Эле1строн имеет спин Vi и также обладает магнитным моментом. Однако у большинстиа молекул, согласно принципу Паули, электроны образуют пары с противоположно направленными спинами, и поэтому результирующий магнитный момент у них отсутствует.
Изотопы с нечётным массовым числом являются 100%-ными маг-нитоактивными изотопами. (Все долгоживушие радиоактивные изотопы являются магнитоактивными при чётном массовом числе.) Среди природных элементов с нечётным массовым числом насчитывается 21 элемент, которые состоят только из одного магнитоактивного изотопа. К ним относятся, например, из биологически активных элементов: F, Na, P, Мп, Со, I. Из основных биологически активных элементов - Na, Mg, 1С, Са - только Na2j является 100%-ньш магиитоактивным изотопом. Содержание магнитоактивного Mg25 в естественной смеси -10,11%, Са'п-0,145%. У калия все три изотопа - К39, К10, К41-магни-тоактивные.
Классификация магнитных полей
Как чувствует себя материя в широком диапазоне магнитных полей? Обозначим магнитные поля по их способности воздействовать на те или иные процессы материального мира2.
3GS
1. ц/Y, кТ, где ц- магнитный момент электрона или атома, к - постоянная Больцмана, Г-температура.
Магнитное поле, превышающее /-/,, способно влиять на равновесную ориентацию спинов электронов и атомов. При комнатной температуре Я, равно -3-102Тл, при 1 К- I Тл.
2. (i/f, -|£u|, EiS = -mac2(е2! he)1, где Etl- энергия атомных и мо лекулярных уровнен, h - постоянная Планка, с — скорость света, те - масса электрона, е - заряд электрона.
Поле, превышающее И2, существенно меняет структуру атомов, их энергию ионизации и энергию связи молекул. Поле Н2порядка 5 ■ 10* Тл недостижимо в земных лабораторных условиях.
3. (И1тес)Н2=тссг.
Здесь #3 такое, что способно менять свойства вакуума и, в частности, влиять на распределение электромагнитных волн в вакууме. В поле Нт, электродинамика становится нелинейной. Характерные значения этих полей - порядка 109Тл. Близкие по значению поля наблюдаются в пульсарах. Магнитные поля порядка 107-108 Тл вызывают сильные нелинейные эффекты - рождение электрон-позитронных пар одиночными фотонами и вращение плоскости поляризации (эффект Фарадея) в вакууме.
В лабораторных условиях можно рассчитывать на значительные эффекты лишь при очень низких температурах. Напрашивается вывод, что в обычных условиях реально достижимые магнитные поля не могут обеспечить (энергетически) протекание молекулярных и химических процессов по простой причине: дополнительная магнитная энергия атомно-молекулярных частиц в этих полях ничтожно мала - в 10г*— 10в раз меньше тепловой или химической энергии, и ею можно пренебречь.
Однако имеется ряд ситуаций, когда магнитные эффекты существенны даже в слабых магнитных полях.
Ферромагнетики: если большое число магнитных моментов в некоторой области направлены в одну сторону, то суммарный магнитный момент такой области пропорционально возрастает (см. рис. б). Во столько же раз возрастает и эффект взаимодействия со слабыми магнитными полями. Самопроизвольная ориентация спинов происходит не за счёт магнитных взаимодействий между ними, а за счёт других сил, порождаемых обменными взаимодействиями. Наглядный пример тому -поведение ферромагнитной стрелки компаса в слабом, порядка 10"'Тл, поле Земли.
369
Иначе обстоит дело в неравновесных системах. При малом отклонении от положения равновесия свойства системы характеризуются кинетическими коэффициентами: электропроводностью, теплопроводностью, коэффициентом диффузии, величиной эффекта Холла. Слабые магнитные поля влияют на проводимость металлов. Ещё более слабые поля (микрогауссы) влияют на весьма разреженную плазму и космические лучи в астрофизических условиях.
Особое место в иерархии магнитных эффектов принадлежит влиянию слабых магнитных (постоянных и переменных, внешних и внутренних, обусловленных магнитным моментом ядер) полей на скорость процессов взаимодействия парамагнитных частиц - радикалов, электронов, дырок, ионов, солитонов и триплетных молекул - и на химические реакции с их участием. Влияние магнитного поля на элементарные процессы с участием парамагнитных частиц обнаружено в явлениях фотопроводимости, флуоресценции, явлениях химической поляризации ядер и электронов, магнитного изотопного эффекта и др.
