CC BY
91
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
УДК 523
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОДХОД
К ЦЕЛОСТНОЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЕ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА
Юрий Степанович Ларионов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86, е-mail: larionov42@mail.ru
Валерий Степанович Ларионов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (383)361-08-86
Николай Александрович Ярославцев
ООО «ЭкоПроба», 644120, Россия, г. Омск, п.г.т. Дальний, 20, оф. 19, инженер, тел. (381)234-83-69, e-mail: yaroslavcev_na@mail.ru
Сергей Михайлович Приходько
ООО «ЭкоПроба», 644120, Россия, г. Омск, п.г.т. Дальний, 20, оф. 19, инженер, тел. (381)234-83-69, e-mail: ivolqa-x3@mail.ru
Евгения Ивановна Баранова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры экологии и природопользования, тел. (913)922-07-72, е-mail: evg.dxn@yandex.ru
Эволюция материи от появления атомов, молекул, различных сложных химических и физических форм и структур вплоть до планет, звезд и т. д. базируется на атрибутивной информации, основанной на эффекте модуляции магнитного поля и существования единой материальной электромагнитной системы в форме квадруполь (сдвоенный электрический и магнитный диполи) на всех уровнях ее организации.
Отсюда следует, что целостность окружающего материального мира основана на электромагнитной среде атрибутивного характера. Живая клетка и эволюция ее до вербальной информационной системы обусловлена появлением макромолекул ДНК и РНК, которые информационно обеспечили выделение и эволюцию клетки как открыто-закрытой живой информационной системы. Сегодня доказано, что все клеточные структуры на молекулярном уровне управляются постоянно действующими электромагнитными полями различной природы и интенсивности. Именно на молекулярном уровне начинают наблюдаться специфические отличия форм-структур химических элементов, т. е. молекул одного элемента от другого. Таким образом, выделение живой материи из неживой произошло на клеточном молекулярном информационном уровне, дальнейшая эволюция которой на основе хромосомных структур клетки привела к появлению вербальной информации. Живая материя - это новое эмерджентное информационное свойство неживой материи, обусловленное появлением во Вселенной новой молекулярной энергоинформационной системы клетки на основе молекул ДНК, РНК и белков.
Ключевые слова: материя, целостность, эволюция, электромагнитное излучение, атрибутивная и вербальная информация, молекула.
158
Методология научных исследований
ELECTROMAGNETIC INFORMATION APPROACH
TO THE COMPLETE NATURAL-SCIENCE PICTURE OF THE MATERIAL
Yury S. Larionov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-08-86, e-mail: larionov42@mail.ru
Valery S. Larionov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (383)361-08-86
Nikolay A. Yaroslavtsev
«EcoProba» company, 644120, Russia, Omsk, 20 set. of city type Dalny, of. 19, scientific consultant, tel. (381)234-83-69, e-mail: yaroslavcev_na@mail.ru
Sergey M. Prikhodko
«EcoProba» company, 644120, Russia, Omsk, 20 set. of city type Dalny, of. 19, scientific consultant, tel. (381)234-83-69, e-mail: ivolga-x3@mail.ru
Yevgeny I. Baranova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate prof., Department of Ecology and Natural Resources Management, tel. (913)922-07-72, e-mail: evg.dxn@yandex.ru
Evolution of a matter from emergence of atoms, molecules, various difficult chemical and physical forms and structures in a flesh to planets, stars, etc. is based on the attributive information based on effect of modulation of a magnetic field and existence of uniform material electromagnetic system in shape quadrupole (dual electric and magnetic dipoles) at all levels of its organization.
From this it follows that integrity of a surrounding material world is based on the electromagnetic environment of attributive character. Living cell and its evolution to verbal information system is caused by emergence of macromolecules of DNA and RNA which it is information provided allocation and evolution of a cage as the open closed live information system. Today it is proved that all cellular structures at the molecular level cope constantly operating electromagnetic fields of various nature and intensity. At the molecular level specific differences of forms structures of chemical elements, i.e. a molecule of one element from another start being observed. Thus, allocation of a live matter from the lifeless happened at the cellular molecular information level which further evolution on the basis of chromosomal structures of a cage led to emergence of verbal information. The live matter is the new emerdzhentny information property of a lifeless matter caused by emergence in the Installed new molecular power information system of a cage on the basis of molecules of DNA, RNA and proteins.
Key words: matter, integrity, evolution, electromagnetic radiation, attributive and verbal information, molecule.
Существование различных уровней организации материи (частицы, атомы, молекулы, планеты, звезды галактики, и др.) и их сложные энергоинформационные взаимодействия выступают как атрибутивное свойство ее существования, обеспечившее организацию материи как по горизонтали, так и по вертикали
159
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
(иерархии). А выделение из неживой материи живой формы усложняет ее восприятие как целостной системы [13, 15, 16] и афазию (отказ от высказывания, неспособность понимать) многих современных ученых этих вопросов. Преобладание линейных подходов над нелинейными в современном научном исследовании различных сложных процессов и явлений ведет, как правило, к возникновению неопределенности и проблем в их понимании [32, 33, 21, 23-26].
Современная методология науки, излагая информационные теории и принципы, недостаточно четко формулирует представления о понятиях «информация», «информационная энтропия», «атрибутивная и вербальная информации» [28, 32, 13, 15-17]. Во многом это связано, по нашему мнению, с отсутствием четкого представления о целостной естественно-научной картине материального мира (ЦЕНКММ) [13].
