Solitonii sunt valuri ucigașe. Unde de șoc. Unde solitare solitoni inchisi

După treizeci de ani de căutare, au fost găsite ecuații diferențiale neliniare cu soluții solitonale tridimensionale. Ideea cheie a fost „complexarea” timpului, care poate găsi aplicații ulterioare în fizica teoretică.

Când studiem orice sistem fizic, mai întâi există o etapă de „acumulare inițială” a datelor experimentale și înțelegerea lor. Apoi ștafeta este trecută la fizica teoretică. Sarcina unui fizician teoretician este să obțină și să rezolve ecuații matematice pentru acest sistem pe baza datelor acumulate. Și dacă primul pas, de regulă, nu pune nicio problemă anume, atunci al doilea este corect rezolvarea ecuațiilor rezultate se dovedește adesea a fi o sarcină incomparabil mai dificilă.

Se întâmplă să fie descrisă evoluția în timp a multor sisteme fizice interesante ecuații diferențiale neliniare: astfel de ecuații pentru care principiul suprapunerii nu funcționează. Acest lucru îi privează imediat pe teoreticieni de posibilitatea de a folosi multe tehnici standard (de exemplu, combinarea soluțiilor, extinderea lor într-o serie) și, ca urmare, pentru fiecare astfel de ecuație trebuie să inventeze o metodă complet nouă de soluție. Dar în acele cazuri rare în care se găsesc o astfel de ecuație integrabilă și o metodă de rezolvare a acesteia, nu se rezolvă doar problema inițială, ci și o serie întreagă de probleme matematice conexe. De aceea, fizicienii teoreticieni uneori, compromițând „logica naturală” a științei, caută mai întâi astfel de ecuații integrabile și abia apoi încearcă să le găsească aplicații în diverse domenii ale fizicii teoretice.

Una dintre cele mai remarcabile proprietăți ale unor astfel de ecuații este soluțiile sub formă solitonii— „bucăți de câmp” limitate spațial care se mișcă în timp și se ciocnesc între ele fără distorsiuni. Fiind „clumps” limitate spațial și indivizibile, solitonii pot oferi un model matematic simplu și convenabil al multor obiecte fizice. (Pentru mai multe informații despre solitoni, vezi articolul popular al lui N. A. Kudryashov Nonlinear waves and solitons // SOZh, 1997, No. 2, pp. 85-91 și cartea lui A. T. Filippov The Many Faces of Soliton.)

Din păcate, diferit specii sunt cunoscuți foarte puțini solitoni (vezi Galeria de portrete a solitonilor) și toți nu sunt foarte potriviti pentru a descrie obiecte în tridimensională spaţiu.

De exemplu, solitonii obișnuiți (care apar în ecuația Korteweg-de Vries) sunt localizați într-o singură dimensiune. Dacă un astfel de soliton este „lansat” în lumea tridimensională, atunci va avea aspectul unei membrane plate infinite care zboară înainte. În natură, totuși, astfel de membrane infinite nu sunt observate, ceea ce înseamnă că ecuația originală nu este potrivită pentru descrierea obiectelor tridimensionale.

Nu cu mult timp în urmă, au fost găsite soluții de tip soliton (de exemplu, dromions) ale ecuațiilor mai complexe, care sunt deja localizate în două dimensiuni. Dar în formă tridimensională reprezintă și cilindri infinit de lungi, adică nu sunt nici prea fizici. Cei adevarati tridimensională Solitonii nu au fost încă găsiți din simplul motiv că ecuațiile care i-ar putea produce erau necunoscute.

Zilele trecute situația s-a schimbat dramatic. Matematicianul Cambridge A. Focas, autor al recentei publicații A. S. Focas, Physical Review Letters 96, 190201 (19 mai 2006), a reușit să facă un pas semnificativ înainte în acest domeniu al fizicii matematice. Scurtul său articol de trei pagini conține două descoperiri simultan. În primul rând, a găsit o nouă modalitate de a deriva ecuații integrabile pentru multidimensionale spațiu și, în al doilea rând, a demonstrat că aceste ecuații au soluții multidimensionale asemănătoare solitonilor.

Ambele realizări au fost posibile datorită pasului îndrăzneț făcut de autor. El a luat ecuațiile integrabile deja cunoscute în spațiul bidimensional și a încercat să ia în considerare timpul și coordonatele ca complex, nu numere reale. În acest caz, a fost obținută automat o nouă ecuație pentru spațiu cu patru dimensiuniȘi timp bidimensional. Următorul pas a fost să impună condiții netriviale asupra dependenței soluțiilor de coordonate și „timpi”, iar ecuațiile au început să descrie tridimensională o situaţie care depinde de o singură dată.

Este interesant că o astfel de operațiune „blasfemioasă” precum trecerea la timpul bidimensional și alocarea unui nou temporal O axa, nu a stricat foarte mult proprietățile ecuației. Au rămas în continuare integrabili, iar autorul a putut să demonstreze că printre soluțiile lor se numără și mult doritii solitoni tridimensionali. Acum oamenii de știință trebuie doar să noteze acești solitoni sub formă de formule explicite și să le studieze proprietățile.

Autorul își exprimă încrederea că beneficiile tehnicii de „complexare” pe care a dezvoltat-o ​​nu se limitează deloc la acele ecuații pe care le-a analizat deja. El enumeră o serie de situații din fizica matematică în care abordarea sa poate aduce rezultate noi și își încurajează colegii să încerce să o aplice într-o mare varietate de domenii ale fizicii teoretice moderne.

adnotare. Raportul este dedicat posibilităților abordării solitonilor în biologia supramoleculară, în primul rând pentru modelarea unei clase largi de mișcări naturale de tip ondulatoriu și oscilatorii în organismele vii. Autorul a identificat numeroase exemple de existență a unor procese supramoleculare de tip soliton („biosolitons”) în fenomene locomotorii, metabolice și alte fenomene de biomorfologie dinamică la diferite linii și niveluri de evoluție biologică. Biosolitonurile sunt înțelese, în primul rând, ca deformații locale caracteristice cu o singură cocoașă (unipolare) care se deplasează de-a lungul unui biocorp, menținându-și forma și viteza.