Иная ситуация складывается при резонансном возбуждении ансамбля биологически активных ядерных спинов в живой материи. Уникальные свойства и явления: сннфазность элементарных процессов в режиме поглощения или излучения электромагнитной энергии, большие времена релаксации, характерный диапазон частот - долгое время оставались без должного внимания.
Эффекты, о которых говорится в последних двух пунктах, имеют не энергетическую, а спиновую природу; мы особо выделим их своим вниманием, так как, на мой взгляд, здесь таится ключ к разгадке многих проблем естествознания.
Магнитный резонанс
Мы уже говорили о том, что фундаментальное свойство материи -квантование энергетических уровней - делает каждую биосистему по-лнрезонансной в широком диапазоне частот электромагнитного излучения со сложным механизмом передачи энергии возбуждения, усиления, релаксации и трансформации частот... Падающее на вещество излучение резонансной частоты, непосредственно возбуждая один из уровней такой системы, становится причиной последовательного возбуждения других уровней. Этот процесс носит каскадный характер, в разной степени затрагивая смежные уровни структурной организации организма. При этом, подчиняясь определённым законам, частота падающего излучения может трансформироваться как в низкочастотную, так и в высокочастотную область. В то же время относительно высокая
370 диэлектрическая проницаемость и электрическая проводимость биологических сред является своего рода зашитой организма, так как эти свойства ограничивают прохождение высокочастотных электромагнитных колебаний, причём электрического компонента в большей степени, чем магнитного. Поэтому взаимодействие по магнитному сценарию следует рассматривать как более предпочтительное в живой природе. Магннторезопансный механизм, представляет исключительный интерес в качестве естественного механизма (канала) взаимодействия электромагнитного поля с веществом на всех уровнях организации живого. Расщепление энергетических уровней в магнитном поле {эффект Зесмсша), явление резонансного поглощения и генерации когерентного электромагнитного излучения спиновыми системами - исключительно тонкие механизмы природной организации.
Используя спектроскопические методы, можно перевести большую часть ядерных спинов в ту из двух возможных ориентации, которая соответствует состоянию с более высокой энергией, создать инверсию населённостеп и таким образом достичь отрицательных температур. Поскольку система ядерных спинов очень слабо взаимодействует с окружением, а значит, рассеяние энергии происходит очень медленно, система довольно длительное время остаётся в состоянии с отрицательной температурой. В этом состоянии среда приобретает способность усиливать проходящее излучение, а при наличии положительной отрицательной связи - и генерировать монохроматические электромагнитные волны. Но и это ещё не всё. В таких системах может наблюдаться чудо природы - спиновое эхо. Поэтому совершенно непонятно, как такие удивительные свойства, обнаруживаемые в неживой природе, остались невостребованными в объяснении живого?
Выясняя природную сущность таких физических явлений, как ядерный (ЯМР) и электронный (ЭПР) магнитные резонанеы в биофизических процессах, я пришел к выводу о существовании принципиальной, вполне материальной взаимосвязи многих биологических, физиологических и ментальных процессов через спиновую динамику ядер и электронов.
Благодаря наличию магнитного момента магшшюакпшвные ядра и изотопы, неспарениые электроны характеризуются строго определённой резонансной частотой vpa, при которой происходит резонансное поглощение энергии падающего на них переменного магнитного поля. Важнейшим свойством ЯМР (ЭПР) является прямо пропорциональная зависимость резонансной частоты v^ от величины постоянного магнитного поля /70- Постоянное (поляризующее) магнитное поле
371
на ядре Иоскладывается из внешнего поля и внутреннего, локального поля, созданного ближайшим окружением ядра (электронной оболочкой, соседними ионами)- Химические элементы с переменной валентностью, например переходные металлы Fe, Co и др., способны давать донор-акцепторные комплексы, на ядрах которых имеются сильные внутренние магнитные поля (десятки тесла). В других случаях, например при определённой валентности ионов, внутреннее поле может быть равно нулю. Тогда в отсутствие искусственных внешних полей ядра магнитоактивных ионов будут находиться, как говорят учёные, в «нулевом поле», а на самом деле - в магнитном поле Земли, напряжённостью порядка 0,5-10*4 Тл.
