Solitons sú vražedné vlny. rázové vlny. Osamelé vlny Uzavreté solitóny

Po tridsiatich rokoch hľadania boli nájdené nelineárne diferenciálne rovnice s trojrozmernými solitonovými riešeniami. Kľúčovou myšlienkou bola „komplexizácia“ času, ktorá môže nájsť ďalšie uplatnenie v teoretickej fyzike.

Pri štúdiu akéhokoľvek fyzikálneho systému začína najskôr fáza „počiatočného hromadenia“ experimentálnych údajov a ich porozumenie. Potom sa štafeta odovzdáva teoretickej fyzike. Úlohou teoretického fyzika je na základe nahromadených údajov odvodiť a vyriešiť matematické rovnice pre tento systém. A ak prvý krok spravidla nepredstavuje konkrétny problém, potom druhý - presné riešenie výsledných rovníc sa často ukazuje ako neporovnateľne ťažšia úloha.

Náhodou je popísaný časový vývoj mnohých zaujímavých fyzikálnych systémov nelineárne diferenciálne rovnice: také rovnice, pre ktoré princíp superpozície nefunguje. To okamžite pripravuje teoretikov o možnosť používať mnohé štandardné techniky (napríklad kombinovať riešenia, rozširovať ich do série) a v dôsledku toho musí byť pre každú takúto rovnicu vynájdená úplne nová metóda riešenia. Ale v tých zriedkavých prípadoch, keď sa nájde takáto integrovateľná rovnica a metóda na jej riešenie, nie je vyriešený len pôvodný problém, ale aj množstvo súvisiacich matematických problémov. Preto teoretickí fyzici niekedy, obetujúc „prirodzenú logiku“ vedy, najprv hľadajú takéto integrovateľné rovnice a až potom sa snažia nájsť pre ne uplatnenie v rôznych oblastiach teoretickej fyziky.

Jednou z najpozoruhodnejších vlastností takýchto rovníc sú riešenia vo forme solitónov- priestorovo ohraničené "kúsky poľa", ktoré sa časom pohybujú a bez skreslenia do seba narážajú. Keďže sú solitóny obmedzené v priestore a nedeliteľné „zhluky“, môžu poskytnúť jednoduchý a pohodlný matematický model mnohých fyzických objektov. (Viac informácií o solitónoch nájdete v populárnom článku N. A. Kudryashova Nelineárne vlny a solitony // SOZH, 1997, č. 2, s. 85-91 a v knihe A. T. Filippova Many Faced Soliton.)

Žiaľ, iné druhov je známych veľmi málo solitónov (pozri galériu portrétov solitonov) a všetky nie sú veľmi vhodné na popis objektov v trojrozmerný priestor.

Napríklad obyčajné solitóny (ktoré sa vyskytujú v Korteweg-de Vriesovej rovnici) sú lokalizované len v jednej dimenzii. Ak je takýto soliton „spustený“ v trojrozmernom svete, bude vyzerať ako nekonečná plochá membrána letiaca dopredu. V prírode sa však takéto nekonečné membrány nepozorujú, čo znamená, že pôvodná rovnica nie je vhodná na popis trojrozmerných objektov.

Nie je to tak dávno, čo sa našli solitónom podobné riešenia (napríklad dromiony) zložitejších rovníc, ktoré sú už lokalizované v dvoch dimenziách. Ale aj v trojrozmernej forme sú to nekonečne dlhé valce, to znamená, že nie sú príliš fyzické. Tie skutočné trojrozmerný Solitóny sa ešte nenašli, a to z jednoduchého dôvodu, že rovnice, ktoré by ich mohli vytvoriť, neboli známe.

Nedávno sa situácia dramaticky zmenila. Cambridgeskému matematikovi A. Focasovi, autorovi nedávnej publikácie A. S. Focas, Physical Review Letters 96, 190201 (19. mája 2006), sa v tejto oblasti matematickej fyziky podarilo urobiť významný krok vpred. Jeho krátky trojstranový článok obsahuje dva objavy naraz. Najprv našiel nový spôsob, ako odvodiť integrovateľné rovnice pre viacrozmerný priestor a po druhé, dokázal, že tieto rovnice majú viacrozmerné solitónové riešenia.

Oba tieto úspechy umožnil autor odvážnym krokom. Zobral už známe integrovateľné rovnice v dvojrozmernom priestore a pokúsil sa považovať čas a súradnice za komplexný, nie skutočné čísla. V tomto prípade bola automaticky získaná nová rovnica pre štvorrozmerný priestor a dvojrozmerný čas. Ako ďalší krok uvalil netriviálne podmienky na závislosť riešení od súradníc a „časov“ a rovnice začali opisovať trojrozmerný situácia, ktorá závisí od jedného času.

Je zaujímavé, že taká „rúhačská“ operácia, akou je prechod na dvojrozmerný čas a pridelenie nového časového o os, veľmi nenarušil vlastnosti rovnice. Stále zostávajú integrovateľné a autor dokázal, že medzi ich riešeniami sú veľmi žiadané trojrozmerné solitóny. Teraz zostáva na vedcoch, aby zapísali tieto solitóny vo forme explicitných vzorcov a študovali ich vlastnosti.

Autor vyjadruje presvedčenie, že užitočnosť ním vyvinutej metódy „komplexovania“ času sa v žiadnom prípade neobmedzuje na tie rovnice, ktoré už analyzoval. Vymenúva celý rad situácií v matematickej fyzike, v ktorých môže jeho prístup priniesť nové výsledky, a povzbudzuje kolegov, aby sa ho pokúsili aplikovať na najrozmanitejšie oblasti modernej teoretickej fyziky.

anotácia. Správa je venovaná možnostiam solitónového prístupu v supramolekulárnej biológii, predovšetkým na modelovanie širokej triedy prirodzených vlnových a oscilačných pohybov v živých organizmoch. Autor identifikoval mnoho príkladov existencie solitónových supramolekulových procesov ("biosolitónov") v pohybových, metabolických a iných fenoménoch dynamickej biomorfológie na rôznych líniách a úrovniach biologickej evolúcie. Biosolitóny sú chápané predovšetkým ako charakteristické jednohrbové (unipolárne) lokálne deformácie pohybujúce sa po biotelese pri zachovaní ich tvaru a rýchlosti.