Solitonii, numiți uneori „atomi de undă”, sunt înzestrați cu proprietăți neobișnuite din punct de vedere clasic (liniar). Sunt capabili de acte de autoorganizare si autodezvoltare: autolocalizare; captarea energiei; reproducere și moarte; formarea de ansambluri cu dinamică de natură pulsatorie şi de altă natură. Solitonii erau cunoscuți în plasmă, cristale lichide și solide, lichide clasice, rețele neliniare, medii magnetice și alte medii multi-domeniu, etc. Descoperirea biosolitonilor indică faptul că, datorită mecanochimiei sale, materia vie este un mediu soliton cu o varietate de medii fiziologice. utilizări ale mecanismelor solitonice. O vânătoare de cercetare în biologie este posibilă pentru noi tipuri de solitoni - respiratoare, voblere, pulsoane etc., deduse de matematicieni la „vârful unui stilou” și abia apoi descoperite de fizicieni în natură. Raportul se bazează pe monografiile: S.V.Petuhov „Biosolitons. Fundamentele biologiei solitonilor”, 1999; S.V.Petukhov „Tabelul biperiodic al codului genetic și al numărului de protoni”, 2001.

Solitonurile sunt un obiect important al fizicii moderne. Dezvoltarea intensivă a teoriei și aplicațiilor lor a început după publicarea în 1955 a lucrării lui Fermi, Paste și Ulam privind calculul computerizat al oscilațiilor într-un sistem neliniar simplu al unui lanț de greutăți conectat prin arcuri neliniare. Curând au fost dezvoltate metodele matematice necesare pentru a rezolva ecuațiile solitonilor, care sunt ecuații cu diferențe parțiale neliniare. Solitonii, numiți uneori „atomi de undă”, au proprietățile undelor și ale particulelor în același timp, dar nu sunt în sensul deplin nici unul, nici altul, ci constituie un nou obiect al științei matematice. Ele sunt înzestrate cu proprietăți neobișnuite din punct de vedere clasic (liniar). Solitonii sunt capabili de acte de autoorganizare și autodezvoltare: autolocalizare; captarea energiei venite din exterior în mediul „soliton”; reproducere și moarte; formarea de ansambluri cu morfologie nebanală și dinamică de natură pulsatorie și de altă natură; autocomplicarea acestor ansambluri atunci când energie suplimentară intră în mediu; depășirea tendinței de dezordine în mediile solitoni care le conțin; etc. Ele pot fi interpretate ca o formă specifică de organizare a energiei fizice în materie și, în consecință, putem vorbi despre „energie soliton” prin analogie cu binecunoscutele expresii „energie ondulatorie” sau „energie vibrațională”. Solitonurile sunt realizate ca stări ale mediilor (sisteme) neliniare speciale și au diferențe fundamentale față de undele obișnuite. În special, solitonii sunt adesea cheaguri de energie auto-localizate stabili, cu forma caracteristică a unui val cu o singură cocoașă, care se deplasează cu păstrarea formei și a vitezei fără disiparea energiei sale. Solitonurile sunt capabile de ciocniri nedistructive, de ex. sunt capabili să treacă unul prin altul atunci când se întâlnesc fără a-și rupe forma. Au numeroase aplicații în tehnologie.

Un soliton este de obicei înțeles ca un obiect solitar asemănător unui val (o soluție localizată a unei ecuații diferențiale parțiale neliniare aparținând unei anumite clase de așa-numitele ecuații solitonice), care este capabil să existe fără a-și disipa energia și, atunci când interacționează cu alte perturbații locale, își restabilește întotdeauna forma inițială, adică . capabile de ciocniri nedistructive. După cum se știe, ecuațiile solitonilor „apar în cel mai natural mod atunci când se studiază sisteme de dispersie slab neliniare de diferite tipuri la diferite scări spațiale și temporale. Universalitatea acestor ecuații se dovedește a fi atât de uimitoare încât mulți erau înclinați să vadă ceva magic în ea... Dar nu este așa: sistemele neliniare dispersive slab amortizate sau neamortizate se comportă la fel, indiferent dacă sunt întâlnite în descrierea plasmei, a lichidelor clasice, a laserelor sau a rețelelor neliniare”. Prin urmare, solinii sunt cunoscuți în plasmă, cristale lichide și solide, lichide clasice, rețele neliniare, medii magnetice și alte medii multi-domeniu etc. pierderile de energie, pe care teoreticienii iau în considerare prin adăugarea unor termeni disipativi mici în ecuațiile solitonice).

Rețineți că materia vie este pătrunsă de multe rețele neliniare: de la rețelele polimerice moleculare la citoscheletele supramoleculare și matricea organică. Rearanjamentele acestor rețele au o semnificație biologică importantă și se pot comporta foarte bine într-o manieră asemănătoare solitonilor. În plus, solitonii sunt cunoscuți ca forme de mișcare ale fronturilor rearanjamentelor de fază, de exemplu, în cristale lichide (vezi, de exemplu,). Deoarece multe sisteme de organisme vii (inclusiv cele cristaline lichide) există în pragul tranzițiilor de fază, este firesc să credem că fronturile rearanjamentelor lor de fază în organisme se vor mișca adesea sub formă de soliton.