Р. Г. Баранцев [3, с. 96-97], обсуждая понятия «информация» и «информационная энтропия», отмечает глубокую связь между ними, которая может приобрести более фундаментальный статус, если понятию «информация» будет дано не только семантическое содержание, сводимое к понятию ценности, а субстациональная категория оценки или ее физическая сущность. Автор приводит мнения ряда исследователей, связывающих рост энтропии с процессами превращения и увеличения (уменьшения) структурного разнообразия, а также процессами эволюции (жизни) как процессами преобразования импульсов в структурную энтропию. Чтобы понять это, углубимся кратко в молекулярный уровень организации материи в физике, химии и биологии как основы существования живой материи.
Мы полностью разделяем позицию Н. В. Петрова [24-27], по которой информация неотделима от материальной формы любого уровня, поскольку всякая форма имеет собственную структуру, отличную от структур других форм материи, и это свойство отражено в частоте электромагнитных колебаний каждой формы материи (каждый элемент таблицы Д. И. Менделеева, каждый структурный элемент живой клетки имеют свой спектр электромагнитных колебаний) [13-19]. Структуры, формы и частоты внешних энергоинформационных полей согласованы таким образом, что они при определенных условиях вступают в резонанс. Поэтому существует избирательное информационное взаимодействие вещества и излучения, в основе которого лежат электромагнитные взаимодействия. В связи с этим необходимо рассматривать существование семантического признака - «форма - структура» как универсального состояния систем (системы) и универсального носителя информации атрибутивного и вербального уровня [2, 13-18, 22, 24, 29].
Таким образом, электромагнитные излучения (ЭМИ) и электромагнитные поля (ЭМП) как полевую форму материи можно (нужно) отнести к носителям информации атрибутивного уровня. Необходимо утвердиться в мысли, что материальным носителем информации (сигнал к взаимодействию) является электромагнитный импульс. На основании этого главным (исходным) условием существования материи и ее эволюции является неразрывное существование
160
Методология научных исследований
электрического и магнитного диполей. Их объединенное и неразрывное существование в окружающем нас материальном мире (Вселенной) сформировано Н. В. Петровым [24-27] как понятие - квадруполь.
Известны исследования и разработанные на их основе модели [24-27 и др.], которые позволяют понять, что любая материальная форма, в том числе и клетка, растение, животное, человек, атом, молекула, кристалл, здание, космические объекты и т. д. взаимодействует с информационным содержанием внешней среды, представленной в виде различных физических полей и излучений различной интенсивности. Сегодня становится очевидным, что универсальным языком общения в окружающем нас материальном мире, между его элементами являются электромагнитные излучения. Носителем информации в электромагнитном излучении является квадруполь или сдвоенный диполь (электрический и магнитный), каждый элемент которого смещен относительно другого по фазе на % периода (рисунок [27]).
а) б)
Рис. Условная схема сечения двух моделей сдвоенного диполя (квадруполя) электромагнитного излучения симметричного (а) и ассиметричного (б) строения, в результате внешнего воздействия (красные стрелки). Синими стрелками показано направление общего тока двух диполей, протекающего в замкнутом цикле (1, 2, 3, 4) и показывающего целостность системы
Присутствие электрической и магнитной компоненты означает целостность и двойственность каждой новой волны информации на атрибутивном уровне, носителем которого является электромагнитная волна (излучение). Фактически это голографическое отражение электромагнитной волны, позволяющее объединить бесконечный объем информации за счет модуляции сигнала несущей частоты с различной интенсивностью, комплексом сопутствующих гармоник и т. п. [24-27]. Такая модель согласуется с представлениями, развиваемыми в синергетике, в которой оперируют математическими моделями в виде «аттракторов» и «странных аттракторов». Составляющей частью этой концеп-
161
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
ции является представления о ведущей роли нелинейных процессов в различных взаимодействиях. Линейные процессы являются лишь частным случаем нелинейных процессов [3, 6, 32, 33].
Таким образом, сегодня можно признать, что универсальным языком общения в окружающем нас материальном мире и между его элементами являются электромагнитные излучения. Они в общем случае, являясь атрибутом материи, обеспечивают информационную связь между ее различными формами. Ярким физическим проявлением электромагнитных взаимодействий являются носители различных форм и уровней организации и развития материи во Вселенной (космофизико-химический, геохимический и биохимический) и свойственных им различных информационных систем, которые, в свою очередь, состоят из форм-структур различной иерархии и сложности. Формы-структуры выражены в виде квадруполей электромагнитных волн, которые обладают различными характеристиками и формируются в центрах генерации (Млечный путь -наша галактика, Солнце, Земля, Космос), а в общем случае - от любых источников электромагнитных излучений. Основным свойством понятия «информация», в контексте настоящей статьи, является ее возможность сохранять свою основу, в виде любых преобразований форм-структур [2], то есть оставаться в эволюции материи устойчивой (постоянной) категорией, например, строение атомов, молекул, кристаллов, планет, звезд и т. д. Это показывает ее полное соответствие закону сохранения энергии (первый закон термодинамики), который, на наш взгляд, можно назвать «законом сохранения информации».
Представление информации как физических проявлений электромагнитных полей и излучений позволяет описывать различные процессы материального мира с точки зрения информационных электромагнитных взаимодействий как атрибутивного, так и вербального уровня организации материи, на основе электромагнитных полей и излучений различного генеза и интенсивности. При этом мы понимаем роль электромагнетизма как основного экологического фактора, влияющего на существование и устойчивость биосферы [1, 5, 6, 8, 10, 13, 19, 30, 31].