Solitóny, niekedy nazývané „vlnové atómy“, sú obdarené vlastnosťami, ktoré sú z klasického (lineárneho) hľadiska nezvyčajné. Sú schopní aktov sebaorganizácie a sebarozvoja: sebalokalizácia; zachytávanie energie; reprodukcia a smrť; formovanie súborov s pulzujúcou a inou dynamikou. Solitóny boli známe v plazme, tekutých a pevných kryštáloch, klasických kvapalinách, nelineárnych mriežkach, magnetických a iných polydoménych médiách atď. Objav biosolitónov naznačuje, že vďaka svojej mechanochémii je živá hmota solitónovým médiom s rôznym fyziologickým využitím solitónových mechanizmov. . Výskumný hon v biológii je možný pre nové typy solitónov – dýchače, voblery, pulzóny atď., ktoré odvodili matematici na „špičke pera“ a až potom objavili fyzici v prírode. Správa je založená na monografiách: S.V. Petukhov „Biosolitons. Základy biológie solitonov“, 1999; S.V. Petukhov "Biperiodická tabuľka genetického kódu a počet protónov", 2001.

Solitóny sú dôležitým objektom modernej fyziky. Intenzívny rozvoj ich teórie a aplikácií sa začal po tom, čo v roku 1955 publikovali Fermi, Pasta a Ulam prácu o počítačovom výpočte kmitov v jednoduchom nelineárnom systéme z reťazca závaží spojených nelineárnymi pružinami. Čoskoro boli vyvinuté potrebné matematické metódy na riešenie solitonových rovníc, čo sú nelineárne parciálne diferenciálne rovnice. Solitóny, niekedy nazývané „vlnové atómy“, majú vlastnosti vĺn a častíc súčasne, ale nie sú v plnom zmysle jedným alebo druhým, ale predstavujú nový predmet matematickej prírodnej vedy. Sú obdarené vlastnosťami, ktoré sú z klasického (lineárneho) hľadiska nezvyčajné. Solitóny sú schopné sebaorganizácie a sebarozvoja: sebalokalizácia; zachytávanie energie prichádzajúcej zvonku do média „solitónu“; reprodukcia a smrť; formovanie súborov s netriviálnou morfológiou a dynamikou pulzujúceho a iného charakteru; samokomplikácia týchto súborov, keď do média vstúpi dodatočná energia; prekonanie sklonu k neporiadku v solitonových médiách, ktoré ich obsahujú; atď. Možno ich interpretovať ako špecifickú formu organizácie fyzickej energie v hmote, a preto možno hovoriť o „energii solitona“ analogicky so známymi výrazmi „vlnová energia“ alebo „vibračná energia“. Solitóny sú realizované ako stavy špeciálnych nelineárnych médií (systémov) a majú zásadné rozdiely od bežných vĺn. Najmä solitóny sú často stabilné samozachytené zhluky energie s charakteristickým tvarom jednohrotovej vlny pohybujúcej sa rovnakým tvarom a rýchlosťou bez rozptýlenia svojej energie. Solitóny sú schopné nedeštruktívnych zrážok, t.j. schopné prejsť cez seba pri stretnutí bez toho, aby porušili svoj tvar. Majú množstvo aplikácií v strojárstve.

Osamelý sa zvyčajne chápe ako osamelý vlnovitý objekt (lokalizované riešenie nelineárnej parciálnej diferenciálnej rovnice patriacej do určitej triedy solitonových rovníc), ktorý je schopný existovať bez straty svojej energie a pri interakcii s inými lokálnymi poruchami , vždy obnoví pôvodnú podobu, t.j. schopné nedeštruktívnych zrážok. Ako je známe, solitónové rovnice „vznikajú najprirodzenejším spôsobom pri štúdiu slabo nelineárnych disperzných systémov rôznych typov na rôznych priestorových a časových mierkach. Ukazuje sa, že univerzálnosť týchto rovníc je taká nápadná, že mnohí v nich mali tendenciu vidieť niečo magické... Ale nie je to tak: disperzné, slabo tlmené alebo netlmené nelineárne systémy sa správajú rovnako, bez ohľadu na to, či sa s nimi v popise stretneme. plazmy, klasických kvapalín, laserov alebo nelineárnych mriežok“. V súlade s tým sú solitóny známe v plazme, kvapalných a pevných kryštáloch, klasických kvapalinách, nelineárnych mriežkach, magnetických a iných polydoménových médiách atď. malé disipatívne členy do rovníc solitonov).

Treba poznamenať, že živá hmota je preniknutá mnohými nelineárnymi mriežkami: od molekulárnych polymérnych sietí po supramolekulárne cytoskelety a organickú matricu. Preskupenia týchto mriežok majú veľký biologický význam a môžu sa správať podobne ako solitón. Okrem toho sú solitóny známe ako formy pohybu frontov fázového preskupenia, napríklad v tekutých kryštáloch (pozri napríklad ). Keďže mnohé systémy živých organizmov (vrátane systémov tekutých kryštálov) existujú na hranici fázových prechodov, je prirodzené predpokladať, že čelá ich fázových preskupení v organizmoch sa budú často pohybovať v solitónovej forme.

