Solitoni so ubijalski valovi. Udarni valovi. Samotni valovi Zaprti solitoni

Po tridesetih letih iskanja so bile najdene nelinearne diferencialne enačbe s tridimenzionalnimi solitonskimi rešitvami. Ključna ideja je bila »kompleksifikacija« časa, ki lahko najde nadaljnje aplikacije v teoretični fiziki.

Pri proučevanju katerega koli fizikalnega sistema je najprej stopnja "začetnega kopičenja" eksperimentalnih podatkov in njihovega razumevanja. Nato palico prevzame teoretična fizika. Naloga teoretičnega fizika je izpeljati in rešiti matematične enačbe za ta sistem na podlagi zbranih podatkov. In če prvi korak praviloma ne predstavlja posebnega problema, ga drugi natančen reševanje nastalih enačb se pogosto izkaže za neprimerno težjo nalogo.

Zgodi se, da je skozi čas opisan razvoj številnih zanimivih fizičnih sistemov nelinearne diferencialne enačbe: take enačbe, pri katerih princip superpozicije ne deluje. To teoretikom takoj odvzame možnost uporabe številnih standardnih tehnik (na primer združevanje rešitev, njihovo razširjanje v niz), posledično pa morajo za vsako takšno enačbo iznajti popolnoma novo metodo reševanja. Toda v tistih redkih primerih, ko se najdeta tako integrabilna enačba in metoda za njeno rešitev, ni rešen le prvotni problem, ampak tudi cela vrsta povezanih matematičnih problemov. Zato teoretični fiziki včasih, ko ogrozijo »naravno logiko« znanosti, najprej iščejo takšne integrabilne enačbe in jim šele nato poskušajo najti aplikacije na različnih področjih teoretične fizike.

Ena najbolj izjemnih lastnosti takih enačb so rešitve v obliki solitoni— prostorsko omejeni »kosi polja«, ki se skozi čas premikajo in trčijo med seboj brez popačenja. Ker so prostorsko omejeni in nedeljivi »grude«, lahko solitoni zagotovijo preprost in priročen matematični model številnih fizičnih objektov. (Za več informacij o solitonih glejte priljubljen članek N. A. Kudryashova Nelinearni valovi in ​​solitoni // SOZh, 1997, št. 2, str. 85-91 in knjigo A. T. Filippova Številni obrazi solitona.)

Na žalost drugačen vrste poznanih je zelo malo solitonov (glej Portretno galerijo solitonov) in vsi niso preveč primerni za opisovanje objektov v tridimenzionalni prostora.

Na primer, navadni solitoni (ki se pojavljajo v Korteweg-de Vriesovi enačbi) so lokalizirani v samo eni dimenziji. Če tak soliton "izstrelimo" v tridimenzionalni svet, bo imel videz neskončne ravne membrane, ki leti naprej. V naravi pa takšnih neskončnih membran ne opazimo, kar pomeni, da izvirna enačba ni primerna za opisovanje tridimenzionalnih objektov.

Ne tako dolgo nazaj so bile najdene solitonom podobne rešitve (na primer dromioni) kompleksnejših enačb, ki so že lokalizirane v dveh dimenzijah. Toda v tridimenzionalni obliki predstavljajo tudi neskončno dolge cilindre, torej tudi niso zelo fizični. Tiste prave tridimenzionalni Solitonov še niso našli iz preprostega razloga, ker so bile neznane enačbe, ki bi jih lahko proizvedle.

Drugi dan se je situacija dramatično spremenila. Cambriški matematik A. Focas, avtor nedavne publikacije A. S. Focas, Physical Review Letters 96, 190201 (19. maj 2006), je uspel narediti pomemben korak naprej na tem področju matematične fizike. Njegov kratek tristranski članek vsebuje dve odkritji hkrati. Najprej je našel nov način za izpeljavo integrabilnih enačb za večdimenzionalen prostor, in drugič, dokazal je, da imajo te enačbe večdimenzionalne solitonom podobne rešitve.

Oba dosežka je omogočil drzen avtorjev korak. Vzel je že znane integrabilne enačbe v dvodimenzionalnem prostoru in poskušal obravnavati čas in koordinate kot kompleksen, ne realna števila. V tem primeru je bila samodejno pridobljena nova enačba za štiridimenzionalni prostor in dvodimenzionalni čas. Naslednji korak je bila uvedba netrivialnih pogojev glede odvisnosti rešitev od koordinat in »časov« in enačbe so začele opisovati tridimenzionalni situacija, ki je odvisna od enega samega časa.

Zanimivo je, da tako »bogokletna« operacija, kot je prehod v dvodimenzionalni čas in dodelitev novega časovnega O osi, ni močno pokvaril lastnosti enačbe. Še vedno so ostali integrabilni, avtor pa je uspel dokazati, da so med njihovimi rešitvami tudi tako želeni tridimenzionalni solitoni. Zdaj morajo znanstveniki samo zapisati te solitone v obliki eksplicitnih formul in preučiti njihove lastnosti.

Avtor izraža prepričanje, da koristi tehnike časovne "kompleksifikacije", ki jo je razvil, sploh niso omejene na tiste enačbe, ki jih je že analiziral. Navaja številne situacije v matematični fiziki, v katerih lahko njegov pristop prinese nove rezultate, in spodbuja svoje kolege, da ga poskušajo uporabiti na najrazličnejših področjih sodobne teoretične fizike.

opomba. Poročilo je posvečeno možnostim solitonskega pristopa v supramolekularni biologiji, predvsem za modeliranje širokega razreda naravnih valov podobnih in oscilatornih gibanj v živih organizmih. Avtor je identificiral številne primere obstoja solitonom podobnih supramolekularnih procesov (»biosolitonov«) v lokomotornih, presnovnih in drugih pojavih dinamične biomorfologije na različnih linijah in ravneh biološke evolucije. Biosolitone razumemo predvsem kot značilne enogrbe (unipolarne) lokalne deformacije, ki se premikajo vzdolž biotelesa, medtem ko ohranjajo svojo obliko in hitrost.