В магнитном поле Земли частоты ЯМР для всех известных магнитных изотопов лежат в области от 30 до 2200 Гц. Соответствующие этим частотам длины волн электромагнитного поля в вакууме - от 10 тыс. км до 140 км. Ниже приведены резонансные частоты (ЯМР) в магнитном поле Земли для биологически важных элементов: К4 (128 Гц), Mg25 (135 Гц), Zn67 (137 Гц), Мо')5(143 Гц), Мо'7 (146 Гц), Са° (148 Гц). И1 (2197 Гц), F1(2070 Гц), S33 (169 Гц), Hg'"(392 Гц), Hg201 (145 Гц), С13 (553 Гц), Вг7Э(551 Гц), Вг31 (594 Гц),Ма23(583 Гц).
Электромагнитные волны таких частот, присутствующие в биосфере, не встречают заметного препятствия в биологических средах. (Частоты электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в магнитном поле Земли примерно натри порядка выше.)
Кроме напряжённости постоянного (поляризующего) магнитного поля Ио важное значение имеет напряжённость переменного электромагнитного поля Н{, направление вектора магнитного компонента этого поля по отношению к направлению поляризующего магнитного поля, и степень его поляризации. Видите, в какой сложной зависимости от внешней среды находятся удивительно миниатюрные магнитики - ядра и электроны, составляющие атомы, молекулы, т.е. основу всей материи, какая чувствительная, должно быть, система - живой организм. Вопросы в том, каким образом природа использует магнитные свойства этих систем, насколько существенным может быть участие магнитоактивных изотопов во взаимодействии электромагнитного излучения с объектами живой материи и каков механизм этого взаимодействия? На эти вопросы удовлетворительного ответа нет. Всё дело в том, что с точки зрения энергетического подхода это влияние пренебрежимо мало.
Иной подход состоит в том, что энергетически слабые сигналы особым образом влияют на процессы в живой материи за счёт магни-тоспииовых эффектов, когерентного действия ансамбли спинов...
372
Спин-селективные химические реакции
Химическая реакция - это физический процесс перегруппировки атомов и перестройки электронных оболочек реагирующих частиц, в результате которого образуются новые частицы - продукты реакции. Традиционный способ управления химическими реакциями - накачка энергии в реагирующие частицы либо на внешние степени свободы (простое нагревание), либо на внутренние (фотолиз, радиол из, плазма, ИК-лазерохимия и др.). В руководствах (справочниках) по химии, изданных ещё в 80-е годы прошлого столетия, так и написано, что предпосылками протекания любой химической реакции являются: I) наличие частиц исходных веществ; 2) движение частиц; 3) наличие минимального запаса энергии у реагирующих веществ.
Однако, как оказалось, есть ещё одно физическое свойство, которое имеет существенное значение для химии, - угловой момент (спин) электронов и ядер реагентов. Фундаментальный принцип, который управляет химическими реакциями, состоит в том, что спины (и их проекции) остаются неизменными в элементарных химических событиях. Сохранение полного спина приводит к важному следствию: химические реакции спин-селективны. Они разрешены только для таких спиновых состояний продуктов, полный спин которых идентичен спину реагентов, и строго запрещены, если для их существования требуется изменение спина. Например, при встрече двух радикалов (молекулярная композиция, содержащая неспареннын электрон) образуется радикальная пара либо в синглетном, либо в триплетном состоянии, но рекомбинация этих радикалов в молекулу происходит лишь из синг-летной пары, реакция в триплетной паре строго запрещена по спину. Принцип спиновой селективности, таким образом, состоит в том, что реакции разрешены только для определённых спиновых состояний; химически идентичные, но различающиеся спином интерме-диаты - предшественники продукта реакции - обладают различной, зависящей от спина химической реакционной способностью. Единственные взаимодействия, способные изменить спин предреакционных интермедиатов и преобразовать нереакционные, запрещённые по спину состояния, в реакционные, разрешённые по спину, - это магнитные взаимодействия. Их вклад в общую энергию ничтожен, однако они контролируют поведение спина в химических частицах, модифицируют их химическую реакционную способность и определяют новый, магнитный сценарий химических реакций. В случае радикальной пары, нереакционные триплетные пары могут быть преобразованы в реакционные сунглетные пары (триплет-синглетная конверсия) либо за счёт
373
нативных, собственных магнитных взаимодействий, присущих самой реакции, либо под воздействием внешних радиочастотных или микроволновых полей. Магнитные взаимодействия спинов с внешними и внутренними (ядерными) магнитными полями, ничтожными но энергии, окалывают сильное влияние па химические реакции, изменяя спин реагирующих частиц и снимая спиновые запреты. Эти эффекты имеют кинетическое происхождение. Следует подчеркнуть, что магнитные взаимодействия не влияют на саму химическую реакцию, т.е. они не воздействуют на движение химически реагирующей атомной системы по поверхности потенциальной энергии. Реально эти взаимодействия приводят к следующему: они переключают реакцию со сшш-запрещенных каналов па спин-разрешённые, регулируя спиновое поведение реагентов и заменяя иереакционные каналы реакционными (или наоборот). Это касается как магнитных взаимодействий, присущих самой реакции (зеемановское, фермиевское, дипольное, спин-орбитальное), так и внешних электромагнитных полей и их воздействия на спнн-содержащие предшественники реакции (в частности, радикальные пары).
