Действие на воду сверхслабых электромагнитных полей (в частности КВЧ-излучения)
Вопрос
Здравствуйте, Олег Викторович. Меня приятно обрадовали ваши познания о воде. Я в прошлой жизни был не плохой электронщик и специалист по вычислительной технике. Я хочу сказать к воде не имею отношения. А вопрос вот в чем, по воле судьбы, пришлось заниматься. Биологически активными добавками и косметикой. Меня заинтересовала проблема переноса информации с препаратов на нашу субстанцию, а субстанция, это экстракт гриба выращенный в ферментере. Работает нормально. Положительных отзывов много. Некоторые приходят годами. Так вот, после знакомства с различными изобретениями, я остановился на приборе сем тест. Я прослушал семинар в Санкт-Петербурге и мне кажется это лучший в приборостроении. Я так думаю. Теперь к делу. Прибор работает в режиме КВЧ, структурирует воду. На лекции сказали, что такая вода обладает свойствами дезинфицирующими, так ли это? Сколько по времени она может иметь такие свойства, и что еще интересного в структурированной воде? Если конечно не трудно, напишите или где можно почитать конкретно по этой теме. Удачи. Юрий Петрович.
Ответ
Здравствуйте, уважаемый Юрий Петрович!
Термин “структурированная вода”, т.е. вода с регулярной структурой был введён относительно давно и связан с кластерной моделью строения воды.
Благодаря наличию водородных связей каждая молекула воды образует водородную связь с 4-мя соседними молекулами, образуя ажурный сетчатый каркас в молекуле льда. Однако, в жидком состоянии вода – неупорядоченная жидкость; эти водородные связи - спонтанные, короткоживущие, быстро рвутся и образуются вновь. Всё это приводит к неоднородности в структуре воды.
То, что вода неоднородна по своему составу, было установлено давно. С давних пор известно, что лёд плавает на поверхности воды, то есть плотность кристаллического льда меньше, чем плотность жидкости. Почти у всех остальных веществ кристалл плотнее жидкой фазы. К тому же и после плавления при повышении температуры плотность воды продолжает увеличиваться и достигает максимума при 4°C. Менее известна аномалия сжимаемости воды: при нагреве от точки плавления вплоть до 40°C она уменьшается, а потом увеличивается. Теплоёмкость воды тоже зависит от температуры немонотонно. Кроме того, при температуре ниже 30°C с увеличением давления от атмосферного до 0,2 ГПа вязкость воды уменьшается, а коэффициент самодиффузии - параметр, который определяет скорость перемещения молекул воды относительно друг друга растёт. Для других жидкостей зависимость обратная, и почти нигде не бывает, чтобы какой-то важный параметр вёл себя не монотонно, т.е. сначала рос, а после прохождения критического значения температуры или давления уменьшался. Возникло предположение, что на самом деле вода — это не единая жидкость, а смесь двух компонентов, которые различаются свойствами, например плотностью и вязкостью, а следовательно, и структурой. Такие идеи стали возникать в конце XIX века, когда накопилось много данных об аномалиях воды.
Первым идею о том, что вода состоит из двух компонентов, высказал Уайтинг в 1884 году. Его авторство цитирует Э.Ф. Фрицман в монографии “Природа воды. Тяжёлая вода”, изданной в 1935 году. В 1891 году В. Ренгтен ввёл представление о двух состояниях воды, которые различаются плотностью. После неё появилось множество работ, в которых воду рассматривали как смесь ассоциатов разного состава (“гидролей”).
Когда в 20-е годы определили структуру льда, оказалось, что молекулы воды в кристаллическом состоянии образуют трёхмерную непрерывную сетку, в которой каждая молекула имеет четырёх ближайших соседей, расположенных в вершинах правильного тетраэдра. В 1933 году Дж. Бернал и П. Фаулер предположили, что подобная сетка существует и в жидкой воде. Поскольку вода плотнее льда, они считали, что молекулы в ней расположены не так, как во льду, то есть подобно атомам кремния в минерале тридимите, а так, как атомы кремния в более плотной модификации кремнезёма — кварце. Увеличение плотности воды при нагревании от 0 до 4°C объяснялось присутствием при низкой температуре тридимитовой компоненты. Таким образом, модель Бернала — Фаулера сохранила элемент двухструктурности, но главное их достижение — идея непрерывной тетраэдрическои сетки. Тогда появился знаменитый афоризм И. Ленгмюра: „Океан — одна большая молекула“. Излишняя конкретизация модели не прибавила сторонников теории единой сетки.