Solitoni, včasih imenovani "valovni atomi", so obdarjeni z lastnostmi, ki so nenavadne s klasičnega (linearnega) vidika. Sposobni so dejanj samoorganizacije in samorazvoja: avtolokalizacija; zajemanje energije; razmnoževanje in smrt; oblikovanje ansamblov z dinamiko utripajoče in druge narave. Solitone so poznali v plazmi, tekočih in trdnih kristalih, klasičnih tekočinah, nelinearnih mrežah, magnetnih in drugih večdomenskih medijih itd. Odkritje biosolitonov kaže, da je živa snov zaradi svoje mehanokemije solitonski medij z različnimi fiziološkimi uporaba solitonskih mehanizmov. Raziskovalni lov v biologiji je možen za nove vrste solitonov - dihalnike, voblerje, pulzone itd., ki so jih matematiki izpeljali na "konici peresa" in šele nato odkrili fiziki v naravi. Poročilo temelji na monografijah: S.V. Petukhov "Biosolitoni. Osnove solitonske biologije", 1999; S.V.Petukhov "Biperiodični sistem genetske kode in število protonov", 2001.

Solitoni so pomemben objekt sodobne fizike. Intenziven razvoj njihove teorije in aplikacij se je začel po objavi leta 1955 dela Fermija, Paste in Ulama o računalniškem izračunu nihanj v enostavnem nelinearnem sistemu verige uteži, povezanih z nelinearnimi vzmetmi. Kmalu so bile razvite potrebne matematične metode za reševanje solitonskih enačb, ki so nelinearne parcialne diferencialne enačbe. Solitoni, včasih imenovani "valovni atomi", imajo lastnosti valov in delcev hkrati, vendar v polnem smislu niso ne eno ne drugo, temveč predstavljajo nov predmet matematične znanosti. Obdarjeni so z lastnostmi, ki so nenavadne s klasičnega (linearnega) vidika. Solitoni so sposobni dejanj samoorganizacije in samorazvoja: avtolokalizacija; zajemanje energije, ki prihaja od zunaj, v "soliton" medij; razmnoževanje in smrt; oblikovanje ansamblov z netrivialno morfologijo in dinamiko utripajoče in druge narave; samozapletanje teh ansamblov, ko v okolje vstopi dodatna energija; premagovanje težnje po neredu v solitonskih medijih, ki jih vsebujejo; itd. Lahko jih interpretiramo kot posebno obliko organizacije fizične energije v materiji in v skladu s tem lahko govorimo o "solitonski energiji" po analogiji z znanimi izrazi "energija valov" ali "energija vibracij". Solitoni se realizirajo kot stanja posebnih nelinearnih medijev (sistemov) in imajo temeljne razlike od običajnih valov. Zlasti solitoni so pogosto stabilni samo-lokalizirani strdki energije z značilno obliko enogrbastega vala, ki se gibljejo z ohranjanjem oblike in hitrosti brez disipacije svoje energije. Solitoni so sposobni nedestruktivnih trkov, tj. lahko gredo drug skozi drugega, ko se srečajo, ne da bi porušili svojo obliko. Imajo številne aplikacije v tehnologiji.

Soliton običajno razumemo kot osamljen valov podoben objekt (lokalizirana rešitev nelinearne parcialne diferencialne enačbe, ki pripada določenemu razredu tako imenovanih solitonskih enačb), ki lahko obstaja brez razpršitve svoje energije in v interakciji z drugimi lokalnih motenj, vedno vzpostavi prvotno obliko, tj. sposobni nedestruktivnih trkov. Kot je znano, solitonske enačbe "nastanejo na najbolj naraven način pri preučevanju šibko nelinearnih disperzijskih sistemov različnih vrst na različnih prostorskih in časovnih lestvicah. Univerzalnost teh enačb se je izkazala za tako neverjetno, da so bili mnogi nagnjeni k temu, da bi v njej videli nekaj čarobnega ... Vendar temu ni tako: disperzivni šibko dušeni ali nedušeni nelinearni sistemi se obnašajo enako, ne glede na to, ali jih srečamo v opis plazme, klasičnih tekočin, laserjev ali nelinearnih rešetk". V skladu s tem so solitoni znani v plazmi, tekočih in trdnih kristalih, klasičnih tekočinah, nelinearnih mrežah, magnetnih in drugih medijih z več domenami itd. izgube energije, ki jih teoretiki upoštevajo z dodajanjem majhnih disipativnih členov v solitonske enačbe).

Upoštevajte, da je v živo snov prežeto veliko nelinearnih mrež: od molekularnih polimernih mrež do supramolekularnih citoskeletov in organskega matriksa. Prerazporeditve teh mrež imajo pomemben biološki pomen in se lahko obnašajo solitonsko podobno. Poleg tega so solitoni znani kot oblike gibanja front faznih preureditev, na primer v tekočih kristalih (glej na primer). Ker številni sistemi živih organizmov (vključno s tekočekristalnimi) obstajajo na meji faznih prehodov, je naravno verjeti, da se bodo fronte njihovih faznih prerazporeditev v organizmih pogosto gibale tudi v solitonski obliki.