Эмпирический поиск эффектов воздействия магнитного поля на химические процессы имеет давнюю историю, почти столетие. Ничтожность значений (величии) магнитной энергии, концентрируемой па частицах, по сравнению с химической ставила в тупик исследователей. И лишь с открытием спиновых явлений внимание к проблеме магнитного поля в химических реакциях значительно возросло.
Одним из замечательных магнитоспиновых эффектов, обнаруженных вслед за открытием эффекта магнитного поля в фотохимических и фотофизических процессах в молекулярных твёрдых телах, является химически индуцированная поляризация ядер. Скорость трнплет-синглетной конверсии радикальных пар зависит от магнитного момента ядер и константы СТВ, но величина еб определяется полной энергией электрон-ядерного взаимодействия, которая зависит от проекции ядерного спина. По этой причине радикальные пары, различающиеся ориентацией ядер, отличаются также и скоростью триплет-синглетной конверсии. Отсюда следует, что химические взаимодействия радикалов в паре сортируют по разным молекулам не только магнитные и немагнитные ядра (как в магнитном изотопном эффекте), но и производят сортировку магнитных ядер по их ориентации: ядра с одной ориентацией реакция отправляет в одни продукты, ядра с противоположной ориентацией — в другие. В результате молекулы одного сорта имеют ядерную поляризацию одного знака,
374
молекулы другого сорта - другого знака. Так создаётся химически индуцированная поляризация ядер в сильных (порядка единиц Тесла) магнитных полях.
При отрицательной" поляризации ядер инверсная заселённость ядерных зеемановских уровней соответствует запасанию в зееманов-ском ядерном резервуаре молекул - продуктов химической реакции -значительной энергии. Если эта энергия превосходит порог генерации, то возникает когерентная прецессия отрицательно поляризованных ядерных спинов, обеспечивающая поперечный компонент ядерной намагниченности. В этих условиях появляется самопроизвольная радиочастотная генерация продуктов химической реакции, т.е. генерация переменного тока с частотой, равной частоте прецессии ядерных спинов. Таким образом, химическая реакция ведёт себя как молекулярный квантовый генератор радиочастотного диапазона - химический мазер.
Экспериментально это свойство было обнаружено в 1978 году3 в фотохимической реакции порфирина с хиноном; эмиттером служили молекулы хинона, в которых создавалась огромная отрицательная поляризация протонов за счёт химической реакции обратимого переноса электрона между партнёрами реакции - молекулами порфирина и хипона.
Взаимодействие между химическими частицами - носителями спина (в частности, между радикалами) - будучи селективными по электронному спину, неизбежно является селективным и по ядерному спину. Так обе спиновые подсистемы (электронная и ядерная) взаимодействуют через фермиевское сверхтонкое взаимодействие (СТВ). Ядерная спиновая система воздействует на магнитное поведение электронной спиновой системы и в конечном счёте на химическую реакционную способность. Ядерно-спиновая селективность химических реакции приводит к различию в скоростях реакций радикалов, содержащих магнитные и немагнитные ядра. Это явление назвали магнитным изотопным эффектом (МИЭ) - эффектом фундаментальной важности, в том числе в молекулярной биологии.