Dokonca aj objaviteľ solitónov Scott Russell v minulom storočí experimentálne ukázal, že solitón funguje ako koncentrátor, pasca a prenášač energie a hmoty, schopný nedeštruktívnych zrážok s inými solitónmi a lokálnych porúch. Je zrejmé, že tieto vlastnosti solitonov môžu byť prospešné pre živé organizmy, a preto môžu byť mechanizmy biosolitónov špeciálne kultivované vo voľnej prírode mechanizmami prirodzeného výberu. Tu sú niektoré z týchto výhod:

• - 1) spontánne zachytávanie energie, hmoty a pod., ako aj ich spontánna lokálna koncentrácia (sebalokalizácia) a opatrný, bezstratový transport v dávkovanej forme vo vnútri tela;
• - 2) jednoduchosť riadenia tokov energie, hmoty atď. (keď sú organizované v solitonovej forme) v dôsledku možného lokálneho prepínania charakteristík nelinearity biomédia zo solitonu na nesoliton typ nelinearity a naopak;
• - 3) decoupling pre mnohé z tých súčasne a na jednom mieste vyskytujúcich sa v tele, t.j. prelínajúce sa procesy (pohybové, prekrvené, metabolické, rastové, morfogenetické a pod.), ktoré si vyžadujú relatívnu nezávislosť ich priebehu. Toto oddelenie môže byť zabezpečené práve schopnosťou solitónov nedeštruktívnym zrážkam.

Naša štúdia supramolekulárnych kooperatívnych procesov v živých organizmoch zo solitónového hľadiska po prvýkrát odhalila prítomnosť mnohých makroskopických solitónových procesov. Predmetom štúdia boli predovšetkým priamo pozorované pohybové a iné biologické pohyby, ktorých vysokú energetickú účinnosť biológovia dlho predpokladali. V prvej fáze štúdie sme zistili, že v mnohých živých organizmoch majú biologické makropohyby často solitónový vzhľad charakteristickej jednohrbovej lokálnej deformačnej vlny, ktorá sa pohybuje pozdĺž živého tela so zachovaním jeho tvaru a rýchlosti a niekedy demonštruje schopnosť nedeštruktívnych zrážok. Tieto „biosolitóny“ sa realizujú na rôznych vetvách a úrovniach biologickej evolúcie v organizmoch, ktoré sa veľkosťou líšia o niekoľko rádov.

Správa uvádza množstvo príkladov takýchto biosolitónov. Konkrétne sa uvažuje o príklade plazenia slimáka Helix, ku ktorému dochádza v dôsledku prechodu jednohrbej zvlnenej deformácie pozdĺž jeho tela pri zachovaní jeho tvaru a rýchlosti. Podrobné registrácie tohto druhu biologického pohybu sú prevzaté z knihy. V jednom variante plazenia (s jednou „chôdzou“) slimák realizuje lokálne deformácie naťahovania, ktoré prebiehajú pozdĺž nosnej plochy jeho tela spredu dozadu. V inom, pomalšom variante plazenia, dochádza k lokálnym kompresným deformáciám pozdĺž toho istého povrchu tela v opačnom smere od chvosta k hlave. Oba tieto typy solitonových deformácií - priame a retrográdne - sa môžu vyskytnúť v slimáku súčasne s čelnými zrážkami medzi nimi. Zdôrazňujeme, že ich zrážka je nedeštruktívna, čo je pre solitóny charakteristické. Inými slovami, po zrážke si zachovávajú svoj tvar a rýchlosť, teda svoju individualitu: „prítomnosť veľkých retrográdnych vĺn neovplyvňuje šírenie normálnych a oveľa kratších priamych vĺn; oba typy vĺn sa šíria bez akejkoľvek známky vzájomného rušenia. Tento biologický fakt je známy už od začiatku storočia, hoci ho výskumníci nikdy pred nami nespájali so solitónmi.

Ako zdôraznil Gray a ďalší klasici štúdia lokomócie (priestorových pohybov v organizmoch), ide o vysoko energeticky efektívne procesy. To je nevyhnutné pre životne dôležité zabezpečenie schopnosti tela pohybovať sa bez únavy na veľké vzdialenosti pri hľadaní potravy, úniku pred nebezpečenstvom atď. (organizmy sú vo všeobecnosti mimoriadne opatrné s energiou, ktorú vôbec nie je ľahké skladovať). U slimáka teda dochádza k solitónovej lokálnej deformácii tela, v dôsledku ktorej sa jeho telo pohybuje v priestore, iba v zóne oddelenia tela od nosnej plochy. A celá časť tela v kontakte s podperou je nedeformovaná a spočíva vo vzťahu k podpere. V súlade s tým, počas celej doby solitónovej deformácie, ktorá preteká telom kochley, takáto vlnová lokomócia (alebo proces prenosu hmoty) nevyžaduje náklady na energiu na prekonanie trecích síl kochley proti podložke. v tomto smere najhospodárnejší. Samozrejme, dá sa predpokladať, že časť energie pri lokomócii sa ešte rozptýli do vzájomného trenia tkanív vo vnútri tela slimáka. Ale ak je táto pohybová vlna solitónová, potom zabezpečuje aj minimalizáciu strát trením vo vnútri tela. (Pokiaľ je nám známe, problematika strát energie v dôsledku vnútrotelového trenia počas lokomócie nebola dostatočne experimentálne preskúmaná, je však nepravdepodobné, že by telo premeškalo príležitosť na ich minimalizáciu). Pri uvažovanej organizácii pohybu sa všetky (alebo takmer všetky) energetické náklady na to znížia na náklady počiatočného vytvorenia každej takejto solitónovej lokálnej deformácie. Práve fyzika solitónov poskytuje mimoriadne energeticky efektívne možnosti nakladania s energiou. A jeho využitie živými organizmami vyzerá prirodzene, najmä preto, že okolitý svet je nasýtený solitónovými médiami a solitónmi.

