Гонка за полюсом – Огонек № 6 (5551) от 18.02.2019

В Северном полушарии разворачивается научный детектив: от канадской Арктики к Сибири с невиданной скоростью движется Северный магнитный полюс. Почему так быстро? И в чем причины этого движения? Ученые высказывают версии.

Кирилл Журенков

Официальный информационный повод «пришел» в первых числах февраля: эксперты раньше срока обновили так называемую Мировую магнитную модель (WMM), описывающую основные параметры магнитного поля Земли. За сложной формулировкой — напряженная интрига: оказывается, это было сделано потому, что Северный магнитный полюс движется и за последнее время сильно ускорился! Например, прямо сейчас он близок к географическому Северному полюсу, а там уж и до Сибири рукой подать. Эффектные заголовки о том, что магнитный полюс «сбежал» от Канады к России, уже появились в ведущих мировых СМИ. Однако геополитика тут ни при чем: ученые в поисках ответов пытаются заглянуть под поверхность Земли, где происходят загадочные процессы. Попробуем разобраться.

Сначала — о самом Северном магнитном полюсе. Это некая условная точка, на которую указывает стрелка любого компаса, а интрига в том, что он находится в постоянном движении.

Впервые необычный дрейф заметил еще английский математик Генри Геллибранд 400 лет назад.

— Это было большим монументальным открытием: полюс не статичен, он находится в динамике,— цитирует The New York Times геофизика из Швейцарской высшей технической школы Цюриха Эндрю Джексона. Впрочем, сейчас речь о другом. Как отмечает газета, полюс не просто движется — он движется так, что ученые не могут это предсказать. Занятный факт: за пару столетий магнитный север перебывал на многих островах арктического архипелага и, наконец, двинулся в сторону Сибири.

Чем нынешняя ситуация принципиально отличается от того, что было, скажем, полвека назад? Очень просто: скорость движения полюса резко возросла. Судите сами: в течение XX века она составляла примерно 10 км в год, однако с 1980-х выросла до 55 км. А важно это потому, что магнитный полюс увязан с навигацией. «Огонек» обратился за разъяснениями в Институт физики Земли РАН.

— Для навигации необходимо знать значение «местного склонения» в каждой конкретной точке на Земле или над ней,— поясняют в институте.— Магнитное склонение — это угол между направлением на Северный географический полюс и направлением на Северный магнитный полюс (именно на него указывает магнитная стрелка компаса). Магнитное склонение, таким образом, используется как поправка к показаниям компаса. Если ее не учесть, то путешественник прибудет не туда, куда надо. Величина магнитного склонения варьируется тем больше, чем ближе мы находимся к магнитным полюсам Земли. Поскольку инструментально измерить магнитное склонение в каждой точке земной поверхности невозможно, то основные параметры магнитного поля Земли можно определить по заранее вычисленной модели магнитного поля, одной из которых и является модель WMM.

Вот факт: модель WMM сегодня используется во всех устройствах, оснащенных компасом (от GPS-навигаторов до смартфонов), то есть точные измерения важны, к примеру, для военных или гражданской авиации. Но сложность в том, что оба магнитных полюса, и Северный, и Южный, находятся в постоянном движении: соответственно в каждой точке меняется и магнитное склонение, а значит, и модель WMM надо постоянно обновлять. Обычно это делают раз в пять лет, но в этот раз, в связи с ускорением полюса, 2020 года не дождались.

Можно ли заметить сдвиг «невооруженным глазом»? Вопрос в том, где именно вы находитесь. Условно говоря, на Северном полюсе вы, использую «старую» модель, рискуете промахнуться с пунктом назначения, а в Москве разница заметна не будет. И все же она важна: как сообщалось, в некоторых аэропортах мира даже приходится «переименовывать» полосы, это сделали, например, в Фэрбенксе, на Аляске, еще в 2009-м (большие белые цифры на краю взлетно-посадочной полосы как раз указывают на магнитный курс полосы). Эксперты, впрочем, отмечают: катастрофы нет, ведь саму модель вовремя обновили и теперь промахнуться никто не должен. А для россиян и вовсе предусмотрен бонус: мы станем чаще наблюдать северное сияние, ведь оно возникает в стратосфере как раз вблизи магнитного полюса.

Ученые, в свою очередь, озабочены другим: они пытаются понять, почему движение магнитного полюса вдруг ускорилось.

Ну, например, одна из версий, изложенная в авторитетном научном журнале Nature, гласит: столь быстрое движение полюса может быть связано с высокоскоростным потоком расплавленного железа — как раз под Канадой. По предположению ученых из Лидсского университета (Великобритания), этот поток, похоже, «размазывает» и ослабляет магнитное поле под Канадой, вот полюс и перетягивает к Сибири, где находится еще одна большая магнитная область. При этом большинство ученых сходятся в главном: подземная жизнь Земли (особенно в связке с магнитным полем планеты) для нас во многом еще загадка.

Однако, пожалуй, самое драматичное, что связано с этим дрейфом,— в другом. Оказывается, движение магнитных полюсов может быть началом так называемой инверсии магнитного поля планеты, когда ее полюса просто поменяются местами.

Тут надо пояснить. Вообще-то смена полярности магнитного поля Земли — редкое явление. Она может не меняться, скажем, миллионы лет, но бывало и так, что этот срок значительно сокращался — до десятков тысяч. В среднем, как подсчитали ученые, за последнее время инверсии случались примерно каждые 200–250 тысяч лет. Но именно сейчас пауза затянулась: инверсии не было уже 780 тысяч лет… Не пора ли? Специалисты предупреждают: при инверсии уменьшается защита планеты от космической радиации, так что повод для беспокойства все-таки есть. Конечно, ничего апокалиптического случиться не должно, ведь предыдущие инверсии не убили живые организмы на Земле. Однако вопрос о том, как на нее может отреагировать, к примеру, наша техника, открыт и актуален.

Как актуален и другой вопрос: возможно, это никакая не инверсия, а всего лишь временные колебания? Впрочем, даже в этом вопросе единства у ученых пока что не наблюдается.

Экспертиза

Ждем и следим

Роман Веселовский, замдиректора Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, доктор геолого-минералогических наук

Причины движения Северного магнитного полюса кроются в механизме генерации магнитного поля нашей планеты, или геодинамо. Магнитное геодинамо «работает» во внешнем жидком ядре Земли на глубине от 2900 до 5150 км. Оно имеет сложный механизм, и мы вряд ли когда-то сможем познать его полностью. И все же кое-что нам известно: главными условиями возникновения магнитного поля Земли является ее быстрое вращение вокруг своей оси и источник тепла в ее ядре. Существуют разные математические и даже физические модели геодинамо, но они лишь позволяют имитировать основные особенности поведения геомагнитного поля. Предсказывать его мы, к сожалению, не умеем.

