другими значениями квантовых чисел [4, 5, 49].
Помимо квантовых чисел, отражающих пространственно-временную
симметрию микросистемы, существенную роль в этом играют так называемые
внутренние квантовые числа частиц. Ряд из них, такие как спин и
электрический заряд, сохранятся во всех взаимодействиях, другие в некоторых
взаимодействиях не сохраняются. Атомное ядро в каждом состоянии
характеризуется полным моментом количества движения. Этот момент в
системе покоя ядра называется спином ядра [39, 45, 49].
Таблица 2.10.
Квантовые числа [49]
n
Головное квантовое число: n=1, 2, … ∞.
j
Квантовое число полного углового момента .j никогда не бывает
отрицательным и может быть целым (включая ноль) или
полуцелым в зависимости от свойств данной системы. Величина
полного углового момента системы J связана с j соотношением:
J2=ћ2j(j+1). = + де і векторы орбитального и спинового
угловых моментов.
l
Квантовое число орбитального углового момента. l может
принимать только целые значения: l = 0, 1, 2, ... ∞.
Величина орбитального углового момента системы L связана с l
соотношением L2 =ћ2l(l+1).
Проекция полного, орбитального или спинового углового момента
на выделенную ось (обычно ось z) равна mћ.
Для полного момента mj=j, j-1, j-2, …, -(j-1), -j..
m
Для орбитального момента ml = l, l-1, l-2, …, -(l-1), -l.
Для спинового момента электрона, протона, нейтрона, кварка
ms =±1/2
s
Квантовое число спинового углового момента. s может быть либо
целым, или полуцелым.
s - неизменная характеристика частицы, определяется ее
свойствами.
Величина спинового момента S связана с s соотношением
S2=ћ2s(s+1)
P Пространственная четность. Она равна или +1, либо -1 и
характеризует поведение системы при зеркальном отображении P =
(-1)l.
142
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Подробнее:
Для ядра выполняются следующие правила [40, 49]:
а) A - четное J = n (n = 0, 1, 2, 3, ...), то есть. целое;
б) A - нечетное J = n + 1/2, то есть. полуцелое.
в) правило у парно-парных ядер в основном состоянии Jgs=0
(установлено экспериментально; указывает на взаимную компенсацию
моментов нуклонов в основном состоянии ядра - особое свойство
межнуклонного взаимодействия).
Изоспин атомных ядер является еще одной характеристикой
ядерных состояний [1, 4, 23, 49].
Подробнее:
Ядро (A, Z) состоит из A нуклонов и имеет заряд Ze, который можно
представить в виде суммы зарядов нуклонов qi, выраженных через проекции их
изоспинов (Ii)3
где
- проекция изоспина ядра на ось 3 изоспинового пространства.
Полный изоспин системы нуклонов A
.
Все состояния ядра имеют значения проекции изоспина I3=(Z-N)/2.
В ядре, состоящим из A нуклонов, каждый из которых имеет изоспин 1/2,
возможны значения изоспина от |N - Z|/2 до A/2:
|N - Z|/2 ≤I ≤A/2.
Минимальное значение I=|I3|.. Максимальное значение I равно A/2 и
соответствует всем i, направленным в одну сторону. Опытным путем
установлено, что энергия возбуждения ядерного состояния тем выше, чем
больше значение изоспина. Поэтому изоспин ядра в основном и в низко
возбуждённых состояниях имеет минимальное значение
Igs=|I3| = |Z - N|/2.
Электромагнитное взаимодействие нарушает изотропию изоспинового
пространства. Энергия взаимодействия системы заряженных частиц меняется
при поворотах в изопространстве, так как при поворотах меняются заряды
143
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
частиц и в ядре часть протонов переходит в нейтроны или наоборот. Поэтому
реально изоспиновая симметрия не точная, а приближена [49].
В зависимости от строения атомные ядра бывают: постоянные и
нестабильные (радиоактивные).
Подробнее:
Основные положения [1, 49, 89, 92]:
- стабильные изотопы - изотопы, которые имеют период полураспада,
который можно сравнить со временем существования Земли, ~ 350;
- большинство ядер является нестабильными изотопами;
- чтобы радиоактивное вещество удалось обнаружить в природе, то оно
должно иметь период полураспада ненамного меньше возраста Земли или оно
должно образовываться в результате распада другого радиоактивного вещества
или в ядерной реакции;
- одновременно с α-, β-, γ-радиоактивностью, распределением атомных
ядер были открыты новые типы радиоактивного распада (двойной β-распад,
протонная радиоактивность, двухпротонная радиоактивность, нейтронная
радиоактивность, кластерная радиоактивность)
- во всех видах радиоактивности (кроме гамма-радиоактивности)
изменяется состав ядра - число протонов Z, массовое число А или то и другое;
- на характеристики радиоактивного распада существенно влияют
взаимодействия, которые вызывают распад.
Виды распада ядер в зависимости от взаимодействия [1, 23, 49, 89]:
- альфа-распад вызывается сильным взаимодействием;
- бета-распад вызывается слабым взаимодействием;
- гамма-распад - электромагнитным взаимодействием.
Причины изменения времени жизни нестабильных ядер [1, 23, 49]:
а) эмиссия тяжелых положительно заряженных частиц сильно
подавляется потенциальным (кулоновским) барьером;
б) причиной большого времени жизни радиоактивных ядер
может быть малая интенсивность взаимодействия, за счет которой
происходит распад;
в) время жизни радиоактивного ядра сильно зависит от энергии,
которая выделяется при распаде (если эта энергия мала, то время
жизни резко возрастает; особенно резкой зависимости от энергии
распада Q характеризуется слабое взаимодействие τ~1/Q5);
г) время жизни радиоактивного ядра сильно зависит от разности
значений спинов исходного и конечного ядер.
144
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Альфа-распад.
Подробнее:
Альфа-распад - это тип радиоактивного самопроизвольного распада
тяжелых ядер с испусканием α-частиц (ядер атома гелия, состоящих из
связанных друг с другом двух протонов и двух нейтронов), при этом массовое
число ядра уменьшается на четыре единицы, а атомный номер на две.
Основные эмпирические особенности α-распада: - α-распад происходит
на тяжелых ядрах с Z> 60; - периоды полураспада известных α-радиоактивных
ядер варьируются в широких пределах (например, изотоп вольфрама 182W имеет
T1/2>8,3·1018, а изотоп протактиния 219Pa имеет T1/2=5,3·10-8 c - для парнопарных изотопов зависимость периода полураспада от энергии α-распада Qα
хорошо описывается эмпирическим законом Гейгера-Неттола:
lg T1/2=A + B/√Qα,
где A и B константы, которые слабо зависят от Z;
- с учетом заряда конечного ядра Z связь между периодом полураспада T1/2 и
энергией α-распада может быть представлена в виде:
lg T1/2=9,54·Z0.6/√Qα− 51.37,
где период полураспада T1/2 выраженный в секундах, а Qα в МэВ;
- Для четно-четных, парно-нечетных и нечетно-нечетных ядер общая
тенденция сохраняется, но периоды полураспада в 2-1000 раз больше, чем для
парно-четных ядер с теми же Z и Qα [23, 49].
На рисунке 2.25. отражаются экспериментальные значения периодов
полураспада для радиоактивных четно-четных ядер (Z меняется от 74 до 106) и
их описание с помощью соотношения Гейгера-Неттола [1, 49].
Рис. 2.25. Экспериментальные значения периодов полураспада
для радиоактивных четно-четных ядер (Z меняется от 74 до 106) [49].
145
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Бета-распад.
Подробнее:
Бета-распад - это тип радиоактивного распада, который обусловлен
слабым взаимодействием и меняет заряд ядра на единицу без изменения
массового числа с излучением бета-частицы (электрона или позитрона) и
нейтральной частицы с полуцелым спином (электронное антинейтрино или
электронное нейтрино) или, формулируя иначе, явление β-распада состоит в
том, что ядро (A, Z) самопроизвольно выпускает лептоны 1-го поколения электрон (позитрон) и электронное нейтрино (электронное антинейтрино),
трансформируясь в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером
Z, на единицу больше или меньше.
Основные эмпирические особенности бета-распада:
- проблема не сохранения энергии при β-распаде была решена Паули,
который предположил, что в случае β-распада одновременно с электроном
образуется нейтрино и общая энергия β-распада распределяется между
электроном и нейтрино, и поэтому регистрация энергии только электрона
приводит к кажущемуся не сохранению энергии β-распада, а недостающую
энергию выносит нейтрино, регистрация которого представляет собой
чрезвычайно сложную проблему;
- главной особенностью β-распада является то, что он обусловлен слабым
взаимодействием;
- бета-распад - это процесс не внутриядерный, а внутринуклонный (в ядре
распадается одиночный нуклон);
- β-распад, так же, как и α-распад, происходит между дискретными
состояниями начального (A, Z) и конечного (A, Z ± 1) ядер и поэтому долгое
время после открытия явления β-распада было непонятно, почему спектры
электронов и позитронов, вылетающих из ядра при β-распаде, были
непрерывными, а не дискретными, как спектры α-частиц.
Изучение β-распада сыграло чрезвычайно важную роль в понимании
процессов, происходящих в атомных ядрах.
Наиболее важным элементом теории β-распада Ферми было
утверждение, что в ядре нет электронов. Электрон и нейтрино
возникают в момент β-распада атомного ядра. Этот распад
аналогичный испусканию света атомом. Световой квант не
существует в атоме, а возникает в результате изменения
состояния атома [1, 4, 49].
В настоящее время открыто не только явление радиоактивного
β-распада, при котором из ядер вылетают электроны, но и явление
позитронного β-распада, при котором из ядер вылетают позитроны [1,
4].
146
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Концепция взаимного превращения элементарных частиц
возникла после открытия процессов аннигиляции и рождения пар
элементарных частиц и заставила по-новому осмыслить природу
элементарных частиц: на сегодняшний день понятно, что
элементарная
частица
не
является
неизменным
«кирпичиком»/компонентом в строении материи [1, 8, 43, 49].
Подробнее:
Позитрон является стабильной частицей и может в пустом пространстве
существовать бесконечно долго, но при столкновении электрона и позитрона
происходит их взаимное уничтожение - аннигиляция. Электрон и позитрон
исчезают, и вместо них рождаются два γ-кванта:
e++ e-→ 2γ.
Наряду с процессом аннигиляции был обнаружен процесс рождения пары
электрон-позитрон. В классической физике понятие частицы и волны резко
разграничены: одни физические объекты являются частицами, а другие волнами. Преобразование пары электрон-позитрон в фотоны стало
дополнительным подтверждением представления о том, что между излучением
и веществом много общего [1, 49].
α-, β-, γ-спектроскопия - это классический раздел ядерной
физики, который возник после разработки новых приборов и методов
регистрации ядерных частиц и получения первых данных
относительно энергетических уровней атомных ядер [1, 26, 49].
Подробнее [1, 4, 26, 49]:
Эмиссия атомным ядром α-, β- и γ-излучения была установлена
Э.Резерфордом и П. Виларди. Сначала регистрация этих частиц не
использовалось для изучения структуры атомных ядер. Вскоре было
обнаружено, что β-излучения ядер состоит из двух компонент - непрерывной
компоненты и отдельных дискретных линий.
Природа непрерывной компоненты β-излучения стала понятна после
предположения В. Паули относительно существования нейтрино. Первая
приемлемая теория, которая объяснила природу непрерывного β-спектра, была
основана на нейтринной гипотезе и предложена В. Паули и Э. Ферми в 19331934 годах. Благодаря ей удалось объяснить соотношение между вероятностью
β-распада и максимальной энергией β-частиц. Была рассчитана форма
непрерывного β спектра. Дискретная компонента β-спектра стала объясняться
взаимодействием ядра, распадающегося с электронной оболочкой атома.
Наблюдаемые серии β-линий интерпретировались как фотоэлектроны,
выбиваемые монохроматическими γ-квантами, которые испускаются ядром.
147
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
В дальнейшем эта простая модель была уточнена. Атомное ядро, которое
находится в возбужденном состоянии, может снять это возбуждение как путем
испускания γ-квантов, так и в результате прямого взаимодействия с
электронной оболочкой атома. При этом испускаются электроны внутренней
конверсии из одной с атомных оболочек. Измерение коэффициентов
внутренней конверсии позволяет получить информацию о спинах и четности
ядерных состояний.
Информация о возбужденных состояниях атомных ядер получается из
анализа тонкой структуры α-спектров. В результате α-распада конечное ядро
может оказаться не только в основном, но и в одном из возбужденных
состояний. Изучение тонкой структуры α-спектра дает возможность получить
информацию о возбужденных состояниях ядер, которые образуются в ходе αраспада. Наряду с тонкой структурой α-спектра, наблюдаются так называемые
длиннопробежные α-частицы. Появление α-частиц с энергией, превышающей
основную группу α-проходов объясняется α-распадом из возбужденных
состояний начального ядра. Вероятности α-распада сильно зависят не только от
энергии α-частиц, но и от разности значений спинов состояний ядер, между
которыми происходит α-распад. Существенным фактором, влияющим на
возможности различных каналов α-распада, является перестройка ядра при αраспаде.
Таким образом, изучение ядерной спектроскопии дало много информации
для разработки и проверки различных моделей атомного ядра.
Рис. 2.26. Иллюстрация альфа-спектра излучения [49].
Динамическое ядерное поле.
Подробнее: Исследования в области ядерной спектроскопии
способствовали значительному прогрессу методологии ядерных исследований.
Сочетание магнитного спектрометра, сцинтилляционного метода регистрации
частиц, исследование схем совпадений дало очень большой объем объективной
информации относительно свойств атомных ядер. Указанное способствовало
успеху модели ядерных оболочек. Одновременно были показаны границы
применения простой модели оболочек. Было сформировано представление о
коллективных движениях в атомных ядрах. Вместо статического ядерного поля
возникло представление о динамическом ядерном поле, действующем на
отдельную частицу.
148
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Таблица 2.11.
Характеристика ядерного распада [49].
Тип
Тип испускаемых частиц.
Год
радиоактивного Реакция, в которой обнаружен
открытия
распада ядер
радиоактивный распад
Радиоактивность
атомных ядер
Излучение, вызвавшее
потемнение фотопластинок
Альфа-распад
β–-распад
е-захват
1896
A. Becquerel
1898
Е. Rutherford
1898
Е. Rutherford
1934
I. et F.Joliot-Curie
1938
L. Alvarez
1900
P.Villard
1921
O.Hahn
1940
Г.Н.Флеров,
К.А.Петржак
e e,
1950
M.G. Ingram,
J.H. Reynolds
p,
1981
S. Hofmann
1984
H.Rose, G.Jones,
Д.В.Александров
2002
J. Giovinazzo,
B. Blank et al.
M. Pfutzner,
E. Badura et al.
4
He,
e- e,
β+-распад
Авторы
открытия
e+νe,
νe
протон ядра захватывает
электрон атомной оболочки
γ-квант,
Гамма-распад
Ядерная
изомерия
α-, β-распад на возбужденные
состояния ядра
γ-квант,
Спонтанное
деление
Двойной
β-распад
Протонная
радиоактивность
Кластерная
радиоактивность
Двухпротонная
радиоактивность
два осколка сравнимой
массы, 238U, 235U, 234U
e -e -
14
C,
2p,
149
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Электрон и система энергетических уровней атома.
Атом вокруг ядра имеет оболочку, состоящую из электронов.
Электронная оболочка атома - это совокупность всех электронов
данного атома (и всех электронных слоев атома) [1, 5, 23].
Электрон - это составная часть атома, которая образует его
электронную оболочку; - это фундаментальная элементарная частица,
не обладающая внутренней структурой и размерами; - это легкая
отрицательно заряженная частица [1, 5, 23].
Подробнее:
Основные характеристики:
- электрон в атоме связан с центральным положительно заряженным
ядром электростатическим притяжением;
- электрон имеет отрицательный заряд е=1,602.10-19Кл, массу mе=0,51
МэВ/с2=9,11.10-28г, спин 1/2 (в единицах ћ), то есть фермионом. Магнитный
момент электрона μе>>μВ, где μВ=ећ/2mес
- магнетон Бора (использована Гауссова система единиц), который
согласуется с моделью точечноподобной бесструктурной частицы (размер
электрона <10-17 см).
- в пределах точности эксперимента электрон оказывается стабильной
частицей. Время его жизни составляет τе>4,6.1026 лет;
- электрон относится к классу лептонов, то есть не участвует в сильном
взаимодействии (принимает участие в других - электромагнитном, слабом и
гравитационном);
- описание электромагнитного взаимодействия электрона дается
квантовой электродинамикой (раздел квантовой теории поля);
- имеется специальная характеристика, присущая лептонам - электронное
лептонное число + 1;
- позитрон е+ - это античастица электрона, которая отличается от
электрона знаками электрического заряда, лептонного числа и магнитного
момента [23, 49];
- в ряде случаев к электронам относят как собственно электроны, так и
позитроны (например, рассматривая их как общее электрон-позитронное поле,
решение уравнения Дирака);
- отрицательно заряженный электрон называют негатрон, положительно
заряженный - позитрон;
- находясь в периодическом потенциале кристалла, электрон
рассматривается как квазичастица, эффективная масса которой может
значительно отличаться от массы электрона в вакууме;
- свободный электрон не может поглотить фотон, хотя и может
рассеять его (эффект Комптона) - благодаря своей малой массе электроны
вследствие туннельного эффекта с легкостью проникают через потенциальные
150
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
барьеры высотой в несколько электрон-вольт и толщиной примерно до десятка
атомных диаметров;
- явление туннельного эффекта для электронов объясняется тем, что
электрический ток может протекать между металлическим электродом и
ионами раствора или между двумя металлами, которые находятся в контакте,
несмотря на то, что поверхность металла обычно покрыта слоями оксида или
загрязнена;
- отношение электрического заряда к массе для электрона во много раз
превышает аналогичное отношение для любой другой элементарной частицы
или системы частиц;
- электроны можно получать из твердых тел относительно легко по
сравнению с любыми другими частицами [49].
Табл. 2.12.
Основные характеристики электрона [49].
Характеристика
Численное значение
1/2
0,51099892±0,00000004
(1,60217653±0,00000014)·1019
1,001159652187±0,000000000004
>4,6·1026
1
0
Спин J, ћ
Масса mec2, МэВ
Электрический заряд, Кулон
Магнитный момент, eћ/2mec
Время жизни τ, лет
Лептонное число Le
Лептонные числа Lμ, Lτ
Электрон в атоме выполняет функцию «энергетического
носителя» и может находиться в различных энергетических
состояниях: основном и в возбужденных [1, 4, 49].
Энергетический уровень - это то значение энергии, которое
принимает электрон в атоме [1, 4, 49].
Энергетический слой - это понятие, введенное для объяснения
распределения электронов в атоме; - это совокупность электронов
одного энергетического уровня; - это совокупность электронов,
имеющих одинаковое квантовое число; - это слой, состоящий хотя бы
из одного электрона [4, 49].
Энергетический спектр электрона - это набор собственных
значений энергии электрона, который может быть представлен в виде
системы энергетических уровней [1, 29, 4].
Система
энергетических
уровней
атома
отражает
особенности движения электронов в данном атоме [29, 34, 49].
151
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Подробнее:
Энергия атома или молекулы может принимать только некоторые
определенные (дискретные) значения. Этим значением соответствуют
энергетические уровни. Переход атома (молекулы) с одного энергетического
уровня на другой происходит скачком - это так называемый квантовый
переход.
Квантовые переходы атома или молекулы обусловлены различными
причинами (например, квантовые переходы имеют место при взаимодействии
атомов и молекул с оптическим излучением и т.д.) [1, 29, 34, 49].
Атомы каждого химического элемента характеризуются своей
системой энергетических уровней [1, 4, 29, 34, 49].
Структура энергетических уровней молекулы отражает три типа
движений: 1) электронные движения, 2) колебания атомов в
молекуле, 3) вращение молекулы. По этой причине система уровней в
молекулы сложнее, чем у атома [1, 4, 29, 34, 49].
Характерные расстояния между уровнями энергии электронных
движений атома составляют примерно 1-5 эВ [1, 4, 29, 34, 49].
Характерные расстояния между уровнями колебательных
движений атома составляют около 0,1еВ, вращательными уровнями около 0,01 эВ и меньше [1, 4, 29, 34, 49].
В зависимости от энергетического состояния электронов атом
может находится в различных энергетических состояниях: основном
и возбужденном [1, 4, 29, 34, 49].
- Основное состояние атома - это состояние, при котором все
электроны в атоме находятся на своих основных уровнях [34].
- Возбужденное состояние атома - это состояние, при котором
один или более из его электронов находится на более высоком
энергетическом уровне [34].
Подробнее:
Любой комбинации квантовых чисел π, l, ml соответствует определенный
энергетический уровень. Поглощения и испускания энергии атомом связано с
переходом электрона между энергетическими уровнями. Такие переходы
названы чисто электронными переходами. В случае многоэлектронных атомов
и молекул следует говорить о энергетических уровнях атома или молекулы, а
не о уровне отдельных электронов, так как энергию поглощают или выпускают
атом, или молекула в целом. В многоэлектронных атомах испускание света
обусловлено переходами валентных электронов. Переходы близких к ядру
электронов приводят к возникновению рентгеновского излучения. Длина волны
152
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
излучения может быть определена по формуле: λ =hc/(Wk-Wi), де Wk і Wi
являются энергиями соответствующих уровней. Система энергетических
уровней является индивидуальной для каждого атома, поэтому спектр атомов
имеет линейный характер и характерно для каждого конкретного элемента.
Математически система энергетических уровней рассчитывается на основании
решения уравнения Шредингера без учета спина электрона. Самый простой
пример - система энергетических уровней атома водорода (рис. 2.27) [25, 34].
Рис. 2.27. Энергетические уровни атома водорода [34].
Расщепление
энергетических
уровней
обусловливает
расщепление спектральных линий, состоящих из нескольких близко
расположенных компонент (например, для натрия желтая линия
состоит из двух близких линий с длинами волн 589 нм и 589,6 нм) и
называются мультиплетами. Число компонентов в мультиплете
может равняться двум (дублеты, как у натрия), трем (триплеты),
четырем (квартеты) и тому подобное. Для объяснения расщепления
энергетических уровней было введено понятие спина [34].
В зависимости от суммарного спина атома энергетические
уровни многоэлектронных атомов можно классифицировать [34].
Подробнее:
1) синглетный энергетический уровень - уровень с
мультиплетность, равный единице; возникает в атомах с четным
числом электронов при антипараллельной ориентации
электронных спинов, что обусловливает суммарный спин равен
s=0 (например, основное состояние атома Не);
2) дублетный энергетический уровень - уровень, когда
состоянию в спектре соответствуют два близких подуровня - две
близкие линии; возникает, если в атоме имеется один
неспаренный электрон, тогда суммарный спин атома может
153
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
принимать одно значение - s=1/2, а проекция спина принимать
два значения - ms=±1/2; при них энергия атома будет немного
отличаться, а это значит, что соответствующий энергетический
уровень расщепляется на два близких подуровня; дублетные
уровни характерны для щелочных металлов;
3) триплетный энергетический уровень - уровень, когда
состоянию в спектре соответствуют три близких линии;
возникает при наличии в атоме двух неспаренных электронов,
когда суммарный спин может принимать два значения s1=0
(спины антипараллельны, синглетное состояние) и s2=1 (спины
параллельны, триплетной состояние), соответственно в первом
случае ms=0, а во втором ms=0, 1, -1, то есть проекция полного
спина принимает три значения.
Мультиплетность спектральных линий, связанная со
спином, называется тонкой структурой спектра [1, 26, 34].
Система энергетических уровней атома является
достаточно сложной и предполагает большое количество
различных переходов электронов. Не все переходы электронов
возможны. Сформулированы специальные правила отбора,
которые определяют, какие квантовые переходы являются
разрешенными (вероятность перехода большая), а какие
запрещены. Запрет может быть строгим (вероятность перехода
равна нулю) и приближенным (вероятность перехода мала, но
отлична от нуля). Правила отбора определяют возможные
изменения квантовых чисел при переходе, поскольку состояние
атома характеризуется с помощью этих чисел [1, 34, 49].
Правила отбора [1, 34, 49]:
1) правило отбора - следствие закона сохранения момента
импульса;
Подробнее:
Основные положения: при эмиссии или поглощении кванта света
возможен только такой переход электрона с одного уровня на другой, при
котором орбитальное квантовое число изменяется на единицу: Δl=±1, то есть
электрон не может перейти с уровня s (l=0) на уровень d (l=2), а может перейти
на уровень р (l=1); причина этого в том, что фотон имеет собственный момент
импульса (спин), который равен единице и при эмиссии фотон уносит из атома
этот момент, а при поглощении его привносит.
154
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
2) правило отбора - следствие изменения мультиплетности
состояния;
Подробнее:
Основные положения: разрешенными являются переходы, при которых
общий спин атома не меняется: Δs=0 переход из синглетного состояния в
триплетное (или наоборот) запрещен, но этот запрет не является строгим,
просто вероятность такого перехода очень мала; уровень, переход из которого
на более низкие уровни имеет малую вероятность (запрещен), называется
метастабильным; вследствие малой вероятности перехода в основное
состояние атомы могут находиться в метастабильном состоянии значительно
дольше, чем в любом другом возбужденном состоянии.
Волновая модель электронной оболочки атома Э. Шредингера
отображается в виде орбитали и лежит в основе всех взаимодействий
в квантовой химии и квантового способа описания материи [4, 34].
Подробнее:
После того, как стало понятно, что электроны в атоме не вращаются
вокруг ядра в виде «точек» и с учетом их волновой функции невозможно
установить их нахождения в конкретный момент времени в определенном
месте, то была разработана волновая модель электронной оболочки атома.
Электронное облако принято отображать в виде орбитали.
Орбиталь - это графическое отображение математического результата
описания электрона на основании решения уравнения Шредингера для
электрона.
Орбиталь - это функция декартовых координат электрона, то есть
вектора с координатами x, y, z, которая не имеет самостоятельного физического
смысла (смысл имеет только ее квадрат, а если волновая функция комплексная,
то квадрат ее модуля), что определяет вероятность найти электрон в данном
участке пространства и математически отражает зоны максимально возможного
нахождения электрона. Таким образом энергетическое состояние электронов в
атоме описывается волновыми функциями - атомными орбиталями [4, 34].
Атомные орбитали классифицируются в зависимости от формы,
определяющейся значением орбитального квантового числа (s-, р-, d-,
f-орбитали) (рис. 2.28) [1, 4, 34, 49].
Подробнее:
- сферическая орбиталь электронов характерна для s-электронов;
- гантелевидная (форма объемных восьмерок) орбиталь электронов
характерна для р-электронов;
155
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
- гантелевидная форма с расположением в трех
перпендикулярных направлениях характерна для d- и f-орбиталей.
взаимно
Рис. 2.28. Формы атомных орбиталей с сайта www.khanacademy.org
[104].
Атомные орбитали, которые используются для образования
связей, называются валентными орбиталями [4, 34].
Квантово-механические
атомов живых систем.
особенности
строения
С позиции системной медицины и для формулирования
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ необходимо
понимание квантово-механических особенностей организации атомов
живых биологических систем.
Живые биологические системы/биологические молекулы
на 99% состоят из атомов углерода (С), водорода (Н), кислорода (О),
азота (N). Атомы фосфора (P), серы (S) также имеют большое
значение в биологическом химизме [16, 31, 34, 46].
156
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Первая
принципиальная
квантово-механическая
особенность атомов живых систем [34]:
все элементы живых систем (С, N, O, P, S), за исключением атома
водорода содержат р-электроны, а именно:
- углерод - два неспаренных р-электрона на втором
энергетическом уровне (2рх и 2рy-орбитали)
- азот - три неспаренных р-электрона на втором
энергетическом уровне (2рх, 2рy, 2рz)
- кислород - два спаренных (2рх) и два неспаренных
(2рy и 2pz) р-электрона на втором энергетическом уровне;
- фосфор - шесть спаренных (2рх, 2рy, 2рz) рэлектронов на втором энергетическом уровне и три
неспаренных (3рх, 3рy, 3рz) р-электроны на третьем
энергетическом уровне;
- сера - восемь спаренных (2рх, 2рy, 2рz, 3pх) и два
неспаренных (3рy, 3рz) р-электронов.
Вторая
принципиальная
квантово-механическая
особенность атомов живых систем [34]:
в основном состоянии атомы, образующие живую материю (H, C,
N, O, P, S) не имеют d- и f-орбиталей электронов, которые
появляются только в их возбужденном состоянии.
Подробнее:
При возбуждении (рис. 2.29, Р*) один из двух s-электронов фосфора
переходит с третьего энергетического уровня (3s) на вакантную 3d-орбиталь, и
тогда у фосфора на третьем энергетическом уровне оказывается 5 неспаренных
электронов: один s-электрон, три р-электрона, один d-электрон. В этом случае
валентность фосфора равна не трем (как в покое), а пяти. Для возбуждения
серы (рис. 2.29, S* S**) также характерно заполнение вакантных 3d-орбиталей,
причем как одной, так и двух.
В первом случае (рис. 2.29, S*) один из двух электронов переходит из
3рх-орбитали на 3d-орбиталь, и сера из двухвалентной становится
четырехвалентной (с четырьмя неспаренными электронами на третьем уровне).
Во втором варианте в атоме серы (рис. 2.29, S**) на 3d-орбиталь
переходят два электрона: один - с 3рх (как и в первом варианте), а второй с
3s-орбитали, и такая сера становится шестивалентной (с шестью неспаренными
электронами на третьем энергетическом уровне).
Следовательно, за счет распаривания электронов сера, в отличие от
кислорода, может быть не только двух-, но также четырех- и шестивалентной
[34, 70, 71].
157
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Р, S - основное состояние; Р* S* S** - возбужденное состояние.
Рис. 2.29. Схема квантовых ячеек атомов фосфора и серы [34].
158
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
Выводы с позиции системной медицины.
Представленный в главе 2 научный материал о строении атома
материи приведен в адаптивном варианте и не является
исчерпывающим с научной точки зрения фундаментального
естествознания. Однако данной научной информации достаточно для
того, чтобы сделать системный анализ научной идеи и
сформулировать соответствующие логические выводы.
С позиций системной медицины ключевыми, парадигмально
значимыми
аспектами
для
формулирования
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ могут быть
следующие научно доказанные и признанные факты естествознания:
1) Вся материя состоит из около 100 атомов.
2) Атом имеет корпускулярно-волновую электромагнитную
сущность организации.
3) Атом состоит из ядра, электронной оболочки и является
делимым.
4) Ядро атома состоит из полевых структур - фермионов,
которые объединяются фундаментальными полевыми
силами электромагнитной, сильной, слабой ядерных
взаимодействий, носителями которых являются бозоны. Все
частицы атома рождаются из энергии.
5)
Атом
подчиняется
фундаментальному
закону
корпускулярно-волнового
дуализма
и
является
одновременно и частицей, и волной, причем волновая
функция является основным носителем информации о
свойствах атома, молекулы и производных систем.
6) Атом имеет электрический заряд, который обусловливает
обменное взаимодействие электронов между атомами,
первоначальные свойства атомов и образуемых ими
объектов (молекул и т.д.) макроуровня мира.
7) Химизм есть результатом обменного взаимодействия
электронов между атомами и является вторичным
свойством, которое обусловлено электромагнитными
характеристиками атомов.
8) Химические связи - это внутренние силы проявления
свойств валентных электронов, которые объединяют атомы в
молекулы, образуя прочную квантово-механическую
159
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
целостность; электрон рассматривается как электронное
облако, располагающееся в поле действия атомного ядра.
9) Атомы имеют электрический заряд, который
обуславливает их первоначальные свойства, возможность и
характер возникающих между атомами электромагнитных
взаимодействий при образовании веществ.
10) Свойства атомов и элементов, которые они образуют,
обусловленны электромагнитными характеристиками их
ядер (количественному составу протонов, нейтронов,
зарядом ядра, энергетическим состоянием и т.д.) и
электронных
оболочек
(количество
электронов,
характеристиками энергетических уровней электронов и
т.д.). Химизм атомов и элементов является вторичным
проявлением электромагнетизма.
11) Химические свойства атомов и элементов, которые они
образуют, находятся в периодической зависимости от заряда
их атомных ядер и отображаются графически в таблице
Менделеева и в ее интерпретациях.
12) Законы микромира являются фундаментальными и
первичными, то есть такими, которые обусловливают все
основные принципы строения и свойства материи
макромира.
Поскольку законы микромира являются фундаментальными и
обусловливают все основные принципы строения и свойства материи
макромира, вышеперечисленное дает основание для формулировки
следующих
концептуальных
выводов
электромагнитной
феноменологии обмена веществ живых биологических систем,
включая организм человека:
- все живые биологические системы, включая человеческий
организм, на атомарном уровне имеют электромагнитную
природу строения, состоят из полевых структур - фермионов,
которые объединяются полевыми силами электромагнитного,
сильного, слабого ядерных взаимодействий, носителями
которых являются бозоны;
- всем живым биологическим системам, включая
человеческий организм присущи свойства корпускулярно160
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
волнового дуализма, который обуславливает наличие у них
волновых характеристик структур;
- все химические реакции, протекающие в живых
биологических системах, включая человеческий организм,
имеют электромагнитную природу, являются результатом
проявления электромагнитных взаимодействий веществ в
них и есть следствием проявления электромагнетизма;
- поскольку частицы (кварки, антикварки и т.д.), которые
образуют атом, являются по своей сути энергией, то
соответственно все живые биологические системы, включая
человеческий организм могут на микроуровне своего
строения рассматриваться как форма фундаментально
организованной энергии, которая имеет суммарные
энергетические характеристики образующих их частиц
микромира.
Указанное кардинально углубляет представления о строении,
организации, функционировании человеческого тела, в корне меняет
характер интерпретации биологических процессов, которые
происходят в организме человека в норме и при патологии,
расширяет возможности углубленного изучения, описания патогенеза
заболеваний
человеческого
организма
и
демонстрирует
необходимость парадигмального перехода от электрохимической
концепции обмена веществ к магнитоэлектрохимической.
161
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Барсуков Д.А., Ельяшевич М.А. Основы атомной физики. Москва:
Научный мир, 2006. 648 с.
2. Бор Н. Избранные научные труды. Москва: Наука, 1970. 584 с.
3. Вайнберг С. Открытие субатомных частиц / пер. с англ. Москва: Мир,
1986. 286 с.
4. Витковская Н.М., Пупышев В.И. Квантовая химия. Современное
естествознание: Энциклопедия в 10 т. Москва: Флинта: Наука, 1999-2000.
Т.1. Физическая химия. 328 с.
5. Волков А.И. Строение атомов и периодический закон. Москва: Новое
знание, 2006. 196 с.
6. Гиллеспи Р., Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар
валентной оболочки и строение молекул / пер. с. англ. Москва: Мир,
1992. 296 с.
7. Гузей Л.С., Кузнецов В.Н., Гузей А.С. Общая химия. Москва: Изд-во
МГУ, 1999. 333 с.
8. Де Бройль Л. Волны и кванты / пер. с франц. Н.А. Райской. Успехи
физических наук. 1967. Т. 178. С. 178-180.
9. Дикерсон З., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии / пер. с англ. в 2х т. Москва: Мир, 1982. 652 с.
10.Дэвис П. Суперсила / пер. с англ. Москва: Мир, 1989. 272 с.
11.Ельяшевич М.А. Периодический закон Д.И. Менделеева, спектры и
строение атома. Периодический закон и строение атома. Москва:
Атомиздат, 1971. С. 41-106.
12.Загорский В.В. Вариант изложения в физико-математической школе темы
“Строение атома и Периодический закон”. Российский химический
журнал (ЖРХО им. Д.И.Менделеева). 1994, Т. 38. №4. С. 37-42.
13.Загорский В.В. Замкнутый круг или спираль? (История химического
образования в России). Школьное обозрение. 1999. № 2-3. С. 6-11.
162
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
14.Загорский В.В. Строение атома и Периодический закон. Трудные темы
школьного курса химии. Сервис химического факультета МГУ. URL:
http://www.chem.msu.su/rus/teaching/Zagorskii/welcome.html
15.Зоммерфельд А. Строение атома и спектры. Москва: Гос. изд-во техн.теорет. лит., 1956. Т. 1. 591 с.
16.Иванов Д.М., Иванов М.Г. Химия галогенов: учебное издание.
Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2014. 82 с.
17.Иванов И. Многоликий протон. Квант. 2009. №5. С. 711.
18.Иванов Ю.Н. Ритмодинамика. Москва: Новый центр, 1997. 312 с.
19.Классификация адронов. Физика элементарных частиц. Эксперименты на
коллайдерах:
«Элементы».
URL:
https://elementy.ru/LHC/HEP/experiments/quark_model
20.Кожевников Д.Н. Создание и использование комплекса моделей атомов и
молекул для изучения строения вещества в курсе химии средней школы:
дисс. на соискание уч. степени канд. пед. наук. 2004. 171 с.
21.Коккедэ Я. Теория кварков. Москва: МИР, 1971. 340 с.
22.Кушелев А., Полищук С., Писаржевский С. Формы, механизмы, энергия
наномира: Доступна ли энергия эфира для космических полётов?
Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2002. № 6. С.72-76.
23.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т.3. Колебания и волны.
Оптика. Атомная и ядерная физика Ландсберг. Москва: ФИЗМАТЛИТ,
2006. 656 с.
24.Лукіянець Б.А., Понеділок Г.В., Рудавський Ю.К. Основи квантової
фізики: навчальний посібник. Львів: Вид-во Львівської політехніки, 2009.
420 с.
25.Максвелл Дж.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного
поля . Москва, 1954. 17 с.
26.Мануйлов А.В., Родионов В.И. Строение атома. Основы химии.
Интернет-учебник. URL: http://www.hemi.nsu.ru/ucheb125.htm
27.Мартисон Л.К., Смирнов. Е.В. Квантовая теория. Том 5 курса «Физика в
университете» в 6 т. Квантовая физика. Интернет-учебник. URL:
http://fn.bmstu.ru/data-physics/library/physbook/tom5/about.htm
28.Намбу Е. Кварки. Москва: Мир, 1984. 225 с.
29.Окунь Л.Б. Элементарное введение в физику элементарных частиц.
Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 126 c.
30.Планк М. Единство физической картины мира. Москва: Наука, 1966. 288
с.
31.Полинг Л. Общая химия. Москва: Мир, 1974. 846 с.
32.Поляков В.В. Биомедицинские нанотехнологии: учебное пособие.
Электрон. текстовые данные. Ростов-на-Дону, Таганрог: Издательство
Южного
федерального
университета,
2018.
129
c.
URL:
http://www.iprbookshop.ru/87704.html.
163
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
33.Пупышев В.И. Современные представления о химической связи.
Современное естествознание: Энциклопедия в 10 т. Москва: Флинта:
Наука, 1999-2000. Т.1. Физическая химия. 328 с.
34.Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник для вузов /3-е изд.,
испр. и доп. Санкт-Петербург : СпецЛит, 2013. 591 с.
35.Смирнов Г.В. Досье эрудита. Москва: ЗАО МК-периодика, 2001. 256 с.
36.Соколик В.В., Кушелев А.Ю. Геометрия живого наномира.
Пикотехнология белков: монография. Изд-во Lambert Academic
Publishing, 2016. 287 с.
37.Соловьев Ю.И., Трифонов Д.Н., Шамин А.Н. История химии: Развитие
основных направлений современной химии. Москва: Просвещение, 1984.
765 с.
38.Сопов А.В. Кварковая модель адронов: учебное пособие. URL:
http://nuclphys.sinp.msu.ru/students/quarks/index.html
39.Состав атомного ядра: Подборка уроков физики в 9 классе,
размещенных
в
Единой
Коллекции
ЦОР.
URL:
https://sites.google.com/site/f9t4stroenieatomaiatomnogoadra/6-sostavatomnogo-adra
40.Строение атома, Электронное строение атом: Образовательный курс
химии. URL: http://www.hemi.nsu.ru/ucheb125.htm
41.Сухонос С.И. Пропорциональная вселенная. Москва: Дельфис, 2015. 320
с.
42.Тихонов Ю.А. В поисках всех начал. Наука из первых рук. 2012. № 3 (45).
URL: https://scfh.ru/papers/v-poiskakh-nachala-vsekh-nachal
43.Фейнман Р. КЭД – странная теория света и вещества. Москва: Наука,
1988. 144 с.
44.Фейнман Р. Характер физических законов. Москва: Мир, 1968. 232 с.
45.Хабердитцл В. Строение материи и химическая связь / пер. с нем.
Москва: Мир, 1974. 296 с.
46.Хайманн Р.Б., Евсюков С.Е. Аллотропия углерода. Природа. 2003. №8. C.
66-72.
47.Химия
Кеннета
Снельсона.
Хабр,
2017.
URL:
https://habr.com/ru/post/374003/
48.Чудинов В.А. Атомистические концепции в современном естествознании.
Москва: Наука, 1986. 176 с.
49.Ядерная физика в интернете проект кафедры общей ядерной физики
физического факультета МГУ. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/index.html
50.Akama T., Fujii А., Kobayashi М., Nakai Н. Is the divide-and-conquer
Hartree-Fock method valid for calculations of delocalized systems? Mol. Phys.
2007. V. 105. P. 2799-2804.
51.Alford M.G., Rajagopal К., Schaefer Т., Schmitt А. Color Superconductivity in
Dense Quark Matter. Reviews of Modern Physics. 2008. V. 80(4). P. 14551515.
164
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
52.Bloom E.D. High-Energy Inelastic e–p Scattering at 6° and 10°. Physical
Review Letters. 1969. V. 23(16). P. 930-934.
53.Blumhofer A., Hutter M. Family Structure from Periodic Solutions of an
Improved Gap Equation. Nuclear Physics. 1997 V. B484(1). P. 80-96.
54.Breidenbach M. et al. Observed Behavior of Highly Inelastic Electron-Proton
Scattering. Physical Review Letters. 1969. V. 23(16). P. 935-939.
55.Cao T.Yu. Conceptual developments of 20th century field theories. Cambridge
University Press, 1998. 320 p.
56.Carithers B., Grannis P. Discovery of the Top Quark. Beam Line. 1995. V.
25(3). P. 4-16.
57.Chauhan B.C., Picariello М., Pulido J., Torrente-Lujan E. Quark–Lepton
Complementarity, Neutrino and Standard Model Data Predict (θ13PMNS=9+1-2).
European Physical Journal. 2007. V. C50(3). P. 573-578.
58.Close F. The New Cosmic Onion. CRC Press, 2006. 133 p.
59.Davies P.C.W. Does quantum mechanics play a non-trivial role in life?
BioSystems. 2004. Vol. 78. P. 69-79.
60.Demetrius L. Quantum statistics and allometric scaling of organisms. Physica.
2003. V. A322. P. 477-490.
61.Encyclopedia of Physical Science and Technology Reference Work, Third
Edition.
Academic
Press,
2001.
15453
р.
URL:
https://www.sciencedirect.com/referencework/9780122274107/encyclopediaof-physical-science-and-technology#book-info
62.Gaillard M.K., Grannis P.D., Sciulli F.J. The Standard Model of Particle
Physics. Reviews of Modern Physics. 1999. V. 71(2). P. S96-S111.
63.Genoni A., Bučinský L., Claiser N., Contreras-García J. Chemistry A European
Journal.
2018.
V.
24(43).
P.
10881-10905.
URL:
https://doi.org/10.1002/chem.201705952
64.Gillespie G.E.P. Why Joyce Is and Is Not Responsible for the Quark in
Contemporary Physics. Papers on Joyce 16. Retrieved 17 January 2018. URL:
http://www.siff.us.es/iberjoyce/wp-content/uploads/2013/11/POJ-3.pdf
65.Glashow S.L. Partial-symmetries of weak interactions. Nuclear Physics. 1961.
V. 22 (4). P. 579-588.
66.Glatte A., Kobel M., Mader W.F., Seifert F. Liquid argon calorimeter
performance at high rates. Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research Section A, Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated
Equipment. 2012. P 47-65.
67.Gleick J. Genius: Richard Feynman and Modern Physics. Little Brown and
Company, 1992. 390 p.
68.Goedecker S. Linear scaling electronic structure methods. Reviews of Modern
Physics. 1999. V. 71. P. 1085-1123.
69.Gogonea V., Westerhoff L.M., Merz K.M. Quantum mechanical/quantum
mechanical methods. A divide and conquer strategy for solving the
Schrodinger equation for large molecular systems using a composite density
165
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
functional-semiempirical Hamiltonian. Journal of Chemical Physics. 2000. V.
113. P. 5604-5613.
70.Graham R.F., Gregory D.S., Yuan-Chung C. Quantum effects in biology.
Procedia Chemistry. 2011. V. 3. P. 38-57.
71.Gupta V.P. Principles and Applications of Quantum Chemistry. V.P. Gupta Academic Press, 2016. 478 p. DOI: https://doi.org/10.1016/C2014-0-05143-X
72.Guralnik G.S. The History of the Guralnik, Hagen and Kibble development of
the Theory of Spontaneous Symmetry Breaking and Gauge Particles.
International Journal of Modern Physics. 2009. V. 24 (14). P. 2601-2627.
73.Hasert F.J. Observation of neutrino-like interactions without muon or electron
in the Gargamelle neutrino experiment. Physics Letters. 1973. V. 46(1). P. 138.
74.Hassanzadeh P. Towards the quantum-enabled technologies for development
of drugs or delivery systems. Journal of Controlled Release. 2020. V. 324. P.
260-279.
75.Higgs P.W. Broken Symmetries and the Masses of Gauge Bosons. Physical
Review Letters. 1964. V. 13(16). P. 508-509.
76.Icke V. The Force of Symmetry. Cambridge University Press, 1995. 216 p.
77.Kenneth M.M.Jr. Using Quantum Mechanical Approaches to Study Biological
Systems. Acc. Chem. Res. 2014. V. 47(9). P. 2804-2811.
78.Kobayashi M., Akama T., Nakai H. Second-order Møller-Plesset perturbation
energy obtained from divide-and-conquer Hartree-Fock density matrix. J.
Chem. Phys. 2006. P. 125.
79.Kobayashi M., Nakai, H. Dual-Level Hierarchical Scheme for Linear-Scaling
Divide-and-Conquer Correlation Theory. Int. J. Quantum Chem. 2009. V. 109.
P. 2227-2237.
80.Lee B.W., Quigg C., Thacker H.B. Weak interactions at very high energies:
The role of the Higgs-boson mass. Physical Review D. 1977. V. 16(5). P. 15191531.
81.Levi F., Mostarda S., Raoand F., Mintert F. Quantum mechanics of excitation
transport in photosynthetic complexes: a key issues review. IOP Publishing Ltd
Reports on Progress in Physics. 2015. V. 78(8). P. A103.
82.Lincoln D. Understanding the Universe. From Quarks to the Cosmos. World
Scientific Publishing Company. 2012. 596 p.
83.Lorentz H.A. Zittingsverlag. Acad. Wet. 1899. V. 7. P. 507.
84.Mehra J. Quantum Mechanics and the Explanation of Life: The inclusion of
human consciousness in quantum physics recognizes mind as the primary reality:
Will a new science arise that can harmonize quantum physics and biology?
American
Scientist.
2021.
V.
61(6).
P.
722-728.
DOI:
http://www.jstor.org/stable/27844076
85.Mrowczynski S. Quark–Gluon Plasma / S. Mrowczynski. Acta Physica
Polonica B. 1998. V. 29(12). P. 3711.
86.Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs
boson with the ATLAS detector at the LHC. Submitted to PLB
166
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
31/07/2012http://arxiv.org/abs/arXiv:1207.
7214.
DOI:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037026931200857X
87.Pais A., Treiman S.B. How Many Charm Quantum Numbers are There?
Physical Review Letters. 1975. V. 35(23). P. 1556.
88.Peacock K.A. The Quantum Revolution. Greenwood Publishing Group, 2008.
125 p.
89.Perkins D.H. Introduction to High Energy Physics. Cambridge University
Press, 2000. 8 p.
90.Politzer H.D. Reliable perturbative results for strong interactions. Physical
Review Letters. 1973. V. 30(26). P. 1346-1349.
91.Povh B., Scholz C., Rith K. Particles and Nuclei. Zetsche Springer, 2008. 98
p.
92.Quigg C. The Standard Model (Electroweak Theory): European School of
High-Energy Physics NEΣTΩP Institute Pylos, Greece 25 August – 7
September 2002 URL: https://lss.fnal.gov/archive/test-fn/0000/fermilab-fn0731.pdf.
93.Quigg C. Particles and the Standard Model. The New Physics for the TwentyFirst Century / In G. Fraser ed. Cambridge University Press, 2006. 91 p.
94.Readiness of the ATLAS Liquid Argon Calorimeter for LHC Collisions
ATLAS Collaboration. Eur. Phys. J. 2010. V. C70. P. 723-753.
95.Richard R.M., Herbert J.M. A generalized many-body expansion and a unified
view of fragment-based methods in electronic structure theory. J. Chem. Phys.
2012. V. 137. P. 064113.
96.Riordan M. The Hunting of the Quark: A True Story of Modern Physics.
Simon & Schuster, 1987. 210 p.
97.Rolnick W.B. Remnants of The Fall: Revelations of Particle Secrets. World
Scientific Pub Co Inc, 2003. 136 p.
98.Salam A. N. Svartholm (ed.) Elementary Particle Physics: Relativistic Groups
and Analyticity. Eighth Nobel Symposium. Stockholm: Almquvist and
Wiksell, 1968. 367 p.
99.Santos Ld.A., Prandi I.G., Ramalho T.C. Could Quantum Mechanical
Properties Be Reflected on Classical Molecular Dynamics? The Case of
Halogenated Organic Compounds of Biological Interest. Front. Chem. 2019.
V. 7. P. 848.
100.
Schumm B.A. Deep Down Things. Baltimore & London: Johns Hopkins
University Press, 2004. 378 p.
101.
Sjulstok E., Olsen J., Solov’yov I. Quantifying electron transfer reactions
in biological systems: what interactions play the major role? Sci Rep. 2016. V.
5. P. 18446.
102.
Snelson K. Art and Ideas. NY: In association with Marlborough gallery,
N.Y., 2013, 174 p. URL: http://kennethsnelson.net/…nd_Ideas.pdf
103.
Staley K.W. The Evidence for the Top Quark. Cambridge University
Press, 2004. 144 p.
167
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 2
104.
The quantum mechanical model of the atom: Khan Academy. URL:
https://www.khanacad
105.
Weinberg S.A. Model of Leptons. Physical Review Letters. 1967. V.
19(21). Р. 1264-1266.
106.
Wong S.S.M. Introductory Nuclear Physics; 2nd ed. Wiley
Interscience,1998. 30 p.
107.
Xu P., Guidez E.B., Bertoni C., Gordon M.S. Perspective: ab initio force
field methods derived from quantum mechanics. 2018. V. 148. P. 090901.
108.
Yao W.-M., Amsler C., Asner D., Barnett R.M., Beringer J., Törnqvist,
Particle N.A. Data Group Review of particle physics. Journal of Physics G:
Nuclear and Particle Physics. 2006. V. 33. P. 1231-1232.
109.
Yulsman T. Origins: The Quest for Our Cosmic Roots. CRC Press, 2002.
75 p.
168
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ
БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ,
ВКЛЮЧАЯ ЧЕЛОВЕКА
ГЛАВА 3
Нельзя надеяться на полноту и безупречность
наших знаний. Наука существует мгновение и каждую
минуту движется вперед.
- К.Э. Циолковский
Видимо в нашем нынешнем составе мышления
отсутствует что-то очень важное, целое измерение,
без которого нельзя найти подход к этим проблемам.
Вода не только mater, но и matrix жизни, и
биология, возможно, не достигла успеха до сих пор в
понимании наиболее очевидных функций из-за того,
что она сосредоточила свое внимание на веществе в
виде частиц, отделяя их от двух матриц - воды и
электромагнитного поля.
- А. Сент Дьерди
169
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Вступление. Комплементарный блок. Современные
представления о строении молекул: молекулярные
связи, система энергетических уровней молекул.
Квантово-механические
особенности
строения
молекул живых биологических систем. Механизмы
внутремолекулярного
и
межмолекулярного
переноса энергии и заряда в живых биологических
молекулярных системах. Солитоны. Квантовомеханические особенности и роль воды в механизме
передачи
энергии
между
биологическими
молекулами. Электромагнитная феноменология
молекулярного уровня состояний жизни и смерти
живых биологических систем. Выводы с позиции
системной медицины.
Вступление.
Фундаментальное
естествознание
XXI
века
накопило
достаточное количество теоретических представлений, моделей,
концепций, теорий, научных знаний для адекватного описания
молекулярного уровня электромагнитной организации вещества,
процессов
энергообеспечения
между
молекулами
живых
биологических систем, а главное - для возможности их
фундаментального обобщения в рамках системной концепциитеории.
170
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Успехи квантовой биофизики и квантовой биохимии
сформировали принципиально новое понимание электронной
структуры биологически важных молекул и механизмов
межмолекулярного
переноса
электронов.
Эти
новые
фундаментальные знания позволили понять ранее непонятное наукой
- пути преобразования энергии возбужденных молекул в энергию их
продуктов. Основой понимания образования молекул с атомов и
описания их поведения стала квантовая механика, которая отличается
от классической тем, что описывает и волновую функцию
частицы/объекта, исходя из возможности каждой частицы быть и
частицей, и волной одновременно (принцип корпускулярноволнового дуализма материи), отражая диалектическое единство
материи, как универсальную фундаментальное свойство. Волновая
функция является основным носителем информации обо всех
свойствах микрочастицы и определяется с помощью математического
аппарата, основанного на уравнении Э. Шредингера.
Сегодня в распоряжении науки имеющиеся фундаментальные
знания о структуре сложных молекул, которые являются сугубо
объективной информацией, полученной при изучении спектров
поглощения сложных молекул. Изучение спектров поглощения
атомов и молекул в ультрафиолетовой и в видимой областях
позволило получить сведения и развить научные представления о их
системе электронных энергетических уровней, о вероятности
переходов
между
ними,
механизмы
энергетического
межмолекулярного взаимодействия, сформулировать современные
представления и ряд перспективных системных концепций
понимания
механизмов
частотно-волнового
взаимодействия
(ритмодинамика, коллективные процессы, молекулярная ячейка и
т.д.). Это имеет принципиально важное значение для дальнейшего
развития науки, особенно в рамках системной медицины.