Tudi odkritelj solitonov Scott Russell je v prejšnjem stoletju eksperimentalno pokazal, da soliton deluje kot koncentrator, past in transporter energije in snovi, sposoben nedestruktivnih trkov z drugimi solitoni in lokalnih motenj. Očitno je, da so te lastnosti solitonov lahko koristne za žive organizme, zato lahko biosolitonske mehanizme posebej gojimo v živi naravi z mehanizmi naravne selekcije. Naštejmo nekaj teh prednosti:

• - 1) spontano zajemanje energije, snovi itd., kot tudi njihova spontana lokalna koncentracija (avtolokalizacija) in previden transport brez izgub v dozirni obliki v telesu;
• - 2) enostavnost nadzora tokov energije, snovi itd. (ko so organizirani v solitonski obliki) zaradi možnega lokalnega preklopa nelinearnih značilnosti biološkega okolja iz solitonskega v nesolitonski tip nelinearnosti in obratno ;
• - 3) ločevanje za veliko tistih, ki se pojavljajo hkrati in na enem mestu v telesu, tj. prekrivajočih se procesov (lokomotorni, prekrvavitveni, presnovni, rastni, morfogenetski itd.), ki zahtevajo relativno neodvisnost poteka. To ločitev je mogoče zagotoviti ravno s sposobnostjo solitonov, da so podvrženi nedestruktivnim trkom.

Naša prva študija supramolekularnih kooperativnih procesov v živih organizmih s solitonskega vidika je razkrila prisotnost številnih makroskopskih solitonom podobnih procesov. Predmet proučevanja so bila predvsem neposredno opazovana lokomotorna in druga biološka gibanja, katerih visoko energetsko učinkovitost so biologi dolgo domnevali. Na prvi stopnji študije smo odkrili, da imajo biološka makrogibanja v mnogih živih organizmih pogosto solitonski videz, značilen enogrbi val lokalne deformacije, ki se giblje vzdolž živega telesa, medtem ko ohranja svojo obliko in hitrost ter včasih kaže zmožnost nedestruktivnih trkov. Ti "biosolitoni" se realizirajo na različnih vejah in ravneh biološke evolucije v organizmih, ki se po velikosti razlikujejo za več vrst velikosti.

Poročilo predstavlja številne primere takih biosolitonov. Posebej je obravnavan primer plazenja polža Helix, ki nastane zaradi enogrbe valovite deformacije, ki teče skozi njegovo telo, pri tem pa ohranja obliko in hitrost. Podrobni posnetki tovrstnega biološkega gibanja so povzeti iz knjige. Pri eni različici plazenja (z enim »hodom«) polž doživlja lokalne natezne deformacije, ki potekajo vzdolž podporne površine njegovega telesa od spredaj nazaj. Pri drugi, počasnejši različici plazenja se lokalne kompresijske deformacije pojavijo vzdolž iste telesne površine, ki potekajo v nasprotni smeri od repa proti glavi. Obe vrsti solitonskih deformacij, direktna in retrogradna, se lahko pojavita v polžu hkrati z nasprotnimi trki med njima. Poudarjamo, da je njihov trk nedestruktiven, značilen za solitone. Z drugimi besedami, po trku ohranijo svojo obliko in hitrost, torej svojo individualnost: »prisotnost velikih retrogradnih valov ne vpliva na širjenje normalnih in številnih krajših direktnih valov; obe vrsti valov sta se širili brez znakov medsebojne interference." To biološko dejstvo je znano že od začetka stoletja, čeprav raziskovalci nikoli prej niso bili povezani s solitoni.

Kot so poudarili Gray in drugi klasiki preučevanja lokomocije (prostorskih gibanj v organizmih), so slednji zelo energijsko učinkoviti procesi. To je bistvenega pomena za življenjsko pomembno oskrbo telesa z zmožnostjo neutrujenega premikanja na dolge razdalje v iskanju hrane, begu pred nevarnostjo itd. (organizmi na splošno izjemno skrbno ravnajo z energijo, ki jim je sploh ni lahko shraniti). Tako se v kohleji solitonska lokalna deformacija telesa, zaradi katere se njegovo telo premika v prostoru, pojavi le v območju ločevanja telesa od podporne površine. In celoten del telesa v stiku z oporo je nedeformiran in glede na oporo miruje. Skladno s tem v celotnem obdobju solitonu podobne deformacije, ki teče skozi telo polža, takšno valovito gibanje (ali proces prenosa mase) ne zahteva porabe energije za premagovanje sil trenja polža na nosilcu, saj je v tem pogledu čim bolj ekonomično. Seveda lahko domnevamo, da se del energije pri gibanju še vedno razprši z medsebojnim trenjem tkiv znotraj telesa polža. Če pa je ta lokomotorni val podoben solitonu, potem zagotavlja tudi minimiziranje izgub zaradi trenja v telesu. (Kolikor nam je znano, vprašanje izgub energije zaradi trenja v telesu med gibanjem ni bilo dovolj eksperimentalno raziskano, vendar je malo verjetno, da je telo zamudilo priložnost, da bi jih zmanjšalo). Z zgoraj obravnavano organizacijo gibanja se vsi (ali skoraj vsi) stroški energije za to zmanjšajo na stroške začetnega ustvarjanja vsake takšne solitonske lokalne deformacije. Fizika solitonov je tista, ki zagotavlja izjemno energetsko učinkovite možnosti za ravnanje z energijo. In njegova uporaba pri živih organizmih se zdi logična, še posebej, ker je svet okoli nas nasičen s solitonskimi mediji in solitoni.