Впрочем, могу успокоить: если перемещение полюса вовремя обнаруживать и учитывать в моделях магнитного поля (WMM, IGRF), проблем быть не должно. Что, собственно, и сделали в начале 2019-го: WMM была досрочно обновлена в той ее части, которая относится к приполярным областям (при смещении полюса именно там погрешность навигационных приборов будет максимальной). Дело, правда, не только в навигации. Магнитное поле защищает нас от космического излучения, и его ослабление на порядки может привести к воздействию повышенной радиации на биосферу Земли. А это уже серьезно.

Возможно ли, что нынешнее движение Северного магнитного полюса связано с будущей инверсией (когда Северный и Южный магнитные полюса Земли меняются местами.— «О»)? Да, это возможно. Но вероятность того, что инверсия будет и что ее не будет — одинакова. Как я уже говорил, предсказывать поведение геомагнитного поля мы не можем. Однако архео- и палеомагнитологи, то есть ученые, изучающие поведение и структуру магнитного поля Земли в прошлом, давно обнаружили: перед инверсией напряженность геомагнитного поля значительно уменьшается (поле практически «выключается»), а амплитуда и скорость перемещения магнитных полюсов возрастают. Так вот в последние десятилетия мы действительно наблюдаем эти «признаки инверсии».

Согласно современным представлениям, процесс инверсии магнитного поля Земли может длиться от 200 до 8000 лет.

Так что теперь нужно последить за происходящим еще полвека, а то и пару веков. И уж потом определить, будет она или нет. Словом, ждем и следим.

А заодно ведем изыскания в области геомагнетизма, сегодня они в первую очередь направлены на понимание механизма генерации магнитного поля Земли. Когда у нашей планеты возникло магнитное поле? Почему оно возникло? Каким оно было миллионы и миллиарды лет назад? Для этого ведутся активные палеомагнитные и археомагнитные исследования «ископаемого магнетизма» — изучение магнитных минералов, которые во время формирования породы «сохраняют» величину и направление магнитного поля Земли на тот момент времени. Полученные данные используются для совершенствования математических моделей магнитного геодинамо, а эти модели, в свою очередь, позволяют лучше и точнее изучить эволюцию магнитного поля Земли в прошлом. Возможно, когда-нибудь это позволит нам заглянуть и в его будущее.

Спецпроект «Огонька» о передовых достижениях физики

Читать далее

Магнитные аксессуары могут вызывать помехи на камерах iPhone

Магниты, встроенные в некоторые аксессуары iPhone, могут создавать магнитные поля, которые влияют на работу камер, расположенных на задней панели iPhone. В этой статье описано, какие действия нужно предпринять, чтобы избежать такого эффекта. 

С помощью камер iPhone можно делать отличные снимки даже в неблагоприятных для съемки условиях. Если в процессе фотосъемки вы случайно сместите камеру, изображение может получиться размытым. Чтобы избежать этого, в некоторых моделях iPhone используется технология оптической стабилизации изображения (OIS).¹. OIS позволяет делать четкие снимки, даже если камера случайно смещается. Кроме того, некоторые модели iPhone оснащены функцией замкнутой автофокусировки.². Эта функция противодействует гравитации и вибрации, сохраняя четкую фокусировку при фото- и видеосъемке, а также съемке панорамных видов.

Благодаря функции оптической стабилизации изображения гироскоп распознает, когда камера смещается: Чтобы уменьшить смещение изображения и получающуюся в результате этого размытость, объектив двигается в соответствии с углом гироскопа. А благодаря функции замкнутой автофокусировки встроенные акселерометры измеряют уровни воздействия гравитации и вибрации и компенсируют их. Магнитные датчики определяют положение объектива и нужным образом регулируют компенсирующее движение.

Сильное магнитное поле может стать помехой функциям оптической стабилизации изображения и замкнутой автофокусировки

Датчики положения объектива реагируют на магнитные поля. Если рядом с этими датчиками разместить магнит, магнитное поле будет влиять на их работу или временно выводить их из строя. Это может ухудшить их точность и ограничить доступный диапазон движения объектива. Камера будет задействовать другие средства стабилизации при съемке, но не функции оптической стабилизации изображения и замкнутой автофокусировки.

Как избежать магнитных помех

Некоторые аксессуары сторонних производителей оснащены мощными магнитами или намагничиваемыми металлическими пластинами, расположенными рядом с камерой (или камерами) на задней панели iPhone. Эти магниты и пластины можно крепить на чехлы-книжки или съемные чехлы либо на крепления с фиксаторами, например автомобильные. Чтобы обеспечить оптимальную работу камеры, не используйте аксессуары, в состав которых входят магниты или магнитные металлы, рядом с камерой (или камерами) на задней панели iPhone.

Если камера все равно не работает

Если после того как вы сняли чехол и другие магнитные аксессуары с iPhone, камера все равно не работает, см. инструкции в этой статье.

1. Технология OIS доступна на iPhone SE (2-го поколения), iPhone 11, iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max, iPhone XS, iPhone XS Max, iPhone XR, iPhone X, iPhone 8, iPhone 8 Plus, iPhone 7, iPhone 7 Plus, iPhone 6 Plus и iPhone 6s Plus. Обратите внимание, что сверхширокоугольная камера на iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max, а также телеобъектив на iPhone 7 Plus и iPhone 8 Plus не оборудованы OIS.
2. Функция замкнутой автофокусировки доступна на iPhone SE (2-го поколения), iPhone 11, iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max, iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR.

Информация о продуктах, произведенных не компанией Apple, или о независимых веб-сайтах, неподконтрольных и не тестируемых компанией Apple, не носит рекомендательного или одобрительного характера. Компания Apple не несет никакой ответственности за выбор, функциональность и использование веб-сайтов или продукции сторонних производителей. Компания Apple также не несет ответственности за точность или достоверность данных, размещенных на веб-сайтах сторонних производителей. Обратитесь к поставщику за дополнительной информацией.

Дата публикации: 04 февраля 2021 г.

Методика определения и результаты испытаний влияния магнитного поля Земли на работу волоконно-оптических гороскопов

ISSN 1814-4225. РАДІОЕЛЕКТРОННІ І КОМП’ЮТЕРНІ СИСТЕМИ, 2012, № 2 (54)

70

При экранировании магнитная составляющая

стремится к нулю, и, как было показано выше, оста-

ётся периодическая составляющая, зависящая от

ошибки выставки БЧЭ по азимуту o

 .

Результаты исследования экрана на испыта-

тельном стенде при воздействии на него магнитного

поля постоянного магнита приведены в табл. 3.

