Глава 7. Эффект Тваймана и асимметрия
Асимметрия - неравенство.
Неравенство - сжатая пружина.
Олег Крышталь [35]
1 О жизнь! Стучат в мое окно 2 На небе - легким виражом,
Твои трепещущие крылья. В ночи - мерцанием неясным...
Куда ни гляну, предо мной Я с детства был заворожен
Прекрасная асимметрия: Волнующим непостоянством
3 Судеб, молекул и светил. 4 Свой век из кубиков сложу,
Мир созидаемый - не создан! Переставляя свет и тени,
(Нам предстоит еще пройти Идя на ощупь к рубежу
Тревожные метаморфозы.) Разъятья и соединенья.
5 О Разум! Поиском числа
Не подменяя поиск смысла,
Исчислишь ты волшебный Лад,
Который много выше чисел.
С.М. Шевченко [117]
Я уже упоминал об эффекте Тваймана (гл. 5), а сейчас рассмотрим его более детально. Если посмотреть на рис. 15, то можно сделать один вывод - чем тоньше пластинка, тем больше стрела прогиба. Так, для D=40 мм при толщине пластинки 100 мкм стрела прогиба достигает 500 мкм. Это подтолкнуло нас сделать идеальный эксперимент (см. Главу 5). Один из подходов состоит в том, что полученные нами зависимости должны сами показать нам природу сил, приводящих пластинку к деформации. Вообще говоря, это могут быть либо объемные силы, либо поверхностные. Если это действуют поверхностные силы, то есть силы поверхностного натяжения (которые, как известно, пропорциональны периметру пластины), то зависимость их от периметра (диаметра) должна быть линейной.
Перестроив графики, приведенные на рис. 15а и рис.55а (стр. 256), я построил график, показанный на рис.15б. Как видно из этого графика, для диаметров пластин 10, 20, 30 и 40 мм и толщин 100, 150 и 200 мкм, все точки лежат на прямых, что подтверждает нашу гипотезу. Итак, гипотеза - это действуют силы поверхностного натяжения (СПН). Несомненно, при выдвижении гипотезы было два психологических барьера. Первый - мы не встречались с СПН на твердых телах. И второй - почему же в литературе приводились гипотезы и даже расчетные формулы, в которые всегда входит площадь пластины, а не ее периметр? Как же действуют эти силы? Сознание подсказывает: очень просто - здесь действует разность СПН:
s1 - s2 = F
Вот как здорово все получилось. Далее пришла мысль, что на шлифованной поверхности вообще СПН как бы стремятся к нулю, что, несомненно, является глупостью.
Несмотря на полученное решение, меня все время не оставляло беспокойство. Было опубликовано несколько статей [30, 31, 32, 33]. Никаких возражений и критики получено не было. Более того, в одном из отраслевых журналов мы встретили полученные нами кривые в статье, авторы которой перепроверили наш результат и согласились, что наш эксперимент проведен корректно. Но почему же нет удовлетворения? Я много рассматривал кривые, думал о формуле, и вот наступил “момент истины”. Я вспомнил о работах Л. Пастера, вспомнил о полученных им результатах по винным кристаллам, по основному его выводу: “Никогда химия со всеми ее необыкновенными средствами не приготовила ни одного простого диссимметричного оптически активного вещества. Живая природа, если угодно, только это и делала” [34].
Л. Пастер называет диссимметричной такую фигуру, которая не может быть совмещена простым наложением на свое зеркальное изображение. Он обнаружил, что в живых организмах и растениях встречаются исключительно L-аминокислоты и D-сахара, то есть левосторонние аминокислоты и правосторонние сахара. В растворах же могут быть и те, и другие, и, как мне показалось, взаимодействие между ними он также назвал диссимметричными силами.