Еще одним объективным источником фундаментальных знаний
о энергетических процессах молекулярного уровня стала
возможность изучения эмиссии фотонов/люминесценции живых
биологических систем, включая человеческий организм. В процессе
жизнедеятельности живых биомолекулярных систем имеет место
эмиссия фотонов/люминесценция, которая в клетках возникает как в
ходе течения метаболических процессов жизнеобеспечения, так и
может быть дополнительно стимулированной извне (квантами света,
электромагнитным полем, красителями-люминофорами и т.д.).
171
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Эмиссия
фотонов/люминесценция
отражает
процессы
преобразования энергии в молекулах, поэтому анализ этого процесса
может быть использован для научного изучения биоэнергетики
микроуровня in vivo.
Признание и понимание корпускулярно-волновых свойств
атомов, молекул и соответственно материи живых биологических
систем, а также их способности к постоянной генерации волнового
излучения в виде солитонов, как для поддержания материального
единства системы/организма, так и для обеспечения системного
энергетического информационного взаимодействия и кооперации, на
сегодняшний день является принципиально важным знанием для
системной медицины. Эти новейшие для медицины знания, прежде
всего, должны способствовать устранению фрагментарности
медицинского
мировоззрения
в
аспектах
организации
функционирования живого человеческого организма.
Современная наука давно признала и подтвердила роль воды,
как универсального компонента для поддержания жизни,
определяющего структуру и свойства множества объектов живой и
неживой природы. Однако механизмы участия воды долгое время
были неизвестны, и вода рассматривалась как растворитель даже при
изучении процессов in vivo. Фундаментальным естествознанием уже
накоплен значительный пласт научных знаний относительно
структурных и энергетических характеристик природной воды с
учетом современных достижений в области физики воды. Это
несомненно может позволить с позиций системного естествознания
дополнить понимание роли воды в процессах биоэнергетики живых
молекулярных систем, включая человеческий организм. Сегодня уже
доказано, что вода в живых биологических системах не является
чисто континуальной средой и не является жидкостью в привычном
для органов чувств человека понимании. В живых биологических
системах, включая человеческий организм, вода находится в особом
энергизированном состоянии - в так называемом состоянии
энергонапряженных фрактальных кристаллических структур. При
этом
квантово-механические
характеристики
такой
структурированной воды позволяют ей осуществлять без
энергопотерь энергоперенос в молекулах биополимеров и таким
образом обеспечивать нехимическую удаленную управляющую
системно-энергетическую связь между биологическими молекулами
организма.
172
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Таким образом, XXI век, как эпоха цифровых технологий,
глобализации научного знания, проникновение в глубины наномира и
сущности магнитоэлектрической организации материи, создал
условия
для
перехода
на
качественно
новый
уровень
фундаментального знания организации и функционирования
человеческого организма и позволил приблизиться к объяснению
самого сложного физиологического феномена - физико-химического
механизма биологической жизни. Понимание и интеграция в
системную медицину изложенной в главе 3 информации углубляет и
видоизменяет взгляд на механизмы реализации процессов
метаболизма в живых биологических системах, включая человека.
Комплементарный блок.
Современные представления о строении молекул:
молекулярные связи.
Молекула - это вещественное проявление материи и
принципиальный
структурно-функциональный
компонент
макроуровня (с точки зрения физики) организации живой
биологической системы любого уровня сложности, включая
человеческий организм.
Молекула состоит из атомов, связанных друг с другом за счет
валентных электронов. Квантовая механика позволила
объяснить физическую природу этой химической связи.
Благодаря корпускулярно-волновым свойствам атом является
осциллятором, то есть генерирует волны, возбуждает волновую
среду, создает электромагнитное волновое поле. По сути в
молекуле/веществе атомы связаны между собой электромагнитными
волновыми полями, источником которых являются сами атомы,
участвующие во взаимодействии и самоорганизации атомов [2, 10,
74, 94, 114].
Согласно современным научным взглядам это описывается
следующим образом [2, 10, 74, 94, 116, 119, 168]:
Молекула - это связанная система ядер и электронов,
между которыми действуют электростатические
силы. Кроме электростатических сил при квантовомеханическом рассмотрении молекулы необходимо
173
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
учитывать принцип Паули, который обосновывает
существование
дополнительного
обменного
взаимодействия.
Ядра и электроны в молекуле связываются в систему с
помощью двух типов связи: ковалентной и полярной.
Ковалентная (гомеополярная) связь - это связь, которая
осуществляется за счет обобществления электронов,
принадлежащих двум атомам.
Подробнее:
Молекула водорода - пример простейшей молекулы с ковалентной
связью.
1927 год - физики-теоретики Г. Гайтлер (нем. Walter Heinrich Heitler,
1904-1981, Германия) и Ф. Лондон (нем. Fritz Wolfgang London, 1900-1954,
Германия) решили уравнение Шредингера для системы, состоящей из двух
протонов (ядра атома водорода) и двух электронов и установили, что энергия
молекулы водорода (E) по-разному зависит от расстояния между ядрами (r) для
случаев параллельной и антипараллельной ориентации спинов электронов.
График этой зависимости приведен на рисунке 3.1. Как видно из рисунка 3.1: связанное состояние с E <0 возможно только при антипараллельной ориентации
спинов;
- за начало отсчета энергии молекулы E на графике принята энергия
двух изолированных атомов; - при r=r0 график с антипараллельными спинами
имеет минимум, который определяет равновесное состояние ядер в молекуле
водорода - электроны большую часть времени проводят между ядрами, таким
образом, положительные ядра притягиваются к отрицательному "электронному
облаку" [2, 43, 94, 114].
Рис. 3.1. График зависимости энергии E молекулы водорода от
расстояния r между ядрами для случаев параллельной и
антипараллельной ориентации спинов электронов [114].
174
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Ионная (гетерополярная) связь - это связь, обусловлена
переходом валентных электронов с одного атома на другой с
образованием положительных и отрицательных ионов с
электростатическим притяжением между ними.
Подробнее:
Натрия хлорид (NaCl) и натрия фторид (NaF) - это характерные примеры
ионной связи. Например, на схеме заполнения электронами квантовых
состояний первых одиннадцати атомов (рис. 3.2) видно, что у фтора (F) не
заполнено одно квантовое состояние 2p, а у натрия (Na) один валентный
электрон находится в состоянии 3s, где он сравнительно слабо связан со своим
атомом. Этот 3s электрон натрия и переходит в 2p состояние атома фтора.
Таким образом, атом Na становится положительным ионом, а атом F отрицательным. Поэтому они и притягиваются друг к другу [2, 43, 94, 114].
Рис. 3.2. Схема заполнения электронами квантовых состояний
первых одиннадцати атомов [114]: стрелками обозначены
направления проекций спинов электронов на ось z; стрелка вверх
соответствует значению спинового квантового числа ms=+1/2,
стрелка вниз означает, что ms=-1/2.
175
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.3. Диаграмма распределения электронной плотности для
молекулы N2 (расчет по Хартри-Фоком) [119].
Атомы в молекуле/веществе являются удаленными друг от друга
и
образуют
пространственную
решетку
вещества
в
конденсированном состоянии [2, 43, 94-96, 116].
Современные представления о межмолекулярной связи в
молекуле/веществе описываются и визуализируются в виде
условных понятий и моделей, которые позволяют сформировать
понимание механизма частотно-волнового взаимодействия
между атомами [2, 10, 94-96].
Электромагнитная модель самоорганизации атомов в молекуле
описывает атомы как устойчивую систему осцилляторов,
связанных
между
собой
сгенерированным
ими
электромагнитными волновыми полями [2, 51, 94].
Модельно любая молекула/вещество/биологическая система
может быть представлена в виде электромагнитных волновых
пакетов, в узлах которых находятся атомы, которые являются
источником волновой генерации. При этом электромагнитные
волновые пакеты будут результатом интерференции излучения
всех атомов молекулы/вещества/биологической системы.
Подробнее:
Установлено, что [51, 94-96, 114, 119]:
- атом с учетом его корпускулярно-волновых свойств является
осциллятором, генерирует волны, возбуждает волновую среду, образует
электромагнитное волновое поле;
176
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- два атома образуют модель минимальной элементарной устойчивой
системы, создавая в промежутке между собой общее электромагнитное
волновое поле;
- атомы являются узлами системы, и попытка вывода их за пределы
системы вызывает реакцию со стороны волнового поля, направленного на
возвращение атомов-осцилляторов в исходное положение;
- выделяют три вида идеально устойчивых волновых систем с
минимальными размерами (два атома - диполь, три атома - треугольник, четыре
атома - тетраэдр)
- все остальные геометрические фигуры, связанные электромагнитными
волновыми полями, имеют перекрестные нецелочисленные связи, которые
уменьшает их устойчивость (рис. 3.4 и 3.5).
(а)
(б)
Рис. 3.4. Элементарные системы атомов-осцилляторов: стойкие (а),
менее стойкие (б) [51].
(а)
(б)
(в)
Рис. 3.5. Смоделирована картина распределения энергии в
элементарных
системах
атомов-осцилляторов:
диполь
(а),
треугольник (б), квадрат (в)* [51]: * - видно, что в квадратной
системе атомы-осцилляторы находятся в зонах неустойчивого
равновесия (меньшая устойчивость).
177
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Геометрия молекул определяется квантово-механическими
характеристиками, образующих ее атомов.
Это происходит в соответствии с распределением электронной
плотности в молекулах, образованием в ней химических связей в
зависимости от размещения максимально удаленных друг от друга
точек, символизирующих центры притяжения облаков электронных
пар/электромагнитных волновых полей.
То есть геометрия молекулы определяется оптимальным
расположением электронных пар (AX2 - линейная, АX3 - треугольник,
АХ4 - тетраэдр; АХ6 - октаэдр, где А - центральный атом, Х электроны и т.д.) [51].
Подробнее:
Решение задачи о размещении максимально удаленных друг от друга
точек, символизирующих центры притяжения облаков электронных пар, при
числе точек от 2 до 12 приводит к возможным конфигурациям связей и к
предопределению определенной геометрии молекул, которые имеют
соответствующее расположение электронных пар: 2 - линейная,
3 - равносторонний треугольник, 4 - тетраэдр, 5 - тригональная бипирамида,
квадратная пирамида, 6 - октаэдр, 7 - октаэдр с дополнительной вершиной,
8 - квадратная антипризма, 9 - треугольная призма с тремя дополнительными
вершинами, 10 - квадратная антипризма с двумя дополнительными вершинами,
11 - икосаэдр без одной вершины, 12 - икосаэдр [48, 49].
В науке разработаны различные модели для визуализации
геометрической формулы молекул.
Подробнее:
Например, система тетраэдров и шаростержневых моделей используется
для объяснения геометрии соединений с кратными связями и относительной
длины таких связей у углерода (рис. 3.6 и 3.7) [48, 49].
Рис. 3.6. Тетраэдрические модели атомов, которые проявляют
одинарную, двойную, тройную связи [48, 49].
178
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис 3.7. Шаростержневые модели молекул этана С2Н6 (а), этилена
С2Н4 (б), ацетилена С2Н2 (в) [48, 49].
Любая молекула в основном состоянии имеет ту
геометрическую форму, которая соответствует минимуму
полной энергии и, соответственно, максимуму суммарной
энергии всех химических связей (правило Гиллеспи).
Подробнее:
Установлено, что: - электронные пары молекулы располагаются с
максимальным удалением друг от друга, а несвязывающая пара занимает
больший объем, чем связывающая; ограничения правила: - не может быть
применено для соединений с большой ионностью и d-металлов; - не
применяется для молекул с большим числом (> 6) [37, 48, 49].
Геометрия молекул, определяется правилом Гиллеспи, не имеет
отношения к гибридизации орбиталей.
Гибридизация - это понятие модельного представления для
объяснения симметричной структуры связей атома углерода,
которое было введено Л. Полингом.
Подробнее:
Установлено, что: - гибридизация с помощью математических операций
помогает представить ковалентные связи направленными; - реальная
гибридизация как механизм, а не как модель, может проявляться только у
элементов 2-го периода; - строение молекул, имеющих более 4-х электронных
пар центрального атома p-элемента, описывается с позиции гипервалентной
связи; - в гипервалентных молекулах химическая связь описывается сложными
взаимодействиями; - понятие о гибридизации вводят для объяснения
геометрической и энергетической равноценности химических связей, которые
представляются как локализованные между взаимодействующими атомами;
- только в двухатомных молекулах химическая связь полностью локализована;
- только у атомов элементов второго периода остов состоит из 1s-оболочки и
валентные 2s и 2p орбитали находятся в одной и той же области пространства
(особенность элементов 2-го периода таблицы Менделеева); - в соединениях
179
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
непереходных элементов ALn центральный атом А использует npх электроны и,
если необходимо, ns2 электроны для образования трехцентровых,
четырехэлектронных связей при взаимодействии с валентными орбиталями
лигандов [37, 48, 49, 84, 87].
Изучением правил строения кристаллических решеток веществ
занимается кристаллография.
Точно определить структуру молекул/вещества, то есть
расположение атомов в нем, удалось впервые для кристаллических
веществ с преимущественно ионной связью.
Подробнее:
1895 год - физик М. фон Лауэ (нем. Max von Laue; 1879-1960, Германия)
предположил, что для излучения с длиной волны в несколько тысяч раз более
короткой длины волн видимого света, дифракционную картину можно будет
наблюдать на правильных кристаллах, которые, по предположению, должны
состоять из расположенных равномерными рядами атомов. Это было
подтверждено экспериментально на кристаллах медного купороса [37, 48, 49,
87, 158, 175-178].
На практике молекулы имеют сложное строение, которое
невозможно описать одной схемой или моделью. Все модели
описания молекулярного строения относительно условны и
неидеальные.
Подробнее:
В фундаментальном естествознании, в частности - в химии, особенно в
органической, существует проблема адекватного отражения свойств и строения
молекулы/химического соединения в ее химической формуле. Частично эта
проблема была решена договоренностью обозначать каждую валентную связь
черточкой и в идеальном случае этого стало достаточным для изображения
структурной формулы соединения, в которой каждый атом соединен с другими
черточками, число которых равно их валентности в соответствии с их
истинным порядком соединения в реальной молекуле.
Строение молекул в реальности оказалась значительно сложнее, что
вызвало необходимость внедрения дополнительных обозначений (например,
стрелки, если связь имел полярность, то есть электронное облако было
асимметричным, плюсы и минусы над атомами, если связь приобретала черты
ионной и т.п.). На практике для адекватного изображения строения и свойств
многих, особенно сложных молекул, приходилось составлять несколько
структурных формул (только для бензола, например, их было предложено
пять), из которых каждая в отдельности не описывала адекватно строения и
всех свойств молекулы, но в совокупности эти формулы давали более или
менее правильное представление. Например, молекулу этилена можно вполне
180
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
удовлетворительно описать, рассматривая ее как два углеродных тетраэдра с
общим ребром. Однако если две двойных связи находятся в молекуле рядом,
разделенные одинарной связью, то характеристики двойной и одинарной связи
как бы усредняются, что делает возможными типичные для диенов реакции
1,4-присоединения. Предельное «усреднение» происходит в ароматических
углеводородах - молекула бензола может быть представлена как равновесная
между двумя крайними структурами, при этом двойные связи в
1,3,5-циклогексатриене непрерывно перемещаются, и оба изомера быстро
превращаются друг в друга (теория «осцилляции валентности») [48, 49, 70].
Рис. 3.8. Схема строения трёхцентовой связи [48, 49].
Рис. 3.9. Схема строения молекулы SF6 [48, 49].
181
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Реальная
молекула
состоит
из
резонирующих
электромагнитных волновых полевых структур (по принципу
суперпозиции состояний Дирака), так как каждой волновой
функции Ψi соответствует своя резонирующая структура,
поскольку, если волновые функции Ψ1 и Ψ2 описывают
состояние квантовой системы, то и их линейная комбинация
представляет возможное состояние этой системы. То есть
реальная молекула как бы не имеет определенного строения, а
формируется только результатом непрерывного резонанса электромагнитного наложения многих различных атомарных
структур - это так называемая теория резонанса (химик Л.
Полинг, 1931 год, США).
Подробнее:
В 1928 году Л.К. Полинг (англ. Linus Carl Pauling; 1901-1994, США)
предложил термин «резонанс» для описания подобных сложных молекулярных
структур. Ранее, в 1926 году, химик К. Ингольд (англ. Christopher Kelk Ingold;
1893-1970, Англия-США) предложил концепцию мезомерии, согласно которой
строение реальной молекулы необходимо рассматривать как среднее между
двумя пограничными структурами/моделями, каждая из которых может быть
фиктивной. Эта идея о "наложении" идеализированных структур/моделей для
более полного описания реальной молекулы была развита в теории резонанса,
которая получила квантово-механическое обоснование [2, 8, 49, 87].
Квантово-механическое обоснования теории резонанса состояние молекулы в квантовой механике определяется
волновой функцией Ψi, при этом волновая функция может быть
разложена на сумму других волновых функций Ψi, где i=1, 2, 3 и
т.д., умноженных на постоянные коэффициенты; - выбор
функций Ψi определяется, исходя из условия минимума энергии
молекулы; - теория резонанса утверждает, что каждой волновой
функции Ψi соответствует своя резонирующая структура;
- данное утверждение базируется на так называемом принципе
суперпозиции состояний, открытом еще Дираком; - согласно
этому принципу, если волновые функции Ψ1 и Ψ2 описывают
состояние квантовой системы, то и их линейная комбинация
представляет собой возможное состояние этой системы; - таким
образом, резонирующие структуры (по принципу суперпозиции
состояний) как бы составляют реальную молекулу [2, 8, 48, 49].
182
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Обоснование самоорганизации атомов/молекул органических
соединений объясняется также с позиций модульной
кристаллографии.
Важно
отметить,
что
классические
кристаллографические законы строения не распространяются в
полной мере на органические соединения (табл. 3.1), которые
имеют принципиальные отличия строения и организации
кристаллических решеток от неорганических веществ.
Основные квантово-механические свойства биологических
кристаллических
структур
обусловлены
такими
принципиальными различиями как большая молекулярная
масса, сложная химическая организация молекул.
Подробнее:
Установлено, что [9, 1, 147, 166, 169]:
- в большинстве случаев кристаллические структуры органических
соединений являются молекулярными (кристалл состоит из молекул, внутри
которых связи между атомами ковалентные);
- молекулы внутри молекулярной ячейки связаны ван-дер-ваальсовыми,
водородными или промежуточными связями, что обусловливает более частое
образование цепных или слоистых структур за счет меньшей силы связи;
- при ван-дер-ваальсовой (ненаправленной) связи между молекулами
условием минимума потенциальной энергии взаимодействия молекул есть
максимально плотное заполнение молекулами кристаллического пространства принцип плотной упаковки;
- можно аппроксимировать молекулу с некоторым геометрическим телом
сложной формы, которая определяется ван-дер-ваальсовыми радиусами атомов,
расположенных по «краям» молекулы - принцип максимального числа касаний,
описывающий молекулу геометрического тела со своими соседями;
- при том, что молекулы органических соединений часто имеют очень
сложное строение, их центры масс или же симметричные точки образуют
сравнительно несложные конфигурации;
- различают низкосимметричные молекулы (образуют кристаллические
структуры триклинной, моноклинной и ромбической сингоний) и
высокосимметричные молекулы, близкие к сферической формы (образуют
кристаллические структуры тетрагональной, гексагональной и кубической
сингоний);
- размеры молекул определяют величины параметров элементарных ячеек
кристаллов;
- часто структуры кристаллов можно рассматривать как плотные
упаковки слоев, где в пределах слоя молекула имеет шесть ближайших соседей,
и при количестве молекул на элементарную ячейку меньшей, чем кратность
183
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
общей правильной системы точек, молекулы в структуре образуют частную или
частную нехарактеристичную орбиту;
- в случае частной или частной нехарактеристичной орбиты каждая
молекула должна иметь некоторую собственную симметрию, которую можно
описать некоторой точечной группой симметрии;
- точечная группа собственной симметрии молекулы может быть
некристаллографической, то есть содержать оси симметрии пятого и более
высоких порядков, так как ограничения на операции симметрии относятся
только к операциям симметрии бесконечной кристаллической решетки и не
распространяются на конечные молекулы в кристалле;
- структуры молекулярных кристаллов классифицируются соответствии с
структурным классом - количества молекулярных кристаллов с одинаковой
пространственной группой симметрии, в которой молекулы расположены по
равному количеству общих или одинаковых частных орбит;
- симметрия молекул снижается с усложнением химического состава;
- собственная симметрия молекул влияет на упаковку и симметрию всей
кристаллической структуры;
- асимметричные молекулы не могут образовывать частные орбиты
пространственных групп и кристаллизуются в низших сингонии,
пространственные группы которых бедны частными орбитами;
- при упаковке асимметричных молекул предпочтительными являются
пространственные группы, которые допускают наиболее плотную упаковку
асимметричных элементов своих орбит;
- принципу плотного взаимного расположения асимметричных молекул
способствуют скользящие плоскости и винтовые оси (элементы симметрии с
параллельными трансляционными компонентами);
- существуют и отдельные высоко симметричные органические
кристаллы, когда молекулы, образующие кристалл, имеют высокую симметрию
и приблизительную изометрическую форму, которая подходит для выполнения
условий
наиболее
плотной
упаковки
(например,
молекула
гексаметилентетрамина С6Н12N4 имеет группу собственной симметрии 43т, а
соответствующий кристалл имеет пространственную группу симметрии 4‾3m,
таким образом, кристаллы гексаметилентетрамина принадлежат структурному
классу I4‾3m, Z=2(4‾3m);
- кристаллы органических соединений так же, как и неорганические,
могут существовать в полиморфных модификациях, но в отличие от
неорганических кристаллов полиморфные модификации одного и того же
вещества отличаются не структурой молекул, а их взаимным расположением, и
чаще всего это наблюдается в кристаллах, молекулы которых связаны между
собой водородными связями;
- биологические кристаллы живых систем всегда содержат растворитель,
на котором они выросли - воду в виде раствора веществ среды организма,
которая составляет от 30-85 об.% кристаллической биомолекулы, и эти
структуры воды играют принципиальную роль как в формировании (рост,
184
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
молекулярная конформация, упаковка) биокристаллов, так и в реализации
процессов биоэнергетики его жизнеобеспечения (енергоперенос);
- структура биокристаллов определяется также качественноколичественным составом водного-маточного раствора, так как ионыосадители существенно влияют на стабилизацию кристаллических решеток
биомолекул.
Таблица 3.1.
Кристаллографические характеристики неорганических и
органических соединений [9].
Неорганические вещества
Сильные,
поляризованные
межатомные взаимодействия
Стабильные атомные упаковки
Неаддитивность
ковалентного
связывания
Координационные
числа
и
координационные полиэдры
Структурные типы
Изоморфизм,
полиморфизм.
Твердые растворы замещения и
внедрения
Структурообразующие мотивы из
ковалентно связанных атомов
Разупорядоченность
атомных
позиций
Органические вещества
Слабые
межмолекулярные
взаимодействия
Лабильные упаковки молекул
Неаддитивность
дисперсионных
взаимодействий
Молекулярное координационное число
и супрамолекулярные синтоны
Супрамолекулярные мотивы
Полиморфизм, смешанные кристаллы
Модификация упаковок за счет
кулоновских взаимодействий
Разупорядоченность
молекулярных
фрагментов
В кристаллографии/кристаллохимии в зависимости от основания
классифицируют: однородные и неоднородные кристаллические
структуры [9, 76, 117].
Подробнее:
- однородные кристаллические структуры - это структуры, образованные
одинаковыми веществами, имеющими равновесную решетку, которые
полностью заполняют трехмерное евклидовое пространство и характеризуются
ненапряженным характером, линейной структурой кристаллического ячейки
(прямо рёберной, плоскогранной), которые типичны для сильных межатомных
связей и неорганических соединений;
185
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- неоднородные/смешанные кристаллические структуры - это структуры,
образованные различными веществами, с учетом всех химических связей,
которые будут в них образовываться, включая слабые, которые соответствуют
критерию полной связанности кристаллического модуля с учетом всех его
атомов и есть типичными для комбинации различных связей и органических
соединений (табл. 3.1) [9, 76, 117].
Смешанные кристаллы - это общая закономерность
органической кристаллографии. Различают [9, 76, 112, 117]:
- симметричные независимые молекулы;
- контактные конформеры;
- рацемические твердые растворы;
- клатратные комплексы и другие молекулярные
фазы.
На современном научном этапе в связи с нелинейностью,
апериодичностью биологических кристаллов разработано
модульное направление кристаллографии для их описания и
дальнейшего изучения, которое охватывает все формы твердого
тела, включая структуры связанной воды - системообразующей
матрицы для биокристаллов живых биологических систем [18,
32].
Введение
понятия
«кристаллический
модуль»
для
кристаллографического
изучения
биомолекул
живых
биологических структур оказалось новым подходом в изучении
нелинейных характеристик биологических молекул, изменило
взгляд на причину их стабильности, поскольку был
акцентирован взгляд на полной связанности структуры
молекулы согласно квантово-механических характеристик
атомов, участвующих в ее образовании.
Кристаллический модуль биомолекул - это паттерн
кристаллического их состояния - минимальный повторяющийся
объект, который образует биологические молекулы; например,
кристаллический модуль в структуре воды in vivo (рис. 3.10).
Подробнее:
Установлено, что: - кристаллические модули, как повторяющиеся
элементы, формирующие форму сложных биологических молекул, определяют
их
морфологию,
стехиометрию,
симметрию,
дальний
порядок;
- создание теоретического подхода кристаллических модулей, таким образом
позволило решить проблему принципов самоорганизации молекул
биологических систем [18, 32].
186
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.10. Схема компьютерного дизайна молекулярной ячейки
структуры кристаллического апроксиманта поверхностного слоя
воды с возможным упорядоченным расположением Н в ней [18]:
ромбом выделен кристаллический модуль.
Фрактальность молекулярных биологических структур является
еще одной особенностью организации живых биологических
систем.
Подробнее:
Заполнение евклидового трехмерного пространства (которым является
среда биологического организма) неевклидовыми кристаллическими модулями
(которыми являются смешанные/неравновесные органические кристаллы)
возможно только в том случае, если эти модули являются квазиодномерными
структурами (стержнями). Это приводит к тому, что в евклидовой среде
биологической живой системы формируются фрактальные структуры из
неевклидовых кристаллических модулей или их кластеров - разноразмерные
самоподобные ветвистые стержневые кристаллы с пустотами между их ветвями
[12-14, 18, 32].
Значение основополагающего в биологии закона неаддитивности четко
сформулировал А. Сент Дьерди: "Это важное уравнение биохимии (1+1>2)
справедливо для всех объектов, от самых простых до самых сложных. Если
живая природа отличается по своим свойствам от неживой, то не потому,
что она подчиняется другим законам, а потому, что в живой природе
187
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
"объединение" по закону (1+1>2) заходит значительно дальше, чем в
неживой".
Иначе говоря, в модульных структурах (какими являются биологические
молекулы в отличие от равновесных структур неорганической природы),
формально образованных универсальными структурными единицами - Нмодулями и их кластерами (триплетами или Т-кластерами), возможно
несколько алгоритмов их соединения между собой различными группами
сечения, но при условии, если эти структуры дисконтинуальные. Поэтому в
результате в детерминированных структурах каждый алгоритм соединения
модулей между собой соответствует новой структуре со своей метрикой и
"морфологией", обычно нелинейной (спирали, сокращение ленты, кольца) и
фрактально самоподобной. На каждом уровне иерархического соединения
модулей могут возникнуть новые возможные варианты сплетений групп,
определяющих новые свойства и строения, которых не было в исходных частях
системы. Далее эти структуры становятся частями на следующих уровнях и
создаются новые возможности для эволюции системных структур на
следующих уровнях, обусловливая разнообразие детерминированных новых
или самоподобных фрактальных структур [18].
Например, это наглядно демонстрируется на фрактальных формах
самоорганизации воды в биосистемах (рис. 3.11).
Рис. 3.11. Схемы ряда различных фрактальных форм организации
молекул воды: кристаллический стержень – спираль 30/11 (а),
фрактал L1I, подобный триплету с глобальной симметрией D3 (б);
фрактальная решетка Мальденброта, в которой минимальная ячейка
соответствует ячейке «ж» рисунка (е); дисконтенуальная фрактальная
решетка из спиралей 30/11 «а» рисунка и Т-кластерами (ж) [18].
188
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Принципиальным отличием, которое имеет большое значение в
реализации феномена жизни в биологических смешанных
кристаллах, является их энергонапряжённость.
Подробнее:
Установлено,
что:
сплошные
однородные
равновесные
кристаллические структуры из евклидовых модулей, имеют линейную
структуру кристаллической решетки и не нуждаются в поступлении энергии
извне для ее построения; - у таких кристаллов при кристаллизации имеет место
упорядочивание структуры атомов, уменьшение энтропии системы и
выделение энергии (например, замерзания воды в обычных условиях внешней
среды); - смешанные кристаллы из неоднородных веществ имеют различные по
качеству химические связи (сильные и слабые) и являются неравновесными; - с
учетом особенностей их химических связей оси молекул решетки является
криволинейными, образуют неевклидовые модули, что при кристаллизации
обусловливает необходимость постоянного поступления энергии извне для
изменения расстояния между атомами в процессе роста кристалла для
формирования упругих деформаций [12-14, 18, 20, 21].
С точки зрения обобщенной модульной кристаллографии биополимерные
молекулы живых биологических систем принимают форму именно
энергонапряженных кристаллических структур, структура и конформация
которых при заполнении ими искаженных сложных пространств
поддерживается энергетическими когерентными потоками превращенной
химической энергии АТФ, поскольку трехмерное евклидово пространство – это
природное пространство для структур любой формы стабильного
неравновесного состояния. При этом принципиальное значение имеет свойство
молекул воды так же принимать форму энергонапряженных фрактальных
кристаллов (рис. 3.11) [18-21, 32].
Система энергетических уровней молекул.
Молекула имеет энергетические характеристики, обусловленные
электромагнитными характеристиками образующих ее атомов.
Энергия изолированной молекулы включает энергию вращения
электронов, а также энергию колебания и вращения ядер
каждого атома, образующего ее. Энергия изолированной
молекулы может быть представлена в следующем виде:
E≈Eэл+Eкол+Eвр,
где Eэл - электронная энергия, определенная электронной
конфигурацией в молекуле, Eкол - энергия колебания ядер
относительно центра масс атома, Eвр - энергия вращения ядер
относительно центра масс атома [27, 28, 45, 56, 75, 98, 114, 149].
189
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Порядки энергетических величин, обуславливающих энергию
молекулы, следующие Eэл~1-10 эВ; Eкол~10-2-10-1 эВ;
Eвр~10-5-1031эВ [28, 45, 56, 75, 98, 114].
Вклад каждого вида движения в полную энергию молекулы
существенно различен: Eэл>> Eкол >>Eвр [28, 45, 56, 75, 98, 114].
Каждая из составляющих энергии (Eэл, Eкол и Eвр) квантуется.
Учитывая большую разницу в их величинах изобразить
энергетическую схему уровней молекулы в масштабе
оказывается невозможным.
На рисунке 3.12 показаны два электронных уровня Eэл1 и Eэл2 и
система колебательных и вращательных уровней [28, 45, 56, 75, 98,
114].
Рис. 3.12. Схема электронных уровней Eэл1 и Eэл2 и система
колебательных и вращательных уровней [114].
Система энергетических уровней молекулы представляет собой
совокупность далеко отстоящих друг от друга электронных
уровней энергии и имеет более сложный характер
молекулярных спектров по сравнению с атомными.
Подробнее:
Каждому электронному
уровню
соответствует
набор ближе
расположенных колебательных уровней, каждому колебательном уровню
соответствует совокупность еще теснее расположенных вращательных уровней.
Изменение Eэл (электронный переход) связан с поглощением или
испусканием кванта в видимой или ультрафиолетовой области. Однако наряду
с Eэл при этом процессе могут измениться энергии колебания и вращения - Eкол
190
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
и Eвр. Поэтому данному электронному переходу в спектре соответствует не
одна линия, а ряд близко расположенных линий, образующих полосу.
При наблюдении спектра простых молекул приборами с большой
разрешающей силой видны линии, составляющие полосы. В спектре сложных
молекул обычно наблюдается одна или несколько достаточно широких
сплошных полос - так называемый электронно-колебательно-вращательный
спектр, характеризующий молекулу в целом, который и служит для
идентификации веществ.
Для понимания сущности протекания энергетических процессов в живых
системах, включая человека, важно, что при поглощении молекулой небольшой
порции энергии Eэл может остаться неизменной, а колебательная и
вращательная энергии могут возрасти (например, при поглощении энергии в
далекой инфракрасной области (0,1-1 мм) меняется только вращающаяся
энергия молекул, и имеет место чисто вращательный спектр; колебательным
переходам соответствует поглощения в ближней и средней инфракрасной
области (1-100 мкм). Колебательно-вращательные спектры широко
применяются для изучения структуры сложных молекул, поскольку много
групп, входящие в сложные молекулы (гидроксильная, карбонильная и
карбоксильная группы, водородная связь и т.д.), характеризуются вполне
определенными частотами колебательных переходов. Наличие в инфракрасном
спектре поглощения полос, соответствующих этим частотам, говорит о
присутствии в молекуле определенных групп [27, 28, 45, 56, 98, 114].
Молекула, как и атом может находится в основном или в
возбужденном электронном состоянии [28, 45, 56, 98, 114].
Электронные состояния молекулы, как и атома, могут быть
классифицированы в зависимости от суммарного спина
молекулы.
Электронные переходы в молекуле также имеют разную
вероятность и подчиняются определенным правилам отбора.
Различают следующие возбужденные состояния молекул:
синглетное, дублетное, триплетное. Молекулы в дублетных и
триплетных состояниях имеют повышенную химическую
активность.
Подробнее:
Установлено, что [28, 45, 56, 69, 98, 114, 162, 185]:
1) синглетное возбужденное состояние - это состояние, при котором два
электрона, соответствующие одной молекулярной орбитали, имеют
антипараллельные спины и при переходе одного из этих электронов с
основного энергетического уровня на более высокий антипараллельная
ориентация спинов обычно сохраняется и имеет место синглет-синглетный
переход;
191
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
2) дублетное возбужденное состояние - это состояние молекул, которые
имеют один неспаренный электрон; при этом проекция спина принимает два
значения: ±1/2; - характерные для свободных радикалов;
3) триплетное возбужденное состояние - это состояние, когда электрон
при переходе меняет первоначальную ориентацию спина на противоположную
и на высшем энергетическом уровне появляется электрон, не спаренный с
остальными на основном уровне; - переход из основного состояния в
триплетное запрещен, но возможен процесс, когда электрон с основного
состояния переходит в первое возбужденное синглетное состояние; - в
результате этого взаимодействия электрон оказывается на триплетном уровне
Т, который является метастабильным, так как переход между триплетным и
синглетным состояниями запрещен; - молекула может находиться в
метастабильном состоянии достаточно долго, но поскольку запрет является не
совсем строгим, электрон способен в конце концов перейти с уровня Т на
основной уровень молекулы; - молекулы в триплетном состоянии, имеют два
неспаренных электрона и могут рассматриваться как бирадикалы.
Если на живое вещество воздействует определенная энергия, то
часть ее атомов или молекул переходит в возбужденное
состояние, или, иначе говоря, у атомов вещества увеличивается
заселенность высших энергетических уровней. Затем число
возбужденных атомов или молекул будет постепенно
самопроизвольно (спонтанно) уменьшаться.
Для
разрешенных
переходов
среднее
время
жизни
–8
–9
возбужденного состояния составляет порядка 10 -10
с. В
метастабильном состоянии атом или молекула могут находиться
значительно дольше, так как переход из метастабильного состояния в
основное имеет малую вероятность. Поэтому в веществах, атомы или
молекулы которых имеют метастабильные уровни, электроны
задерживаются на этих уровнях, и в веществе создается повышенная
(инверсная) заселенность высших энергетических уровней [28, 45, 56,
98, 114, 162].
Квантово-механические
особенности
молекул живых биологических систем.
строения
Большинство биомолекул (99% массы живой клетки) - это
соединение атомов углерода (С) с водородом (Н), кислородом (О),
азотом (N), фосфором (Р), серой (S). Молекулы жиров и углеводов
состоят главным образом из углерода (С), водорода (Н), кислорода
192
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
(О), а белки дополнительно к этим элементам включают азот (N),
фосфор (Р).
Особенностью
молекул
живых
систем
является
их
биополимерное строение с включением в молекулярные цепи
значительного количества атомов (значительная молекулярная масса
и длина молекулы) в возможных различных сочетаниях и состояниях
(первичная-четвертичные структуры и т.д.). Важное значение в
биоэнергетике живых систем имеют ряд неорганических и
органических молекул (витамины и т.д.) и около ста различных
ионов, участвующих в метаболических процессах молекулярного
уровня и в реализации механизмов жизнеобеспечения живой
биологической системы.
Однако несмотря на специфический состав, сложное строение и
организацию биополимеров, а также на наличие значительного
количества других молекул в живых биологических системах, в их
функционировании реализуются все электромагнитные и квантовомеханические особенности составляющих их атомов [98, 106].
Состояние электрона в молекуле также, как и в атоме описывается
с помощью модели волновой функции, которая называется
молекулярной орбиталью.
Молекулярную орбиталь электрона в молекуле можно
представить в виде линейной комбинации атомных орбиталей [98,
106, 118, 121].
Подробнее:
Волновые функции, описывающие состояние электронов в молекулах,
подчиняются уравнению Шредингера, однако решение его для молекул
оказывается чрезвычайно трудным, поскольку при учете межэлектронного
отталкивания невозможно разделить переменные в уравнении Шредингера в
одной системе координат. Поэтому даже для двухэлектродной задачи не
найдена точная волновая функция. На практике расчет молекулярных
орбиталей осуществляется различными приближенными методами, среди
которых наиболее распространенным оказался метод линейной комбинации
атомных орбиталей. Этот метод основан на предположении, что на электрон,
когда он находится в молекуле вблизи ядра любого атома, в основном
действуют силы со стороны данного ядра и других электронов, расположенных
поблизости от этого ядра. Вероятно, эти силы не очень отличаются от сил,
действующих на электрон в соответствующем атоме, поэтому можно
предположить, что молекулярная орбиталь электрона, находящегося вблизи
ядра любого атома в молекуле, должна напоминать атомную орбиталь
электрона в данном атоме. Поэтому молекулярную орбиталь электрона можно
193
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
представить в виде линейной комбинации атомных орбиталей [98, 106, 118,
121].
Система молекулярных орбиталей сложных органических и
биологически важных молекул образуется из [98, 106, 118]:
- локализованных σ-орбиталей;
- локализованных и делокализованных π-орбиталей;
- n-орбиталей, на которых находятся электроны неразделенных
пар атомов О, N, S.
Заполненные орбитали обозначаются символами σ, π, n, а
свободные - символами σ * и π *.
Порядок роста энергии орбиталей обычно бывает таким: σ <π <n
<π * <σ * (рис. 3.13) [98].
Рис. 3.13. Схема системы молекулярных орбиталей [98]: стрелками
показаны электронные переходы.
В основном состоянии молекулы все ее электроны распределены
по низким молекулярным орбиталям, выше которых
располагается ряд свободных орбиталей с более высокой
энергией. Ниже возбужденное состояние соответствует
переходу электрона с выше заполненной на низшую свободную
орбиталь [98, 106, 121, 167].
Комплексные
(координационные)
соединения
являются
веществами, которые трудны для теоретического описания с
квантово-механических позиций [98, 106, 121].
Поскольку живые биологические системы/биологические
молекулы на 99% состоят из атомов углерода (С), водорода (Н),
кислорода (О), азота (N), то с позиции системной медицины для
194
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
формулирования магнитоэлектрохимической теории обмена веществ
необходимо понимание квантово-механических особенностей
образования и свойств молекулярных орбиталей молекул,
содержащих атомы С, N, О [98, 106].
Особенности образования молекулярных орбиталей молекул,
содержащих атомы С, N, О заключаются в следующем [98,
106]:
1) в наличии у них одинарных связей σорбиталей, которые обеспечивают нахождение
электрона в плоскости молекулы;
2) в наличие у них π-орбиталей, которые
обеспечивают нахождения электронов вне
плоскости молекулы, чем обуславливается
высокая реактивность молекулы, образование
двойных связей между атомами и системы
делокализованных π-электронов или «электронов
жизни» - системы накопления-конвертацииобмена энергией, а значит и информацией.
Подробнее:
Валентными орбиталями атомов С, N, О являются орбитали 2s и 2р.
Поскольку различные 2р-орбитали по-разному ориентированы в пространстве,
то требуется выбор системы координат. В качестве единой оси для всех
молекул выбирается ось z. В данной системе координат различают 2р х-, 2ру- и
2рz орбитали, которые обладают различными свойствами.
Молекулярные орбитали будут образовываться путем комбинации
атомных орбиталей, способных перекрываться между собой.
В зависимости от того, какие атомные орбитали образуют данную
молекулярную орбиталь, различают молекулярные σ-орбитали и π-орбитали
[98, 106, 111].
Особенности молекулярных σ-орбиталей [98, 106, 111]:
- молекулярные σ-орбитали создаются при перекрытии на
оси z, вдоль которой два атома взаимодействуют друг с
другом вариантом орбиталей:
- двух s-орбиталей (рис. 3.14, а);
- s- и р-орбиталей;
- двух р-орбиталей (рис. 3.14, б);
195
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- молекулярная σ-орбиталь (рис. 3.14, а, б) имеет форму
эллипсоида, который «охватывает» ось z и «покоится» на
ней;
- атомы, объединенные σ-связью, имеют свободу
вращения вокруг нее (то есть по оси z), поскольку облакам
эллипсоидальной формы свойственна осевая симметрия;
- σ-электроны образуют скелет локализованных связей;
- в химических формулах σ-связь обозначается одной
чертой (одиночная или ординарная связь).
Рис. 3.14. Образование молекулярных σ- (а,б), π- (в) орбиталей [98].
Особенности молекулярных π-орбиталей [98]:
- молекулярные π-орбитали образуются при взаимодействии
р-орбиталей двух атомов вдоль оси х или y,
перпендикулярных оси z (рис. 3.14, в)
- молекулярная π-орбиталь (рис. 3.14, в) представляет собой
двойное двухдольное облако (в разрезе - форма фасоли),
которая вроде манжеты «летает» над осью z;
- заряд каждого π-электрона распределен симметрично
вокруг оси, перпендикулярной направлению одиночной связи
(оси z);
- каждая π-орбиталь образует двойное двухдольное облако;
- большая часть заряда π-электронов сосредоточена вблизи
двух «фокусов», расположенных по обе стороны плоскости
молекулы, на расстояниях примерно 10 нм от нее; поэтому πэлектроны находятся всегда вне плоскости молекулы,
образуя двойные связи между атомами;
- в плоскости молекулы плотность электронного облака
приближается к нулю и, таким образом, π-электрон всегда
196
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
находится вне плоскости молекулы, обусловливает его
весьма высокую реакционную способность.
Принцип вышеизложенного описания данных молекулярных
орбиталей является универсальным как для молекул живой, так и
неживой природы. Однако принципиальным квантово-механическим
отличием функционирования полимерных биомолекул живых систем
от молекул вещества неживой природы является их способность к
преобразованию неорганизованной (тепловой, химической и т.д.)
энергии в когерентную/квантовую форму и ее межмолекулярный
перенос.
Считается, что межмолекулярный перенос энергии происходит
за счет функционирования сформированной, продолжительной,
разветвленной согласно структурного строения молекулярных
биополимеров системы делокализованных π-электронов их
молекулярных орбиталей, и есть принципиальным отличием молекул
живых биологических систем от неживых [11, 29, 89, 98, 111, 142144].
Межмолекулярный
электронный
перенос
за
счет
функционирования системы делокализованных π-электронов
является ключевой квантово-механической особенностью,
которая обуславливает обеспечение феномена жизни на
молекулярном уровне в живых биологических системах,
включая человеческий организм.
Подробнее:
Было установлено [89, 98, 111]:
1942 год - Дж. Вейс (J. Weiss) открыл явление межмолекулярного
переноса.
1952-1964 годы - Р. Малликен (R.S. Mulliken) разработал квантовомеханическую модель межмолекулярного переноса.
Основные положения:
- жизнеобеспечение живых молекул происходит в процессе обмена
энергией и зарядами, а значит, информацией, благодаря развитой системе
делокализованных π-электронов;
- для межмолекулярного переноса электронов необходимы:
1) строгая упорядоченность молекул - в живых биологических системах
она обеспечивается биологическими мембранами клеток;
2) особенности энергетического статуса (разница энергий основного и
возбужденного состояний, характер распределения плотности заряда по скелету
молекулы, распределение орбитали в пространстве и во времени, и т.п.) - в
197
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
живых биологических системах обеспечивается именно функционированием
системы делокализованных π-электронов.
В науке π-электроны принято называть «электронами жизни» из-за
наличия в них свойств, благодаря которым происходит все энергообеспечение
биологических систем:
1) эффективно поглощать энергии солнечного излучения в видимом
диапазоне;
2) эффективно аккумулировать (конвертировать) солнечную энергию.
- молекуле, обладающей π-электронами, присущи нелокализованные
многоцентровые орбитали, которые принадлежат не отдельным атомам, а
всей молекуле в целом, и единственное облако π-электронов позволяет квантам
энергии мигрировать не только в пределах своей молекулы, но и переходить с
молекулы на молекулу, если они структурно объединены в ансамбли [79, 84, 89,
98].
Фрагмент физического объяснения межмолекулярного переноса: у πэлектронов разность энергий между основным и возбужденным состояниями
значительно меньше, чем у σ-электронов, и, что особенно важно, примерно
равна энергии фотона (hv) в видимых областях электромагнитного спектра:
ΔWπ = hv (рис. 3.15) [98].
Рис. 3.15. Энергетические уровни σ-электронов (в покое - σ, при
возбуждении - σ*), π-электронов (в покое - π, при возбуждении - π*)
[98].
Атомы фосфора (P), серы (S) также имеют большое значение в
биологическом химизме живых молекул. Поэтому исходя из позиций
системной
медицины
и
для
формулирования
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ важным
моментом является то, что для атомов О, N, S, Р характерно наличие
неразделенных пар электронов - это n-орбитали [98, 106].
198
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Неразделенные пары электронов (n-орбитали) - это электронные
пары, которые в изолированном атоме занимают орбитали в той
же оболочке или подоболочке, что и валентные электроны.
Неразделенные пары электронов сильно влияют на образование
связей и свойства молекул, поскольку электроны, спаренные на
одной орбитали, не имеют возможности образовывать связи с
электронами других атомов. Валентность атома определяется
числом его неспаренных электронов и электроны этих пар
могут включаться в общую систему π-электронов, обеспечивая
свой вклад в функционирование делокализованных систем πэлектронов и феномена жизни биологической системы [98, 106].
Азот и фосфор имеют по одной неразделенной паре, кислород и
сера - по две и образуют аналогичное количество n-орбиталей
[98, 106].
Таким образом делокализация электронов в молекулярных
системах живых организмов является важной и принципиальной
квантово-механической особенностью обеспечения феномена
биологической жизни.
Учитывая все это, многоатомные молекулы живых
биологических систем могут быть разделены на две большие группы:
несопряженные системы и сопряженные молекулярные системы [78,
98, 111].
Особенности несопряженных молекулярных систем [98]:
- несопряженные молекулярные системы содержат только
ординарные связи или у них есть изолированные кратные связи,
отделенные друг от друга или от атомов с неразделенной парой
электронов, по крайней мере, одним атомом с насыщенной
валентностью;
- молекулы несопряженных молекулярных систем можно
рассматривать как составленные из прилегающих друг к другу и
почти не зависимых друг от друга связей, каждая из которых
описывается
локализованной
двухцентровой
молекулярной
орбиталью, которая аналогична молекулярной орбитали в
двухатомной молекуле;
- свойства образующих молекулу связей (энергии связей, длины
связей и т.д.) постоянны, и для одной и той же самой связи, входящей
в различные молекулы, изменяются незначительно.
Особенности сопряженных молекулярных систем [98, 106]:
199
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- сопряженные молекулярные системы представляют собой
молекулы, содержащие несколько кратных связей, в которых
участвуют соседние атомы или молекулы, в состав которых входят
атомы с неразделенными электронными парами, расположенные
рядом с кратной связью;
- для сопряженных молекулярных систем характерны
нелокализованные
многоцентровые
молекулярные
орбитали,
относящиеся к молекуле в целом или, по крайней мере, к большей ее
части;
- если молекула с сопряженными связями содержит атомы,
обладающие неразделенными электронными парами, то электроны
этих пар могут включаться в общую систему π-электронов.
Подробнее:
Для наглядности приводится квантово-механическое описание молекулы
бутадиена (СН2=СН-СН=СН2) как пример сопряженной молекулярной
системы. В молекуле бутадиена ординарные связи С-С и С-Н расположены
компланарно (Рис. 3.16, а), тогда как 2рх орбитали атомов углерода
ориентированы параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости
молекулы (рис. 3.16, б).
Рис. 3.16. Структурная формула молекулы бутадиена (а) и
расположение 2рх орбитали атомов углерода в молекуле бутадиена
(б) [98].
Подробнее:
Такая ориентация способствует максимальному перекрытии орбиталей и
обеспечивает наибольшую устойчивость всей системы. 2рх орбиталь атома С2
может одинаково хорошо перекрываться с 2рх-орбиталью как атома С1, так и
атома С3. Вследствие этого нельзя считать, что р -электрон атома С2 образует
связь только с р-электронами атома С1 или атома С3, то есть нельзя говорить о
суровой локализации р-электронов между двумя соседними атомами. Это
означает, что нельзя говорить о существовании изолированных двойных связей.
200
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Двойные связи в данном случае делокализованны, поскольку четыре
2рх-орбитали образуют единое облако π-электронов, определенным образом
распределенное по всей молекулярной структуре. Все электроны бутадиена
можно разделить на 2 группы: σ-электроны, которые образуют скелет
локализованных связей, и π-электроны, образующие единую подвижную
систему, которая простирается вдоль всего скелета σ-связей [98].
Существование делокализованных π-электронов является
важнейшим свойством молекул с сопряженными связями
поскольку:
- Основные химические, физико-химические и биохимические
свойства сопряженных систем определяются π-электронами, так как
они гораздо более подвижнее σ-электронов и с большей легкостью
вступают в химические реакции [98, 106].
- Все наиболее важные биомолекулы, с которыми связаны основные
функции живой материи, являются полностью или частично
сопряженными системами [98, 106]:
- наиболее важными составными частями нуклеиновых кислот
являются сопряженные гетероциклы - пуриновые и пиримидиновые
основания;
- белки содержат изолированные сопряженные участка (пептидные
связи); также считается, что вторичная и третичная структуры белков
способствуют общей делокализации электронов;
- большинство ферментов проявляет каталитическую активность
только в сочетании с коферментами, которые практически все
относятся к сопряженнымх системам;
- у богатых энергией фосфатов подвижные электроны конечной
фосфатной группы взаимодействуют с электронами других
фосфатных групп и с электронами органического радикала.
Сопряженная молекулярная структура и делокализация
электронов имеет еще ряд важных для феномена жизни
биологических значений [98, 106]:
- придает молекуле дополнительную стабильность;
например, устойчивость к действию ионизированного
излучения,
поскольку
обеспечивает
возможность
«рассредоточения» определенных доз энергии без
повреждения структур связи;
- обеспечивает возможность протекания таких реакций,
которые не характерны для молекул других типов
благодаря возможности переноса электронов и энергии
201
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
между молекулами, объединенными в ансамбле (прежде
всего, на биологических мембранах).
Подробнее:
Пример значения квантово-механического описания строения молекулы
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) для реализации ее биологической
функции. Нуклеотиды, которые входят в состав молекулы ДНК, могут
существовать в разных формах, отличающихся стереоструктурой/положением
водорода в молекуле. Формы с разной стереоструктурой называются
таутомерами, а переход из одной формы в другую - таутомерным переходом.
Для гуанина переход 1→2 (Г-Г*) связан с переносом протона от атома азота к
атому кислорода. При этом обе таутомерные формы остаются устойчивыми,
уровни энергии протона в обеих формах находятся в соответствующих
потенциальных «ямах» и для изменения своего положения в молекуле гуанина
протоны должны с помощью туннельного перехода преодолеть потенциальный
барьер, высота и форма которого сильно зависят от состояния системы πэлектронов. Это отражено на схеме, иллюстрирующей таутомерный переход
(1→2) с переносом протона от атома азота к атому кислорода в молекуле
гуанина и на соответствующей энергетической диаграмме процесса (рис. 3.17).
Рис. 3.17. Схема, иллюстрирующая таутомерный переход (1→2) с
переносом протона от атома азота к атому кислорода в молекуле
гуанина и энергетическая диаграмма процесса [98].
202
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Подробнее:
В молекуле ДНК выдерживается строгая комплиментарность - гуанин
связан с цитозином, аденин связан с тимином. Если произойдет таутомерный
переход в молекуле гуанина, то она будет комплементарно сочленяться уже не
с цитозином, а с тимином (рис. 3.18). Следовательно, наличие у молекулы ДНК
делокализованной системы π-электронов, а также ее состояние могут играть
важную роль в возникновении мутаций. Например, действие ионизирующей
радиации изменяет состояние электронов в молекуле ДНК, что и приводит к
выраженному биологическому эффекту. Следует отметить также, что протон,
который находится в потенциальной «яме», способен менять свою энергию при
воздействии различных излучений, что тоже сказывается на частоте мутаций.
Такими факторами могут быть электромагнитные поля радиочастотного
диапазона, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения [98].
Рис.
3.18.
Схема,
иллюстрирующая
комплиментарность
нуклеотидных оснований в молекуле ДНК: 1 - до таутомерного
перехода в гуанин (гуанин - цитозин, Г-Ц) 2 - после таутомерного
перехода в гуанин (гуанин* - тимин, Г* Т) [98].