Таблица 1

Параметры аппроксимирующих функций )(f),(f yx  и коэффициент эф

К

№ п/п ,

x

 º/ч ,

y

 º/ч ,Sx º/ч ,Sy º/ч

º/ч ,К эф º/ч

3 -0,080 -0,130 0,1369 -0,1361 0,0008

6 -0,054 -0,094 0,1849 -0,2918 0,1069 133,6

4 -0,078 -0,130 0,1404 -0,1416 0,0012

7 -0,059 -0,091 0,1875 -0,2864 0,0989 82,4

5 -0,074 -0,101 0,1462 -0,1445 0,0017

8 -0,062 -0,103 0,1916 -0,2916 0,10 58,8

Таблица 2

Статистические характеристики параметров

аппроксимирующих функций )(f),(f yx  и усреднённый коэффициент эф

К

№ реализации МО ),( x

 º/ч МО ),( y

 º/ч СКО ),( x

 º/ч СКО ),( y

 º/ч эф

К

3+4+5 -0,0773 -0,1203 0,0022 0,0129

6+7+8 -0,0583 -0,0960 0,0029 0,0047 91,6

Таблица 3

Результаты исследования экрана

на испытательном стенде при воздействии

на него магнитного поля постоянного магнита

Показания микротесламетра, мкТл

№ п/п точ-

ки i Вi Вi

Э ВФi

3 -110 -13 -6

7 100 11 8

10 -580 -19 -6

11 -30 -7 -2

12 680 20 8

15 26 17 13

16 86 6 8

18 90 23 13

Заключение

В результате проведенного экспериментально-

го исследования с помощью разработанной методи-

ки установлено наличие существенной зависимости

измерений волоконно-оптических гироскопов от

внешнего магнитного поля.

Количественная оценка такого влияния воз-

можна только после определения погрешности на-

чальной выставки гироскопов. При правильной вы-

ставке диапазон изменения дрейфа ВОГа вследствие

влияния магнитного поля Земли достигает 0,3 º/ч.

На основе полученных результатов можно

сформулировать следующие рекомендации по ис-

пользованию волоконно-оптических гироскопов в

условиях наземной калибровки и эксплуатации на

орбите:

– при калибровке гироскопов следует учитывать

влияние магнитного поля на ошибки измерений;

– для эффективной эксплуатации ВОГа необ-

ходимо либо определить коэффициенты чувстви-

тельности для каждой оси и далее компенсировать

влияние поля алгоритмически (требует текущих

измерений фактического магнитного поля и ведет к

усложнению системы ориентации), либо обеспечить

экранирование ВОГа от внешнего поля.

При необходимости повышения точности

оценки магнитной чувствительности ВОГа следует

разработать методику, основанную на искусствен-

ном создании постоянного и переменного магнит-

ных полей, воздействующих на прибор, а также соз-

дать специальный испытательный стенд для прове-

дения таких испытаний.

Литература

1. Карпенко, С.О. Средства определения ори-

ентации на борту малого КА. Обзор [Электронный

ресурс] / С.О. Карпенко. – Режим доступа:

http://microsat.sm.bmstu.ru/source/ma_A_170401_V11.

pdf. – 27.02.2012 г.

2. Анализ погрешностей волоконно-опти-

ческого гироскопа [Электронный ресурс]. – Режим

доступа: http://www.radioland.net.ua/contentid-17-

page1.html. – 27.02.2012 г.

3. Теория моделей в процессах управления

[Текст] / Б.Н. Петров, Г.М. Уланов, И.И. Гольден-

блат, С.В. Ульянов. – М.: Наука, 1978. – 224 с.

зачем нашей планете магнитное поле и как оно изменяется?

Строение и характеристики магнитного поля Земли

Магнитное поле Земли, или геомагнитное поле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие основные части:

• главное поле,
• поля мировых аномалий,
• внешнее магнитное поле.

Более чем на 90% оно состоит из поля, источник которого находится внутри Земли, в жидком внешнем ядре, — эта часть называется главным, основным или нормальным полем.

Оно аппроксимируется в виде ряда по гармоникам — ряда Гаусса, а в первом приближении вблизи поверхности Земли (до трех ее радиусов) близко к полю магнитного диполя, то есть имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг.

• Поля мировых аномалий

Реальные силовые линии магнитного поля Земли, хотя в среднем и близки к силовым линиям диполя, отличаются от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре, расположенных близко к поверхности.

Из-за этого в некоторых местах на земной поверхности параметры поля сильно отличаются от значений в близлежащих районах, образуя так называемые магнитные аномалии. Они могут накладываться одна на другую, если вызывающие их намагниченные тела залегают на разных глубинах.

• Внешнее магнитное поле

Оно определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности, в ее атмосфере. В верхней части атмосферы (100 км и выше) — ионосфере — ее молекулы ионизируются, формируя плотную холодную плазму, поднимающуюся выше, поэтому часть магнитосферы Земли выше ионосферы, простирающаяся на расстояние до трех ее радиусов, называется плазмосферой.

Плазма удерживается магнитным полем Земли, но ее состояние определяется его взаимодействием с солнечным ветром — потоком плазмы солнечной короны.

Таким образом, на большем удалении от поверхности Земли магнитное поле несимметрично, так как искажается под действием солнечного ветра: со стороны Солнца оно сжимается, а в направлении от Солнца приобретает «шлейф», который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Эта своеобразная «хвостатая» форма возникает, когда плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу — область околоземного космического пространства, еще контролируемую магнитным полем Земли, а не Солнца и других межпланетных источников.

Она отделяется от межпланетного пространства магнитопаузой, где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля.

• Параметры поля

Наглядное представление о положении линий магнитной индукции поля Земли дает магнитная стрелка, закрепленная таким образом, что может свободно вращаться и вокруг вертикальной, и вокруг горизонтальной оси (например, в кардановом подвесе), — в каждой точке вблизи поверхности Земли она устанавливается определённым образом вдоль этих линий.

Поскольку магнитные и географические полюса не совпадают, магнитная стрелка указывает направление с севера на юг только приблизительно.

Вертикальную плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называют плоскостью магнитного меридиана данного места, а линию, по которой эта плоскость пересекается с поверхностью Земли, — магнитным меридианом.

Таким образом, магнитные меридианы — это проекции силовых линий магнитного поля Земли на ее поверхность, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах. Угол между направлениями магнитного и географического меридианов называют магнитным склонением.

Оно может быть западным (часто обозначается знаком «−») или восточным (знак «+») в зависимости от того, к западу или востоку отклоняется северный полюс магнитной стрелки от вертикальной плоскости географического меридиана.

Далее линии магнитного поля Земли, вообще говоря, не параллельны ее поверхности. Это означает, что магнитная индукция поля Земли не лежит в плоскости горизонта данного места, а образует с этой плоскостью некий угол — он называется магнитным наклонением. Оно близко к нулю лишь в точках магнитного экватора — окружности большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси.

Результаты численного моделирования магнитного поля Земли: слева — обычное, справа — во время инверсии

Природа магнитного поля Земли

Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году, предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды.

Однако в 1934 году Т. Каулинг доказал теорему о невозможности поддержания осесимметричного магнитного поля посредством гидродинамического динамо-механизма.