В нашем представлении [13-18], основываясь на современном понимании эволюции материи от космофизико-химического уровня до геохимического и биохимического уровней ее организации, информация - это атрибут материи, динамическая всеобъемлющая системная совокупность ее элементарных и сложноорганизованных форм-структур, эволюционирующих на основе электромагнитных взаимодействий, отражающих ее энергетические состояния на всех уровнях иерархии и организации, которая при определенных условиях, может восприниматься вербально. Таким образом, информация формирует целостную естественно-научную картину материального мира, обеспечивает эволюцию материи и все уровни ее взаимодействия, т. е. переход ее из одного состояния в другое (космофизико-химическое, геохимическое, биохимическое).
Предлагаемое определение понятия «информация» может быть положено в основу ЦЕНКММ и предложить ряд концепций [13-16], подчеркивающих це-
162
Методология научных исследований
лостность материального мира, на общей информационной основе эволюционирующей материи на различных уровнях ее иерархии и организации.
Сегодня понятие «информация» достаточно условно можно разделить на два вида.
Информация атрибутивная - долговременная информация как универсальное свойство всех материальных объектов, придающее им структурное единство и целостность, а также независимость во всех ритмичных процессах эволюции материального мира. Неотъемлемое свойство или атрибутивность не изменяются при усложнении форм-структур материи, поскольку оно (свойство) играет роль памяти прошлого опыта действий. Например, ядро атома водорода, как и ядра всех других атомов, в своих структурных взаимодействиях и преобразованиях излучает один и тот же спектр, и один и тот же спектр частот поглощает, обеспечивая тем самым структурное единство и целостность.
Информация вербальная - оперативная информация, основана на мыслительно-словесной или чувственной информации человека, осознанно воспринимаемой органами чувств. Она создается и воспринимается человеком, обладающим определенными уровнями знаний и самосознания, благодаря чему он использует ее в своих целях во взаимодействиях с окружающей средой. В обычном представлении вербальная информация - это информация, передаваемая с помощью слова. В настоящее время многим трудно понять различие атрибутивной и вербальной информации, так как последняя все больше переносится на электромагнитные носители (компьютеры, телевизоры, мобильники и другие носители), которые в материальной, электромагнитной основе своей атрибутивны.
Необходимо углубленно рассмотреть сущность этих двух форм информации и их общность. Все формы материи постоянно находятся внутри энергетических полей, сформированных центрами излучений. Развиваясь внутри полей, каждая форма материи практически является излучающей системой или, в общем случае, приемо-передающей системой, способной резонансно взаимодействовать со всеми объектами в своем окружении, согласно Закону информационного взаимодействия, предлагаемого Н. В. Петровым [25-27]. Всякое последующее действие происходит по памяти предыдущих действий, при этом формируется новая структура памяти, куда первая входит составляющей и не изменяется, благодаря непрерывному воспроизводству самой себя в точной копии [24-27, 13-17 и др.]. Это представление позволяет каждой форме материи выделить необходимую только ей информацию из общего энергоинформационного потока, удалить ненужную или избыточную энергию и переносимую с ней бесполезную для данной структуры информацию и т. д.
Начнем с современных молекулярных электромагнитных представлений о материи [4, 11, 22].
Молекула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles - масса) -электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных ковалентными связями атомов. В физике к молекулам причисляют также одно-
163
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
атомные молекулы, то есть свободные (химически не связанные) атомы (например, инертных газов, ртути и т. п.). Причисление к молекулам одноатомных молекул, то есть свободных атомов, например одноатомных газов, приводит к некому совмещению понятий «молекула» и «атом». Но обычно подразумевается, что молекулы нейтральны (не несут электрических зарядов) и не несут неспаренных электронов (т. е. валентности насыщены); заряженные молекулы называют ионами, молекулы с мультиплетностью, отличной от единицы (то есть с неспаренными электронами и ненасыщенными валентностями), - радикалами. Число атомов в молекуле может быть от двух до сотен тысяч. Молекулы относительно высокой молекулярной массы, состоящие из повторяющихся низкомолекулярных фрагментов, называются макромолекулами. К веществам, сохраняющим молекулярную структуру в твердом состоянии, относятся, например, вода, оксид углерода, многие органические вещества. Они характеризуются низкими температурами плавления и кипения. Большинство же твердых (кристаллических) неорганических веществ состоят не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов) и существуют в виде макротел (кристалл хлорида натрия, кусок меди и т. д.).
С точки зрения квантовой физики молекула представляет собой систему не из атомов, а из электронов и атомных ядер, взаимодействующих между собой на электромагнитной основе. Молекулы и кристаллы образуются в результате электромагнитного взаимодействия, т. е. химическая связь образуется за счет перераспределения электронной плотности связывающихся атомов. По характеру этого распределения молекулы могут быть с ковалентной связью, ионной, координационной, металлической. По числу электронных пар, участвующих в образовании молекул, различают простые (одинарные), двойные, тройные, по симметрии электронного распределения - о- и п-связи, по числу непосредственно взаимодействующих атомов - двух-, трех- и многоцентровые.
В классической теории химического строения молекула рассматривается как наименьшая стабильная частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.
Молекула данного вещества имеет постоянный состав, то есть одинаковое количество атомов, объединенных химическими связями, при этом химическая индивидуальность молекулы определяется именно совокупностью и конфигурацией химических связей, то есть валентными взаимодействиями между входящими в ее состав атомами, обеспечивающими ее стабильность и основные свойства в достаточно широком диапазоне внешних условий. Невалентные взаимодействия (например, водородные связи), которые зачастую могут существенно влиять на свойства молекул и вещества, образуемого ими, в качества критерия индивидуальности молекулы не учитываются.