Спиновая тригшет-синглетная конверсия, индуцируемая СТВ, имеет место в магнитных полях в интервале (1 - i 50) ■ 10"1 Тл; следовательно, даже такие слабые магнитные поля достаточны, чтобы развязать электрон-ядерные спиновые подсистемы и произвести вполне заметные (и даже многократные) изменения в скоростях реакций.
Надёжные и метрологически обоснованные эффекты поля в жид-кофазных химических реакциях обнаружены в 1972 году4.
Микроволновая накачка спиновых переходов изменяет скорость спиновой эволюции радикальных пар и, следовательно, её химию,
375
обеспечивая новый принцип резонансного частотно-настроенного химического приема микроволн. Изменение выхода продуктов есть реальный химический отклик на воздействие электромагнитного поля на реагирующую спиновую систему. Частотный спектр этого отклика эквивалентен спектру микроволнового поглощения радикальной пары и, следовательно, идентичен спектру ЭПР.
Первый эксперимент, продемонстрировавший магииторезонаисную модуляцию скорости реакции, был выполнен наблюдением флуоресценции тонких (3-5 мкм) пол![кристаллических слоев рубрена (тетрафенилтетрацепа), нанесенных на кварцевую подложку и помещёншлх в резонатор оптически детектируемого магнитного резонанса. В этой работе было зарегистрировано вызванное резонансными переходами уменьшение интенсивности флуоресценции образца при комнатной температуре5.
Следует отметить, что при регистрации магнитного резонанса по флуоресценции достигается исключительно высокая чувствительность вплоть до 100 пар спинов в образце. Но, в отличие от обычного метода оптического детектирования магнитного резонанса (ОДМР), в котором в результате переходов между магнитными уровнями молекулы изменяется вероятность оптических переходов в этой же молекуле, в новом методе переходы между зеемановскнми уровнями парамагнитных частиц изменяют реакционную способность этих частиц по отношению друг к другу, в результате чего изменяется скорость образования продуктов реакции.
Итак, обнаруженные механизмы управления молекулярными процессами и химическими реакциями основаны па селективности этих процессов к угловому моменту молекул (в молекулярных процессах) н угловому моменту - спину электронов и ядер реагирующих частиц (в химических реакциях). Изменение углового момента индуцируется магнитными взаимодействиями, энергия которых в обычных условиях пренебрежимо мала. т.е. новые принципы управления химическими реакциями имеют не энергетическую, а спиновую природу. Скорости спип-селективных процессов зависят от магнитных взаимодействий, которые изменяют спин реагирующих частиц и снимают (частично или полностью) спиновые запреты. К ним относятся процессы с участием парамагнитных частиц (свободных радикалов, триплет-ных молекул, парамагнитных ионов). Скорости этих процессов зависят от внешнего магнитного поля - постоянного и переменного, а также от внутреннего магнитного поля, создаваемого магнитными ядрами. По этой причине магнитные эффекты обнаруживаются в люминесценции растворов и кристаллов, в фотопроводимости молекулярных твёрдых тел и полупроводников, в процессах фотосинтеза п тушения люминес-
37 6
ценции парамагнетиками, в радикальных химических реакциях, в процессах с участием молекулярного кислорода. Можно предполагать, что эти эффекты затрагивают промежуточные стадии химических реакций, на которых образуется реакционно-способная пара парамагнитных частиц и которые не наблюдаются методом ЭПР в силу недостаточной концентрации частиц (на 6-8 порядков) и больших скоростей реакций. Магнитные эффекты проявляются только при неравновесной заселённости спиновых состояний промежуточной пары парамагнитных частиц. В этих условиях можно ожидать, что резонансные переходы между неравновесными заселёнными уровнями одной мультпплетности могут изменять скорости взаимодействия парамагнитных частиц, составляющих пару.
