«БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ Н.В. Шейкина 1, Н.И. Богатина 2 1-Харьковский национальный университет им В.Н. Каразина, Украина 2-Физико-технический институт низких температур НАН Украины, ...»
ИСКАЖЕНИЕ СОБСТВЕННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
Н.В. Шейкина 1, Н.И. Богатина 2
1-Харьковский национальный университет им В.Н. Каразина, Украина
2-Физико-технический институт низких температур НАН Украины,
Украина
Поступила в редакцию 23 декабря 2005 г .
Проведены расчеты искажения собственного постоянного магнитного, электрического и
электромагнитного поля, излучаемого биологическим объектом в процессе его жизнедеятельности окружающими предметами: металлом, диэлектриком, магнетиком, сверхпроводником. Показано, что в ряде случаев такое искажение не мало и может влиять на дальнейшие процессы жизнедеятельности организма. На основе этих расчетов разработана методика, позволяющая как измерять собственные магнитное, электрическое и электромагнитное поля биообъектов без искажений, так и адекватно влиять на биологические процессы. Предложен механизм биолокации. Результаты расчета удовлетворительно согласуются с экспериментом КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: собственное магнитное, электрическое и электромагнитное поле биообъекта, искажение собственного поля, металл, диэлектрик, магнетик, сверхпроводник, биолокация .
При проведении целого ряда опытов по определению собственного электромагнитного поля биологических объектов [1, 2, 3] нами было обнаружено, что как его значение, так и направление зависит от физических свойств предметов, близко расположенных от него. Аналогичные явления хорошо известны в физике, когда магнитное поле физических объектов существенно искажается расположенными вблизи него поверхностями из сверхпроводящих, металлических и мягких магнитных материалов .
В данной работе мы сделали попытку рассчитать изменения собственного электромагнитного поля (ЭМП), сопровождающего каждый биологический объект окружающими его предметами (не биологическими), сделанными из различных материалов, разной формы и симметрии при различном расстоянии до них .
В качестве окружения рассматривали металлические, диэлектрические предметы, а также магнетики и сверхпроводники .
МОДЕЛИ
Металлическое окружение .1 .
Любой биологический объект можно считать электрическим диполем, создающим определенное постоянное электрическое поле (ЭП) вокруг себя (или набором диполей, что не существенно для получаемых результатов) .
Рассмотрим теперь влияние на собственное поле диполя металлического окружения в двух наиболее часто встречающихся случаях: А
– плоскость металла, В – металлический экран, в который помещен биологический объект для экранирования внешнего ЭП. Решение задач такого типа рассмотрено в [4] .
А – металлическая плоскость Собственное электрическое поле диполя
металлической плоскости порядка размеров, на которых производится измерение ЭП объекта, искажение собственного поля E 0, согласно формуле (2), достигает 100% .
В – объект помещен в металлический экран (бесконечный цилиндр с радиусом r0 ) .
Как и в случае А, ЭП диполя будет искажаться ЭП его изображений, расположенных по эллипсу (рис.1). Однако, если объект будет расположен точно по центральной оси экрана, искажение собственного поля диполя, в силу симметрии экрана равно 0. Искажение собственного ЭП диполя, произвольно расположенного по отношению к оси экрана, определяется из рис.1 .
Это выражение имеет минимум в точке, для которой l r0, т. е. в центре экрана .
Из сказанного выше следует, что необходимо в каждом случае иметь экран, размеры которого r0 R0 (расстояний, на которых исследуется собственное поле) и уж тем более размер r0 должен быть много больше собственных размеров исследуемого объекта. В противном случае искажение собственного поля объектом экрана будет существенным, порядка самого поля (см. равенство (4)). К сожалению, этот факт не всегда учитывается в биологических экспериментах по экранированию от внешнего ЭП, экран часто имеет в поперечнике размеры, сравнимые с размерами исследуемого объекта, и, следовательно, существенно искажается собственное ЭП объекта .