А поскольку большинство изучаемых небесных тел (и тем более Земля) считались аксиально-симметричными, на основании этого можно было сделать предположение, что их поле тоже будет аксиально-симметричным, и тогда его генерация по такому принципу будет невозможна согласно этой теорем.

Даже Альберт Эйнштейн скептически относился к осуществимости такого динамо при условии невозможности существования простых (симметричных) решений. Лишь гораздо позже было показано, что не у всех уравнений с аксиальной симметрией, описывающих процесс генерации магнитного поля, решение будет аксиально-симметричным, и в 1950-х годах. несимметричные решения были найдены.

С тех пор теория динамо успешно развивается, и на сегодняшний день общепринятым наиболее вероятным объяснением происхождения магнитного поля Земли и других планет является самовозбуждающийся динамо-механизм, основанный на генерации электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле, порождаемом и усиливаемом самими этими токами.

Необходимые условия создаются в ядре Земли: в жидком внешнем ядре, состоящем в основном из железа при температуре порядка 4–6 тысяч кельвинов, которое отлично проводит ток, создаются конвективные потоки, отводящие от твердого внутреннего ядра тепло (генерируемое благодаря распаду радиоактивных элементов либо освобождению скрытой теплоты при затвердевании вещества на границе между внутренним и внешним ядром по мере постепенного остывания планеты).

Силы Кориолиса закручивают эти потоки в характерные спирали, образующие так называемые столбы Тейлора. Благодаря трению слоев они приобретают электрический заряд, формируя контурные токи. Таким образом, создается система токов, циркулирующих по проводящему контуру в движущихся в (изначально присутствующем, пусть и очень слабом) магнитном поле проводниках, как в диске Фарадея.

Она создает магнитное поле, которое при благоприятной геометрии течений усиливает начальное поле, а это, в свою очередь, усиливает ток, и процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением тока потери на джоулево тепло не уравновесят притоки энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Высказывались предположения, что динамо может возбуждаться за счет прецессии или приливных сил, то есть что источником энергии является вращение Земли, однако наиболее распространена и разработана гипотеза о том, что это все же именно термохимическая конвекция.

Изменения магнитного поля Земли

Инверсия магнитного поля — изменение направления магнитного поля Земли в геологической истории планеты (определяется палеомагнитным методом).

При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами, и стрелка компаса начинает показывать противоположное направление. Инверсия — относительно редкое явление, которое ни разу не происходило за время существования Homo sapiens. Предположительно, последний раз оно произошло около 780 тысяч лет назад.

Инверсии магнитного поля происходили через интервалы времени от десятков тысяч лет до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили.

Таким образом, не обнаружено никакой периодичности в смене полюсов, и этот процесс считается стохастическим. За длительными периодами спокойного магнитного поля могут следовать периоды многократных инверсий с различной длительностью и наоборот. Как показывают исследования, смена магнитных полюсов может длиться от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч лет.

Специалисты из Университета Джонса Хопкинса (США) предполагают, что во время инверсий магнитосфера Земли ослабевала настолько, что космическое излучение могло достигать поверхности Земли, поэтому это явление могло наносить вред живым организмам на планете, а очередная смена полюсов может привести к еще более серьезным последствиям для человечества вплоть до глобальной катастрофы.

Научные работы в последние годы показали (в том числе и в эксперименте) возможность случайных изменений направления магнитного поля («перескоков») в стационарном турбулентном динамо. По словам заведующего лабораторией геомагнетизма Института физики Земли Владимира Павлова, инверсия — достаточно длинный по человеческим меркам процесс.

Геофизики из Лидского университета Йон Маунд и Фил Ливермор полагают, что через пару тысяч лет произойдет инверсия магнитного поля Земли.

Смещение магнитных полюсов Земли

Впервые координаты магнитного полюса в Северном полушарии были определены в 1831 году, повторно — в 1904 году, затем в 1948 году и 1962, 1973, 1984, 1994 годах; в Южном полушарии — в 1841 году, повторно — в 1908 году. Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 года. За последние 100 лет магнитный полюс в Южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Южный океан.

Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Северный Ледовитый океан) показали, что с 1973 по 1984 год его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 год — более 150 км. Хотя эти данные расчетные, они подтверждены замерами северного магнитного полюса.

После 1831 года, когда положение полюса было зафиксировано впервые, к 2019 году полюс сместился уже более чем на 2 300 км в сторону Сибири и продолжает двигаться с ускорением.

Скорость его перемещения увеличилась с 15 км в год в 2000 году до 55 км в год в 2019 году. Такой быстрый дрейф приводит к необходимости более частой корректировки навигационных систем, использующих магнитное поле Земли, например, в компасах в смартфонах или в резервных системах навигации кораблей и самолетов.

Напряженность земного магнитного поля падает, причем неравномерно. За последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 %, а в некоторых регионах, — например в южной части Атлантического океана, — на 10%. В некоторых местах напряженность магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже возросла.

Ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год) и движение их по коридорам инверсии магнитных полюсов (эти коридоры позволили выявить более 400 палеоинверсий) позволяет предположить, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а очередную инверсию магнитного поля Земли.

Как появилось магнитное поле Земли?

Специалисты океанографического Института Скриппса и Калифорнийского Университета предположили, что магнитное поле планеты сформировалось благодаря мантии. Американские ученые развили гипотезу, предложенную 13 лет назад группой исследователей из Франции.

Известно, что в течение долгого времени профессионалы утверждали, что именно внешнее ядро Земли генерировало ее магнитное поле. Но потом специалисты из Франции предположили, что мантия планеты была всегда твердой (с момента своего рождения).

Это заключение и заставило ученых задуматься о том, что не ядро могло формировать магнитное поле, а жидкая часть нижней мантии. Состав мантии представляет собой силикатный материал, который считается плохим проводником.

Но так как нижняя мантия должна была оставаться жидкой в течение миллиардов лет, движения жидкости внутри нее не производило электрического тока, а ведь для генерации магнитного поля он был просто необходим.

Сегодня профессионалы считают, что мантия могла быть более мощным проводником, чем считалось прежде. Такое умозаключение специалистов вполне оправдывает состояние ранней Земли. Силикатное динамо возможно только в том случае, если электропроводность ее жидкой части была намного выше и имела низкие показатели давления и температуры.

Читать далее

Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?

В НАСА рассказали, как они доставят образцы Марса на Землю

В России провели испытания двигателя для орбитального самолета

Принципы работы МРТ. Центр МРТ Магнесия в Кемерове

МРТ является одной из наиболее часто используемых технологий обработки изображений, хотя это относительно новая технология. Первая статья об этой технологии опубликована в 1973 году. Через год после этого первое изображение поперечного сечения живой мыши. Технология была впервые использована на человеческом теле в 1977 году, а с другой стороны, первое рентгеновское изображение человека было получено в 1895 году.