Opozoriti je treba, da so raziskovalci vsaj od začetka stoletja valovito gibanje predstavljali kot neke vrste štafetni proces. V tistem času »pred-solitonske fizike« je bila naravna fizikalna analogija takega relejnega procesa proces zgorevanja, v katerem se je lokalna fizična deformacija prenašala od točke do točke kot vžig. Ta zamisel o relejnih disipativnih procesih, kot je zgorevanje, ki jih dandanes imenujemo avtovalovni procesi, je bila v tistem času najboljša možna in se je mnogim že dolgo poznala. Vendar sama fizika ni mirovala. In v zadnjih desetletjih je razvil zamisel o solitonih kot novem tipu nedisipativnih relejnih procesov najvišje energetske učinkovitosti s prej nepredstavljivimi, paradoksalnimi lastnostmi, ki predstavlja osnovo za nov razred nelinearnih modelov relejnih procesov. .

Ena od pomembnih prednosti solitonskega pristopa pred tradicionalnim avtovalovnim pristopom pri modeliranju procesov v živem organizmu je določena s sposobnostjo solitonov, da so podvrženi nedestruktivnim trkom. Dejansko je za avtovalove (ki opisujejo npr. gibanje zgorevalne cone vzdolž goreče vrvice) značilno, da za njimi ostane območje nerazburljivosti (zgorela vrvica) in torej dva avtovalova, ko trčita drug ob drugega , prenehajo obstajati in se ne morejo premikati po že "pogorelem" mestu." Toda v območjih živega organizma se istočasno odvijajo številni biomehanski procesi - lokomotorni, krvoskrbni, presnovni, rastni, morfogenetski itd., Zato se teoretik ob njihovem modeliranju z avtovalovi sooča z naslednjim problemom medsebojnega uničenja avtovalov. En proces avtovalovanja, ki se giblje skozi obravnavano območje telesa zaradi nenehnega izgorevanja zalog energije na njem, naredi to okolje za nekaj časa nerazburljivo za druge avtovalove, dokler se na tem območju ne obnovijo zaloge energije za njihov obstoj. V živi snovi je ta problem še posebej aktualen tudi zato, ker so vrste energijsko-kemijskih zalog v njej zelo poenotene (organizmi imajo univerzalno energijsko valuto - ATP). Zato je težko verjeti, da je dejstvo o hkratnem obstoju številnih procesov na enem področju v telesu zagotovljeno z dejstvom, da se vsak avtovalovni proces v telesu giblje tako, da izgoreva svojo specifično vrsto energije, ne da bi porabil energijo za drugi. Za solitonske modele ta problem medsebojnega uničenja biomehanskih procesov, ki trčijo na enem mestu, načeloma ne obstaja, saj solitoni zaradi svoje sposobnosti nedestruktivnih trkov mirno prehajajo drug skozi drugega in na enem območju hkrati njihovo število lahko po želji velik. Po naših podatkih so solitonska sinus-Gordonova enačba in njene posplošitve še posebej pomembne za modeliranje biosolitonskih pojavov žive snovi.

Kot je znano, v večdomenskih medijih (magneti, feroelektriki, superprevodniki itd.) solitoni delujejo kot meddomenske stene. V živi snovi ima pojav polidomene pomembno vlogo v morfogenetskih procesih. Tako kot v drugih večdomenskih medijih je tudi v večdomenskih bioloških medijih to povezano s klasičnim Landau-Lifshitzevim načelom minimiziranja energije v mediju. V teh primerih se meddomenske stene solitonov izkažejo za mesta povečane koncentracije energije, v katerih se biokemične reakcije pogosto pojavljajo še posebej aktivno.

V povezavi z bioevolucijskimi in fiziološkimi problemi si zasluži vso pozornost tudi sposobnost solitonov, da igrajo vlogo lokomotiv, ki prenašajo porcije snovi na želeno mesto znotraj solitonskega okolja (organizma) po zakonih nelinearne dinamike. Naj dodamo, da je biosolitonska fizična energija sposobna harmoničnega sobivanja v živem organizmu z znanimi kemijskimi vrstami njegove energije. Razvoj koncepta biosolitonov omogoča zlasti odpiranje raziskovalnega "lova" v biologiji za analoge različnih vrst solitonov - dihalcev, voblerjev, pulzonov itd., Ki so jih matematiki izpeljali "na konici peresa", ko analizo solitonskih enačb, nato pa so jih fiziki odkrili v naravi. Mnogi oscilatorni in valovni fiziološki procesi lahko sčasoma prejmejo smiselne solitonske modele za svoj opis, povezane z nelinearno, solitonsko naravo biopolimerne žive snovi.

To na primer velja za osnovna fiziološka gibanja žive biopolimerne snovi, kot so srčni utripi itd. Spomnimo, pri človeškem zarodku pri treh tednih, ko je visok le štiri milimetre, se prvo premakne srce. Začetek srčne aktivnosti je posledica nekaterih notranjih energijskih mehanizmov, saj v tem času srce še nima nobenih živčnih povezav, ki bi nadzorovale ta krčenja in se začne krčiti, ko še ni krvi za črpanje. Na tej točki je sam zarodek v bistvu kos polimerne sluzi, v kateri se notranja energija samoorganizira v energijsko učinkovite pulzacije. Podobno lahko rečemo o pojavu srčnega utripa v jajcih in jajcih živali, kjer je dovod energije od zunaj minimiziran zaradi obstoja lupine in drugih izolacijskih ovojnic. Podobne oblike energijske samoorganizacije in samolokalizacije poznamo v polimernih medijih, tudi nebioloških, po sodobnih pojmovanjih pa so solitonske narave, saj so solitoni energijsko najučinkovitejši (nedisipativni oz. disipativne) samoorganizirajoče se strukture pulzirajoče in druge narave. Solitoni se realizirajo v različnih naravnih okoljih, ki obdajajo žive organizme: trdni in tekoči kristali, klasične tekočine, magneti, mrežne strukture, plazma itd. Razvoj žive snovi s svojimi mehanizmi naravne selekcije ni šel mimo edinstvenih lastnosti solitonov. in njihove zasedbe.