Treba poznamenať, že prinajmenšom od začiatku storočia výskumníci predstavovali vlnovú lokomóciu ako druh prenosového procesu. Prirodzenou fyzikálnou analógiou takéhoto reléového procesu v dobe „presolitovej fyziky“ bol proces spaľovania, pri ktorom sa lokálna telesná deformácia prenášala z bodu do bodu ako vznietenie. Táto myšlienka procesov rozptylu relé typu spaľovania, teraz nazývaných autowave, bola v tom čase najlepšia a mnohým sa už dlho stala známou. Samotná fyzika však nezostala stáť. V posledných desaťročiach vyvinula myšlienku solitonov ako nového typu nedisipatívnych reléových procesov vyššej energetickej účinnosti s paradoxnými vlastnosťami, ktoré boli predtým nemysliteľné, čo poskytuje základ pre novú triedu nelineárnych modelov reléových procesov.

Jedna z dôležitých výhod solitonového prístupu oproti tradičnému autovlnovému prístupu pri modelovaní procesov v živom organizme je určená schopnosťou solitónov nedeštruktívnym zrážkam. Autovlny (opisujúce napríklad pohyb horiacej zóny pozdĺž horiacej šnúry) sa totiž vyznačujú tým, že za nimi zostáva zóna nevzrušiteľnosti (spálená šnúra), a preto dve autovlny prestanú existovať, keď narážajú do seba a nedokážu sa pohybovať po už „vyhorenom“ mieste.“ V oblastiach živého organizmu však súčasne prebiehajú mnohé biomechanické procesy - pohybové, prekrvenie, metabolické, rastové, morfogenetické atď., a preto pri ich modelovaní autovlnami stojí teoretik pred nasledujúcim problémom vzájomnej deštrukcie autovln: . Jeden proces autovln, ktorý sa pohybuje cez uvažovanú oblasť tela v dôsledku neustáleho spaľovania energetických zásob na ňom, spôsobuje, že toto médium je po určitú dobu nebuditeľné pre iné automatické vlny, kým sa v tejto oblasti neobnovia energetické zásoby pre ich existenciu. V živej hmote je tento problém obzvlášť aktuálny aj preto, že typy energeticko-chemických zásob v nej sú vysoko unifikované (organizmy majú univerzálnu energetickú menu - ATP). Preto je ťažké uveriť, že skutočnosť súčasnej existencie mnohých procesov v jednej oblasti v tele je zabezpečená tým, že každý autovlnový proces v tele sa pohybuje spaľovaním svojho špecifického typu energie bez toho, aby spaľoval energiu pre ostatných. . Pri solitónových modeloch tento problém vzájomnej anihilácie biomechanických procesov, ktoré sa zrážajú na jednom mieste, v zásade neexistuje, keďže solitóny vďaka svojej schopnosti nedeštruktívnych zrážok pokojne prechádzajú cez seba a ich počet môže byť v jednej oblasti ľubovoľne veľký. zároveň. Podľa našich údajov má solitónová sine-Gordonova rovnica a jej zovšeobecnenia osobitný význam pre modelovanie biosolitových javov živej hmoty.

Ako je známe, solitóny v polydoménových médiách (magnety, feroelektriká, supravodiče atď.) pôsobia ako medzidoménové steny. V živej hmote zohráva fenomén polydomény významnú úlohu v morfogenetických procesoch. Rovnako ako v iných polydoménových médiách, aj v polydoménových biologických médiách je spojená s klasickým Landau-Lifshitzovým princípom minimalizácie energie v médiu. V týchto prípadoch sa solitónové medzidoménové steny ukazujú ako miesta so zvýšenou koncentráciou energie, v ktorých biochemické reakcie často prebiehajú obzvlášť aktívne.

Schopnosť solitónov hrať úlohu vlakov prepravujúcich časti hmoty na správne miesto v solitónovom médiu (organizme) podľa zákonov nelineárnej dynamiky si tiež zasluhuje všetku pozornosť v súvislosti s bioevolučnými a fyziologickými problémami. Dodajme, že fyzikálna energia biosolitu je schopná harmonicky koexistovať v živom organizme so známymi chemickými druhmi svojej energie. Vývoj konceptu biosolitónov umožňuje najmä otvoriť výskumný „hon“ v biológii na analógy rôznych typov solitónov - dýchacie prístroje, woblery, pulzóny atď., odvodené matematikmi „na špičke pera. “ pri analýze solitónových rovníc a potom objavený fyzikmi v prírode. Mnohé oscilačné a vlnové fyziologické procesy môžu nakoniec získať pre svoj opis zmysluplné solitónové modely spojené s nelineárnou solitónovou povahou biopolymérnej živej látky.

Napríklad sa to týka základných fyziologických pohybov živej biopolymérnej látky, ako je tlkot srdca atď. Pripomeňme, že v ľudskom embryu vo veku troch týždňov, keď má rast len ​​štyri milimetre, je srdce na prvom mieste v pohybe. Začiatok srdcovej činnosti je spôsobený niektorými vnútornými energetickými mechanizmami, pretože v tomto čase srdce ešte nemá žiadne nervové spojenia na riadenie týchto kontrakcií a začne sa sťahovať, keď ešte nie je možné pumpovať krv. V tomto bode je samotné embryo v podstate kúskom polymérneho hlienu, v ktorom sa vnútorná energia samoorganizuje do energeticky efektívnych pulzácií. To isté možno povedať o výskyte srdcových tepien vo vajciach a vajciach zvierat, kde je prísun energie zvonku minimalizovaný existenciou škrupiny a iných izolačných obalov. Podobné formy energetickej samoorganizácie a sebalokalizácie sú známe v polymérnych médiách, vrátane médií nebiologického typu, a podľa moderných koncepcií majú solitónový charakter, pretože solitóny sú energeticky najúčinnejšie (ne disipatívne alebo nízkodisipatívne) samoorganizujúce sa štruktúry pulzujúceho a iného charakteru. Solitóny sa realizujú v rôznych prírodných prostrediach obklopujúcich živé organizmy: pevné a tekuté kryštály, klasické kvapaliny, magnety, mriežkové štruktúry, plazma atď. Evolúcia živej hmoty s jej mechanizmami prirodzeného výberu neprešla jedinečnými vlastnosťami solitónov a ich súbory.