Возникновение технологии МРТ обусловлено большим развитием ядерного магнитного резонанса. Вот почему в первые годы эта технология называлась ядерной магнитно-резонансной томографией (ЯМРТ). Тем не менее, одна важная вещь о МРТ, о которой следует упомянуть, заключается в том, что эта технология не так опасна, как ее звук.

Физические принципы МРТ

Известно, что более 70% человеческого тела образованы молекулами воды, каждая из которых содержит два ядра водорода или протоны. Это означает, что почти в каждом человеческом органе и тканях содержится большое количество молекул воды. Между тем, ученые выяснили, что магнитные моменты некоторых протонов в молекулах воды совпадают с направлением поля, когда он был помещен в сильное магнитное поле. Это привело к тому, что это явление можно использовать для разработки новой передовой медицинской технологии обработки изображений, поэтому была изобретена МРТ. Конечно, чтобы получить изображение человеческого тела, следует использовать другие устройства и технологии.

Прежде всего, необходимо создать очень мощное магнитное поле. Чтобы создать это сильное магнитное поле, нам нужен радиочастотный передатчик. Функция этого устройства заключается в создании электромагнитного поля. Когда большое количество электронов, протекающих по металлическому кольцу вокруг устройства МРТ, генерируется сильное магнитное поле. Проще говоря, фотоны этого поля имеют только правую энергию, известную как резонансная частота, для переворота спина выровненных протонов. Чем более мощная и продолжительная продолжительность поля, тем больше будут задействованы совпадающие спины. Протон начнет распадаться в исходное состояние спин-вниз, и во время этой процедуры фотоны будут выпущены. Именно эта связь между напряженностью поля и частотой позволяет использовать ядерный магнитный резонанс для визуализации. Для различных частей тела человека может быть применено дополнительное магнитное поле, обеспечивающее простой способ контроля, где протоны активируются радиофотонами. Следует упомянуть, что когда градиентные катушки создают мощное магнитное поле, во время работы будут большие шумы. Поэтому необходимо предпринять некоторые усилия для уменьшения этого шума, в противном случае он может достичь приблизительно 130 децибел (порог человеческой боли), что будет очень вредно для человеческого организма

Принцип, по которому можно построить изображения, состоит в том, что различные органы или ткани внутри человеческого тела имеют разное количество молекул воды, поэтому различные положения человеческого тела возвращаются в равновесное состояние с разной скоростью. Используя компьютер для расчета, можно получить изображения органов и тканей. Иногда для визуализации МРТ можно использовать метод инъекции, который называется контрастными агентами. Контрастные агенты можно вводить внутривенно или непосредственно в сустав. Первый метод может помочь улучшить появление кровеносных сосудов, опухолей или воспаления. Второй способ сродни артрографии. МРТ широко используется для получения изображений большинства частей человеческого тела.

Применение МРТ

В медицинской области, МРТ-технология используется для обнаружения тканей, которые имеют патологические проявления, например опухоли. Используя эту технологию, нормальные ткани и патологические ткани можно легко отличить, потому что МРТ имеет лучшее контрастное разрешение (способность различать между двумя произвольно подобными, но не идентичными тканями), чем КТ. Еще одна важная причина, по которой используется МРТ, заключается в том, что, не как компьютерная томография и традиционный рентгеновский снимок, МРТ использует сильные магнитные поля и неионизирующее излучение, и нет убедительных доказательств того, что эта технология может принести любой ущерб здоровью человека.

У МРТ есть особое преимущество, что он может определять внутреннее строение человеческого тела без каких-либо разрезов. Хотя технология МРТ несколько дороже для обычной клиники для ежедневной работы, но процедура МРТ очень эффективна, что делает ее привлекательной.

Технология МРТ особенно полезна при следующих процессах в организме:

• воспаление или инфекция в органе;
• дегенеративные заболевания;
• инсульты;
• мышечно-скелетные расстройства;
• опухоли;
• другие нарушения, которые существуют в тканях или органах в их теле.

Магнитно-резонансная томография в настоящее время получила широкое распространение в медицине, как наиболее информативный и не инвазивный метод диагностики патологии различных органов и систем. Томограф представляет собой большой магнит, по силе которого сканеры разделяются на низкопольные (до 0.5Тл), среднепольные (от 0.5Тл до 1.0Тл), высокопольные (от 1.0 до 3.0Тл) и сверхвысокопольные (более 3.0Тл). Наибольшее распространение в клинической практике получили 1.5Тл томографы, в большинстве случаев позволяющие получить исчерпывающую информацию о структуре тканей и органов. В основе МР-томографии лежит ряд основных принципов.

Для получения изображения, в ходе исследования в теле человека создается временное магнитное поле, направление которого изменяется из-за воздействия радиочастотных сигналов, что сопровождается выделением энергии, которая считывается томографом и конвертируется в изображение. Этот процесс не несет лучевой нагрузки, по этой причине количество МР-исследований в течение жизни человека не ограничено.

Процесс получения изображений при МР-томографии более длительный по сравнению с другими исследованиями (УЗ-диагностика, рентген и КТ), в среднем сканирование одной области составляет около 30 минут, на протяжении которого пациент должен лежать неподвижно. Высокопольные МР-системы (1.5Тл) обладают сравнительно быстрой способностью получения и обработки изображения.

Дискомфорт во время исследования могут принести громкие звуковые сигналы, образующиеся в ходе работы томографа, что являются особенностью метода (для комфортного прохождения процедуры и защиты органов слуха используются защитные наушники). При длительном сканировании радиочастотное излучение может вызвать у пациента чувство жара, для предотвращения чрезмерного нагрева тканей в современных томографах установлена защита, ограничивающая силу радиочастотного импульса, в соответствии с международными стандартами безопасности.

МР-томографы подразделяются на «открытый» и «закрытый» типы. Для первого вида характерно отсутствие замкнутой апертуры, что играет важную роль для пациентов с клаустрофобией, но такие томографы обладают низкой силой магнитного поля, а, следовательно, и разрешением, кроме того исследования выполняются более длительное время. Абсолютное большинство томографов в клинической практике закрытого типа, в которых пациент почти полностью находится в закрытой апертуре, что позволяет добиться высокой разрешающей способности и скорости сканирования, но не всегда подходят для пациентов с клаустрофобией.

Экстремумы вектор-функции индукции вращательно-симметричного магнитного поля стационарного контурного тока в «сферическом» многосредном пространстве Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 658.011.054 Ю. И. Лютахин

ЭКСТРЕМУМЫ ВЕКТОР-ФУНКЦИИ ИНДУКЦИИ ВРАЩАТЕЛЬНО-СИММЕТРИЧНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ СТАЦИОНАРНОГО КОНТУРНОГО ТОКА В «СФЕРИЧЕСКОМ» МНОГОСРЕДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Предлагается численно-аналитический метод расчёта экстремальных значений индукции магнитного поля стационарного кругового контурного тока в сферическом пространстве магнитно-разнородных сред. Для случая экваториального расположения витка с током условия экстремума вектор-функции индукции доведены до законченного аналитического решения в явных функциях.