Ali imajo ti materiali kaj skupnega s sinergijo? Da, vsekakor. Kot je definirano v Hagenovi monografiji /6, str.4/, se v okviru sinergetike proučuje takšno skupno delovanje posameznih delov katerega koli neurejenega sistema, zaradi katerega pride do samoorganizacije - makroskopske prostorske, časovne ali prostorsko-časovne. nastanejo strukture in se obravnavajo kot deterministični in stohastični procesi.« Obstaja veliko vrst nelinearnih procesov in sistemov, ki jih preučujemo v okviru sinergetike. Kurdyumov in Knyazeva /7, str.15/, ki navajata številne te vrste, posebej ugotavljata, da so med njimi eni najpomembnejših in intenzivno raziskanih solitoni. V zadnjih letih je začela izhajati mednarodna revija “Chaos, Solitons & Fractals”. Solitoni, opaženi v najrazličnejših naravnih okoljih, predstavljajo osupljiv primer nelinearnega kooperativnega obnašanja številnih elementov sistema, kar vodi do oblikovanja specifičnih prostorskih, časovnih in prostorsko-časovnih struktur. Najbolj znana, čeprav še zdaleč ne edina vrsta takšnih solitonskih struktur, je zgoraj opisana samolokalizirajoča enogrba ​​lokalna deformacija medija, stabilne oblike, ki teče s konstantno hitrostjo. Solitoni se aktivno uporabljajo in preučujejo v sodobni fiziki. Od leta 1973, začenši z delom Davydova /8/, se solitoni uporabljajo tudi v biologiji za modeliranje molekularno bioloških procesov. Trenutno je po vsem svetu veliko publikacij o uporabi takih "molekularnih solitonov" v molekularni biologiji, zlasti za razumevanje procesov v proteinih in DNK. Naša dela /3, 9/ so bile prve objave v svetovni literaturi na temo »supramolekularnih solitonov« v bioloških pojavih na supramolekularni ravni. Poudarjamo, da obstoj molekularnih biosolitonov (ki jih je po mnenju mnogih avtorjev treba še dokazati) nikakor ne pomeni obstoja solitonov v kooperativnih bioloških supramolekularnih procesih, ki združujejo nešteto molekul.

LITERATURA:

1. Dodd R. et al. Solitoni in nelinearne valovne enačbe. M., 1988, 694 str.
2. Kamensky V.G. JETP, 1984, v. 87, št. 4(10), str. 1262-1277.
3. Petukhov S.V. Biosolitoni. Osnove solitonske biologije. – M., 1999, 288 str.
4. Gray J. Gibanje živali. London, 1968.
5. Petukhov S.V. Biperiodični sistem genetske kode in število protonov. – M., 2001, 258 str.
6. Hagen G. Sinergetika. – M., Mir, 1980, 404 str.
7. Knyazeva E.N., Kurdyumov S.P. Zakoni evolucije in samoorganizacije kompleksnih sistemov. M., Nauka, 1994, 220 str.
8. Davidov A.S. Solitoni v biologiji. – Kijev, Naukova Dumka, 1979.
9. Petukhov S.V. Solitoni v biomehaniki. Deponirano v VINITI RAS 12. februarja 1999, št. 471-B99. (Indeks VINITI “Deponirana znanstvena dela”, št. 4, 1999)

Povzetek . Poročilo obravnava priložnosti, ki jih odpira solitonični pristop k supramolekularni biologiji, predvsem za modeliranje širokega razreda naravnih valov v živih organizmih. Rezultati avtorjevih raziskav dokazujejo obstoj solitonov podobnih supramolekularnih procesov v lokomotornih, presnovnih in drugih manifestacijah dinamične biomorfologije na najrazličnejših vejah in ravneh biološke evolucije.

Solitoni, včasih imenovani "valovni atomi", imajo nenavadne lastnosti s klasičnega (linearnega) vidika. Imajo sposobnost samoorganiziranja: samo-lokalizacije; lovljenje energije; oblikovanje ansamblov z dinamiko utripanja in drugih znakov. Solitone poznamo v plazmi, tekočih in trdih kristalih, klasičnih tekočinah, nelinearnih mrežah, magnetnih in drugih polidomenskih snoveh itd. Razkritje biosolitonov poudarja, da biološka mehanokemija tvori živo snov kot solitonsko okolje z možnostmi različnih fizioloških uporab solitonskih mehanizmov. Poročilo temelji na knjigah: S.V. Petoukhov "Biosolitoni. Osnove solitonične biologije", Moskva, 1999 (v ruščini).

Petukhov S.V., Solitoni v kooperativnih bioloških procesih na supramolekularni ravni // "Akademija trinitarizma", M., El št. 77-6567, izdaja 13240, 21.4.2006

Znanstveniki so dokazali, da besede lahko oživijo odmrle celice! Znanstveniki so bili med raziskavo presenečeni nad ogromno močjo besede. In tudi neverjeten eksperiment znanstvenikov o vplivu kreativne misli na krutost in nasilje.
Kako jim je to uspelo?

Začnimo po vrsti. Leta 1949 so raziskovalci Enrico Fermi, Ulam in Pasta preučevali nelinearne sisteme - oscilacijske sisteme, katerih lastnosti so odvisne od procesov, ki se v njih pojavljajo. Ti sistemi so se v določenem stanju obnašali nenavadno.

Raziskave so pokazale, da so si sistemi zapomnili pogoje vpliva nanje in te informacije so bile v njih shranjene precej dolgo. Tipičen primer je molekula DNK, ki hrani informacijski spomin telesa. Že v tistih časih so se znanstveniki spraševali, kako je mogoče, da ima neinteligentna molekula, ki nima niti možganskih struktur niti živčnega sistema, spomin, ki je natančnejši od katerega koli sodobnega računalnika. Kasneje so znanstveniki odkrili skrivnostne solitone.