Majú tieto materiály niečo spoločné so synergiou? Áno, určite. Ako je definované v Hagenovej monografii /6, str.4/, „v rámci synergetiky sa študuje také spoločné pôsobenie jednotlivých častí akéhokoľvek neusporiadaného systému, v dôsledku ktorého dochádza k samoorganizácii - makroskopickému priestorovému, časovému alebo priestorovému -vznikajú časové štruktúry, ktoré sa považujú za deterministické a stochastické procesy. Existuje mnoho typov nelineárnych procesov a systémov, ktoré sa študujú v rámci synergetiky. Kurdyumov a Knyazeva /7, s. 15/, ktorí uvádzajú množstvo týchto typov, konkrétne poznamenávajú, že jedným z najdôležitejších a najintenzívnejšie skúmaných sú solitóny. V posledných rokoch vychádza medzinárodný časopis Chaos, Solitons & Fractals. Solitóny, pozorované v rôznych prírodných médiách, sú názorným príkladom nelineárneho kooperatívneho správania mnohých prvkov systému, ktoré vedie k vytvoreniu špecifických priestorových, časových a časopriestorových štruktúr. Najznámejším, aj keď zďaleka nie jediným typom takýchto solitónových štruktúr je vyššie opísaná samolokalizujúca, tvarovo stabilná, jednohrbová lokálna deformácia média, ktoré sa pohybuje konštantnou rýchlosťou. Solitóny sa aktívne používajú a študujú v modernej fyzike. Od roku 1973, počnúc prácami Davydova /8/, sa solitóny používajú aj v biológii na modelovanie molekulárno-biologických procesov. V súčasnosti existuje po celom svete množstvo publikácií o využití takýchto „molekulárnych solitónov“ v molekulárnej biológii, najmä na pochopenie procesov v proteínoch a DNA. Naše práce /3, 9/ boli prvými publikáciami vo svetovej literatúre na tému „supramolekulárnych solitónov“ v biologických javoch nadmolekulárnej úrovne. Zdôrazňujeme, že existencia molekulárnych biosolitónov (ktorá sa podľa mnohých autorov ešte musí dokázať) v žiadnom prípade neznamená existenciu solitónov v kooperatívnych biologických supramolekulárnych procesoch, ktoré spájajú nespočetné množstvo molekúl.

LITERATÚRA:

1. Dodd R. a kol., Solitóny a nelineárne vlnové rovnice. M., 1988, 694 s.
2. Kamenský V.G. ZhETF, 1984, zväzok 87, vydanie. 4(10), str. 1262-1277.
3. Petukhov S.V. Biosolitóny. Základy biológie solitonov. - M., 1999, 288 s.
4. Grey J. Pohyb zvierat. Londýn, 1968.
5. Petukhov S.V. Biperiodická tabuľka genetického kódu a počet protónov. - M., 2001, 258 s.
6. Hagen G. Synergetika. - M., Mir, 1980, 404 s.
7. Knyazeva E.N., Kurdyumov S.P. Zákony evolúcie a samoorganizácie zložitých systémov. - M., Nauka, 1994, 220 s.
8. Davydov A.S. Solitons v biológii. - Kyjev, Naukova Dumka, 1979.
9. Petukhov S.V. Solitóny v biomechanike. Uložené vo VINITI RAS 12. februára 1999, č. 471-B99. (Index VINITI "Uložené vedecké práce", č. 4 za rok 1999)

Zhrnutie . Správa pojednáva o možnostiach, ktoré otvára solitonický prístup k supramolekulárnej biológii, predovšetkým pre modelovanie širokej triedy prirodzených pohybov vĺn v živých organizmoch. Výsledky autorovho výskumu dokazujú existenciu solitónových supramolekulových procesov v pohybových, metabolických a iných prejavoch dynamickej biomorfológie na širokej škále odvetví a úrovní biologickej evolúcie.

Solitóny, niekedy nazývané „vlnové atómy“, majú z klasického (lineárneho) hľadiska nezvyčajné vlastnosti. Majú schopnosť samoorganizácie: auto-lokalizácie; zachytávanie energie; vznik súborov s dynamikou pulzujúceho a iného charakteru. Solitóny boli známe v plazme, tekutých a pevných kryštáloch, klasických kvapalinách, nelineárnych mriežkach, magnetických a iných polydoménych látkach atď. Odhalenie biosolitónov poukazuje na to, že biologická mechanochémia vytvára živú hmotu ako solitonické prostredie s možnosťami rôzneho fyziologického využitia solitonických mechanizmov. Správa je založená na knihách: S.V. Petoukhov "Biosolitons. Základy solitonickej biológie“, Moskva, 1999 (v ruštine).

Petukhov S.V., Solitons v kooperatívnych biologických procesoch supramolekulárnej úrovne // "Akadémia trinitárstva", M., El No. 77-6567, publ. 13240, 21.04.2006

Vedcom sa podarilo dokázať, že slová dokážu oživiť mŕtve bunky! Vedci počas výskumu žasli nad obrovskou silou slova. Rovnako ako nepredstaviteľný experiment vedcov o vplyve kreatívneho myslenia na krutosť a násilie.
Ako sa im to podarilo dosiahnuť?

Začnime pekne po poriadku. V roku 1949 výskumníci Enrico Fermi, Ulam a Pasta študovali nelineárne systémy - oscilačné systémy, ktorých vlastnosti závisia od procesov, ktoré sa v nich vyskytujú. Tieto systémy sa za určitého stavu správali nezvyčajne.