2. Диэлектрическое окружение По аналогии с двумя задачами, рассмотренными в разделе 1, о влиянии металлической плоскости и бесконечного металлического цилиндра радиуса r0 на собственное ЭП диполя, рассмотрим далее влияние на это поле плоской границы раздела двух различных диэлектрических сред с различными диэлектрическими проницаемостями 1 и 2 .
Хорошо видно, что металлическая плоскость, для которой 2, приводит нас к предыдущей формуле (3). Если считать, что наш биообъект находится на воздухе (т.е. 1 1 ), то величина искажения собственного поля зависит от двух факторов: во-первых, от того, на сколько l близко к R0 (как и в случае металлической плоскости), и, во-вторых, на сколько 2 близко к 1 (формула (8)). В общем случае диэлектрическое окружение, согласно (8), влияет несколько меньше, чем металлическое, на собственное ЭП биообъекта .
Аналогично, рассмотрение диэлектрика сложной формы, например, бесконечного диэлектрического цилиндра, приведет к изменению формулы раз. Здесь стоит отметить, что наша одежда обычно – (5) в диэлектрик .
Таким образом, необходимо подчеркнуть следующее. Любой заряд e (см. рис.2) отталкивается от границы раздела двух диэлектрических сред с диэлектрическими проницаемостями 1 и 2 с силой, равной
4. Переменное ЭМП объекта и его зависимость от окружающей среды Все эффекты, рассмотренные выше, относились к постоянным ЭП и МП биообъекта и их искажениям. В этом подразделе речь пойдет о переменном поле биообъекта и их искажении. Рассмотрим падение плоской электромагнитной волны на плоскую границу раздела двух сред (см.[4]) из вакуума или воздуха ( 1 1, 1 1 ) в среду с 2 и 2. Тогда, согласно [4], имеем выражения (19) и (20) для волны, вектор E 0 которой перпендикулярен плоскости падения:
Если же E 0 лежит в плоскости падения H 0 H 1 E 0 E1 cos 0 (31) H 0 H 1 cos 0 Откуда имеем H 1 cos 0. (32) H 0 cos 0 Таким образом, для металла с бесконечно большой проводимостью, т.е .
для того металла, для которого 0, имеем полное отражение в случае E плоскости падения волны E1 E 0, а в случае H плоскости падения H1 H 0 .
Таким образом, из рассмотренного выше следует, что металлическое окружение, а тем более, из магнитного металла с большим, всегда приводит к искажению собственного переменного ЭМП биообъекта .
5. Сверхпроводящее окружение Для переменного ЭМП поверхность сверхпроводника, являющаяся идеальной проводящей поверхностью, полностью отражает ЭМП внешнего источника, естественно искажая при этом начальное ЭМП объекта .
Односвязная сверхпроводящая поверхность, полностью отражая (выталкивая) постоянное МП, искажает магнитные силовые линии источника МП, причем тем сильнее, чем ближе к поверхности он находится и, таким образом, существенно искажает МП объекта. Однако, если сверхпроводящая поверхность многосвязная (экран), то она замораживает начальное МП объекта и не дает ему изменяться во времени. Влияние сверхпроводника на ЭП объекта не отличается от влияния металла с бесконечной проводимостью .
ЧИСЛЕННЫЕ ОЦЕНКИ ИСКАЖЕНИЙ ПОЛЕЙ КОНКРЕТНЫХ
БИООБЪЕКТОВ. СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ
РЕЗУЛЬТАТАМИ
Для проверки проведенных расчетов и численных оценок нами был проведен целый ряд экспериментов по измерению искажений ЭП, МП и ЭМП как биообъектов (корней кресс-салата), так их моделей (искусственно созданных магнитных диполей и предварительно заряженных воздушных конденсаторов) .Согласно [5] ЭП, создаваемое растущим корнем в воде на расстоянии нескольких сантиметров, равно 0,02 – 0,1В/м. Согласно формулам (1, 2), Е1/E0= 1/(2l/R0 -1)3. Относительное изменение собственного электрического поля при приближении к корню металлической плоскости на расстояние 0,1;
1,0; 10 см приведено в таблице 1. При этом здесь и далее всюду считалось, что измерение поля производится на расстояние R0, равном 0.5 –1см. от объекта .