В принципе, можно ожидать проявления магнитных и маг-ниторезоиапепых эффектов на всех параметрах сложной физико-химической и биологической системы, кинетически связанных с элементарными процессами в парах парамагнитных частиц. В одном случае - это чисто магнитные эффекты, которые возникают из зависимости вероятности реакции от магнитного поля, сверхтонкого (фермневского) электрон-ядерного взаимодействия (определяемого константой обменного взаимодействия) и от ориентации ядерного спина; к ним относятся магпитополевой эффект (МПЭ), магнитный изотопный эффект (МИЭ) и химическая поляризация ядер (ХГ1Я). В другом случае - магнитный резонанс, стимулирующий под действием резонансного электромагнитного излучения эти и дру-гне эффекты.
В настоящее время известно большое количество физических и химических процессов в жидкостях, молекулярных твёрдых телах, полупроводниках, фотосинтетических системах и т.д., в которых проявляется высокая химическая селективность спиновых состояний. Во всех этих процессах спиновая динамика, управляемая магнитными взаимодействиями, снимает (частично или полностью) спиновые запреты и влияет на конечный химический и физический результат процесса (протекание реакции, рекомбинации зарядов, аннигиляции и т.д.). ПЙ этой причине магнитные взаимодействия, пренебрежимо малые по энергии, оказывают сильное влияние па высокоэнергетические процессы (химические реакции, люминесценция, электропроводность, фотосинтез и т.д.). Это обстоятельство открывает новые, «магнитные» принципы управления этими процессами, имеющими не энергетическую, а спиновую природу. Для многих из таких процессов спиновая селективность и магнитные эффекты обнаружены,
377
для других процессов можно надёжно прогнозировать. Не могла не воспользоваться таким тонким инструментом и живая материя, но, вероятно, в более совершенной форме. Есть основания полагать, что все тела на Земле (живые и неживые) подвержены электромагнитному (космическому) влиянию через ЯМР (ЭПР) и сами взаимодействуют между собой по этому же механизму. «Магические» вещества, состоящие из химических элементов с магнитоактивными изотопами, выступают в качестве электромагнитных ретрансляторов, усилителей управляющей информации, воспринимаемой организмом на разных уровнях своей организации. Такой «ретранслятор», принимая излучение па одной частоте, на одном структурном уровне, может транслировать энергию излучения как в высокочастотную, так и в низкочастотную область электромагнитного спектра, оказывать влияние на другие структурные уровни организации живого, с выходом, как будет показано в гл. 29, на ментальный уровень. Следствием таких процессов могут быть различные магни-тоспнновые эффекты, управляющие биохимическими реакциями (о которых говорилось выше), что приводит к направленным изменениям морфофизиологического и психического состояния организма. Наблюдается закономерная согласованность всех многочисленных уровней организации живого, от атомно-молекулярного, клеточного... до ментального. Эта связь прослеживается как снизу вверх, например при восприятии различных запахов, феромонов, инфразвуковых колебаний и других физико-химических носителей информации, так и сверху вниз, как в случае стрессовых ситуаций и других эмоциональных аффектов.Поскольку магнитные моменты ядер и электронной оболочки связаны между собой динамическим взаимодействиям (сверхтонкое взаимодействие), то любые изменения состояния ядер, например в режиме ЯМР, изменяют состояние электронной оболочки, и наоборот. Поэтому следует говорить о том. что управляющая информация на уровне ядер (частоты ЯМР) тесно связана с информацией на уровне электронов (атомов) и может транслироваться в область частот ЭПР и далее в оптический диапазон и определённым образом влиять на ход биохимических реакций в организме, функциональное состояние органов, систем, психическое состояние организмов в целом. В этом, возможно, кроется их фундаментальная роль в управлении процессами в биосфере, в осуществлении космо-земных связей и т.п.Примечания к гл. 26:/. Сини - уникальная квантовая концепция со сшей еобсшепноП загадкой, не имеющая прямой классической интерпретации; снопство, отдаленно напоминающее момент импульса в классической механике. У частиц есть «врожденное» количество спина, равное нелому или нолуцелому числу (п единицах постоянной Планка), которое никогда не изменяется. Все элементарные фермп-частицы: электрон, протон, нейтрон и др. имеют спин 1/2. Условно спин можно считать направленным либо вверх, либо вниз, и тго будет соответспю- пать различным уровням энергии. Сложные объекты в тех обстоятельствах, когда их можно считать неделимыми объектами, ведут себя как бозе- или фер-лш-частицы, смотря но тому, содержится а них четное или нечётное число ферми-частиц. Пели несколько таких частиц образуют сложный объект, общий спин их может быть либо целым, либо полупелым. К примеру, изотоп гелия Нв\ D котором 2 протона и 2 нейтрона, имеет спин, равный пулю, а 1Л7, у которого 3 прогона и 4 нейтрон;!, - спин 3/2. Таким образом, всякий сложный объ ект с полуцелым спином имитирует ферми-частииу, тогда как всякий сложный объект с целым спином имитирует бозе-частицу. Амплитуды ферми-частиц складываются со знаком «минус», амплитуды боис-часпщ - со знаком «плюс». Объяснения этому правилу пет. Оно коренится в релятивистской кпантовон механике. Это означает, что мы до конца не понимаем лежащих и её основе принципов. Можно считать это еще одним законом Вселенной. Зельдович Я.П., Бучачепко АЛ., Фраикттч ЕЛ. Магнитно-спиновые эффекты в химии и молекулярной физике. Успехи физич, наук. I98S. Вып.!. Т. 155. С. 3-4.