Štúdie ukázali, že systémy si zapamätali podmienky vplyvu na ne a tieto informácie sa v nich uchovávali pomerne dlho. Typickým príkladom je molekula DNA, ktorá uchováva informačnú pamäť organizmu. V tých časoch si vedci kládli otázku, ako je možné, že neinteligentná molekula, ktorá nemá mozgové štruktúry ani nervový systém, môže mať pamäť, ktorá presnosťou prevyšuje akýkoľvek moderný počítač. Neskôr vedci objavili záhadné solitóny.

solitónov

Solitón je štrukturálna stabilná vlna nachádzajúca sa v nelineárnych systémoch. Prekvapenie vedcov nepoznalo hraníc. Koniec koncov, tieto vlny sa správajú ako inteligentné bytosti. A až po 40 rokoch sa vedcom podarilo v týchto štúdiách pokročiť. Podstata experimentu bola nasledovná – pomocou špecifických zariadení sa vedcom podarilo vystopovať dráhu týchto vĺn v reťazci DNA. Prejdením reťaze vlna úplne prečítala informácie. Dá sa to prirovnať k človeku, ktorý číta otvorenú knihu, len stokrát presnejšie. Všetci experimentátori počas štúdie mali rovnakú otázku - prečo sa solitóny správajú takto a kto im dáva taký príkaz?

Vedci pokračovali vo výskume v Matematickom ústave Ruskej akadémie vied. Snažili sa ovplyvňovať solitonov ľudskou rečou zaznamenanou na nosiči informácií. To, čo vedci videli, prekonalo všetky očakávania – pod vplyvom slov solitóny ožili. Vedci zašli ďalej – tieto vlny poslali do pšeničných zŕn, ktoré boli predtým ožiarené takou dávkou rádioaktívneho žiarenia, pri ktorom sa trhajú reťazce DNA a tie sa stávajú neživotaschopnými. Po expozícii semená pšenice vyklíčili. Pod mikroskopom bolo pozorované obnovenie DNA zničenej žiarením.

Ukazuje sa, že ľudské slová dokázali oživiť mŕtvu bunku, t.j. pod vplyvom slov solitony začali mať životodarnú silu. Tieto výsledky boli opakovane potvrdené výskumníkmi z iných krajín - Veľkej Británie, Francúzska, Ameriky. Vedci vyvinuli špeciálny program, v ktorom sa ľudská reč transformovala na vibrácie a superponovala na solitónové vlny a následne ovplyvnila DNA rastlín. V dôsledku toho sa výrazne urýchlil rast a kvalita rastlín. Pokusy sa robili aj na zvieratách, po ich vystavení sa pozorovalo zlepšenie krvného tlaku, vyrovnal sa pulz, zlepšili sa somatické ukazovatele.

Výskumní vedci sa tam nezastavili

Spolu s kolegami z vedeckých ústavov v USA a Indii sa uskutočnili experimenty o vplyve ľudského myslenia na stav planéty. Experimenty sa uskutočňovali viac ako raz, na druhom bolo 60 a 100 tisíc ľudí. Toto je skutočne obrovské množstvo ľudí. Hlavným a nevyhnutným pravidlom pre realizáciu experimentu bola prítomnosť tvorivej myšlienky v ľuďoch. Aby to urobili, ľudia sa dobrovoľne zhromaždili v skupinách a nasmerovali svoje pozitívne myšlienky do určitého bodu na našej planéte. V tom čase bolo za tento bod vybrané hlavné mesto Iraku Bagdad, kde potom prebiehali krvavé bitky.

Počas experimentu sa boje náhle zastavili a niekoľko dní sa neobnovili a aj počas dní experimentu sa výrazne znížila kriminalita v meste! Proces ovplyvňovania tvorivého myslenia bol zaznamenaný vedeckými prístrojmi, ktoré zaznamenali najsilnejší tok pozitívnej energie.

Vedci sú presvedčení, že tieto experimenty dokázali vecnosť ľudských myšlienok a pocitov a ich neuveriteľnú schopnosť odolávať zlu, smrti a násiliu. Vedecké mysle už po niekoľkýkrát vďaka svojim čistým myšlienkam a ašpiráciám vedecky potvrdzujú staré spoločné pravdy – ľudské myšlienky dokážu vytvárať aj ničiť.

TEMATICKÉ SEKCIE:
| | | | | | | | |

Čím širšie a hlbšie sú vedomosti ľudstva o okolitom svete, tým jasnejšie vynikajú ostrovy neznáma. To sú solitony - nezvyčajné objekty fyzického sveta.

Kde sa rodia solitony?

Samotný výraz solitons sa prekladá ako osamelá vlna. Oni naozaj sa rodia z vĺn a zdedia niektoré z ich vlastností. Avšak v procese šírenia a kolízie vykazujú vlastnosti častíc. Preto sa názov týchto objektov berie v súlade so známymi pojmami elektrón, fotón, ktoré majú podobnú dualitu.

Prvýkrát bola takáto osamelá vlna pozorovaná na jednom z londýnskych kanálov v roku 1834. Postavilo sa pred pohyblivou bárkou a po zastavení lode pokračovalo v rýchlom pohybe, pričom si dlho udržalo svoj tvar a energiu.

Niekedy takéto vlny objavujúce sa na hladine vody dosahujú výšku 25 metrov. Zrodené na hladinách oceánov spôsobujú lodiam škody a smrť. Takáto obrovská morská šachta, ktorá sa dostane na pobrežie, na ňu vrhá obrovské masy vody, čo prináša kolosálnu skazu. Návrat do oceánu si vyžaduje tisíce životov, budov a rôznych predmetov.

Tento obraz deštrukcie je charakteristický. Pri skúmaní príčin ich výskytu vedci dospeli k záveru, že väčšina z nich mala skutočne solitonový pôvod. Tsunami-solitons sa mohli narodiť na otvorenom oceáne a v pokojnom, tichom počasí. To znamená, že neboli vytvorené vôbec alebo inými prírodnými katastrofami.

Matematici vytvorili teóriu, ktorá umožnila predpovedať podmienky ich výskytu v rôznych prostrediach. Fyzici reprodukovali tieto podmienky v laboratóriu a objavili solitóny:

• v kryštáloch;
• krátkovlnné laserové žiarenie;
• vláknové svetlovody;
• iné galaxie;
• nervový systém živých organizmov;
• a v planetárnych atmosférach. To naznačuje, že Veľká červená škvrna na povrchu Jupitera má tiež solitónový pôvod.