Solitoni

Soliton je strukturno stabilno valovanje, ki ga najdemo v nelinearnih sistemih. Presenečenje znanstvenikov ni imelo meja. Navsezadnje se ti valovi obnašajo kot inteligentna bitja. In šele po 40 letih je znanstvenikom uspelo napredovati v teh raziskavah. Bistvo eksperimenta je bilo naslednje: s pomočjo posebnih instrumentov so znanstveniki lahko izsledili pot teh valov v verigi DNK. Med prehodom skozi verigo je val v celoti prebral informacijo. To lahko primerjamo z osebo, ki bere odprto knjigo, le stokrat bolj natančno. Vsi eksperimentatorji med študijo so imeli isto vprašanje - zakaj se solitoni tako obnašajo in kdo jim daje tak ukaz?

Znanstveniki so svoje raziskave nadaljevali na Matematičnem inštitutu Ruske akademije znanosti. Na solitone so poskušali vplivati ​​s človeškim govorom, posnetim na informacijskem nosilcu. Kar so znanstveniki videli, je preseglo vsa pričakovanja - pod vplivom besed so solitoni oživeli. Raziskovalci so šli še dlje – te valove so usmerili v pšenična zrna, ki so bila pred tem obsevana s tolikšno dozo radioaktivnega sevanja, da so se pretrgale verige DNK in so postala nesposobna za življenje. Po izpostavitvi so pšenična semena vzklila. Pod mikroskopom so opazili obnovo DNK, uničene s sevanjem.

Izkazalo se je, da je človeška beseda lahko oživila odmrlo celico, tj. pod vplivom besed so solitoni začeli imeti življenjsko moč. Te rezultate so večkrat potrdili raziskovalci iz drugih držav - Velike Britanije, Francije, Amerike. Znanstveniki so razvili poseben program, v katerem so človeški govor preoblikovali v vibracije in prekrivali solitonske valove ter nato vplivali na DNK rastlin. Posledično se je rast in kakovost rastlin bistveno pospešila. Poskusi so bili izvedeni tudi na živalih, po izpostavljenosti jim je bilo opaziti izboljšanje krvnega tlaka, uravnavanje pulza in izboljšanje somatskih kazalcev.

Tudi raziskave znanstvenikov se tu niso ustavile.

Skupaj s kolegi iz znanstvenih inštitutov v ZDA in Indiji so izvajali eksperimente o vplivu človeške misli na stanje planeta. Poskusi so bili izvedeni več kot enkrat, slednji so vključevali 60 in 100 tisoč ljudi. To je res ogromno ljudi. Glavno in potrebno pravilo za izvedbo eksperimenta je bila prisotnost ustvarjalnih misli pri ljudeh. Za to so se ljudje po lastni volji zbrali v skupine in svoje pozitivne misli usmerili na določeno točko našega planeta. Takrat je bila za to točko izbrana prestolnica Iraka Bagdad, kjer so takrat potekale krvave bitke.

Med poskusom so se boji nenadoma ustavili in se niso nadaljevali več dni, v dneh eksperimenta pa se je stopnja kriminala v mestu močno zmanjšala! Proces vpliva kreativne misli so zabeležili znanstveni instrumenti, ki so zabeležili močan tok pozitivne energije.

Znanstveniki so prepričani, da so ti poskusi dokazali materialnost človeških misli in občutkov ter njihovo neverjetno sposobnost upreti se zlu, smrti in nasilju. Že neštetokrat znanstveni umi, zahvaljujoč svojim čistim mislim in težnjam, znanstveno potrjujejo starodavne resnice – človeške misli lahko ustvarjajo in uničujejo.

TEMATSKI SKLOPKI:
| | | | | | | | |

Čim širše in globlje postaja človeško znanje o svetu okoli nas, tem jasneje izstopajo otoki neznanega. Prav to so solitoni - nenavadni predmeti fizičnega sveta.

Kje se rodijo solitoni?

Sam izraz solitoni se prevaja kot osamljeno valovanje. Res so so rojeni iz valov in podedujejo nekatere njihove lastnosti. Vendar med procesom širjenja in trka kažejo lastnosti delcev. Zato je bilo ime teh predmetov vzeto v skladu z dobro znanimi koncepti elektrona in fotona, ki imata podobno dvojnost.

Tak osamljen val so prvič opazili na enem od londonskih kanalov leta 1834. Pojavila se je pred premikajočo se barko in po tem, ko se je ladja ustavila, nadaljevala s hitrim gibanjem ter dolgo časa ohranila svojo obliko in energijo.

Včasih takšni valovi, ki se pojavljajo na površini vode, dosežejo višino 25 metrov. Rojeni na gladini oceanov povzročajo škodo in smrt morskim plovilom. Tako velikanski morski zid, ki doseže obalo, vrže nanjo ogromne mase vode, kar povzroči ogromno uničenje. Ko se vrne v ocean, odnese na tisoče življenj, zgradb in različnih predmetov.

Ta slika uničenja je značilna. Znanstveniki so pri proučevanju vzrokov za njihov nastanek prišli do zaključka, da je večina res solitonskega izvora. Solitoni cunamija bi lahko nastali na odprtem oceanu in v mirnem, tihem vremenu. To pomeni, da jih sploh niso povzročile druge naravne nesreče.

