Вокруг воды

Адрес Новости История Структура События Результаты Разработки Конкурсы Мероприятия Газета
 Web-сайты

В августе 2003 г. исполнится ровно пятнадцать лет со времени опубликования в еженедельнике “Наука Урала” в разделе “Дайджест” материала французских журналистов газеты “Монд” Жака Ива Но и Франка Нуша “Память материи”. В материале с чисто французской экспансивностью сообщалось об открытии Жаком Бенвенистом (Франция) совместно с международным коллективом ученых, представляющих Израиль, Канаду и Италию, феномена, который по современной терминологии именуется “эффектом малых доз”.

Газетная публикация послужила для автора настоящих заметок побудительным мотивом к попытке использования закономерностей ступенчатой диссоциации водных растворов комплексных соединений и многоосновных кислот для характеристики структурных особенностей нейтральной жидкой воды и пояснения на этой основе упомянутого “эффекта малых доз”. В то время это было достаточно актуальным из-за крайне негативной реакции на открытие значительной части научной общественности, попытавшейся “закрыть” его, что называется, “на корню”. Наши исследования тогда консультативно и организационно поддерживал покойный академик С.В. Вонсовский. Результаты исследований нашли частичное отражение в небольшой монографии (Поляк Э.А. Некоторые новые закономерности ступенчатой диссоциации водных растворов. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2002), в других научных и научно-публицистических публикациях. Ряд публикаций в “Науке Урала” касались проблем прикладной биофизики и биоритмологии.                

Однако исследования в обозначенных выше направлениях искусственно стопорятся. Дело в том, что последние три десятка лет предпринимаются достаточно методичные попытки исключения предмета химии из числа способов характеристики структурных особенностей жидкой воды. Такие попытки обнаруживают себя, например, в достаточно спорном утверждении американских физиков Д. Эйзенберга и Б. Кауцмана относительно отсутствия влияния процессов ионной диссоциации жидкой воды на ее структурные особенности. У этого спорного утверждения есть как своя научная предыстория, так и научное продолжение. Дело в том, что 50 — 60-е годы прошлого века характеризуются большими успехами в использовании рентгеновской кристаллографии и представлений о водородных связях в сочетании со структурным моделированием (на основании углов связей зарядов  и  размеров  атомов)  при  установлении  структурных особенностей белков и дезоксирибонуклеиновой кислоты. Для белков при использовании водородных связей была обоснована упаковка громадных белковых молекул в виде ?-спирали (Л. Полинг), для ДНК огромной биомолекулы - носителя наследственных признаков — была обоснована структура двоичной спирали (Д. Уотсон, Ф. Крик, М. Уилкинс, Р. Франкланд).               

Применительно к установлению структуры жидкой воды были сведены воедино льдоподобие, водородные связи, и подобие с газогидратами (клатратами). К концу 60-х годов здесь замаячила заманчивая перспектива передачи весьма трудоемкой процедуры перебора моделей ЭВМ. Как все, связанное с применением ЭВМ, эта перспектива была реализована с достаточно большим размахом, несмотря на определенные изъяны машинных моделей. К изъянам относится известный произвол в выборе потенциалов действия, а также сложность учета требований молекулярно-кинетической теории и присутствия заряженных и радикальных аддуктов ступенчатой диссоциации. Отсюда и появление достаточно спорного утверждения Д. Эйзенберга и Б. Кауцмана, оставляющего в стороне ответ на принципиальный вопрос о том, что в большей мере должно влиять на структурные особенности нейтральной жидкой воды в плане ее генезиса. Что такое жидкая вода -результат таяния аморфного льда или взаимодействия двух газов (водорода и кислорода), протекающего с большим энерговыделением?

Упоминавшийся выше “эффект малых доз”, а также эффекты магнитной и электрохимической активации жидкой воды плохо стыкуются с результатами численного моделирования ее структурных особенностей в рамках континуальных потенциальных моделей. Так, при использовании метода Монте-Карло нелинейные эффекты в водных системах квалифицировались как эмпирические спекуляции. Несколько большие возможности для отражения нелинейных эффектов в жидкой воде оставляет метод молекулярной динамики. Однако и здесь обоснование структурной неоднородности жидкой воды с использованием представлений симметрии в кристаллографическом многограннике Вороного или в конформационных структурах выглядит достаточно искусственным. Несмотря на это потенциальные модели, использующие методы молекулярной динамики, особенно модны в настоящее время. При этом успехи вычислительной техники и программного ее обеспечения в решении уравнений статистической физики стимулируют достаточно курьезные предложения рассматривать жидкую воду как совершенно однородный продукт, не содержащий заряженных частиц, метастабильных соединений и водородных связей. Одним словом, долой химические представления о диссоциации молекул воды и какие бы там ни было их колебательные движения. Что жидкая вода, что жидкий металл - никакой разницы. Любопытно, что с использованием тех же подходов и программ предлагается устанавливать электронную структуру жидкой меди и оценивать ее физические константы. Очевидно,  что  для  воды  подобный  подход с игнорированием происходящих в ней диссоциативных процессов в духе упомянутого выше утверждения, чреват тем, некоторые существенные свойства нейтральной жидкой воды оказываются не выявленными. Это и происходит в действительности.