Центральным положением классической теории является положение о химической связи, при этом допускается наличие не только двухцентровых связей, объединяющих пары атомов, но и наличие многоцентровых (обычно трехцентровых, иногда — четырехцентровых) связей с «мостиковыми» атомами —
164
Методология научных исследований
как, например, мостиковых атомов водорода в боранах. Электромагнитная природа химической связи в классической теории не рассматривается - учитываются лишь такие интегральные характеристики, как валентные углы, диэдраль-ные углы (углы между плоскостями, образованными тройками ядер), длины связей и их энергии.
Таким образом, молекула в классической теории представляется динамической системой, в которой атомы рассматриваются как материальные точки и в которой атомы и связанные группы атомов могут совершать механические вращательные и колебательные движения относительно некоторой равновесной ядерной конфигурации, соответствующей минимуму энергии молекулы.
Состав молекул сложных веществ выражается при помощи химических формул. В квантохимической теории химического строения основными параметрами, определяющими индивидуальность молекулы, является ее электронная и пространственная (стереохимическая) конфигурации. При этом, в качестве электронной конфигурации, определяющей свойства молекулы, принимается конфигурация с наинизшей энергией, то есть основное энергетическое состояние.
Молекулы состоят из электронов и атомных ядер, расположение которых в молекуле передает структурная формула (для передачи состава используется так называемая брутто-формула). Молекулы белков и некоторых искусственно синтезированных соединений могут содержать сотни тысяч атомов. Сегодня молекулы являются объектом изучения квантовой химии, аппарат которой активно использует достижения квантовой физики, в том числе релятивистских ее разделов. Также, в настоящее время развивается такая область химии, как молекулярный дизайн. Для определения строения молекул конкретного вещества современная наука располагает колоссальным набором средств: электронная спектроскопия, колебательная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс и электронный парамагнитный резонанс и многие другие, но единственными прямыми методами в настоящее время являются дифракционные методы, как-то: рентгеноструктурный анализ и дифракция нейтронов [20, 34-37].
Природа химических связей в молекуле оставалась загадкой до создания квантовой физики - классическая физика не могла объяснить насыщаемость и направленность валентных связей.
Необходимо отметить, что химические связи в молекулах подавляющего большинства органических соединений являются ковалентными. Среди неорганических соединений существуют ионные и донорно-акцепторные связи, которые реализуются в результате обобществления пары электронов атома. Энергия образования молекулы из атомов во многих рядах подобных соединений приближенно аддитивна. То есть можно считать, что энергия молекулы - это сумма энергий ее связей, имеющих постоянные значения в таких рядах.
Аддитивность энергии молекулы выполняется не всегда. Примером нарушения аддитивности являются плоские молекулы органических соединений с так называемыми сопряженными связями, то есть с кратными связями, которые чередуются с единичными. Сильная делокализация ^-состояний электронов приводит
165
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
к стабилизации молекулы. Выравнивание электронной плотности вследствие коллективизации p-состояний электронов по связям выражается в укорочении двойных связей и удлинении одинарных. В правильном шестиугольнике межуглеродных связей бензола все связи одинаковы и имеют длину, среднюю между длиной одинарной и двойной связи. Сопряжение связей ярко проявляется в молекулярных спектрах. Современная квантово-механическая теория химических связей учитывает делокализации не только p-, но и ^-состояний электронов, которая наблюдается в любых молекулах.
В подавляющем большинстве случаев суммарный спин валентных электронов в молекуле равен нулю. Молекулы, содержащие неспаренные электроны, - свободные радикалы (например, атомный водород Н, метил CH3), обычно неустойчивы, поскольку при их взаимодействии друг с другом происходит значительное снижение энергии вследствие образования ковалентных связей. Фундаментом внутри- и межмолекулярного взаимодействия является электромагнитное взаимодействие, оно осуществляется между ядрами и электронами в атомах и молекулах.
Таким образом, особенности строения молекул и их электромагитные вза-модействия определяют как физические, так и химические свойства вещества, состоящего из этих молекул. Так, геометрическая структура молекулы (форма -структура) определяется равновесным расположением атомных ядер. Энергия взаимодействия атомов зависит от расстояния между ядрами. На очень больших расстояниях эта энергия равна нулю. Если при сближении атомов образуется химическая связь, то атомы сильно притягиваются друг к другу (слабое притяжение наблюдается и без образования химической связи), при дальнейшем сближении начинают действовать электростатические силы отталкивания атомных ядер. Препятствием к сильному сближению атомов является также невозможность совмещения их внутренних электронных оболочек.