Только в 1951 году Дж. Попл создал модель непрерывной сетки, которая была не так конкретна, как модель Бернала — Фаулера. Попл представлял воду как случайную тетраэдрическую сетку, связи между молекулами в которой искривлены и имеют различную длину. Модель Попла объясняет уплотнение воды при плавлении искривлением связей. Когда в 60–70-е годы появились первые определения структуры льдов II и IX, стало ясно, как искривление связей может приводить к уплотнению структуры. Модель Попла не могла объяснить немонотонность зависимости свойств воды от температуры и давления так хорошо, как модели двух состояний. Поэтому идею двух состояний ещё долго разделяли многие учёные.
Во второй половине XX века помимо „континуальных“ моделей (модель Попла), возникли две группы „смешанных“ моделей: кластерные и клатратные. В первой группе вода представала в виде кластеров из молекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку (обычно в этом контексте называемую каркасом) водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Нетрудно было подобрать такие свойства и концентрации двух микрофаз кластерных моделей или свойства каркаса и степень заполнения его пустот клатратных моделей, чтобы объяснить все свойства воды, в том числе и знаменитые аномалии.
Среди кластерных моделей наиболее яркой оказалась модель Г. Немети и Х. Шераги: предложенные ими картинки, изображающие кластеры связанных молекул, которые плавают в море несвязанных молекул, вошли во множество монографий.
Первую модель клатратного типа в 1946 году предложил О.Я. Самойлов: в воде сохраняется подобная гексагональному льду сетка водородных связей, полости которой частично заполнены мономерными молекулами. Л. Полинг в 1959 году создал другой вариант, предположив, что основой структуры может служить сетка связей, присущая некоторым кристаллогидратам.
В течение второй половины 60-х годов и начала 70-х наблюдается сближение всех этих взглядов. Появлялись варианты кластерных моделей, в которых в обеих микрофазах молекулы соединены водородными связями. Сторонники клатратных моделей стали допускать образование водородных связей между пустотными и каркасными молекулами. То есть фактически авторы этих моделей рассматривают воду как непрерывную сетку водородных связей. И речь идёт о том, насколько неоднородна эта сетка (например, по плотности). Представлениям о воде как о водородно-связанных кластерах, плавающих в море лишённых связей молекул воды, был положен конец в начале восьмидесятых годов, когда Г. Стэнли применил к модели воды теорию перколяции, описывающую фазовые переходы воды.
В 1999 г. известный российский исследователь воды С.В. Зенин защитил в Институте медико-биологических проблем РАН докторскую диссертацию, посвященную структурированной воде, которая явилась существенным этапом в продвижении этого направления исследований, сложность которых усиливается тем, что они находятся на стыке трех наук: физики, химии и биологии. Им на основании данных, полученных тремя физико-химическими методами: рефрактометрии (С.В. Зенин, Б.В. Тяглов, 1994), высокоэффективной жидкостной хроматографии (С.В. Зенин с соавт., 1998) и протонного магнитного резонанса (С.В. Зенин, 1993) построена и доказана геометрическая модель основного стабильного структурного образования из молекул воды (структурированная вода), а затем (С.В. Зенин, 2004) получено изображение с помощью контрастно-фазового микроскопа этих структур.
Сейчас наукой доказано, что особенности физических свойств воды и многочисленные короткоживущие водородные связи между соседними атомами водорода и кислорода в молекуле воды создают благоприятные возможности для образования особых структур-ассоциатов (кластеров), воспринимающих, хранящих и передающих самую различную информацию.
Вода, состоящая из множества кластеров различных типов, образует иерархическую пространственную жидкокристаллическую структуру, которая может воспринимать и хранить огромные объемы информации.
На рисунке в качестве примера приведены схемы нескольких простейших кластерных структур.
Некоторые возможные структуры кластеров воды
Вода структурируется, т.е. приобретает особую регулярную структуру при воздействии многих структурирующих факторов, например, при замораживании-оттаивании воды (считается, что в такой воде сохраняются “ледяные” кластеры), воздействии постоянного магнитного или электромагнитного поля, при поляризации молекул воды и др. Считается, что такая структурированная вода становится активной и несёт новые свойства.
Вода является источником сверхслабого и слабого переменного электромагнитного излучения. Наименее хаотичное электромагнитное излучение создаёт структурированная вода. В таком случае может произойти индукция соответствующего электромагнитного поля, изменяющего структурно-информационные характеристики биологических объектов с последующим переносом заряда по цепочке диполей молекул воды.
Переносчиками информации могут быть физические поля самой различной природы. Так установлена возможность дистанционного информационного взаимодействия жидкокристаллической структуры воды с объектами различной природы при помощи электромагнитных, акустических и других полей.