И вот здесь-то я увидел аналогию - взаимодействие СПН в эффекте Тваймана и взаимодействие L- и D- аминокислот. Однако, как оказалось, Л. Пастер подразумевал, что отсутствие равенства концентрации и переход правых в левые происходит под воздействием на организмы сил, которые он называл “космическими диссимметриче
Рис.15а. Зависимость стрелы прогиба U кремниевых пластин от толщины d, диаметра Æ и применяемого при шлифовке абразива
|
U, мкм (стрелка прогиба)
|
|
Толщина
пластин
|
|
Диаметр
пластин, мм
|
скими силами”. Данных по таким силам пока нет. Таким образом, я назвал неравенство сил поверхностного натяжения диссимметрией сил. Эти силы не равны и взаимодействуют между собой через объем пластинки.
После Л. Пастера диссимметрией занимался П. Кюри, который сформулировал закон так: “Некоторые элементы симметрии могут сосуществовать с некоторыми явлениями, но это не обязательно. Необходимо, чтобы некоторые элементы симметрии отсутствовали. Это и есть та диссимметрия, которая создает явление”. П. Кюри писал о том, что понятие диссимметрии следует распространить на всю физику, потому что там, где есть диссимметрия, можно ожидать новые физические эффекты. Асимметрия порождает асимметрию [143]. Несмотря на то, что для ассимметрии, диссимметрии и хиральности известны определения, я для себя все три термина обозначил как неравенство, а действие, вызываемое этим неравенством, в честь Пастера назвал диссимметрией [99].
Действительно, если посмотреть на эффект Тваймана - изгиб пластинки от разности СПН, то можно утверждать, что таких явлений чрезвычайно много. Это и разность потенциалов, токов, зарядов, концентраций; это и разность давлений, диффузии и т.д., и т.п. Нам никто не запрещает полученные представления обобщить и написать, сформулировать постулат, хотя бы для себя.
Если в симметрично расположенных точках, линиях, плоскостях, объемах любых тел (газовых, жидких, твердых, составных, выращенных) имеется разность (или сумма) зарядов, токов, потенциалов, напряжений, сил, потоков, концентраций и прочих противоположностей, и существуют условия для скалярного или векторного взаимодействия, то есть разность или сумма (диссимметрия) значительна, а расстояние между взаимодействующими элементами достаточно мало, то эта диссимметрия совершит работу и будет наблюдаться некий эффект, например, изгиб, осмос, диффузия, ток, растворение, высаживание и т.д. Это правило хорошо выразил О. Крышталь [35]:
“Асимметрия - неравенство
Неравенство - сжатая пружина”...
Таким образом, там, где есть диссимметрия, там можно ожидать новое явление. Как бы в подтверждение только что сказанного: “Сейчас, задним числом, нетрудно понять, что события в системе, где происходит экзотермическая реакция, будут определяться не только тепловым эффектом, но и условиями отвода тепла, которые в свою очередь, зависят от разности температур реакционной смеси и окружающей среды” [36]. Приведем несколько примеров.
На кремнии выращен окисел кремния. Между этими двумя материалами имеется диссимметрия по коэффициенту термического расширения, структуре и т.д. Никто не мог предположить, что на границе раздела Si-SiO2 в окисле формируется положительный заряд. Этот заряд оказался нестабильным и его наличие привело к выходу из строя планарных транзисторов, которые были в радиоаппаратуре американского спутника. Пришлось посадить спутник и после вскрытия транзисторов обнаружить этот неприятный эффект. Пришлось разрабатывать систему защиты и стабилизации поверхности - между окислом и алюминием размещать слои фосфорно-силикатного стекла.
Посмотрим на обычное дерево. Его крона находится при температуре окружающего воздуха, а вот корни располагаются в земле, совершенно при другой температуре. Можно предположить, что это играет существенную роль в жизнедеятельности деревьев.
В книге [37] автор, ссылаясь на работы С.Н. Маслоброда по электрофизиологии полярности растений, пишет: "Исследования свидетельствуют о том, что электрическая система растений близка к квазинейтральному состоянию. При наличии же светового раздражителя возникают изменения проницаемости корневой системы вследствие сдвига зарядовых величин (сохранение квазинейтральности)”.