Каждому атому в определенном валентном состоянии в молекуле можно приписать определенный атомный, или ковалентный радиус (в случае ионной связи - ионный радиус), который характеризует размеры электронной оболочки атома (иона), образующего химическую связь в молекуле. Размер электронной оболочки молекулы является условной величиной. Существует вероятность (хотя и очень малая) найти электроны молекулы и на большем расстоянии от ее атомного ядра. Практические размеры молекулы определяются равновесным расстоянием, на которое они могут быть сближены при плотной упаковке молекул в молекулярном кристалле и в жидкости. На больших расстояниях молекулы притягиваются друг к другу, на меньших - отталкиваются. Размеры молекулы можно найти с помощью рентгеноструктурного анализа молекулярных кристаллов. Порядок величины этих размеров может быть определен из коэффициентов диффузии, теплопроводности и вязкости газов и плотности вещества в конденсированном состоянии. Расстояние, на которое могут сблизиться валентно не связанные атомы одной и той же или разных молекул, может быть охарактеризовано средними значениями так называемых Ван-дер-Ваальсовых
166
Методология научных исследований
радиусов (А). Радиус Ван-дер-Ваальса существенно превышает ковалентный. Зная величины Ван-дер-Ваальсовых, ковалентных и ионных радиусов, можно построить наглядные модели молекул, которые бы отражали форму и размеры их электронных оболочек (форму-структуру молекулы в конкретных условиях среды).
Говоря о формах-структурах молекул, следует отметить, что он подтверждается и ковалентными химическими связями, которые расположены в молекуле как форме-структуре под определенными углами. Форма и величина их зависят от состояния гибридизации атомных орбиталей. Так, для молекул насыщенных органических соединений характерно тетраэдральное (четырехгранное) расположение связей, образуемых атомом углерода, для молекул с двойной связью (С = С) - плоское расположение атомов углерода, для молекул соединений с тройной связью (С ° С) - линейное расположение связей.
Формирование форм-структур молекул, отражаемых ковалентными химическими связями на уровне атрибутивной информации, связанного с долговременно хранимым структурным построением памяти, является пример преобразований углерода, как химического элемента, который мы оцениваем с позиции вербальной информации. В иерархии его структурных преобразований он сам по себе является атрибутивной структурой - ядро, протоны, нейтроны, электроны. Вверх по иерархии строения ядер химических элементов он является элементарной формой, со своими, только ему присущими свойствами, задаваемыми структурой памяти резонансных контуров в ядре.
Таким образом, многоатомные молекулы могут иметь различную конфигурацию в пространстве (форму-структуру), то есть определенную геометрию расположения связей, которая не может быть изменена, во-первых, без их разрыва, во-вторых, без внешнего электромагнитного воздействия. Молекула характеризуется той или иной симметрией расположения атомов. Если молекула не имеет плоскости и центра симметрии, то она может существовать в двух конфигурациях, которые представляют собой зеркальные отражения друг друга (зеркальные антиподы, или стереоизомеры). Все важнейшие биологические функциональные вещества в живой природе существуют в форме одного определенного стереоизомера.
Молекулы, содержащие единичные связи, или сигма-связи, могут существовать в различных конформациях, возникающих при поворотах атомных групп вокруг единичных связей. Важные особенности макромолекул синтетических и биологических полимеров определяются именно их конформацион-ными свойствами, которые обусловлены действием на них ЭМИ и ЭМП.
Межмолекулярное взаимодействие - взаимодействие между электрически нейтральными молекулами в пространстве. В зависимости от полярности молекул, характер межмолекулярного взаимодействия разный. Различают следующие типы взаимодействия:
- ориентационный тип межмолекулярного взаимодействия возникает между двумя полярными молекулами, то есть, такими, которые имеют собствен-
167
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
ный дипольный момент. Взаимодействие дипольных моментов и определяет результирующую силу - притяжения или отталкивания. В случае, если дипольные моменты молекул размещаются на одной линии, взаимодействие молекул будет интенсивней;
- индукционный тип межмолекулярного взаимодействия возникает между одной полярной и одной неполярной молекулами. При этом типе взаимодействия полярная молекула поляризует неполярную молекулу так, что заряд неполярной молекулы, противоположный действующему на нее заряду полярной молекулы, смещается до последнего: в общем, положительный заряд смещается по направлению электрического поля, которое создает полярная молекула, а отрицательный - против. Это обусловливает поляризацию неполярной молекулы, то есть явления смещения связанной электронной оболочки относительно центра положительного заряда;
- дисперсионный тип межмолекулярного взаимодействия возникает между двумя неполярными молекулами. В общем, дипольные моменты неполярных молекул равны нулю, однако в определенный момент времени есть вероятность распределения электронов по всему объему молекулы неравномерно. Вследствие этого возникает мгновенный дипольный момент. При этом, мгновенный диполь или поляризует соседние неполярные молекулы, или взаимодействует с мгновенным диполем другой нейтральной молекулы.
Поведение любого элемента таблицы Менделеева в электрическом поле определяется основными электрическими характеристиками его молекул - постоянным дипольным моментом и поляризуемостью, что, естественно, отражается в форме-структуре этих молекул.
Дипольный момент означает несовпадение «центров тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекуле (электрическую асимметрию молекулы). То есть молекулы, имеющие центр симметрии, например H2, лишены постоянного дипольного момента, и наоборот.
Поляризуемость - это способность электронной оболочки любой молекулы перемещаться под действием электрического поля, в результате чего в молекуле образуется наведенный дипольный момент. Значение дипольного момента и поляризуемости находят экспериментально с помощью измерения диэлектрической проницаемости.
Оптические свойства вещества характеризуют его поведение в переменном электрическом поле световой волны и определяются поляризуемостью молекулы этого вещества. С поляризуемостью непосредственно связаны преломление и рассеяние света, оптическая активность и другие явления, изучаемые молекулярной оптикой.
Естественно, что электрические характеристики молекул связаны с их магнитными свойствами.
Молекулы и макромолекулы подавляющего большинства химических соединений являются диамагнитными. Магнитная восприимчивость молекул (%)
168
Методология научных исследований
для отдельных органических соединений может быть выражена как сумма значений х для отдельных связей.