Chiar și descoperitorul solitonilor, Scott Russell, a arătat experimental în secolul trecut că un soliton acționează ca un concentrator, capcană și transportator de energie și materie, capabil de ciocniri nedistructive cu alți solitoni și perturbări locale. Este evident că aceste caracteristici ale solitonilor pot fi benefice pentru organismele vii și, prin urmare, mecanismele de biosoliton pot fi cultivate special în natura vie prin mecanisme de selecție naturală. Să enumerăm câteva dintre aceste beneficii:

• - 1) captarea spontană a energiei, materiei etc., precum și concentrarea locală spontană a acestora (autolocalizare) și transportul atent, fără pierderi, sub formă de dozare în interiorul corpului;
• - 2) ușurința de control al fluxurilor de energie, materie etc. (când sunt organizate sub formă de soliton) datorită posibilei comutări locale a caracteristicilor de neliniaritate ale mediului biologic de la tip soliton la non-soliton de neliniaritate și invers ;
• - 3) decuplarea pentru multe dintre cele care apar simultan și într-un singur loc în organism, i.e. procese suprapuse (locomotorii, aportul de sânge, metabolice, de creștere, morfogenetice etc.), care necesită o relativă independență a cursului lor. Această decuplare poate fi asigurată tocmai de capacitatea solitonilor de a suferi coliziuni nedistructive.

Primul nostru studiu al proceselor de cooperare supramoleculare în organismele vii din punct de vedere soliton a relevat prezența în ele a multor procese macroscopice de tip soliton. Subiectul de studiu a fost, în primul rând, mișcările locomotorii și alte mișcări biologice observate direct, a căror eficiență energetică ridicată a fost mult timp asumată de biologi. În prima etapă a studiului, am descoperit că în multe organisme vii, macromișcările biologice au adesea un aspect asemănător solitonului, o undă caracteristică cu o singură cocoașă de deformare locală, care se deplasează de-a lungul unui corp viu, menținându-și forma și viteza și uneori demonstrând capacitatea de ciocniri nedistructive. Aceste „biosolitonuri” sunt realizate la o varietate de ramuri și niveluri de evoluție biologică în organisme care diferă ca mărime cu mai multe ordine de mărime.

Raportul prezintă numeroase exemple de astfel de biosolitonuri. În special, este luat în considerare un exemplu de târăre a melcului Helix, care are loc datorită unei deformări sub formă de val cu o singură cocoașă care trece prin corpul său, menținându-și forma și viteza. Înregistrările detaliate ale acestui tip de mișcare biologică sunt preluate din carte. Într-o versiune a târârii (cu un „mers”), melcul experimentează deformații locale de tracțiune care rulează de-a lungul suprafeței de susținere a corpului său din față în spate. Într-o altă versiune mai lentă a târârii, deformațiile locale de compresie apar de-a lungul aceleiași suprafețe ale corpului, mergând în direcția opusă de la coadă la cap. Ambele tipuri de deformații solitonilor, directe și retrograde, pot apărea în cohlee simultan cu contra-coliziuni între ele. Subliniem că ciocnirea lor este nedistructivă, caracteristică solitonilor. Cu alte cuvinte, după o coliziune își păstrează forma și viteza, adică individualitatea: „prezența undelor mari retrograde nu afectează propagarea undelor directe normale și mult mai scurte; ambele tipuri de unde s-au propagat fără niciun semn de interferență reciprocă”. Acest fapt biologic este cunoscut încă de la începutul secolului, deși cercetătorii nu au mai fost niciodată asociați cu solitonii.

După cum au subliniat Gray și alți clasici ai studiului locomoției (mișcările spațiale în organisme), acestea din urmă sunt procese extrem de eficiente din punct de vedere energetic. Acest lucru este esențial pentru asigurarea de o importanță vitală a corpului cu capacitatea de a se deplasa pe distanțe lungi fără oboseală în căutarea hranei, pentru a scăpa de pericol etc. (organismele manipulează în general energia extrem de atent, ceea ce nu le este deloc ușor de stocat). Astfel, într-o cohlee, deformarea locală solitonică a corpului, datorită căreia corpul său se mișcă în spațiu, are loc numai în zona de separare a corpului de suprafața de sprijin. Și întreaga parte a corpului în contact cu suportul este nedeformată și este în repaus în raport cu suportul. În consecință, pe parcursul întregii perioade de deformare asemănătoare solitonului care curge prin corpul cohleei, o astfel de locomoție sub formă de undă (sau procesul de transfer de masă) nu necesită consum de energie pentru a depăși forțele de frecare ale cohleei pe suport, fiind în acest sens cât se poate de economic. Desigur, se poate presupune că o parte din energia în timpul locomoției este încă disipată prin frecarea reciprocă a țesuturilor din interiorul corpului cohleei. Dar dacă această undă locomotorie este asemănătoare solitonului, atunci asigură și reducerea la minimum a pierderilor prin frecare în interiorul corpului. (Din câte știm, problema pierderilor de energie din cauza frecării intracorpului în timpul locomoției nu a fost suficient studiată experimental, totuși, este puțin probabil ca organismul să fi ratat ocazia de a le minimiza). Odată cu organizarea locomoției luată în considerare mai sus, toate (sau aproape toate) costurile de energie pentru aceasta sunt reduse la costurile pentru crearea inițială a fiecărei astfel de deformări locale de tip soliton. Fizica solitonilor este cea care oferă posibilități extrem de eficiente din punct de vedere energetic pentru manipularea energiei. Iar folosirea lui de către organismele vii pare logică, mai ales că lumea din jurul nostru este saturată de medii solitoni și solitoni.