Matematiki so ustvarili teorijo, ki je omogočila predvidevanje pogojev za njihov nastanek v različnih okoljih. Fiziki so te pogoje reproducirali v laboratoriju in odkrili solitone:

• v kristalih;
• kratkovalovno lasersko sevanje;
• svetlobni vodniki iz vlaken;
• druge galaksije;
• živčni sistem živih organizmov;
• in v atmosferah planetov. To je nakazovalo, da je tudi Velika rdeča pega na površini Jupitra solitonskega izvora.

Neverjetne lastnosti in znaki solitonov

Solitoni imajo več lastnosti, po katerih se razlikujejo od običajnih valov:

• širijo se na velike razdalje, praktično ne da bi spremenili svoje parametre (amplituda, frekvenca, hitrost, energija);
• solitonski valovi prehajajo drug skozi drugega brez popačenja, kot da bi trčili delci, ne valovi;
• višja kot je "grba" solitona, večja je njegova hitrost;
• te nenavadne formacije so sposobne zapomniti informacije o naravi vpliva nanje.

Postavlja se vprašanje: kako si lahko navadne molekule, ki nimajo potrebnih struktur in sistemov, zapomnijo informacije? Poleg tega njihovi pomnilniški parametri presegajo najboljše sodobne računalnike.

Solitonski valovi izvirajo tudi iz molekul DNK, ki so sposobne hraniti informacije o telesu vse življenje! Z ultraobčutljivimi instrumenti je bilo mogoče izslediti pot solitonov skozi celotno verigo DNK. Izkazalo se je, val bere informacije, shranjene na njegovi poti, podobno kot človek bere odprto knjigo, vendar je natančnost skeniranja valov večkrat večja.

Raziskave so nadaljevali na Ruski akademiji znanosti. Znanstveniki so izvedli nenavaden poskus, katerega rezultati so bili zelo nepričakovani. Raziskovalci so vplivali na solitone s človeškim govorom. Izkazalo se je, da so verbalne informacije, zapisane na posebnem mediju, solitone dobesedno oživele.

Jasna potrditev tega so bile študije, izvedene na pšeničnih zrnih, ki so bila predhodno obsevana s pošastno dozo radioaktivnosti. S tem učinkom se verige DNK uničijo in semena izgubijo sposobnost preživetja. Z usmerjanjem solitonov, ki so si »zapomnili« človeški govor, na »mrtva« pšenična zrna je bilo mogoče obnoviti njihovo sposobnost preživetja, tj. so vzklile. Študije, izvedene pod mikroskopom, so pokazale popolno obnovo verig DNK, uničenih zaradi sevanja.

Možnosti uporabe

Manifestacije solitonov so zelo raznolike. Zato je zelo težko predvideti vse možnosti za njihovo uporabo.

A že zdaj je očitno, da bo na podlagi teh sistemov mogoče ustvariti zmogljivejše laserje in ojačevalnike, jih uporabiti na področju telekomunikacij za prenos energije in informacij ter uporabiti v spektroskopiji.

Pri prenosu informacij prek običajnih optičnih vlaken je potrebno ojačanje signala vsakih 80-100 km. Uporaba optičnih solitonov omogoča povečanje dometa prenosa signala brez izkrivljanja oblike impulza na 5-6 tisoč kilometrov.

Toda od kod prihaja energija za podporo tako močnih signalov na tako velikih razdaljah, ostaja skrivnost. Iskanje odgovora na to vprašanje je še pred nami.