Молекулы, имеющие постоянный магнитный момент, являются парамагнитными. К таковым относятся молекулы с нечетным количеством электронов на внешней оболочке (например, NO и любые свободные радикалы), молекулы, содержащие атомы с незаполненными внутренними оболочками (переходные металлы и т. д.). Магнитная восприимчивость парамагнитных веществ зависит от температуры, поскольку тепловое движение препятствует ориентации магнитных моментов в магнитном поле.
Как видим, все типы химических межмолекулярных взаимодействий имеют электромагнитную основу.
Электрические, оптические, магнитные и другие свойства молекул связаны с волновыми функциями и энергиями различных состояний молекул (их форм-структур). Информацию о состояниях молекул и вероятности перехода между ними дают молекулярные спектры.
Частоты колебаний в спектрах определяются массами атомов, их расположением и динамикой межатомных взаимодействий. Частоты в спектрах зависят от моментов инерции молекул, определение которых со спектроскопических данных позволяет получить точные значения межатомных расстояний в молекуле. Общее число линий и полос в колебательном спектре молекулы зависит от ее симметрии.
Электронные переходы в молекулах характеризуют структуру их электронных оболочек и состояние химических связей. Спектры молекул, которые имеют большее количество связей, характеризуются длинноволновыми полосами поглощения, попадающими в видимую область. Вещества, которые построены из таких молекул, характеризуются окраской; к таким веществам относятся все органические красители.
Понятие молекулы является основным для химии, и большей частью сведений о строении и функциональности молекул наука обязана химическим исследованиям. Химия определяет строение молекул на основе химических реакций и, наоборот, на основе строения молекулы определяет, каким будет ход реакций.
Строением и свойствами молекулы определяются физические явления, которые изучаются молекулярной физикой. В физике понятие молекулы используется для объяснения свойств газов, жидкостей и твердых тел. Подвижностью молекул определяется способность вещества к диффузии, ее вязкость, теплопроводность и т. д. Первое прямое экспериментальное доказательство существования молекул было получено французским физиком Жаном Перреном в 1906 г. при изучении броуновского движения. Заканчивая краткий экскурс в молекулярный уровень организации материи, необходимо отметить, что электромагнитные взаимодействия являются основой большинства сил как в микроскопических, так и в макроскопических явлениях современного материального мира, т. е. они являются атрибутом материи.
169
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
Поскольку все живые организмы существуют на основе тонко сбалансированного химического и физического взаимодействия между молекулами, изучение строения и свойств молекул имеет фундаментальное значение для биологии и естествознания в целом. При этом необходимо признать, что атрибутивный молекулярный уровень информационных систем обеспечил дивергенцию материи на живую и неживую формы существования. А эволюция живой материи на уровне ее информационных внутриклеточных и межклеточных структур обеспечила появление всего видового биологического разнообразия вплоть до человека с его самосознанием и вербальной информационной системой.
Об этом свидетельствует живая клетка, которая состоит из тех же химических элементов, что и все неживые объекты, а их физические и химические взаимодействия те же самые, что мы рассмотрели выше. Молекулярные взаимодействия их в электрическом и магнитном полях абсолютно такие же, что и в неживой материи, т. е. вне клетки. Но в клетке они находятся в очень сложных взаимодействиях между собой под информационным контролем со стороны макромолекул ДНК и РНК. Вне клетки они находятся под информационным контролем внешних электромагнитных полей и могут участвовать в эволюционных преобразованиях неживой матери, т. е. в формировании космофизикохимических и геохимических материальных структур [20, 34-37].
О том, что клетки и их молекулярные структуры избирательно реагируют на закономерности модуляции магнитных полей, имеется масса работ, где доказываются эффекты таких взаимодействий на уровне молекул воды ее орто-и параизомеров. Клетки взаимодействуют с магнитными полями сложной конфигурации по закону спектрального распределения сигнала и др. (см. Сб. докладов IV Международной конференции «Человек и электромагнитные поля» 27-31 мая, г. Саров, 2013. - 444 с.).
Сегодня можно смело говорить о том, что эволюция материи от появления атомов, молекул, различных сложных химических и физических форм и структур вплоть до планет, звезд и т. д. базируется на атрибутивной информации, основанной на эффекте модуляции магнитного поля и существования единой материальной электромагнитной системы в форме квадруполь (сдвоенный электрический и магнитный диполи) на всех уровнях ее организации.
Отсюда следует, что целостность окружающего материального мира основана на электромагнитной среде атрибутивного характера. Живая клетка и эволюция ее до вербальной информационной системы обусловлена появлением макромолекул ДНК и РНК, которые информационно обеспечили выделение и эволюцию клетки как открыто-закрытой живой информационной системы. Сегодня доказано, что все клеточные структуры на молекулярном уровне управляются постоянно действующими магнитными полями различной природы и интенсивности.
Таким образом, выделение живой материи из неживой произошло на молекулярном информационном уровне. Попав в сложную информационную систему клетки, они (молекулярные взаимодействия) приобретают в совокупности
170
Методология научных исследований
новое эмерджентное свойство, став живой материей, которая эволюционирует от самовоспроизводства и самоорганизации до самосознания на уровне биологического вида - Человека разумного (Homo sapiens). Таким образом, клетка самодостаточна, имеет собственную информационную систему и поэтому может быть отнесена к открыто-закрытой материальной системе. В связи с этим для нас крайне важны принципы молекулярной организации ее и в первую очередь ядра, хромосом, состоящих из хроматина, - молекул белка и молекул ДНК. Хорошо известно, что ДНК образует спиральные структуры. Белки в хроматине фактически «управляют» организацией молекулярного комплекса, обеспечивая его динамику. Поскольку спиральная структура является ключевым элементом в построении хроматина на всех уровнях его организации, элементы вращательного движения обязательно присутствуют в любых динамических преобразованиях хроматина. А такие преобразования постоянно происходят на протяжении всего клеточного цикла - это и репликация хромосомной ДНК, и транскрипция генов, и, естественно, кардинальные перестройки хромосом во время митоза (деление клетки при ее размножении).