Trebuie remarcat faptul că, cel puțin de la începutul secolului, cercetătorii au reprezentat locomoția sub formă de val ca un fel de proces de releu. La acel moment al „fizicii pre-solitonului”, analogia fizică naturală a unui astfel de proces de releu era procesul de ardere, în care deformarea fizică locală era transferată de la un punct la altul ca aprinderea. Această idee a proceselor disipative de releu, cum ar fi arderea, numite procese autowave în zilele noastre, era cea mai bună posibilă la acea vreme și a devenit de mult familiară pentru mulți. Cu toate acestea, fizica în sine nu a stat pe loc. Și în ultimele decenii, a dezvoltat ideea soltonilor ca un nou tip de procese releu nedisipative cu cea mai înaltă eficiență energetică, cu proprietăți paradoxale de neimaginat anterior, care oferă baza pentru o nouă clasă de modele neliniare de procese de releu. .

Unul dintre avantajele importante ale abordării solitonilor față de abordarea tradițională autowave atunci când procesele de modelare într-un organism viu este determinat de capacitatea solitonilor de a suferi coliziuni nedistructive. Într-adevăr, undele auto (care descriu, de exemplu, mișcarea unei zone de ardere de-a lungul unui cordon care arde) se caracterizează prin faptul că în spatele lor rămâne o zonă de inexcitabilitate (un cordon ars) și, prin urmare, două unde auto, atunci când se ciocnesc unul cu celălalt. , încetează să mai existe, neputându-se deplasa de-a lungul site-ului deja „ars”. Dar în zonele unui organism viu apar simultan multe procese biomecanice - locomotorii, alimentarea cu sânge, metabolice, de creștere, morfogenetice etc. și, prin urmare, modelându-le cu autowave, teoreticianul se confruntă cu următoarea problemă a distrugerii reciproce a undelor auto. Un proces de autowave, care se deplasează prin zona corpului luată în considerare datorită arderii continue a rezervelor de energie pe acesta, face ca acest mediu să fie inexcitabil pentru alte autowave de ceva timp până când rezervele de energie pentru existența lor sunt restaurate în această zonă. În materia vie, această problemă este deosebit de relevantă și pentru că tipurile de rezerve energetice-chimice din ea sunt foarte unificate (organismele au o monedă energetică universală - ATP). Prin urmare, este greu de crezut că existența simultană a mai multor procese într-o zonă a corpului este asigurată de faptul că fiecare proces autoundă din corp se mișcă prin arderea tipului său specific de energie, fără a arde energia pt. alții. Pentru modelele solitoni, această problemă a distrugerii reciproce a proceselor biomecanice care se ciocnesc într-un singur loc nu există în principiu, deoarece solinii, datorită capacității lor de a produce coliziuni nedistructive, trec calm unul prin altul și într-o zonă în același timp numărul lor. poate fi cât se dorește. Conform datelor noastre, ecuația soliton sine-Gordon și generalizările ei sunt de o importanță deosebită pentru modelarea fenomenelor de biosoliton ale materiei vii.

După cum se știe, în mediile multidomeniu (magneți, feroelectrici, supraconductori etc.) solitonii acționează ca pereți interdomenii. În materia vie, fenomenul polidomeniului joacă un rol important în procesele morfogenetice. Ca și în alte medii multidomeniu, în mediile biologice multidomeniu este asociat cu principiul clasic Landau-Lifshitz de minimizare a energiei în mediu. În aceste cazuri, pereții interdomenii solitoni se dovedesc a fi locuri cu concentrație crescută de energie, în care reacțiile biochimice apar adesea în mod deosebit de activ.

Capacitatea solitonilor de a juca rolul locomotivelor care transportă porțiuni de materie în locația dorită într-un mediu soliton (organism) conform legilor dinamicii neliniare merită, de asemenea, toată atenția în legătură cu problemele bioevolutive și fiziologice. Să adăugăm că energia fizică a biosolitonului este capabilă să coexiste armonios într-un organism viu cu tipurile chimice cunoscute ale energiei sale. Dezvoltarea conceptului de biosolitonuri permite, în special, deschiderea unei „vânătoare” de cercetare în biologie pentru analogi ai diferitelor tipuri de solitoni - respiratori, vobleri, pulsiuni etc., derivați de matematicieni „la vârful condeiului” atunci când analizând ecuațiile solitonilor și apoi descoperite de fizicieni în natură. Multe procese fiziologice oscilatorii și ondulatorii pot primi în cele din urmă modele solitonice semnificative pentru descrierea lor, asociate cu natura solitonică neliniară a materiei vii biopolimer.

De exemplu, acest lucru se aplică mișcărilor fiziologice de bază ale unei substanțe biopolimer vii, cum ar fi bătăile inimii etc. Să ne amintim că într-un embrion uman la vârsta de trei săptămâni, când are doar patru milimetri înălțime, inima este prima care se mișcă. Debutul activității cardiace se datorează unor mecanisme energetice interne, deoarece în acest moment inima nu are încă nicio conexiune nervoasă pentru a controla aceste contracții și începe să se contracte atunci când încă nu există sânge de pompat. În acest moment, embrionul în sine este în esență o bucată de mucus polimeric în care energia internă se autoorganizează în pulsații eficiente din punct de vedere energetic. Un lucru similar se poate spune despre apariția bătăilor inimii în ouă și ouă de animale, unde furnizarea de energie din exterior este minimizată de existența cochiliei și a altor învelișuri izolatoare. Forme similare de auto-organizare energetică și auto-localizare sunt cunoscute în mediile polimerice, inclusiv cele non-biologice, și, conform conceptelor moderne, acestea sunt de natură solitonică, deoarece solitonii sunt cei mai eficienți energetic (nedisipative sau scăzute). disipative) structuri auto-organizatoare de natură pulsatorie și de altă natură. Solitonurile sunt realizate într-o varietate de medii naturale care înconjoară organismele vii: cristale solide și lichide, lichide clasice, magneți, structuri de rețea, plasmă etc. Evoluția materiei vii cu mecanismele sale de selecție naturală nu a trecut de proprietățile unice ale solitonilor. si ansamblurile lor.