Журавлев А.Г., Бердичский ИЛ., Вучаченко AM Письма в ЖЭТФ. 1978. Т. 28. С. 150.
Сагдееа Р.З., Салихои К.М, Лейиша Т.Н., Камха М.А., Шейн СМ., Мо- шн iO.IL Письма в ЖЭТФ. 1972. Т. 16. С. 599.
Франкевич ЕЛ., Приступа A.M. Письма в ЖЭТФ. 1976. Т. 24. С. 397.
гол
Глава 27М агнитный резонанс — спиновый механизм коммуникации и энергетического (информационного) обмена в живой природеD простейшем случае собственные состояния ядра и электрона, соответствующие различным ориентациям магнитного момента, вырождены. Под действием магнитного поля происходит расщепление этих уровней. Система магнитных (зеемановских) уровней, по аналогии с электронными, допускает инверсию населён ноете и, усиление и генерацию. При определенных условиях, а именно когда объект помещают в постоянное магнитное поле (И) и облучают электромагнитным полем с частотой (v), соответствующей условию:hv=g-$-H,(1)где: g, P - постоянные, характеризующие природу объекта; атомная система, содержащая электрон или ядра, обладающие магнитным моментом, поглощает энергию электромагнитного поля резонансным образом. Явление получило название магнитного резонанса: ядерного - ЯМР и электронного (спинового) - ЭПР.Метод магнитного резонанса известен, главным образом, как высокочувствительный и тонкий инструмент для изучения строения материи, диагностики и т.п.1 Мы же обратим внимание на другую сторону этого явления. Наблюдаемое явление - это отклик атомной (молекулярной) системы на внешнее электромагнитное воздействие в определённом диапазоне волн. Но это означает и то, что на тех объектах, где с помощью сложной аппаратуры мы наблюдаем ЭПР и ЯМР, существует созданный природой естественный, постоянно действующий канал поглощения (испускания) электромагнитной энергии волн. Мы его наблюдаем, не задумываясь над тем, для чего он создан природой, о его380 назначении и роли в различных явлениях и процессах, в первую очередь в биологических системах. Для его реализации требуется: Наличие в биосистеме или её части ядер или электронов, обла дающих магнитным моментом, в виде неспаренных или свободных электронов, радикалов, пара- и ферромагнитных веществ.
Внешнее магнитное поле, осуществляющее расщепление уровней.
Электромагнитное излучение с частотой, отвечающей условию резонанса (]).
Обратимся к среде обитания человека. Среда обитания человека характеризуется наличием необходимых условий для функционирования этого энергетического канала: Сам человек на 70% состоит из воды. Концентрация ядерных спинов (протонов) в воде примерно 5-10"cm"j. Магнитным моментом обладают ядра l9F, 13С, Э1Р, "В, |7О, l5N, э9Со, которые также присутст вуют в разных количествах в организме человека. Кроме того, все жиз ненно важные биохимические реакции в организме включают перенос электронов, протонов, а это и окислительно-восстановительные реак ции, реакции по свободнорадикальному механизму, катализ, последст вия радиационного воздействия и др.
Постоянное геомагнитное поле Земли < 0,7-КГ'1 Тл± флуктуа ции, связанные с внешними и внутренними источниками.