Существование в молекуле ДНК подвижной системы
π-электронов играет важную роль и в механизмах передачи
генетической информации - в репликации ДНК.
Подробнее:
Этот процесс начинается с того, что комплементарные нуклеотидные
основания одной из пар расходятся, что невозможно без затрат свободной
203
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
энергии. Один из источников ее поступления - это энергия электростатического
отталкивания облака электронов, поляризованного под действием
электрического поля среды, окружающей молекулу ДНК. Возможность такого
механизма увеличивается при возбуждены π-электронов и при ионизации
нуклеотидов. Поэтому репликация ДНК может начаться под действием тех
факторов, которые вызывают мутации [46, 98].
С позиции системного медицины и для формулирования
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ важным для
понимания сути течения энергетических процессов молекулярного
уровня организации живой материи является понятие и
классификация возможных электронных переходов в сложных
молекулах.
Классификация электронных переходов в сложных молекулах
связана с типами молекулярных орбиталей, между которыми
происходит переход.
В биологически важных макромолекулах возможен целый ряд
переходов, обозначаемые символами σ → σ*, n → π* n → σ*,
π → π*.
Полосы, соответствующие σ→ σ* переходам, обычно лежат в
далекой ультрафиолетовой части спектра. При n→π* переходах
или n → σ* переходах один из электронов неподеленной пары
переходит соответственно на π* орбиталь или σ* орбиталь.
Полосы, соответствующие этим переходам, имеют, как правило,
малую интенсивность.
Наибольшее
значение
для
формулирования
магнитоэлектрохимической
теории
обмена
веществ
представляют π→π* переходы. Соответствующие этим
переходам полосы в спектрах поглощения обычно имеют
достаточно большую интенсивность и лежат в ближней
ультрафиолетовой или видимой областях спектра. Для π→π*переходов характерно то, что при наличии системы
сопряженных связей поглощенная энергия кванта света
передается
не
отдельному
электрону,
а
всей
коллективизированной π-электронной системе. Поэтому
наличие у молекул делокализованных π-электронов может быть
выявлено с помощью определения присутствия характерных
полос в спектрах поглощения этих молекул.
204
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Подробнее:
Квантово-механическое трактование π→π*-переходов в белковых
молекулах является наглядным примером. Так, в состав белков входят остатки
таких аминокислот, как триптофан, тирозин, фенилаланин, которые поглощают
энергию в ультрафиолетовой части спектра. Несмотря на довольно
значительные различия в структуре этих молекулярных остатков, спектры этих
молекул похожи между собой, что может быть объяснено именно наличием у
всех этих молекул развитой системы делокализованных π-электронов, которые
приводят к появлению в спектрах широкой полосы поглощения в области 260280 нм, обусловленной π→π* переходом (рис. 3.19).
Рис. 3.19. Структурные формулы и спектры поглощения
ароматических аминокислот: 1 - триптофана; 2 - тирозина;
3 - фенилаланина [98].
Квантово-механическое трактование π→π*-переходов в молекуле ДНК
также является наглядным примером (рис. 3.20). Так, молекула ДНК содержит
4 нуклеотидные основания: аденин, тимин, гуанин и цитозин, которые
различаются по структуре, но имеют много общего в спектрах поглощения с
максимумом в области 260 нм, что объясняется поглощением в них
ультрафиолетового излучения системой π-электронов [98].
205
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.20. Структурные формулы и спектры поглощения пуриновых и
пиримидиновых оснований: 1 - аденина; 2 - гуанина; 3 - тимина; 4 цитозина [98].
Механизмы
внутримолекулярного
и
межмолекулярного переноса энергии и заряда в
живых биологических молекулярных системах.
Молекула - это ключевой компонент живой биологической
системы, поскольку:
Передача энергии от молекулы к молекуле по молекулярной
цепи составляет основу энергетики живых биологических
систем и обеспечивает уникальную согласованность в
функционировании живых биологических систем разного
уровня сложности, включая человеческий организм.
Существование делокализованных π-орбиталей является
важнейшим свойством живых биологических молекул.
Подробнее:
Установлено, что [89, 98, 123]:
- значительная подвижность π-электронов обуславливает большую
реакционную способность живых биологических молекул и делает возможным
перенос энергии и заряда по цепи сопряженных связей;
- на существовании сопряженных связей в биологически важных
молекулах базируется динамичность течения жизненных процессов;
206
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- молекулы в клетке реализуют феномен биологической жизни именно
путем обмена энергией и зарядом благодаря функционированию развитой
системы делокализованных π-электронов;
- наличие у биологически важных молекул коллективизированной
системы π-электронов, способной принимать и отдавать энергию и заряд,
позволяет им принимать активное участие в различных процессах
жизнедеятельности и в круговороте энергии во Вселенной.
Диалектическое единство структуры и функции на квантовом
уровне нашло отражение в модели «электронной схемы жизни»,
иллюстрирующей значение коллективизированной системы
π-электронов живых биологических систем, включая человека, в
обмене энергии во Вселенной.
Подробнее:
Круговорот энергии в природе базируется на том, что источником
энергии для биологической жизни на Земле является звезда ближнего космоса Солнце. Фотоны составляют основную долю излучаемой Солнцем энергии
видимого спектра волновой энергии. На Земле фотоны включаются во второе
энергетическое
звено
природного
биометаболизма
- фотосинтезпреобразование с последующей аккумуляцией энергии в органических
веществах растительного мира. Транспорт возбужденных π-электронов,
обеспечивающий конвертирование солнечной энергии в макроэргических
связях молекул аденозинтрифосфата (АТФ), свойственен не только зеленым
растениям, но и хлорофиллсодержащим бактериям. Энергетический
метаболизм животного мира составляет третье звено энергетической природной
цепи. Углеводы, белки, жиры служат основными питательными веществами
для гетеротрофов. В клеточном дыхании/биологическом окислении ключевую
роль играют потоки электронов и протонов, перемещающихся по «ферментном
конвейеру» - дыхательной цепи. На сегодняшний день физико-химические
процессы фотосинтеза и клеточного дыхания фундаментально изучены и
формализованы. В цепи структурно связанных между собой макромолекул
происходит преобразование солнечной энергии во все формы работы,
совершаемой биологическими системами. Поэтому способность биомолекул
передавать энергию является чрезвычайно важным свойством для
жизнедеятельности живых биологических систем [57, 90, 91].
В живых биологических системах для сложных органических
молекул
характерными
являются
внутримолекулярный
и
межмолекулярный переносы энергии и заряда [89, 98].
Квантово-механические особенности внутримолекулярного и
межмолекулярного переноса энергии и заряда [89, 98, 123]:
207
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- каждая из двух или более автономных систем πэлектронов живой биологической молекулы может
проявлять спектральную независимость и одновременно
взаимодействовать с другими молекулами;
- взаимодействие π-электронных систем внутри молекулы
обусловлено миграцией энергии по ней, то есть переносом
энергии между различными функциональными группами
этой молекулы.
Миграция энергии - это безызлучательный обмен энергией
между электронно-возбужденной молекулой - донором (D) и
молекулой в основном состоянии - акцептором (А):
D*+А→D+А*; - это физический процесс, не сопровождающийся
химическим изменением вещества; - это процесс, который
может происходить как между одинаковыми, так и между
разными молекулами в направлении от более высокого к более
низкому или одинаковому энергетическому уровню [98].
Известны механизмы миграции энергии:
1) индуктивно-резонансный,
2) обменно-резонансный,
3) полупроводниковый,
4) экситонный.
Подробнее:
Установлено, что [89, 98]:
1) Индуктивно-резонансная миграция энергии.
Основные
положения:
явление
сенсибилизированной
флуоресценции красителей является доказательством концепции
индуктивно-резонансной миграции энергии; суть явления эффективное возбуждение флуоресценции молекул акцептора
светом, поглощаемым молекулами донора - при определенных
условиях к акцептору безызлучательным путем передается
практически вся энергия донора через большие межмолекулярные
расстояния (порядка 2-10 нм); - наблюдается только в случаях,
когда спектр флуоресценции донора и спектр поглощения
акцептора перекрываются; - эффективность миграции прямо
пропорциональна площади перекрывания, то есть чем больше
частот, одинаковых для переходов D*→D и А→А*, тем выше
вероятность резонанса; - при классическом рассмотрении можно
считать, что электронные системы молекул D* и А есть
механические осцилляторы (вроде маятников), способные
колебаться с одинаковой частотой и взаимодействовать друг с
208
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
другом, и когда молекула А оказывается поблизости от молекулы
D*, появляется определенная вероятность того, что молекула D*,
прежде чем выпустить фотон, передаст акцептору свою энергию
возбуждения; - первая особенность процесса: перенос энергии
происходит с очень высокой скоростью; вторая особенность
процесса: перенос энергии может происходить на довольно
значительные расстояния (например, эффективный перенос энергии
в растворах наблюдается на расстояниях, превышающих 10 нм,
причем для миграции энергии не нужно высокоупорядоченной
организации молекул, участвующих в нем).
2) Обменнорезонансная/триплет-триплетная миграция энергии.
Основные положения: - 1952 год - обменно-резонансная миграция
энергии была открыта физико-химиком А.Н. Терениным (18961967, СССР) и физиком В.Л. Ермолаевым (1946 СССР-Россия); энергия переносится с триплетного уровня молекулы D на
триплетный уровень молекулы А (3D+1A→1D+3A) при прямом
перекрытии «триплетных» электронных орбиталей (электронных
облаков) за счет электростатических взаимодействий электронов
донора и акцептора; - чем больше объем участка перекрытия, тем
вероятнее перенос, при котором партнеры обмениваются
электронами: акцептор получает богатый энергией электрон
донора, отдавая ему свой бедный энергией электрон.
3) Полупроводниковая миграция энергии/зонная проводимость.
Основные положения: - полупроводниковый (зонный) перенос
связан с миграцией зарядов, что делает возможным
пространственное разделение окислителя (дырки) и восстановителя
(электрона), а также длительное запасание энергии в ловушках
электронов, в качестве которых могут выступать примеси; - данный
вариант миграции энергии тесно связан с вопросом о
полупроводниковых
свойствах
биологически
важных
макромолекул. Например, π-электронное взаимодействие между
основаниями в молекуле ДНК приводит к тому, что эту гигантскую
молекулу можно рассматривать как одномерное твердое тело и
изучать с позиций зонной теории. Проводимость кристаллов ДНК
возрастает при облучении светом и соответствует переходу
электронов из заполненной валентной зоны в свободную зону.
Неизвестно, правда, к какому типу полупроводников (п или р)
можно отнести ДНК. Источником электронов, осуществляющих
проведение тока, служат, вероятно, примеси. Возможность
движения электронов вдоль молекулы ДНК между нуклеотидных
оснований появляется благодаря перекрытии π-электронных систем
этих оснований.
209
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
4) Экситонная миграция энергии.
Основные положения: - при образовании пары электрон-дырка в
кристаллах, когда электроны переходят из валентной в свободную
зону, возникают так называемые экситоны, образующиеся в тех
случаях, когда энергия возбуждения меньше, чем ширина
запрещенной зоны; - при этом электрон и дырка не могут
независимо перемещаться в кристалле, а будучи связанными друг с
другом, образуют электрически нейтральную квазичастицу экситон; - перемещаясь по кристаллу, экситон переносит энергию,
но не переносит электрического заряда; - экситоны возникают
обычно
в
молекулярных
кристаллах,
в
которых
внутримолекулярные связи значительно сильнее, чем связь молекул
между собой; -экситонный тип миграции энергии часто
наблюдается в препаратах ДНК и белков, что подтверждает
возможность чрезвычайно быстрого и эффективного переноса
энергии в высокоорганизованных молекулярных системах; - время
экситонного переноса энергии составляет 10-14 с; - высокая скорость
миграции позволяет полностью избежать потерь энергии
возбуждения молекул; - экситонный перенос является одним из
возможных механизмов переноса энергии при фотосинтезе.
Важным свойством сложных биомолекул, которые обладают
развитой системой двойных связей и делокализованной πэлектронной
системой,
является их
способность
к
межмолекулярному переносу заряда [98, 123].
Подробнее:
Комплекс с переносом заряда - это пара взаимодействующих молекул,
одна из которых отдает электроны (донор), а другая - принимает их (акцептор).
Перекрытия молекулярных волновых функций, а с ним и возможность переноса
заряда сильно зависят от положения энергетических уровней донора и
акцептора, соответственно с чем различают несколько вариантов переноса:
слабый и сильный (рис. 3.21) [98].
210
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.21. Схема, иллюстрирующая образование комплекса с
переносом заряда: слабый перенос (а, б), сильный перенос (в) [98].
Подробнее:
1) Слабый перенос.
Основные положения: - не может происходить без поглощения квантов
света; - условно принято выделять два случая слабого переноса.
- Первый случай слабого переноса A+D→hν→AК D→A-K D+- при
этом молекулы А и D слабо взаимодействуют в основном
состоянии, так как при возбуждении светом происходит
фотоперенос электрона из заполненной молекулярной орбитали
донора на свободную орбиталь акцептора (рис. 3.21, а), что
проявляется
в
существовании
в
комплексе
А…D
характеристической полосы поглощения, отсутствующей в
спектрах изолированных молекул А и D - так называемой полосы
переноса заряда с максимумом в области более длинных волн, в
отличие от максимума полосы поглощения донора; - после
облучения комплекса в полосе переноса заряда донор и акцептор
представляют собой своеобразную ионную пару, то есть в
возбужденном состоянии комплекс практически ионизируется под
действием света.
- Второй случай слабого переноса: A+D→hν→(AK D)*; - при
электронном возбуждении одного из компонентов комплекса
образуется его связь с другим компонентом; - в этом процессе
можно выделить первый этап (рис. 3.21, б), когда донор при
поглощении света переходит в возбужденное состояние D→hν→D*
и второй этап, когда в возбужденном состоянии D*
взаимодействует с А и образует комплекс D*+А→(А...D)*.
211
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
2) Сильный перенос.
Основные положения: - сильный перенос электрона может происходить
в темноте (рис. 3.21, в); - при переходе электрона с орбитали донора на
акцепторную орбиталь энергия выделяется, а не поглощается; - если
количества энергии достаточно для преодоления электростатического
притяжения электрона к донору, то электрон переносится на акцептор
без освещения комплекса; - комплекс, образующийся при сильном
переносе, способен диссоциировать в растворителе на два свободных
радикала, которые интенсивно поглощают свет разных длин волн, в силу
чего раствор приобретает окраску; - перенос электронов по
макромолекулам сопровождается во многих случаях образованием
свободных радикалов, которые имеют высокую реакционную
способность, и это обязательно предшествует большинству
биохимических реакций.
Способность к передаче энергии и заряда живыми
биологическими молекулами определяется особенностями их
строения. Так селективность действия ионизирующего
облучения объясняется миграцией поглощенной энергии по
макромолекуле с локализацией эффекта в определенной
«слабой» части молекулы, обусловленной особенностью
структуры и энергетического состояния.
Подробнее:
Подтверждением изложенного может быть пример квантовомеханического переноса энергии и заряда в биологической молекулярной
системе белков и нуклеиновых кислот при прямом воздействии ионизирующей
радиации.
Так, молекулы белка или нуклеиновой кислоты могут потерять свои
функциональные свойства (инактивироваться) в результате одиночного
воздействия кванта ионизирующего излучения, если процесс идет с
поглощением энергии около 60-70 эВ. Инактивации молекул предшествует ряд
последовательных физико-химических процессов повреждения структуры
макромолекулы, которые возникают в определенной ее области, обусловленной
особенностью структуры и энергетического состояния. Закономерности
ионизации, миграции энергии и заряда в молекулах белков обусловлены
особенностями белкового строения, а именно тем, что молекулы белка и ДНК
имеют огромное количество химических связей и по структуре напоминают
«малые кристаллы», в полипептидной цепи которых атомы соединены
ковалентными связями, обусловленными обменом электронов между двумя
соседними атомами с помощью как σ-, так и π-электронов. Действие гаммакванта на атом углерода в молекуле белка (рис. 3.22, а - справа) приводит к
потере электрона, который обеспечивал связь этого атома с соседними.
212
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.22. Действие ионизирующего излучения на белки (а) и
нуклеиновые кислоты (б) направление миграции дыр в молекуле
указано стрелками; стрелка с кругом обозначает миграцию
неспаренного электрона; rE1 и rE2 - локальные напряженности
электрического поля [98].
Подробнее (продолжение):
В малой молекуле подобное событие привело бы к ее распаду, тогда как в
ионизированной макромолекуле атом, потерявший электрон, остается на своем
месте (по крайней мере, в течение доли секунды), но несет теперь
положительный заряд. Он эквивалентен дырке в полупроводнике. Поэтому
электрон соседнего атома стремится перейти к атому с дыркой. Такое движение
электрона соответствует перемещению дырки в противоположном
направлении, например, к атому азота и дальше (даже в боковую цепь -R-SH).
Каждый такой «шаг» заряда занимает время, необходимое для одного
электронного перехода (около 10-15 с). Миграция заряда по цепи равносильна
переносу «избыточной» энергии возбуждения. Благодаря миграции энергии и
заряда дыра достигает любого доступного места цепи в течение примерно 10 -12
с. Мигрирующий заряд, если на его пути встречается «слабая» часть,
локализуется там, прекращая дальнейшее перемещение. Локализация
положительного заряда у определенного атома, например, у атома серы в
группе -SH, приводит к разрыву в этом месте химической связи и образованию
неспаренного электрона в атоме серы и в атоме водорода. Возникает сложный
биологический радикал белка, включая серу и малый радикал водорода.
Неспаренные электроны могут образоваться и в других атомах, например, в
213
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
атомах азота и углерода. Белковая молекула в свободно радикальном состоянии
имеет повышенную реакционную способность. Поэтому такие белки-радикалы
мгновенно вступают в разнообразные химические реакции (например, реакции
присоединения). Это в конечном итоге приводит к изменению структуры
белковой молекулы и к потере ею биологической функции. Аналогичный
механизм ионизации и миграции дыры присущ нуклеиновым кислотам при
воздействии на них ионизирующего излучения. Так, дыра, возникшая при
поглощении энергии ионизирующей радиации в определенном месте молекулы
ДНК и создала там электрическое поле напряженностью Е1, движется вдоль оси
молекулы и локализуется у пары азотистых оснований (нуклеотидов), где
напряженность поля Е2 выше, чем Е1. Если Е2 становится достаточной для
разрыва химических связей и разделения пары оснований из-за сильной
поляризации π-орбитали, то следствием локализации дырки будет распускание
ДНК (рис. 3.22, б) и потеря биологической функции. Миграции заряда по
молекулам белков и нуклеиновых кислот способствует перекрытии π-орбиталей
в них. Потенциальные энергетические барьеры, которые встречаются на пути
движения зарядов, преодолеваются, по-видимому, по механизму туннельного
эффекта [98, 107-110].
Как вариант внутримолекулярного и межмолекулярного
переноса энергии и заряда можно рассматривать эмиссию
фотонов/люминесценцию молекул живых тканей.
Подробнее:
Живые молекулы по факту являются с функциональной точки зрения
«энергетическими машинами», которые превращают неорганизованную
энергию, поступающей из молекулы АТФ в когерентную энергию более
высокого порядка. Эмиссия фотонов/люминесценция может быть либо
следствием, либо параллельным процессом молекулярной энергопродукции.
Живые биомолекулярные системы способны излучать энергию/электроны, то
есть люминесцировать в процессе своей жизнедеятельности со стимуляцией
(вторичная люминесценция) и без стимуляции (собственная люминесценция).
Люминесценция отражает процессы преобразования энергии в молекулах,
поэтому
люминесцентный
анализ
биообъектов
используется
для
экспериментального изучения биоэнергетики [36, 38, 39, 89, 92, 98, 99, 181].
По механизму образования различают фотолюминесценцию
(возникает под действием квантов света), химиолюминесценцию
(возникает
в
результате
химических
реакций),
биолюминесценцию (не связанная с явным воздействием на
ткань любой внешней энергии) [89, 98, 99].
Фотолюминесценция
по
механизму
образования
и
продолжительности свечения делится на фосфоресценцию и
214
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
флуоресценцию. Это два вида фотолюминесценции, которые
отличаются по продолжительности свечения и по механизму
происхождения [98, 172].
Фосфоресценция - это процесс эмиссии/излучения фотонов
вследствие перехода молекулы из нарушенного триплетного
состояния (Т) в основное состояние S0.
Подробнее:
Установлено, что [98]:
При
фосфоресценции
переход
молекулы
из
возбужденного триплетного состояния (Т) в основное
состояние S0 сопровождается испусканием кванта
фосфоресценции по схеме: Т→S0+ hvфосфоресц, но с большей
продолжительностью свечения, чем при флуоресценции,
так как этот переход запрещен правилами отбора, и в
природе она встречается гораздо реже, чем флуоресценция.
- Основные параметры фосфоресценции:
1) Спектр излучения - это распределение интенсивности
излучаемого света по частотам (v) или длинами волн (λ):
I = f(v) или I=f(λ), где I - интенсивность флуоресценции
(Вт⋅м-2) - спектр флуоресценции состоит из относительно
широких сплошных полос и при этом наблюдается
характерное изменение спектрального состава света,
испускаемого по сравнению с поглощенным; - в
большинстве случаев длина волны флуоресценции больше,
чем длина волны возбужденного света, то есть спектр
фотолюминесценции смещен в сторону длинных волн
относительно спектра светового излучения, которое
инициировала эту люминесценции (правило Стокса).
2) Спектр возбуждения - это зависимость интенсивности от
длины волны возбуждающего света.
Флуоресценция - это процесс эмиссии/излучения фотонов,
обусловленный переходами внешних валентных электронов, за
счет которых образуются химические связи между атомами и
молекулами. Поэтому возникновение новых связей в молекуле и
динамика их взаимодействия со средой приводят к изменениям
энергетических уровней, в силу чего существует тесная
215
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
зависимость основных характеристик флуоресценции
физико-химического состояния молекул вещества.
от
Подробнее:
Установлено, что [98]:
- Излучение квантов флуоресценции имеет место в тех случаях, когда
молекула переходит из синглетного возбужденного состояния (S*) в
основное (S0): S1*→ S0 + hvфл.
- При облучении клеток позвоночных и беспозвоночных животных, а
также
растений
и
микроорганизмов
коротковолновым
ультрафиолетом
(λ=250-280
нм)
можно
зарегистрировать
флуоресценцию с максимумом в области 330-350 нм.
- Характеристики и параметры флуоресценции изменяются при
изменениях температуры, рН и ионной силы среды, в которой
находятся излучающие молекулы. С этим обстоятельством связана
высокая информативность флуоресцентного анализа молекулярной
структуры вещества и ее динамики.
- Основные параметры флуоресценции:
1) квантовый выход (φ) - это величина, равная отношению числа
выпущенных квантов ηвып к числу поглощенных квантов ηпогл, а
энергетический выход η равен отношению энергии флуоресценции
Wфл к поглощенной энергии возбуждения Wпогл:
2) энергетический (η) выход - эта характеристика флуоресценции
пропорциональна квантовому выходу, но, в отличие от него, зависит
от длины волны возбуждающего света.
Флуоресценция может быть: собственной и вторичной [98].
Собственная флуоресценция - это свечение собственных тканей
организма под действием света за счет наличия в тканях,
соответствующих структурно молекул (например, сложных
белков с хромофорнымы коферментными группировками),
способных флуоресцировать [98].
- Собственная флуоресценция характерна для тканей организма,
которые содержат сложные белки с хромофорными
коферментными
группировками,
которые
способны
флуоресцировать под действием света [98].
Вторичная люминесценция - это свечение тканей организма
после введения в них люминесцентных красителей
216
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
(люминофоров), которые избирательно взаимодействуют с
определенными компонентами клетки, не нарушая их
функционирования - так называемый метод флуоресцентных
зондов.
- Основные положения: - комплекс флуоресцентного зонда и
выявляемого с его помощью вещества имеет более интенсивную
флуоресценцию, чем сам краситель; - применение вторичной
флуоресценции позволяет изучать распределение веществ в живых
тканях [98, 172].
Подробнее:
Установлено, что [98, 99]:
- хлортетрациклин - это флуоресцентный зонд для кальция. Хлортетрациклин
образует сложный комплекс с ионами кальция, связанными биомембранами,
который флуоресцирует тем интенсивнее, чем больше кальция адсорбировано
на биомембранах.
- Фура - это флуоресцентный зонд для цитозольной фракции Са2+.
Синтезированны флуоресцентные зонды на нуклеиновые кислоты, белки,
липиды и многие другие вещества. С помощью флуоресцентных зондов
оценивают поверхностные заряды клеточных мембран.
Собственная флуоресценция биомолекул и живых тканей - это
процесс
эмиссии
фотонов/свечения,
обусловленный
собственной ультрафиолетовой флуоресценцией живых тканей,
главным образом, за счет свечения белков, причем этот процесс
в разных ультраструктурах клетки имеет характерные отличия в
различных органах и тканях.
Подробнее:
Установлено, что [89, 93, 98]:
Ультрафиолетовая флуоресценция белков, как и поглощение ими
излучения в области 240-300 нм, определяется ароматическими
аминокислотами: триптофаном, тирозином и фенилаланином. В клетках
человека и животных содержится много белков, в состав которых входят
остатки триптофана, тирозина и фенилаланина. Это актин, миозин, ферменты
типа дегидрогеназ, фосфатаз, оксидаз, некоторые гормоны, ферменты
пищеварительной системы, альбумины и глобулины плазмы крови и другие
вещества. Собственная ультрафиолетовая флуоресценция этих белков зависит
от содержания в них остатка триптофана. Для нейтрального водного раствора
триптофана при комнатной температуре характерна флуоресценция с
максимумом около 350 нм и квантовым выходом φ=0,2. Спектры
флуоресценции указанных выше белков смещены в коротковолновую область
217
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
на 10-25 нм относительно спектра флуоресценции раствора триптофана.
Различные белки имеют максимум свечения при неодинаковых длинах волн,
хотя разница между ними невелика (в пределах 10-15 нм). Есть различия и в
квантовом выходе флуоресценции триптофансодержащих белков.
Белки, в состав которых входят тирозин и фенилаланин, при отсутствии
триптофана, флуоресцируют примерно так же, как тирозин. Такие спектры
флуоресценции свойственны РНКазе, коллагену, инсулину и ряду других
веществ. Их максимум излучения приходится на ту же длину волны, при
которой имеет место максимум флуоресценции водного раствора тирозина
(λ=304 нм). Квантовый выход флуоресценции таких белков порядка φ=0,040,05.
Свечение фенилаланина определяется только в некоторых уникальных
белках, содержащих его в значительных количествах при отсутствии других
ароматических аминокислот. Примером таких белков является кальцийсвязывающие миогены, содержащиеся в мышцах рыб. Молярный показатель
поглощения ультрафиолета фенилаланином в 30 раз меньше, чем у триптофана,
и почти в 7 раз меньше, чем у тирозина.
Спектры собственной ультрафиолетовой флуоресценции различных
клеток имеют подобную форму, хотя одни из них светятся сильнее, другие слабее. Вместе с тем неодинаково флуоресцируют разные ультраструктурные
компоненты одной и той же клетки. Наиболее яркая собственная
ультрафиолетовая флуоресценция свойственна сократительному аппарату
клетки, митохондриям и ядрышкам.
Биолюминесценция/биохимиолюминесценция - это вид эмиссии
фотонов/люминесценции живых молекул, который не связан с
явным влиянием на ткань любой внешней энергии и обусловлен
определенными химическими процессами, происходящими в
живых клетках, и, следовательно, является разновидностью
химиолюминесценции.
Для живых тканей характерна собственная флуоресценция в
красной, желто-зеленой, синей областях видимой части спектра.
Подробнее:
Установлено, что [93, 98]:
(1) Порфирины: характерна собственная флуоресценция в красной
области. Порфириновая структура присуща цитохромам, пероксидазе, каталазе,
гемоглобину, миоглобину. В гемопорфиринах флуоресценция «погашена»
атомами железа, что ограничивает возможности ее исследования в живых
тканях. При обработке ткани некоторыми веществами атом железа отрывается
от простетической группы внутриклеточных гемопорфиринов, и тогда
обнаруживается характерная красная флуоресценция порфиринов. Указанным
приемом пользуются судебные медики для выявления отдельных эритроцитов
218
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
по их порфириновой флуоресценции после обработки исследуемого объекта
серной кислотой.
(2) Пиридиннуклеотиды (НАДН и НАДФН) и окисленные формы
флавопротеидов: для них характерна собственная флуоресценция живых тканей
в синей и желто-зеленой областях. Эти вещества участвуют в таких процессах,
как гликолиз, пентозный цикл, цикл Кребса, окисление жирных кислот и в
клеточном дыхании. Поэтому практически любые изменения в клеточном
метаболизме отражаются в динамике флуоресценции НАДН и ФП, а она, в
свою очередь, может быть обнаружена с помощью люминесцентного анализа
живых тканей.
НАДН обладает характерным спектром поглощения, включая две полосы
поглощения в ультрафиолетовой части спектра с максимумом в области 260 нм
и 340 нм, а также собственной синей флуоресценции с максимумом в интервале
465-480 нм. Переход НАДН в окисленное состояние сопровождается потерей
одной полосы (при λ=340 нм) в спектре поглощения с потерей способности
флуоресцировать. В окисленном состоянии флавопротеиды обладают
характерным спектром поглощения и собственной желто-зеленой
флуоресценцией с максимумом в области 530 нм, обусловленной
рибофлавином. При восстановлении флавопротеиды теряют собственную
флуоресценцию.
Неодинакова флуоресценция пиридиннуклеотидов и флавопротеидов в
восстановленной и окисленной формах лежит в основе использования
флуоресцентного анализа для количественной оценки клеточного дыхания
живых тканей. Усиление клеточного дыхания сопровождается изменением
соотношения восстановленных и окисленных форм компонентов дыхательной
цепи в сторону преобладания вторых над первыми. Угнетение дыхания
приводит к противоположному эффекту. Поэтому при усиленном дыхании
клетки в ней нарастает желто-зеленая и затухает синяя флуоресценция, тогда
как для ослабления дыхания характерно усиление синего свечения НАДН и
угасание желто-зеленой флуоресценции флавопротеидов.
Модель
системы
делокализованных
π-электронов
и
вышеописанные варианты миграции энергии отражают факт
передачи энергии по цепям биомолекул, но они не способны
полностью объяснить механизмы дальнейшего преобразования
энергии в молекуле и дать ответ на самый принципиальный
вопрос фундаментального естествознания: как эта энергия
делает молекулы в биологической системе «живыми» и
«умными», что обеспечивает собственно реализацию феномена
жизни на молекулярном уровне.
На сегодняшний момент в системном естествознании уже
общепризнанным является тот факт, что живая биологическая
система/организм не может существовать, если к ней извне не
219
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
поступает энергия для обеспечения процессов жизнедеятельности.
Основой энергетики человеческого организма принято считать
энергию химических превращений пищи, поступающей в
макрорганизм дискретно (порциями), перерабатывающейся и
формирующей запас энергетически богатых веществ для постоянного
непрерывного энергообеспечения молекулярных энергетических
процессов жизнедеятельности. В митохондриях клеток из продуктов
пищеварительной трансформации пищи происходит синтез АТФ биохимического
соединения,
являющегося
универсальным
поставщиком энергии для всех межмолекулярных взаимодействий и
процессов. Молекулы АТФ, образовавшиеся в живых клетках
взаимодействуют с любыми биополимерами клеток, передавая
молекуле-партнеру порцию химической энергии в количестве
≈0,18 эВ. Долгое время отсутствовало научное объяснение детальных
механизмов процессов дальнейшего преобразования энергии в
биополимерах и реализации высокоскоростных энергетических
процессов в молекуле, поскольку модель функционирования системы
делокализованных π-электронов не могла в полной мере ответить на
вопросы «Как собственно происходит дальнейшее преобразование
энергии в молекуле живой системы?» и "Что обеспечивает
«разумность» и синхронную очередность многочисленных
межмолекулярных энергетических процессов в живой системе и
делает по сути «живыми» биополимеры?». Эти принципиальные
вопросы не получили в ХIX-ХХ веках исчерпывающего
теоретического объяснения. Эта проблема оставалась нерешенной,
поскольку какими бы уникальными и специфическими квантовомеханическими свойствами не обладали бы биологические молекулы,
но вне живой системы/in vitro они перестают быть живыми, и не
понятно за счет каких механизмов это происходит.
В ХХI веке прогресс понимание хода квантовых
информационно-энергетических электромагнитных процессов, ряд
накопленных достижений в физике воды и ядерных систем позволили
системно переосмыслить имеющиеся фундаментальные знания и
сформулировать новые концепции и теории, способные дать более
фундаментальное
объяснение
вопросов
молекулярного
энергопереноса в живых системах с учетом роли в них квантовых
электромагнитных процессов и воды как основы жизни
биологических систем на Земле [92, 29-32].
220
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Три научных открытия ХХ века, самые большие по своей
фундаментальной значимости, как выясняется теперь с позиции
системного естествознания ХХI века, определили нынешнюю
возможность
формулирования
механизмов
магнитоэлектрохимического
формирования
феномена
жизни
биологических систем на молекулярном уровне:
1) теоретическое решение задачи о переносе энергии от
молекулы-носителя
аденозинтрифосфата
(АТФ)
по
биополемеру и открытие когерентного кванта энергии солитона
(А.
Давыдов,
1973
год,
СССР)
с
экспериментальным подтверждением факта образования
солитона при самоканализации акустическими фотонами
на модели белка (1984, СССР) [3, 29-32, 44, 135-137];
2) теоретическое решение задачи для ангармонического
полимера, который преобразовывает энергетические
кванты при нахождении в электронной среде – воде, с
установлением факта, что на границе «полимер-вода»
солитон может перейти из цепи полимера в среду/воду,
если он эту среда/воду поляризует и тогда он [солитон]
будет переходить в эту среду/воду без потерь энергии
(Дель Гжудичи; итал. Del Giudice E, 1985 год, Италия) [2932, 138];
3) открытие законов фрактальной кристаллизации воды и
собственно факта, как в физике конденсированных сред
происходит поляризация воды (Н.А. Бульенков, 80-е годы
ХХ века, СССР) [13-22, 29-32, 130-131].
Эти научные открытия дали основания ряду физиков в ХХI веке
сформулировать новую физическую теорию, дополняющую пробел в
вопросах переноса энергии на молекулярном уровне, способную
объяснить феномен биологической жизни на молекулярном уровне и
впервые объяснить роль молекул воды в адекватном физикохимическом аспекте - более широком, чем просто растворитель,
соответствующем
квантово-механическим
представлениям
современного уровня развития фундаментального естествознания.
Так же в ХХI веке окончательно в пределах этой новой
физической
теории
были
сформулированы
представления
относительно явления самоканализации энергии в цепях биополимеров
и предложен принципиально новый подход к оценке и изучению
течения энергетических процессов в живых биологических системах 221
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
модель единицы живой материи - так называемый «молекулярная
ячейка» (Л. Галь, конец ХХ начало ХХI веков, СССР-Россия) [29-35].
Использование модели молекулярной ячейки дает возможность
реализации
формализованного
подхода
в
рассмотрении
энергетических процессов живых биологических систем, что
категорически невозможно при изучении живой клетки, вследствие
значительной сложности ее организации и функционирования.
Поэтому модель молекулярной ячейки должна иметь принципиально
важное значение для дальнейшего изучения биоэнергетики живых
систем
и
дальнейшего
углубления
понимания
вопросов
фундаментального естествознания в функционировании живых
биологических систем разного уровня сложности, включая
человеческий организм.
СОЛИТОНЫ.
Процессы детерминированной самоорганизации молекул в
живых биологических системах являются наиболее важными, но
пока проблемными вопросами для фундаментального
естествознания
и
формулирования
теории
магнитоэлектрохимического обмена веществ. В середине ХХ
века стало понятно, что самоорганизация молекул и
энергообмен в живых биологических системах осуществляются
с помощью транспорта электронов по цепям биополимеров,
однако собственно физический механизм этого феномена долгое
время оставался неизвестным и дискутировался.
На сегодняшний день абсолютно признанным является факт
энергозависимости
и
энергообусловленности
процессов
самоорганизации молекул, который объясняется движением
энергии/электронов по цепям биополимеров. Общепризнанной
концепцией стало понимание того, что электроны передаются
молекулой АТФ биополимеру, движутся по его цепи и, переходя от
одного участника реакции к другому, поддерживают различные
эндоэргические биохимические реакции. Однако физический
механизм передачи электронов долгое время был неизвестен и
отсутствовали концепции, способные описать какие именно
молекулярные системы или процессы обеспечивают в пространстве и
во времени ту высокую точность, скорость, скоординированность и
эффективность
межмолекулярных
физико-химических
222
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
взаимодействий, множество которых одновременно происходит в
живых клетках организма, как эти процессы управляются и каким
образом это управление реализуется на микроуровне. Данные
вопросы возникли в 70-е годы ХХ века, когда в экспериментах был
установлен факт, что движение энергии по цепи биополимера
происходит со столь высокой скоростью, что этот эффект не мог быть
объяснен за счет общепринятой модели переноса энергии
π-электронами, которые перешли к биополимерам от АТФ. Поиск
решения проблемы миграции энергии по цепи биополимера в
середине ХХ века обсуждался на специальной конференции
Международного союза биофизиков в Нью-Йорке (1973, США) и
получил название «кризис в биофизике». Данная задача была решена
физиком-теоретиком академиком А.С. Давыдовым (1976, СССР),
который предложил новую модель миграции энергии, в дальнейшем в
мировой литературе получила название «солитон Давыдова» [135137].
Физический механизм передачи электронов по цепи
биополимеров
это
экситонно-фононный
механизм
преобразования химической энергии АТФ биополимерами в
когерентную энергию с последующей передачей в виде
солитона по цепи биополимера.
Подробнее:
Физическая суть механизма передачи энергии непосредственно по цепям
биополимеров заключается в том, что биополимер превращает химическую
энергию АТФ в когерентную форму и это дает возможность биополимеру не
тратить энергию на тепловые процессы, а транспортировать ее безызлучательно
далее по своим цепям. Биополимер при этом выступает в качестве осцилляторатрансформатора энергии, осуществляет когерентное преобразование энергии
благодаря квантово-механическим особенностям структуры своих первичных
цепей, которые сформировались еще на этапе химической эволюции [29-32].
Для решения задачи о движении энергии по цепям
биополимеров А.С. Давыдовым был выполнен комплекс
теоретических работ, который непосредственно касался
биоэнергетики и был действительно революционным для
фундаментального естествознания, поскольку было найдено
решение сугубо нелинейной задачи относительно феномена
223
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
преобразования энергии и ее движения по цепям биополимеров,
как одного из важнейших этапов самоорганизации живой
системы. Это стало основанием для дальнейшего сегодняшнего
понимания в аспекте системной медицины искомого механизма,
который может обусловливать реализацию системных
информационных процессов/ «разумное поведение» молекул
биополимеров in vivо, которые являются как бы неживой
материей in vitro.
Подробнее:
Количество энергии, которая выделяется при одном акте гидролиза
фосфатной группой АТФ, является незначительной и составляет примерно
0,2 эВ. Данного количества энергии недостаточно для непосредственного
возбуждения электронных состояний молекулы белка, но хватает для
инициации внутримолекулярных колебаний диполей С=О, входящих в состав
пептидных групп всех белковых молекул (колебаний группы Амид I). Такие
колебания не могут переносить энергию на расстояния, превышающие размеры
одной пептидной группы, поэтому вопрос о механизме переноса энергии в
цепях биополимеров оставался открытым и описывался просто констатацией
переноса по системе делокализованных π-электронов [29-32, 135-137].
1973 год - состоялось открытие А.С. Давыдовым (СССР)
механизма передачи энергии и ее движения по цепям
биополимеров с помощью трансформации в солитоны.
Подробнее:
В 1973 году на конференции Международного союза
биофизиков в Нью-Йорке (1973, США) А.С. Давыдовым было
сообщено решение этой задачи (которое было опубликовано в 1976
году). Показано, что в непрерывных цепях белковых молекул,
возбужденных поступлением химической энергии от молекулы АТФ,
будут создаваться локализованные колебания ангармоничних групп,
принимающих форму «одиночной волны» - солитона и
распространяющиеся вдоль цепи без потери энергии. Открытие было
научно признано и в мировой литературе получило имя автора «солитон Давыдова». Идеи и результаты были подтверждены
экспериментально, подтверждены биоматематикой и получили
дальнейшее распространение в мировой научной литературе.
Для понимания сути механизма преобразования биополимерами
химической энергии взаимодействия АТФ и биополимера в
когерентную энергию была разработана простая «жесткая» модель
224
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
физического процесса возбуждения молекулярной цепи при передаче
энергии в реакции АТФ белок коллаген (первая часть модели) и
воспроизведения ввода энергии АТФ в белковую цепь (вторая часть
модели), которая сводилась к расчетам над окончательной моделью линейной цепочкой диполей и точечным источником химической
энергии.
Подробнее:
Реакция физического процесса возбуждения молекулярной цепи при
передаче энергии в реакции АТФ белок была выбрана как типичная
химическая экзоэргическая реакция с участием АТФ и наиболее
распространенного биополимера живого организма - белка. Для построения
физической модели энергетического процесса мог быть взят белок любой
структуры, но поскольку задача сначала решалась в одномерном приближении,
то для такой модели наиболее наглядными можно было считать нитевидные
белки, а именно коллаген (рис. 3.23).
Рис. 3.23. Модельное изображение молекулы коллагена [32].
Коллаген - белок, содержание которого составляет до 25% общего
количества белка живого организма, который в наибольшей степени
сконцентрирован в соединительной ткани, представляет собой нитевидную
молекулу, имеет длину около 300 нм и молекулярную массу около 285 кДа, с
третичной структурой молекулы в виде правой спирали, скрученной из трех
полипептидных левых -спиралей (рис. 3.24). Указанное позволяет
рассматривать фрагмент конфигурации этой молекулы как одномерную
цепочку диполей, доступною математическому описанию.
225
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.24. Модель (а) и схема (б) полипептидной левой -спирали
белковой цепи: эллипсы - пептидные группы, линии - водородные
связи [32].
Молекула АТФ - это универсальный энергоноситель организма, который
обеспечивает in vivo энергией большинство энергозависимых реакций, и
состоящий из трех частей: нуклеинового основания (аденина), сахара (рибозы),
цепочки фосфатных групп (рис. 3.25).
Рис. 3.25. Модельное изображение молекулы АТФ [32].
С учетом сложности строения молекул коллагена и АТФ для проведения
математических преобразований было выполнено дальнейшее упрощение
модели с сохранением лишь последовательности молекулярных групп,
ответственных за пептидные связи - полипептидная левая -спираль белковой
цепи, а именно участок пептидной цепи с двумя пептидными группами (рис.
3.24). Пептидные группы в этой цепи могут свободно вращаться вокруг
одинарных связей, в результате чего белковая молекула в целом может
принимать различные пространственные конфигурации, в том числе распрямляться в линию или сворачиваться в спираль. Именно -спиральная
конфигурация является одной из желательных для белковых молекул, и она, в
226
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
частности, хорошо видна на модели белковой молекулы коллагена. Свобода
вращений пептидных групп позволяет рассматривать их конфигурацию просто
как одномерную цепь диполей, после чего конфигурация молекулы становится
доступной для математического описания.
Поскольку в современной биохимии передача энергии АТФ→белок
рассматривается как сложный биохимический цикл энергосопряжённых
реакций с образованием промежуточного продукта при одновременном
гидролизе АТФ, то при решении задачи этот процесс был заменен
утверждением, что в некоторой точке «0», модельно представленной белковой
цепью, состоялась передача химической энергии от энергоносителя белка. В
физической модели были сохранены в неизменности только факторы, значимые
для предмета решаемой задачи: нелинейные (ангармонические) группы Амид I
в цепи -спирали белка и факт передачи энергии молекулой АТФ [26 29-32,
135-137].
Рис. 3.26. Участок белковой молекулы с двумя пептидными группами
(заштрихованы): R1, R2, R3 - радикальные группы, которые
соответствуют различным аминокислотам; стрелками указаны
направления возможных вращений пептидных групп в белковой цепи
[32].
Решение задачи А.С. Давыдов сначала провел в классическом
приближении для структуры белка и пептида, показанных на
рис. 3.23 и 3.24. При этом получилось, что решение частного
случая дискретного нелинейного уравнения Шредингера при
скорости возбуждения, меньшей скорости звука, которое
описывается амплитудной функцией с(,t)=(Q/2sch(Q)),
представляет собой солитон. Колебательные солитоны с(, t),
возбужденные локальными внешними воздействиями при
химических
реакциях,
являются
переносчиками
дальнодействующей энергии вдоль одномерных молекулярных
цепочек. Непосредственно механизм локализации и переноса
энергии может быть описан ниже приведенным образом.
227
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Подробнее:
Энергия, переданная белку молекулой АТФ, вызывает возбуждение и
колебания ее цепи. Вовлеченные в возбуждение группы Амид I, способные изза силы жесткости двойной связи С=О только к продольным колебаниям,
напрягают структуру молекулы в пределах этой связи. Это локальное
искажение решетки действует как потенциальная яма, которая локализует
колебательную энергию и предотвращает ее дисперсию. Процессы
коллективного возбуждения в одномерной цепи дипольных пептидных групп
массы М, расположенных вдоль оси z в узлах n (n=0, 1, …) имеют
следующее описание. В такой цепи колебательная энергия продольных С=О
осцилляторов (Амид I) с помощью фононных связей (связей колебания
кристаллической решетки) действует на соседние атомные группы и изменяет
структуру цепи в пределах С=О. Это изменение приводит к захвату энергии
группой Амид I, предотвращает дальнейшую дисперсию энергии и получила
название эффект самоканализации энергии. Возникновение самоканализации
энергии связано с нарушением жесткости в цепи биополимера. «Гибкие» связи
между пептидными группами в цепи С-N, C-C определяют минимальные
значения ее продольной упругости æ, в то время как большие
предусматривают значительное взаимодействие между колебаниями Амид I и
фононами.
А.С. Давыдов, сначала решив эту задачу в классическом приближении,
потом уточнил решения в квантово-механическом приближении. Во всех
случаях он использовал оператор энергии, состоящий из трех компонент:
H=Hex+Hph+Hint (1), где Hex - оператор возбуждения колебаний амидных групп
(экситонов), Hph - оператор продольных колебаний пептидной цепи (энергии
фононов), Hint - оператор экситон-фононных взаимодействий. В этих формулах
суммирование
выполняется
по
всем
целочисленными
значениям
n=n=0, 1, 2 ... Уравнения, описывающие процесс локализации колебательной
энергии, имеют вид:
Здесь величина n является комплексной амплитудой С=О-осциллятора;
0 - частота колебаний осциллятора и J-диполь - диполь связь между соседними
С=О-осцилляторами; n - продольное смещение осциллятора; М - масса
аминокислоты, - жесткость пружины, которая моделирует æ - продольную
упругость цепочки.
С физической точки зрения величина , характеризующая
ангармоничность (поперечную жесткость), соответствует изменению частоты
0 колебания осциллятора С = О при изменении длины (n+1 – n) связанной с
ним водородной связью. Таким образом:
228
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Это равенство экспериментально подтверждается при сравнении
спектральных характеристик растягивающейся С=О-связи от температуры Т с
соответствующими дифракционными измерениями длины водородной связи
при тех же значениях Т. При 0 локализованая колебательная энергия
выступает в качестве источника продольных звуковых волн, описываемых
уравнением описания процесса локализации колебательной энергии. В
адиабатической аппроксимации, то есть пренебрегая продольным смещением
осциллятора (d2n/dt2=0), из этого уравнения можно получить формулу:
При подстановки его в первое из уравнений, оно приобретает типичный
вид дискретного нелинейного уравнения Шредингера для стационарных
коллективных возбуждений, перемещаемых с постоянной скоростью V,
меньшей скорости звука V0:
Отдельным решением дискретного нелинейного уравнения Шредингера
при скорости возбуждения, меньшей скорости звука, является решение, которое
описывается амплитудной функцией с(,t)=(Q/2sch(Q), представляющей
собой солитон. Это решение имеет место при спектральном параметре
Λ=–h2Q2/(2m), где Q=МаG/(2h2)=Мa2/(2κh2(1– s2)), а параметр нелинейности
G=2/(æ(1–s2)), где s=V/V0. В свою очередь спектральный параметр Λ
характеризует энергетические свойства молекулярной цепи и имеет вид
Λ=Е–Є0–W+2 Jcosk, где Е - полная энергия возбуждения (энергия, переданная
полимеру от внешнего источника, например, от АТФ), Є0 - энергия колебаний
дипольных групп (экситонов), W - энергия деформации полимерной цепи
(фононов),
J=2d2/3
энергия
экситон-фононного
резонансного
взаимодействия. Это решение распределено в основном на отрезке 2/Q в
системе координат , движущейся вместе с возбуждением со скоростью
V = sV0V0.. Профиль волны с(, t), описывающей солитон, в процессе
распространения волны не меняется (с/t=–V с/x, т.е. с(, t) стационарная волна). Это возбуждение характеризует устойчивую ветвь
решения нелинейного уравнения Шредингера (s2<1). Поскольку солитоны
движутся со скоростью, меньшей скорости продольного звука в цепи, они не
излучают фононы, то есть их энергия не превращается в энергию теплового
движения. В соответствии с выбранной моделью колебательные солитоны
с(, t), возбужденные локальными внешними воздействиями при химических
реакциях, являются переносчиками дальнодействующий энергии вдоль
одномерных молекулярных цепочек, то есть в (1+1)-мерном случае.
Приведенное выше решения, названное самоканализацией энергии
акустическими фононами, было получено при использовании гармоничного
приближения для описания взаимодействия между пептидными группами,
когда изменение равновесных положений молекул в системе определялась
229
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
классическими уравнениями движения. Это позволяет рассмотреть основные
свойства солитонов в молекулярных цепях, однако оно ограничено условием
s2<1 [29-32, 135-137].
Получение решения для оптического солитона (солитона,
который образуется при поглощении света или иного кванта
электромагнитного поля) является следующим результатом
развития теории А.С. Давыдовым, в которой были учтены
квантовые флуктуации равновесных положений молекул и их
тепловые
колебания
относительно
новых
положений
равновесия. Установлено, что в этом случае с молекулярной
цепи перемещается квазичастица, представляющая собой
электрон с локальной деформацией, окружающей его электросолитон.
Подробнее:
При переносе энергии нейтральными возбуждениями (энергетическими
солитонами) электрических явлений в цепи биополимера не возникает. Однако
значительное количество биологических явлений непосредственно связано с
переносом электронов от донорных молекул к акцепторным. Если перенос
электронов происходит в химических межмолекулярных редокс-реакциях, это
может быть описано как процесс квантово-механического туннелирования. Но
если перенос электрона происходит между удаленными центрами на
протяженной молекулярной цепи, в которой атомы и атомные группы связаны
между собой ковалентными, водородными или ван-дер-ваальсовыми силами,
возможность простого туннелирования становится очень маловероятной, а
другие механизмы не представляются физически обоснованными. Для этого
случая механизм переноса электрона может быть найден, если учесть
нелинейное взаимодействие между атомными группами в самой молекулярной
цепи, по которой движется электрон в виде смещений равновесных положений
атомных групп молекулы. Установлено, что в этом случае с молекулярной цепи
перемещается квазичастица, представляющая собой электрон с окружающей
его локальной деформацией, названный А.С. Давыдовым «электросолитоном».
Стабильность электросолитона обусловлена взаимной компенсацией в
молекулярной цепи эффектов нелинейности и дисперсии, и наиболее
проявляется в мягких одномерных цепочках из пептидных групп в белках.
Двигаясь всегда со скоростью, меньшей скорости продольного звука,
электросолитон не излучает фононов, то есть не теряет своей энергии [29-32,
129].
230
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Механизм образования электросолитона полностью решает
задачу объяснения эффективности переноса электронов без
затраты энергии в цепях электронного транспорта. Из него
также следует, что -спиральные участки белковых молекул
являются идеальными путепроводами для движения электронов
в форме электросолитона от донорных к акцепторным концам
молекул [35, 174, 176].
Аналогичный механизм получен и для движения по
молекулярной цепи двух спаренных электронов, также
перемещающихся одновременно с деформацией молекулярной
цепочки.
Подробнее:
Суммарный спин электронов в спаренном состоянии равен нулю. Такое
положение связанных электронов Давыдов назвал биосолитоном. Биосолитоны
переносят пары электронов в синглетном спиновом состоянии вдоль цепочек
биомолекул без потери ими энергии, имеют особое значение для физического
обоснования процессов синтеза и гидратации молекулы АТФ в живых
организмах [29-32, 135-137].
Образование солитона при самоканализации акустическими
фононами было подтверждено в 80-х годах ХХ столетия в
экспериментальных исследованиях Карери на модели белка, в
качестве которой была использована молекула ацетанилида
СН3СОNНС6Н5 [132].
Подробнее:
Динамическое поведение молекулы ацетанилида СН3СОNНС6Н5 похоже
на динамику молекул природного белка, поскольку обе молекулы имеют
близкие значения расстояний углов в пептидной группе СОNН. Причем и в
кристаллическом ацетанилиде, и в α-спиральной структуре белка,
исследованной А.С. Давыдовым, имеют место связанные водородной связью
пептидные каналы с атомной структурой Н-N-с=О∙∙∙H-N-C=O∙∙∙Н-N-с=О. ∙
Кристалл ацетанилида исследовался методом «накачки-проба», в котором
накачка осуществлялась лазерным импульсом на частоте 1640 см-1
продолжительностью 150 фс. В инфракрасном спектре поглощения кристалла
наблюдался пик самоканализации (солитон) при 1650 см-1 и стандартный
делокализованный пик при 1665 см-1. Экспериментально было установлено, что
существует и другое место самоканализации энергии - межатомные связи N-Н,
где Н связан водородной связью с другим лигандом молекулы (или с молекулой
воды). Эта группа мод ведет себя таким образом только тогда, когда протон
231
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
участвует и в NН-колебании, и в водородной связи, что увеличивает параметр
нелинейности .[29-32, 126].