Au aceste materiale vreo legătură cu sinergia? Da cu siguranta. Așa cum este definit în monografia lui Hagen /6, p.4/, „în cadrul sinergeticii se studiază o astfel de acțiune comună a părților individuale ale oricărui sistem dezordonat, în urma căreia are loc autoorganizarea - spațială macroscopică, temporală sau spațio-temporală. structurile apar și sunt considerate procese deterministe și stocastice.” Există multe tipuri de procese și sisteme neliniare care sunt studiate în cadrul sinergeticii. Kurdyumov și Knyazeva /7, p.15/, enumerând o serie de aceste tipuri, notează în mod specific că printre ele unul dintre cei mai importanți și mai intens studiati sunt solitonii. În ultimii ani, revista internațională „Chaos, Solitons & Fractals” a început să fie publicată. Solitonurile, observate într-o mare varietate de medii naturale, reprezintă un exemplu izbitor al comportamentului cooperativ neliniar al multor elemente ale unui sistem, conducând la formarea unor structuri spațiale, temporale și spațio-temporale specifice. Cea mai cunoscută, deși departe de singurul tip de astfel de structuri solitonice, este deformarea locală cu o singură cocoașă auto-localizată a mediului descris mai sus, stabilă ca formă, care rulează cu o viteză constantă. Solitonii sunt utilizați și studiati în mod activ în fizica modernă. Din 1973, începând cu lucrările lui Davydov /8/, solitonii au fost folosiți și în biologie pentru a modela procesele biologice moleculare. În prezent, există multe publicații în întreaga lume despre utilizarea unor astfel de „solitoni moleculari” în biologia moleculară, în special, pentru înțelegerea proceselor din proteine ​​și ADN. Lucrările noastre /3, 9/ au fost primele publicații din literatura mondială pe tema „solitonilor supramoleculari” în fenomenele biologice la nivel supramolecular. Subliniem că existența biosolitonilor moleculari (care, după mulți autori, nu a fost încă dovedit) nu implică în niciun fel existența solitonilor în procese supramoleculare biologice cooperante care unesc miriade de molecule.

LITERATURĂ:

1. Dodd R. et al. Solitons and nonlinear wave ecuations. M., 1988, 694 p.
2. Kamensky V.G. JETP, 1984, v. 87, numărul. 4(10), p. 1262-1277.
3. Petukhov S.V. Biosolitonuri. Fundamentele biologiei solitonilor. – M., 1999, 288 p.
4. Gray J. Locomoția animalelor. Londra, 1968.
5. Petukhov S.V. Tabel biperiodic al codului genetic și al numărului de protoni. – M., 2001, 258 p.
6. Hagen G. Synergetics. – M., Mir, 1980, 404 p.
7. Knyazeva E.N., Kurdyumov S.P. Legile evoluției și auto-organizării sistemelor complexe. M., Nauka, 1994, 220 p.
8. Davydov A.S. Solitoni în biologie. – Kiev, Naukova Dumka, 1979.
9. Petukhov S.V. Solitoni în biomecanică. Depus in VINITI RAS la 12 februarie 1999, Nr.471-B99. (Indice VINITI „Lucrări științifice depuse”, nr. 4, 1999)

rezumat . Raportul discută oportunitățile oferite de o abordare solitonică a biologiei supramoleculare, în primul rând, pentru modelarea unei clase largi de mișcări naturale ale undelor în organismele vii. Rezultatele cercetării autorului demonstrează existența unor procese supramoleculare de tip soliton în manifestări locomotorii, metabolice și alte manifestări ale biomorfologiei dinamice pe o mare varietate de ramuri și niveluri de evoluție biologică.

Solitonii, uneori numiți „atomi de undă”, au proprietăți neobișnuite din punct de vedere clasic (liniar). Au capacitatea de auto-organizare: auto-localizări; captarea energiei; formarea ansamblurilor cu dinamica pulsatiilor si a altor personaje. Solitonii erau cunoscuți în plasmă, cristale lichide și ferme, lichide clasice, rețele neliniare, materii magnetice și alte poli-domenii etc. Dezvăluirea biosolitonilor subliniază că mecano-chimia biologică face din materia vie un mediu solitonic cu oportunități de diverse utilizări fiziologice ale mecanismelor solitonice. Raportul se bazează pe cărțile: S.V. Petoukhov „Biosolitons. Bazele biologiei solitonice”, Moscova, 1999 (în rusă).

Petukhov S.V., Solitoni în procese biologice cooperative la nivel supramolecular // „Academia Trinitarianismului”, M., El Nr. 77-6567, pub. 13240, 21.04.2006

Oamenii de știință au demonstrat că cuvintele pot reînvia celulele moarte! În timpul cercetării, oamenii de știință au fost uimiți de puterea enormă pe care o are cuvântul. Și, de asemenea, un experiment incredibil al oamenilor de știință asupra influenței gândirii creative asupra cruzimii și violenței.
Cum au reușit să realizeze acest lucru?

Să începem în ordine. În 1949, cercetătorii Enrico Fermi, Ulam și Pasta au studiat sistemele neliniare - sisteme oscilatoare ale căror proprietăți depind de procesele care au loc în ele. Aceste sisteme s-au comportat neobișnuit într-o anumită stare.

Cercetările au arătat că sistemele au memorat condițiile de influență asupra lor, iar aceste informații au fost stocate în ele destul de mult timp. Un exemplu tipic este molecula de ADN, care stochează memoria informațională a corpului. Chiar și în acele vremuri, oamenii de știință se întrebau cum era posibil ca o moleculă neinteligentă, care nu posedă nici structuri cerebrale, nici sistem nervos, să aibă o memorie mai precisă decât orice computer modern. Mai târziu, oamenii de știință au descoperit solitoni misterioși.