Электромагнитный фон естественного (излучение Солнца, Кос моса, молнии, электромагнитные волны, генерируемые клетками и ор ганами живых организмов, и др.) и искусственного (теле-, радиоком муникации, энергетика...) происхождения.
Напрашивается вывод: полирезонансная электромагнитная биосистема «Человек» не может не принимать самое непосредственное участие в обмене электромагнитной энергией с окружающей средой на частотах магнитного резонанса.Основная идея Человек научился дозировать воздействие излучения на свои организм или отдельные его органы и системы и использовать это в лечебных целях. Используется, практически, весь диапазон электромагнитных волн: радиодиапазон, оптический, рентген, у-излучение... Во всех подобных случаях речь идет об интегральном воздействии на организм или его части, главным образом через нагрев. Управлять биохимическими процессами в организме человека более избирательно,381 воздействуя на определенные молекулы и ядра, ответственные за патологические процессы в организме, известным методам и средствам не под силу.
Электроны и ядра, обладающие магнитным моментом, при определенных условиях представляют собой «сфазпроваппые магнитные приемные антенны» (решетки) в бносистеме {{Человек», способные принимать (излучать) энергию электромагнитных волн избирательно в координатах: Н, v, у (у - гиромагнитное отношение). Настройка этих «антенн» отражает состояние атомной системы и его окружения.
Море электромагнитных волн, окружающее человека, пронизывающее его насквозь, содержит набор частот в диапазоне 0,001-1000 МГц, удовлетворяющих условию магнитного резонанса в поле Земли для целого ряда ядер и электронов, участвующих во всех жизненно важных биохимических реакциях и процессах.
ЯМР-томография наглядно демонстрирует участие всего организма человека в процессе резонансного поглощения электромагнитных волн в радиодиапазоне частот. При этом, как правило, наблюдают поглощение протонов, но не только. Ыа ядрах водорода в обычной воде можно получать сильные сигналы ЯМР, сигналы спинового эхо. Аналогичным образом можно наблюдать поглощение радиочастотного излучения ядрами фтора, углерода, фосфора и др. Современный ЯМР-томограф уверенно регистрирует спиновое эхо. Это означает, что все клетки тела человека при определённых условиях демонстрируют способность генерировать когерентное монохроматическое излучение (рис. 16).
Основная идея настоящей работы состоит в следующем:
ЯМР на протонах и других ядрах (ЭПР на неснаренных и свободных электронах) - фундаментальное природное паление - формирует в живых организмах нриёмо-передающий капал энергетического (информационного, психического) взаимодействия, призванный обеспечить коммуникацию между клетками и субклеточными элементами как внутри организма, так и с внешним миром, и управление через спиновую динамику ядер и электронов биохимическими и ментальными(!) процессами;
построение моделей окружающего мира в сознании живого, включая восприятие, динамическую память, различение, кодирование, абстрактное и логическое мышление.., и в целом сам феномен осознания, осуществляется резонансным образом на уровне спиновой динамики магнитоактивных ядер, главным образом протонов, электронов - в буфере с биохимическим ПЗУ.
382
Магнитное поле Земли сопровождает человека на протяжении всего его существования. «Полирезонанснып спектрометр» - человек, настроенный сложным, но глубоко индивидуальным образом, находясь в условиях широкого спектра природных электромагнитных излучений, работает непрерывно, на всех структурных уровнях: спиновом, атомно-молекулярном, клеточном, на уровне органа, организма в целом... Через резонансный механизм, как я полагаю, каждый зарождающийся (термодинамически выделенный) молекулярный агрегат подключается к некой глобальной, глубоко упорядоченной информационной системе (глобальному Космическому Сознанию), существующей в гармонии с фундаментальными законами мироздания, что ассоциируется у нас с потоком некой высокоорганизованной жизненной энергии - души, сознания, материализация которой через видимую самоорганизацию в конечном счёте определяет развитие и самосохранение каждой особи, вида, этноса, экосистемы... - всего их многообразия, и двигает эволюцию. В целом материализуется и продвигается некая непостижимая, похоже, гегелевская Абсолютная идея.
Значения резонансных параметров для естественных условий
Резонансная частота. Частоты переходов между магнитными уровнями занимают широкий интервал, начиная с низкочастотных звуковых колебаний и кончая длинноволновой областью СВЧ:
2
|