Как это происходит? Если к определённому кубическому объёму воды приложить постоянное электромагнитное поле, то в этом случае все молекулы воды, представляющие собой маленькие заряжённые диполи выстроятся вдоль силовых линий электромагнитного поля, т.е. вдоль оси X. При тепловом движении дипольной молекулы воды перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, вдоль оси Y ( см. вектор V ), будет возникать момент сил F1, F2 ( сила Лоренса ), пытающихся развернуть молекулу в горизонтальной плоскости.
Лично я объясняю биологическое действие структурированной воды на организм тем, что каналы (насосы) мембран клеток тканей пропускают молекулы структурированной воды с повышенной скоростью, из-за того, что регулярная структура воды напоминает регулярную структуру самой мембраны клетки – высокоструктурированной органеллы.
Эксперименты показали, что употребление внутрь омагниченной структурированной воды повышает проницаемость биологических мембран тканевых клеток, снижает количество холестерина в крови и печени, регулирует артериальное давление, повышает обмен веществ, способствует выделению мелких камней из почек.
Не менее успешно структурированную воду используют и в сельском хозяйстве. Например, пятичасовое замачивание семян свеклы в магнитной воде заметно повышает урожай; полив магнитной водой стимулирует рост и урожайность сои, подсолнечника, кукурузы, помидоров. В некоторых странах магнитная вода служит и медицине: она помогает удалять почечные камни, оказывает бактерицидное действие, а бетон, замешанный на омагниченной воде, обретает повышенную прочность и морозоустойчивость. Таким образом, эффекты структурированной воды очень многочисленны и их природу и область применения еще только начинают изучать. Проникновение в суть этого явления откроет не только практические возможности, но и новые свойства структурированной воды.
Однако "память" у омагниченной структурированной воды не очень долгая, а вернее очень короткая. Считается, что она помнит воздействие поля менее суток, хотя этот придел сильно завышен. Эксперименты показали, что области с разным строением - кластеры возникают в воде спонтанно и спонтанно мгновенно распадаются. Вся структура воды живёт и постоянно меняется, причём время, за которое происходят эти изменения, очень маленькое. Исследователи следили за перемещениями молекул воды и выяснили, что они совершают нерегулярные колебания с частотой около 0,5 пс и амплитудой 1 ангстрем. Наблюдались также и редкие медленные скачки на ангстремы, которые длятся пикосекунды. В общем, за 30 пс молекула может сместиться на 8-10 ангстрем. Время жизни локального кластерного окружения тоже невелико. Области, составленные из кластеров могут распасться за 0,5 пс, а могут жить и несколько пикосекунд. А вот распределение времён жизни водородных связей очень велико. Но это время не превышает 40 пс, а среднее значение — несколько пс.
Так что насколько эффективно с помощью метода обработки воды электромагнитным коротковолновым излучением высокой частоты КВЧ добиться структурированности воды вопрос спорный.
Длина волны КВЧ-излучения составляет миллиметры. А квант энергии КВЧ-излучения имеет очень малую величину по сравнению с тепловой энергией частиц той среды (в данном случае это вода), на которую это излучение воздействует:
где kT0 – тепловая энергия частиц среды (молекул воды), здесь k=1,38·10-23 Дж/К –
постоянная Больцмана, T0 – абсолютная температура среды;
hν есть энергия кванта электромагнитного излучения, здесь h=6,62·10-34 Дж·с –
постоянная Планка, а ν – частота излучения.
Следовательно, теоретически, резонансное воздействие (если оно имеет место), должно происходить на надклеточном уровне. Глубина проникновения в биоткани, характеризующая степень поглощения КВЧ-излучения веществом составляет всего 300-500 мкм. Конечное, вода не такая плотная субстанция, как кожа, но всё же говорить о каких-либо высоких эффектах воздействия КВЧ-излучения на воду, вероятно, не приходится.
Относительно биологического воздействия КВЧ-излучения на живые организмы следует отметить, что проблема КВЧ-воздействия на живые организмы является частью общей проблемы воздействия на них слабых внешних факторов разной физической природы, таких как электромагнитные волны, радиоволны и др. Метод КВЧ-излучения находит широкое применение в медицине.
Сейчас использование КВЧ-излучения в терапии и профилактике целого ряда заболеваний человека является одним из активно развивающихся направлений современной клинической медицины. Электромагнитные волны миллиметрового диапазона успешно применяются для лечения болезней органов кровообращения, дыхания, пищеварения, мочеполовой, нервной и других систем. Были получены первые обнадеживающие результаты по ослаблению с помощью предварительного воздействия миллиметровых волн последствий рентгеновского облучения на костный мозг, параметры эритроцитов крови, перекисное окисление липидов и др.