Таблица 1 .
Замена металлической плоскости диэлектрической приводит к раз (для значений 1 ~ 1, 2 ~ 5 10 уменьшению искажения поля в искажение уменьшается в 1,25 – 1,5 раза) .
Аналогичные расчеты приведены для металлического и диэлектрического цилиндров двух радиусов r0 : 1) r0 1 м, т.е. намного превышающего l и R0 и 2) r0 R0.В первом случае результаты не отличаются от результатов, полученных для металлической плоскости, и зависят только от расстояния от корня до цилиндров. Для второго случая результаты приведены в таблице 2 .
Таблица 2 .
B1 В случае экрана из сверхпроводника результаты для отношения B0 будут такими же, как и для магнитного экрана, с большим, только знак искаженного поля изменится [13]. Таким образом, искажение поля может достигать величины от нескольких сот до тысячи нТл. Следовательно, оно лежит на уровне чувствительности биообъекта к магнитному полю ( B0 ~ 10 100 нТл для человека [14-16] и 1000 -2000 нТл. для растений [3,9Аналогичные оценки при некоторых упрощающих предположениях могут быть произведены и для ЭМП, создаваемого биообъектом (формулы 23 – 32) .
Здесь также можно оценить отношение искаженных диэлектриком ЭП и МП к неискаженным. Для обычных значений 2 5 10 E1 E 0 0,4 0,5, т.е .
искаженное ЭП E1 (0,4 0,5) (0,02 0,1) В/м, МП B1 5 500 нТл, что также выше порогов чувствительности по переменным ЭП и МП [1, 15 - -18] .
ВЫВОДЫ. СВЯЗЬ С БИОЛОКАЦИОННЫМИ ЭФФЕКТАМИ
Все сказанное выше позволяет сделать следующий вывод: почти любое окружение биообъекта искажает его собственное постоянное ЭП и МП и его переменное ЭМП, при этом объект взаимодействует с окружением (в большинстве случаев притягивается к границе раздела разных сред). Так как уровень чувствительности многих организмов к постоянному МП [3, 9 - 12] лежит на уровне 10 6 10 5 Тл, к постоянному ЭП [5 - 8] – на уровне 10 7 10 6 В/м и к переменному ЭМП [1, 15 -18] - 10 6 10 5 Тл, то вполне возможно, что этим и объясняется биолокационный эффект. Имеются данные, что на организм, в частности растительный, существенно влияет материал, в котором его проращивают (земля, ее влажность, вода, материал горшка, в котором помещена земля или другая среда проращивания). Таким образом, основной вывод заключается в том, что любой биообъект не является замкнутым, а существенно реагирует на свое непосредственное окружение (металл, диэлектрик, сверхпроводник, магнетик). Стараясь избавиться от внешних постоянных ЭП, МП и переменных ЭМП, мы окружаем биообъект различными материалами. Необходимо учитывать, что такое окружение может вносить свои эффекты и во избежание данных эффектов, во-первых, экран должен обладать осью симметрии, во-вторых, размеры его должны быть много больше размеров объекта, в-третьих, образец надо размещать точно по оси симметрии. Необходимо отметить, что даже в условиях расположения объекта точно по оси экрана в случае протяженного объекта, собственное его поле искажается за счет поля диполей и их изображений, лежащих в других плоскостях, перпендикулярных оси экрана и объекта. Внутрь используемого сверхпроводящего экрана должен быть помещен металлический, экранирующий его вихревые токи, чтобы собственное МП биообъекта не искажалось. Наличие же металлического экрана из нормального металла ведет к перечисленным выше искажениям .Таким образом, взаимодействие биообъекта с окружающими предметами всегда ведет как к возникновению сил притяжения или отталкивания между объектом и окружением, так и к искажению его собственного ЭМП при измерении .