Вернемся к нашим сомнениям относительно природы эффекта Тваймана. Наконец-то мы собрались и посчитали, какова же поверхностная энергия (зависящая от сил поверхностного натяжения) на пластине, и оказалось, что эта энергия на шлифованной поверхности на 3-4 порядка больше, чем на полированной стороне. Однако, так как, силы поверхностного натяжения, находящиеся на выпуклостях (рельефе) поверхности складываются векторно, можно утверждать, что эти силы растягивают «свою» поверхность. Таким образом, в эффекте Тваймана получается, что обе поверхности помогают друг другу деформировать пластину: одна поверхность (полированная) сжимается, а другая (шлифованная) растягивается.
Итак, мы убедились, что пользуясь понятием диссимметрии, можно искать новые явления, эффекты, ставить задачи, выдвигать гипотезы. И еще раз напомним, что противоположный эксперимент - это тоже диссимметрия.
Заканчивая эту главу, приведем несколько примеров диссимметрии.
Последние известия из новостей науки [38]. “Одна из нерешенных проблем - хиральная чистота природных оптических изомеров или энантиомеров: в живых организмах встречаются исключительно L-аминокислоты и D-сахара. Лево- и правосторонние хиральные молекулы долгое время считались энергетически эквивалентными, точными зеркальными отражениями друг друга. (Почему считались? Фраза нехороша. И в то же время обратите внимание - хиральные молекулы, то есть зеркально несовпадающие, считались энергетически эквивалентными и т.д. Как же так? Зеркально не совпадают, а энергетически совпадают? Должны быть сомнения. Мы их и высказали. Если есть диссимметрия - должно быть и взаимодействие - В.М.)
В 1957 году физиками было сделано удивительное открытие: оказалось, что при слабом взаимодействии, например, при бета- распаде, электроны с право- и лево- ориентированными спинами рождаются с разной частотой, то есть нарушается зеркальная симметрия (иначе - «несохранение четности»). Казалось бы, этот эффект будет проявляться только на ядерном уровне. Но созданная А. Саламом и С. Вайнбергом объединенная теория слабого и электромагнитного взаимодействия предсказала (и это подтвердили экспериментально), что «электрослабые» силы, действующие между электронами и атомным ядром - его протонами и нейтронами, тоже будут отличать правое от левого. Поэтому атомы и молекулы, которые прежде рассматривали как зеркально симметричные, обретают хиральность, (диссимметричность - В.М.), а оптические изомеры становятся энергетически неодинаковыми - возникает обусловленный нарушением четности энергетический сдвиг (НЧЭС). Квантовомеханические расчеты показали, что L-аминокислоты имеют меньшую энергию, а статистическая физика утверждает: в любой равновесной системе объекты с меньшей энергией должны встречаться чаще. И чем значительней будет НЧЭС двух энантиомеров, тем сильнее при синтезе из простых веществ будут различаться их концентрации. Для аминокислот разница концентрации составит всего лишь 10-17. Поэтому, если предположить, что это начальная бесконечно малая асимметрия (диссимметрия) ответственна за доминирование L-изомеров, то она должна многократно усиливаться в результате каких-то биохимических эволюционных процессов.
Предложено несколько механизмов усиления, в том числе «бифуркационных катастроф» Кондепуди (P.U. Kondepudi, «Biosys-tems», 1987г., v.20, р.75). Он включает автокатализ и антагонизм энантиомеров. При определенных условиях один вид в конечном итоге полностью вытесняет другой. Но для этого необходимо, чтобы разница концентрации была более 10-17, в противном случае тепловые флуктуации подавляют эффект усиления.