Энергия АТФ может трансформироваться в солитон в любом
полимерном белке in vivo: исходя из принципов физической
синергетики, солитон, как физическое решения задачи переноса
по цепям биополимеров, является правильным для любой
системы белок-АТФ, поскольку в модели самоканализации
акустическими фононами при воздействии внешней энергии
возбуждения самоканализация энергии была обусловлена только
коллективными нелинейными колебательными процессами,
которые имеют место в дипольной цепи с достаточным
параметром нелинейности [29-32].
Энергия АТФ может трансформироваться в солитон в любом
биополимере in vivo: механизм передачи энергии в форме
солитона является решением для любых биополимеров, в
которых параметр нелинейности составляет G=2/æ>>0,
поскольку для его реализации отсутствует какая-либо
биохимическая специфика молекулярной цепи, кроме ее
ангармонизма [29-32].
Квантово-механическое рассмотрение сути механизма переноса
электронов в биополимерах показывает, что солитоны [3, 29-32,
40, 62, 63, 135-137]:
- это кванты энергии, каждый из которых переносит
вдоль молекулярной цепи количество энергии, равное
энергии продольного колебания С=О-связи;
- это кванты энергии, образованные при ее
самолокализации в колебательных процессах на
различных ангармонизмах молекулярных структур,
которые по своей «энергетической сущности» и по
величинам энергий квантов полностью идентичны
фотонам электромагнитного поля в диапазоне частот от ~
1014 Гц и ниже, при этом данный диапазон малых
энергий является биологически значимым, что
проявляется в активном отклика живых организмов на
внешнее воздействие электромагнитного поля любого
происхождения в диапазоне этих частот;
- это кванты энергии области малых энергий,
возникающих в процессе самоканализации энергии в
232
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
молекулярных колебаниях цепей биополимеров, которые
являются формой материи, обеспечивающей пребывания
вещества в состоянии биологической жизни/феномена
жизни, поскольку транспортировка энергии в форме
солитонов
по
молекулярным
цепям
является
биохимическим потоком энергии, который обеспечивает
все взаимодействия существенных составляющих живой
клетки.
Квантово-механическое рассмотрение сути механизма переноса
электронов в биополимерах показывает следующие особенности
энергообмена на молекулярном уровне [29-32, 62, 63, 135-137]:
- энергия, которая вносится внешними источниками в цепь
биополимера живых систем, превращается им в
когерентную
в
квант
энергии
солитон/електросолитон/биосолитон;
- когерентная энергия в виде солитона свободно и без
потерь транспортируется по молекулярной цепи,
обеспечивая возможность реализации всех биохимических
процессов
в
живой
системе
на
микроуровне:
эндоэргические реакции биополимеров, их конформации и
механическое перемещение в цитоплазме клетки;
- при этом солитоны транспортируются только по цепям
биополимера, являются «биохимическим потоком энергии»
живой клетки, обеспечивают феномен биологической
жизни на молекулярном уровне in vivo;
- поскольку результатом взаимодействия некогерентной
химической энергии с молекулярною цепью биополимера
является ее превращение в энергию когерентною и
квантованную, то это определяет, что такая энергия
поглощается молекулой не во всех, а только в резонансных
процессах,
что
принципиально
важно
при
межмолекулярных взаимодействиях.
Для рассмотрения вопроса обмена веществ с позиций системной
медицины и формулировки магнитоэлектрохимической теории
обмена веществ важно понимать, что [3, 29-32, 40, 62, 63, 135137]:
- солитон - это не особый вид энергии, а особая форма ее
трансформации - форма «стоячей волны», «волна
233
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
трансляции», «частицеподобная магнитная волна», которая
по своим свойствам способна переносить не только энергию,
но и информацию; - это особый тип нелинейных уединенных
волн (волновых пакетов), которые сохраняют свою форму и
скорость при своем движении и столкновениях друг с
другом; - это отдельная структурно-стойка волна в
нелинейной среде с дисперсией (какой и являются живые
биологические системы), стационарность структуры которой
в среде без потерь и притока энергии поддерживается за счет
баланса между действием нелинейной среды, что приводит к
укрупнению (сжатие) волнового профиля и дисперсии,
приводящей к расплыванию волны (рис. 3.27-3.29).
Рис. 3.27. Одиночный солитон и его параметры [63].
Рис. 3.28. Два солитона, которые описываются уравнением
Кортевега-де Фриса до (вверху слева) и после (внизу слева)
взаимодействия, и групповой солитон (выделен пунктирной линией)
[63].
234
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис.
3.29.
Модель
топологической
структуры
квантовомеханического узлового солитона с сайта https://nplus1.ru/news [148].
- солитоны ведут себя подобно частицам (частицеподобная
волна): при взаимодействии друг с другом или с некоторыми
другими возмущениями они не разрушаются, а расходятся,
сохраняя свою структуру неизменной; - это своего рода
обратный пример с философской точки зрения по
отношению к материи, которую мы привыкли воспринимать
как частицу, а она есть и волна, солитон же есть волна со
свойствами частицы (рис 3.28).
- поскольку солитон это фундаментальная форма
транспортировки энергии, то солитоны могут возникать во
всех формах материи, быть разнообразными и различными в
зависимости от среды возникновения (оптические,
ионозвуковые,
магнитозвуковые,
магнитные,
гравитационные, солитоны в твердых кристаллических телах
(так называемые дислокации по типу "дыры" в
кристаллической
решетке,
которые
способны
к
перемещению), солитоноподобные импульсы и т.д.), на
поверхности
жидкости,
различные
по
количеству
(единичные, групповые пакеты и т.д.) и качественных
параметров, структура которых продолжает сейчас активно
изучаться и моделироваться (рис. 3.29).
- феномен солитона является универсальным природным
явлением и открыт в математике, океанографии,
гидромеханике, акустике, радиофизике, оптической технике,
астрофизике, биологии, и т.д.;
235
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- информационный перенос путем солитонового механизма
является энергетически более выгодным, чем традиционный
способ с помощью движения носителей электрического
заряда, поскольку солитоны являются сверхстабильными
образованиями и перемещаются в пределах среды,
практически не встречая сопротивления в отличие от
электронов, которые при движении в качестве носителей
информации теряют часть энергии на нагрев;
- наработки солитонной теории в настоящее время находят
применение при исследованиях линий передачи сигналов с
нелинейными элементами (диоды, катушки сопротивления),
космологии (исследование пограничного слоя, атмосфер
планет), гидродинамики (волны цунами), физики (волновые
процессы в плазме, в теории поля, физики твердого тела,
теплофизики экстремальных состояний веществ, при
изучении новых материалов (например, джозефсоновских
контактов, состоящих из разделенных диэлектриком двух
слоев сверхпроводящего металла), при создании моделей
решеток кристаллов и т.д.), в оптике, биологии, физиологии
(нервные импульсы - это солитоны);
- солитоновий механизм является универсальным способом
передачи энергии и информации на молекулярном уровне в
живых биологических системах различного уровня
сложности, включая человеческий организм, поскольку все и
любые биополимеры живого организма, которые имеют
специфическое строение и содержат в своих цепях
ангармонических атомные группы, превращают химическую
и любую другую энергию, возбуждающую их колебания, в
энергию
когерентную/энергетический
квант/солитон,
который дальше свободно транспортируется по цепям
биополимера и обеспечивает его химические взаимодействия
и механические движения;
принципиально
важной
особенностью
живых
биологических систем в реализации ими солитонового
механизма передачи энергии и информации на молекулярном
уровне для обеспечения феномена жизни является большое
содержание в них воды, поскольку ангармонические группы
не только изначально содержатся в структуре биополимера
236
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
(как группы Амид I), а и образуются при гидратации
полимеров (например, связь NH ∙∙∙∙∙ OH2).
Солитоновий механизм передачи энергии по цепи биополимеров
является основой феномена жизни в живых биологических
системах: все и любые биополимеры живого организма имеют
специфическое строение и содержат в своих цепях
ангармонические атомные группы, превращают химическую и
любую другую энергию, возбуждающую их колебания, в
энергию когерентную, энергетический квант - солитон, который
дальше свободно транспортируется по цепям биополимера и
обеспечивает его химические взаимодействия и механические
движения [29-32].
Солитоновий механизм передачи энергии и информации по
цепям биополимеров объясняет универсальность молекулыэнергоносителя АТФ и универсальность взаимосвязи между
совершенно разными биополимерами в живых биологических
системах, а также феномен жизни в них, как результат
постоянного
воздействия
когерентной
энергии
в
структурированной водной среде биологического организма
[29-32].
Квантово-механические особенности и роль воды в
механизме передачи энергии между биологическими
молекулами.
Вода - это основной компонент живых биологических систем,
поскольку [1, 55, 125]:
- 80-90% массы растения, около 70% массы организма животных и
человека составляет вода;
- тело месячного эмбриона состоит на 97% из воды, новорожденного
младенца - на 75-80%, пожилых людей - до 57%;
- мозг человека состоит из воды на 95%, кровь - на 82%, легкие - на
90%;
- уменьшение содержания в организме человека воды до 50% не
совместимо с жизнью и приводит к смерти.
Вода играет принципиально важную роль в организации и
функционировании живых биологических систем разного
уровня сложности, будучи универсальным растворителем,
237
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
реагентом для многих биохимических реакций (гидролиз,
окислительно-восстановительные реакции и т.д.), структурной
электромагнитной основой живой системы, обеспечивающей
возможности генерации и передачи энергии между
биологическими молекулами, реализуя тем самым феномен
жизни и участвуя в формировании так называемых
биологических аномалий воды в живых организмов
(особенности электропроводности, замерзания и т.д.). Однако
механизмы реализации этой важной роли воды как
неотъемлемого компонента магнитоэлектрохимической и
основы феномена жизни на молекулярном уровне в живых
биологических системах долго оставались до конца не
открытыми и сейчас продолжают изучаться.
Подробнее:
В ходе научного эволюционирования идей о роли воды в живых
организмах в фундаментальном естествознании однозначно было доказано, что
вода является ключевым компонентом жизнедеятельности биологических
систем и без нее их жизнь прекращается.
Накопление знаний относительно свойств воды и их научная
интерпретация происходили в соответствии с развитием науки в каждой из
эпох человечества. XXI век, как период глобализации, значительного прорыва в
магнитологии и в фундаментальных науках, создал теоретическую базу и дал
инструментальные возможности для логического системного обобщения
имеющейся научной информации, создания на этой основе единой теории
обмена веществ с учетом ранее открытых химических и физических свойств
воды. Уровень развития научных знаний прошлых эпох и отсутствие научного
понимания сущности электромагнитных процессов, происходящих на
микроуровне вещества, долгое время обусловливали рассмотрение воды
исключительно только в качестве растворителя и не учитывали квантовомеханических особенностей ее строения и ее электромагнитных свойств.
Современный уровень научных знаний фундаментальной квантовой физики и
квантовой химии делает такой подход абсолютно абсурдным, неприемлемым.
Научный взгляд на роль воды в корне изменился.
С позиций системного анализа накопленных фундаментальных
знаний вода цитоплазмы живой клетки, реализуя возможности
молекул
Н2О
к
самоорганизации
во
фрактальные
энергонапряжённые парамагнитные кристаллы, образует
соединены
с
биополимерами
водородными
связями
многоуровневые
разветвленные
долго
существующие
фрактальные кристаллические структуры, поддерживаемые в
238
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
таком энергонапряжённом состоянии потоками энергии,
которые постоянно циркулируют в живых системах, и является
одной из принципиальных отличий живых биологических
систем от неживых на молекулярном уровне.
Подробнее:
Основой для формулирования этого научного вывода стали два
принципиальных открытия ХХ века, а именно установление факта
возможности перехода солитона в воду без потерь энергии (теоретическое
решение задачи для ангармоничного полимера в электретной среде, Э. Дель
Гжудичи, 1985 год, Италия) и открытие механизмов фрактальной
кристаллизации воды и собственно факта, как в физике конденсированных сред
происходит поляризация воды (Н.А. Бульенков, 80-е годы ХХ века, СССР). Эти
открытия при сочетании с накопленными фундаментальными знаниями физики
и химии воды позволили принципиально иначе трактовать механизмы
энергообмена на уровне молекул и смогли раскрыть ранее неизвестный
механизм ключевой роли воды в обеспечении реализации феномена жизни
биологических систем на современном этапе [13-21, 31, 47, 72-73, 130, 131,
138].
Вода - это вещество с уникальными квантово-механическими
характеристиками,
обусловленными
электромагнитными
свойствами ее атомарного строения.
Подробнее:
Молекула воды (H2O) образована двумя атомами водорода (H1; 1s1) и
одним атомом кислорода ((O16; 1s22s22р4). Соответственно три ядра в молекуле
воды образуют треугольник с двумя протонами водорода в основании и
кислородом на вершине. Расстояние O-H - 0,9568 Å; H-H - 1,54 Å.
Модель молекулы воды, предложенная Нильсом Бором, показана
на рис. 3.30 [1, 5, 122, 124, 125].
Рис. 3.30. Строение молекулы
б) расположение зарядов [124].
239
воды:
а)
по
Нильсу-Бору,
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.31. Строение молекулы воды: пространственная структура
воды с распределением электронной плотности у атомов О и Н
(слева); образование водородной связи между двумя молекулами
воды (справа) [52].
Принципиальное значение для проявления свойств молекул
воды в процессах жизнеобеспечения живых молекулярных
систем имеют водородные связи между ее молекулами,
поскольку их образования обусловливает как возможные
агрегатные состояния свободной природной воды (пар,
жидкость, лед), так и процессы структуризации воды в живых
биологических системах.
240
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.32. Схема образования водородной связи между четырьмя
молекулами воды [52].
Подробнее:
Молекула Н2О имеет четыре центра образования водородной связи - два
некомпенсированных положительных заряда у атомов водорода и два
отрицательных заряда в атоме кислорода (рис. 3.31-32). Их взаимное
расположение формируется в направлении из центра правильного тетраэдра
(ядро атома кислорода) на его вершины, что позволяет молекуле воды
образовывать в конденсированном состоянии до 4-х классических водородных
связей, две из которых являются донорными, а две - акцепторными связями (с
учетом бифуркатных связей - 5) [5, 52, 120].
Водородная связь согласно правилам Бернала-Фаулера
характеризуется следующими параметрами [1, 5, 42, 52, 86, 127,
183, 185]:
- атом кислорода каждой молекулы Н2О связан с четырьмя
соседними атомами водорода (с двумя атомами водорода ковалентной связью, с двумя соседними - с помощью
водородных связей: например, как это имеет место в
кристаллической структуре льда);
- на линии кислород-кислород может располагаться только
один протон Н +;
- протон, который участвует в образовании водородной связи
и находится между атомами кислорода имеет два
равновесных положения и может находиться как вблизи
своего атома кислорода - на расстоянии примерно 1 A, так и
вблизи соседнего атома кислорода - на расстоянии 1,7 A; то
241
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
есть наряду с обычным димером HO-H ... OH2 стабильной
является также и ионная пара HO ... H-OH2; состояние
«протон у соседнего кислорода» характерно для границы
раздела фаз, то есть вблизи поверхности вода-твердое тело
или вода-газ; пространственную связь тройки О-Н ... О, где
чертой обозначена ковалентная связь, а точками водородная, не может быть произвольным, а имеет четкую
пространственную направленность;
- сравнительно низкая прочность водородной связи является
отличительным свойством воды: водородная связь в 5-10 раз
слабее, чем химическая ковалентная связь;
- по силе энергии водородная связь занимает промежуточное
положение
между
химическими
связями
и
межмолекулярными ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями,
которые удерживают молекулы в твердой или жидкой фазе;
энергия водородной связи составляет 5-10 ккал/моль, в то
время как энергия ковалентной связи ОН связи в воде - 109
ккал/моль;
- величины средней энергии (ΔEH ... O) водородных Н ... Освязей между молекулами H2O составляют 0,1067±0,0011 эВ;
- при изменении температуры воды средняя энергия
водородных H ... O-связей в ассоциатах молекул H2O
меняется и поэтому водородные связи в жидком состоянии
воды относительно слабые и неустойчивые - могут легко
возникать и исчезать в результате тепловых флуктуаций;
- водородная связь имеет свойство кооперативности:
образование одной водородной связи способствует
образованию следующей водородной связи, которая, в свою
очередь, способствует образованию следующей водородной
связи и т.д.;
- за счет кооперативных взаимодействий молекулы воды в
жидком состоянии в нормальных условиях (1 атм, 220С)
подвижны и способны совершать колебательные движения,
вращения вокруг своей оси, а также хаотические и
направленные перемещения, за счет чего отдельные
молекулы могут «перескакивать» с одного места в другое в
объеме воды;
- вследствие подвижности молекул воды в водных растворах
возможен аутопротолиз, то есть отрыв протона H+ от одной
242
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
молекулы воды с последующим перемещением и
присоединением Н+ к соседней молекуле H2O с образованием
ионов гидроксония различного состава (Н3О+, Н5О2+, Н7О3+,
Н9О4 и др.)
Наличие водородных связей между молекулами воды
обусловливает формирование у воды «физико-химических
аномалий» в виде уникальных температур кипения, замерзания,
теплоемкости и тому подобное.
Подробнее:
Если рассматривать воду как обычное мономолекулярное соединение
- гидрид кислорода (H2O) в соответствии свойствам аналогов по
шестой группе периодической системы элементов Д.И. Менделеева
(гидрид серы - Н2S, гидрид селена - Н2Se, гидрид теллура - Н2Те), то
вода должна находиться в жидком состоянии в диапазоне температур
от -9000С до -7000С, простая совокупность молекул H2O должна была
бы иметь удельный вес 1,84 г/см3, температура кипения должна была
бы составлять 63,50С, что не соответствует действительности, так как
при нормальной температуре и давлении удельный вес воды равен
1 г/см3, а температура кипения воды 1000С [1, 7, 53].
Водородные
связи
объясняют
физико-химическое
и
биологическое аномальное поведение воды при охлаждении,
кипении, аномально высокую теплоемкость, поверхностное
натяжение и вязкость, что и обусловливает уникальную роль
воды в жизнеобеспечении биологических систем разного уровня
сложности
на
всех
уровнях
протекания
процессов
жизнедеятельности.
Подробнее:
Например: 1) описание аномального поведения воды при охлаждении в
природных условиях: - сначала до уровня температуры 3,980С вода подобно
другим жидкостям постепенно уплотняется, уменьшает свой объем и при
температуре 3,980С имеет наибольшую плотность и наименьший объем
(рис. 3.33-34), что и обусловливает тот факт, что лед остается на поверхности
жидкой воды; - дальнейшее охлаждение воды до 00С и превращение ее в лед
постепенно приводит к увеличению ее объема почти на 10% (не к
уменьшению), что обусловлено формированием и одновременным
существованием в ней двух равновесных фаз - жидкой и квазикристаллической
по аналогии с квазикристаллами, кристаллическая решетка которых имеет не
только периодическое строение, но и обладает осями симметрии разных
243
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
порядков (теория Я.И. Френкеля) - распределение молекул около любой
фиксированной молекулы воды имеет определенную упорядоченность, которая
несколько напоминает кристаллическую структуру, хотя и более рыхлую, и по
этой причине структура жидкости является квазикристаллической или
кристаллоподобной, то есть обладающей симметрией и наличием
упорядоченности во взаимном расположении атомов или молекул [1, 7, 53];
Рис. 3.33. Аномалии температур кипения и замерзания воды по
сравнению с другими соединениями водорода [53].
Рис. 3.34. Зависимость удельного объема льда и воды от температуры
[53].
244
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
2) описание аномально высокой теплоемкости воды в естественных
условиях: - при повышении температуры изменение теплоемкости воды
снижается и в диапазоне физиологических температур (370С) является
минимальной; - при этом в диапазоне физиологических температур (37-410С)
вода находится в состоянии равенства между квазикристаллической и жидкой
массой, и характеризуется максимальной вариабельностью (способность
переходить одна в другую) структуры; - при этом установлена симметрия
прохождения теплоемкости воды через минимум, так как при температуре 200С теплоемкость воды снова принимает минимальное значение [1];
3) описание поверхностного натяжения воды: - водородные связи также
повышают поверхностное натяжение, вязкость водных растворов, так как
нескомпенсированные межмолекулярные силы внешнего слоя воды,
обусловленные квантово-механическим взаимодействием, стремятся сократить
поверхность [1].
Уникальная роль воды в процессах жизнедеятельности живых
систем
имеет
квантово-механическое
обоснование,
обусловливает появление у молекул воды следующих свойств
[7, 50, 60, 64-68, 150, 151]:
- аномальных физико-химических и биологических
свойств;
- способности молекул соединяться с помощью
водородных связей с молекулами других веществ и
биополимеров с их последующей гидратацией и
образованием коацерватов;
- способности молекул к самоорганизации и
образованию водных ассоциатов, фракталов и т.п., а
также
энергонапряженных
фрактальных
кристаллических структур.
Основные квантово-механические особенности строения и
свойства
воды,
которые
обусловливают
возможность
реализации
механизмов
передачи
энергии
между
биологическими молекулами являются следующими [1, 25, 54,
58, 64-68, 80-82, 152-156]:
- пространственная асимметрия молекулы воды
обусловлена первичными электромагнитными параметрами
комбинации двух атомов водорода и одного атома
кислорода, которые определяют структуру молекулы воды
со значительным смещением между отрицательно
заряженной кислородной частью и положительной
водородной частью молекулы и тем самым обусловливают
245
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
другие имеющиеся свойства молекулы воды, выходящие из
этого;
- высокий электрический дипольный момент и магнитный
момент: почти шаровидная молекула воды имеет заметно
выраженную полярность, так как электрические заряды в
ней расположены асимметрично и каждая молекула
является миниатюрным диполем с высоким дипольным
моментом;
- имеет ниавысшую диэлектрическую постоянную среди
всех веществ: в результате высокого дипольного момента
проявляются высокие свойства гидратации всех ионов с
образованием гидратной оболочки; растворимые вещества,
попадая в воду, делятся на все более мелкие частицы,
вплоть до молекул и ионов, образуются гидратированные
частицы растворенных веществ, которые и принимают
участие в различных химических реакциях;
- амфотерные свойства: благодаря способности воды к
ионизации она может выступать как в роли кислоты, так и
в качестве основания, а также может быть в когерентном и
некогерентном состояниях (L-, R-спиновые поляризации);
некогерентная вода достаточно просто удерживает
электроны и может рассматриваться как слабый
окислитель, и молекулы воды могут превратиться в ион
Н2О-; в случае когерентного состояния вода легко отдает
электроны и образуется ион Н2О+;
- диссиметрия структуры: кислородная часть молекулы
обладает отрицательным зарядом, а водородная положительным. Оба эти заряда смещены относительно
друг друга таким образом, что молекула воды представляет
собой электрический диполь и вместе с тем она имеет
магнитный момент; именно благодаря пространственной
асимметрии проявляется большинство других свойств
воды; любой живой организм состоит по массе на 70% из
воды, а остальное - органические и неорганические
вещества, таким образом дисиметрия воды также участвует
в формировании дисимметрии и хиральности живых
биологических структур, как одного из свойств живой
материи (закон Пастера Кюри- Вернадского); воду можно
разделить различными способами на две составляющие,
246
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
которые не являются идентичными и самостоятельными
системами, не коррелируют по своим физико-химическим
свойствам между собой;
является
сложной
системой,
способной
к
самоорганизации: полярность молекул воды, наличие у них
частично некомпенсированных электрических зарядов
создает
группировки
молекул
структуры
межмолекулярных ассоциатов воды (кластеров) с общей
формулой (Н2О)n, кластерные ионы [(Н2О)n]+ и [(Н2О)n]-,
жидкокристаллические структуры, фрактально-кластерные
дисимметрические системы, тому подобное; полностью
соответствует формуле Н2О только вода, находящаяся в
парообразном состоянии, поскольку в температурном
интервале от 0 до 100°С концентрация отдельных
мономерных молекул жидкой воды составляет <1%, а все
остальные молекулы объединены в ассоциаты различной
степени сложности, и их состав описывается общей
формулой Н2Оx; причиной образования ассоциатов
являются водородные связи, возникающие между ядрами
водорода одних молекул и электронными «сгущениями» у
ядер кислорода других молекул воды;
- способность к эмиссии фотонов/люминесцированию:
свойство проявляется в разной степени в зависимости от
энергетического состояния атомов молекул воды, состава
воды,
отражает
динамику
процессов,
которая
сформировалась в водной системе под влиянием
определенных энергезированных факторов воздействия
внешней среды; наиболее отчетливо эмиссия фотонов как
параметр отображения полевых характеристик воды
проявляется для природной воды, в отличие от
обработанной водопроводной воды, которая практически
не имеет собственного свечения, что подтверждено
экспериментально
с
помощью
фотографической
регистрации такого излучения и его усиления при
возбуждении высокочастотного электрического разряда
над каплей;
- свойства электропроводности, сверхпроводимости,
осцилляции, передачи энергии и заряда и т.п.:
функционирование
живой
биологической
системы
247
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
происходит синхронно и при этом определяются характерные
частоты в сверхвысоком частотном (СВЧ) диапазоне
электромагнитных волн, которые определяют временные
параметры жизненных процессов. Такие же частоты
проявляются при исследовании обычной воды в спектрах
СВЧ-резонансного взаимодействия низко интенсивного
электромагнитного излучения с водной средой.
Вода проявляет магнитные свойства, дисимметрию и феномен
спин-изомерии, и соответственно может быть в орто- и
парасостояниях
(рис.
3.35),
обладающих
различными
физическими свойствами взаимодействия с биополимерами
живых систем и влияния на магнитные свойства биополимеров.
Рис. 3.35. Схематическое изображение орто-изомера (а) и параизомера (б) воды. Стрелки указывают направление спина протона
[32].
Подробнее:
Установлено, что [6, 24, 25, 54, 61, 139, 159, 160, 173]:
спин-изомерия воды - это физический феномен, обусловленный наличием
магнитного момента и различным направлением спина ½ протонов в молекуле
воды;
- молекула воды имеет в составе два протона, каждый из которых имеет
спин ½ в двух возможных спин-изомерных состояниях - с однонаправленной
ориентацией вращения (орто-изомер) и с противоположно направленной
ориентацией (пара-изомер). В соответствии с этим имеет место диссиметрия, то
есть у природной воды существуют два типа структур - два изомера: -орто-вода
248
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
с суммарным спином молекулы, равным единице, и пара-вода, с суммарным
спином молекулы, равным нулю. Это состояние соответствует выполнению
запрета Паули на существование в молекуле двух протонов в одинаковом
спиновом состоянии, и для водорода Н2 теоретически доказано, что при нуле
градусов Кельвина в равновесном состоянии все изомеры водорода - это параизомеры (пара Н2) и, что учет взаимодействия магнитных моментов,
имеющихся у протонов в молекуле водорода, вносит в уравнение Шредингера
небольшую нелинейность, благодаря которой возникает конечная вероятность
пара-орто-конверсии (~10-10). То есть водород приобретает возможность
переходить в орто-положение (орто-Н2), увеличивающаяся при повышении
температуры [115]. При этом, благодаря доказанности близости квантовомеханических свойств водорода и воды, общие представления о спин-изомерии
водорода были распространены и на воду. Соответственно принято считать, что
при температуре t>0 К равновесное соотношение между пара- и ортоизомерами воды постепенно смещается в сторону увеличения концентрации
ортоизомеров, и при Т≈300 К оно может составлять 1:3.
- энергетическое различие между спин-изомерами воды подтверждена
экспериментально методом оптической спектроскопии: орто- и пара-изомеры
воды отличаются друг от друга системами энергетических уровней; ортоизомеры воды имеют первый электронный уровень - вращательный, и все
ротационные квантовые числа принимают только нечетные значения, а в параизомеров все ротационные квантовые числа - четные, и первый из
вращательных уровней лежит выше основного, колебательного [59];
- для пара-воды, в которой волновые функции электронов
перекрываются, и, таким образом, электроны не дают вклада в ее магнитность,
все наблюдаемые магнитные эффекты будут определяться только ее протонами
[8];
- следствием различий электронных уровней орто и пара-изомеров воды
является их разная подвижность, а именно орто-изомеры воды осуществляют
непрерывные вращательные движения, а пара-изомеры менее подвижны и
характеризуются большей способностью к адсорбции и образования
комплексов;
- по сути, несмотря на одинаковую молекулярную формулу, орто- и параизомеры имеют различные физико-химические свойства, различную
пространственную организацию, по-разному влияют на свойства живого
организма;
- изометрия природной воды является ценным свойством для
дисимметричных структур живых биологических систем, благодаря чему
молекулярные структуры организмов могут избирательно присоединять к себе
или создавать для себя водную среду той или иной пространственной
ориентации;
- считается, что в результате хиральности молекул живого, диссиметрия
присоединенных водородных структур является необходимым условием для
протекания определенных клеточных процессов;
249
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- получены экспериментальные подтверждения того, что различия
свойств орто- и пара-воды проявляются и в ее конденсированном состоянии
(например, при растворении ДНК в воде на поверхности биополимера
сорбируется пара-вода, а орто-вода остается в жидкой фазе [23]);
- экспериментально было установлено, что при сорбции воды на
цеолитах, которые являются катализаторами ортопара-конверсии, конверсия
может усиливаться, в результате чего цеолиты, которые не обладают
собственным магнетизмом, в присутствии воды начинают проявлять
парамагнитные свойства (например, парамагнитность цеолитов во влажной
среде нарастала со временем, и через 48 часов величина магнитной
проницаемости влажного цеолита увеличивалась в 20 раз [101-102]) при
экстраполяции этих данных на живые системы, можно сделать вывод, что паравода, которая сорбируется на поверхности биополимеров, способна приводить
к изменению их магнитных свойств;
- магнитные эффекты водных структур еще не изучены теоретически, но
многочисленные экспериментальные свидетельства о зависимости жизни на
Земле от ее магнитного поля и его флуктуаций подтверждают существование
таких эффектов;
- в экспериментальных условиях диссиметрия молекул воды может быть
подтверждена при мембранном электролизе (разделение воды на кислотную и
щелочную), при когеренизации воды с помощью чипов (левовращающий и
правовращающий), визуально при исследовании с помощью поляризационного
микроскопа закристаллизованного осадка водных образцов этих фракций; при
когеренизации разделение природной воды на фракции связано с наличием в
когерентном состоянии особого типа молекулярных формирований, которые
образуют, очевидно, лево- и право- ориентированные спирали из
гексагональных плоскостей, которые могут представлять структурные
элементы когерентных доменов в возбужденном состоянии и будут
энантиоморфными/хиральными (не имеющие центра и плоскостей симметрии),
оптически активными объектами. Поэтому принято считать, что отдельные
молекулы воды не могут отвечать за диссимметрию. За диссимметрию могут
отвечать только достаточно долго существующие водные структуры,
формирующиеся
при
наличии
относительно
стабильного
поля,
стимулирующего активацию вихревых/спиновых возбуждений когерентных
доменов.
В живых биологических системах вода категорически всегда
содержит большое количество других веществ, взаимодействует
с ними, находится под их влиянием и влияет на них, что
собственно меняет и определяет уникальность процессов
самоорганизации и особых свойств воды в живых
биологических системах.
250
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Подробнее:
Известно, что [52; 125, 133, 134, 152-157, 180, 182]:
Даже жидкая идеальная вода - это сложная по составу ассоциированная
жидкость, состоящая из ассоциативных групп, которые содержат от 3 до 21 и
более (в некоторых моделях несколько сотен) отдельных молекул Н2О [106].
При комнатной температуре степень ассоциации воды может варьировать от 3
до 6 и более молекул Н2О.
В 1993 году К. Джордан (США) были рассчитаны структурные
модификации устойчивых кластеров воды, состоящие из 6 молекул [56]. Эти
кластеры могут объединяться друг с другом, а также со свободными
молекулами воды за счет экспонированных на их поверхности водородных
связей, образуя пространственные межмолекулярные ассоциаты, состав
которых выражается общей формулой (H2O)n, где n=3-21.
Рис. 3.36. Кластеры воды по формуле (H2O)n, где n=6 [52].
Рис. 3.37. Схема образования сложных кластеров воды [52].
251
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Жидкая вода - это динамическая, ассоциированная
неоднородная 2-х фазовая жидкость с ближним порядком, то
есть с упорядоченностью во взаимном расположении атомов и
молекул, который (в отличие от дальнего порядка) повторяется
на расстояниях, сравнимых с расстояниями между атомами.
Подробнее:
В отличие от кристалла льда, в жидкой воде водородные связи легко
разрушаются и быстро образуются вновь, что делает структуру воды
непостоянной, изменчивой во времени, с неоднородностями в структуре, что
характеризует воду как ассоциированную неоднородную 2-х фазовую жидкость
с ближним порядком.
Жидкость воды, как и твердое тело, является динамической системой:
атомы, ионы или молекулы, сохраняя ближний порядок во взаимном
расположении, участвуют в тепловом движении, характер которого гораздо
сложнее, чем в кристаллах. Беспорядочное движение молекул жидкой воды
приводит к непрерывному изменению расстояний между ними. Статистический
характер упорядоченного расположения молекул жидкости воды приводит к
флуктуациям - непрерывным отклонениям, происходящим не только от средней
плотности, но и от средней ориентации, так как молекулы воды способны
образовывать группы, в которых преобладает определенная ориентация. Чем
меньше величина этих отклонений, тем чаще они встречаются [125].
В живых биологических системах вода в жидкой фазе находится
в
связанном
виде
с
органическими
молекулами,
неорганическими
веществами,
а
также
и
в
виде
самоорганизующихся фрактальных структур/кристаллов.
Самоорганизация молекул воды в жидкой фазе под
фрактальные структуры описывается положениями нелинейной
модульной кристаллографии.
Подробнее:
Прогресс научной мысли в кристаллографии доказал необходимость
иных подходов в изучении кристаллических решеток органических молекул.
Кристаллограф Дж. Д. Бернал (англ. John Desmond Bernal; 1901-1971,
Англия) в ходе выполнения структурного анализа кристаллов белков
установил, что для описания процесса кристаллизации таких молекул
необходим новый, более общий подход - так называемая «обобщенная
кристаллография», которая будет включать классическую кристаллографию как
частный случай [6, 7].
Кристаллограф
А.Л.
Маккеем
(Англия)
развил
эту идею,
систематизировав характерные черты обобщенной кристаллографии, назвал ее
«новой наукой о структуре вещества на атомном уровне» и сформулировал
252
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
постановку задачи, перечислив проблемы нахождения таких структур,
требующих математического решения. Но поскольку в основе самоорганизации
органических молекул лежат нелинейные процессы, то долгое время
отсутствовало аналитическое решение поставленных задач обобщенной
кристаллографии [76, 161].
В 1990 году Н.А. Бульенков (СССР-Россия) разработал математический
аппарат для решения задач обобщенной кристаллографии и ввел в
кристаллографии новый критерий - так называемый «кристаллический
модуль», с помощью которого в системе достигается «полная связанность» всех
составляющих ее атомов [13-21, 72, 73, 130, 131]. Н.А. Бульенков
сформулировал принципы модульного дизайна и соответствующие алгоритмы
для расчета кристаллических структур, в том числе и по кристаллизации воды.
Указанное позволило решить проблему достижения полной связанности при
самоорганизации апериодических структур. Н.А. Бульенков показал, что
апериодические структуры невозможно достоверно изучать теоретическими и
экспериментальными методами, принятыми в классической кристаллографии.
Он разработал решение проблемы, заключающееся в отказе от представления о
кристаллической решетке и предложил рассматривать такие нелинейные
кооперативные преобразования в виде растущих кристаллических модулей без
нарушения связанности их структуры и изменения их собственной евклидовой
природы, обеспечивающей сплошное заполнение ими трехмерного евклидова
пространства.
Кристаллический модуль - это центр, в котором все атомы находятся в
узлах граней и ребер, но нет атомов внутри нее. При этом кристаллические
структуры строятся в любом неевклидовом пространстве (например, в
сферическом или гиперболическом) с наложенным на них условием «полной
связанности», то есть полного заполнения атомами евклидова пространства.
Отказ от основополагающего для классической кристаллизации принципа
«минимума свободной энергии» - это главное отличие модульной
кристаллографии, потому что было показано, что принцип «минимума
свободной энергии» относится только к частному случаю сплошных
однородных кристаллических структур с равновесной решеткой, полностью
заполняющих трехмерное евклидово пространство. В общем же случае (по сути
в живых биологических системах) кристаллические структуры, для которых
учтены все химические связи, включая и слабые, соответствуют критерию
полной связанности структуры, заполненной кристаллическими модулями
Н.А. Бульенкова. Суть нововведения Н.А. Бульенкова заключалась в том, что в
зависимости от правильности роста формы кристаллов, в них могут возникать
либо не возникать энергонапряженные связи [29-35].
Кристализия воды в живых биологических системах происходит
в
соответствии
с
принципом
возникновения
энергонапряженности связей в кристаллах.
253
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Подробнее:
Объяснение принципа возникновения энергонапряженных связей в кристаллах
[13-21, 29-31, 72, 73, 130, 131]:
- собственно, трехмерное евклидовое пространство характеризуется
тем, что в нем сумма углов треугольника (α+β+γ) всегда равна 180°
независимо от увеличения размеров треугольника, а расстояния
между двумя любыми точками измеряются по прямой, их
соединяющей;
- в трехмерных неевклидовых пространствах - S3-сферическом и
Н3-гиперболическом сумма углов треугольника не равна 180°,
разница δ=(α+β+γ)-360° меняется по мере подобного увеличения
размеров треугольников, а расстояния между вершинами
треугольников измеряются по кривым, что соединяют эти вершины
(в S3- по выпуклым кривым, в Н3- по вогнутым);
- для кристалла, растущего в одном из этих пространств (например,
в S3-пространстве), согласно принципу полной связанности
расстояния между атомами (длины связей) будут увеличиваться по
мере удаления от точки начала роста, а сами связи в евклидовом
пространстве будут выглядеть криволинейными (изогнутыми) и
длиннее - это значит, что в процессе роста кристалла из молекул
имеет место возникновение жестких и гибких химических связей с
формированием упругих деформаций;
- для возникновения и поддержания возникающих упругих
деформаций
в
процессе
роста/существования
кристалла
соответственно будут необходимы затраты энергии для
обеспечения и поддержания возникших упругих напряжений
(ΔЕ>0), а следствием такой кристаллизации станет образование
энергонапряженности таких кристаллических структур; то есть если
кристаллический
модуль
совпадает
с
классическим
кристаллическим центром, чередование связи между атомами в
растущем кристалле происходит без изгибов, согласно законам
линейного упорядочения, то это не требует дополнительных затрат
энергии, а наоборот имеет место ее высвобождения в результате
упорядочения структуры при росте кристалла (ΔЕ>0) (например,
кристаллизация льда из воды в природных условиях среды
сопровождается высвобождением энергии), а если кристаллический
модуль не совпадает с классическим и в нем при кристаллизации
должны возникать изгибы в связях, то наоборот для этого процесса
потребуются дополнительные расходы внешней энергии на
формирование и поддержание таких деформаций - то есть без
поступления энергии кристалл не сможет образоваться и
существовать.
254
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Способность молекул воды к самоорганизации именно в виде
энергонапряженности фрактальных кристаллов является
ключевым свойством, которое обуславливает энергообеспечение
молекулярного уровня и реализацию феномена жизни в живых
биологических системах, включая человека [29-35].
В природе молекулы воды в зависимости от внешних условий
(однородность массива жидкой фазы, концентрация примесей,
температура и давление), соответствующих условию фазового
перехода, могут образовывать как энергоненапряженные (лед),
так и энергонапряженные кристаллические структуры
(фрактальные структуры in vivo), имеющие принципиальное
значение для функционирования живых биологических систем
[97, 100, 128].
Подробнее:
Кристаллы льда - это энергоненапряженные кристаллы, образовавшиеся в
соответствии с принципом «минимума свободной энергии», и которые при
неизменных параметрах внешней среды самопроизвольно разрушиться не
могут, а требуют для разрушения радикального притока к ним внешней энергии
(тепла). Фазовый переход {жидкость (вода) ↔твердое тело (лед)} является
примером термодинамики открытых неравновесных неживых природных
систем.
Особенности кристаллизации льда [29-35, 163]:
- согласно классической кристаллографии при нормальном давлении и
температуре 0°С континуальная вода образует лед с гексагональной структурой
(лед Н1), при большом давлении и соответственно измененных температурах
могут образовываться льды с другими решетками (открыто 14 модификаций
льда в зависимости от формы кристаллической решетки);
различные
льды является аттракторами самоорганизации,
соответствующие различным состояниям внешней среды; -экспериментальное
изучение свойств молекул воды к организации открыло ее способность к
образованию при высоком давлении (10-40000 атм) и низких температурах
(-23°C) в углеродных нанотрубках диаметром 1,35-1,90 нм спиральных
структур льда вроде двойной спирали ДНК (рис. 3.38), что демонстрирует
значительные «пластические» свойства молекулы воды в возможностях
образования кристаллических структур.
255
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.38. Кристаллические структуры воды, которые
напоминают спираль ДНК в нанотрубках по данным компьютерного
моделирования [162] (диаметр нанотрубки 1,35-1,90 нм; давление
10-40000 атм, температура -23°C): а) - общий вид структуры
кристаллической воды в нанотрубках; б) - внутренняя стенка
структуры воды.
Молекулы воды способны в конденсированном состоянии
образовывать пространственно-сетчатые каркасы с другими
молекулами воды и другими веществами, а также формировать
короткоживущие квазикристаллические энергонапряженные
структуры, поскольку каждая молекула воды имеет четыре
центра образования водородной связи (две неразделенные
электронные
пары
у
атома
кислорода
и
два
некомпенсированных заряда у атомов водорода). Данная
способность является принципиально важной, продолжает
изучаться и именно она определяет многообразие возможных
состояний воды в природе.
Подробнее:
В конденсированной фазе в воде постоянно происходит процесс
самоорганизации ее молекул, при котором формируются квазикристаллические
энергонапряженные структуры воды.
Особенности образования энергонапряженных водных кристаллов
in vitro [7, 97, 100, 112, 170]:
- поскольку кристаллизация, даже энергонапряженная, оказывается более
упорядоченным состоянием по сравнению с жидкой водой, то в процессе
кристаллизации также выделяется теплота фазового перехода, которая
некоторое время поддерживает существование энергонапряжённой структуры
внутри жидкой фазы;
- время существования энергонапряжённой структуры внутри жидкой
фазы
является
непродолжительным
кристаллическая
структура,
256
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
просуществовав несколько наносекунд, разрушается тепловым движением
окружающих молекул жидкой воды;
- таким образом, в объеме жидкой фазы воды постоянно возникает и
разрушается множество различных энергонапряжённых кристаллов воды,
которое можно рассматривать как существование в воде «мерцающих
кластеров»;
- наличие в воде примесей химически активных молекул даже в малых
концентрациях (≥ 10-10) обычно сокращает время жизни таких структур,
приближая воду к континуальному состоянию, близкому к тому, которое
описывается в модели Дж. Бернал и Р. Фаулера как «сетка водородных связей».
Законы классической кристаллографии категорически не
пригодны для объяснения принципов самоорганизации молекул
воды в живых биологических системах, так как вода в
цитоплазме живой клетки не является континуальной
жидкостью и имеет высокую концентрацию растворенных
веществ, которые «связывают» молекулы.
Вода in vivo находится принципиально в других условиях,
которые кардинально меняют многие ее свойства (например,
экспериментально наблюдается снижение электропроводности
протоплазмы (цитоплазмы) по сравнению с физиологическим
раствором и т.д.):
-температура цитоплазмы для большинства живых организмов выше
0° С;
- вода с полимерами в живых системах образует коацерваты, то есть
находится с ними в столь едином состоянии, что теряет при этом
свою растворяющую способность.
Подробнее:
Цитоплазма
клетки
заполнена
клеточными
органеллами
и
биополимерами, малыми органическими молекулами и ионами. При этом все
они расположены очень близко друг к другу и часто разделены только
расстояниями, которые соответствуют нескольким монослоям воды. Под
микроскопом цитоплазма выглядит как хаотическое скопление клеточных
элементов, которые находятся в клетке в непрерывном движении. Биополимеры
в цитоплазме расположены достаточно близко друг к другу, но при этом все
они разделены по крайней мере несколькими монослоями воды, которые
испытывают на себе влияние поверхностей биополимеров. Эти монослои
позволяют молекулам свободно «скользить» относительно друг друга. Из
вышеприведенных данных о структуре цитоплазмы следует вывод, важный для
дальнейшего рассмотрения - в цитоплазме клетки нет (или очень мало) жидкой
воды, которую можно было бы считать «связанной». Вода, активно и по257
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
разному взаимодействует с гидрофобными и гидрофильными поверхностями
биополимеров, стабилизирует их нативную структуру, и при этом структура
воды в различных поверхностях биополимеров также принципиально меняется.
Гидрофобные взаимодействия ведут к увеличению плотности воды в виде
слоев, параллельных гидрофобным поверхностям, но относительно
гидрофильных взаимодействий единого мнения не существует [32-35].
Самоорганизация молекул воды в живых биологических
системах происходит в их внутренней среде - как правило, в
цитоплазме. Поскольку комплекс параметров in vivo во
внутренней среде/цитоплазме полностью отличается от
комплекса параметров в массиве чистой (однородной,
континуальной) воды, то экстраполяция на живые системы
результатов экспериментов, проводимых in vitro с достаточно
разбавленными водными растворами биополимеров, а также
изучения
конформации
биополимеров
компьютерным
моделированием на основании данных относительно их
первичных структур, полученных масс-спектрометрическим
методами, не могут быть объективными и правомерными.
Подробнее:
Г. Линг, считал факт связывания воды биополимерами наиболее важным
параметром в молекулярной биохимии и утверждал, что не учитывание роли
водной среды и вытекающее из этого ошибочная трактовка функций клеточных
органелл и цитоплазмы клетки ведут биологию к неизбежному краху. Идея
«связанности» воды была признана многими биологами. Е. Бауэр в
«Теоретической биологии» [4], писал о жидкой среде клетки как о
коллоидальном водном растворе и называл «живым веществом» биомолекулы с
упорядоченным распределением молекул воды в пограничном слое.
Д.Н. Насонов [83], А.С. Трошин [113], А. Сент-Дьордьи [103, 179], Г. Линг [71],
Е. Гудичи [138] и В. Воейков [184] предлагали различные модели «связывания»
воды вблизи поверхности биомолекул. Дж. Поллак предложил идею
цитоплазмы в виде связанной воды, представляя ее как гель, в котором
связанность определяется физической адсорбцией на поверхности
биополимеров, а все конформации белков происходят из-за изменения физикохимических свойств этого геля. Г. Линг предлагал механизм связывания воды
через электрические свойства ее диполей и т.п. Однако физические механизмы
процесса «связывания» воды оставались не разработанными, что и было
препятствием для дальнейшего продвижения идеи в фундаментальное
естествознание соответствующего исторического периода [32-35].
258
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
На сегодняшний день процессы самоорганизации воды в
цитоплазме живых биологических систем является уже
описанными с привлечением более сложных алгоритмов,
разработанных для нелинейной модульной кристаллографии
воды и учитывающие ближайшее к данной молекуле водное
окружение (пáрные потенциалы), коллективные процессы для
всей водной среды.
Установлено, что вода является тем растворителем, на котором
растут биокристаллы в виде раствора низкомолекулярных солей
и полиэтиленгликоля. На ее долю в биокристалле приходится
35-80 об. % [19].
Роль воды/водного раствора в самоорганизации белковых
кристаллов заключается в следующем [19, 88]:
- заполнение пространства между крупными
белковыми
молекулами,
поскольку
укладка
биомолекул в кристалле рыхлая с образованием
полостей;
- вода является квантово-механической основой роста
и существования биокристалов (например, кристаллы
белков при высыхании разрушаются);
- способствует формированию вторичной и третичной
(глобулярной) структур белка, так как участки
молекулы с гидрофильными неполярными остатками
стремятся экранироваться от водного раствора, а
участки с гидрофильными - проконтактировать,
образуя водородные связи и гидратационную
оболочку;
- структуры связанной с биополимерами воды влияют
на способ их укладки.
Основным элементом самоорганизации воды во фрактальные
кристаллы является структура, получившая в кристаллографии
воды наименование «спираль 30/11», и которая составляет
основу структуры гидратационных оболочек биополимеров
живых биологических систем.
Подробнее:
Установлено, что [19, 77]:
- согласно компьютерной модели (рис. 3.39) спираль 30/11 представляет собой
трубку с внутренним диаметром около 3,2 нм по кислородному каркасу, внутри
и снаружи выложенному протонами;
259
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- повторяющаяся единица спирали состоит из двух молекул воды, а при
присоединении тридцати повторяющихся единиц она прирастает на
одиннадцать полных оборотов, что соответствует длине/периоду вдоль ее оси
А30=44,12 А при длине водородной связи 2,75 А (рис. 3.39 вверху);
- поскольку протоны обладают магнитными моментами, эта структура является
парамагнитной и способна взаимодействовать с внешними магнитными
полями, в том числе с магнитным полем Земли;
- 12 спиралей могут пересекаться в кластеры из 27 молекул воды, с помощью
так называемого Т-узла; при этом каждая центральная молекула этого кластера
принадлежит каждой из спиралей и образуется решетка с ребрами (рис. 3.39,
внизу).
Рис. 3.39. Компьютерная модель фрагмента энергонапряжённого
кристалла воды - спирали 30/11 в продольном виде и ее
псевдопериоды (вверху) в виде решетки с ребрами из спиралей 30/11
с углами между ребрами 90о в (внизу) [19].
260
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.40. Компьютерная модель фрагмента энергонапряжённости
кристалла воды - спирали 30/11: разделение спирали 30/11 на две
спирали 15/4 из черных и серых атомов (а) замена одной спирали 15/4
на молекулу полиэтиленгликоля (б); вид перпендикулярно общей оси
спиралей (в); вид продольно общей оси спиралей (г); пунктир водородная связь, сплошная линия - ковалентная связь [19].
Считается, что кристаллизация белков происходит с
формированием связанной водной решетки с ребрами из
спиралей 30/11.
Подробнее:
Установлено, что [19, 140, 141, 187, 188]:
- параметры структурированной водной
параметрами молекулярной ячейки кристалла
261
решетки совпадают с
белка и оказываются
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
дисконтинуальнимы и фрактальными; то есть условно большие ячейки могут
быть разбиты на более мелкие ячейки спиралями 30/11, выходящими из
основных ребер решетки через меньшие псевдопериоды;
- возникновение такой решетки объясняет такие свойства кристаллов
белков, как низкая плотность заполнения ячеек биокристаллов белками
(до 20 об.%), возможность разнообразного расположения в ячейках молекул
белка в зависимости от условий формирования кристалла белка, возможное
наличие у них широких пустых каналов, заполненных молекулами воды,
значительный полиморфизм биокристаллов благодаря разнообразию таких
решеток;
- стабилизация ребер (спирали 30/11) ячеек, занятых биомолекулами,
происходит за счет биополимеров и мелких ионов-осадителей, а в больших
плоскостях - за счет более длинных молекул полиэтиленгликоля путем
фиксированного встраивания в структуру спирали 30/11 в качестве одной или
двух составляющих спирали 15/4, что видно на карте электронной плотности
при моделировании (рис. 3.40 б-г);
- разбивка периодов решетки биокристаллов на псевдопериоды
подчиняется принципу пропорции золотого сечения;
- при этом ребра такой решетки могут быть элементами структуры
гидратационных оболочек и крупных-мелких биомолекул раствора (например,
гидратация полиэтиленгликоля - рис. 3.40 (б-г)).
Энергонапряженые фрактальные водные структуры являются
основной формой организации воды в живых биологических
системах, включая человеческий организм.
Подробнее:
В 1990 году было открыто А.Н. Бульенковым, что водные фрактальные
энергонапряженные кристаллы детерминированы и постоянно образуются в
жидкой фазе воды при температурах, существенно превышающих температуру
фазового перехода классической кристаллизации.
Благодаря работам А.Н. Бульенкова было научно доказано, что согласно
принципам
обобщенной
кристаллографии,
возможно
образование
кристаллических состояний воды в более широком наборе параметров сред,
чем это считалось ранее в классической кристаллографии. При этом квантовомеханические свойства воды позволяют ей конструировать сложные
фрактальные формы, которые обладают парамагнитными свойствами, в том
числе принимать (рис. 3.41) и без затраты транспортировать когерентную
энергию - солитоны [14, 17, 18, 88, 189].
262
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.41. Схема протонной упорядоченности в структуре протонного
слоя воды: цепочки давыдовских солитонов на обеих сторонах
поверхностного слоя (слева) возникновения двойного электрического
слоя в структуре поверхностного слоя воды при соответствующем
благоустройстве атомов водорода [18]: нумерация атомов кислорода
соответствует рис. 3.10 и является другим его плоскостным
отражением.
Подробнее:
Согласно работ [18] триплеты из 20 молекул H2O (рис. 3.11 б) можно
объединить между собой общими инвариантными (t-h) гексациклам,
выделенным на рис. 3.42 а, в связанную двумерную дисконтинуальну
кристаллическую структуру (G32 P622, a=10,2 Å при длине H связи, равной
2.75 Å) (рис. 3.42 а, б). Но в результате неизбежно возникающих напряжений
при соединении кластеров из неевклидовых триплетов координаты
эквивалентных атомов будут несколько менять свои значения и поэтому для
этого типа кристаллов невозможно воспользоваться симметрийным
размножением координат точек. На рис. 5 г показан разрез такого слоя
толщиной ~ 5 Å, состоящего из периодически повторяющихся каналов
спиралей 30/11, подкрученных и поэтому соответствующих формуле 8/3.
Спирали компланарны поверхностному слою воды, а их оси, указанные
на рис. 3.42 б прямыми линиями, образуют гексагональную сетку - кагоме.
263
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис
3.42.
Схема
компьютерного
моделирования
энергонапряженности фрактальных структур воды in vivo:
гексоганальний кластер из шести кодонов, соединенный смежными
твист-ваннам с гексагональным каналом в центре (а); двумерный
кристаллический аппроксимант поверхностного слоя воды с
показанной прямыми линиями сеткой-кагоме из осей каналов
спиралей 30/11 (б); гексагональные кластеры второго слоя (жирные
линии), возвращены на ~30° относительно первого слоя (в);
поперечный разрез первого слоя (вид вдоль одного из трех
направлений осей каналов) с присоединенным к нему через плоский
гексагон гексагональным кластером второго слоя (г) [18]: триплет, из
которого образован гексоганальний кластер на рис. 3.11 б (см. С.188).