В общих чертах, биологическое действие электромагнитных излучений оптического и микроволнового диапазонов не имеет принципиальных отличий. Считается, что в основе эффекта лежат структурно-функциональные изменения мембранных образований клеток и внутриклеточных органелл, которые являются мишенями электромагнитного поля. В результате такого взаимодействия создается физико-химическая основа для изменения процессов метаболизма, связанного с переносов протонов и электронов, а уже на этой основе возникают последовательные неспецифические реакции клетки и организма в целом. Различия существуют лишь в биофизических тонкостях взаимодействия электромагнитных полей и биотканей.
Во всех аппаратах, генерирующих КВЧ-излучение используется КВЧ-излучение низкой интенсивности (малой мощности), не вызывающие нагревание тканей, при воздействии. Отсутствие тепловых эффектов, при проведении КВЧ-терапии снимает целый ряд ограничений, свойственных, например, большинство физиотерапевтических аппаратов: строгие противопоказания при наличии злокачественных новообразований, доброкачественных опухолей, некоторых воспалительных заболеваний, беременности и т.п.
Стандартный вариант КВЧ-терапии использует стандартные частоты: 42,25 ГГц (7,1 мм); 53,57 ГГц (5,6 мм); 61,22 ГГц (4,9 мм), резонансно влияющие на общие для различных биологических объектов структуры (белки-ферменты, клеточные мембраны и т.д.). В результате активизируются имеющиеся резервы организма и ускоряются адаптационные и восстановительные процессы.
КВЧ-воздействие стимулирует в организме неспецифическую адаптационную резистентность, при этом в организме мобилизуются защитные (иммунный статус) и регуляторные (нейрогуморальный фактор) функции.
При КВЧ-воздействии меняются физико-химические свойства крови и липидный состав биологических мембран.
Специфика КВЧ-воздействия проявляется на уровне кожного покрова. Примерно 80% испытуемых испытывают определённые ощущения (сенсорная индикация): давление, покалывание, прикосновение, жжение, редко – тепло, холод.
КВЧ-воздействие вызывает частотно-зависимые эффекты: возникновение резонансных колебаний в бислойных липидных мембранах клетки и интерференцию на поверхности кожи первичной и вторичных волн и различные биофизические эффекты.
Насколько мне известно, детальных системных исследований воздействия КВЧ излучения на воду не проводилось.
В заключение следует подчеркнуть, что и сама теория структурированной воды имеет много подводных камней. Например, сам Зенин предполагает, что основной структурный элемент воды — кластер из 57 молекул, образованный слиянием четырёх додекаэдров. Они имеют общие грани, а их центры образуют правильный тетраэдр. То, что молекулы воды могут располагаться по вершинам пентагонального додекаэдра, известно давно; такой додекаэдр — основа газовых гидратов. Поэтому ничего удивительного в предположении о существовании таких структур в воде нет, хотя уже говорилось, что никакая конкретная структура не может быть преобладающей и существовать долго. Поэтому странно, что этот элемент предполагается главным и что в него входит ровно 57 молекул. Из шариков, например, можно собирать такие же структуры, которые состоят из примыкающих друг к другу додекаэдров и содержат 200 молекул. Зенин же утверждает, что процесс трёхмерной полимеризации воды останавливается на 57 молекулах. Более крупных ассоциатов, по его мнению, быть не должно. Однако если бы это было так, из водяного пара не могли бы осаждаться кристаллы гексагонального льда, которые содержат огромное число молекул, связанных воедино водородными связями. Совершенно неясно, почему рост кластера Зенина остановился на 57 молекулах. Чтобы уйти от противоречий, Зенин и упаковывает кластеры в более сложные образования — ромбоэдры — из почти тысячи молекул, причём исходные кластеры друг с другом водородных связей не образуют. Почему? Чем молекулы на их поверхности отличаются от тех, что внутри? По мнению Зенина, узор гидроксильных групп на поверхности ромбоэдров и обеспечивает память воды. Следовательно, молекулы воды в этих крупных комплексах жёстко фиксированы, и сами комплексы представляют собой твёрдые тела. Такая вода не будет течь, а температура её плавления, которая связана с молекулярной массой, должна быть весьма высокой.
Какие свойства воды объясняет модель воды Зенина? Поскольку в основе модели лежат тетраэдрические постройки, её можно в той или иной степени согласовать с данными по дифракции рентгеновских лучей и нейтронов. Однако вряд ли модель может объяснить уменьшение плотности при плавлении — упаковка додекаэдров менее плотная, чем лёд. Но труднее всего согласуется модель с динамическими свойствами — текучестью воды, большим значением коэффициента диффузии, малыми временами корреляции и диэлектрической релаксации, которые измеряются пикосекундами. Последний факт свидетельствует лишь о том, что модель структурированной воды – лишь одна из наиболее лучших моделей, описывающих поведение и структурно-функциональнве свойства воды, но пока не идеальная.
К.х.н. О.В. Мосин