Одним из важных следствий современной электромагнитной теории, отражающей такое исходное состояние материи, как электромагнитные излучения и сформированные ими поля различных характеристик, является утверждение о том, что любое тело поляризует вакуум (окружающее пространство) и, таким образом, создает в пространстве определенную полевую структуру, обладающую электромагнитной составляющей [5-10, 25-27]. Иными словами, всякое тело, в том числе клетка и ее структуры, кроме прочих внутриклеточных полей, создает вокруг себя биополе. Естественно, молекулы и субмолекулярные образования внутри клетки не являются в этом смысле исключением [26, 27, 12 и др.]. В связи с этим эволюция наследственной информации клетки по пути специализации и дифференциации клеточных структур и самих клеток привела к появлению огромного разнообразия живых видов, как ныне существующих, так и исчезнувших в вечном круговороте эволюции материи. Но вся она осуществлялась и осуществляется на молекулярном информационном уровне живой клетки, где все химические элементы в виде молекул ДНК, РНК, белков и др. осуществляют взаимосвязь на субмолекулярном, атрибутивном уровне, свойственном и неживой материи.
Таким образом, выделение живой материи из неживой произошло на клеточном молекулярном информационном уровне, дальнейшая эволюция материи на основе хромосомных структур клетки привела к появлению вербальной информации. Живая материя - это новое эмерджентное информационное свойство неживой материи, обусловленное появлением во Вселенной новой молекулярной энергоинформационной системы клетки на основе молекул ДНК, РНК и белков.
С точки зрения миропонимания роли информации в эволюции материи и появления ее живой формы необходимо четко отметить, что эволюция информационных систем (от атрибутивных электромагнитных основ организации
171
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
различных частиц, ядра, протона, электрона, атома, молекулы) на молекулярном уровне является первоосновой появления самовозобновляемых макромолекул ДНК и РНК в форме молекулярных систем наследственности и самоорганизации клетки - элементарной единицы живой материи. Но клетка, являясь открыто-закрытой информационной системой, при каждом новом цикле самовозобновления не распадается на элементарные информационно-атрибутивные структуры (частицы, атомы, молекулы), а сохраняет свою открыто-закрытую молекулярную информационную систему. Этим она и отличается от неживой материи.
Неживое также формирует сложные атрибутивные информационные системы, создавая ядра, электроны, молекулы, макромолекулы, элементы вещества, кристаллы, звезды, планеты, галактики и т. д. Но неживое при каждом новом цикле (самовозобновлении) распадается на исходную элементарную атрибутивную энергоинформационную форму (частицы, электроны, протоны, атомы, молекулы и т. д.) и осуществляется это в бесконечном круговороте постоянно эволюционирующей материи от космофизико-химического и геохимического до биохимического уровня организации ее во Вселенной на атрибутивной информационной основе.
Биологическая клетка как открыто-закрытая информационная система на основе сохранения своей внутриклеточной информационной структуры обеспечила эволюцию живой материи от самовоспроизводства, самоорганизации до самосознания и появление вербальной информации материи, которая и породила науку [25-27]. (В следующих статьях мы рассмотрим эволюцию клетки до самосознания и другие аспекты мироздания, а также концепции ЦЕНКММ и будущее планеты и человечества.)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Александров В. В. Экологическая роль электромагнетизма. - СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2010. - 736 с.
2. Барабанов А. А., Косов А. А., Ярославцев Н. А. Влияние энергетических форм природы на жизнедеятельность человека // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. -2010. - № 1. - С. 91-96.
3. Баранцев Р. Г. Синергетика в современном естествознании. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 144 с.
4. Бейдер Р. Атомы в молекулах. Квантовая теория. - М.: Мир, 2001. - 532 с.
5. Гавриш О. Г. Физическая природа биологического поля. Торсионная модель клетки // Компьютер TV и здоровье. - Киев: Основа, 1998. - С. 139-144.
6. Гаак Е. З. Магнитные поля и водные электролиты - в природе, научных исследованиях, технологиях. - СПб.: Элмор, 2013. - 536с.
7. Галль Л. Н. В мире сверхслабых. Нелинейная квантовая биоэнергетика: Новый взгляд на природу жизни. - СПб., 2009. - 317 с.
8. Гуревич И. М. Оценка основных информационных характеристик Вселенной // Приложение к журналу «Информационные технологии» № 12. - М.: Изд-во ООО «Новые технологии», 2008. - С. 2-17.
9. Егоров В. В. Физические поля и излучения организма (на примере человека). Проблемная лекция. - М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ, 2008. - 64 с.
172
Методология научных исследований
10. Карпик А. П., Осипов А. Г., Мурзинцев, П. П. Управление территорией в геоинформационном дискурсе: монография. - Новосибирск: СГГА, 2010. - 280 с.
11. Кук Д. Квантовая теория молекулярных систем. Единый подход / Пер с англ. - М.: Интеллект, 2012. - 256 с.