Особенности
образования
водных
энергонапряженных
фрактальных нитевидных кристаллов, соединенных на основе
фрактальной спирали 30/11 [12-22, 169]:
- водные энергонапряженные фрактальные нитевидные
кристаллы с периодически повторяющимися элементами
(спиралями 30/11) могут образовываться даже при
отсутствии
массива
жидкой
фазы,
при
дисконтинуальности среды и в условиях, при которых
молекулы к растущей кристаллической структуре
поступают неравномерно во времени (данное как раз
соответствует фактическим условиям среды цитоплазмы
живых систем);
264
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- при этом поступления/подход молекул (димеров) воды
к растущим кристаллическим нитям оказывается
затрудненным по сравнению с массивом чистой воды и
«нити» растут в последовательности неравномерных во
времени элементарных актов присоединения новых
элементов к кристаллической структуре;
- валентные связи воды допускают возможность роста
боковых нитей того же типа 30/11;
- объемные параметрические фрактальные структуры
воды,
образующиеся
при
этом,
чрезвычайно
разнообразны поскольку собранны по различным
алгоритмам сплетения групп;
- с точки зрения фазового состояния вещества
(упорядоченная,
долгоживущая)
эти
модульные
структуры следует относить к «твердому телу», в связи с
чем они получили название «фрактальные кристаллы»;
- поскольку фрактальная водная структура - это кристалл,
то есть имеет твердотельную структуру, то на его
существование не влияет температура среды (до тех пор,
пока к нему поступает энергия, он не может
«замерзнуть» при обычных температурах замерзания
воды или «расплавиться»);
- структурированная фрактальнокристаличиская вода
отличается от привычной нам [органам чувств людей]
жидкой воды, не имеет проводимости в ее обычном
физико-химическом смысле, заполняет более чем на 90%
физические тела живых биологических организмов;
- слабые водородные связи, объединяющие структурные
единицы водного энергонапряженного фрактального
кристалла, позволяют ему реагировать на внешние
воздействия, в том числе на электромагнитные поля
низкочастотного диапазона, не меняя существенно
строения частей системы;
- фрактальные энергонапряженые кристаллы воды,
которые образуются в цитоплазме живых клеток,
соединяются с биополимерами водородными связями;
при этом для белков наиболее энергетически выгодной
является присоединение воды к группе N-H пептидной
связи белка;
265
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- при росте протяженного фрактального кристалла,
который непрерывно происходит при последовательном
поступлении молекул к растущей структуре благодаря
взаимодействию
слабых
связей,
имеет
место
иерархическое изменение строения уже сложившихся
уровней под влиянием вновь возникающих;
- энергонапряженный кристалл, который образуется в
цитоплазме клетки испытывает постоянную «атаку»
химически активных примесей и может долго
существовать и даже продолжать расти только в том
случае, если он соединен с источниками энергии,
которыми в живой клетке являются биополимеры;
- фрактальные энергонапряженные кристаллические
водные системы, которые соединены с биополимерами
водородными связями, могут, хоть и видоизменяя
постоянно свое строение в результате атак химических
примесей, тем не менее, существовать столько, сколько
существует сама живая клетка;
- структура каркаса водной спирали 30/11 представляет
собой полую трубку с внутренним диаметром 3,2 нм,
организованную атомами кислорода; при этом протоны
покрывают ее внутреннюю и внешнюю поверхности
(рис. 3.39-40 (а)), что обуславливает наличие
выраженных парамагнитных свойств и может объяснять
механизм возникновения внутреннего напряжения в
кристаллической решетке водных энергонапряженных
кристаллов живых биологических систем, влияние на их
поведение (ориентацию, направление роста, скорость
сближения в растворе, на транспорт в них солитонов и
т.д.) внешнего магнитного поля Земли;
- доказательное описание механизмов влияния
магнитного поля Земли на водные фрактальные системы
живых биологических систем и на организмы в целом
продолжает разрабатываться магнитобиологией и пока
требует проведения дальнейших экспериментальных и
теоретических исследований;
- биополимеры способны удержать на своей поверхности
большое количество по числу молекул кристаллических
структур воды; при этом структуры воды, которые не
266
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
замкнуты молекулами, способны благодаря квантовомеханическим
особенностям
своего
строения
осуществлять дальнодействующую энергетическую связь
биоактивных молекул с их резонансными партнерами in
vivo.
В живых биологических системах энергонапряженные
фрактальные кристаллические нитевидные структуры воды,
поддерживаются энергией, поступающей от биополимеров,
образуют большие, постоянно нарастающие иерархические
структуры, объединяющие множества молекул воды, находясь в
динамическом балансе между противоположными процессами
разрушения (вследствие воздействия химически активных
веществ цитоплазмы) и ростом разветвленных структур, что
опять таки обусловливает наличие как структурированной, так и
не структурированной воды [32-35].
В клетке соотношение между структурированной и
неструктурированной долями воды зависит только от
интенсивности потоков энергии, протекающих в ней [32-35].
Физико-биологическое
значение
фрактальных
энергонапряженных кристаллических водных структур живых
биологических
систем
заключается
в
возможности
нехимического
дальнодействующего
резонансного
взаимодействия биополимеров через общую иерархическую
структуру организованной воды живого организма.
Подробнее:
Установлено, что [32-35, 104, 170, 171]:
- если к молекуле биополимера поступила некогерентная энергия от АТФ и
была превращена в солитон, то на молекулярном уровне у энергии,
поступившей на биополимер и преобразованной в солитон есть два варианта
дальнейшего пути - передвигаться по цепи биополимера дальше (первый
вариант) и перейти с биополимера в среду, которая окружает биополимер - на
молекулы воды (второй вариант);
- схема фрагмента межмолекулярной организации биополимеров и воды in vivo
представлена на рис.3.43: молекулы воды, взаимодействуя с гидрофильными
мостиками биополимеров, образуют разветвленные кристаллические цепи,
ветви которых могут смыкаться друг с другом, обеспечивая транспортировку
солитонов между полимерами, при этом ионы, присутствующие в водном
растворе, гидратируются, локально нарушая структурированное состояние
воды, а неструктурированная вода (при наличии) ведет себя как континуальная
жидкость.
267
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Рис. 3.43. Схема фрагмента межмолекулярной организации
биополимеров и воды in vivo - «молекулярная ячейка» по Л.Н. Галль:
1 - биополимер, 2 - молекула примеси, 3 - энергонапряженные
кристаллические структуры воды (спираль 30/11), 4 - ион примеси,
5 - межмолекулярная водная среда [32].
Установлено следующие особенности движения солитонов в
живых биологических системах, включая человека:
1) особенности движения солитонов по цепи биополимеров:
- механизм и возможность движения солитона по цепи
биополимера были доведены в работах А.С. Давыдова (19731976, СССР);
- двигаясь по цепи биополимера, солитоны обеспечивают
энергией и обусловливают изменение квантово-механических
параметров составляющих биополимер атомов, тем самым
обеспечивая
конформацию,
химическую
активность,
механические перемещения данной молекулы и т.д. - то есть по
сути являются биохимическим энергетическим потоком;
2) особенности движения солитонов через водные структуры:
- механизм и возможность перехода солитона с цепи
биополимера в окружающую среду - в воду без потери энергии
были доказаны в работах Э. Дель Джудичи (1985, Италия);
- поступление солитонов в воду обусловливает ее
структуризацию в кристаллические структуры, образующие
иерархические водные системы, что было подтверждено в
работах Н.А. Бульенкова;
268
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
- упорядоченные энергонапряженные кристаллические водные
структуры обеспечивают движение солитонов через водную
среду без поглощения энергии, что дает возможность реализовать
дальнодействующюю энергетическую связь между удаленными
биополимерами;
- движение потока солитонов через структурированную
кристаллическую воду с одной стороны поддерживает состояние
связанности энергонапряженности кристаллических структур
воды, с другой - обеспечивает изменение квантово-механических
свойств атомов отдаленных биополимеров, которых достигает и,
как следствие, стимулирует их химическую активность,
управление
ходом
биохимических
процессов
и
их
синхронизацией и т.д. - то есть по сути является
энергоинформационным/управляющим энергетическим потоком;
- это обосновано в работах про коллективные процессы
Л.Н. Галль с введением понятия «молекулярная ячейка», что
позволяет формализовать ход энергетических процессов в живых
биологических системах;
- важно отметить, что удаленная энергетическая управляющая
связь формируется в резонансных процессах, то есть на основе
принципа резонансного соответствия биополимеров [32-35].
Электромагнитная феноменология молекулярного
уровня состояний жизни и смерти живых
биологических систем.
Молекула биополимера по своим структурным характеристикам
является одинаковой как в условиях in vivo, так и в условиях in vitro.
Но по своим функциональным параметрам, находясь в живой
биологической системе молекулы биополимеров in vitrо и in vivo
категорически отличаются - они являются живыми в живом
организме. Поэтому научно давно стало понятно, что основа
феномена жизни должна быть связана с особенностями течения
энергетических процессов микроуровня и, как теперь стало очевидно,
обусловлена квантово-механическими различиями энергетических
характеристик образующих ее атомов вследствие нахождения в
биологических полимерах биохимического и управляющего потоков
солитонов/энергии. То есть феномен жизни молекул биополимеров
269
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
является связанным с протеканием магнитоэлектрохимических
процессов внутри них.
Основой феномена биологической жизни живых систем на
микроуровне является переход когерентной энергии/солитонов
с
цепей
биополимера
на
цепи
кристаллических
энергонапряженных
структур
воды,
объединенных
с
биополимерами водородными связями, с образованием
длительно существующих биополимерно-водных структур,
способных воспринимать энергию любого вида, превращать ее
в когерентную форму и транспортировать, в том числе по
водным цепях, к удалённым от биополимера молекулярным
объектам.
Подробнее:
В 1985 году группа итальянских теоретиков во главе с Э. Дель Джудичи,
развивая «солитонные» идеи А.С. Давыдова, поставила себе за цель найти
решение для более сложного, чем у А.С. Давыдова, случае, а именно движения
энергии в системе «одномерная дипольная цепь в поляризуемом трёхмерном
электрете» [138]. Для этого исследователями было объединено одномерное
осьсимметричное солитонновое решение Давыдова с решением Фрелиха [145,
146]
для
бесконечного
трехмерного
диэлектрика.
Поставленная
исследователями задача была решена благодаря использованию принципа
«спонтанного нарушения симметрии», который к тому времени применялся
исключительно в квантовой теории поля. При этом в качестве поляризованной
среды/электрета исследователями была взята вода. В связи с этим результат
теперь может рассматриваться как решение задачи для жесткой модели «цепь
диполей в водной среде». На тот момент времени данное исследование не
привлекло внимания мировой науки, однако современная трактовка
полученных тогда результатов в аспекте системного естествознания позволяет
дать биофизическое объяснение механизмов передачи энергии с биополимера в
водную фрактальную среду живых биологических систем. В исследовании
Е. Дель Джудичи с соавторами [138] было осуществлено прямое решение
дискретного нелинейного уравнения Шредингера без обращения к
классическому механизму, который использовал А.С. Давыдов в первичных
исследованиях самоканализации энергии на ангармоничных группах,
включенных в биополимерные цепи. При этом солитоны были рассмотрены
авторами как бозе-конденсация экситонов и солитон был представлен как
следствие нелинейного самосвязывания экситонного поля Гейзенберга.
Нелинейное происхождения солитонового решения оказывалось в его
исчезновении, когда в дискретном нелинейном уравнении Шредингера
параметр нелинейности G превращался в ноль. Связь между решениями
А.С. Давыдова и Е. Дель Джудичи заключалась в следующем: поле
внутримолекулярного
нелинейного
возбуждения
с
внутренним
270
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
взаимодействием может вызвать конформационные изменения в молекулярной
цепочке, которые как раз и описываются фононным полем, как у
А.С. Давыдова; ход теоретических расчетов приводит к полю деформаций
(фононному), локализованному вокруг солитонного центра и способного
распространяться с солитоновой скоростью, поскольку фононы и
колебательное
возбуждение
принадлежат
к
одной
динамической
самодостаточной категории - продольная звуковая волна - и вызываются
локализованным колебательным возбуждением и одновременно действуют как
потенциальная яма для него. Однако, постулируя этот факт как доказательство
близости полученного решения и решения А.С. Давыдова, Е. Дель Джудичи с
соавторами не поняли на тот момент его физический смысл, поэтому в их
работе отсутствовал вывод, важный для этой нелинейной системы, а именно,
что солитон можно рассматривать как реакцию молекулярной цепи на любое
внешнее, даже слабо локализованное возмущение, связанное с любым
поступлением энергии, если это возмущение вызывает самоканализацию
колебательного возбуждения и в этом случае реакция цепи заключается в
преобразовании энергии, которая трансформировалась в когерентную форму с
помощью локализованной бозеконденсации экситонов, которая и представляет
собой солитон Давыдова.
Переход к представлениям симметрии позволил в рамках единого
подхода квантовой теории поля рассмотреть более сложную, чем у Давыдова,
ситуацию: линейный полимер, помещённый в поляризуемую среду, которая в
указанной работе рассматривалось по Фрелиху [145, 146] как обобщенный
трехмерный электрет. Необходимо решение было получено путем
использования принципа спонтанного нарушения симметрии. Действительно, в
данном случае (1+1)-мерная вращательная симметрия одномерного полимера,
задает желаемое направление в основном состоянии для солитона, который
движется вдоль полимера, нарушает симметрию системы, если полимер с
двигающимся солитоном окружен (3+1)-мерным электретом. При этом была
использована известная в квантовой теории поля теорема Голдстоуна [41], в
которой говорится о том, что спонтанное нарушение симметрии вызывает
появление лишенных массы бозонов (бозонов Голдстоуна), которые играют
роль носителей дальнодействующих корреляций между составными
элементами системы, то есть между полимером и электретом. Если нарушение
симметрии рассматривать как причину возможной поляризации электрета, то
эта динамика создает моды Голдстоуна, которые представляют собой
связанные состояния единого поля, которое включает в себя солитонное поле и
бозонное поле с нулевой щелью, и в результате на границе изменения порядка,
то есть на границе биополимер-электрет, имеет место общее решение для среды
и для полимера.
Физический смысл этого решения заключается в возможности перехода
солитона в окружающую его поляризуемую среду. Понятно, что, когда решение
имеет одну и ту же частоту в двух конечных касательных системах (выражение
P(ξ)→P(x)+fn(x)=const в обеих системах - полимер и окружающем его электрет
271
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
представляет собой инвариантное преобразование), солитоны могут
распространяться через границу полимер-среда без потерь. Поскольку в
решаемой задачи не вводилось никаких условий, которые определяют природу
среды кроме того, что она является поляризуемым электретом, то
рассматриваемую систему можно интерпретировать биофизически как
линейный биополимер, помещенный в водную среду, которая, безусловно,
является средой поляризуемой. В этом случае полученное для системы
энергетическое решение описывает его взаимосвязаные динамические
составляющие для исходной жесткой модели сложной системы (биополимервода). Согласно физическими процессам, происходящим в данной системе, эти
динамические составляющие в дальнейшем будут именоваться: первая - режим
самолокализации энергии, вторая - режим транспортировки энергии [30-32].
Соответственно
для
обеспечения
феномена
жизни
энергетические процессы молекулярного уровня должны
происходить на биополимерах в живых биологических
системах, включая человека, в режиме самолокализации
энергии и в режиме транспортировки.
Подробнее:
Установлено, что [30-35]:
- режим самолокализации энергии - это процесс на биополимере,
который
заключается
в
преобразовании
химической
метаболической энергии (которая неорганизованная, но вызывает
местное колебательное возмущение молекулярной цепи),
поступающей в биополимер, в когерентный солитон, а дальше
свободно транспортируется по цепи биополимера.
Аналогичное преобразование в когерентный солитон имеет место для
внешней энергии любого вида и происхождения, если она вызывает
колебательное возмущение любой из ангармоничных групп молекулярной
цепи. Важно отметить, что солитон в среде с размерностью (1+1), то есть
движущийся по цепи биополимера, не имеет физических предпосылок выйти за
его пределы.
- режим транспортировки энергии - это переход солитона в
окружающую биополимер трехмерную поляризованную среду воду.
Согласно условию решения задачи, в этом процессе солитон, который
движется по биополимеру, резонансно проходит через границу среды,
соответственно для этого упорядочивается. Если поляризованной средой
является водная среда, то результатом данного процесса будет упорядочение
водной среды, окружающей биополимер, возникновение высокого уровня ее
организации, то есть водная среда в результате реализации режима
транспортировки энергии станет структурированной средой, связанной с
биополимером водородными связями.
272
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Принципы обобщенной нелинейной кристаллизации, расширив
общие представления о возможностях самоорганизации воды,
позволили объяснить различия в проявлении «связанности»
воды в живых биологических системах (in vivo) и в мертвых
системах (in vitro). Эти различия являются следствием того, что:
- в живых биологических системах присутствие связанной
воды в виде фрактальных энергонапряженных кристаллов
поддерживается избытком энергии, которая постоянно
поступает в биополимеры в ходе течения экзоэргических
химических реакций (например, реакциях с универсальным
носителем энергии - молекулами АТФ).
- в живой биологической системе образуются водные
энергонапряженные жидкокристаллические структуры
воды, которые при этом постоянно восстанавливаются и
существуют,
пока
живая
система
нормально
функционирует, несмотря на высокую температуру живого
организма и множество химических реагентов, которые
инициируют деградацию/разрушения структурированных
водных кристаллов [32].
В живом организме разрушения жидкокристаллических
структур воды, частичное или полное, может происходить при
следующих условиях:
- при снижении поступления к ним энергии (болезни
организма);
- в случае смерти организма, которая вызывает полное
прекращением
энергетических
процессов,
поддерживающих жизнеобеспечение;
изменение
процессов
взаимодействия
между
биополимерамы через водные фрактальные кристаллы
вследствие изменения внешнего магнитного поля (Земли),
что определяет их ориентацию и влияет на условия
резонанса, а также при воздействии различных внешних
физических факторов (например, техногенное магнитное
поле и т.д.) [32].
В мертвых клетках биологических систем и в модельных
системах in vitro из-за отсутствия поступления энергии от
внешних источников к молекулярным системам, фрактальные
273
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
структуры воды не поддерживаются, а оказываются полностью
разрушенными. Именно поэтому на поверхности биополимеров
в «мертвой» цитоплазме имеет место обычная сорбция воды, а
массив остальной несвязанной воды ведет себя в полном
соответствии с представлениями химии о воде как растворителя
[32-35].
Квантово-механическая феноменология наступления состояния
биологической смерти на молекулярном уровне может быть
описана следующим образом с позиции обобщенной
нелинейной кристаллизации [32-35, 165]:
1) если живая биологическая система (клетка) умирает и
соответственно в ней прекращается движение энергии, то
баланс
между
структурированной
и
неструктурированной водой быстро смещается в сторону
неструктурированной, поскольку энергонапряженные
структуры
водных
кристаллов
распадаются
в
соответствии со скоростью угасания биохимических
процессов в тканях;
2) для различных тканей процессы прекращения
движения энергии и распада энергонапряженных водных
систем могут быть различными во времени (от минут до
нескольких часов и суток);
3) как следствие водная среда (цитоплазма) умерших
клеток становится обычным водным раствором с
высокой концентрацией примесей и только тогда в этой
«мертвой»
цитоплазме
вода,
контактируя
с
растворенными в ней биополимерами, биомолекулами,
ионами и т.д., начинает взаимодействовать с их
поверхностью исключительно в соответствии с законами
сорбции, гидратации, химических взаимодействий,
образуя множество различных химически обусловленных
продуктов, в том числе - кластерные и клатратные
структуры, протяженностью в несколько монослоев
воды;
4) при этом в значительной степени восстанавливается
как проводимость, так и растворяющая способность
цитоплазмы, то есть биологические «аномалии» воды,
характерные для in vivo практически исчезают;
274
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
5) отсутствуют энергетические процессы в организме отсутствует жизнь. Это происходит несмотря на тот
факт, что молекулы биополимеров остаются «на своих
местах» и еще некоторое время сохраняют свою
структуру. Лишь после прекращения энергетических
процессов
происходит
распад
фрактальных
энергонапряженных структур воды, а затем и
биологический распад биополимеров. То есть после
исчезновения
энергетических
биохимического
и
управляющего потоков энергии ничто не поддерживает
структурную связь биологической системы и начинаются
неконтролируемые хаотические химические реакции
между веществами. Таким образом, без протекания
магнитоэлектрохимических процессов биологическая
система с живой трансформируется в мертвую - в набор
молекул по своей сути.
Механизм неконтактных энергетических взаимодействий,
реализуется в полной мере только в живой биологической
системе in vivo и является одновременно и механизмом
обеспечения ее существования.
Подробнее:
Ключевым
параметром
жизнедеятельности
молекул
живых
биологических систем in vivo являются физические процессы самосогласования
энергетической связи в цепях «биополимер-вода-биополимер-вода». То есть
передача солитонами энергии с биополимера на воду и из воды на
биополимеры с образованием и последующим поддержанием водных
энергонапряженных фрактальных нитевидных кристаллов в живой
биологической системе оказывается основой феномена жизни микроуровня
функционирования. При этом к молекулам биополимеров непрерывно
поступает энергия от многих внешних источников - как некогерентная
химическая и физическая (первичная), так и когерентная (переизлученная)
энергия от других биополимеров живой биологической системы [32-35, 164].
Процессы биоэнергетики живого на молекулярном уровне
являются такими, что каждый из биополимеров живой системы
постоянно вступает в химические реакции с молекулами,
которые переносят энергию, что обусловливает течение
следующих энергетических процессов [32-35, 164]:
275
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
1) химическая энергия, которая передается биополимеру,
превращается в когерентную форму - в солитон (в случае передачи
электрона - в биосолитон);
2) транспортировка солитонов, не использованных в собственных
химических реакциях биополимера, происходит по кристаллическим
структурам воды, которые выполняют функции «стоков» энергии
открытой молекулярной системы;
3) солитоны транспортируются только в тех биополимерах, для
которых выполняются условия резонанса, благодаря чему
обеспечивается избирательность энергетических контактов между
биомолекулами;
4) именно биомолекулы и биополимеры, связанные друг с другом
резонансным энергетическим излучением, образуют на время
энергетических контактов молекулярный центр, в рамках которого
могут происходить также процессы стимуляции конформации и
механического движения молекул, обеспечивающих дальше их
химические реакции, в том числе и между биополимерами самой
молекулярной ячейки.
Для возможности формализации энергетических процессов в
живых биологических системах и фундаментального
объяснения механизма феномена жизни биологических систем
физиком-теоретиком Л.М. Галль (2000, Россия) была
разработана теория коллективных процессов и введено понятие
«молекулярная ячейка» (рис 3.43 на С. 268) [32-35]:
- молекулярная ячейка - субстанциональное образование из двух и
более биополимерных-водных структур, коллективные процессы
возбуждения в которых, связанные с восприятием, преобразованием
и транспортировкой энергии, создают дальнодействующие
системные
информационно-управляющие
взаимодействия
биополимеров в резонансных процессах, и это оказывается
специфическим свойством и признаком живой материи.
Молекулярная ячейка может рассматриваться как новая
условная «переходная» единица эволюционирования жизни
биологической субстанции на Земле (рис. 3.43).
Подробнее:
Установлено, что [32-35]:
Теория коллективных процессов и введение принципиально нового
понятия «молекулярная ячейка» были обоснованы в работах Л.Н. Галль
(Россия).
276
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Основным компонентом и элементарной единицей молекулярной
организации по Л.Н. Галь предлагается считать биополимеры (в количестве
двух и более), но, как уже отмечалось ранее, биополимеры могут
присутствовать и в неживой биологической системе, не образуя молекулярной
ячейки. Главное требование образования молекулярной ячейки - это
поступления энергии извне. Молекулярная ячейка образуется и проявляет
основные свойства жизни тогда, если бы хотя бы к одному из биополимеров,
находящихся в водной среде и из которых он состоит, поступает энергия от
внешнего источника. Если энергия в биологическую систему не поступает, те
же биополимеры и водная среда становятся лишь «отсталой материей», и
молекулярная ячейка не образуют. В случае поступления в биополимер энергии
соответствующего качества начинается ее преобразования в корентну форму,
дальнейшая передача солитонов в окружающую воду, структурирование воды в
энергонапряженные кристаллы. То есть тем самым создаются условия для
реализации способности осуществлять дальнодействующую резонансную связь
между биополимерами. И именно этот энергетически объединенный комплекс
из биополимерно-водных структур и предложено рассматривать как
«молекулярную ячейку» и первую условную «доклеточную» научную единицу,
которая проявляет феномен жизни и может быть определена как переходная
между живым и неживым.
Постулирование молекулярной организации как элементарной
единицы живой/неживой материи позволяет по-новому описать
иерархию, образующейся биологической субстанцией на Земле,
провести
дальнейшую
формализацию
энергетических
процессов в живых системах путем построения математических
моделей клеточных органелл и самой клетки. Это будет
возможно, поскольку любые органеллы клетки можно
рассматривать как совокупность элементарных нелинейных
молекулярных ячеек, находящихся между собой в нелинейных
взаимодействиях второго порядка. Как результат задачи, в
дальнейшем станет возможно создание адекватной физической
модели процессов в отдельной органелле клетки, который
впоследствии можно будет разделить на ряд последовательных
задач - о процессах в нелинейной молекулярной системе и
задачи о процессах между нелинейными молекулярными
системами. Таким образом, в рамках рассмотрения
взаимодействий между молекулярными ячейками теоретически
станет возможно построение модели самоуправления
системными
энергетическими
информационными
межмолекулярными процессами в живой клетке [32-35, 105].
277
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Организм многоклеточный = сигналинг+феномен
жизни+одноклеточная организация+многоклеточная
организация+организиенная организация
Одноклеточный организм, клетка = сигналинг+феномен
жизни+одноклеточная организация
Молекулярная ячейка (проявляет свойства живой
биологической системы при поступлении энергии
определенного качества) = колебательные
процессы+феномен жизни+субклеточная и межклеточная
организация
Биологические молекулы (без поступления энергии не
проявляют свойств живой биологической системы) –
феномен смерти+дезорганизация = неживая система
Рис. 3.44. Схема эволюции феномена жизни в биологических
системах на основании теории коллективных процессов Л.М. Галь
[32-35].
Таким образом, феномены жизни и смерти в биологических
системах, включая человека, реализуются и проявляются за
счет течения или соответственно отсутствия в них
магнитоэлектрохимических
процессов
метаболизма
микроуровня организации, имеющих в своей основе,
электрические, магнитные и химические взаимодействия,
обусловленные универсальными принципами строения и
функционирования материи [32-35], а также отмеченными
особенностями именно живой материи биологических систем
[32-35].
278
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Подробнее:
- биологические системы различного уровня сложности организации, включая
человеческий организм, являются живыми до тех пор, пока в них происходят
магнитоэлектрохимические процессы метаболизма на молекулярном уровне,
которые обусловливают жизнеобеспечения тканей тела и в первую очередь
жизненно важных органов;
- прекращение течения магнитоэлектрохимических процессов молекулярного
уровня приводит к смерти биологической системы, которая будет проявляться
потерей
сигналинга,
исчезновением
магнитоэлектрохимического
взаимодействия, отсутствием функционирования на более высоких
иерархических уровнях (тканевом, органном, организменном) и иметь в этой
связи этапность во времени в зависимости от свойств метаболизма тканей;
- в первую очередь феномен умирания происходит в тканях с высоким уровнем
магнитоэлектрохимической активности и значительными метаболическими
потребностями;
- из-за прекращения магнитоэлектрохимической активности объективно смерть
клетки, ткани, органа подтверждается исчезновением в них разности
потенциалов на клеточных мембранах, на уровне организма у человека во всем
мире принято констатировать регистрацией изоэлектрической линии при
электрографии (частный случай - изолиния на ЭКГ при наступлении
клинической смерти человека и т.п.).
Фрактальные кристаллы воды обеспечивают транспорт
солитонов по своим цепям без потерь энергии, чем создают
физическую
основу
энергетической
связи
между
пространственно удаленными биополимерами, которые не
находятся в непосредственном (химическом) контакте. Именно
в обеспечении межмолекулярных энергетических связей путем
передачи информационных потоков энергии, складывается
уникальная роль кристаллических структур воды в
функционировании живых систем, которая обеспечивает
содержание и смысл феномена жизни в живой материи [32-35].
279
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Выводы с позиции системной медицины.
Изложенная в главе 3 адаптированная теоретизация материала
относительно молекулярного уровня строения материи стала
основанием
для
определения
следующих
парадигмальнотрансформирующих
постулатов
формулировки
магнитоэлектрохимической теории обмена веществ:
1) Молекула как материальное проявление вещества и
принципиальный структурно-функциональный компонент
микроуровня организации живой биологической системы
любого уровня сложности, включая человеческий организм,
состоит из атомов, которые являются комплексами полевых
структур.
2)
В
молекуле
атомы
связаны
между
собой
электромагнитными
волновыми
полями,
источником
которых являются сами атомы, участвующие в химическом
взаимодействии и самоорганизации.
3) В молекуле химическая связь между атомами является
результатом взаимодействия электромагнитных волновых
полей атомов и может быть ковалентной (с обобщением
электронов) или полярной (с переходом электронов).
4) Модельно любая молекула может быть представлена в
виде электромагнитных волновых пакетов, в узлах которых
находятся атомы, которые являются источником волновой
генерации; при этом электромагнитные волновые пакеты
оказываются результатом интерференции излучения всех
атомов молекулы биологической системы.
5) Геометрия молекул определяется квантово-механическими
характеристиками, образующих ее атомов и в основном
состоянии соответствует минимуму полной энергии и,
соответственно, максимуму суммарной энергии всех
химических связей.
6) Реальная молекула состоит из резонирующих
электромагнитных волновых полевых структур (по принципу
суперпозиции состояний Дирака), то есть не имеет
определенного строения, а формируется исключительно
280
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
результатом непрерывного резонанса - электромагнитного
наложения многих различных атомарных структур.
7) Молекула имеет энергетические характеристики,
обусловленные
электромагнитными
параметрами
образующих ее атомов, которые включают энергию
вращения электронов, энергию колебания и вращения ядер
каждого образующего ее атома с различным вкладом
каждого вида энергии в полную энергию молекулы; при этом
каждая энергетическая составляющая квантуется.
8) Молекула может находится в основном или в
возбужденном электронном состоянии, классифицируется в
зависимости от суммарного спина молекулы и подчиняется
правилам электронных переходов, которые имеют разную
вероятность.
9) Молекулы биологических систем имеют индивидуальные
квантово-механические особенности, обусловленные особым
составом атомов (углерод (С), водород (Н), кислород (О),
азот (N), фосфор (Р), сера (S)), биополимерным строением
большинства молекул, значительными молекулярной массой
и длиной молекул и имеют различные варианты возможных
состояний структурной организации в пространстве.
10) В молекуле состояние электрона описывается с помощью
волновой модели на основании уравнения Шредингера,
которое называется молекулярной орбиталью и включает
локализованные
σ-орбитали,
локализованные
и
делокализованные π-орбитали, n-орбитали; при этом имеют
место значительные трудности адекватного их исчисления,
поскольку при учете межэлектронного отталкивания
отсутствуют возможности разделить переменные в одной
системе координат, что предопределяет использование
приближенных методов в определении формы орбиталей
молекул (научные представления о форме молекул
относительно условны).
11) Принципиальным квантово-механическим отличием
функционирования полимерных биомолекул живых систем
от молекул вещества неживой природы оказывается их
способность к превращению неорганизованной (тепловой,
химической и т.д.) энергии в когерентную форму и ее
межмолекулярный
перенос
за
счет
системы
281
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
делокализованных π-электронов (квантово-механическая
модель Малликена).
12) Делокализация π-электронов в молекулярных системах
живых организмов является важной и принципиальной
квантово-механической
особенностью
обеспечения
круговорота энергии во Вселенной (в т.ч. модели
«электронной схемы жизни») и феномена биологической
жизни; именно поэтому все наиболее важные биомолекулы
является частично или полностью соединенными системами.
13) Каждая из двух или более автономных систем πэлектронов живой биологической молекулы может проявлять
спектральную
независимость
и
одновременно
взаимодействовать с другими молекулами; при этом
взаимодействие π-электронных систем внутри молекулы
обусловлено миграцией энергии по ней, то есть переносом
энергии между различными функциональными группами
этой молекулы, которое рассматривается в качестве
квантово-механических особенностей внутримолекулярного
и межмолекулярного переноса энергии и заряда.
14)
Способность
к
внутримолекулярному
и
межмолекулярному переносу энергии и заряда определяется
собственными
квантово-механическими
особенностями
строения биополимеров живых биологических систем и
является их принципиальным отличительным свойством.
15) Процессы преобразования энергии в молекулах живых
биологических систем сопровождаются феноменом эмиссии
фотонов/электронов, который обусловливается различными
механизмами возникновения (со стимуляцией - вторичная
люминесценция/эмиссия фотонов; без стимуляции собственная люминесценция/эмиссия фотонов и т.п.),
является частным случаем переноса энергии, имеет
отличительные особенности в разных ультраструктурах
клетки (соответственно и в различных тканях, органах,
частях тела), наиболее характерна для молекулярных
структур, содержащих сложные белки с хромоформными
коферментными группами.
16) Принципиальным отличием живых биологических систем
является наличие детерминированной самоорганизации их
молекул путем реализации информационно-энергетических
282
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
процессов внутримолекулярного и межмолекулярного
переносов
энергии
за
счет
экситоннофононного/солитонового
механизма
преобразования
биополимерами химической энергии АТФ в когерентную
энергию
с
последующей
передачей
в
виде
солитона/биосолитона/электросолитона
по
цепи
биополимера.
17) Солитоновый механизм передачи энергии по цепи
биополимеров оказывается электромагнитной основой
феномена жизни живых биологических систем и все
биополимеры
живого
организма,
которые
имеют
специфическое строение и содержат в своих цепях
ангармонические
атомарные
группы,
превращают
химическую (возможно и другого вида) энергию, которая
возбуждает их колебания, в когерентную энергию/солитоны,
которая далее транспортируются по цепям биополимера,
обеспечивая его химические взаимодействия, механическое
движение.
18)
Организменная
универсальность
молекулыэнергоносителя АТФ и согласованность взаимодействия
между совершенно разными биополимерами в живых
биологических системах является результатом постоянного
воздействия когерентной энергии на структурированную
водную среду биологического организма.
19) Вода в живых биологических системах выполняет
ключевую роль в процессе передачи и восприятия
когерентной энергии солитона путем самоорганизации в
фрактальные
энергонапряженные
парамагнитные
кристаллические структуры, которые образуют соединенные
с биополимерами многоуровневые разветвленные долго
существующие фрактальные комплексы, поддерживаемые
потоками когерентной энергии/солитонами.
20) Основным наиболее типичным фрагментарным
элементом самоорганизации воды во фрактальные структуры
является спираль 30/11, которая в живых биологических
системах формирует энергонапряженные фрактальные
кристаллические
нитевидные
водные
структуры,
поддерживаемые энергией, постоянно поступающей от
биополимеров, и образующие большие постоянно растущие
283
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
иерархические структуры, которые объединяют всю воду
живого
организма
в
динамическом
балансе
противоположных процессов разрушения и роста ее
энергонапряженных кристаллических структур.
21) Структура каркаса водной спирали 30/11 являет собой
полую трубку с внутренним диаметром 3,2 нм,
организованную атомами кислорода; при этом протоны
покрывают ее внутреннюю и внешнюю поверхности, что
обуславливает наличие выраженных парамагнитных свойств
и может объяснять механизм возникновения внутреннего
напряжения
в
кристаллической
решетке
водных
энергонапряженных кристаллов живых биологических
систем и влияния на их ориентацию и транспорт солитонов
внешнего магнитного поля Земли.
22) Феномен биологической жизни на микроуровне
характеризуется
наличием
состояния
связанности/организации воды
в энергонапряженные
кристаллические структуры за счет постоянного поступления
когерентной энергии от биополимеров и прекращается при
исчезновении
этого
энергетического
потока,
что
соответствует наступлению феномена биологической смерти
и проявляется деградацией энергонапряженной фрактальной
кристаллической самоорганизации воды до несвязанного
состояния водного раствора, лишенного так называемых
биологических аномалий (теория коллективных процессов
Галль).
23) Процессы биоэнергетики молекулярного уровня живых
биологических систем полностью обусловлены протеканием
магнитоэлектрических процессов и включают этапы:
- преобразование химической энергии АТФ в когерентную
форму солитон; - канализация образованной когерентной
энергии (солитонов) по цепи биополимера для обеспечения
его
биохимической
и
механической
активности;
- транспортировка когерентной энергии (солитонов) в
окружающую поляризованною среду воды с ее последующей
структуризацией,
образованием
кристаллических
иерархических водных систем, выполняющих функцию
удаленной нехимической передачи энергии (удаленная
энергоинформационная связь) к отдаленным биополимерам
284
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
для обеспечения возможности реализации коллективных
процессов между биополимерами всей живой системы
(человеческого организма) (теория коллективных процессов
Галль); - избирательность контакта между биополимерами в
процессе реализации энергоинформационной солитоновой
связи обусловливается исключительно магнитоэлектрической
феноменологией по принципу резонансно-частотного
взаимодействия между молекулами; - принципиальным
отличием поведения биополимеров in vivo нормально
функционирующей/здоровой
биологической
системы
является их способность к коллективному взаимодействию с
образованием условной единицы - молекулярной ячейки,
обладающей качествами феномена жизни в отличие от
биополимеров в растворе in vitro.
24) Молекулярная ячейка - новое субстанциональное
образование, которое включает две и более биополимерноводные структуры, коллективные процессы возбуждения в
которых связаны с восприятием, преобразованием и
транспортировкой энергии, создают дальнодействующее
информационно-управляющее взаимодействие биополимеров
в резонансных процессах, что оказывается специфическим
свойством и признаком живой материи; - это новая условная
«переходная»
единица
эволюционирования
жизни
биологической субстанции на Земле, которая имеет
прикладное значение для проведения формализации
биоэнергетических процессов в живых системах.
25)
Феномен
биологической
жизни
полностью
детерминирован
магнитоэлектрическими
процессами
молекулярного
уровня:
отсутствуют
энергетические
процессы - отсутствует жизнь.
26) Феномен биологической смерти на молекулярном уровне
имеет квантово-механическое описание, обусловленное
изменением энергетических характеристик атомов или
молекул вследствие прекращения движения энергии, и имеет
ряд объективных проявлений, главным и первостепенным из
которых является распад энергонапряженных водных
кристаллических структур с последующими явлениями
исчезновения
энергоинформационной
связи
между
биополимерами, началом их биологического распада.
285
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Указанное показывает, что структура и функционирование
молекулярного уровня организации живых биологических систем
разного уровня сложности, включая человеческий организм,
обусловленны и реализуются за счет течения магнитоэлектрических
процессов.
При
этом
изначальные
квантово-механические
особенности веществ обусловливают дальнейшие магнитные и
электростатические параметры молекул тканей, а химизм
биологических молекул является вторичным свойством, которое
является производной от их магнитоэлектрических и энергетических
качеств, поскольку:
- все живые биологические системы, включая человеческий
организм, имеют электромагнитную природу строения,
состоят из резонирующих электромагнитных волновых
полевых
структур-осцилляторов
и
объединяются
электромагнитными полевыми взаимодействиями;
- все живые биологические системы, включая человеческий
организм, проявляют свойства корпускулярно-волнового
дуализма и модельно на молекулярном уровне могут быть
представлены в виде результирующих интерферентних
электромагнитных волновых пакетов, в узлах которых
находятся атомы, которые являются источником волновой
генерации, что обусловливает наличие у них волновых
характеристик структур на макроуровне организации;
- все химические реакции, протекающие в живых
биологических системах, включая человеческий организм,
имеют электромагнитную природу и являются следствием
проявления полевых и электромагнитных взаимодействий
веществ в них;
- поскольку атомы, образующие молекулы, являются по
своей сути энергией, то и все живые биологические
системы, включая человеческий организм могут на
микроуровне своего строения рассматриваться как форма
фундаментально
организованной
энергии,
которая
характеризуется
суммарными
энергетическими
характеристиками,
составляющих
их
компонент
микромира;
- феномен жизни на молекулярном уровне обусловлен
постоянным течением электромагнитных процессов,
обеспечивающих
структурную
и
функциональную
286
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
целостность живой биологической системы, и которые
прекращаются с наступлением его смерти;
- вода является обязательным компонентом обеспечения
жизни биологической системы, поскольку она создает
условия для нехимической информационно-энергетической
кооперации биологических молекул организма.
Таким образом жизнь биологической системы - это процесс
магнитоэлектрической активации ее биомолекул, который запускает
и обеспечивает их биохимическую активность (канализация
когерентной энергии - биохимический солитоновый поток) и
обеспечивает структурную целостность в коллективном их [молекул]
взаимодействии целостного организма (транспортировка солитонов
по водным энергезированным структурам - управляющий
солитоновый поток).
Поэтому первичность магнитоэлектрического взаимодействия
молекулярного
уровня
является
основополагающей
для
существования
и
адекватного
функционирования
живых
биологических систем разного уровня сложности, включая
человеческий организм. Указанное справедливо, поскольку
жизнедеятельность и функционирование живых биологических
систем, заключенных в коридоре физиологической нормы, который
условно
называется
«здоровье»,
полностью
определяется
магнитоэлектрическим обеспечением молекул живого организма с
участием энергетически измененной водной среды.
Важно
отметить,
что,
исходя
из
позиций
магнитоэлектрохимической теории, феномены жизни и здоровья
приобретают новую сущность своего понятийного аппарата,
поскольку должны описываться теперь и как состояние наличия
адекватных (каких именно предстоит конкретизировать в будущем)
уровней течения магнитоэлектрических энергетических процессов
между биомолекулами, что объективно проявляется на макроуровне
нормальным уровнем обмена веществ, функционированием тканей и
органов человеческого организма.
Соответственно болезнь логично рассматривать как нарушение
магнитоэлектрического состояния биомолекулярных структур,
смерть - как полное их отсутствие, а человеческий организм - как
одну
из
форм
магнитоэлектрохимической
организации
биологической материи на Земле.
287
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Современное углубление фундаментального естествознания до
уровня течения магнитоэлектрических процессов молекулярного
уровня в живых биологических системах с позиций системной
медицины должно быть полностью интегрировано в медицинскую
науку с изменением парадигмы с электрохимического на
магнитоелектрохимический обмен веществ, поскольку для истинного
понимания
причин
заболеваний
внутренних
органов/неинфекционных
заболеваний
необходимо
четкое
правильное представление о том, что собственно происходит с
биополимерами человеческого тела на молекулярном уровне, какие
именно трансформации происходят с ними в разных условиях и под
влиянием различных факторов внутренней среды, определяемых
стилем жизни человека (характер питания, уровень физической
активности и т.д.).
Знание и понимание квантово-механических особенностей
функционирования биополимеров в живых системах, понимание сути
их энергетического функционирования, организации формы и роли
электромагнитных компонентов однозначно на сегодняшний момент
является следующим шагом к углублению фундаментального знания
патогенеза заболеваний внутренних органов.
288
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Антонченко В.Я., Давыдов Н.С., Ильин В.В. Основы физики воды. Киев:
Наукова думка, 1991. 672 c.
2. Барановский В. Квантовая механика и квантовая химия. Academia, 2018.
384 с.
3. Барьяхтар В.Т., Бродин М.С., Горбань И.С. Памяти Александра
Сергеевича Давыдова. Успехи физических наук. 1993. № 7. С. 117-118.
4. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. СПб: ООО Росток, 2002. 352 с.
5. Белянин В., Романова Е. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция.
Наука и жизнь. 2004. № 10(3). С. 23-34.
6. Бернал Дж. Возникновение жизни. Москва: Мир, 1969. 356 с.
7. Бернал Дж., Фаулер Р. Структура воды и ионных растворов. Успехи
физических наук. 1934. №.5(14). С. 587-644.
8. Бинги В.Н. Принципы электромагнитной биофизики. Москва: Физматлит,
2011. 592 с.
9. Бірюкович Л.О. Кристалографія, кристалохімія та мінералогія: підручник
для студ. спеціальності 132 Матеріалознавство. КПІ ім. Ігоря
Сікорського. К.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018. 234 с.
10.Бойко В.В., Красноголовец М.А. Квантово-биологическая теория.
Харьков: Факт, 2003. 967 с.
11.Бойко В.В., Сокол Е.И., Замятин П.Н. Пьезобиосинтез: предпосылки,
гипотезы, факты. Монография, в 4 т. Харьк. политехн. ин-т.
12.Браун Г., Уолкен Дж. Жидкие кристаллы и биологические структуры.
Москва: Мир, 1982. 198 с.
13.Бульенков Н.А. Обоснование понятия «кристаллический модуль».
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Сер.
Физика тв. тела. 1998. Вып. 1. С. 19-30.
14.Бульенков Н.А. Параметрические фрактально-триплетные структуры
“связанной” воды в виде замкнутых поверхностей и возможность
надмолекулярной самосборки на них капсул вирусов. Кристаллография.
1990. № 1(35). C. 155-159.
289
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
15.Бульенков Н.А. Роль модульного дизайна в изучении процессов
системной самоорганизации. Материаловедение. 2006. №9, C. 2-14.
16.Бульенков Н.А. Роль модульного дизайна в изучении процессов
системной самоорганизации (окончание). Материаловедение. 2006. №10.
C. 2-13.
17.Бульенков Н.А. Самоорганизующиеся триплетные структуры идеальных
фракталов “связанной” воды с симметрией D3 и T. Кристаллография,
1990. №1(35), C. 147-154.
18.Бульенков
Н.А.
Системно-структурное
модульное
обобщение
кристаллографии связанной воды для изучения механизмов процессов в
биосистемах на атомно-молекулярном уровне. Кристаллография. 2011.
№4(56). C. 729-746.
19.Бульенков Н.А., Желиговская Е.А. Роль связанной воды и осадителей в
самоорганизации биокристаллов. Журнал структурной химии. 2014. №
Приложение 1. Т 55. С. S30-S40.
20.Бульенков Н.А., Желиговская Е.А. Системообразующие функции
связанной воды в механизме топохимических реакций образования
ультратонких слоёв на водной поверхности. Биофизика. 2013. №1(58). C.
8-26.
21.Бульенков Н.А., Желиговская Е.А. Функциональная модульная
динамическая модель поверхностного слоя воды. Журнал физической
химии. 2006. №10(80). C. 1784-1805.
22.Бульенков
Н.А.
Периодические
диспирационно-модульные
алмазоподобные структуры “связанной воды” - возможные конструкции,
определяющие конформацию биополимеров в структурах их гидратов.
Кристаллография. Т. 33. № 2. С. 424-444.
23.Бункин А.Ф., Першин С.М., Хусаинова Р.С., Потехин С.А.
Спинизомерная селективность молекул воды при гидратации ДНК.
Биофизика. 2009. Т. 54, №3. С. 396–401.
24.Вебер С.Л., Багрянская Е.Г., Чаповский П.Л. О возможности обогащения
ядерних спиновых изомеров молекул Н2О при помощи адсорбции.
ЖЭТФ. 2006. Т. 129. №1. С. 86–92.
25.Вернадский В.И. Изучение явлений жизни и новая физика. Изв. АН
СССР. Сер. ОМЕН. 1931(30). №3. С. 403–437.
26.Вершубский А.В., Тихонов А.Н. Электронный транспорт и
трансмембранный перенос протонов в фотосинтетических системах
окисгенного типа. Биофизика. 2013. Т. 58. № 1. С. 75-89.
27.Вигнер, Е. Теория групп и ее приложения к квантовомеханической
теории атомных спектров. Москва: Едиториал УРСС, 2018. 452 с.
28.Витковская Н.М., Пупышев В.И. Квантовая химия В: Современное
естествознание: Энциклопедия: В 10 т. Москва: Флинта: Наука, 19992000. Т.1. Физическая химия 328 с.
29.Галль Л.Н. Биоэнергетика - магия жизни. Санкт-Петербург: Астрель,
2010. 349 с.
290
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
30.Галль Л.Н. В мире сверхслабых. Нелинейная квантовая биоэнергетика:
новый взгляд на природу жизни. Москва, 2009. 317 с.
31.Галль Л.Н. Материя и жизнь. Санкт-Петербург: ООО «Торговоиздательский дом «Амфора», 2015. 319 с.
32.Галль Л.Н. Физические принципы функционирования материи живого
организма. Российская акад. наук, Ин-т аналитического приборостроения,
М-во образования и науки РФ, Санкт-Петербургский гос.
политехнический ун-т. Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического ун-та,
2014. 399 с.
33.Галль Л.Н., Галль Н.Р. Коллективные процессы в биомолекулярных
системах. Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. №2. С. 141151.
34.Галль Л.Н., Галль Н.Р. Механизм межмолекулярной передачи энергии и
восприятия сверхслабых воздействий химическими и биологическими
системами. Биофизика. 2009. № 3(54). С. 563-574.
35.Галль Л.Н., Галль Н.Р. Новый подход к проблеме биоэнергетики — новые
методы исследований в науках о жизни. Науч. приборостр. 2008. №2(18).
С. 52–60.
36.Гаряев П.П., Тертышный Г.Г., Лощилов В.И., Щеглов В.А., Явление
перехода света в радиоволны применительно к биосистемам. Москва.
Сборник научных трудов МГТУ им. Н.Э. Баумана. «Актуальные
проблемы создания биотехнических систем». Академия МедикоТехнических Наук РФ. 1997. Выпуск 2. С.31-42.
37.Гиллеспи Р., Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар
валентной оболочки и строение молекул / Р. Гиллеспи, И. Харгиттаи; пер.
с. англ. Москва: Мир, 1992. 296 с.
38.Голубева Н.Г., Курик М.В. Основы биоэнергоинформационной
медицины. К.: «АДЕФ Украина», 2007. 192 с.
39.Гордиенко Е.А., Товстяк В.В., Сведенцов Е.П. и др. Биофизика клеточных
мембран. Сыктывкар, 2009. 304 с.
40.Горшков К.А. Солитон. [Электронный ресурс]: Большая российская
энциклопедия. URL: https://bigenc.ru/physics/text/3634157
41.Гриб А.А. Проблема неинвариантности вакуума в квантовой теории поля.
М. Наука, 1978. 274 с.
42.Губин С.П. Химия кластеров, Москва: Наука, 1987, 263 с.
43.Гузей Л.С., Кузнецов В.Н., Гузей А.С. Общая химия. М., 1999. 333 c.
44.Давыдов А.С. Солитоны в молекулярных системах. Киев, Наукова думка,
1984. 288 с.
45.Дементьев А.И., Адамсон С.О. Строение молекул и квантовая химия.
Москва, из-во МФТИ, 2018. 250 с.
46.Дроздов А.В., Нагорская Т.Н., Масюкевич С.В., Горшков Э.С. Квантовомеханические аспекты эффектов слабых магнитных полей на
биологические объекты. Биофизика. 2010. Вып. 4(55). С. 740–749.
291
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
47.Желиговская Е.А., Бульенков Н.А. Стержневые структуры связанной
воды: их возможная роль в самоорганизации биологических систем и
недиссипативной передаче энергии. Биофизика. 2017. №5(62). C. 837-845.
48.Загорский В.В. Вариант изложения в физико-математической школе темы
“Строение атома и Периодический закон”. Российский химический
журнал (ЖРХО им. Д.И.Менделеева). 1994. Т. 38. №4. С. 37-42.
49.Загорский В.В. Строение атома и Периодический закон. Трудные темы
школьного курса химии. Сервис химического факультета МГУ. URL:
http://www.chem.msu.su/rus/teaching/Zagorskii/welcome.html
50.Зенин C.B., Тяглов Б.В. Гидрофобная модель структуры ассоциатов
молекул воды. Журнал физической химии. 1994. Т. 68(4). C. 636-641.
51.Иванов Ю.Н. Ритмодинамика. Москва: Новый центр, 1997. 312 с.
52.Игнатов И., Мосин О. Математические модели, описывающие структуру
воды. Интернет-журнал «Науковедение». 2013. №3. С. 1-5. URL:
https://naukovedenie.ru/PDF/04tvn313.pdf.
53.Игнатов И., Мосин О.В. Изотопный состав воды и ее температура в
процессе эволюционного произхождения жизни и живой материи.
Интернет-журнал «Науковедение». 2013. №1(14). С. 1-16. URL:
https://naukovedenie.ru/PDF/42tvn113.pdf
54.Кизель В.А. Физические причины диссимметрии живых систем. Москва:
Наука, 1985. 118 с.
55.Колисниченко С.Л., Черкассова Т.В. Структурная организация и свойства
воды. Харчова наука і технологія. 2013. №2(23). С. 69-71.
56.Кольман Я., Рем К. Наглядная биохимия. Москва: Мир, 2000. 469 с.
57.Комиссаров Г.Г. Фотосинтез. Физико-химический подход. Москва:
УРСС, 2011. 252 с.
58.Коновалов А.И. Образование наноразмерных молекулярных ансамблей в
высокоразбавленных водных растворах. Вестник РАН. 2013. Т. 83. № 12.
С. 1076–1082.
59.Конюхов
В.Е.,
Тихонов
В.И.,
Тихонова
Т.Л.
Разделение
спинмодификаций молекул воды и тяжелой воды. Письма в ЖТФ. 1986.
Т. 12. № 23. С. 1438–1441.
60.Краснобрыжев В.Г., Курик М.В. Квантовые эффекты в природной воде.
Квантовая магия. 2010. Т.7. №3. С. 4132-4138.
61.Краснобрыжев В.Г., Курик М.В. Свойства когерентной воды. Квантовая
Магия. 2010. Т. 7. №2. С. 2161-2166.
62.Кресин В. З. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. М: Наука, 1978. 192 с.
63.Кудряшов Н.А. Нелинейные волны и солитоны. Соровский
образовательный журнал. 1997. №2. С. 86-91.
64.Курик М. В. О фрактальности питьевой воды («живая вода»). Физика
сознания и жизнь, космология и астрофизика. 2001. №3. C. 45-48.