Úžasné vlastnosti a znaky solitonov

Solitóny majú niekoľko vlastností, ktoré ich odlišujú od bežných vĺn:

• šíria sa na obrovské vzdialenosti, prakticky bez zmeny svojich parametrov (amplitúda, frekvencia, rýchlosť, energia);
• solitónové vlny prechádzajú jedna cez druhú bez skreslenia, akoby sa zrážali častice, nie vlny;
• čím vyšší je "hrb" solitonu, tým väčšia je jeho rýchlosť;
• tieto nezvyčajné útvary sú schopné zapamätať si informácie o povahe dopadu na ne.

Vynára sa otázka, ako si môžu bežné molekuly, ktoré nemajú potrebné štruktúry a systémy, zapamätať informácie? Pamäťovými parametrami zároveň prevyšujú najlepšie moderné počítače.

Solitonové vlny majú pôvod aj v molekulách DNA, ktoré sú schopné uchovávať informácie o tele po celý život! Pomocou supersenzitívnych prístrojov sa podarilo vysledovať dráhu solitónov v celom reťazci DNA. Ukazuje sa, vlna číta informácie uložené na svojej ceste, podobne ako človek číta otvorenú knihu, ale presnosť snímania vĺn je mnohonásobne väčšia.

Výskum pokračoval v Ruskej akadémii vied. Vedci uskutočnili nezvyčajný experiment, ktorého výsledky boli veľmi neočakávané. Vedci ovplyvnili solitonov ľudskou rečou. Ukázalo sa, že verbálne informácie zaznamenané na špeciálnom nosiči solitónov doslova oživili.

Živým potvrdením toho bol výskum uskutočnený so zrnami pšenice, ktoré boli predtým ožiarené obrovskou dávkou rádioaktivity. Pri takomto náraze sú reťazce DNA zničené a semená strácajú svoju životaschopnosť. Nasmerovaním solitónov, ktoré si „pamätali“ ľudskú reč, na „mŕtve“ zrnká pšenice, bolo možné obnoviť ich životaschopnosť, t.j. vyklíčili. Mikroskopické štúdie ukázali úplnú obnovu reťazcov DNA zničených žiarením.

Vyhliadky na uplatnenie

Prejavy solitónov sú mimoriadne rôznorodé. Preto je veľmi ťažké predpovedať všetky vyhliadky na ich uplatnenie.

Už teraz je však zrejmé, že na základe týchto systémov bude možné vytvárať výkonnejšie lasery a zosilňovače, využívať ich v oblasti telekomunikácií na prenos energie a informácií a aplikovať ich v spektroskopii.

Pri prenose informácií cez klasické optické káble je potrebné zosilnenie signálu každých 80-100 km. Použitie optických solitónov umožňuje zvýšiť rozsah prenosu signálu bez skreslenia tvaru impulzu až na 5-6 tisíc kilometrov.

Ale odkiaľ pochádza energia na udržanie takých silných signálov na také obrovské vzdialenosti zostáva záhadou. Hľadanie odpovede na túto otázku je stále pred nami.