12. Ларионов Ю. С., Ярославцев Н. А. Зависимость скорости роста растительных тестобъектов семян пшеницы от действия электромагнитных излучений низкой интенсивности естественного происхождения // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 4 (20). - С. 100-106.
13. Ларионов Ю. С. Основы эволюционной теории (Концепции естествознания и аксиомы современной биологии в свете эволюции материи): учеб. пособие. - Омск: ИП Скор-някова Е. В., 2012. - 233 с.
14. Концептуальные основы целостной естественно-научной картины материального
мира / Ю. С. Ларионов, В. С. Ларионов, Н. А. Ярославцев, Н. М. Приходько // Вестник
СГГА. - 2013. - Вып. 4 (24). - С. 111-125.
15. Концепции целостности эволюции материального мира / Ю. С. Ларионов, Н. А. Ярославцев, С. М. Приходько, Е. В. Екимов // VI Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине»: сборник научных трудов. - СПб.,
2012. - С. 268-269.
16. Ларионов Ю. С., Ярославцев Н. А., Приходько С. М. Информация как основа формирования различных уровней организации материи во времени (методология науки) // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА,
2013. Т. 2. - С. 29-38.
17. Ларионов Ю. С., Ярославцев Н. А., Приходько С. М. Атрибутивная и вербальная информация как универсальное единое электромагнитное свойство всех материальных объектов в биосфере и вселенной // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск: СГГА, 2014. Т. 2. - С. 135-142.
18. Влияние электромагнитного излучения на различные уровни организации и эволюции живых организмов, как энергоинформационная основа, придающая им целостность / Н. А. Ярославцев, Ю. С. Ларионов, С. М. Приходько, Е. В. Екимов // Труды 1 научно-практ. конференции с международным участием «Геоэкология жилого дома. Геодинамические активные разломы и их воздействие на здоровье и жизнедеятельность человека». - СПб.-М.: Изд-во «Ладога - 100», 2014. - С. 141-146.
19. Оценка воздействия естественного электромагнитного фона на рост растений
в трехмерном пространстве на основе 3Б-визуализации / Ю. С. Ларионов, Н. А. Ярославцев, С. М. Приходько, Е. В. Екимов, О. Г. Марков, Е. Г. Паничев // Вестник СГГА. - 2014. -
Вып. 2 (26). - С. 62-76.
20. Лобкаева Е. П., Синельникова И. А., Девяткова Н. С. Концептуальный подход к решению вопроса межвидовой экстраполяции параметров импульсного магнитного поля для получения одинакового биоэффекта при воздействии на животных разного уровня системной организации // Человек и электромагнитные поля: сборник материалов II Медународной конференции. - Саров: РФЯЦ - ВНИИЭФ, 2008. - С. 4-8.
21. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. - М.: Институт компьютерных исследований, 2002. - 650 с.
22. Минкин В. И., Симкин Б. Я., Миняев Р. М. Теория строения молекул. — М.: Высшая школа, 1979. - 408 с.
173
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
23. Першин С. М. Слабое когерентное излучение ОН и орто-Н2О мазеров как несущая в биокоммуникации: орто-Н2О, как резонансный сенсор // Человек и электромагнитные поля: сборник докладов III Международной конференции. - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2010. - С. 4-12.
24. Петров Н. В. Живой Космос. - СПб.: ООО «Береста», 2011. - 420 с.
25. Петров Н. В. Витакосмология. - СПб.: ООО «Береста», 2013. - 388 с.
26. Петров Н. В., Третьяков М. М. Эволюция жизни и бессмертие души. - СПб.: Медицинская пресса. - 2008. -384 с.
27. Петров Н. В., Третьяков М. М. Светомбр. Свето-магнитобиологический ритм жизни Вселенной. - СПб.: Медицинская пресса. 2006. - 440 с.
28. Семенков О. И. Информация. Новейший философский словарь / Сост. и гл. науч. ред. А. А. Грицанов. - 3-е изд., испр. - Минск: Книжный дом, 2003. - С. 431-434.
29. Талбот М. Голографическая Вселенная / Пер. с англ. - Новосибирск: Изд. дом «София», 2004. - 368 с.
30. Трубина Л. К., Баранова Е. И., Чагина Г. С. Геоинформационное картографирование и инвентаризация зеленых насаждений // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 82-85.
31. Трубина Л. К., Селезнев Б. В., Панов Д. В. Геоинформационный анализ форм рельефа для оценки земель г. Новосибирска // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 2. - С. 54-58.
32. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам / Пер. с англ. - М., 2005. - 248 с.
33. Чернавский Д. С. Синергетика и информация (динамическая теория информации). -2-е изд. - М.: Едиториал УРСС, 2004. - 288 с.
34. Blakemore R. Magnetotactic bacteria // Science. Vol. 190. - 1975, P. 377-379.
35. Pershin S. M., Pishchalnikov R. Y. // Physics of Wave Phenomena. Vol. 20. - 2012, P. 35.
36. Pishchalnikov R. Y Pershin S. M., Bunkin A. F. Biophysics. 2012.
37. Walker M. M., Dennis T. E., Kirschvink J. L. The magnetic sense and its use in longdistance navigation bi animals // Current Opinion in Neurobiologi. 2002. Vol. 12. № 6. P. 735-744.
Получено 10.11.2014
© Ю. С. Ларионов, В. С. Ларионов, Н. А. Ярославцев, С. М. Приходько, Е. И. Баранова, 2014
174