Однако таким представлениям в сфере физического континуального моделирования структурных особенностей жидкой воды в самые последние годы появилась здоровая альтернатива. В работах, выполненных под руководством директора Института биофизики клетки в Пущино члена-корреспондента РАН Е.Е. Фесенко, давнего поборника реальности эффектов взаимодействия жидкой воды с электрическими и магнитными полями, предложена солитонная модель жидкой воды, в которой предполагается присутствие жидкокристаллической фазы из линейно-упорядоченных цепочек и кластеров. По мнению авторов этих работ, эта фаза чувствительна к воздействию низкочастотных электромагнитных излучений. Это подтверждается оценками значений диэлектрической проницаемости и конфигурационных вкладов для свободной энергии, энтропии и удельной теплоемкости. Изменение концентрации солитонов в вязанной структуре, какой является жидкая вода, определяет наличие эффекта памяти в системах с водородными связями.              

Как мы видим, солитонная модель опирается в основном на физические представления и параметры. Из химических параметров используется среднее число водородных связей, приходящихся на одну молекулу жидкой воды (2,6–2,7), которое сравнивается с аналогичным параметром для льда. Можно отметить также индикацию эффекта взаимодействия жидкой воды с магнитными полями по химико-аналитическому поведению газогидрата ксенона, и обобщающее соображение относительно универсальной рецепторной роли процессов, протекающих в жидкой воде биологических систем при их реагировании на действие электрических и магнитных полей. Предполагается, что процессы протекают в достаточно искусственных жидкокристаллических системах, имеющих доменную структуру. Характерно, что здесь, как и для всех вышеупомянутых физических моделей жидкой воды, игнорируются реально протекающие в ней процессы ионной диссоциации, с которыми связано образование заряженных частиц и метастабильных соединений. Однако именно эти процессы стоят за колебательными движениями молекул воды. Например, еще в конце 1980-х гг. в Докладах АН СССР было опубликовано сообщение о наличии в водных растворах кислот признаков пространственного разделения зарядов на аддуктах ступенчатой диссоциации и протекания ленгмюровских плазменных колебаний, для которых характерны солитонные эффекты. Исследования, выполненные нами в 1990-2001 гг., результаты которых обобщены в монографии и на протяжении десятилетия неоднократно излагались на самых различных уровнях, приводят к аналогичным выводам. 

Любопытно, что образ солитонной модели жидкой воды вместе с ее рецепторной ролью в биологических системах автору настоящей статьи довелось использовать в восьмилетней давности дискуссии, развернувшейся на страницах “НУ” по поводу несовпадения геофизических дат магнитных бурь и обостренных метеопатических реакций на них человеческого организма. В частности, в заметке “Спорь не спорь, а буря будет” («НУ», 1994, № 12) на основании наших исследований удалось сформулировать разъясняющие замечания, заслуживающие дословного воспроизведения.

“...Замечание второе касается принципиальной возможности влияния гелиогеофизических и прочих космических факторов на живой организм. 

Здесь мы позволим себе не согласиться с утверждением об отсутствии в живом организме достоверно установленных систем, ответственных за влияние на  него названных факторов. Такие системы в живом организме есть и представлены жидким минералом, составляющим более 50% его массы (речь идет, разумеется, о воде) и клеточных мембранах. Наши исследования показывают, что процессы ступенчатой протолитической и электрон-радикальной диссоциации в воде протекают с образованием OH-радикалов и других метастабильных соединений в режиме колебательных реакций. Эти соединения открыты влиянию магнитных полей и других гелиогеофизических факторов, и сами оказывают влияние на проницаемость клеточных мембран.

Замечание третье касается возможного подхода к качественному истолкованию физических причин несовпадения медицинских и геофизических прогнозов. По нашему мнению, колебательный характер процессов, протекающих в водных системах, имеет здесь определяющее значение. Его приблизительная модель - система из нескольких маятников, подвешенных на упругой нити. Такая система осталась в памяти со школьной скамьи. Наш учитель физики Юрий Константинович Карпинский очень любил независимо от темы урока приводить ее в действие, и класс с любопытством наблюдал замысловатые непредсказуемые траектории, выделываемые каждым из маятников при любом внешнем воздействии. Сообщишь ускорение одному, и вдруг все останавливаются. Напротив, остановишь, и все начинают раскачиваться сильнее. Нечто подобное, но с поправкой на значительно большую сложность, имеет место при любых гелиогеофизических воздействиях на любые водные системы”. 

Дословное приведение столь большой по объему выдержки из нашей давней статьи связано с тем, что система из нескольких маятников есть не что иное, как механический солитон. При этом очевидно, что физико-химическим основанием для использования континуальной солитонной модели должны служить данные о процессах ступенчатой протолитической диссоциации, самопроизвольно протекающих в жидкой воде и инициированных этими процессами колебательных движениях молекул воды и образования метастабильных соединений.

 
Э. ПОЛЯК

Адрес Новости История Структура События Результаты Разработки Конкурсы Мероприятия Газета
 Web-сайты