65.Курик М.В. Мицелярность и фрактальные кластеры биологических
структур. Изв. АН СССР. сер. Физ. 1991. №55(9). С. 1798-1803.
292
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
66.Курик М.В., Курик А.М. Диссимметрия - критерий живой воды.
Квантовая магия. 2005. Т. 2. №4. С. 4134-4140.
67.Курик М.В., Лапицкий В.Н., Песоцкая Л.А. Кирлианография питьевой
воды. Сознание и физическая реальность. 2010. Т. 15. №12. С. 25-32.
68.Курик М.В., Марцинюк Л.С. Структурные и энергетические свойства
природной воды. Физика сознания и жизни, космология и астрофизика.
2011 №2. С. 13-32.
69.Кушелев А., Полищук С., Писаржевский С. Формы, механизмы, энергия
наномира: Доступна ли энергия эфира для космических полётов?
Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2002. № 6. С.72-76.
70.Кушелев А.Ю., Полищук С.Е., Неделько Е.В. и др. Построение
масштабной модели структуры белка. Актуальные проблемы современной
науки. 2002. №2. С. 236-243.
71.Линг Г. Физическая теория живой клетки: незамеченная революция.
Наука, Санкт-Петербург, 2008. 376 с.
72.Лобышев В.И., Соловей А.Б., Бульенков Н.А. Компьютерный модульный
дизайн параметрических структур воды. Биофизика. 2003. №6(48), C.
1011-1021.
73.Лобышев В.И., Соловей А.Б., Бульенков Н.А. Компьютерный модульный
дизайн параметрических структур воды. Биофизика. 2003. №6(48). С.
1011–1021.
74.Лучин А.А., Шапиро А.Л. Природа полей: взгляд с позиций классической
физики и опыта. URSS, Москва, 2010. 120 с.
75.Мак-Вини Р., Сатклиф Б. Квантовая механика молекул. Москва: Мир,
2017. 381 с.
76.Маккей А.Л. Структурные исследования кристаллов Москва: Наука, 1996.
430 с.
77.Марченко А.О., Лобышев В.И., Соловей А.Б. Компьютерное
моделирование параметрических структур воды. Биофизика. 2013. Т. 58.
№ 1. С. 27–35.
78.Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул.
Ростов-на-Дону, «Феникс», 2017. 558 с.
79.Мінцер О.П., Заліський В.М. Системна біомедицина. Т. 1:
Концептуалізація. Київ : Інтерсервіс, 2019. 549 с.
80.Мосин О. В., Игнатов И. Загадки ледяных кристаллов. Сознание и
физическая реальность. 2013.Т. 17. №. 5. С. 21-31
81.Мосин О.В., Игнатов И. Структура воды. Химия. 2013. № 1. С. 12-32.
82.Мосин О.В., Игнатов И.И. Изотопный состав воды и происхождение
жизни. Биология в школе. 2013. № 3. C. 1-16.
83.Насонов Д.Н. Местная реакция протоплазмы и распространяющееся
возбуждение. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1962. 426 с.
84.Новаковская Ю.В. Молекулярные системы. Теория строения и
взаимодействия с излучением. Часть 2. Квантовые состояния. М.:
Едиториал УРСС, 2014. 176 с.
293
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
85.Песоцкая Л., Ковальчук Г., Глухова Н., Евдокименко Н., Гетман М.,
Симонова Т. Использование метода газоразрядного свечения для оценки
оздоровительных свойств воды. Устойчивое развитие. 2020. № 2. С. 1019. URL: https://maurorg77.wixsite.com/maur-org
86.Пиментел Дж., Мак-Клеллан О. Водородная связь, пер. с англ., Москва:
Наука, 1964. 462 c.
87.Полинг Л. Общая химия. Москва: Мир, 1974. 846 с.
88.Поляк Э. А. Признаки сверхпроводимости и сверхтекучести в жидкой
воде. Гипотеза. 1992. №1. С. 20-31.
89.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека в свете
современных физико-биологических знаний, концепций, гипотез.
Український медичний часопис. 2019. №4. Т.2. С. 24-29.
90.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека как
часть природного энергообмена: значение для фундаментальной науки и
медицины (часть I). Український медичний часопис. 2019. №5. Т.1. С.2429.
91.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека как
часть природного энергообмена: значение для фундаментальной науки и
медицины (часть ІІ). Український медичний часопис. 2019. №6. Т. 1. С 4144.
92.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека: что
известно официальной науке. Український медичний часопис. 2018. №6.
Т. 2. С. 22-24.
93.Прангишвили И.В., Гаряев П.П., Тертышный Г.Г., Максименко В.В.,
Мологин А.В., Леонова Е.А., Мулдашев Э.Р. Спектроскопия
радиоволновых излучений локализованных фотонов: выход на квантовонелокальные биоинформационные процессы. Датчики и Системы. 2000.
№9 (18). С.2-13
94.Пупышев В.И. Современные представления о химической связи. В:
Современное естествознание: Энциклопедия: В 10 т. Москва: Флинта:
Наука, 1999-2000. Т.1. Физическая химия. 328 с.
95.Пюльман А., Пюльман Б. Квантовая биохимия. Москва: Мир, 1965. 654 с.
96.Росс Э.У. Введение в кибернетику. Пер. с англ. М.: Изд-во ИЛ, 1959. 432
с.
97.Рыжкина И.С., Муртазина Л.И., Киселёва Ю.В., Коновалов А.И. Свойства
супрамолекулярных наноассоциатов, образующихся в водных растворах
низких и сверхнизких концентраций биологически активных веществ.
ДАН. 2009. Т. 428. № 4. С. 487–491.
98.Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СпецЛит, СанктПетербург,
2013. 591 с.
99.Самойлов В.О., Ллисовский В.А., Щедрунов В.В. и др. Люминесцентный
анализ в гастроэнтерологии. Наука, Ленинград, 1984. 236 с
100.
Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и
гидратация ионов. Москва: Изд-во АН СССР, 1957. 180 c.
294
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
101.
Семихина Л.П. Диэлектрические и магнитные свойства воды в
водных растворах и биообъектах в слабых электромагнитных полях.
Тюмень: ТюмГУ, 2006. 164 с.
102.
Семихина Л.П. Определение магнитных и диэлектрических свойств
веществ с помощью индуктивных L-ячеек. Вестник ТюмГУ. 2005. № 1. С.
94–100.
103.
Сент-Дьёрди А. Биоэлектроника. Исследование в области
клеточной регуляции, защитных механизмов и рака. Москва: Мир, 1971.
80 с.
104.
Синицин Н.И., Петросян В.И., Елкин В.А. и др. Особая роль
системы «миллиметровые волны - водная среда в природе».
Биомедицинская радиоэлектроника. 1999. №1. С. 3-21.
105.
Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. Москва: Наука,
1989. 564 с.
106.
Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. Учебник для вузов.
СПб.: Химиздат, 2000. 768 с
107.
Соколик В.В. Кодирование вторичной структуры и структурного
шаблона белка в геноме эукариот. Научный фонд «Биолог». 2014. №3. С.
73-76.
108.
Соколик В.В. Никакой дополнительной информации, большей, чем
та, что содержится в ДНК, для сворачивания белка не требуется /
Матеріали ХІ Укріїнського біохімічного конгресу (06-10 жовтня 2014),
Київ. Український біохімічний журнал. 2014. № 5(86). С. 37-38.
109.
Соколик В.В. Ротамерные варианты конфигурации пептидной связи
и их кодирование в геноме / Матеріали X Українського біохімічного
з’їзду. Тези доповідей (13-17 вересня 2010 р.), Одеса. С. 105-106.
110.
Соколик В.В. Способ моделирования пространственной структуры
белка по детерминирующей его нуклеотидной последовательности.
Біофізичний вісник. 2010. №1(24). С. 31-45.
111.
Степанов Н.Ф., Пупышев В.И. Квантовая механика молекул и
квантовая химия. Москва: из-во МГУ, 2011. 379 с.
112.
Сьуденяк І.П., Краньчец М., Курик М.В. Оптика розупорядкованих
середовищ. Ужгород: Гранда, 2008. 220 с.
113.
Трошин А.С. Проблема клеточной проницаемости. М.-Л.: Изд. АН
СССР, 1956. 474 с.
114.
Тюшев А.Н. Физика в конспективном изложении. Часть 3. Основы
молекулярной физики и термодинамики. Квантовая физика. Физика в
конспективном изложении. URL: https://www.twirpx.com/file/599159/
115.
Фаркас А. Ортоводород, параводород и тяжелый водород. Москва:
ОНТИ, 1936. 244 с
116.
Флайгер У. Строение и динамика молекул. Москва: Мир, 2012. 465
с.
117.
Фларри Р. Группы симметрии. Теория и химические приложения.
Москва: Мир. 2017. 400 с.
295
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
118.
Фудзинага С. Метод молекулярных орбит. Москва: Мир, 2013. 461
с.
119.
Хабердитцл В. Строение материи и химическая связь: Пер. с нем.
Москва: Мир, 1974. 296 с
120.
Хобза П., Заградник Р. Межмолекулярные комплексы: роль
вандерваальсовых систем в физической химии и биодисциплинах. М.:
Мир, 1989. 376с.
121.
Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Бином, 2015. 496 с.
122.
Шаубергер В. Энергия воды. М.: Луза. Экспо, 2007. 320 с.
123.
Шигорин Д. Н. Водородная связь в системах с π-электронами. В кн.:
Водородная связь. Сб. статей под ред. Н.Д. Соколова, В.М. Чулаковской.
М.: Наука, 1964. 339 с.
124.
Шишелова Т.И., Созинова Т.В., Коновалова А. Н. Практикум по
спектроскопии. Вода в минералах: учебное пособие. Москва: Академия
Естествознания, 2010. URL: https://monographies.ru/ru/book/view?id=74
125.
Эйзенберг Л, Кауцман В. Строение и свойства воды. Ленинград:
Гидрометеоиздат, 1975. 431 c.
126.
Alexander D.M., Krurnhansl J.A. Localized excitations in
gydrogenbonded molecular crystals. Phys. Rev. 1986. V. 33. P. 7172-7185.
127.
Antonov A. Research of the Nonequilibrium Processes in the Area in
Allocated Systems. Thesis for Awarding of the Degree” Doctor of Physical
Sciences”. Sofia: Blagoevgrad, 2005. P.1-255.
128.
Bai J., Wang J., Zeng C. Multiwalled Ice Helixes and Ice Nanotubes.
Proc. Natl. Acad. Sci. 2006. V. 103 (52). P. 19664-19667. DOI:
10.1073/pnas.0608401104
129.
Blumenfeld L.A., Cernavskii D.S. Tunneling of electrons in biological
processes. J. Theor. Biol. 1973. V. 39. P. 1-7.
130.
Bulienkov N.A., Zheligovskaya E.A. Functional modular dynamic
model of the surface layer of water. Russian Journal of Physical Chemistry A.
2006.
V.10(80),
P.
1584-1604.
DOI
https://doi.org/10.1134/S0036024406100086
131.
Bulienkov N.A., Zheligovskaya E.A. System-forming functions of
bound water in the mechanism of topochemical reactions of formation of
ultrathin layers on water surface. Biophysics. 2013. V. 1(58). Р.1-18. DOI
https://doi.org/10.1134/S0006350913010041
132.
Careri G., Buontempo U., Galluzzi F., Scott A.C., Gratton E.,
Shyamsunder E. Spectroscopic evidence for Davydov - like solitons in
acetanilide. Phys. Rev. В. 1984. V. 30 (80). P. 4689-4702.
133.
Choi T.N., Jordan K.D. Application of the SCC-DFTB Method to
H+ (H2O)6, H + (H2O)21, and H+(H2O)22. J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114.
P. 6932-6936.
134.
Christie R.A., Jordan K.D. Monte Carlo Simulations of the Finite
Temperature Properties of (H2O)6 / in: Theory and Applications of
Computational Chemistry: The First 40 Years. A Volume of Technical
296
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
and Historical Perspectives, Ed. C.E. Dykstra, G. Frenking, K.S. Kim, G.
Scuseria. New York: Theochem, 2005. P. 995-1006.
135.
Davydov A.S. Solitons as energy carries in biological systems.
Studia Biophys. 1977. V. 62(1). P. 1-8.
136.
Davydov A.S. Solitons in one-dimensional chains. Phys. Stat. Sol.
(b). 1976. V. 75. P. 735-742.
137.
Davydov A.S. The theory of contraction of proteins under their
excitation. J. Theor. Biol. 1973. V. 38. P. 559-569.
138.
Del Giudice E., Spinetti P.R., Tedeschi A. Water. 2010. V. 2. P.
566-586. URL: www.mdpi.com/journal/water.
139.
Domrachev G.A., Selivanovsky D.A. The Role of Sound and Liquid
Water as Dynamically Unstable Polymer System in Abiogenous
Production of Oxygen and the Origin of Life on the Earth. Preprint N 1.
Gorky: Inst. of Organometallic Chem. of the USSR Acad. Sci.,1990. 20 p.
140.
Exner T.E., Mezey P.G. Ab initio-quality electrostatic potentials for
proteins: An application of the ADMA approach. J. Phys. Chem. A. 2002.
V.106. P. 11791-11800.
141.
Faver J.C., Benson M.L., He X., Roberts B.P., Wang B., Marshall
M.S., Sherrill C.D., Merz K.M. The Energy Computation Paradox and ab
initio Protein Folding. PLoS One. 2011. V. 6. P. e18868.
142.
Fedorov D.G., Kitaura K. Extending the power of quantum
chemistry to large systems with the fragment molecular orbital method. J.
Phys. Chem. A. 2007. V. 111. P. 6904-6914.
143.
Fedorov D.G., Kitaura K. The three-body fragment molecular
orbital method for accurate calculations of large systems. Chem. Phys.
Lett. 2006. V. 433. P. 182-187.
144.
Frohlich H. Advances in electronics and electron physics. 1st
Edition. Ed. L. Marton. Academic Press, 1980. V. 53. P. 85.
145.
Frohlich H. Long-ranch coherence and energy storage in biological
systems. Int. J. Quantum. Chem. 1968. V. 2. N 3. P. 641–649.
146.
Frohlich H., Kremer F. Coherent Excitations in Biological Systems.
Berlin, Springer-Verlag, 1985. P 1-5.
147.
Gordon M.S., Fedorov D.G., Pruitt S.R., Slipchenko L.V.
Fragmentation methods: a route to accurate calculations on large systems.
Chem. Rev. 2012. V. 112. P. 632-672.
148.
Hall D.S., Ray M.W., Tiurev K., Ruokokoski E., Gheorghe A.H.,
Möttönen M. Tying quantum knots. Nature Physics. 2016. V. 12. P. 478–
483.
149.
He X., Zhang J.Z.H. A new method for direct calculation of total
energy of protein. J. Chem. Phys. 2005. V. 122. P. 031103.
297
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
150.
Henry S., Frank S., Wen-Yang W. Ion-solvent interaction.
Structural Aspects of Ion-solvent Interaction in Aqueous Solutions: a
Suggested Picture of Water Structure. Discuss. Faraday Soc., 1957. V. 24.
P. 133-140.
151.
Hiramatsu H., Katase T., Kamiya T., Hirano M., Hosono H. Waterinduced superconductivity in SrFe2As2. Phys. Rev. B. 2009. V. 80. P.
052501.
152.
Ignatov I. Energy Biomedicine, Structure of Water. Sofia, Moscow,
Munich: GeaLibris, ICH, 2005. P. 24-48.
153.
Ignatov I., Mosin O.V. Isotopic Composition of Water and its
Temperature in Modeling of Primordial Hydrosphere Experiments.
Science Review. 2013. №1. P. 17-27.
154.
Ignatov I., Mosin O.V. Isotopic Composition of Water and its
Temperature in Modeling of Primordial Hydrosphere Experiments.
Science Review. 2013. №1. P. 17-27.
155.
Ignatov I., Mosin O.V. Origin of Life and Living Matter in Hot
Mineral Water, Acknowledge. Naukovedenie. 2013. №2. P. 1-19.
156.
Ignatov I., Mosin O.V. Structure of Water for Origin of Life and
Living Matter. Naukovedenie. 2013. №2, P. 1-16.
157.
Keutsch F., Saykally R. Water Clusters: Untangling the Mysteries
of the Liquid, One Molecule at a Time. PNAS. 2011. V. 98(19). P.
105330-10540.
158.
Kussmann J., Beer M., Ochsenfeld C. Linear-scaling self-consistent
field methods for large molecules Wiley Interdiscip. Comput. Mol. Sci.
2013. V.3. P.614-636.
159.
Loboda O, Goncharuk V. Theoretical Study on Icosahedral Water
Clusters. Chemical Physics Letters. 2010. V. 484 (4–6). P. 144–147.
160.
Luck W., Schiöberg D., Ulrich S. Infared Iinvestigation of Water
Structure in Desalination Membranes. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1980.
V. 2. № 76. P. 136-147.
161.
Mackey A.L. In symmetry: unifying human understanding. Ed. I.
N.Y.: Hargittai, Pergamon Press, 1986. 21 р.
162.
Melkikh A.V., Khrennikov A. Molecular recognition of the
environment and mechanisms of the origin of species in quantum-like
modeling of evolution. Progress in Biophysics and Molecular Biology.
2017. V. 130. P. A61-79.
163.
Michaelides A., Morgenstern K. Ice Nanoclusters at Hydrophobic
Metal Surfaces. Nat. Mat. 2007. Vol. 6. P. 597
164.
Mintser O.P., Potiazhenko M.M., Nevoit G.V. Evaluation of the
human bioelectromagnetic field in medicine: the development of
298
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
methodology and prospects are at the present scientific stage. Wiadomości
Lekarskie. 2019. V.5(II). P. 1117-1121.
165.
Mintser O.P., Semenets V.V., Potiazhenko M.М., Рodpruzhnykov
P.М., Nevoit G.V. The study of the electromagnetic component of the
human body as a diagnostic indicator in the examination of patients with
Non-communicablediseases: problem statement. Wiadomości Lekarskie.
2020. V.6 (73). Р. 1279-1283.
166.
Mizuguchi Y., Deguchi K., Tsuda S., Yamaguchi T., Takano Y.
Moisture-induced superconductivity in FeTe0.8S0.2. Phys. Rev. B. 2010.
V. 81. P. 214510.
167.
Nakano, T., Kaminuma T., Sato T., Fukuzawa K., Akiyama Y.,
Uebayasi M., Kitaura K. Fragment molecular orbital method: use of
approximate electrostatic potential. Chem. Phys. Lett. 2002. V. 351. P.
475-480.
168.
Pauling L. (ed.) The chemical bond. New York, 1967. 120 p.
169.
Petukhov M., Cregut D., Soares C.M., Serrano L. Local water
bridges and conformational stability. Protein Science. 1999. Vol. 8. P.
1982-1989.
170.
Pople J.A. Molecular Association in Liquids: A Theory of the
Structure of Water. Proceedings of the Royal Society. 1951. V. 205. P.
1081-1089
171.
Preparata G. QED Coherence in Condensed Watter. World Sci.
Singapore. 1995. P. 236.
172.
Rau H. Photoreactive Organic Thin Films. Academic Press, 2002.
559 р.
173.
Saykally R. et al. Unified Description of Temperature-Dependent
Hydrogen Bond Rearrangements in Liquid Water, PNAS. 2005. V.
40(102). P. 14171–14174.
174.
Scholkmann F., Fels D., Cifra M. Non-Chemical and Non-Contact
Cell-to-Cell Communication: A Short Review. Am. J. Trans. Res. 2013.
V.5. P. 586–593.
175.
Shaw D.M., St-Amant A. Linear scaling for density functional
calculations on large molecules with the deft software package. J. Theor.
Comput. Chem. 2004. V. 3. P. 419-442
176.
Sjulstok E., Olsen J., Solov’yov I. Quantifying electron transfer
reactions in biological systems: what interactions play the major role? Sci
Rep. 2016. V. 5. P. 18446. URL: https://doi.org/10.1038/srep18446
177.
Sokolik V.V. Protein is coded in genome and synthesized in
ribosomes as a structural template of a rotameric version sequence of
peptide bound configuration. The International Moscow Conference on
299
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 3
Computational Molecular Biology, МССМВ-11 (July 21-24, 2011),
Moscow, Russia. P. 347-348.
178.
Sykes М. Simulations of RNA Base Pairs in a Nanodroplet Reveal
SolvationDependent Stability. PNAS. 2007. V. 30(104). P.12336–12340.
179.
Szent-Gyorgyi A. Bioenergetics. N.Y.: Acad. Press, 1957. 143 p.
180.
Timothy S., Zwier S. Chemistry: The Structure of Protonated Water
Clusters. Science. 2004. V. 304 (5674). P. 1119-1120
181.
Tinsley J.N., Molodtsov M.I., Prevedel R., Wartmann D., EspiguléPons J., Lauwers M., Vaziri A. Direct Detection of a Single Photon by
Humans. Nat. Commun. 2016. V. 7. P.12-17.
182.
Tokmachev A.M., Tchougreeff A.L., Dronskowski, R. HydrogenBond Networks in Water Clusters (H2O)20: An Exhaustive QuantumChemical. E. J. of Chemical Physics аnd Physical Chemistry. 2010. V.
11(2). P. 384–388.
183.
Tokushima T., Harada Y., Takahashi O., et al. High resolution Xray Emission Spectroscopy of Liquid Water: The Observation of Two
Structural Motifs. Chem. Phys. Lett. 2008. V. 460. P. 387-400.
184.
Voeikov V.L., Del Giudice E. On the relationship between
exclusion zones and coherence domains in water. Труды VI
Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и
излучения в биологии и медицине». СПб., 2012. С. 9.
185.
Wernet Ph., Nordlund D., Bergmann U., et al. The Structure of the
First Coordination Shell in Liquid Water. Science. 2004. V. 304. P. 995999.
186.
Yamanouchi K. Quantum Mechanics of Molecular Structures.
Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2016. 267 p.
187.
Zhang D.W., Zhang J.Z.H. Molecular fractionation with conjugate
caps for full quantum mechanical calculation of protein-molecule
interaction energy. J. Chem. Phys. 2003. V. 119. P. 3599-3605.
188.
Zheligovskaya E.A., Bulienkov N.A. Modular design of locally
ordered tetrahedral structures of Si, SiO2, and H2O: I. Investigation of the
possible cooperative local crystallization in amorphous matrices of these
compounds. Crystallography Reports. 2008. № 6(53), C. 1068-1079. DOI
https://doi.org/10.1134/S1063774508060242
189.
Zheligovskaya E.A., Bulienkov N.A. Rod Structures of Bound
Water: A Possible Role in Self-Organization of Biological Systems and
Nondissipative Energy Transmission. Biophysics. 2017. V. 5(62), P.683690.
300
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ
БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ,
ВКЛЮЧАЯ ЧЕЛОВЕКА
ГЛАВА 4
Как энергия управляет жизнедеятельностью - мы
этого не знаем. Ослепленные нашими успехами, мы
часто даже забываем ставить такие вопросы.
- А. Сент-Дьерди
Мы можем сказать, что жизнь представляет собой
совокупность некоторого числа источников, из
которых каждый, взятый отдельно, оказывается
недостаточным для того, чтобы обеспечить
функционирование живой системы, но при
отсутствии хотя бы одного из них эта система
разрушается.
- П.В. Энгельгардт
301
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Вступление. Современные представления о
квантово-механической организации клеточного
уровня и его частотные характеристики. Роль
клеточной
мембраны
в
механизме
магнитоэлектрохимической
генерации
электрического тока и электромагнитного поля.
Выводы с позиции системной медицины.
Вступление.
В предыдущем разделе были изложены ключевые принципы
магнитоэлектрохимической
организации
строения
и
функционирования молекул живых биологических систем. Как
итог была описана принципиально новая условная структурная
единица организации жизни на субклеточном уровне –
молекулярная ячейка. Молекулярная ячейка по сути является
условным комплексом, который объединяет биополимеры и
фрактальные энергонапряженные кристаллические структуры воды
в единый структурно-энергетический континуум, который уже
имеет
признаки
живого.
Клетка
является
следующим
иерархическим уровнем организации живой материи и в ней
появился
принципиально
новый
морфологический
и
функциональный элемент - биологическая мембрана. Изучение
строения и функционирования клеточной мембраны и клетки
прошло сложный путь развития ряда моделей, концепций, теорий.
Накопленный фундаментальный материал значительно прояснил и
углубил представления фундаментального естествознания о многих
гистологических аспектах строения и функционирования тканей
302
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
живых биологических систем. Однако многие принципиальные
вопросы долго оставались не раскрытыми. В первую очередь это
касается вопросов механизмов клеточной биоэнергетики.
Эволюция знаний физико-химического подхода породила
критику классической мембранной теории строения клетки.
Например, слабым местом мембранной теории оказалась
несовместимая
со
здравым
смыслом
рассчитанная
энергозатратность работы ионных насосов мембран: подсчитано,
что для поддержания градиентов Na+ и K+ путем работы Na+/K+АТФазы мембране нужно в 3600 раз больше энергии, чем клетка в
действительности способна запасать и т.д. Данная информация
заставляет задуматься о существовании еще неоткрытых наукой
способов регуляции и энергообеспечения клеточного метаболизма,
а также о необходимости продолжения поиска истины. Поиск
постоянно продолжается, порождая попытки решения проблемы,
но конечная цель пока остается не достигнутой [40, 76, 102].
Таким образом фундаментальное естествознание, детально
изучив и смоделировав структурные компоненты организации
клетки, с позиций классической электрохимии не смогло объяснить
универсального механизма клеточного энергообеспечения и
появления
у
клеток
магнитоэлектрических
феноменов.
Существующая на сегодняшний день электрохимическая
парадигма обмена веществ не может дать адекватного описания
механизма выработки переменного тока клетками за счет ресурсов
среды, не может до конца объяснить, как обеспечивается
ритмичность и адаптационный энергоотклик клетки на
воздействие, не может объяснить, как и за счет каких механизмов
клетки организованы в единую морфоэнергетическую структурную
систему функционирования живых тканей и целостного организма.
Ретроспективно анализируя научную ситуацию конца ХХначала XXI столетий, можно заметить, что в попытке научного
решения учеными для объяснения каждой фундаментальной
характеристики живого предлагались самые разнообразные схемы:
для метаболизма - несколько различных химических схем, для
гомеостаза и ритмов - ряд электротехнических схем, для нервной
рецепции - ионная теория возбудимых сред и т.д. [4, 7, 15, 24, 32,
33, 35, 57, 107, 108, 110, 111].
Мы разделяем мнение тех ученых, которые считают, что для
решения существующих фундаментальных проблем и дальнейшего
303
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
научного
прогресса
необходимо
применять
системноинтегративное мышление с системным анализом, обобщением всех
существующих фундаментальных знаний с созданием единого
научного фундаментального универсума знаний. Именно такой
системно-медицинский подход является наиболее продуктивным и
потенциально прогрессивным. К тому же в XXI веке уже накоплено
достаточное количество научного знания, на основе которого
можно осуществить эффективный ресинтез универсальной науки
[98].
В качестве примера эффективности реализации подобного
подхода в текущей главе будет представлен весьма перспективный
вариант возможного решения «кризиса обеспечения энергетики
мембран», а именно будет предоставлено описание современной
разработанной
модели
контура
мембранной
магнитоэлектрохимической генерации биотоков (А.И. Оше,
Россия). Указанная модель описывает именно универсальный
механизм объяснения появления феномена электромагнетизма в
живых биологических системах как следствие возникновения и
течения в их мембранах переменного тока. Указанная модель
является гениальной в своей простоте и универсальности. Однако
для ее создания авторам было необходимо применить именно
системное мышление, поскольку для этого понадобились знания
современных законов электрохимии и кибернетики [47-52].
Именно поэтому, исходя из позиций системности, при
определении концептуальной системы взглядов на роль внутренних
электромагнитных полей, нами не случайно при рассмотрении
клеточного уровня электромагнитной организации ключевое
внимание отводится клеточной мембране. Это так, поскольку
именно клеточным мембранам живых биологические системы
должны быть благодарны своей жизнедеятельностью. И это
связано, вовсе не из формообразующей или барьерной функцией
мембран. Ключевой особенностью оказывается способность
мембран соответствии с законами электрохимии генерировать
электромагнитное излучение [3, 9, 12, 13, 36].
В начале главы хотим также отметить, что исследования
электрофизиологии и проводимости биологических мембран, как и
многих других электрофизических параметров мембран, занимают
свое место в процессе конвергенции биологии и электроники [37,
38, 44].
304
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Современные представления о квантовомеханической организации клеточного уровня и
его частотные характеристики.
Клетка - это живая биологическая система, для которой
характерны все признаки живого (процессы самоорганизации,
передачи информации, энергетического метаболизма и т.д.).
На основании накопленных фундаментальных знаний и
научных постулатов магнитоэлектрохимической теории, которые
были сформулированы в предыдущих разделах можно
констатировать следующее:
Каждая клетка живой биологической системы является
источником электромагнитных колебаний.
Клетка и соответственно образованные клетками ткани
многоклеточных
живых
биологических
организмов
являются квантово-механическими системами, которые
имеют
суммарные
энергетические
и
частотные
характеристики полевых структур - молекул/атомов,
которые их образовали.
Клетка [и соответственно образованные клетками ткани]
многоклеточных живых биологических организмов - это
комплекс волновых функций, параметры которого
определяются частотно-волновой основой структурных и
метаболических процессов, имеющих место в ней.
Подробнее:
Определение понятия клетки как квантово-механической системы или
комплекса волновых функций обусловлено тем, что она образована
молекулами и атомами, которые имеют электромагнитную природу
строения, состоят из резонирующих электромагнитных волновых полевых
структур-осцилляторов, объединяемых электромагнитными полевыми
взаимодействиями (см. предыдущие главы).
С точки зрения квантовой физики клетка [и соответственно
образованные клетками ткани] живых биологических систем это итоговые интерферирующие электромагнитные волновые
пакеты, которые имеют видовую постоянную частоту при
условии нормального течения метаболических/энергетических
процессов.
305
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Подробнее:
Для клетки, как и для всей материи Вселенной, характерны свойства
корпускулярно-волнового дуализма, потому модельно клетки [и
образованные ими ткани] можно представлять в виде суммарного
интерферирующего комплекса электромагнитных волновых колебаний,
которые возникают как следствие генерации осцилляций атомами, так и как
результат волновых колебательных процессов молекул, образующих клетки
[81, 83].
Клетка [и соответственно образованные клетками ткани]
живых биологических организмов, включая человека,
являются следующими иерархическими системами с
периодической связью, самосогласованной морфологической
структурой организации, которые в силу своей осцилляторной
активности
создают
собственную
полевую
суперпозицию/поле/матрицу
и
этой
суперпозицией
поддерживаются [67-70, 104-106].
Частота функционально здоровой клетки и/или ткани является
достаточно устойчивой видовой характеристикой для
одноклеточных и простейших организмов, вирусов, прионов, а
также
тканей
живого
биологического
организма,
функционирующего в основном состоянии/коридоре нормы,
то есть здоровья [67-71, 104- 106].
Подробнее:
Установлено, что [67-71, 104-106]
- поскольку атомарное строение вещества является постоянным и
определяется
квантово-механическими
характеристиками
частиц,
образующих атомы, то соответственно частотный диапазон, определяемый
колебаниями атомов, также оказывается постоянным;
- колебательная активность биомолекул включает кроме атомарного
компонента осцилляции еще и частотную составляющую, обусловленную
функционированием живой молекулы - собственно ее колебаниям при
трансформации химической энергии АТФ в солитон и в результате
дальнейшей передачи энергии по цепи биополимера;
- в основном состоянии (т.е. при функционировании биомолекулы в
коридоре нормы) для молекул, образующих ткани, характерен определенный
типичный набор осцилляций, которые возникают, исходя из квантовомеханических особенностей энергетических/метаболических процессов с их
участием;
306
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- переход биомолекул в метастабильное состояние (то есть состояние
болезни) связан с изменением метаболических процессов и соответственно
проявляется изменением метаболического/энергетического молекулярного
вклада осцилляций в суммарном частотном показателе клетки/ткани;
- при этом данный измененный частотный показатель будет
соответствовать частотному проявлению патологии клетки или ткани на
уровне организма (то есть будет регистрироваться появление частот
патологических процессов) и тоже будет иметь устойчивую характерность
для определенных типов квантово-механических расстройств микроуровня
(т.е. соответствовать определенным отклонением от нормы);
- таким образом частотные спектральные характеристики - это условно
«частотно-волновой паспорт», который отражает строение и состояние
функционирования клетки/ткани живой биологической системы.
Электромагнитные
поля
клетки
[и
соответственно
образованных клетками тканей] живых биологических
организмов, включая человека, имеют миллиметровый
диапазон длин волн с частотой 1010-1011 Гц и является как
квантово-механическим
результатом
электромагнитного
энергетического взаимодействия, так и базисом, который
обеспечивает реализацию феномена жизни; при этом эти поля
выполняют функцию электромагнитного «макета/каркаса»
живой биологической системы, который определяет ее
морфологические признаки (квантово-механическая теория
феномена жизни С.П. Ситько) [1, 18-23, 29, 61-72, 75].
Подробнее:
Установлено, что гносеология проблемы имела последующее развитие:
1923 год - открытие биологом А. Гурвичем (1874-1954, Россия-СССР)
факта наличия у живых клеток митотического излучения [25-27];
1944 год - А.Г. Гурвич сформулировал общую концепцию
биологического поля на основании представлений о векторности
биологических процессов, как таких, которые характеризуют все процессы
жизнедеятельности [25-27];
60-е годы ХХ века - были созданы генераторы электромагнитного
излучения в миллиметровом диапазоне длин волн [30, 31];
1968 год - П. Митчелл установил, что большую часть энергии
метаболизма клетки тратят на создание и поддержание на плазматических
мембранах напряженности поля в 105 В/см [5, 6, 17];
80-90-е годы ХХ века - ряд открытий стал основанием для проведения
дальнейших
исследований:
была
установлена
зависимость
жизнедеятельности живого от частоты и мощности электромагнитного
излучения миллиметрового диапазона (Н. Залюбовская, СССР); - случайное
307
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
выявление возможности терапии язвы желудка при лечении органа зрения
генератором миллиметрового излучения (И. Черкасов, С. Недзвецкий,
СССР); - открытие терапевтического эффекта от воздействия отдельными
квантами (~ 10-21 Вт/Гц см2) электромагнитного излучения миллиметрового
диапазона при сверхмалой интенсивности воздействия на определенные
биологически активные точки (Е. Андреев, М. Белый, С. Ситько, СССР) [1].
1986 год - Г. Фрелих доказал, что собственные колебания
плазматических мембран клеток находятся в миллиметровом диапазоне длин
волн с частотой 1010-1011 Гц [86, 87].
1986 год - физик С.П. Ситько (1936-2020, СССР-Украина) заложил
основы так называемой «физики живого»; - группа физиков во главе с
С.П. Ситько, которая взяла для себя название «Отклик», а в дальнейшем
стала сотрудниками научно-исследовательского центра квантовой медицины
«Отклик» МОЗ Украины, филиалы которого работали на территории всего
СССР, сформулировали квантово-механическую гипотезу реализации
феномена жизни на макроуровне; - ими было задекларировано, что
«квантово-механические принципы тождества и дискретности могут быть
применены к живым организмам при условии существования
самосогласованного потенциала структур, которые образуют этот объект
и
имеют
тождественные
спектральные
характеристики»
и
«самоорганизующиеся потенциалы живых объектов, обеспечивающих
квантово-механический сценарий жизни, реализуются в соответственно
геному как собственные когерентные поля в миллиметровом диапазоне длин
волн; при этом такие поля являются электромагнитными макетами
живого, благодаря силе когерентности чрезвычайно устойчивые, что
позволяет постоянно контролировать, осуществлять и корректировать
ретрансляцию генома на организм стандартными механизмами
биохимической наследственности» [68, 69, 71, 104-106].
1995 год - разработаны С.П. Ситько основы так называемой квантовой
медицины были внедрены в практическое здравоохранение СССР: под
руководством M. Казакова при поддержке С.П. Ситько был создан госпиталь
Ситько-МРТ (Донецк, Украина), где в течение 25 лет осуществляется
успешное лечение, основанное на квантово-механической гипотезе физики
живого С.П. Ситько с использованием сверхвысокочастотной (СВЧ)-терапии;
госпиталь Ситько-МРТ в 2005 году был признан лучшим заведением по
предоставлению медицинских услуг населению в Украине и существовал по
настоящее время; - сегодня разработанные технологии и приборы относятся к
так называемому биорезонансному/частотноволновому методу лечения [45,
66];
1997 год - коллективом научно-исследовательского центра квантовой
медицины «Отклик» во главе с С.П. Ситько впервые доказано в прямом
эксперименте наличие у человеческого организма собственного
электромагнитного
поля/каркаса
из
миллиметрового
диапазона
электромагнитных волн когерентного поля организма, образующегося в
308
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
результате активности каждой клетки организма: впервые была
зарегистрирована неравновесная компонента электромагнитного излучения
человека в миллиметровом диапазоне с помощью аппаратуры, и была
доказана еще раз правота гипотезы о физике живого [68, 69, 71].
Каждая самостоятельно функционирующая клетка [и любой
живой объект - ткань, орган, организм] является целостной
квантово-механической
системой,
макроскопический
самосогласованный потенциал которой формируется в
соответствии генома по лазерному типу в миллиметровом
диапазоне электромагнитных волн за счет электромагнитной
активности клеточных мембран [67, 104].
Подробнее:
Согласно разработанным идеями «физики живого» С.П. Ситько [67-72,
104-106]: «Самосогласованный потенциал каждого живого объекта
формируется в соответствии генома по лазерному типу в мм-диапазоне
длин волн. ... Среди фундаментальных сил природы (сильные, слабые,
электромагнитные, гравитационные поля) химических сил нет. Химические
взаимодействия суть не что иное, как короткодействующая составляющая
электромагнитного взаимодействия, которая выделяется в жидкостях и
твердых телах благодаря ряду эффектов, среди которых основным
является экранирование поля соседними квазинейтральными молекулами ...
химические силы по определению, не могут организовать и поддерживать
корреляцию процессов во всем макроскопическом организме, то есть они как
раз не могут в принципе обеспечить дифференциацию и морфогенез, как и не
могут отдельные молекулы ДНК (какими бы сложными они ни были)
«отвечать» за любые органы, болезни, талант, продолжительность жизни
и т.п. .... В основе физики живого лежит представление о том, что кроме
анатомически-морфологических систем организма, которые мы видим
глазами, существует (причем реально существует), то, что мы не видим
глазами. Это так называемый электромагнитный каркас человека, а если
быть более точным в физическом плане, собственно когерентное поле
человека в мм-диапазоне электромагнитных волн. Это поле создается
благодаря электромагнитной активности каждой клетки организма, но,
будучи созданным, оно направляет, синхронизирует и координирует работу
всех органов и структур организма и в утробе матери, и после рождения в
течение всей жизни. А так как геном каждой соматической клетки данного
организма одинаков, то именно через создание и функционирование этого
электромагнитного каркаса и реализуется хромосомная наследственная
информация, обеспечивая корреляцию всех биохимических процессов в
организме. Наличие самосогласованного потенциала всего организма
позволяет преодолеть запрет на применение квантовой механики и ее
309
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
принципов для целостных макроскопических систем (каким является,
например, человеческий организм). Применение принципов квантовой
механики - тождественности и дискретности - ввело в науку универсальный
критерий фундаментальности - наличие собственных характеристических
частот. Этому критерию ранее удовлетворяли три уровня организации
материи - ядерный, атомный и молекулярный. Теперь же, благодаря
наличию электромагнитного каркаса организма, оказалось, что живое
является четвертым уровнем квантовой организации природы с
собственными характеристическими частотами каждого целостного
живого объекта, которые обеспечивают разнообразную дифференциальную
устойчивость живого (существование отдельных особей, видов и семей
растительного и животного мира) так же как, например, таблица
элементов Менделеева демонстрирует разнообразную дифференциальную
устойчивость атомного мира».
Клетка как живая биологическая система [и любой живой
объект - ткань, орган, организм] является четвертым уровнем
квантовой организации природы (после ядерного, атомного и
молекулярного) [67, 104].
Электромагнитная активность клеточной мембраны позволяет
рассматривать ее [мембрану] как растровую топологическую
решетку, которая определяет частотный диапазон резонанса с
излучением в окружающие среды - среда организма и наружу
[67, 104].
Подробнее:
Установлено, что [2, 8, 73, 74, 77, 92, 93]:
- например, баланс процессов окислительного фосфорилирования и
образования АТФ обусловлен функционированием внутренних мембран,
имеющих принципиальное значение в процессах трансформации энергии;
- мембрана образует анизотропную структуру для ферментов, которые
катализируют векторные реакции, а результирующий поток электронов от
субстратов с низким окислительно-восстановительным потенциалом
соотносится с трансмембранным переносом протонов таким образом, что
образуется трансмембранный градиент протонов;
- используя принцип хемотаксии, можно утверждать, что в возникновении и
поддержании трансмембранного градиента ионов водорода важнейшая роль
отведена дипольной составляющей, которая образуется совокупностью
мембран митохондрий;
- на частотах СВЧ-диапазона колебания диполя обеспечивают мощность
излучения собственного электромагнитного поля клетки 10-23 Вт;
310
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- поля клеток в агрегации последних взаимодействуют друг с другом в
модели клеточных осцилляторов, множество которых и образует суммарное
электромагнитное поле ткани.
Одиночные
клетки
генерируют
высокочастотное
электромагнитное поле в миллиметровом диапазоне длин
волн с частотой 1-100 ГГц с уровнем излучения 1·10-20-1·10-22
Вт/ГЦсм2 [54, 55].
Для микроволнового диапазона длин волн (30-300ГГц)
наблюдаются резонансные поглощения излучения на ряде
частот в очень узком диапазоне (доли процента диапазона
частот поглощения), что объясняется свойствами клеточных
мембран, имеющих частоту собственных колебаний в
диапазоне от 1010-1011Гц [1, 29, 72].
Резонансные частоты воздействия электромагнитного
излучения сверхвысокой частоты (СВЧ) миллиметрового
диапазона на водные структуры и биологические объекты
составляют 50-100 ГГц и имеют дискретный характер, что
предположительно
объяснялось
квантовой
природой
излучения, а возможно и существованием участков в системе
(предположительно гексагональных фрагментов воды),
энергетические переходы в которых являются дискретными и
находящимися в обозначенном диапазоне [29, 54, 55].
Подробнее:
Установлено, что [2, 8, 73, 74, 77, 92, 93]:
- клеточные мембраны имеют разность потенциалов 60-80 мВ при толщине
70 А, что обусловливает величину напряженности поля Е=107 В/м и является
показателем достаточно большого уровня напряжения;
- при распространении механических или акустических волн клеточные
мембраны деформируются и в системе могут возникать электрические
колебания с частотой, которая будет равняться частоте механических
колебаний;
- механизм распространения информационных сигналов на клеточном уровне
ряд ученых связывают с существованием акустоэлектрических волн именно
потому, что их частоты могут совпадать с частотами отдельных органов,
нарушая их работу.
Информационно-энергетические
процессы
клеточной
феноменологии жизнедеятельности являются нетепловыми, а
оптическими, так как находятся в так называемом
311
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
биологическом диапазоне (от 1014 Гц и ниже), представленны
фотонами/солитонами Давыдова с длиной волны > 1 мкм до 0
и энергией <0,5 эВ и до 0, совпадают с этой областью
электромагнитного спектра Солнца и значительно ниже
уровней энергий ионизации и возбуждения атомов и молекул.
Подробнее:
Установлено, что [17-23, 28]:
- для клетки [и соответственно образованных клетками тканей]
многоклеточных живых биологических систем процессы самоорганизации,
которые
обусловливают
феноменологию
их
жизнедеятельности,
сосредоточены в области энергий квантов существенно ниже энергии
ионизации и возбуждения атомов и молекул;
- кванты энергии этой области связаны с процессами перестройки водных
квазикристаллов и кластерных структур воды, то есть с энергиями
водородных
и
ван-дер-ваальсовых
связей
и
поляризационными
перестройками водных кластеров
- исторически эта область квантов энергии была выделена в солнечном свете,
где она начиналась с частот порядка 1014 Гц и ниже и была названа «далекой
инфракрасной
областью»,
которая
представлена
фотонами
электромагнитного поля с длиной волны> 1 мкм и энергией <0,5 эВ, и
продолжается до нулевых частот и энергий;
- по энергетическим значениями с этой областью электромагнитного поля
Солнца совпадает спектр квантов энергии, который возбуждается в
процессах самолокализации на ангармоничних группах молекул и
молекулярных структур, в наибольшей степени представленных в структурах
биополимеров;
- исторически кванты этого происхождения стали именоваться «солитоны
Давыдова», поскольку такое преобразование энергии впервые теоретически
доказано именно им [Давыдовым], поэтому эта область идентична фотонам
электромагнитного поля в дальней инфракрасной (и далее) области.
Соответствие частотных и энергетических диапазонов
электромагнитного поля живых биологических систем с
указанием физических процессов, ответственных за появление
квантов соответствующих энергий показано на рис. 4.1.
312
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Рис. 4.1. Соответствие частотных и энергетических диапазонов
электромагнитного поля живых биологических систем с указанием
физических процессов, ответственных за появление квантов
соответствующих энергий: I - ядерные процессы, II - процессы
внутренних электронных оболочек атома, III - процессы внешних
электронных оболочек атома, IV - процессы молекулярных цепей,
V - колебательные и поляризационные процессы структур воды
[18].
Биологический диапазон (0<υ<1014Гц) включает пять
поддиапазонов,
которые
отличаются
биологическими
мишенями действия электромагнитного поля: терагерцовый
диапазон,
СВЧ-диапазон,
мегагерцевый
диапазон,
килогерцевый диапазон, низкочастотный диапазон.
Подробнее:
Установлено, что [17-23, 42, 43]:
1.1. Терагерцовый диапазон (5·1013-3·1011 Гц) непосредственно
примыкает к области ближнего инфракрасного излучения и ранее назывался
«дальним инфракрасным диапазоном»: - до недавнего времени исследования
электромагнитного поля терагерцового диапазона частот практически
отсутствовали из-за технической сложности создания приемников и
источников этого диапазона; - сейчас благодаря научно-техническому
313
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
прогрессу и доказанного экспериментально факта высокой биологической
активности количество исследований в этом направлении неуклонно растет.
Биологическое значение терагерцового диапазона:
1) ответственный за сигналинг/передачу информации в
когерентной (квантовой) форме - солитонах;
2) поддержание энергонапряженность структур воды в живых
биологических системах;
- то есть терагерцовый диапазон ответственный за ключевые
моменты
биохимического
функционирования
живых
биологических систем.
Биологическая мишень для терагерцового диапазона: молекулярные
цепи биополимеров и биополимерно-водных структур живого организма.
Механизм биологического действия терагерцового диапазона:
- кванты электромагнитного поля терагерцового диапазона
имеют энергию от 0,2 до 10-3 эВ, которой недостаточно для
возбуждения электронных подсистем биополимеров, но
достаточно для возбуждения ангармоничних групп, как в
собственной структуре биополимеров, так и в структуре
пограничных групп, ангармонизм которых возникает в результате
соединение их водородными связями с молекулами воды;
→ таким образом кванты энергии терагерцового диапазона
возбуждают колебания Амид-1-биополимеров и других
ангармонических групп молекулярных цепей биополимеров и
биомолекул; → далее колебательная энергия на этих группах
самолокализуется и превращается в солитоны (когерентная
форма); → солитоны включаются в управляющие энергетические
потоки, способствующие взаимодействию биомолекулярноводных структур друг с другом, и обусловливая биохимическое
функционирования живых систем.
- Важное биологическое значение терагецевого диапазона в
обеспечении жизнедеятельности живых биологических систем на
Земле подтверждает факт открытия того, что именно
терагерцовый диапазон излучения космического происхождения
практически полностью поглощается атмосферой планеты и не
создает электромагнитных помех космического происхождения
для процессов сигналинга в терагерцовом диапазоне
биополимеров в живых системах биоценоза Земли.
- Установлен высокий лечебный эффект применения
терагерцового диапазона в медицине.
- Использование терагерцового диапазона возможно в
технических целях, поскольку было установлено, что многие
диэлектрики прозрачные в этом диапазоне частот. Это
определило интерес к применению диапазона в радиотелефонной
связи. Указанный факт очень опасен для человечества, поскольку
314
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
рост электромагнитного техногенного загрязнения терагерцового
диапазона может стать угрозой существованию живых систем и
человека на планете Земля.
1.2. Сверхвысокочастотный (СВЧ) -диапазон (3·1011-5·1010 Гц) или
диапазон «миллиметровых волн»: - это наиболее изученный диапазон с
доказанным лечебным воздействием на человека; - практически во всех
экспериментах
наблюдается
лечебный
эффект
при
действии
электромагнитного поля СВЧ-диапазона частот на живые организмы и его
высокая воспроизводимость. Как резонансные установленные частоты
42,3 ГГц (7,1 мм), 53,5 ГГц (5,6 мм), 70,5 ГГц (2,4 мм).
Биологическое значение СВЧ-диапазона для жизнеобеспечения живых
систем имеет очень большое значение и аналогично с терагерцовым
диапазоном. Указанное также подтверждает факт отсутствия природных
электромагнитных полей СВЧ-диапазона космического происхождения в
силу их практически полного поглощения атмосферой Земли и
соответственно отсутствие «внешних препятствий» для осуществления
функции сигналинга биологических живых систем в данном энергетическом
диапазоне.
Биологическая мишень для СВЧ-диапазона:
- неспецифические структуры - фрактальные кристаллические
образования воды в составе биополимерно-водных структур
живого организма.
Механизм биологического действия СВЧ-диапазона:
- кванты электромагнитного поля СВЧ-диапазона имеют
энергию от 11,24·10-3 до 4·10-4 эВ, что значительно ниже энергии
водородной связи и несколько ниже кинетической энергии
теплового движения биомолекул; → поэтому кванты
электромагнитного СВЧ-диапазона могут быть в виде солитонов
для формирования энергетической поддержки фрактальных
кристаллических структур воды в составе биополимерно-водных
энергонапряжених кристаллов живых систем и человека.
- Установлено экспериментально, что наблюдается «значительно
выраженное влияние высокоупорядоченных (когерентных)
электромагнитных
излучений
малой
(нетепловой)
интенсивности на живые организмы, а также факт, что
основные
закономерности
этого
действия
являются
универсальными для всех живых систем, от микроорганизмов до
высших животных, включая человека». [29].
- В течение последнего полувека СВЧ-приборы активно
используются в лечебной медицинской практике и на
современном этапе модернизированны за счет новых цифровых
технологий и программного обеспечения.
315
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
1.3. Мегагерцевый диапазон (109-106 Гц) соответствует частотам
электромагнитного поля биохимических реакций.
Биологическое значение мегагерцевого диапазона - это энергетическое
обеспечение эффектов участия ионов биологически значимых элементов в
биохимических реакциях жизнеобеспечения живых систем.
Механизм биологического действия мегагерцевого диапазона:
- именно в области мегагерцевого диапазона для
постоянного магнитного поля Земли находятся частоты
парамагнитного резонанса отдельных ионов (Са 2+, Мg 2+, Fe2 + и
т.д.), содержащиеся в цитоплазме и в жидких структурах живых
биосистем и имеют принципиально важное значение для
осуществления
ключевых
биохимических
процессов;
→ в зависимости от функции ионов их парамагнитный резонанс
может выражаться в ускорении или в подавлении отдельных
функций клетки; → в ходе этих процессов сверхслабые
физические эффекты - отзывы иерархических изменений
фрактальных кристаллических структур воды, происходящих в
этом
же
энергетическом
диапазоне
оказываются
незначительными.
1.4. Килогерцевий диапазон (106-103 Гц): измерение резонансного
поглощения электромагнитного поля килогерцевого диапазона позволяют
проводить активную диагностику жизнеспособности клеточных структур по
структурированности воды их молекулярно-водных структур.
Биологическое значение килогерцевого диапазона вероятно связано с
энергетическим насыщением жидкокристаллических структур воды и
поддержкой феномена жизни в живых биологических системах.
Биологической мишенью килогерцевого диапазона предположительно
являются поляризационные процессы поддержания и восстановления
кристаллических структур воды, которые входят в состав биологических
водных структур, так и самоорганизующихся непосредственно в объеме
воды.
Механизм биологического действия килогерцевого диапазона:
- кванты электромагнитного поля килогерцевого диапазона
обладают очень малой энергией, которая при резонансном
поглощении структурами водных кристаллов, способна влиять на
их иерархическую форму и расположение боковых цепей.
- В киллогерцевом диапазоне отсутствуют помехи от других
физических процессов. Это сделало возможным его изучения
методом L-диэлькометрии, который позволяет по изменениям в
поглощении реактивной энергии (tgδ=wреактивна/wактивна) в
диапазоне от 10 кГц до 100 кГц регистрировать уровень
структурирования воды непосредственно в живых биологических
системах.
316
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- Резонансные пики поглощения, наблюдаемые в килогерцевом
диапазоне частот во всех живых организмов, свидетельствующие
о присутствии в них значительной доли воды в
структурированном виде. Изменение интенсивности пиков
поглощения на определенных частотах и их появление в других
областях частотного диапазона дает возможность оценивать в
динамике изменения состояния водного компонента живых
систем в зависимости от условий внешней среды, внутреннего
состояния организма, в том числе при жизни и после смерти.
Наиболее
наглядно
демонстрируют
это
результаты
L-диэлькометрического исследования [62], которое показало
изменения тангенса диэлектрических потерь tgδ = wреактивна/wактивна
живого хомяка, внезапно погибшего от стресса непосредственно
во время измерений. Через час после гибели животного пик на
частоте 70 кГц, соответствующий структурированности воды для
всех живых и здоровых позвоночных в живом состоянии,
нивелировались и сменился слабым увеличением tgδ в области
частот 20 МГц, характерным для физиологического раствора.
Обозначенное полностью подтверждает представление о
разрушении фрактальных структур воды после смерти живого
организма, отвечает сформулированным постулатам теории
магнитоэлектрохимического
обмена
веществ
в
живых
биологических системах, что рассматривается в данной
монографии.