Ak by vám bola táto správa užitočná, rád vás uvidím

Námorníci už dlho poznajú vysokohorské osamelé vlny, ktoré ničia lode. Dlho sa verilo, že sa to deje iba na otvorenom oceáne. Najnovšie údaje však naznačujú, že v pobrežných oblastiach sa môžu objaviť aj osamelé vražedné vlny (až 20-30 metrov vysoké) alebo solitóny (z anglického solitary - „samote“). Incident v Birminghame Boli sme asi 100 míľ juhozápadne od Durbanu na ceste do Kapského Mesta. Krížnik išiel rýchlo a takmer bez kotúľania, stretával sa s miernymi vlnami a vlnami vetra, keď sme zrazu spadli do diery a rútili sa dole v ústrety ďalšej vlne, ktorá sa prehnala cez prvé delové veže a zasiahla náš otvorený kapitánsky mostík. Zrazilo ma a vo výške 10 metrov nad morom som sa ocitol v polmetrovej vrstve vody. Loď zažila taký úder, že si mnohí mysleli, že sme boli torpédovaní. Kapitán okamžite spomalil, ale toto opatrenie sa ukázalo ako márne, pretože sa obnovili mierne plavebné podmienky a nenašli sa žiadne „jamy“. Toto je incident, ktorý sa stal v noci so zatemnenou loďou. bol jedným z najvzrušujúcejších na mori. Ochotne verím, že naložená loď sa za takýchto okolností môže potopiť. Takto opisuje britský dôstojník z krížnika Birmingham-. nečakané stretnutie s jedinou katastrofickou vlnou. Tento príbeh sa odohral počas druhej svetovej vojny, takže reakcia posádky, ktorá rozhodla, že krížnik bol torpédovaný, je pochopiteľná. Podobný incident s parníkom Huarita v roku 1909 sa tak dobre neskončil. Viezlo 211 cestujúcich a členov posádky. Všetci zomreli. Takéto jednotlivé vlny, ktoré sa neočakávane objavia v oceáne, sa v skutočnosti nazývajú zabijácke vlny alebo solitóny. Zdanlivo. každá búrka sa dá nazvať vrahom. Skutočne, koľko lodí zahynulo počas búrky a umiera aj teraz? Koľko námorníkov našlo miesto posledného odpočinku v hlbinách rozbúreného mora? A predsa vlny. spôsobené morskými búrkami a dokonca ani hurikánmi sa nenazývajú „zabijakmi“. Predpokladá sa, že stretnutie so solitonom je s najväčšou pravdepodobnosťou pri južnom pobreží Afriky. Keď sa kvôli Suezskému prieplavu zmenili lodné trasy a lode sa prestali plaviť okolo Afriky, počet stretnutí so zabijáckymi vlnami sa znížil. Napriek tomu sa už po druhej svetovej vojne, od roku 1947, asi 12 rokov, stretávali veľmi veľké lode Bosfontein so solitónmi. „Giasterkerk“, „Orinfontein“ a „Jacherefontein“, nepočítajúc do toho menšie miestne kurty. Počas arabsko-izraelskej vojny bol Suezský prieplav prakticky uzavretý a pohyb lodí po Afrike sa opäť zintenzívnil. Zo stretnutia so zabijackou vlnou v júni 1968 zahynul supertanker World Glory s výtlakom viac ako 28 tisíc ton. Cisterna dostala výstrahu pred búrkou a keď sa búrka priblížila, všetko prebehlo podľa pokynov. Nič zlé sa neočakávalo. Ale medzi bežnými veternými vlnami, ktoré nepredstavovali vážne nebezpečenstvo. zrazu bola obrovská vlna vysoká asi 20 metrov s veľmi strmým predkom. Zdvihla tanker tak, aby jeho stred spočíval na vlne a prova a korma boli vo vzduchu. Tanker bol naložený ropou a vlastnou váhou sa rozlomil na polovicu. Tieto polovice zostali nejaký čas nadnášať, ale po štyroch hodinách tanker klesol ku dnu. Je pravda, že väčšinu posádky sa podarilo zachrániť. V 70. rokoch pokračovali „útoky“ zabijackych vĺn na lode. V auguste 1973 Neptún zafír, plaviaci sa z Európy do Japonska, 15 míľ od mysu Hermis, s rýchlosťou vetra asi 20 metrov za sekundu, zažil nečakaný úder od osamotenej vlny, ktorá prišla odnikiaľ. Náraz bol taký silný, že prova lode, dlhá asi 60 metrov, sa odlomila od trupu! Loď "Neptune Sapphire" mala najpokročilejší dizajn za tie roky. Napriek tomu sa mu stretnutie so zabijáckou vlnou stalo osudným. Takýchto prípadov bolo popísaných pomerne dosť. Prirodzene, nielen veľké lode, na ktorých sú možnosti na záchranu posádky, spadajú do hrozného zoznamu katastrof. Stretnutie s vražednými vlnami pre malé plavidlá často končí oveľa tragickejšie. Takéto lode nielenže zažijú najsilnejší úder. schopné ich zničiť, no na strmej nábežnej hrane sa vlny môžu ľahko prevrátiť. Stáva sa to tak rýchlo, že sa nedá počítať so spásou. Toto nie je cunami. Čo sú to zabíjajúce vlny? Prvá myšlienka, ktorá informovaného čitateľa napadne, je cunami. Po katastrofálnom „nájazde“ gravitačných vĺn na juhovýchodné pobrežie Ázie si mnohí predstavujú cunami ako strašidelnú vodnú stenu so strmým čelom, ktorá padá na breh a odplavuje domy a ľudí. Tsunami sú skutočne schopné veľa. Po objavení sa tejto vlny v blízkosti severných Kuril hydrografi, ktorí študovali následky, objavili loď slušnej veľkosti hodenú cez pobrežné kopce do vnútrozemia ostrova. To znamená, že energia cunami je jednoducho úžasná. Toto je však všetko o cunami, ktoré „útočia“ na pobrežie. V preklade do ruštiny výraz „tsunami“ znamená „veľká vlna v prístave“. Je veľmi ťažké ho nájsť na otvorenom oceáne. Tam výška tejto vlny väčšinou nepresahuje jeden meter a priemerné, typické rozmery sú desiatky centimetrov. A svah je extrémne malý, pretože v takej výške je jeho dĺžka niekoľko kilometrov. Takže je takmer nemožné odhaliť cunami na pozadí tečúcich vĺn vetra alebo vlnobitia. Prečo sa potom pri „útoku“ na pobrežie tsunami stávajú takými desivými? Faktom je, že táto vlna vďaka svojej veľkej dĺžke uvádza do pohybu vodu v celej hĺbke oceánu. A keď sa počas svojho šírenia dostane do relatívne plytkých oblastí, všetka táto kolosálna masa vody stúpa z hĺbky. Takto sa „neškodná“ vlna na otvorenom oceáne stáva na pobreží ničivou. Takže zabijácke vlny nie sú cunami. V skutočnosti sú solitóny nezvyčajným a málo prebádaným fenoménom. Nazývajú sa vlny, hoci v skutočnosti sú niečím iným. Na vznik solitónov je, samozrejme, potrebný nejaký prvotný impulz, úder, inak odkiaľ sa vezme energia, ale nielen. Na rozdiel od bežných vĺn sa solitóny šíria na veľké vzdialenosti s veľmi malým rozptylom energie. Toto je záhada, ktorú treba ešte len preskúmať. Solitons prakticky navzájom neinteragujú. Spravidla sa šíria rôznymi rýchlosťami. Samozrejme, môže sa stať, že jeden solitón dobehne druhého a potom sa zrátajú do výšky, no potom sa aj tak opäť rozutečú po svojich cestách. Samozrejme, pridávanie solitónov je zriedkavou udalosťou. Prudký nárast ich strmosti a výšky má však aj iný dôvod. Dôvodom sú podvodné rímsy, cez ktoré solitón „prebieha“. Zároveň sa v podvodnej časti odráža energia a vlna akoby „špliechala“ nahor. Podobnú situáciu na fyzikálnych modeloch skúmala medzinárodná vedecká skupina. Na základe týchto štúdií možno vytýčiť bezpečnejšie trasy lodí. Stále však existuje oveľa viac záhad ako skúmaných prvkov a záhada zabijáckych vĺn stále čaká na svojich výskumníkov. Obzvlášť záhadné sú solitóny vo vodách mora, na takzvanej "hustotnej skokovej vrstve". Tieto solitóny môžu viesť (alebo už viedli) k podmorským katastrofám.