В поисках соединений, способных более эффективно обеспечить гомохиральность природных объектов, авторы обратили внимание на то, что НЧЭС пропорциональна Z5.N - Z6 ,где Z - атомный номер, N - число нейтронов ядра данного атома. Кроме того, НЧЭС зависит от электронной плотности на атоме. Выбор авторов пал на тиозамещенные аналоги ДНК, в которых атомы серы входят в состав или замещают фосфатные группы скелета ДНК.
ДНК с такими измененными скелетами все еще способны образовывать двойную спираль путем спаривания оснований и, в принципе, могут иметь отношение к зарождению жизни на земле.
Расчеты показали, что для них разность концентраций - около
10 -14, то есть на три порядка превосходит ранее найденные значения, и при этом более энергетически выгодным оказывается энантиомер с естественной правой спиралью. Для таких НЧЭС по механизму Кондепуди гомохиральность достигается всего за один год в резервуаре объемом 4.105 литров, что вполне можно было бы проводить в лабораторных условиях. Возможно, мы приблизились к решению одной из самых интригующих загадок эволюции!"
Ярким примером диссимметрии является предлагаемая концепция гравитационного двигателя, которая приводится ниже. Она опубликована Л. Прокопьевым в [59].
Гравитационный двигатель. Схема гравитационного двигателя показана на рис. 16. “Микроволны гравитации, входя в щели статора, оказывают электромагнитное давление на массу ротора со стороны щели больше, чем с противоположной стороны, и заставляют его вращаться. Авторы изобретения (Б. Додонов, О. Гончаров, В. Ляховец, А. Терлецкий - заявка на изобретение №722575, 1984г.) достигли закрутки ротора, подвешенного на нити, на 4.5 оборота от нейтрального положения. Л. Прокопьев в 1990г. установил ротор на магнитный подшипник и получил вращение ротора на 10 оборотов больше в одну сторону, показанную стрелками, чем в противоположную при одинаковых задающих импульсах вращения. Обороты считались до остановки вращения ротора. (Заявка на открытие № ОТ-ЕП-131 от 12.05.93г.)
Данные модели. Диаметр статора @ 0,6м, ротора @ 0,15м, высота @ 0,08м, длина штанги @ 0,6м, вес статора @ 100кг, вес ротора @ 4кг. Сила отталкивания пары магнитов уравновешена весом ротора.
Между массами ротора и статора нет ни притяжения, ни отталкивания, но есть разные экранирующие действия статора в изотропных потоках поля микроволны. Так, сквозь щель (туннель) микроволна оказывает электромагнитное давление на массу ротора больше, чем с противоположной стороны закрытой массой статора. Для чистоты эксперимента детали статора переворачивались на 180°, при этом ротор начинал вращаться в противоположную сторону. Ротор накрывался стеклянным колпаком (3-х литровой банкой без дна.)
Мизерная величина коэффициента гравитации (G=6.67´10-11 Нм2/кг2) - следствие высокой проницаемости микроволны сквозь массу вещества.
Расчеты показывают, что при использовании естественных мегатонных возвышенностей, оборудованных машинным залом с многотонным ротором в центре горы и туннелями по периметру (10-20 шт.), возможно появление новой мощной гравитационной электростанции, обладающей экологическим превосходством перед существующими дорогостоящими сооружениями электростанций.
Рис. 16. Схема гравитационного двигателя.
Теоретически и экспериментально установлено существование электромагнитного поля вакуума, состоящего из спектра квантовых частот, несущего энергию стационарных квантовых состояний атомов вещества, ретранслирующих микроволну из вакуума в вакуум, от галактики к галактике, создающих электромагнитное давление, приводящее к всеобщему разбеганию галактик и всеобщему сжатию объемов галактик симметричными силами антигравитации-гравитации, обусловливающими “красное смещение”, “конденсацию” и “дисперсию” космических масс.”
Наверное, и в обществе не обойтись без диссимметрии.
Талант и слеп и слишком тонок,
Чтоб жизнь осилить самому.
И хам, стяжатель и подонок
Всегда сопутствует ему.
Игорь Губерман [44]