1.5. Низкочастотный диапазон (103-0,001 Гц): - следует за килогерцовым
диапазоном; - эта область спектра активно изучалась учеными всех
естественных наук (химиками, физиками, биологами).
Биологическое значение низкочастотного диапазона: установлены
эффекты, связанные с действием электромагнитных полей сверхнизких
частот (≥100 Гц) на живые системы и воду с той особенностью, что
биологическое действие электромагнитного поля низкочастотного диапазона
возникает только в присутствии магнитного поля Земли и для действия
данного диапазона важная роль коллинеарности переменного и постоянного
магнитных полей в существовании магнитного эффекта и структурные
перестройки водных кластеров в области частот 3,5-8 Гц.
Биологической мишенью низкочастотного диапазона являются водные
кластерные фрактальные структуры живых систем.
Механизм биологического действия низкочастотного диапазона:
открыто,
что
под
действием
электромагнитного
низкочастотного диапазона происходит активация жидкой воды,
что регистрируется по реакции биотестов на этот процесс.
Согласно результатам ряда исследователей, размер образованных
водных кластеров может быть от двух до многих тысяч молекул
воды [39, 41];
317
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- был установлен важный факт, что структуризация воды имела
место именно при малых величинах электромагнитного поля (при
Н˃8 Эрстед эффекты исчезали);
- в том же диапазоне частот было показано, что при воздействии
комбинированных магнитных полей на живые бактерии E. coli и
S. Aureus их развитие зависело не только от коллинеарности, но и
от взаимной ориентации векторов электромагнитного и
магнитного полей, а также при увеличении суммарной
амплитуды
коллинеарных
полей,
когда
вектор
электромагнитного поля был ориентирован в направлении поля
Земли, всегда наблюдался ускоренный рост колоний бактерий, а
при ориентировании вектора против направления магнитного
поля Земли наблюдался обратный эффект - скорость роста
колоний снижалась по сравнению с контролем. Эффект
проявлялся независимо от того, подвергалась обработке
непосредственно культура бактерий, или вода потом добавлялась
к культуре, или обработанная вода просто находилась рядом с
биотестом. Таким образом подобная стимуляция осуществлялась
как при непосредственном воздействии, так и дистанционно эффект дистанционной активации. Учеными был сделан вывод,
что при коллинеарности векторов магнитного поля и
электромагнитного
поля
модулирующая
функция
электромагнитного поля оказывалась на фоне усиления (или
ослабления) постоянного магнитного поля Земли. Причем
наибольшая
наглядность
биологического
действия
регистрировалась в процессах, связанных с делением клеток, что
и определяло эффективность бактериальных биотестов в
визуализации эксперимента.
- Дальнейшее изучение низкочастотного диапазона может
открыть новые фундаментальные явления в знаниях
относительно системных энергетических процессов в живых
биологических системах, включая человека.
Управление и взаимодействие между клетками [и созданными
ими тканями] в живых биологических системах происходит с
помощью цепных реакций, инициированных фотонными
квантами взаимодействия.
За время развития научного направления физики живого было
разработано несколько базовых концепций влияния на клетки
и образуемые ими ткани электромагнитных энергий
биологического диапазона.
318
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Подробнее:
- концепция школы акад. Н.Д. Девяткова базировалась на идее, что
воздействие электромагнитного поля биологического диапазона реализуется
с помощью акустоэлектрических волн, которые в клеточных мембранах
инициируют генерацию сигналов управления с формированием новых
мембранных комплексов в клетке, что инициирует на мембранном уровне
метаболические процессы и т.п. [29];
- концепция О. Бецкого и И. Петрова базировалась на идее, что
первичной мишенью воздействия электромагнитного поля биологического
диапазона является водный матрикс организма, а при воздействии приборами
с лечебной целью - водная среда верхней части кожного покрова, что
приводит к повышению химической активности молекул структурированной
воды организма и дальше по принципу триггерного эффекта возбуждения
передается как информационный сигнал до уровня белков клеточной
мембраны [6];
- концепция школы квантовой медицины проф. С.П. Ситько
базировалась на идее имманентности/родства низко интенсивных
электромагнитных полей живого вещества, из чего следует, что для каждого
живого биологической системы (клетки, ткани и т.п. соответственно
иерархическому уровню) существуют характерные специфические для него
частоты, которые при поступлении извне резонируют с соответствующими
молекулярными структурами, вызывая их информационный отзыв [66-72];
- концепция коллективных процессов проф. Л.Н. Галь впервые
сформулировала
физические
механизмы
энергоинформационного
воздействия, выделив на основе осцилляторной модели биополимеров с
группой Амид 1 возможность формирования и передачи двух потоков
когерентной энергии в виде солитонов Давыдова - биохимического, когда
поток солитонов движется по биополимерам, обеспечивая его
функциональную активность, и управляющего, когда поток переходит на
воду, окружающюю биополимер, и передается по водной структурированной
энергонапряженной фрактальной кристаллической иерархической системе
всего организма, обеспечивая тем самым коллективные процессы
самосогласованности и т.п. [17-23].
319
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Роль
клеточной
мембраны
в
механизме
магнитоэлектрохимической
генерации
электрического тока и электромагнитного поля.
Метаболизм, обеспечивающий энергопитание живого, и все
остальные характеристики функций живых биологических
систем, обуславливаются свойствами и особенностями
магнитоэлектрохимических процессов, происходящих в них
[в биологических системах] на клеточном уровне и
приводящими к магнитоэлектрохимическому возбуждению
мембран клеток и появление в них биотоков.
Подробнее:
ХVIII век - логика этого утверждения начала свое формирование с
экспериментальных работ Луиджи Гальвани и ряда других исследователей
того времени (см. главу 1).
Однако к концу ХХ века механизм биоэлектромагнетизма в живых
биологических системах (электрические и физиологические ритмы
метаболизма, механизм действия нервных импульсов, электромагнитные
поля организма и т.д.) не удавалось адекватно объяснить законами
классической электрохимии.
В ХХ веке наметился значительный прогресс в понимании
электромагнитных процессов клеточного уровня: после того, как П. Митчелл
обнаружил, что метаболические химические реакции в клетках печени (цикл
Кребса, например) зависят от потенциала протонов на внешней стороне их
мембраны, была установлена зависимость биохимических процессов от
потенциала на мембранах клеток. Однако объяснить отсутствие
стехиометрического соответствия метаболитов и протонов, как требовали
законы классической электрохимии, не удавалось. Также невозможно было
объяснить с помощью законов классической электрохимии влияние на
метаболизм нервных импульсов. Для объяснения механизма действия
чувствительных (нервных и др.) клеток была предложена электрохимическая
теория возбудимых сред с действием «ионных насосов», перекачивающих
через мембрану клетки метаболиты. Однако сразу же возник вопрос
невозможности адекватно объяснить механизмы энергообеспечения
функционирования мембран и их насосов [4, 7, 15, 24, 32, 40, 76, 96, 97].
Конец ХХ века - начало XXI века - А.И. Оше (СССР-Россия)
на основании законов электрохимии полупроводников и
законов самоорганизации электродных реакций впервые
удалось
создать
универсальную
теоретическую
магнитоэлектрохимическую
модель
для
понимания
320
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
магнитоэлектрохимических
механизмов
клеточного
метаболизма живых биологических систем [47-52].
Подробнее:
Разработаная А.И. Оше модель мембранной генерации тока была
изложена в концепции «Универсальная схема самоорганизации энергетики
любых природных систем и объектов, включая электронно-протонную
самоорганизации энергетики живых объектов, основанную на протонных
электрохимических полевых эффектах в биомембранных преобразователях
энергии» [47-52].
Именно указанная модель механизма способна объяснить, как
возникает переменный ток в мембранах, почему это происходит ритмично и
однонаправлено во времени, почему в клетке возникают поочередно
энергетические состояния усиления и ослабления магнитоэлектрической
генерации и т.д. То есть предложенная А.И. Оше модель универсального
магнитоэлектрохимического механизма генерации биологического тока (по
автору, это модель так называемого био-электрохимического генератора био-ЭХГ) соответствует всем требованиям подхода системообразующей
методологии с позиций системной медицины и должна быть интегрирована в
общую магнитоэлектрохимическую теорию обмена веществ, формулировка
которой начато в данном издании, как вариант возможного решения «кризиса
энергообеспечения работы мембран и мембранных насосов».
Клеточная мембрана кроме всех ранее известных функций
играет
ключевую
роль
в
механизмах
магнитоэлектрохимичекой генерации электрического тока и
электромагнитного
поля,
то
есть
участвует
в
непосредственном энергетическом обеспечении клетки.
Таким образом, все виды физиологической деятельности и
биохимической активности клетки напрямую зависят от
функций биологических мембран.
Подробнее:
При нарушении целостности клеточной мембраны клетка погибает.
Нарушение
функционирования
клеточной
мембраны
проявляется
метастабильным состоянием/болезнью клетки и всего организма (например,
именно патология функционирования рецепторного аппарата мембраны
приводит к возникновению сахарного диабета 2 типа, нарушение структуры
и целостности мембраны гепатоцитов - к синдрому цитолиза; избыточное
поступление в организм человека и животных фосфолипазы А2 при укусах
некоторых ядовитых змей приводит к сильному разрушению клеточных
мембран, что может быть не совместимо с жизнью и т.д.). Суммарная масса
внутриклеточных мембран составляет 2/3 массы обезвоженной клетки,
321
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
подтверждает ключевую роль мембран в клеточном жизнеобеспечении. Чем
интенсивнее энергетический обмен свойственный клетке, тем большую
суммарную площадь мембран она имеет (например, суммарная площадь
мембран печени крысы достигает тысячи квадратных метров при массе
органа около 6 г) [16, 46, 59, 99].
И как теперь очевидно с позиций системной медицины,
клеточная
мембрана
играет
ключевую
роль
в
непосредственном энергетическом обеспечении клетки [и
соответственно более высоких иерархических структур
живых биологических систем - тканей, органов, организма].
Подробнее:
Установлено, что [29, 56, 60, 86, 87, 89, 90, 95]:
- участки мембран с включенными в них белковыми молекулами при
толщине мембраны около 0,01 мкм осциллируют с частотой 0,5⋅1011 Гц, то
есть в СВЧ-диапазоне;
- солитоновый механизм передачи энергии гидролиза молекулы АТФ
вдоль биополимеров справедлив и для молекул биологических мембран,
которые имеют в своем составе ангармонические группы Амид 1; при этом
под воздействием электромагнитного излучения солитоны могут распадаться
на быстро релаксирующие экситоны и локальную деформацию белковой
молекулы, что будет вызывать колебания с длиной волны (4,6 8,8) мм;
- при исследовании механических продольных колебаний заряженных
мембран установлено, что они могут совершать колебания с частотой
1010-1011 с-1, то есть с частотой в СВЧ-диапазоне.
Мембрана - это структурное динамическое образование с
характерными электромагнитохимическими особенностями
организации (рис. 4.2):
Рис. 4.2. Схематическое трехслойное изображение мембраны на
электронограмме [61].
322
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Подробнее:
Установлено, что [88, 91, 94, 103, 109, 112]:
- при электронной микроскопии установлено, что все биомембраны живых
биологических систем имеют трехслойное строение (бимолекулярный слой
липидов - по краям и белковый слой - в середине) с суммарной толщиной
7-15 нм, с асимметрией трехслойной организации (при электронной
микроскопии слои имеют разную толщину и плотность) в зависимости от
вида клетки и мембраны (рис. 4.2), находятся в жидкокристаллическом
состоянии, являются полупроводниковыми гетероструктурами, имеют
внешний положительный заряд, образованный головками фосфолипидов,
электрический потенциал поверхности 75-200 мВ, повышенную
концентрацию ионов Na+ наружу мембраны, К + - внутри клетки (свойство
избирательной проницаемости для ионов Na+ и К+).
Все свойства биологических мембран основаны на квантовомеханических особенностях их строения. Принципиально
важно, что качественный, количественный состав и
структурная локализация компонентов мембран обеспечивает
наличие свойств полупроводниковых гетероструктур во всех
биологических мембранах.
Подробнее:
Установлено, что [10, 11, 14, 34, 58, 64, 79, 80, 84, 85, 100, 101]:
1) Для всех мембран характерной является жидкокристаллическое
строение, особенности которого заключаются в следующем:
- жидкокристаллическое строение мембран обусловлено тем, что
бимолекулярный слой фосфолипидов, который образует
биомембраны, в физиологических условиях (при температуре
тела, нормальных рН и ионной составе интерстиция и цитозоля)
являет собой жидкий кристалл;
- особенность жидкокристаллического состояния в мембранах
обусловливает уникальное с точки зрения природы сочетание
высокой
упорядоченности
с
большой
подвижностью
молекулярных компонентов;
- лабильность жидких кристаллов мембран обеспечивает
поддержание стабильности образуемых ими структур в открытой
системе при меняющихся условиях ее существования,
проявляется в значительной подвижности их молекулярных
компонентов, в высоких темпах восстановления (например,
период полувыведения мембранных структур в плазмолемме и
мембранах эндоплазматической сети - 50 часов, в
митохондриальных мембранах - 110 часов, в ядерной мембране 323
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
120 часов, период полувыведения мембранных липидов 15-80 часов, мембранного холестерина - 24-140 часов);
- в физиологических условиях текучесть биологических мембран
уменьшается при повышении содержания в них холестерина,
ионов кальция и магния;
- двухвалентные ионы в зависимости от концентрации
нейтрализуют в той или иной степени отрицательный заряд на
головках фосфолипидов и ослабляют их взаимное отталкивание,
что приводит к более плотной упаковке молекул в биомембране;
- местные анестетики (новокаин и родственные с ним
соединения) повышают степень текучести клеточных мембран,
влияя на их жидкокристаллический состояние;
- жидкокристаллическое состояние мембран меняется при росте
и развитии клеток, а также при некоторых патологических
состояниях (рак, дистрофии и др.);
- жидкие кристаллы способны к фазовым переходам, то есть к
превращению в твердые кристаллы и возвращению в прежнее
состояние, что in vivo может происходить в физиологических
условиях под действием ряда агентов/раздражителей и иметь
место не во всем объеме мембраны, а в определенных ее локусах.
2) Для всех мембран характерна асимметрия в составе липидных слоев:
- в плазмолемме всех клеток млекопитающих внешняя сторона,
насыщенная
холинфосфатидами
(фосфатидилхолин,
сфингомиелин),
а
внутренняя
аминофосфатидами
(фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин);
- вследствие асимметрии липидов внешняя и внутренняя
поверхности биологических мембран испытывают различные
деформации при изменении температуры и под воздействием
химических агентов;
- липидная асимметрия может определять кривизну клеточной
мембраны и ее свойства как полупроводника.
3) Для всех мембран характерна асимметрия в составе мембранных белков и
углеводов:
- внутренняя сторона биологических мембран свободна от
углеводов, а гликопротеиды сосредоточены преимущественно на
внешней стороне плазмолемы и обеспечивают рецепторную
функцию;
- основная часть ферментов-белков плазматических мембран
большинства клеток встроена во внутреннюю половину
липидного бислоя;
- асимметричная ориентация белков и липидов обусловливает
векторные свойства биомембраны, то есть возможности
однонаправленного переноса веществ через нее, а также влияет
на свойства мембран как полупроводников.
324
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
4) Для всех мембран характерна высокая динамичность существования и
строения:
- данные об изменчивости физико-химических свойств
клеточных мембран позволяют считать их очень динамичными
структурами;
- биологические мембраны могут перемещаться, исчезать,
возникать снова;
- в клетке непрерывно происходит мембранный обмен.
5) Для всех биологических мембран характерно наличие поверхностного
заряда:
- поверхностный заряд создается полярными головками
фосфолипидов,
гликопротеидов
(главным
образом
карбоксильными
группами
сиаловой
кислоты
и
аминокислотными остатками), гликолипидами, которые образуют
на поверхности биологических мембран отрицательный заряд;
- существование заряженных групп на биологических мембранах
приводит
к
образованию
диффузионного
двойного
электрического слоя, в котором зафиксирован отрицательный
заряд клеточной поверхности, уравновешенный положительным
зарядом, который создается межклеточной средой за счет ионов;
- разность потенциалов между частями двойного электрического
слоя (разница потенциала внешней поверхности относительно
интерстиция)
это
электрокинетический
потенциал/дзета-потенциал;
- дзета-потенциал зависит от природы электролита и
концентрации ионов;
- при уменьшении концентрации хлорида натрия в межклеточной
среде в 200 раз толщина двойного слоя возрастает в 5 раз; дзетапотенциал связан с толщиной двойного слоя экспоненциальной
зависимостью;
- при высокой концентрации электролита дзета-потенциал
снижается до нуля;
- когда в межклеточной среде присутствуют двухвалентные
катионы, избыток положительных зарядов может стать настолько
значительным, что дзета-потенциал изменит свой знак;
- снижение дзета-потенциала и, тем более, изменение его знака на
противоположный сопровождается слипанием плазматических
мембран соседних клеток (например, изменение дзетапотенциала бывает при избытке Са2+ в межклеточной среде, а
также при перестройках клеточных мембран);
- в клетках крови (например, эритроцитов) дзета-потенциал
может снижаться за счет расстройств солевого, белкового состава
кровяной плазмы, лежит в основе принципа изменения скорости
оседания эритроцитов (СОЭ);
325
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- за счет дзета-потенциала имеет место электролиз клеток - в
электрическом поле они движутся к аноду;
- дзета-потенциал на поверхности мембран различных клеток
варьирует от -10 до -30 мВ;
- дзета-потенциал уменьшается в интерстиции и цитозоле по
экспоненте с увеличением расстояния от внешней к внутренней
поверхности биомембран;
для
оценки
декремента/затухания
дзета-потенциала
используется радиус экранирования Дебая - расстояние, на
котором потенциал падает в е раз;
- в интерстиции радиус экранирования Дебая составляет 0,8 нм
(т.е. составляет примерно десятую часть толщины биомембраны);
- дзета-потенциал действует на очень ограниченном расстоянии,
но оказывает существенное влияние на размеры межклеточных
пространств, противодействуя силам притяжения ван-дерВаальса;
- наименьшее расстояние между клетками составляет 10-20 нм и
при таком расстоянии существует энергетическая яма во
взаимодействии кулоновских и ван-дер-ваальсовых сил;
- ткани, клетки которых характеризуются большим дзетапотенциалом, имеют более протяженные (до 10 мкм)
межклеточные промежутки;
- в большинстве тканей просвет между клеточными
поверхностями составляет от 100 нм до 1 мкм.
6)
Мембранам
также
свойственны
электрострикция
и
флексоэлектрический эффект (способность генерации электрических
потенциалов на мембране при ее деформации).
Именно квантово-механические особенности строения
мембран обусловливают появление в них электрических
свойств; при этом именно поверхностный заряд плазмолемы
играет важную роль в межклеточных взаимодействиях,
способствует
стабильности
мембранных
структур,
связыванию ионов, находящихся в межклеточной среде; от
поверхностного заряда плазмолемы зависит ионный состав
примембранных слоев межклеточной среды, который влияет
на значительное количество внутриклеточных обменных
процессов.
Уникальные
магнитоэлектрохимические
свойства
биологических мембран бесспорно объясняются тем, что по
квантово-механическим параметрами строения они являются
326
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
полупроводниковыми гетероструктурами
свойства полупроводников.
и
проявляют
Подробнее:
В физике полупроводников используется следующий понятийный
аппарат, справедливый для биологических мембран. Согласно современным
представлениям полупроводниковая структура представляет собой
определенную границу раздела, в которой присутствует полупроводниковый
материал. Сюда относятся граница раздела между участками электронной
проводимости внутри полупроводникового кристалла (р-n-переход), граница
раздела между слоями полупроводника с различной шириной запрещенной
зоны (гетеропереход) и т.д. Гетероструктура обозначает имеющийся
«слоистый пирог» из разных полупроводников (то есть в случае живых
биологических систем - многослойность биологических мембран), которые в
общем случае отличаются шириной запрещенной зоны. Гетеропереход - это
контакт между двумя различными веществами или между веществом и
вакуумом. Гетероструктура - это объект, который должен владеть хотя бы
одним гетеропереходом. Полупроводниковым гетеропереходом называют
контакт двух полупроводников различного вида и различного типа
проводимости. Поскольку в гетеропереходах используются различные
материалы, необходимо, чтобы в этих материалах с высокой точностью
совпадали два параметра: температурный коэффициент расширения и
постоянная решетки. Электронно-дырочным переходом или р-n-переходом
называется граница раздела между полупроводниками с электронной и
дырочной проводимостью. Учитывая вышеназванное, установлено, что
термин
гетероструктура
полностью
является
правомочным
для
биологических мембран поскольку, как выяснилось, их можно отнести
именно к слоистым полупроводниковым материалам по строению
(чередование липидных и белкового слоев), для которых также оказывается
характерным гетеропереход [53, 65, 82].
При этом мембраны всех клеток человеческого организма
[включая ткани, кости, жиры, жидкие среды и др.] являются
различными по типам полупроводниками в зависимости от
своей структуры и соответствующих квантово-механических
характеристик:
к
узкозонным,
хорошо
проводящим
ток
полупроводникам типа полуметаллов, относят нервные и
мышечные клетки;
- к широкозонным, включая различные изоляторы, в том
числе с ионной (обычно - протонной) проводимостью,
относят разного рода липиды и костную ткань;
327
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- к полупроводникам со смешанной проводимостью
относят мембраны клеток и различные водные среды
организма.
Механизм
мембранной
электрохимической
генерации
биотоков в живых биологических системах основывается на
принципах электрохимии полупроводников и нашел научное
отражение в концепции идеи биомагнитоэлектохимического
генератора - модель А.И. Оше.
На биологических мембранах имеет место процесс
магнитоэлектрохимической генерации электрического тока
посредством организации однонаправленного движения
протонов
в
биомембране
в
так
называемом
самоорганизующемся электронно-анодном контуре/контуре
мембранной магнитоэлектрохимической генерации биотоков,
который
представляет
собой
объединение
двух
противоположно
направленных
процессов
–
токообразующего анодного движения протонов и катодной
реакции, управляемых через протонные полевые эффекты
(ионные процессы) [47-52].
Подробнее [47-52]:
Механизм мембранной электрохимической генерации биотоков в
живых биологических системах основывается на принципах электрохимии
полупроводников и позволяет происходить анодному окислению
переваренной пищи (у млекопитающих, рыб и птиц); после чего продуктом
закисленной среды возбуждается катодное восстановление окислителя (у
млекопитающих, рыб и птиц - кислорода, у растений аналогичную роль
играют фотоны Солнца и оксид углерода воздуха). Затруднение усвоения
любого из этих реагентов и вывода продуктов метаболизма сначала
усложняет работу соответствующей электрохимической границы участка
жизнеспособности, а при серьезных расстройствах может приводить к гибели
живой биологической системы в вследствие возникновения энергодефицита.
Модель механизма мембранной электрохимической генерации
биотоков была разработана А.И. Оше при экспериментальном изучении
метаболизма на клеточном и организменном уровнях живого с помощью
измерений электрических потенциалов на теле живых объектов с
использованием
медицинского
измерительного
прибора
биопотенциалометра (БПМ, СпецТехноРесурс, Россия) [78], который
является высокоомным вольтметром, адаптированным для измерения
потенциалов живых объектов.
328
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
А.И. Оше проверялась гипотеза, что на разных участках клеточной
мембраны имеет место биологическая электрохимическая генерация биотока
путем течения двух противоположно направленных электрохимических
процессов: окисление продуктов пищеварения и восстановления окислителя,
поступающих из окружающей среды. Через свои продукты эти реакции
объединяются в самоорганизованный контур, что создает переменный ток,
который обеспечивает энергией все функции живого.
Модель контура мембранной магнитоэлектрохимической
генерации биотоков Оше представляет собой универсальный
алгоритм объяснения механизма появления феномена
электромагнетизма в живых биологических системах как
результата возникновения и течения в их мембранах
переменного тока.
Сущность идеи: энергопитание живых биологических систем
обеспечивается электрохимическими процессами на их
мембранах путем реакций анодного окисления продуктов
пищеварения (топливо) и катодного восстановления
кислорода (окислитель).
Указанные реакции происходят именно на биологических
мембранах благодаря тому, что мембраны обладают
свойствами полупроводников.
Непосредственно
в
мембранах
клеток
магнитоэлектрохимические реакции происходят за счет того,
что фосфатная часть мембраны обеспечивает все электронные
явления, а липидная часть - доставку управляющих ими
протонов.
Процессы анодного окисления и катодного восстановления
взаимосвязаны через свои продукты реакции - кислотно
щелочное равновесие, которое управляется в живом организме
по законам кибернетики.
Принцип устройства биологического контура мембранной
магнитоэлектрогенерации
похож
на
технический.
Единственным принципиальным отличием биологического
контура магнитоэлектрохимической генерации биотоков от
технических прототипов является то, что в техническом
оборудовании анодная и катодная реакции происходят на
разных электродах, разделенных электролитом, а на
мембранах живых биологических систем оба процесса
происходят на общей для них мембранной матрице, но на
329
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
разных ее участках, связанных друг с другом электронным и
ионным каналами проводимости.
Подробнее [47-52]:
Согласно квантово-механических представлений биологические
мембраны как полупроводники характеризуются различными свойствами,
обусловленными наличием в них так называемой «запрещенной
энергетической зоны», которую необходимо преодолевать электронам для
осуществления процессов метаболизма в живом.
В биологических мембранах как в полупроводниках концентрация
свободных электронов (носителей тока) низкая и тем ниже, чем шире
«запретная зона», и любые энергетические воздействия на мембраны сильно
изменяют концентрацию свободных электронов и соответственно связанную
с ними реакционную способность тех участков мембран, которые выполняют
в данным момент функцию электрода. Реакции участков мембран,
выполняющих функции электродов, на энергизирующие влияния являются
неспецифическими и выражаются в изменении скорости электродных
реакций.
Согласно законам электрохимии в мембранах происходит следующее:
- наличие в полупроводниковых электродах [соответствующих участках
биологических мембран] электроактивных примесей (доноры электронов,
например - протоны) увеличивает в полупроводнике концентрации
электронов в зоне проводимости и тем самым ускоряет катодные реакции
[это позволяет предположить, что соответствующее изменение химического
состава биологических мембран, которое может возникать в результате
попадания в организм человека различных химических веществ с пищей
(например, красителей, стабилизаторов, консервантов и т.д.) также может
приводить к изменению их параметров электроактивности]; - увеличенное
количество электронов в результате донорно-акцепторной компенсации дыр
в валентной зоне одновременно тормозит анодные реакции; - образованный
протонами в электроде участок пространственного заряда является
подвижным и с ним перемещается зона реакционной способности; - этот
электрохимический полевой эффект в биомембранах аналогичен полевым
эффектам в транзисторах, но относится он не к электронным, а к более
медленным ионным процессам и поэтому действует медленнее; - именно
такие, в основном протонные, полевые эффекты, играют главную роль в
управлении
метаболическими
реакциями
и
обусловливают
их
самоорганизации в контур, названный нами контуром мембранной
магнитоэлектрохимической генерации биотоков (у автора - био-ЭХГ); - в
мембранах управление метаболическими реакциями и их самоорганизация в
контур мембранной электрохимической генерации биотоков происходит
благодаря так называемым протонным, полевым эффектами; - протонные,
полевые эффекты - это подвижный участок пространственного заряда, с
которым перемещается зона реакционной способности, образованная
330
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
протонами в электроде, в качестве которой выступает участок биологической
мембраны.
Механизм возникновения протонных полевых эффектов в
биологических мембранах следующий: в отличии от металлов в
энергетической структуре полупроводников (к ним относятся все
конденсированные вещества и среды кроме чистых металлов, в том числе и
органические вещества мембран живых биологических систем) является зона
запрещенных энергетических состояний, которую должны преодолевать
электроны, чтобы принять участие в электродных процессах. Электроны при
увеличении
собственной
энергии,
приобретенной
от
внешнего
энергизирующегося фактора, перемещаются с более электропозитивной
(валентной) зоны полупроводника в более электронегативную его зону
(проводимости) и ускоряют катодные реакции, а «дыры»/электропозитивные
состояния, что остались от них в валентной зоне, ускоряют анодные реакции.
Принцип управления токообразующимися анодными реакциями с
помощью катодных реакций через протонные полевые эффекты: - протоны
в анодной реакции являются ее продуктом и поэтому тормозят ее сначала по
линейному закону, а затем - более резко, как ингибитор (то есть действуют
по принципу нелинейной отрицательной обратной связи); - эти протоны,
которые поставляются диффузией к катоду, возбуждают катодную реакцию,
действуя сначала линейно как реагент, а затем более резко, как катализатор
(то есть по принципу нелинейной положительной прямой связи); - ионы
гидроксилы, которые образуются в этой реакции, ингибируют ее, но
катализируют, в свою очередь, анодную реакцию, действуюя на нее
нелинейно (то есть по принципу отрицательной обратной и положительной
прямой связи): - осуществляя перемещение в одном направлении по
биомембране между анодом и катодом по градиенту своей концентрации,
протоны организуют однонаправленную во времени и пространстве
переменную работу анода и катода - то есть создают переменный
электрический ток; - в отличии от технических электрохимических
генераторов, где анодные и катодные реакции идут на разных, разделенных
электролитом электродах, в живой биологической системе обе эти реакции
происходят на общей для них биомембране клеток; - обе реакции связывают
друг с другом протоны и ионы гидроксилы, которые перемещаются при этом.
Таким образом, возникает самоорганизующийся анодно-катодный контур,
который действует самопроизвольно ритмически и однонаправленно во
времени и пространстве, генерируя таким способом переменный ток. Его
ритм сохраняет гомеостаз параметров этого биологического контура
генерации тока, его адаптацию к внешнему влиянию и другие, характерные
для живой биологической системы уникальные свойства.
Биологический
магнитоэлектрохимический
мембранный
генератор имеет ряд отличных свойств [47-52]:
- Модель биологического магнитоэлектрохимического
мембранного
генератора
адекватно
объясняет
механизм
331
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
энергообеспечения
клеточного
метаболизма.
Поскольку
биологические мембраны являются полупроводниками, то
характерен неспецифический электрохимический отклик на любые
действия, изменяющие электронную проводимость тканей живого.
- Известны магнитоэлектрические закономерности получения
и передачи нервных импульсов от рецепторов к тканям-мишеням
также могут быть объяснены механизмом генерации биотоков
согласно модели биологического магнитоэлектрохимического
мембранного генератора с той разницей, что нейроны производят
большее количество биотока при тех же качественных условиях в
результате
другого
биологического
назначения
клеток,
соответственно других квантово-механических параметров их
строения и функционирования (способность к сбору и передаче
информации в виде частотных электрических импульсов на
расстоянии и соответственно вытянутая форма с дендритами на
конце, усиление защитной липидной электроизоляции с
перехватами Ранвье для подпитки энергией сигнала, передаваемого
на расстояние и передача данных о его силе через частоту в пакете
импульсов/солитонов).
- Биологический магнитоэлектрохимический мембранный
генератор имеет энергетические преимущества перед техническим
генератором, изобретенным человеком: - в нормально
функционирующей клетке все необходимые компоненты реакций
всегда есть в достаточном количестве, их доставка к «электродам»
(определенным участкам мембраны) и отведение продуктов
происходят попеременно и самопроизвольно путем диффузии и в
«межтактное» время (например, у технических генераторов для
всех
этих
процессов
используются
дополнительные
«приспособления», что снижает их коэффициент полезного
действия).
Устойчивость
ритмов
биологического
магнитоэлектрохимического мембранного генератора служит
показателем работоспособности (устойчивости и адаптируемости)
живой клетки к внешним воздействиям, поскольку зависит не
столько от мощности электрохимических реакций, происходящих
на мембранах, а от действия малоэнергоемких факторов, которые
соединяют эти процессы - каталитического действия и скорости
перемещения протонов в биомембране; это интегративно
отображается частотой генерируемого переменного тока
332
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
(например, от воздействия гомеопатических доз электроактивных
веществ на каталитическое действие и перенос протонов в
биомембране и на любые другие внешние воздействия и т.д.).
- Процессы генерации биологического тока мембранами могут
быть ускорены или замедлены в пределах гомеостаза:
теоретически, если биологическая мембрана клетки подвергается
воздействию фактора, который требует изменения энергетических
условий, то магнитоэлектрохимический мембранный генератор,
являясь по сути комплексом протекания реакций в определенных
участках мембраны, может перестроиться в другой аналогичный
контур, но энергетически более выгодный, самоорганизованный,
устойчивый и соответствующий новым условиям.
Теоретически множество электронно-протонных контуров
клеток способны к самоорганизации и объединению через
свои протонные слои пространственного заряда в большие
функциональные структуры для выполнения определенных
или коллективных функций ткани органа, которому они
принадлежат (например, пейсмекерные клетки в ткани сердца
и т.д.) [48, 52].
Согласно универсальным механизмам онто- и филогенеза
самосборка
с
множеством
различных
магнитоэлектрохимических контуров клеток может создавать
различные конструкции живых биологических систем с
иерархическими связями и фрактальными законами их работы
[48, 52].
Приведенная
перспективная
модель
биологического
магнитоэлектрохимического мембранного генератора способна
решить так называемый «кризис энергообеспечения работы
мембран и мембранных насосов» и адекватно объяснить
возможный путь поступления энергии. В то же время она никоим
образом не противоречит наличию так называемых мембранных
насосов, а наоборот способна адекватно дополнить существующую
мембранную теорию.
Универсальность, логичность и простота кибернетических
подходов схемы, которая была использована авторами модели
биологического
магнитоэлектрохимического
мембранного
генератора, позволяет использовать ее для объяснения принципов
автономной работы не только клеточного, но и генетического, и
организменного уровней организации человека.
333
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
Выводы с позиции системной медицины.
Изложенная в главе 4 адаптирована теоретизация материала
относительно клеточного уровня электромагнитной организации
живых биологических систем стала основанием для определения
следующих парадигмальнотрансформирующих постулатов в
пределах формулировки магнитоэлектрохимической теории обмена
веществ. При этом, поскольку начальные квантово-механические
особенности веществ обусловливают дальнейшие магнитные и
электростатические качества молекул тканей, и все живые
биологические системы, включая человеческий организм,
проявляют свойства корпускулярно-волнового дуализма и
модельно на молекулярном уровне могут быть представлены в виде
результирующих индифферентных электромагнитных волновых
пакетов, в узлах которых находятся атомы, которые являются
источником волновой генерации, и обуславливают наличие у них
волновых характеристик структур на макроуровне организации
[как было показано в выводах предыдущих глав], поэтому в
соответствии с квантово-механическими представлениями и
теорией физики живого (С.П. Ситько) можно утверждать
следующее:
1) Каждая клетка живой биологической системы является
источником электромагнитных колебаний и комплексом
волновых функций, параметры которых определяются
частотно-волновой
основой
структурных
и
метаболических процессов, происходящих в ней.
2) Клетка [и соответственно образованные клетками
ткани] живых биологических систем - это итоговые
интерферирующие электромагнитные волновые пакеты,
которые имеют видовую постоянную частоту при
условии
нормального
течения
метаболических/энергетических процессов.
3) Клетка [и соответственно образованные клетками
ткани] живых биологических организмов, включая
человека, являются следующими иерархическими
системами с периодической связью, самосогласованной
морфологической структурой организации, которые в
силу своей осцилляторной активности создают
334
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
собственную полевую суперпозицию/поле/матрицу и
этой суперпозицией поддерживаются.
4) Частота функционально здоровой клетки и/или ткани
есть достаточно устойчивой видовой характеристикой
для одноклеточных и простейших организмов, вирусов,
прионов, а также тканей живого биологического
организма,
функционирующего
в
основном
состоянии/коридоре нормы, то есть в состоянии
здоровья.
5) Электромагнитные поля клетки [и соответственно
образованных клетками тканей] живых биологических
организмов, включая человека, имеют миллиметровый
диапазон длин волн с частотой 1010-1011 Гц и являются
как
квантово-механическим
результатом
электромагнитного энергетического взаимодействия, так
и базисом, обеспечивающим реализацию феномена
жизни; при этом эти поля выполняют функцию
электромагнитного
«макета/каркаса»
живой
биологической системы, которой определяет ее
морфологические признаки.
6) Каждая самостоятельно функционирующая клетка [и
любой живой объект - ткань, орган, организм] является
целостной
квантово-механической
системой,
макроскопический
самосогласованный
потенциал
которой формируется в соответствии генома за лазерным
типом в миллиметровом диапазоне электромагнитных
волн за счет электромагнитной активности клеточных
мембран.
7) Электромагнитная активность клеточной мембраны
позволяет рассматривать ее [мембрану] как растровую
топологическую решетку, которая определяет частотный
диапазон резонанса с излучением в окружающие среды среда организма и наружу.
8) Для микроволнового диапазона длин волн (30-300ГГц)
наблюдаются резонансные поглощения излучения на
ряде частот в очень узком диапазоне (доли процента
диапазона частот поглощения), что объясняется
свойствами клеточных мембран, имеющих частоту
собственных колебаний в диапазоне от 1010-1011Гц.
335
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
9) Информационно-энергетические процессы клеточной
феноменологии
жизнедеятельности
являются
нетепловым, а оптическими, так как находятся в так
называемом биологическом диапазоне (от 1014 Гц и
ниже), представленны фотонами/солитонами Давыдова с
длиной волны> 1 мкм до 0 и энергией <0,5 эВ и до 0,
совпадают с этой областью электромагнитного спектра
Солнца и являются значительно ниже уровней энергий
ионизации и возбуждения атомов и молекул.
10) Биологический диапазон (0<υ<1014Гц) включает пять
поддиапазонов, которые отличаются биологическими
мишенями
действия
электромагнитного
поля:
терагерцовый диапазон, СВЧ-диапазон, мегагерцовый
диапазон, килогерцевий диапазон, низкочастотный
диапазон.
11) Управление и взаимодействие между клетками [и
созданными ими тканями] в живых биологических
системах происходит с помощью цепных реакций,
инициированных фотонными квантами взаимодействия.
Указанное отражает тот факт, что структура и
функционирование
клеточного
уровня
и
последующих
иерархических уровней организации живых биологических систем
разного уровня сложности, включая человеческий организм
обусловленны
и
реализуются
за
счет
течения
магнитоэлектрических процессов. При этом энергообеспечение и
системное взаимодействие между клетками также имеют
электромагнитную основу на клеточном уровне организации живых
биологических систем разного уровня сложности, включая
человека, и ключевое значение в этих процессах приобретает
именно биологическая мембрана, поскольку:
12) биологическая мембрана - это структурное
динамическое
образование
с
характерными
магнитоэлектрохимическими особенностями квантовомеханической
организации
полупроводниковой
гетероструктуры,
которая
проявляет
свойства
полупроводников,
способность
к
мембранной
электрохимической генерации биотоков и играет
ключевую роль в непосредственном энергетическом
обеспечении клетки [и соответственно более высоких
336
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
иерархических структур живых биологических систем тканей, органов, организма].
Согласно системно-аналитических подходов обнаружено
перспективную
модель
механизма
универсальной
магнитоэлектрохимической мембранной генерации, которая
способна решить так называемый «кризис энергообеспечения
работы мембран и мембранных насосов» и адекватно объяснить
возможный путь поступления достаточного количества энергии контур
мембранной
магнитоэлектрохимической
генерации
биотоков А.И. Оше:
- сущность идеи: энергопитания живых биологических систем
обеспечивается электрохимическими процессами на их мембранах
путем реакций анодного окисления продуктов пищеварения
(топливо) и катодного восстановления кислорода (окислитель),
принцип чего подобен техническому контуру генерации тока;
- модель Оше представляет собой универсальный алгоритм
объяснения механизма появления феномена электромагнетизма в
живых биологических системах как результата возникновения и
течения в их мембранах переменного тока вследствие
однонаправленного движения протонов в биомембране в так
называемом
самоорганизующимся
электронно-анодном
контуре/контуре
мембранной
магнитоэлектрохимической
генерации биотоков, который представляет собой объединение
двух противоположно направленных процессов - токообразующих
анодной и катодной реакции, управляемых через протонные
полевые эффекты (ионные процессы).
Таким образом обмен веществ живых биологических систем
разного уровня сложности, включая человека, обеспечивает
энергопитание на клеточном уровне и реализацию других функций
живых
биологических
систем,
которая
обусловливается
магнитоэлектрохимическим возбуждением мембран клеток и
появлением в них биотоков.
Изложенное объясняет фундаментальную универсальную
магнитоэлектрохимическую сущность реализации феномена
биологической жизни на клеточном уровне существования живых
биологических систем разного уровня сложности, включая
человека. С позиций системной медицины можно считать
правомерным и имеющим принципиальное значение для
дальнейшего развития и формирования общемедицинской мысли:
337
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
- Перспективной универсальной моделью механизма
магнитоэлектрохимической активности биологических
мембран
является
контур
мембранной
магнитоэлектрохимической
генерации
биотоков
А.И. Оше, который способен адекватно объяснить
возможный путь поступления достаточного количества
энергии в клетку.
- Обмен веществ, обеспечивает энергопитание живых
биологических систем разного уровня сложности, так и
все остальные характеристики функций живых
организмов, обусловленные свойствами и особенностями
магнитоэлектрохимических процессов, происходящих в
них
на
клеточном
уровне
и
обусловливают
магнитоэлектрохимическое возбуждения мембран клеток
и появление в них биотоков.
- Клетки [и соответственно образованные клетками
ткани, органы, организмы] живых биологических систем,
включая
человека,
являются
следующими
иерархическими целостными квантово-механическими
системами с периодическим связью, самосогласованной
морфологической структурой организации, которые в
силу своей осцилляторной активности создают
собственную полевую суперпозицию/поле/матрицу в
миллиметровом диапазоне длин волн с частотой
1010-1011 Гц как квантово-механический результат
электромагнитного энергетического взаимодействия,
поддерживаются этой суперпозицией; при этом
информационно-энергетические процессы клеточной
феноменологии
жизнедеятельности
находятся
в
14
биологическом диапазоне (от 10 Гц и ниже), являются
оптическими, представленные фотонами/солитонами
Давыдова с длиной волны> 1 мкм до 0 и энергией <0,5 эВ
и до 0, совпадают с оптической областью
электромагнитного спектра Солнца и значительно ниже,
чем уровни энергий ионизации и возбуждения атомов и
молекул.
338
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Андреев Е.А., Белый М.У., Ситько С.П. Проявление собственных
характеристических частот человеческого организма: док. АН УССР.
сер. Б. 1984. №10. С. 60-63.
2. Антонов В.Ф. Липидные поры: стабильность и проницаемость
мембран. Соросовский образовательный журнал. 1998. №10. С. 10-17.
3. Барановский В. Квантовая механика и квантовая химия. Москва:
Academia, 2008. 384 с.
4. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. СПб: ООО Росток, 2002. 352 с.
5. Белинцев Б. Н. Физические основы биологического формообразования.
Москва «Наука», Главная редакция физ. мат. литературы, 1991. С. 252.
6. Бецкий О.В., Кислов В.В., Лебедева Н.Н. Миллиметровые волны и
живые системы. Москва: Сайнс пресс, 2004. 271 с.
7. Бинги В.Н. Принципы электромагнитной биофизики. Москва:
Физматлит, 2011. 592 с.
8. Биоэлектрогенез. Курс лекций. Факультет фундаментальной медицины
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
URL
http://fbm.msu.ru/education/lectures/biophys/pdf/11_Биоэлектронегенез.pd
f
9. Блюменфельд Л.А., Бендерский В.А. Магнитные и диэлектрические
свойства высокоупорядоченных макромолекулярных структур. ДАН.
1960. Т. 133, № 6. С. 1431–1454.
10.Блюменфельд Л.А., Бендерский В.А., Калмансон А.Э. О возможности
различных
объяснений
аномальных
магнитных
свойств
макромолекулярных соединений. Биофизика. 1961. Т. 4, №6. С. 631637.
11.Бойко В.В., Красноголовец М.А. Квантово-биологическая теория.
Харьков: Факт, 2003. 967 с.
12.Браун Г., Уолкен Дж. Жидкие кристаллы и биологические структуры.
Москва: Мир, 1982. 198 с.
339
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
13.Варехов А.Г. Электропроводность и полупроводниковые параметры
биологических мембран. Научное приборостроение. 2016, Т. 26, №3.
С. 15-23.
14.Витковская Н.М., Пупышев В.И. Квантовая химия В: Современное
естествознание: Энциклопедия: В 10 т. Москва: Флинта: Наука, 19992000. Т.1. Физическая химия 328 с.
15.Владимиров Ю.А. Биологические мембраны и незапрогромированная
смерть клетки. Соросовский образовательный журнал. 2000. Том 6.
№9. С. 2-9.
16.Владимиров Ю.А., Парнев О.М., Черемисина З.П. Электрическая
прочность мембран митохондрий. Биол. мембраны. 1984. Т. 1, № 4. С.
428-434.
17.Галль Л.Н. Биоэнергетика - магия жизни. Санкт-Петербург: Астрель,
2010. 349 с.
18.Галль Л.Н. В мире сверхслабых. Нелинейная квантовая биоэнергетика:
новый взгляд на природу жизни. Москва, 2009. 317 с.
19.Галль Л.Н. Материя и жизнь. Санкт-Петербург: ООО «Торговоиздательский дом «Амфора», 2015. 319 с.
20.Галль Л.Н. Физические принципы функционирования материи живого
организма. Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического ун-та, 2014.
399 с.
21.Галль Л.Н., Галль Н.Р. Коллективные процессы в биомолекулярных
системах. Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. №2. С. 141151.
22.Галль Л.Н., Галль Н.Р. Механизм межмолекулярной передачи энергии
и
восприятия
сверхслабых
воздействий
химическими
и
биологическими системами. Биофизика. 2009. № 3(54). С. 563-574.
23.Галль Л.Н., Галль Н.Р. Новый подход к проблеме биоэнергетики —
новые методы исследований в науках о жизни. Науч. приборостр.
2008. № 2(18). С. 52-60.
24.Гордиенко Е.А., Товстяк В.В., Сведенцов Е.П. и др. Биофизика
клеточных мембран. Сыктывкар, 2009. 304 с.
25.Гурвич А.Г. Избранные труды. Москва: Медицина, 1977. 352 с.
26.Гурвич А.Г. Принципы аналитической биологии и теории клеточных
полей. Москва: Наука, 1990. 122 с.
27.Гурвич А.Г., Гурвич Л.Д. Введение в учение о митогенезе. Москва:
Изд. АМН СССР, 1948. 115 с.
28.Давыдов А.С. Солитоны в молекулярных системах. Киев: Наукова
думка, 1984. 288 с.
29.Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их
роль в процессах жизнедеятельности. Москва: Радио и связь, 1991. 169
с.
30.Добронравова І.С. Квантова медицина. Енциклопедія Сучасної
України: електронна версія. Гол. редкол.: І.М. Дзюба, А.І. Жуковський,
340
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
М.Г. Железняк та ін.; НАН України, НТШ. Київ: Інститут
енциклопедичних
досліджень
НАН
України,
2012.
URL:
http://esu.com.ua/search_articles.php?id=11527
31.Зайденман И.А., Оше А.И., Урусов К.Х. Биомембранный генератор.
Биофизика. 1991. Т.36. №3. С. 455-458.
32.Каграманов Г.Г. Диффузионные мембранные процессы: учебное
пособие. Москва: РХТУ им. Менделеева, 2009. 73 с.
33.Рубин А. Б. Биофизика: в 2-х кн.: учеб. для биол. спец. вузов. Кн. 2.
Биофизика клеточных процессов. Москва: Высш.шк., 1987. 303 с.
34.Климов В.В. Наноплазмоника. Москва: Физматлит, 2009. 480 с.
35.Кузнецов А.А. Биофизические основы живых систем: учеб. пособие
/Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. Владимир: Изд-во
ВлГУ, 2015. 112 с.
36.Кузнецов, А.А. Биофизика. Молекулярная биофизика. Биофизика
клеточных процессов. Механизмы межклеточных взаимодействий:
учеб. пособие Владим. гос. ун-т. Владимир, 2000. 103 с.
37.Кузнецов, А.А. Биофизические основы живых систем: учеб. пособие /
Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. Владимир: Изд-во
ВлГУ, 2015. 112 с.
38.Лехтлаан Н.П., Цыганков А.И., Галль Л.Н. Инициирование и
ингибирование роста бактерий под действием воды, активированной
сверхслабым ЭМП с частотой 4 Гц. Труды 6-го Конгресса «ССПИБМ».
Санкт-Петербург, 2012. 46 с.
39.Линг Г. Физическая теория живой клетки: незамеченная революция.
Санкт-Петербург: Наука, 2008. 376 с.
40.Лобкаева Е.П. Теоретическое обоснование подбора параметров
импульсного
магнитного
поля
для
достижения
стойкого
терапевтического
эффекта.
Биомедицинские
технологии
и
радиоэлектроника. 2006. №1-2. С 12-20.
41.Лошицкий П.П. Взаимодействие биологических объектов с
физическими факторами. Киев: Из-во: Национальный технический
университет Украины "Киевский политехнический институт", 2009.
272 с.
42.Лошицкий, П., Минзяк, Д. Исследование возможности использования
электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн
для дистанционного контроля свойств водных растворов.
Радиотехника.
2012.
№3(170).
С.
10-115.
URL:
http://rt.nure.ua/article/view/174968
43.Мінцер О.П., Заліський В.М. Системна біомедицина. Т.1:
Концептуалізація. Київ: Інтерсервіс, 2019. 549 с.
44.Москаленко В.Ф., Сітько С.П., Горбань Є.М., Грубник Б.П., Яненко
О.П. Квантова медицина: від фундаментальних основ до практичного
використання. Український медичний часопис. 2002. №2 (28). С 106109.
341
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
45.Основные механизмы повреждения клеток: учебное пособие для
самостоятельной работы студентов медицинских вузов. Москва:
ФГБОУ ВО РНИМУ имени Н. И. Пирогова, 2016. 55 с.
46.Оше А.И. Полупроводниковый механизм саморегуляции метаболизма.
2 Всесоюзной конференции. Необратимая термодинамика: тезы Т.2.
Черновцы. 1984. С.323-327.
47.Оше А.И. Электрохимическая модель процессов в живых системах.
Современные проблемы изучения и сохранения биосферы. 1992. СанктПетербург: Гидрометиздат. Т.2. С.217-227.
48.Оше А.И., Оше Е.К., Пинигин С. А. Квантование энергий и
дискретность эволюции в природе. Доклады МОИП. Т. 44. С. 62-69.
49.Оше А.И., Капустина Н.И. Электрохимическая самоорганизация как
системная основа живого. Гипотеза. 1992. № 1. С. 34-44.
50.Оше А.И., Капустина Н.И., Оше Е.К. Самоорганизация энергетики в
живых системах. Математические методы анализа цикличности.
2008. ГЕОС. Т.14. С.185-191.
51.Оше А.И., Урусов К.Х. Электрохимическая модель метаболизма.
Электромагнитные поля в биосфере. Т.2. Москва: Наука, 1984. С.133144.
52.Панов М. Ф., Соломонов А. В., Филатов Ю. В. Физические основы
интегральной оптики. Москва: Академия, 2010. 432 с.
53.Панова Е.В. Техногенное воздействие и составляющие экосистемы.
Екологічна безпека та природокористування. 2010. №6. С. 66-76.
54.Панова Т.В., Геринг Г.И. Физика конденсированного состояния
вещества: учебное пособие. Омск: Омск. гос. ун-т, 2008. 101 с.
55.Петросян В.И., Синицын Н.И., Елкин В.А. Девятков Н.Д., Гуляев Ю.В.
и др. Роль резонансных молекулярно-волновых процессов в природе и
их использование для контроля и коррекции соответствия
экологических систем. Биомедицинская радиоэлектроника. 2001. №56. С. 62-129.
56.Полинг Л. Общая химия. Москва: Мир, 1974. 846 с.
57.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека в
свете современных физико-биологических знаний, концепций,
гипотез. Український медичний часопис. 2019. №4. Т.2. С. 24-29.
58.Пучкова Т.В., Путвинский А.В., Владимиров Ю.А. Снижение
электрической прочности как основной механизм нарушения
барьерной функции биомембран. Докл. АН СССР. 1983. Т. 270, № 6. С.
1489-1492.
59.Романов С.Н. Биологическое действие механических колебаний. Л.,
1983. 213 с.
60.Самойлов В.О. Медицинская биофизика. СанктПетербург: СпецЛит,
2013. 591 с.
342
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
61.Семихина Л.П. Диэлектрические и магнитные свойства воды в водных
растворах и биообъектах в слабых электромагнитных полях. Тюмень:
ТюмГУ, 2006. 164 с.
62.Сент-Дьёрди А. Биоэлектроника. Исследование в области клеточной
регуляции, защитных механизмов и рака. Москва: Мир, 1971. 80 с.
63.Сидоров А.И. Основы физики и оптики твердых тел: уч. пособ. СПб.:
ФГБОУВПО «СПб НИУ ИТМО», 2012. 120 с.
64.Сидоров А.И. Основы фотоники: физические принципы и методы
преобразования оптических сигналов в устройствах фотоники: учебное
пособие. СПб.: ФГБОУ ВПО «СПб НИУ ИТМО», 2014. 148 с.
65.Ситько С. П., Скрипник Ю. А., Яненко А. Ф. Аппаратурное
обеспечение современных технологий квантовой медицины. Киев:
ФАДА, ЛТД, 1999. 200 с.
66.Ситько С.П. Жизнь как четвертый уровень квантовой организации
природы. Биомедицинские технологии и электроника. №1, 2007. С. 3950 URL: http://www.sergiysitko.org.ua
67.Ситько С.П. Живое как предмет фундаментальной науки. в книге
«Наука и социальная картина мира», посвященной 80-летию
академика В.С.Степина. Москва: Альфа – М, 2014. 767с. С.280-284.
68.Ситько С.П. Жизнь в фундаментальных представлениях физики
живого. Лекция, прочитанная в Волынском национальном
университете имени Леси Украинки. 10.02.2012. Луцк, 2012. 21с. URL:
http://www.sergiysitko.org.ua
69.Ситько С.П., Мкртчян Л.Н. Введение в квантовую медицину. Киев:
Паттерн, 1994. 144 с.
70.Ситько
С.П.,
Цвилий
В.П.