Če bi bilo to sporočilo koristno za vas, bi bil vesel vašega obiska

Mornarji že dolgo poznajo posamezne valove velike višine, ki uničujejo ladje. Dolgo časa je veljalo, da se to dogaja le v odprtem oceanu. Vendar pa nedavni podatki kažejo, da se na obalnih območjih lahko pojavijo tudi posamezni lopovski valovi (do 20-30 metrov visoki) ali solitoni (iz angleškega solitary - "osamljen"). Birminghamski incident Bili smo približno 100 milj jugozahodno od Durbana na poti v Cape Town. Križarka se je premikala hitro in skoraj brez kotaljenja, naletela je na zmerno valovanje in vetrovne valove, ko smo nenadoma padli v luknjo in planili navzdol proti naslednjemu valu, ki se je skotalil skozi prve topovske kupole in treščil na naš odprt kapitanski most. Podrlo me je in na višini 10 metrov nad morjem sem se znašel v polmetrski plasti vode. Ladja je utrpela takšen udarec, da so se mnogi odločili, da smo bili torpedirani. Kapitan je takoj zmanjšal hitrost, vendar je bila ta previdnost zaman, saj so bili vzpostavljeni zmerni pogoji za plovbo in ni bilo več "lukenj". To je incident, ki se je zgodil ponoči z zatemnjeno ladjo. je bil eden najbolj razburljivih na morju. Zlahka verjamem, da bi se natovorjena ladja v takih okoliščinah lahko potopila. Tako britanski častnik s križarke Birmingham opisuje nepričakovano srečanje z enim samim katastrofalnim valom. Ta zgodba se je odvijala med drugo svetovno vojno, zato je reakcija posadke, ki se je odločila, da je bila križarka torpedirana, razumljiva. Podoben incident s parnikom Ouarita leta 1909 se ni končal tako uspešno. Na njem je bilo 211 potnikov in članov posadke. Vsi so umrli. Takšni posamezni valovi, ki se nenadoma pojavijo v oceanu, se pravzaprav imenujejo rogue valovi ali solitoni. Zdelo bi se, da. vsako nevihto lahko imenujemo ubijalka... Konec koncev, res, koliko ladij je med nevihto poginilo in propada zdaj? Koliko mornarjev je našlo zadnje zatočišče v globinah razburkanega morja? Pa vendar obstajajo valovi. tiste, ki nastanejo kot posledica morskih neviht in celo orkanov, ne imenujemo »ubijalci«. Domneva se, da je srečanje s solitonom najverjetneje ob južni obali Afrike. Ko so se ladijske poti zaradi Sueškega prekopa spremenile in so ladje prenehale pluti okoli Afrike, se je število naletov na nevarne valove zmanjšalo. Kljub temu so po drugi svetovni vojni, od leta 1947, v približno 12 letih zelo velike ladje, Bosfontein, naletele na solitone. »Giasterkerk«, »Orinfontein« in »Jacherefontein«, če ne štejemo manjših lokalnih ladij. Med arabsko-izraelsko vojno je bil Sueški prekop tako rekoč zaprt in ladijski promet po Afriki je spet postal intenziven. Supertanker World Glory z izpodrivom več kot 28 tisoč ton je umrl zaradi srečanja s prevarantskim valom junija 1968. Tanker je dobil opozorilo za nevihto, ko se je nevihta približala, so izvedli vse po navodilih. Nič slabega ni bilo predvideno. Toda med običajnimi vetrovnimi valovi, ki niso predstavljali resne nevarnosti. nenadoma se je pojavil ogromen val visok približno 20 metrov z zelo strmo fronto. Tanker je dvignila tako, da je njegova sredina ležala na valu, premec in krma pa sta bila v zraku. Tanker je bil natovorjen s surovo nafto in se je pod lastno težo prelomil na pol. Ti polovici sta še nekaj časa plavali, po štirih urah pa je tanker potonil na dno. Res je, večina posadke se je rešila. V 70. letih prejšnjega stoletja so se »napadi« lopovskih valov na ladje nadaljevali. Avgusta 1973 je ladja Neptune Sapphire, ki je plula iz Evrope proti Japonski, 15 milj od rta Hermis z vetrom približno 20 metrov na sekundo, doživela nepričakovan udarec enega samega vala, ki je prišel od nikoder. Trk je bil tako močan, da se je premec ladje, dolg približno 60 metrov, odlomil od trupa! Ladja "Neptune Sapphire" je imela najnaprednejšo zasnovo za tista leta. Kljub temu se je srečanje s prevarantskim valom zanj izkazalo za usodno. Podobnih primerov je bilo opisanih kar nekaj. Seveda grozen seznam nesreč ne vključuje le velikih ladij, na katerih obstajajo možnosti za reševanje posadke. Srečanje z nevarnimi valovi za majhne ladje se največkrat konča veliko bolj tragično. Takšne ladje ne doživijo samo hudega udarca. jih lahko uniči, toda na strmi vodilni fronti se lahko valovi zlahka prevrnejo. To se zgodi tako hitro, da je nemogoče računati na rešitev. To ni cunami. Kaj so to - lopovski valovi? Prva misel, ki pride na misel informiranega bralca, je cunami. Po katastrofalnem »napadu« gravitacijskih valov na jugovzhodno obalo Azije si mnogi cunami predstavljajo kot grozljiv vodni zid s strmo sprednjo fronto, ki trči na obalo in odnaša hiše in ljudi. Cunamiji so namreč sposobni marsičesa. Po pojavu tega vala v bližini severnih Kurilskih otokov so hidrografi, ki so preučevali posledice, odkrili spodobno velik čoln, ki ga je vrglo čez obalne hribe v notranjost otoka. To pomeni, da je energija cunamija preprosto neverjetna. Vendar vse to velja za cunamije, ki »napadajo« obalo. V prevodu v ruščino izraz "cunami" pomeni "velik val v pristanišču". V odprtem oceanu ga je zelo težko zaznati. Tam višina tega vala običajno ne presega enega metra, povprečne, tipične dimenzije pa so desetine centimetrov. In naklon je izjemno majhen, saj je na taki višini njegova dolžina več kilometrov. Tako je skoraj nemogoče zaznati cunami v ozadju tekočih vetrnih valov ali valov. Zakaj cunamiji postanejo tako grozljivi, ko »napadejo« obalo? Dejstvo je, da ta val zaradi svoje velike dolžine premika vodo po vsej globini oceana. In ko med širjenjem doseže razmeroma plitva območja, se vsa ta ogromna gmota vode dvigne iz globin. Tako »neškodljiv« val v odprtem oceanu postane uničujoč na obali. Prevarantski valovi torej niso cunami. Dejstvo je, da so solitoni izjemen in malo raziskan pojav. Imenujejo se valovi, čeprav so v resnici nekaj drugega. Za nastanek solitonov je seveda nujen nek začetni impulz, udarec, sicer od kod bo prišla energija, a ne samo to. Za razliko od običajnih valov se solitoni širijo na velike razdalje z zelo malo disipacije energije. To je skrivnost, ki še čaka na raziskovanje. Solitoni med seboj praktično ne delujejo. Praviloma se širijo različno hitro. Seveda se lahko zgodi, da en soliton drugega dohiti in se potem seštejejo v višino, potem pa se vseeno razkropijo po svojih poteh. Seveda je dodajanje solitonov redek dogodek. Vendar obstaja še en razlog za njihovo močno povečanje strmine in višine. Razlog za to so podvodne police, skozi katere "teče" soliton. Hkrati se energija odraža v podvodnem delu in val, tako rekoč, "pljusne" navzgor. Podobno situacijo je z uporabo fizičnih modelov proučevala mednarodna znanstvena skupina. Na podlagi teh študij je mogoče razviti varnejše ladijske poti. Toda še vedno je veliko več skrivnosti kot preučenih značilnosti in skrivnost prevarantskih valov še vedno čaka na svoje raziskovalce. Solitoni so še posebej skrivnostni v morskih vodah, na tako imenovani "plasti skoka gostote". Ti solitoni lahko privedejo (ali so že pripeljali) do podmorskih nesreč.