Solitoni

Un soliton este o undă structurală stabilă găsită în sistemele neliniare. Surpriza oamenilor de știință nu a cunoscut limite. La urma urmei, aceste valuri se comportă ca niște ființe inteligente. Și abia după 40 de ani oamenii de știință au reușit să avanseze în această cercetare. Esența experimentului a fost următoarea: cu ajutorul unor instrumente specifice, oamenii de știință au reușit să urmărească calea acestor unde în lanțul ADN. În timp ce trecea prin lanț, valul a citit complet informațiile. Acest lucru poate fi comparat cu o persoană care citește o carte deschisă, doar de sute de ori mai precisă. Toți experimentatorii din timpul studiului au avut aceeași întrebare - de ce solitonii se comportă astfel și cine le dă o astfel de comandă?

Oamenii de știință și-au continuat cercetările la Institutul de Matematică al Academiei Ruse de Științe. Au încercat să influențeze solitonii cu vorbirea umană înregistrată pe un mediu de informare. Ceea ce au văzut oamenii de știință a depășit toate așteptările - sub influența cuvintelor, solitonii au prins viață. Cercetătorii au mers mai departe - au direcționat aceste valuri către boabele de grâu, care anterior fuseseră iradiate cu o asemenea doză de radiații radioactive, încât lanțurile ADN au fost rupte și au devenit neviabile. După expunere, semințele de grâu au încolțit. La microscop s-a observat refacerea ADN-ului distrus de radiații.

Se pare că cuvintele umane au reușit să reînvie o celulă moartă, adică. sub influența cuvintelor, solitonii au început să posede putere dătătoare de viață. Aceste rezultate au fost confirmate în mod repetat de cercetători din alte țări - Marea Britanie, Franța, America. Oamenii de știință au dezvoltat un program special în care vorbirea umană a fost transformată în vibrații și suprapusă undelor solitonice, iar apoi a influențat ADN-ul plantelor. Ca urmare, creșterea și calitatea plantelor s-au accelerat semnificativ. Au fost efectuate și experimente cu animale; după expunerea la acestea, s-a observat o îmbunătățire a tensiunii arteriale, pulsul s-a nivelat și indicatorii somatici s-au îmbunătățit.

Nici cercetările oamenilor de știință nu s-au oprit aici.

Împreună cu colegii de la institutele științifice din SUA și India, au fost efectuate experimente privind impactul gândirii umane asupra stării planetei. Experimentele au fost efectuate de mai multe ori, aceasta din urmă a implicat 60 și 100 de mii de oameni. Acesta este cu adevărat un număr mare de oameni. Regula principală și necesară pentru efectuarea experimentului a fost prezența gândurilor creative în oameni. Pentru a face acest lucru, oamenii s-au adunat în grupuri din proprie voință și și-au îndreptat gândurile pozitive către un anumit punct de pe planeta noastră. La acea vreme, capitala Irakului, Bagdad, a fost aleasă ca acest punct, unde aveau loc atunci bătălii sângeroase.

În timpul experimentului, luptele s-au oprit brusc și nu s-au reluat timp de câteva zile, iar în zilele experimentului, rata criminalității în oraș a scăzut brusc! Procesul de influență a gândirii creative a fost înregistrat de instrumente științifice care au înregistrat un flux puternic de energie pozitivă.

Oamenii de știință sunt încrezători că aceste experimente au dovedit materialitatea gândirii și sentimentelor umane și capacitatea lor incredibilă de a rezista răului, morții și violenței. Pentru a a enusa oară, mințile științifice, datorită gândurilor și aspirațiilor lor pure, confirmă științific adevărurile antice - gândurile umane pot crea și distruge.

SECȚIUNI TEMATICE:
| | | | | | | | |

Cu cât cunoștințele omenirii despre lumea din jurul nostru devin mai ample și mai profunde, cu atât mai clar ies în evidență insulele necunoscutului. Este exact ceea ce sunt solitonii - obiecte neobișnuite ale lumii fizice.

Unde se nasc solitonii?

Termenul solitoni în sine este tradus ca undă solitar. Ei într-adevăr se nasc din valuri și moștenesc unele dintre proprietățile lor. Cu toate acestea, în timpul procesului de propagare și ciocnire prezintă proprietăți ale particulelor. Prin urmare, denumirea acestor obiecte a fost luată în consonanță cu binecunoscutele concepte de electron și foton, care au o dualitate similară.

Un astfel de val solitar a fost observat pentru prima dată pe unul dintre canalele din Londra în 1834. A apărut în fața șlepului în mișcare și și-a continuat mișcarea rapidă după ce nava s-a oprit, menținându-și forma și energia pentru o lungă perioadă de timp.

Uneori, astfel de valuri care apar la suprafața apei ajung la 25 de metri înălțime. Născuți la suprafața oceanelor, ele provoacă pagube și moarte navelor maritime. Un astfel de zid de mare gigantic, ajungând la țărm, aruncă pe el mase uriașe de apă, provocând distrugeri colosale. Revenind în ocean, ia mii de vieți, clădiri și diverse obiecte.

Această imagine a distrugerii este tipică. Studiind motivele apariției lor, oamenii de știință au ajuns la concluzia că majoritatea erau într-adevăr de origine solitonică. Solonii de tsunami ar putea fi generați în oceanul deschis și pe vreme calmă și liniștită. Adică nu au fost generate deloc de alte dezastre naturale.

Matematicienii au creat o teorie care a făcut posibilă prezicerea condițiilor pentru apariția lor în diferite medii. Fizicienii au reprodus aceste condiții în laborator și au descoperit solitoni:

• în cristale;
• radiație laser cu undă scurtă;
• ghidaje de lumină cu fibre;
• alte galaxii;
• sistemul nervos al organismelor vii;
• și în atmosferele planetelor. Acest lucru a sugerat că Marea Pată Roșie de pe suprafața lui Jupiter este, de asemenea, de origine soliton.