Электродинамическая
модель
электромагнитного каркаса человеческого организма. Физика живого.
Т.5, № 1. 1997. С. 5-8.
71.Ситько С.П., Яненко А.Ф. Прямая регистрация неравновесного
электромагнитного излучения человека в мм-диапазоне. Физика
живого. 1997. №2. 60 с.
72.Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. Москва: Наука,
1989. 564 с.
73.Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого: учебник для вузов.
СПб.: Химиздат, 2000. 768 с
74.Тамбиев А.Х., Кирикова Н.Н., Бецкий О.В., Гуляев Ю.В.
Миллиметровые волны и фотосинтезирующие организмы / под
редакцией академика РАН Ю.В. Гуляева и профессора А.Х. Тамбиева.
Москва: Радиотехника, 2003. 175 с.
75.Трошин А.С. Проблема клеточной проницаемости. М.-Л.: АН СССР,
1956. 474 с.
76.Тюшев А.Н. Физика в конспективном изложении. Часть 3. Основы
молекулярной физики и термодинамики. Квантовая физика. URL:
https://www.twirpx.com/file/599159/
343
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
77.Урусов К.Х., Мишина М.И., Лотменцева Т.Н., Оше А.И.
Биопотенциаломемтр БПМ-01 и БПМ-02. Всес. Конф. по
электрохимии. 1982. Т.3. С. 324.
78.Финогенова О.А., Тимофеева Л.М., Ермаков Ю.А. Электростатические
эффекты при адсорбции и десорбции поликатионов на поверхности
липидных мембран разного состава. III Международная конференция
по коллоидной химии и физико-химической механике. Москва. 2008.
С. 29 (BP06).
79.Финогенова О.А., Филинский Д.В., Ермаков Ю.А. Электростатические
эффекты при адсорбции и десорбции полилизинов на поверхности
липидных мембран разного состава. Биологические мембраны. 2008. Т.
25 (3). С. 217-226.
80.Хабердитцл В. Строение материи и химическая связь / пер. с нем.
Москва: Мир, 1974. 296 с.
81.Цаплин А.И. Фотоника и оптоинформатика. Введение в
специальность: учеб. пособие. Пермь: Перм. нац. исслед. политехн. унта, 2012. 399 с.
82.Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Москва: Бином, 2015. 496 с.
83.Chen, C. et al. Bio-inspired nanocomposite membranes for osmotic energy
harvesting. 2019. Joule Published online December 18, 2019. DOI:
https://doi.org/10. 1016/j.joule.2019.11.010.
84.Feng J. et al. Single-layer MoS2 nanopores as nanopower generators.
Nature. 2016. V. 536, Р. 197-200.
85.Frohlich H. Advances in electronics and electron physics. Ed. L. Marton.
1980. V. 53. P. 85.
86.Frohlich H. Long-ranch coherence and energy storage in biological systems.
Int. J. Quantum. Chem. 1968. V. 2, No. 3. P. 641-649.
87.Gartner L.P. BRS Cell Biology and Histology. Lippincott and Wilkins.
2018. 448 p.
88.Guo W. et al. Energy harvesting with single-ion-selective nanopores: a
concentration-gradient-driven nanofluidic power source. Adv. Funct. Mater.
2010. V. 20. Р. 1339-1344.
89.Ince C. Introduction to the membrane electrophysiology of mononuclear
phagocytes. In: van Furth R. (eds) Mononuclear Phagocytes. Dordrecht.
Springer, 1985. URL: https://doi.org/10.1007/978-94-009-5020-7_38
90.Karp G., Iwasa J., Marsall W. Karp's Cell Biology Global Edition. John
Wiley & Sons. 2018. 880 p.
91.Kierszenbaum A.L., Tres L. Histology and Cell Biology: An Introduction to
Pathology, 5th Edition. Elsevier, 2019. 824 р.
92.Logan B.E. et al. Membrane-based processes for sustainable power
generation using water. Nature. 2012. V. 488. Р. 313-319.
93.Medical physiology: a cellular and molecular approach /edited by W.F.
Boron, E.L. Boulpaep 2016. 1312 р.
344
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
94.Mei, Y. et al. Recent developments and future perspectives of reverse
electrodialysis technology: a review. Desalination. 2018. N. 425. Р. 156174.
95.Mintser O.P., Potiazhenko M.M., Nevoit G.V. Evaluation of the human
bioelectromagnetic field in medicine: the development of methodology and
prospects are at the present scientific stage. Wiadomości Lekarskie. 2019.
V.5(II). P. 1117-1121.
96.Mintser O.P., Semenets V.V., Potiazhenko M.М., Рodpruzhnykov P.М.,
Nevoit G.V. The study of the electromagnetic component of the human
body as a diagnostic indicator in the examination of patients with Noncommunicablediseases: problem statement. Wiadomości Lekarskie. 2020.
V. 6 (73). Р. 1279-1283.
97.Mintser О., Stryzhak О., Denysenko S. Use of principles of medical
ontology for construction of scenario models of post-graduate education of
doctors and pharmacists. Medical Informatics and Engineering. 2013.
DOI:10.11603/MIE.1996-1960.2013.2.1701
98.Pattle R.E. Production of electric power by mixing fresh and salt water in
the hydroelectric pile. Nature. 1954. N. 174. Р. 660.
99.Pollard T.D., Earnshaw W.C., Lippincott-Schwartz J., Johnson G. Cell
Biology. 3th Edition Elsevier. 2017. 928 р.
100.
Ramon G.Z., Feinberg B.J., Hoek E. M.V. Membrane-based
production of salinity-gradient power. Energy Environ. Sci. 2011. N. 4. Р.
4423-4434.
101.
Schrödinger E. What is the Life? The Physical Aspect of the Living
Cell. Cambridge: University Press, 1944. 184 р.
102.
Siria, A. et al. New avenues for the large-scale harvesting of blue
energy. Nat. Rev. Chem. 2017. V. 1. Р. 91
103.
Sit`ko S.P. Life as a Fourth level of Quantum Organization of Nature.
Energy and Information Transfer in Biological Systems: Proceeding of the
International Workshop. Acireale, Catania, Italy, 18–22 September 2002,
World Scientific, New Jersey – London – Singapore – Hong Kong, p. 358
(p. 293-307).
104.
Sit`ko S.P., Gizko V. V. Towards a Quantum Physics of the Living
State. Journal of Biological Physic. V. 18, No. 1 (1991), Р. 1-10.
105.
Sitko S.P. The Realization of Genome in the Notions of Physics of the
Alive. “Medical Data” Medical Review. 2012. V. 4, N. 2, Р. 207-216.
URL: http://www.md-medicaldata.com
106.
Skilhagen, S. E. Osmotic power - a new, renewable energy source.
Desalin. Water Treat. 2010. N. 15. Р. 271-278.
107.
Xin W., Zhang Z., Huang X., Hu Y., Zhou T., Zhu C, Kong, L. Jiang
X.-Y., Wen L. High-performance silkbased hybrid membranes employed
for osmotic energy conversion. Nature Communications. 2019. N. 10. 3876
р. DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-019-11792-8
345
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: глава 4
108.
Yamada Y., Kitazumi Y., Kano K., Shirai O. Construction of a Liquid
Membrane Cell for Power Generation Based on Salinity Gradient Energy
Conversion.
Chemistry
Letters.
V.
49,
Iss.
9.
DOI:
https://doi.org/10.1246/cl.200376
109.
Yip N.Y. et al. Salinity gradients for sustainable energy: primer,
progress, and prospects. Environ. Sci. Technol. 2016. N. 50. Р. 1207212094.
110.
Yip N.Y., Elimelech M. Thermodynamic and energy efficiency
analysis of power generation from natural salinity gradients by pressure
retarded osmosis. Environ. Sci. Technol. 2012. N. 46. Р. 5230-5239.
111.
Zhang, Z. et al. Bioinspired smart asymmetric nanochannel
membranes. Chem. Soc. Rev. 2018. N. 47. Р. 322-356.
346
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
ПОСЛЕСЛОВИЕ К ТОМУ 1.
К вопросу трансформации научной парадигмы с
позиций магнитоэлектрохимической теории обмена
веществ. Понятие о системном информационноэнергетическом процессе
В первом томе монографии были изложены фундаментальные
данные, которые позволили в адаптированном варианте для
специалистов медицинской отрасли, биологов еще раз с позиции
системности осветить вопрос как устроено вещество на субатомном,
атомном и молекулярном уровнях. При этом впервые в аспекте
системной медицины была предпринята попытка фундаментального
аналитико-систематического обобщения с экстраполяцией данных
современных взглядов именно на организм человека, в том числе в
аспекте квантовой физики. На основе результатов проведенного
теоретического исследования и систематизации научных данных в
рамках концепции системной медицины был сделан ряд
принципиально важных выводов, объединяемых единственной
главной идеей, что современный уровень развития фундаментальной
науки позволяет рассматривать организм человека как сложную
иерархическую квантовую систему. Данный вывод уже является
научно обоснованным, принятым фундаментальной наукой, и
медицине как трансдисциплинарной отрасли, осталось лишь
окончательно имплементировать представленные идеи в свою
академическую систему.
Можно
определить
следующий
ряд
логических
последовательных
принципиальных
вопросов,
которые
обуславливаются идеями магнитоэлектрохимической теории обмена
веществ и могут возникать у врачей в первую очередь:
347
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
Что необходимо понимать под понятием человек – это
«квантовая система»?
Говоря обычным языком, рассмотрение человеческого
организма как квантовой системы предполагает первоочередное
осознание следующих двух основных моментов:
1) каждая субъединица строения человеческого тела
соответствующего иерархического уровня (атом, молекула, клетка,
ткань, орган, организм) образована из частиц-«порций» энергии, то
есть квантов;
2) каждая субъединица соответствующего иерархического
уровня (атом, молекула, клетка, ткань, орган, организм) подчиняется
физическим законам, а именно одновременно проявляет свойства и
частицы, и волны (принцип корпускулярно-волнового дуализма) и
функционирует соответственно ряду универсальных механизмов,
часть из которых описана уже квантовой физикой в виде законов,
теорий, результатами фундаментальных наработок других научных
отраслей, а другие пока продолжают изучаться [не все еще понято
фундаментальной наукой].
То есть, если медицина раньше рассматривала человеческий
организм исключительно как конгломерат частиц, то сейчас уже
научно доказано, что вся материя дуальна по своим физическим
свойствам, и теперь понятно, что человеческий организм также имеет
волновые/электромагнитные параметры и является вариантом
сложной квантовой системы.
Какое значение для медицины может иметь осознание и
восприятие того факта, что человек является квантовой
системой?
Это открывает принципиально новый этап для медицины как
науки и как практической отрасли оказания услуг по сохранению
здоровья человечества, а именно:
1) Все процессы, происходящие в человеческом организме в
норме и при патологии, имеют соответствующее описание
(квантовую модель) и характеристики с позиций квантовой физики и
энергетических уровней атомов и молекул, участвующих в обмене
веществ. Дальнейшее обобщение и понимание всех компонентов и
аспектов обмена энергетическими частицами (электронами,
фотонами, солитонами и т.п.) может дать возможность медицинской
348
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
науке постичь следующий молекулярный уровень проявления
патологии, так сказать, наноуровень этиопатогенеза заболеваний –
квантовый патогенез.
2) Все фармакологические препараты также дуальны по своим
свойствам, то есть как и вся материя Вселенной они обладают
одновременно свойствами частицы и волны. Дальнейшее обобщение
и понимание волновой компоненты их действия, а также аспектов их
воздействия на энергетический обмен (энергетические уровни атомов,
молекул и т.п.) в тканях организма человека может дать
фармакологии постичь следующий за молекулярным уровень
действия медикаментозных средств, так сказать, фармакологический
наноуровень – квантовая фармакология.
3) Понимание организма как целостной квантовой системы по
своей сути открывает для врачей и ученых принципиально новые
горизонты исследования волновых его проявлений на разных уровнях
иерархического строения с последующим выходом на новые аспекты
лечения. То есть каждая субъединица строения человеческого тела
соответствующего иерархического уровня (атом, молекула, клетка,
ткань, орган, организм) связаны в организме человека путем обмена
энергией в разных формах и в разных его состояниях (например,
электронами, фотонами, солитонами и т.п.), что на макроуровне
находит отражение в появлении физических полей, в первую очередь
электромагнитных, и может быть обобщено под понятием
«системный информационно-энергетический процесс».
Что означает с медицинской точки зрения понятие
«системный информационно-энергетический процесс» по
отношению к человеческому организму?
Понятно, что «системный» означает такой процесс, который
связывает все в единую целостность в организме человека.
Энергетический поток (электронов, фотонов, солитонов и т.п.)
благодаря разным параметрам волновых функций может переносить
не только энергию, но и информацию. Поскольку на данный момент
нет
возможности
обоснованно
разграничить
с
позиций
доказательности процессы передачи энергии и информации в
организме человека, то уместен именно термин «информационноэнергетический».
349
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
Имеет ли медицинское значение исследование информационноэнергетических процессов в организме человека?
Бесспорно, что да. В здоровом организме человека все процессы
функционирования на всех иерархических уровнях его строения
(атомарный, молекулярный, тканевый, органный, организменный)
сбалансированы как по энергетическому компоненту обмена веществ,
так и по информационному. Соответственно при возникновении
заболевания будет иметь место расстройство как информационных,
так и энергетических составляющих обмена веществ. Как следствие в
медицине сформируется понимание, что все клинические симптомы,
регистрируемые при обследовании больных, имеют свою квантовомеханическую основу – то есть соответствующее расстройство
состояния обмена электронами, фотонами, солитонами и т.п. между
молекулами соответствующих клеток в тканях органов. Согласно
указанному задачей медицины третьего тысячелетия является
необходимость постичь эти аспекты, разработать адекватную
методологическую базу их исследования и ввести в рутинное
медицинское обслуживание в качестве диагностических методик. То
есть доказанный фундаментальной наукой факт наличия в организме
человека «системных информационно-энергетических процессов»
обуславливает актуальность дальнейшего изучения их клинического
значения, клинических возможностей применения в практическом
звене здравоохранения, а также создание на этой основе дальнейшего
научного теоретического фундамента по этой проблематике.
Какие на сегодняшний день процессы в организме человека
можно отнести к системным информационно-энергетическим
и что должны исследовать врачи для их оценки?
Без сомнения, к системным информационно-энергетическим
процессам относятся активность центральной и вегетативной нервной
системы, а также система гуморальной регуляции с привлечением
гормональных органов и тканей человеческого организма.
Фундаментальная наука и по сей день продолжает изучать их
деятельность, но делает это в значительном проценте случаев
исключительно исходя из представлений о них как о чисто
фиксированных объектах физического мира, без учета их дуализма и
волновой функции. Так достигнуты существенные и даже очень
существенные успехи по идентификации разных молекул,
350
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
соответствующих разным заболеваниям, в том числе патологии
нервной системы и обмена веществ. Но сам по себе этот научный
путь будет неполным без исследования квантово-механических
аспектов образования данных молекул-«маркеров» в организме
человека и учета именно квантово-механических параметров их
взаимодействия. Фундаментальная наука третьего тысячелетия
существования нашей цивилизации должна дать ответы на
следующие вопросы: «какие изменения электромагнитных
параметров приводят к избыточному образованию именно таких
молекул в человеческом организме?», «какие изменения системных
информационно-энергетических процессов соответствуют тому или
иному заболеванию?» и «какие именно квантово-механические
особенности ключевых молекул имеют место для этого?» и т.д. То
есть, бесспорно, фундаментальная наука и системная медицина
должны двигаться в направлении фундаментального понимания
функции и структуры молекул, а это возможно исключительно
благодаря дальнейшему отождествлению их структуры и функции
через изучение их электромагнитных параметров и квантовомеханических моделей. То есть исследование, ограниченное оценкой
биохимических маркеров функционирования нервной и эндокринной
системы, не является полным и не есть таким, что в полной мере
отражает их функцию.
Более
приближенными
к
оценке
информационноэнергетической составляющей функционирования органов и тканей
человеческого организма можно считать методы исследования
собственно
электрической
и
магнитной
компонент
функционирования человеческого тела. Это так, поскольку
информационно-энергетические процессы обобщаются на клеточном
уровне в появлении феномена электромагнитной генерации мембран
живых биологических систем с возникновением электрического
потенциала, как было отмечено в главе 4 данной монографии.
Указанные электрические и, как впоследствии выяснилось,
магнитные параметры непосредственно отражают фундаментальные
процессы метаболизма и функционирования клеток как структурных
компонентов человеческого тела, и могут быть использованы в
качестве диагностических медицинских признаков/симптомов.
Эволюция методологии электромагнитных параметров в
организме человека была длинной, поэтапной и соответствовала
351
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
уровню научно-технического развития каждой эпохи. Чтобы ответить
почему и как фундаментальная наука пришла к выводу, что
электромагнитные параметры составляют основу системных
информационно-энергетических процессов в человеческом организме
необходимо остановиться на гносеологии этого вопроса.
Поскольку знания электромагнитной сущности организации
организма человека появлялись постепенно, какова именно
история этого процесса и как развивалась методология их
регистрации?
Согласно проведенным нами системным обобщениям было
установлено,
что
разработка
методологии
оценки
биоэлектромагнитного поля человеческого организма в направлении
дополнительного синтеза научных знаний прошла долгий путь
формирования в рамках существующей доктрины научной
медицины: 1) кумулятивный этап (XII-XVIII века); 2) кумулятивнодинамический этап (XII-XX века); 3) современный этап (XXI век); 4)
современный (перспективный) этап. До конца ХХ века периоды
научных исследований в основном носили сугубо накопительный
характер научного знания с очень ограниченной интеграцией в
основную науку - это "кумулятивный период" и "кумулятивнодинамический период" соответственно. В то же время, с XIIІ по XVIII
век, происходило накопление чисто эмпирических знаний благодаря
практическому
применению
врачами
иглоукалывания
и
рефлексотерапии, но без принятия теоретических идей древней
восточной медицины. В XIX веке научное исследование
биоэлектромагнитных явлений человека стало возможным благодаря
научному
открытию
электричества,
изобретению
способа
электроакупунктуры и возможности оценки электропроводности
тканей человека при помощи гальванометра. За 200-летний период
ученые мира добились значительного прогресса в понимании
электрической активности биологических тканей. Многие ученые
изучали эту область науки. Адамсон (англ. Adamson, 1751) изучил
природу электрического разряда рыбы. Л. Гальвани (англ. L.Galvani,
1791, Италия) обнаружил существование "электричества животных".
А. Вольта (англ. A. Volta, Италия) был научным оппонентом
Л. Гальвани и открыл способ производства электроэнергии.
К. Маттеуччи (англ. C. Matteucci, 1811–1868, Италия) доказал
352
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
существование электрических явлений в биологических тканях.
Э. Дю Буа-Реймонд (англ. E. Du Bois-Reymond, 1848, Германия) стал
основателем электрофизиологии, ввел понятия "возбуждение" и
"возбуждающие ткани". Дж. Бернштейн (англ. J. Bernstein, 1886,
Германия)
проанализировал
форму
потенциала
действия.
Э.-Ж. Марей (англ. E.-J. Marey, 1875, Франция) использовал
капиллярный электрометр для регистрации колебаний бьющихся
потенциалов сердца. Н.Е. Введенский (англ. N.Ye. Vvedensky, 1883,
Россия) слушал ритмические импульсы в нервно-мышечном
телефоне. В. Эйнтховен (англ. W. Einthoven, 1903, Голландия) создал
электрокардиограф
и
стал
основателем
клинической
электрокардиографии, лауреатом Нобелевской премии. Важно, что с
конца XVIII века до первой половины XX века науке удалось
накопить значительную теоретическую базу по электрической
активности тканей человеческого тела и она смогла предоставить им
соответствующую
научную
интерпретацию,
определившую
возможность дальнейшего применения электрографических методов
в медицине [2, 10, 13, 16, 21, 22, 25].
Методика оценки биомагнитной составляющей человеческого
организма имела более сложное развитие. Первым методом
регистрации биомагнитного излучения человека было его
фотографирование в электрическом поле, которое открыл Я.
Наркевич-Йодко (англ. Ya. Narkevich-Yodko, 1899, Польша). Открытие
этого способа визуализации биомагнитной составляющей организма
не получило в то время правильного физического объяснения своего
механизма из-за несоответствия базового уровня физикобиологических знаний того периода. Аналогичным образом методика
регистрации биомагнитного поля путем фотографирования в
электрическом поле была повторно создана в 1949 году в СССР,
затем сразу засекречена почти на десятилетие. Следует отметить, что
и к тому времени фундаментальная наука теоретически не была
готова объяснить суть и генезис результатов этого исследования –
кирлианографии. Это снова усложнило развитие этого метода
биомагнитной регистрации человека. Многие ученые начали
воспринимать кирлианографию как псевдонаучный метод из-за
непонимания сущности. В ХХ веке данный способ регистрации
электромагнитного поля тела был технически усовершенствован,
получил
всемирное
распространение
благодаря
работам
353
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
К.Г. Короткова (англ. K.G. Korotkov, СССР-Россия) [16, 22, 24, 29, 41,
42].
Многие ученые мира внесли весомый вклад в изучение
биоэлектрических потенциалов человека в ХХ веке, что находит
отражение в соответствующих обзорах и монографиях [13, 16].
Научный прогресс второй половины ХХ века привел к
значительной динамике исследований биоэнергетической отрасли,
что связано с углублением фундаментальных знаний и ростом
технических возможностей. В 70-х годах XX века создание
магнитометрических приборов позволило регистрировать магнитное
поле у человека. С этого времени были начаты исследования
биомагнитной составляющей человеческого тела. Применение
ультрачувствительных сенсор-градиометров SQUID (в переводе с
английского – сверхпроводящее квантовое интерференционное
устройство) в магнитометрах открыло путь к внедрению
магнитографии в практическую медицину. Почти 60-летний опыт
использования магнитокардиографии (МКГ) и 50-летний опыт
использования магнитной энцефалографии (МЭГ) дали много
исследовательского
материала
относительно
характеристики
биомагнитной компоненты человеческого организма. Также были
разработаны
методы
оценки
биомагнитного
поля
поперечнополосатых мышц, глаз, желудка. В конце концов, все это
привело к научному пониманию того, что магнитография и
кирлианография – это два разных способа объективной фиксации
биомагнитного поля человеческого тела: регистрация оборудованием
и фотовизуализация соответственно. Наконец, в конце ХХ века была
установлена физическая природа кирлианографии. Кроме того, был
разработан более совершенный метод регистрации электромагнитной
составляющей и создано соответствующее оборудование для этого.
Метод получил новое название "визуализация газового разряда" [3,
20-22, 26].
В ХХ веке морфологическое изучение тканей человеческого
тела как субстрата биоэлектромагнитной активности было
продолжено одновременно с разработкой технологий регистрации и
оценки биоэлектромагнитного поля человеческого тела. Ученые
занимались также обоснованием физиологических механизмов его
возникновения. Л. Даниэль и Г. Доусон (англ. L. Danielle, G. Dowson,
1935, Англия) раскрыли принципы строения клеточных мембран и
354
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
трансмембранного транспорта и была создана "сэндвич" модель
строения мембран. С.Дж. Зингер и Г.Л. Николсон (англ. S.J.Singer,
G.L.Nicolson, 1972, США) разработали жидкостно-мембранную
модель структуры мембраны. В этот период было проведено много
исследований по изучению электропроводности тканей человека:
определена электрическая емкость и электрическое сопротивление
клеточных мембран, установлена электрическая неоднородность
поверхности кожи и определены биологически активные точки
(БАТ), их биофизические параметры, локализация на теле человека,
морфологические свойства, кровоснабжение, иннервация, биохимия
локусов БАТ [19, 25-27].
Интерес медицинских исследований в этом направлении был
обусловлен фундаментальными открытиями, сделанными физиками в
ХХ веке, в том числе тем, что «все живые клетки генерируют
электростатический заряд, индивидуальный для каждого типа
ткани, под влиянием метаболических процессов». Этот факт был
доказан Х. Фрелихом (англ. H. Frolich, 1975-1977, Англия). «Все
живые клетки образуют собственные эндогенные переменные
электромагнитные поля типа Фрелиха-Давыдова, обладающие
высокой степенью когерентности, как лазерное излучение». Научные
труды Г.М. Боуля и Р. Мак-Фе (англ. G. M. Baule, R. McFee, 1963),
Х. Фролиха (1977), А.С. Давыдова (англ. A.S. Davydov, 1984, СССР)
определили открытие этого факта. «Живые клетки обладают
способностью
автоматически
модулировать
свое
биоэлектромагнитное
поле
со
структурой
биосистемы.
Биоэлектромагнитные поля несут очевидную информацию о
частоте кода и есть солитонами». А.С. Давыдов был основателем
этого направления биофизических исследований [1, 4, 6, 32, 33].
Как результат, в ХХ веке были изучены техники
иглоукалывания и электроакупунктуры - широко распространенные в
рамках традиционной медицины и рефлексотерапии, они оставались
изученными лишь частично. Отсутствие надежных данных о
морфологическом субстрате тканей, который отвечал бы за
генерацию и транспортировку энергии вдоль путей так называемых
«энергетических
меридианов»,
являлось
дополнительным
препятствием для понимания и признания электроакупунктуры
академической медициной. Отсутствие общей биоэлектромагнитной
парадигмы метаболизма в фундаментальной науке также являлось
355
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
препятствием для понимания электроакупунктуры. Поэтому в ХХ
веке биомагнитное излучение тканей или считалось связанным с
функцией нервной системы, или игнорировалось как факт.
Соответственно, это замедлило методологическое развитие
направления [22, 27].
В ХХ веке было продолжено изучение компонентов
биомагнитного поля и сделано несколько фундаментальных
открытий. Установлен факт излучения фотонов всеми живыми
клетками без внешней стимуляции. Это также свойственно для
клеток человеческого организма. Явлению присвоили термин
«ультраслабое излучение фотонов» (англ. Ultra-Weak Photon Emission
– UPE). Фотон является основной элементарной частицей
электромагнитного излучения. UPE объясняется его высвобождением
во время метаболических процессов и соответственно появлением
биоэлектромагнитного поля тканей. Сегодня спектр и интенсивность
UPE человеческого тела считаются установленными, а основной
источник, статистическое распределение и фрактальность частично
понятыми [11, 12, 31, 50].
Итак, было установлено, что наибольшая интенсивность UPE
регистрируется на лице, максимум – в области рта и щек. Считается,
что механизм излучения фотонов происходит от образования
свободных радикалов в метаболических энергетических процессах.
Впоследствии свободные радикалы реагируют с липидами или
белками, образуя электронно возбужденные формы как побочные
продукты. Эти возбужденные молекулы могут в дальнейшем
реагировать с флуорофорами через передачу энергии и приводить к
излучению фотонов. Более высокий уровень фотонов на коже лица
может быть вызван разницей в содержании флуорофоров меланина
между кожей лица и грудной клеткой. Установленное отсутствие
существенной корреляции между излучением фотонов и тепловым
изображением свидетельствует о том, что суточный ритм излучения
фотонов не является результатом изменения температуры или
микроциркуляции. Более того, четкая отрицательная корреляция
временных изменений эмиссии фотонов и уровней кортизола может
свидетельствовать о том, что суточный ритм эмиссии фотонов
отражает изменения клеточных метаболических процессов под
контролем циркадных ритмов [22, 24, 25, 34, 43, 44, 50].
356
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
Другим фундаментальным открытием является открытие нового
анатомического образования, которое получило название первичная
сосудистая система (Primo Vascular System – PVS). Это открытие
коренным образом может изменить научный взгляд на образование и
транспорт энергии в организме человека. По мнению ученых,
первичная сосудистая система/PVS – это морфологический субстрат,
обеспечивающий образование и транспорт биофотонов. Структура
PVS представляет собой прозрачную сеть оптических каналов с
гранулами ДНК внутри, похожую на паутину в организме на шести
уровнях ткани [7, 35, 47, 49].
В 2002-2010 годах ученые Кванг-Суп Сох (Корея), Кюнг А. Кан
(США), Дэвид К. Гаррисон (Англия) подтвердили открытие,
сделанное в 1960 году корейским биологом Ким Бонгом Ханом [7, 30,
36, 37].
Таким образом, в XXI веке факт наличия биомагнитного
компонента в организме человека стал несомненным научным
знанием.
Как именно врачи и с помощью каких методов могут оценить
системные
информационно-энергетические
процессы
в
организме человека?
Подробно ответ на этот вопрос будет изложен во втором томе
монографии, посвященном теоретизации и результатам оценки
клинической эффективности соответствующих методик.
В данном послесловии хотим заметить, что благодаря развитию
цифровых технологий, кибернетики, научным разработкам ряда
ученых, в частности Р.М. Баевского и его преемников стало
возможным получение большего количества параметров прежде
всего из показателей сердечного ритма благодаря использованию
методики короткой записи вариабельности ритма сердца (ВРС) [14,
15].
Сердечный ритм – это один из ключевых процессов
хронобиологической
и
энергоинформационной
системной
организации человеческого организма как единой живой
биологической системы. С позиций системной медицины сердечный
ритм – это электромагнитный феномен, волновые характеристики
которого
являются
носителем
информации
о
текущем
функциональном состоянии организма. Клинико-диагностическая
357
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
информационная ценность сердечного ритма для медицины была
установлена нашей цивилизацией еще в донаучном периоде
(например, метод пульсовой диагностики древневосточных
медицинских школ). В ХVIII-ХХ веках была заложена основная
теоретическая база понимания фундаментальной сущности
магнитоэлектрофизиологических процессов сердечной деятельности
человеческого организма. Значительный пласт фундаментальных
знаний по электромагнитному строению материи (стандартная
модель фундаментального взаимодействия, квантовая теория поля,
корпускулярно-волновой дуализм и т.п.) стал окончательно доступен
для системного анализа. Новейшие фундаментальные знания дали
возможность
углубить
представление
об
организации
и
функционировании человеческого организма на всех иерархических
уровнях его структурного строения - от субатомного до
организменного. Как уже отмечалось в изложенных главах
монографии, сегодня с позиций системной медицины интеграция
фундаментального знания позволяет рассматривать человеческий
организм как комплекс полевых структур из около 30 трлн
собственных клеток и 30-50 трлн клеток микробиоты (согласно
математическим расчетам на массу тела 70 кг) с индивидуальными
частотными. характеристиками/физическими полями (инфракрасным,
акустическим, магнитным, электрическим), генерируемыми в
процессе
жизнедеятельности
и
адекватным
отражением
биофизической реальности феномена жизни. При этом сердечный
ритм трактуется как одно из центральных электромагнитных
волновых явлений организменного уровня, которое задает ритм
другим волновым колебательным процессам на периферии.
Выделение из сложного колебания (каким и является сокращение
сердца) его исходных простых колебаний с последующей
клинической оценкой их частоты и их мощности дает врачу
возможность получения объективной индивидуальной детальной
информации о вкладе механизмов регуляции (вегетативной нервной
системы и центральных механизмов) в сердечную деятельность и о
функциональном состоянии организма пациента в целом [14, 15, 23,
41, 48].
В указанном смысле именно метод короткой записи ВРС
оказался важным инструментом отображения состояния общего
здоровья сердца на основании исследования баланса воздействий
358
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
нервной вегетативной системы. Метод краткой записи ВРС
принципиально отличается от оценки ВРС при холтеровском
мониторировании, поскольку имеет другие цели и механизмы
реализации. Холтеровское мониторирование – это регистрация
электрических параметров кардиосигнала в течение длительного
срока (сутки), целью которых является установить все факты наличия
расстройств функционирования сердечной деятельности за этот
период, то есть выявить все эпизоды ишемии, нарушения ритма и т.д.
Задачей короткой записи ВРС является получение из данных
кардиологического сигнала как можно больше объективной
информации о функциональных параметрах функционирования
организма. Для этого необходимо зарегистрировать у пациента
именно стационарный участок ЭКГ (без нарушений сердечного
ритма) продолжительностью не менее 300 кардиоциклов. ВРС
отражает сложные механизмы нейрогуморальной регуляции
кровообращения,
способность
сердечно-сосудистой
системы
организма реагировать на внешние стрессорные факторы
(психические, физические нагрузки и т.д.) при различных
функциональных состояниях респондентов (тренированность детренированность, молодость-старость, здоровье-болезнь и т.д.).
Изменение отдельных параметров ВРС может быть расценено как
прогностические предикторы риска возникновения смерти пациента
[14, 15].
Другой
перспективной
методикой
оценки
системных
информационно-энергетических процессов мы предлагаем считать
анализ электрофотонной эмиссии (Electro-Photonic Emission Analysis
– EPEA). Как было сказано в главах монографии и в послесловии при
описании гносеологии методологии исследования электромагнитных
параметров организма человека, уже доказан факт, что в ходе
метаболических реакций происходит излучение фотонов живыми
молекулами и тканями человека - сверхслабая эмиссия фотонов (англ.
Ultra-weak Photon Emission – UPE). UPE отражает системные
энергетические процессы микроуровня функционирования тканей
организма человека. Чрезмерный окислительный метаболизм
является одним из решающих факторов при многих НИЗ, поэтому
исследование эмиссии фотонов может рассматриваться как
потенциальный инструмент оценки функционирования тканей и
органов для отражения окислительных процессов клеточного уровня.
359
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
Регистрация UPE требует сверхчувствительного цифрового
оборудования и является технически сложной. Однако процесс
регистрации UPE может быть упрощен благодаря дополнительной
электромагнитной стимуляции излучения тканей. Так специальное
электромагнитное воздействие на кожу пальца человека создает
ионизацию молекул газовой среды вокруг него за счет
эмитированных электронов и фотонов, заряжает поверхность кожи и
обуславливает транспорт электронов с поверхности кожи человека по
структурным комплексам биомолекул в цепь протекания
импульсного тока. Как было выяснено сейчас с позиций системной
медицины, именно этот механизм визуализации параметров
магнитного поля живых биологических объектов, включая и
организм человека, был физической основой первых прототипов
оборудования, которые использовали ученые конца XIX-XX веков (Я.
Наркевич-Йодко, С. Д. Кирлиан и другие), но не могли научно
объяснить в то время с физической точки зрения вследствие
недостаточного общего уровня развития фундаментальной физики
того времени. Сейчас данная методика уже полностью физически
понятна,
имеет
соответственно
созданное
измерительное
оборудование, сертифицированное в 70 странах мира. Существует
значительный пласт фундаментальных наработок по параметрам
электрофотонной эмиссии у человека при заболеваниях внутренних
органов как диагностического медицинского критерия. Актуальным
направлением остается дальнейшее развитие этих исследований с
целью широкого внедрения данного метода в практическое
здравоохранение в будущем. Подробно, имеющиеся и собственные
наработки
относительно
теоретизации
методики
анализа
электрофотонной эмиссии были изложены в следующих томах
монографии [8, 9, 17, 18].
Третьей методикой, с помощью которой можно производить
оценку протекания системных информационно-энергетических
процессов в человеческом организме, является технология кожногальванического тестирования. Впрочем, это общее название, по
которому
обозначается
отдельное
научное
направление,
сформированное на анализе электромагнитных параметров из БАТ и
зон кожной поверхности человеческого тела. Подробно теоретизация
данных методов также будет изложена в следующих томах данной
монографии. Однако следует заметить, что оценка протекания
360
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
системных
информационно-энергетических
процессов
в
человеческом организме с помощью ряда методов этого направления
стала возможной в связи с разработкой современного программного
обеспечения,
компьютеризацией
исследования,
созданием
аппаратных методик. Все это позволяет теперь в считанные минуты
определять ориентировочный функциональный статус по органам и
системам пациента с последующим графическим и цифровым
отображением на экране, а также опционально может давать
возможность математического воспроизведения с последующим
визуальным моделированием общей картины электромагнитного
поля респондента, что актуально с позиций системной медицины. В
Государственном реестре медицинской техники и изделий
медицинского назначения Украины есть сертифицированная
специализированная медицинская аппаратура для применения и
использования в медицинской практике здравоохранения [5, 13, 28].
В чем должен состоять практический интерес врачей к
исследованию
системных
информационно-энергетических
процессов пациентов?
Для врачей исследование системных информационноэнергетических процессов пациентов представляет интерес в двух
аспектах: в научном – общий научный прогресс отрасли и в сугубо
практическом – дальнейшая оптимизация обследования и лечения
пациентов.
Неинфекционные заболевания (НИЗ) продолжают составлять
значительную медико-социальную проблему мирового уровня,
поскольку они являются причиной смерти 41 млн человек ежегодно,
как фоновая патология ухудшают качество жизни, течение
коморбидных заболеваний, в том числе короновирусной инфекции
ковид-19, приводя к инвалидизации и смертности около 15 млн
человек трудоспособного возраста ежегодно по данным Всемирной
организации здравоохранения. Это приводит к актуальности
дальнейшего поиска новых подходов и идей к решению
проблематики НИЗ. Одним из возможных направлений решения
проблемы НИЗ как раз и базируется на перспективе уточнения роли
электромагнитной
феноменологии
в
течении
системных
информационно-энергетических процессов в обмене веществ
человеческого организма с последующим выходом на лечение, в том
361
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
числе с привлечением перспективных наукоемких инструментальных
методик возможной коррекции. Но сейчас это перспективное
направление, которое может быть реализовано в будущем [23, 42].
Более интересным представляются возможности использования
результатов оценки системных информационно-энергетических
процессов в практическом здравоохранении уже сейчас, поскольку
благодаря этому возможна оценка функционального состояния
пациента, выявление ранних предикторов НИЗ, объективный
контроль за эффективностью лечебных и профилактических
мероприятий, в том числе рамках реализации новой современной
перспективной модели здравоохранения – «4Р-медицины» [от первых
букв английских названий основных принципов: прогнозирование,
профилактика, персонализация, партисипация/участие] [38].
В целом изучение физических принципов реализации системных
информационных
процессов
человеческого
организма:
их
регистрация, клиническая интерпретация - имеют значительную
практическую ценность для современной медицины. Знание и
понимание сущности системных информационных процессов
человеческого организма обуславливает возможность посредством
применения специализированного технического медицинского
оборудования для преобразования и модулирования биосигналов
влиять и корректировать частотные параметры функционирования
биологических тканей/клеток.
Сегодня существующий научный материал и значительная
теоретическая база создали возможность дальнейшего изучения
системных
информационно-энергетических
процессов
организменного уровня, и позволили с позиции системной медицины
приблизиться к пониманию функционирования живого человеческого
тела как скоординированной энергетической системы высокой
степени
организации.
С
физической
точки
зрения
оптические/фотоновые механизмы передачи энергии являются
наиболее выгодными по сравнению с ранее известными физике
(например, полупроводниковыми) и обеспечивают следующие
преимущества [12, 13]:
- высокое быстродействие (управление сигналом может
производиться за время менее 100 фс);
362
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
- высокая скорость передачи больших массивов
информации (в технике используются волоконные линии
связи со скоростью передачи информации в одном канале
10-50 Гб/с, разрабатываются волоконно-оптические линии
связи со скоростью передачи информации 500 Гб/с - 1 Тб/
с);
- низкий уровень энергии управляющих сигналов (в
современных
оптических
переключателях
энергия
управляющего сигнала может составлять 1-5 пДж);
- высокий уровень помехозащищенности и защищенности
(внешние электрические и магнитные поля и помехи не
влияют на оптический сигнал, распространяющийся по
волокну; и оптический сигнал в волокне недоступен для
внешнего считывания).
Все эти характеристики оптического переноса энергии
разъясняют факт, что природа избрала конкретно его для организации
функционирования живых биологических систем. Более подробно
указанные аспекты будут изложены при рассмотрении частной
электромагнитной феноменологии тканей и органов человеческого
организма в следующем томе монографии.
Подводя итог необходимо заметить, что электромагнитная
феноменология человеческого организма как одного из вариантов
живой биологической системы является еще одной стороной реально
существующей объективной реальности организации нашей
Вселенной. И наша задача как ученых-медиков научиться грамотно
применять
существующие
фундаментальные
знания
электромагнитной феноменологии для дальнейшего прогресса
медицинской отрасли.
363
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Барьяхтар В.Т., Бродин М.С., Горбань И.С. Памяти Александра
Сергеевича Давыдова. Успехи физических наук. 1993. Т. 163, № 7. С. 117118.
2. Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах.
ВАМ. 2019. 288 с.
3. Бородай А.А., Сосницкая Т.В. Магнитокардиография: непонимание и
разочарование от дефицита знаний. Український кардіологічний журнал.
2008. №7. URL: http://medic.ua/bolezn/magnitokardiografiya-neponimanie-ir/.
4. Галль Л.Н. Физические принципы функционирования материи живого
организма.
Санкт-Петербург:
Издательство
Политехнического
университетата, 2014. 399 с.
5. Готовский М.Ю., Мейзеров Е.Е. Опыт эффективного применения
современных аппаратных методов диагностики и лечения заболеваний,
основанных на холистической модели здоровья. Комплементарная
медицина: состояние и перспективы правового регулирования. Москва:
Издание Государственной Думы, 2015. С. 54-61.
6. Давыдов А.С. Солитоны в молекулярных системах. Киев: Наукова думка,
1984. 288 с.
7. Коваленко О.Є., Чіжикова М.Є. Сучасні погляди на субстрат та механізми
дії акупунктури. Міжнародний неврологічний журнал. 2017. №6. С. 120126.
8. Кришень П.Ф., Пісоцька Л.А., Найдьон Л.Н. та ін. Застосування методу
кірліан-графічної оцінки функціонального стану організму людини в
гастроентерологічній практиці: метод. реком. МОЗ України. Київ, 2004.
11 с.
9. Мачерет Є.Л., Мінцер О.П., Чуприна Г.М., Пісоцька Л.А. та ін.
Застосування експрес-методу кірліан-графічної оцінки функціонального
стану організму людини для встановлення судинних порушень в області
голови та адаптації організму до них: метод. рекомен. МОЗ України від
8.11.2004 № 275. Київ, 2004. 10 с.
10.Мінцер О.П., Потяженко М.М., Невойт Г.В. Дослідження енергетичного
статусу людини як важливий етап переходу до 4П-медицини. Частина І:
364
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
концептуальний аналітичний огляд. Медична інформатика та інженерія.
2020. №2. С. 79-89.
11.Мінцер О.П., Ватліцов Д.В. Фотоактивність біологічних молекул як
можливий фактор корегування тригерзаалежних системних процесів
(перше повідомлення). Медична інформатика та інженерія. 2015. №4. С.
7-10.
12.Мінцер О.П., Заліський В.М. Системна біомедицина: у 2 т. Т. 1 :
Концептуалізація. Київ. Інтерсервіс. 2019. 549 с.
13.Мухина И.В. Физиология и биофизика возбудимых систем: учебнометодические материалы по программе повышения квалификации
«Хранение и обработка информации в биологических системах». Нижний
Новгород,
2007.
105
с.
URL:
http://www.unn.ru/pages/elibrary/aids/2007/31.pdf
14.Невойт Г.В. Варіаційна пульсометрія як метод відображення системних
інформаційних енергетичних процесів та оцінки функціонального стану
людського організму при загальному клінічному обстеженні пацієнтів.
Здобутки клінічної і експериментальної медицини. 2020. №4. С. 135-139.
DOI: 10.11603/1811-2471.2020.v.i4.11582
15.Невойт Г.В. Можливості короткого запису варіабельності ритму серця у
відображенні системних інформаційних енергетичних процесів
людського
організму
при
клінічному
обстеженні
пацієнтів
терапевтичного профілю. Вісник Української медичної стоматологічної
академії «Актуальні проблеми сучасної медицини». 2020. №4. Т. 20. С. 7882. DOI:10.31718/2077-1096.20.4.78
16.Опыты и наблюдения над электричеством (Классика науки) / ред. ст. и
коммент. Б.С. Сотина; пер. с англ. ВА Алексеева. Москва: АН СССР,
1956. 271 с.
17.Песоцкая Л., Ковальчук Г., Глухова Н., Евдокименко Н., Гетман М.,
Симонова Т. Использование метода газоразрядного свечения для оценки
оздоровительных свойств воды. Устойчивое развитие. 2020. № 2. С. 1019. URL: https://maurorg77.wixsite.com/maur-org
18.Песоцкая Л.А. Кирлианография в медицине. Днепропетровск, 2008. 107 с.
URL: http://www.kirlian.dp.ua/index.php/ effekt-kirlian.
19.Петров К.Б., Митичкина Т.В. Миовисцерофасциальные связи в
традиционном
и
современном
представлении.
Новокузнецк:
Полиграфист, 2010. 221 с.
20.Полякова
И.П.
Магнитокардиография:
историческая
справка,
современное состояние и перспективы клинического применения.
Креативная кардиология. 2011. № 2. С. 103-133.
21.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека: что
известно официальной науке. Український медичний часопис. 2018. № 6,
Т. ІІ. С. 22-24.
365
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
22.Потяженко М.М., Невойт А.В. Енергетична система людини: еволюція
повторного наукового відкриття. Український медичний часопис. 2019.
№2. Т. ІІ. С. 10-13.
23.Потяженко М.М., Невойт А.В. Неінфекційні захворювання: пошук
альтернативних рішень проблеми з біофізичних позицій. Практикуючій
лікар. 2019. №1. С.57-62.
24.Потяженко М.М., Невойт А.В. Энергетическая система человека в свете
современных физико-биологических знаний, концепций, гипотез
Український медичний часопис. 2019. №4 (132), Т.2. С. 24-29.
25.Потяженко М.М., Невойт А.В. Інноваційні методики об’єктивного
обстеження з комп’ютерним тестуванням в еволюції регістрацїї фізичних
феноменів лікарем терапевтичного профілю: історія, реальність,
перспективи. Медична інформатика та інженерія. 2018. №4. С. 58-65.
26.Рагульская М.В., Любимов В.В. Приборное изучение воздействий
естественных магнитных полей на БАТ человека: методы, средства,
результаты. Журнал радиоэлектроники. 2000. № 11. С. 115-120.
27.Сергеев Д.В. Эволюция представлений о морфологическом субстрате
биологически активных точек и энергетических меридианов в системе
китайской
классической
чжень-цзю-терапии.
Математическая
морфология. 1998. Т. 3, №1. С. 166-179.
28.Яновский О.Г., Карлыев К.М., Королева Н.А. и др. Возможности
компьютеризированной электропунктурной диагностики по методу Р.
Фолля в терапии методами рефлексотерапии и гомеопатии: метод. реком.
№ 98/232 Министерство здравоохранения Российской Федерации,
Научно-исследовательский институт традиционных методов лечения.
Москва, 1999. 32 с.
29.Ahn A.C., Colbert A.P., Anderson B.J. et al. Electrical properties of
acupuncture points and meridians: a systematic review. Bioelectromagnetics.
2008. V. 29. N.4. P. 245-256.
30.Avijgan М. Can the Primo Vascular System (Bong Han Duct System) be a
Basic Concept for Qi Production? International Journal of Integrative
Medicine. 2013. V. 1. Р. 1-10.
31.Cifra M., Pospíšil P. Ultra-weak photon emission from biological samples:
definition, mechanisms, properties, detection and applications. Journal of
Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2014. V.139. P. 2-10.
32.Frolich H. Neurosci. Res. Programm: Bull. 1977. V.15. P. 67-72.
33.Frolich H. The extraordinary dielectric properties of biological materials and
the action of enzymes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1975. V.72(11). P. 42114215. DOI:10.1073/pnas.72.11.4211
34.Kobayashi M., Kikuchi D., Okamura H. Imaging of Ultraweak Spontaneous
Photon Emission from Human Body Displaying Diurnal. PLoS ONE. 2009 V.
4. N. 7. e6256. URL:
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0006256
366
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
35.Kwang-Sup Soh. Bonghan Circulatory System as an Extension of Acupuncture
Meridians. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 2009. V. 2(2). Р. 93106.
36.Kwang-Sup Soh. Bonghan Duct and Acupuncture Meridian as Optical Channel
of Biophoton. Journal of the Korean Physical Society. 2004. V. 45(5). P. 11961198.
37.Kwang-Sup Soh., Kang Kyung A., Harrison David K. The Primo Vascular
System. Its role in cancer and regeneration. Springer, 2012. 336 p.
38.Nevoit G.V., Potiazhenko М.М., Mintser О.P., N.I. Ignatenko, Yu.А. Kаbernik
Bioelectrical impedance determining body composition and hardware-software
recording of heart rate variability during an Objective Structured Clinical
Examination as a diagnostic tool. World of Medicine and Biology. 2020. N. 2.
P. 89-93. DOI 10.26724/2079-8334-2020-2-72-89-93
39.Nevoit G.V. Evaluation of Electro-Photonic Emission Analysis indicators in
patients with Noncommunicable Diseases – Ishemic Heart Disease. The
Medical and ecological problems. 2021. V. 25, N. 1-2. С. 16-18. DOI
https://doi.org/10.31718/mep.2021.25.1-2.04
40.Nevoit G.V. Possibilities of electro-photonic emission analysis in the
representation of system information energy processes of the human organism.
The Medical and ecological problems. 2020. V. 24, N. 5-6. P. 17-20. DOI
https://doi.org/10.31718/mep.2020.24.5-6.05
41.Mintser O.P., Potiazhenko M.M., Nevoit G.V. Evaluation of the human
bioelectromagnetic field in medicine: the development of methodology and
prospects are at the present scientific stage. Wiadomości Lekarskie. 2019. V. 5
(II). P. 1117-1121. DOI: 10.36740/WLek201905231
42.Mintser O.P., Semenets V.V., Potiazhenko M.М., Рodpruzhnykov P.М.,
Nevoit G.V. The study of the electromagnetic component of the human body
as a diagnostic indicator in the examination of patients with Noncommunicablediseases: problem statement. Wiadomości Lekarskie. 2020. V.
6(73). P. 1279-1283. DOI: 10.36740/WLek202006139
43.Salari V., Valian H., Bassereh H. et al. Ultraweak Photon Emission in the
Brain. J. IntegrNeurosci. 2015. V.14. P. 419-429.
44.Salari V., Valian H., Bassereh H. et al. Ultraweak Photon Emission in the
Brain. J. Integr. Neurosci. 2015. V. 14. P. 419-429.
45.Sang Hyun Park Kim, Eung Hwi, Chang Ho Jong et al. History of Bioelectrical
Study and the Electrophysiology of the Primo Vascular System Evidencebased Complementary and Alternative Medicine. 2013. 14 p.
46.Scholkmann F., Fels D., Cifra M. Non-Chemical and Non-Contact Cell - to
Cell Communication: A Short Review. Am. J. Trans. Res. 2013. V. 5. P. 586593.
47.Soo Jae Lee, Byung Cheon Lee, Chang Hoon Nam et al. Proteomic analysis for
tissue and liquid from Bonghan ducts on rabbit intestinal surfaces. Journal of
Acupuncture and meridian studies. 2008. V. 1(2). Р. 97-109.
367
Магнитоэлектрохимическая теория обмена веществ: послесловие
48.Sender R., Fuchs S., Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and
Bacteria Cells in the Body. PLOS Biology. 2016. URL:
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533
49.Stefanov М., Potroz M., Kim J. The Primo Vascular system as a New
Anatomic System. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. 2013. V.
6(6). Р. 331-338.
50.Tinsley J.N., Molodtsov M.I., Prevedel R. Direct Detection of a Single Photon
by Humans. Nat. Commun. 2016. V. 7. P. 12-17.
368
Научное издание
Минцер Озар Петрович,
Потяженко Максим Макарович,
Невойт Анна Владимировна
МАГНИТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
ТОМ 1 КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ
в двух томах
Под общей редакцией проф. О.П. Минцера, проф. М.М. Потяженко
перевод с украинского на русский язык
Монография
Підписано до друку 29.05.2021 р. Формат 60х90/16.
Гарнітура Таймс. Друк офсетний. Умов. друк. арк.: 30,58
Наклад прим.: 800. Замовлення № 2905/2021
Видавець: ТОВ «НВП «Інтерсервіс»,
м. Київ, вул. Бориспільська, 9,
Свідоцтво: серія ДК № 3534 від 24.07.2009 р.
Виготовлювач: СПД Андрієвська Л.В.
м. Київ, вул. Бориспільська, 9,
Свідоцтво: серія В03 № 919546 від 19.09.2004 р.
Заслуженный деятель науки и техники Украины,
профессор Озар Петрович Минцер - один из
основателей медицинской информатики в Украине. Им
создана научная школа. Под его руководством
з а щ и ще н ы 7 9 ка н д и д атс к и х и 1 8 до к то р с к и х
диссертаций. Автор более 900 научных работ, в том
числе 43 монографий и учебных пособий, 38 патентов и
авторских свидетельств.
.
В последние пять лет активно работает в направлениях
создания единой теории трансфера медицинских
знаний, развития системной биологии и системной медицины.
Широко известны исследования проф. О.П. Минцера по применению
новейших технологий передачи знаний; внедрение технологий современного
адаптивного образования, мобильного образования, а также обучения на
рабочем месте в процессах медицинского последипломного образования.
Автор многих работ по инженерии знаний, методов доказательной медицины,
телемедицины, концептуальных подходов к вопросам качества оказания
медицинской помощи и многих других.
Максим Макарович Потяженко - доктор медицинских
наук, профессор, заведующий кафедрой внутренних
болезней и медицины неотложных состояний учебнонаучного института последипломного образования
П ол т а в с ко го го с уд а р с т в е н н о го м ед и ц и н с ко го
университета, как ученый и высококвалифицированный
врач-практик способствовал формированию и развитию
полтавской терапевтической школы во главе с
профессором, доктором медицинских наук М.А.
Д уд ч е н ко ( 1 9 1 9 - 2 0 2 0 ) , а с е й ч а с п р од ол жа е т
его традиции в направлении развития именно системного целостного
подхода при ведении больных. Автор и соавтор более 600 научных работ, из
них - 25 в Scopus и Web of Science изданиях. Круг научных интересов:
внутренние болезни, кардиология, пульмонология, гастроэнтерология.
Невойт Анна Владимировна - кандидат медицинских
наук, доцент, 2020-2021 годы – докторант, доцент
к а ф е д р ы в н у т р е н н и х б ол е з н е й и м е д и ц и н ы
неотложных состояний учебно-научного института
п о с л е д и п л о м н о г о о б р а з о в а н и я П ол т а в с к о г о
государственного медицинского университета. Автор и
соавтор более 100 научных работ.