Особенности функционирования, а также большое разнообразие конструкций электромагнитных систем со сферической геометрией, применяемых в электроприводах сканирующих, гироскопических, навигационных и робототехнических устройств; в установках, обеспечивающих электромагнитную совместимость режимов работы электрооборудования, требуют создания адекватных математических моделей, малозатратных методов проектирования и методик расчёта.

Существующие модели [1-13] дают полезную информацию для решения конкретных задач, однако они не учитывают возможности произвольного варьирования числа сред; накладывают ограничения на значения магнитных проницаемостей материалов сред; не позволяют определять экстремальные значения индукции магнитного поля, характеризующие магнитный режим работы магнитопровода электромагнитной системы. Нет опубликованных работ по методике инженерного расчёта и проектирования аналогичных систем.

Характер и поведение поля электромагнитной системы полностью определяет её качественные свойства и количественные характеристики, параметры. По этой причине одним из эффективных направлений исследований является математическое моделирование электромагнитных полей с доведением конечного результата до выражений в явных функциях и последующее создание САПР. При этом, в силу сложности электромагнитных процессов, целесообразным является использование при проектировании моделей магнитных полей стационарных токов с последующим уточнением на основе теоретической и экспериментальной коррекции методик расчёта.

С этой целью целесообразным является использование классического исследования вектор-функций, описывающих электромагнитное поле на максимум и минимум [14-17].

Для облегчения решения поставленной краевой задачи, представим реальную электромагнитную систему в виде модели: круговой, бесконечно тонкий виток со стационарным током осесимметрично расположен в одной из областей пространства, разделённого софокусными, сферическими поверхностями на произвольное количество областей, занятых магнитноразнородными изотропными средами (см. рис.). Поле же, созданное током реальной катушки с конечным поперечным сечением, определяется суперпозицией полей совокупности бесконечно тонких витков [12, 16, 18].

На основании теории классической электродинамики и решения краевой задачи, поле в любой точке области определяется суперпозицией полей возбуждения и искажения.

2п

(6)

Область определения функций (5) и (6) та же, что и для функции (4).

Согласно принципу наложения или суперпозиции неискажённого поля и поля искажения [1, 12, 16, 18], векторный потенциал поля искажения обусловленного, лишь неоднородностью пространства, является решением уравнения Лапласа

Ді(Р)» =0.

(7)

В сферической системе координат, во вращательно-симметричном случае, система трёх скалярных уравнений Лапласа, соответствующая векторному уравнению (7), эквивалентна одному скалярному дифференциальному уравнению второго порядка в частных производных относительно одной неизвестной (ф — компоненты векторного потенциала), а остальные его компонен-

ты АТ = Лір>) =0:

д

дг

(р)»

V

дг

1 д віп в дв

віп в-

дЛ

(р)»

V

дв

Л

(р)» ср

У

віп2 в

= 0.+1 (совв).

п=0

(9)

+

Компоненты индукции магнитного поля искажения в р-среде определяются, с учётом формулы (2), из выражений

>(р)’

те . .

ВТ (г; в) = £ Ср\гп + пЩхг-п-3 [Р1п+1 (сое в) — Р1-1(ео8 в)], (10)

п=0V ‘

оо

В(врГ(г;в) = -£ [С(р+\гп (п + 2) — Пр)1г-п-3(п + 1)) Р1+1 (со»в), (11)

п=0′ ‘

(р) (р)

где С п и Пп — постоянные коэффициенты интегрирования, определяемые для каждой среды системы из решения краевой задачи преломления магнитного поля; Р 1+1 (со»в) — присоединённые функции Лежандра первого рода.+1 =0. Принимая во внимание (16), можно определить постоянные С и П, а, следовательно, магнитную индукцию поля искажения. Модуль результирующей

индукции магнитного поля в любой точке магнитной системы определяется из выражения

|В(р) | = у! (в(р)’ + В(р)» )2 + (в (р)’ + В(р)» )2. (17)

Условие экстремума векторной функции записывается в виде [16, 17]:

-В

-р = 0, (18)

аг

где г — радиус-вектор. Направление дифференцирования функции В осуществляется вдоль единичного вектора Вгг для радиус-вектора. Производная по этому направлению определяется из выражения

-в ,

-7T = |iV vl В dir

(ir v),

(І9)

Так как в конкретном случае магнитное поле имеет вращательно-симметричную геометрию (3), с учётом [16] имеем

— 1

(ir v)H = 2

rot » x В j + grad В lr j — H |divi’r j + lr (divH) — H x |rot i’r j — lr x (rot В)

(20)

В силу соленоидальности магнитного поля div.B = 0, а так как, кроме того, divi’r = 0, то rot ir = 0.

В данном случае

В xi’r = -Bqip, Bir = Br. (21)

Тогда с учётом выражений (21) можно записать

— В 1 г Г ) і

— = 2 [rot (-Ввiv) + qradBr — ir x (rotВ)J.

В сферической системе координат с учётом выражения (З) и условия

дВв 1Вг

дф дф

= 0

(22)

(2З)

можно записать

-h в

dr 2

дВг 1(дВв

17 — r 1» +Вв ag<>

H (Вв дВв

+ ПТ + 17

(24)

Векторному уравнению (18) соответствует с учётом выражения (24) система двух скалярных алгебраических уравнений:

І віпв (гдБг — дБв)- Бв совв = 0 (25)

I Бв + гдв = 0 (25)

в которой частные производные от компонент вектора индукции магнитного поля для р-среды с учётом выражений (1), (2), (17) имеют вид:

дВ

(p)’

2ipIa

ж 2n 0,5+ i n+l2j — 1

У п п . + r2 — 2z0r cos в)05 n=o i=0 t + i j=l 2j (zJ + r2 — 2z0 r cos в + a2)

(n +1) (2ar sin в)

2n

x cos в + (r cos в — z0)

zJ + r 2-

z0cosв — r

2n+1,5

2n (2n + l,5)(2z0cosв — 2r) + — +

zJ + r2 — 2z0r cos в r zJ + r2 — 2z0r cos в + a2

•, (26)

дВ

(p)»

1г

ж(

n=0

c(p)) nrn-1- D(p)

n+1

np+)l(n + 3)r n 4j (n + T)Pt+2(cosв) — (n + l)cosвР^ (cosв) (sinв) t, (2?)