Proprietăți uimitoare și semne ale solitonilor

Solitonurile au mai multe caracteristici care le deosebesc de undele obișnuite:

• se răspândesc pe distanțe mari, practic fără a-și modifica parametrii (amplitudine, frecvență, viteză, energie);
• undele solitonului trec unele prin altele fără distorsiuni, ca și cum particulele, nu undele, s-ar ciocni;
• cu cât „cocoașa” solitonului este mai mare, cu atât viteza acestuia este mai mare;
• aceste formațiuni neobișnuite sunt capabile să-și amintească informații despre natura impactului asupra lor.

Se pune întrebarea: cum pot moleculele obișnuite, care nu au structurile și sistemele necesare, să-și amintească informațiile? Mai mult, parametrii lor de memorie depășesc cele mai bune computere moderne.

Undele Soliton își au originea și în moleculele de ADN, care sunt capabile să rețină informații despre organism de-a lungul vieții! Folosind instrumente ultrasensibile, a fost posibilă urmărirea traseului solitonilor de-a lungul întregului lanț ADN. Se dovedește, valul citește informațiile stocate de-a lungul traseului său, similar cu modul în care o persoană citește o carte deschisă, dar acuratețea scanării undelor este de multe ori mai mare.

Cercetările au continuat la Academia Rusă de Științe. Oamenii de știință au efectuat un experiment neobișnuit, ale cărui rezultate au fost foarte neașteptate. Cercetătorii au influențat solitonii cu vorbirea umană. S-a dovedit că informațiile verbale înregistrate pe un mediu special au adus literalmente la viață solitonii.

O confirmare clară în acest sens au fost studiile efectuate cu boabe de grâu, iradiate anterior cu o doză monstruoasă de radioactivitate. Cu acest efect, lanțurile de ADN sunt distruse, iar semințele își pierd viabilitatea. Prin direcționarea solitonilor care „își aminteau” de vorbirea umană către boabele de grâu „morte”, a fost posibil să le restabilească viabilitatea, de exemplu. au încolțit. Studiile efectuate la microscop au arătat refacerea completă a lanțurilor de ADN distruse de radiații.

Perspective de aplicare

Manifestările solitonilor sunt extrem de diverse. Prin urmare, este foarte dificil să preziceți toate perspectivele pentru utilizarea lor.

Dar este deja evident că pe baza acestor sisteme va fi posibil să se creeze lasere și amplificatoare mai puternice, să le folosească în domeniul telecomunicațiilor pentru a transmite energie și informații și să le folosească în spectroscopie.

La transmiterea informațiilor prin fibre optice convenționale, este necesară amplificarea semnalului la fiecare 80-100 km. Utilizarea solitonilor optici face posibilă creșterea intervalului de transmisie a semnalului fără a distorsiona forma pulsului la 5-6 mii de kilometri.

Dar de unde vine energia pentru a susține semnale atât de puternice pe distanțe atât de mari rămâne un mister. Căutarea unui răspuns la această întrebare este încă înainte.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd

Marinarii știu de mult despre valuri unice de mare înălțime care distrug navele. Multă vreme s-a crezut că acest lucru se întâmplă doar în oceanul deschis. Cu toate acestea, datele recente indică faptul că în zonele de coastă pot apărea și valuri necinstite unice (până la 20-30 de metri înălțime) sau solitoni (din engleză solitar - „solitary”). Incidentul de la Birmingham Eram la aproximativ 100 de mile sud-vest de Durban în drum spre Cape Town. Croașătorul se mișca repede și aproape fără să se rostogolească, întâmpinând valuri moderate de vânt și vânt, când deodată am căzut într-o gaură și ne-am repezit spre valul următor, care s-a rostogolit prin primele turele de tun și s-a prăbușit pe podul căpitanului nostru deschis. Am fost doborât și la o altitudine de 10 metri deasupra nivelului mării m-am trezit într-un strat de apă de jumătate de metru. Nava a suferit o asemenea lovitură, încât mulți au decis că am fost torpilați. Căpitanul a redus imediat viteza, dar această precauție a fost în zadar, deoarece au fost restabilite condiții moderate de navigație și nu au mai fost întâlnite „găuri”. Acesta este un incident care s-a întâmplat noaptea cu o navă întunecată. a fost una dintre cele mai interesante de pe mare. Cred cu ușurință că o navă încărcată în astfel de circumstanțe s-ar putea scufunda.” Așa descrie un ofițer britanic de la crucișătorul Birmingham o întâlnire neașteptată cu un singur val catastrofal. Această poveste a avut loc în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, așa că reacția echipajului, care a decis că crucișătorul a fost torpilat, este de înțeles. Un incident similar cu vasul cu aburi Ouarita din 1909 nu s-a încheiat cu atâta succes. Acesta a transportat 211 pasageri și echipaj. Toți au murit. Astfel de valuri unice care apar brusc în ocean sunt, de fapt, numite valuri necinstite sau solitoni. S-ar părea că. orice furtună poate fi numită ucigaș... La urma urmei, într-adevăr, câte nave au pierit în timpul furtunii și piere acum? Câți marinari și-au găsit ultimul refugiu în adâncurile mării furioase? Și totuși sunt valuri. cele care apar ca urmare a furtunilor marine și chiar a uraganelor nu sunt numite „ucigași”. Se crede că o întâlnire cu un soliton este cel mai probabil în largul coastei de sud a Africii. Când rutele de transport maritim s-au schimbat datorită Canalului Suez și navele au încetat să navigheze în jurul Africii, numărul întâlnirilor cu valuri necinstite a scăzut. Cu toate acestea, după cel de-al Doilea Război Mondial, începând cu 1947, în aproximativ 12 ani, navele foarte mari, Bosfontein, au întâlnit solitoni. „Giasterkerk”, „Orinfontein” și „Jacherefontein”, fără a număra navele locale mai mici. În timpul războiului arabo-israelian, Canalul Suez a fost practic închis, iar traficul maritim în jurul Africii a devenit din nou intens. Supertancul World Glory, cu o deplasare de peste 28 de mii de tone, a murit ca urmare a întâlnirii unui val necinstit în iunie 1968. Cisterna a primit o avertizare de furtună, iar la apropierea furtunii totul s-a desfășurat conform instrucțiunilor. Nu s-a prevăzut nimic rău. Dar printre valurile obișnuite de vânt, care nu reprezentau un pericol grav. deodată a apărut un val imens de aproximativ 20 de metri înălțime cu un front foarte abrupt. Ea ridică tancul astfel încât mijlocul acestuia să se sprijine pe val, iar prora și pupa erau în aer. Cisterna a fost încărcată cu țiței și s-a rupt în jumătate sub propria greutate. Aceste jumătăți au rămas plutitoare pentru ceva timp, dar după patru ore tancul s-a scufundat pe fund. Adevărat, majoritatea echipajului au fost salvați. În anii 70, „atacurile” cu valuri necinstite asupra navelor au continuat. În august 1973, nava Neptune Sapphire, care naviga din Europa către Japonia, la 15 mile de Capul Hermis, cu un vânt de aproximativ 20 de metri pe secundă, a experimentat o lovitură neașteptată de la un singur val venit de nicăieri. Impactul a fost atât de puternic încât prova navei, lungă de aproximativ 60 de metri, s-a desprins din carenă! Nava „Neptune Sapphire” a avut cel mai avansat design pentru acei ani. Cu toate acestea, întâlnirea cu valul necinstiți s-a dovedit a fi fatală pentru el. Au fost descrise destul de multe cazuri similare. Desigur, lista cumplită a dezastrelor include nu numai nave mari pe care există posibilități de salvare a echipajului. O întâlnire cu valuri necinstite pentru nave mici se termină cel mai adesea mult mai tragic. Astfel de nave nu numai că suferă o lovitură gravă. capabile să le distrugă, dar pe un front abrupt, valurile se pot răsturna cu ușurință. Acest lucru se întâmplă atât de repede încât este imposibil să te bazezi pe mântuire. Acesta nu este un tsunami. Ce sunt acestea - valuri necinstite? Primul gând care vine în minte unui cititor informat este un tsunami. După „raidul” catastrofal al undelor gravitaționale pe coasta de sud-est a Asiei, mulți își imaginează un tsunami ca un zid de apă ciudat cu un front abrupt, care se prăbușește pe țărm și spălează case și oameni. Într-adevăr, tsunami-urile sunt capabile de multe lucruri. După apariția acestui val în apropierea Insulelor Kurile de nord, hidrografii, studiind consecințele, au descoperit o barcă de dimensiuni decente, aruncată peste dealurile de coastă în interiorul insulei. Adică, energia tsunami-ului este pur și simplu uimitoare. Cu toate acestea, toate acestea se aplică tsunami-urilor care „atacă” țărmul. Tradus în rusă, termenul „tsunami” înseamnă „val mare în port”. Este foarte greu de detectat în oceanul deschis. Acolo, înălțimea acestui val nu depășește de obicei un metru, iar dimensiunile medii, tipice, sunt de zeci de centimetri. Și panta este extrem de mică, deoarece la o astfel de înălțime lungimea sa este de câțiva kilometri. Deci, detectarea unui tsunami pe fundalul valurilor de vânt sau al umflăturii este aproape imposibilă. De ce devin tsunami-urile atât de terifiante când „atacă” țărmul? Cert este că acest val, datorită lungimii sale mari, pune apa în mișcare pe toată adâncimea oceanului. Și când, pe măsură ce se răspândește, ajunge în zone relativ puțin adânci, toată această masă colosală de apă se ridică din adâncuri. Așa se face că un val „inofensiv” în oceanul deschis devine distructiv pe coastă. Deci valurile necinstite nu sunt un tsunami. De fapt, solitonii sunt un fenomen extraordinar și puțin studiat. Se numesc valuri, deși în realitate sunt altceva. Pentru apariția solitonilor, desigur, este necesar un impuls inițial, impact, altfel de unde va veni energia, dar nu numai. Spre deosebire de undele obișnuite, solitonii se propagă pe distanțe lungi cu o disipare de energie foarte mică. Acesta este un mister care încă așteaptă explorat. Solitonii practic nu interacționează între ei. De regulă, se răspândesc cu viteze diferite. Desigur, se poate întâmpla ca un soliton să ajungă din urmă pe altul și apoi să fie rezumați în înălțime, dar apoi se împrăștie în continuare pe propriile căi. Desigur, adăugarea de solitoni este un eveniment rar. Dar există un alt motiv pentru creșterea lor bruscă a abruptului și înălțimii. Acest motiv sunt marginile subacvatice prin care „fuge” solitonul. În același timp, energia este reflectată în partea subacvatică, iar valul, așa cum spunea, „se împroșcă” în sus. O situație similară a fost studiată folosind modele fizice de către un grup științific internațional. Pe baza acestor studii, pot fi dezvoltate rute de nave mai sigure. Dar există încă mult mai multe mistere decât trăsături studiate, iar misterul valurilor necinstite îi așteaptă încă pe cercetătorii săi. Solitonii sunt deosebit de misterioși în apele mării, pe așa-numitul „strat de salt de densitate”. Acești solitoni pot duce (sau au dus deja) la dezastre submarine.