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богатина Н.И., Шейкина Н.В. Собственное магнитное поле зерновок пшеницы и генерируемые ими магнитные шумы// Биофизический вестн.С.101-108 .
2. Шейкина НВ., Богатина Н.И. Влияние комбинированного магнитного поля на гравитропическую реакцию растений и спектр электромагнитного излучения, генерируемого ими в процессе роста // Радиофизика и электроника. – 2005 – 10. – С.331-335 .
3..Богатина Н.И., Литвин В.М., Травкин М.П. Ориентация корней зерновок пшеницы в магнитном поле Земли, влияние собственного поля зерновки // Электронная обработка материалов – 1986 - №6 - C. 56-62 .
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред// Изд-во технико-теоретической литературы – Москва: 1957 .
5. McAuley A.L.? Scott B.I.H. A new approach to study of electric fields produced by growing roots // Nature – 1954 – 174 - №4437 - P. 924-936
6. Adey W.R.,.The prove of functional importance of external and initial low frequency electric fields for encephalitis tissue action // 1981, Physiol Rev. – 1981 – 61 - P.435-514
7. Протасов В.Р., Барон В.Д., Дружинин Л.А., Чистякова В.Ю. Нильский слоник Gnathonemus Patersii – индикатор внешних воздействий // Доклады АН СССР – 1981 - 260, - №1 - С. 248-252 .
8. Богатина Н.И., Литвин В.М., Травкин М.П. Возможные механизмы действия магнитного, гравитационного и электрического полей на биологические объекты. Аналогии в их действии // Электронная обработка материалов – 1986 - №1 – С.64-67 .
Богатина Н.И., Литвин В.М., Травкин М.П. Ориентация корней пшеницы 9 .
под действием геомагнитного поля // Биофизика – 1986 - 31 - № 5 – C/ 886Adey W.R Frequency and energy windows during the weak magnetic field action on the alive tissue // Proceeding IEEE – 1980 - 68 – P. 140-148 .
11. Богатина Н.И., Веркин Б.И Определение порога чувствительности проростков и корней пшеницы к величине магнитного поля // Физиология растений – 1979 – 28 - №3 - C.620-624 .
12. Богатина Н.И., Веркин Б.И. Влияние слабых магнитных полей на скорость роста, сухую массу и скорость клеточной репродукции гороха // Доклады АН УССР, - серия Б – 1979 - №6 - C.460-463 .
13. Zieba A., Forner S. Superconducting magnet image effects observed with a vibrating sample magnetometer // Scientific instruments – 1983 - №2 – P. 3-12 .
14. Вильямсон С.Дж., Кауфман Л., Бремер Д., «Биомагнетизм», ст. в кн .
Слабая сверхпроводимость. Квантовые интерферометры и их применение// Москва: Мир : 1980 .
15. Данилов В.И., Паршинцев И.И., Туркин В.В. Влияние одиночного импульса магнитного поля на электрическую активность нейронов моллюска // Биофизика - 1984 – 29 - С.109-112
16. Пирузян Л.А. Кмутошвили Т.М., Накипова О.В. и др. Действие низкочастотного магнитного поля на сократимость миокарда // Доклады АН СССР – 1083 - 270, - №6 - С. 1486-1489
17. Kuznetsov O.A. Curvature induced by Amyloplast Magnetophoresis in Protonemata of the Moss Ceratodon purpureus //Plant Physiollogy -1999 – 119 P/645-650 .
18. Богатина Н.И., Щейкина Н.В., Кордюм Е.Л., Карачевцев В.А. ГТР высших растений в слабом КМП // Доклады АН Украины – 2002 – 45 – С.102- 106 .
[ 
«