дВ

(p)’

-IpIa2r sin в

E

(2ar sin в)

2n

2n 0,5+ i’n+l2 j -1

дв (z^ + r2 — 2z0r cos в) 05 n=o (zJ + r2 — 2z0r cos в + a2)2n+2’5

П

i=0 1 +i j=1

x (2n + l)2z0 r sin в +

2(n + l)a2 — ^ + r2 — 2z0r cosв|(2n +1)

2j

ctg в(1 + 2n) — z0r sin в x

1 (2n + 2,5)2

zJ + r2 — 2z0r cos в z2 + r2 — 2z0r cos в + a2

•, (2B)

r

X

X

X

дБ,

(р)»

дв

^ { \

■■ -(81пв)-1 £ [с^г12(п + 2) — Б^г-п-3(п+)) [(п +1)Р1+2(С08в) — (п + 2)008вР^ (008в)], (29)

п=0 ‘ ‘

дБ

(р)’

дг

-рр1а2г 81п в

л 0,5

2п 0,5+ г п+12] — 1

у .г-п-4(п + 3)(п + 1))Р1+1 (008в).

п=0 ‘

(31)

После подстановки (3) (6), (26)-(31) в (25) получим систему двух алгебраических уравнений с неизвестными г и в из которой определяются пары г и в, являющиеся координатами точек, в которых индукция магнитного поля Б имеет экстремумы.

Таким образом, для оценки состояния магнитной системы р-среды получена зависимость в виде (25), которая позволяет определить индукцию магнитного поля только в той точке, где она имеет экстремальное значение.

Для случая, когда контур витка с током лежит в экваториальной (20 = 0) плоскости магнитной системы (из физических соображений ясно, что точки максимума лежат в плоскости в = П), необходимо решить второе уравнение системы (25).

Для этого представим второе уравнение системы (25) в виде

, дБв

Бв + г= -дг

д_Щ[

дг

(32)

Подставляя в формулу (32) выражения (6), (30), (31), после преобразований для р-среды получим

, д_% рр1а2 ~ 2п

в + г дг (г2 + а2)^ п=0 г=0 1 +

~ 0,5+ г п+1 2] — 1( 2аг \2п , 2

ЕП7— П ЬЫ [2а2(п +1)(1 + 2п) —

п=0 г =0 1 + 1 ]=1 2 ] V г + а >

2 2г4(2п + 1)(2п + 2,5)-4а2 г2(п + 1)(2п + 2,5)

-г (2п +1)(3 + 2п) +———————^^———————-

, (33)

д_К

дг

^ г = Е Р^+1(008в) С^ (п + 1) (п + 2)гп + сп+)1(п +1)(п + 2)г

п=0

п3

(34)

Согласно [19], правая часть выражения (34) представляет собой разложение в ряд по присоединенным функциям Лежандра левой части выражения (33).+1(008в), п=0

где для коэффициентов разложения имеем

ап+1 = Сп+)1(п + 2)(п + 1)гп + Б [р)(п +1)(п + 2)г-п-3.

п+1

(35)

(36)

Из [19] известно, что любую регулярную функцию, определённую в интервале (0, п), можно разложить в ряд по присоединённым функциям Лежандра:

¥ (г; в) = £ Ап+1Р1+1(008 в).

(37)

п=0

X

X

X

X

Так как функция, записанная в виде выражения, стоящего в левой части формулы (33), на основании (4) определена в интервале (0, п), кроме точек, расположенных на контуре витка с током, разложим её в ряд (37). v ’

0

Заменяя переменную x = cos в в выражениях (33), (38), немой индекс n на s в выражении (33) и подставляя правую часть выражения (33) вместо F(r; в) в формулу (38), получаем

An+1 = —

(l+2(n + 1))Upla2 “ 25 0,5+ i s±l 2j — 1

-УП П:

2(n + 2)(n + 1) (r2 + a2)2’5 s=0 і=0 г + i j=1 2j

2ar

p,p+1

r2 + a2

rp,p+1 + a

2s

2(о 1)(о о ) 2г4(2Х +1)(2Х + 2,5) 4а2г2(5 +1)(25 + 2,5) Г , 2)3+0,5 1 , /оп\

-г (2х + 1)(3 + 2х) +————2—2————— (-1 -х ‘ Р«+1(х) ^х. Г(А + } + 1)Г(А-X)Г(1 -р + йГ(2-р-2), <40’

где А, р, у — комплексные параметры, причём 2ИеА > |Иер|, что справедливо для решаемой задачи; Г(з) — гамма функция.

Согласно (40), определённый интеграл, присутствующий в (39), преобразуется к виду

2a2(s + l)(l + 2s) -l

2пГ (s + 2) Г (s +1)

Г (s + 2 + 3) Г (s +1 — 2 ) Г (1 + f) Г (-W

L = -;————————— , ( , .——D- (41)

n n n n +1

Таким образом, если учесть выражения (35), (37), то левая и правая части формулы (32) являются разложением в ряд по присоединённым функциям Лежандра. Эти ряды будут равны в том случае, если соответствующие члены правого ряда будут равны членам левого ряда выражения (32). Применяя метод сравнения рядов и учитывая, что члены ряда (35) отличаются от членов ряда (37) только коэффициентами разложения, можно заключить, что ряд (35) будет равен ряду (37) в том случае, если соответствующие коэффициенты разложения (36) будут равны коэффициентам разложения (38). Условие равенства рядов имеет вид

ап+1 = Ап+1, (42)

где п = 0,1,…, те.

Поскольку для рассматриваемой модели геометрия электромагнитной системы, кроме осевой симметрии, приобретает ещё и симметрию относительно плоскости в = П, и Р 1+1 (008в) = 0, где п — нечётное число, то в приведённых выше выражениях (34)-(39), (41) для магнитного поля необходимо заменить индекс п+1 на 2 п+1 [20], оставив при этом индекс суммирования рядов без изменения. Приравнивая коэффициенты разложения согласно выражению (42) для всех членов ряда выражения (32), получим бесконечное число уравнений, содержащих только одно неизвестное г. Одинаковые корни для всех этих уравнений будут являться решением второго уравнения системы (25) и координатами точек, в которых вектор индукции магнитного поля имеет экстремальные значения.

Полученное аналитическое выражение в виде бесконечного числа уравнений с одним неизвестным может найти применение при автоматизированном проектировании аналогичных электромагнитных систем (в том числе, шаровых электродвигателей), так как позволяет с небольшими затратами времени на ЭВМ с высокой точностью определить координаты экстремумов вектора индукции магнитного поля в каждой из сред электромагнитной системы, если катушка обмотки представлена в виде системы софокусно расположенных в экваториальной плоскости круговых, бесконечно тонких витков с током, а также, если электромагнитная система

представлена такими катушками, повёрнутыми друг относительно друга на некоторый угол. Зная координаты точек экстремумов, по приведённой математической модели магнитного поля, можно определить в них значения индукции магнитного поля в каждой из сред электромагнитной системы, что, в свою очередь, позволит спроектировать электромагнитную систему, экстремальные значения индукции которой находятся в заданных пределах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дементьев, В. М. Вращательно-симметричное магнитное поле статического контурного тока в «сферическом» многосредном пространстве [Текст] / В. М. Дементьев, А. И. Скороспешкин / Электрические машины. Машинновентильные системы, коммутация коллекторных электрических машин: Межвузов. сб. научн. тр. — Куйбышев: КПтИ, 1978. — Вып. 4. — С. 65-72.

2. Фомин, А. А. Шар в поле витка с током [Текст] / А. А. Фомин // ЖТФ. — 1963. — Т. 33, Вып. 9. — С. 1021-1030.

3. Абламунец, И. Г. Вращающийся шар в поле витка с током [Текст] / И. Г. Абламунец, О. П. Прудников // ЖТФ. — 1990. —Т. 60, Вып. 6. —С. 1-12.

4. Гримальский, О. В. Метод расчёта трёхмерного электромагнитного поля тонких пластин и оболочек [Текст] / О. В Гримальский // Извест. АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1990. — № 6. — С. 61-68.

5. Апполонский, С. М. Расчёт неоднородной экранирующей сферической оболочки [Текст] / С. М. Апполонский // Изв. вузов. Электромеханика. — 1986. — № 10. — С. 110-113.

6. Петленко, Б. И. Оптимизация комбинированного электромагнитного экрана по массе [Текст] / Б. И. Петленко, А. Е. Дергачев // Электричество. — 1990. —№ 11.—С. 62-65.

7. Лавров, В. Я. Применение принципа Гюгенса—Кирхгофа для идентификации электромагнитного поля в сферических координатах. [Текст] / В. Я. Лавров, А. В. Кирпанев, А. П. Пуханов // Техническая электродинамика.— 1990. —№ 6.—С. 18-22.

8. Замидра, А. И. Расчёт осесимметричного магнитного поля в системах со сферическим экраном [Текст] / А. И. За-мидра, А. И. Трохименко // Техническая электродинамика. — 1984. — № 4. — С. 21-26.

9. Граве, В. И. Намагничивание шарового ферромагнитного слоя и сплошного ферромагнитного шара в магнитном поле кругового контура с током [Текст] / В. И. Граве // Теоретическая электротехника (Львов) — 1987. — № 43. — С. 13-16.

10. Ивлиев, Е.А. О синтезе магнитных полей в слоистых средах [Текст] / Е.А. Ивлиев, Ю.Я. Иосиль, Л. А. Цейтлин // Электричество. — 1989. — № 2. — С. 88-89.

11. Калимов, А. Г. Применение интегро-дифференциального уравнения магнитостатики для расчёта тонкостенных ферромагнитных экранов [Текст] / А. Г. Калимов //Электричество. — 1999. — № 11. —С. 36-38.

12. Одилов, Г. Представление решения краевой задачи для уравнения электромагнитного поля электрической машины в свёрнутой форме [Текст] / Г.Одилов, Э. Хакимов // Изв. АН УзССР. Сер. техн. наук. — 1985. —№ 5.— С. 16-21.

13. Петров, С. И. Электромагнитное поле в сферической полости с вращающимся шаром [Текст] / С. И. Петров // Изв. вузов. Электромеханика. — 1991. — № 3. —С. 20-26.

14. Лютахин, Ю.И. Алгоритм определения максимумов индукции магнитного поля электромагнитной системы шарового электродвигателя [Текст] / Ю. И. Лютахин, В. М. Дементьев / Специальные электрические машины: Межвузов. сб. научных тр. — Куйбышев: КПтИ, 1983. — С. 36-40.

15. Лютахин, Ю.И. Оптимальное проектирование электромагнитной системы шарового электродвигателя [Текст] / Ю. И. Лютахин / Электрические машины специального назначения: Межвузов. сб. научных тр. — Куйбышев: КПтИ, 1985. —С. 12-19.

16. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров [Текст] / Г. Корн, Т. Корн.—М.: Наука, 1984. — 809 с.

17. Тамм, И.Е. Основы теории электричества [Текст] / И. Е. Тамм. — М.: Наука, 1976. — 616 с.

18. Штафль, М. Электродинамические задачи в электрических машинах и трансформаторах [Текст] / М. Штафль. — М.-Л: Энергия, 1966. — 200 с.

19. Шимони, К. Теоретическая электротехника [Текст] / К. Шимони. — М.: Мир, 1964. — 773 с.

20. Градштейн, И. С. Таблицы интегралов, сумм, рядов, произведений. [Текст] / И. С. Градштейн, И. М. Рыжик.— М.: Наука, 1971. — 638 с.

Самарский государственный технический университет, г. Самара

Поступила 13.05.2006

Магнитотерапия (общая, локальная)

Записей не найдено.

О ПОЛЬЗЕ МАГНИТОТЕРАПИИ

Магнитотерапия широко используется в медицине. Это безболезненный, неинвазивный физиотерапевтический метод лечения различных заболеваний, в основу которого положено благотворное воздействие магнитного поля на организм.

Практически любой физиологический процесс в человеческом теле сопровождается электромагнитными взаимодействиями. По показателям электромагнитного поля можно судить о том, в каком состоянии находится отдельный орган или весь организм, ведь электромагнитные характеристики у здорового и больного органа весьма разные. Многие современные методы диагностики основаны на этом принципе.

Магнитное поле позволяет не только проводить диагностику, но и корректировать состояние здоровья. Сегодня можно менять качество работы отдельного органа, или в целом организма человека, меняя характеристики магнитного поля в котором он находится. В основу такого воздействия положены законы физики и электромеханики: изменения характеристик тока при помещении проводника внутри магнитного поля.

Изменяя определенным образом магнитное поле можно усилить или уменьшить силу микротока внутри органа. Воздействие магнитного поля обладает нормализующим эффектом: повышенная функция органа понижается, а повышенная снижается.

Магнитотерапия благотворно воздействует на организм и обладает противоотечным, противовоспалительным, антиспастическим, седативным, гипотензивным свойствами.

 

ПОКАЗАНИЯ К НАЗНАЧЕНИЮ МАГНИТОТЕРАПИИ

• гидроцефальный синдром — последствия черепно-мозговой травмы
• задержка моторного развития
• дцп (в том числе гиперкинетическая форма)
• перинатальное поражение центральной нервной системы
• задержка психо-речевого развития
• задержка речевого развития (зрр), алалия, дизартрия, общее недоразвитие речи — когнитивные нарушения
• аутизм, элементы аутизма
• тики (в том числе жиль-ле-туретта)
• логоневроз
• энурез
• синдром дефицита внимания
• проблемы обучаемости в школе
• генетическая патология (коррекция)
• нарушение сна
• хроническое нарушение мозгового кровообращения
• фобии, расстройства
• часто болеющие дети
• аллергии
• дисплазия тазобедренных суставов

 

КАК ПРОХОДИТ ПРОЦЕДУРА МАГНИТОТЕРАПИИ

В МЦ АВИЦЕННА для лечения магнитотерапией использую прибор медицинского назначения. Магнитное поле формируется индукторами-электромагнитами, питаемых электрическим током. Магнитное поле воздействует мягко, нет никаких неприятных ощущений, боли или нагрева. Поэтому магнитотерапия легко переносится детьми и может назначаться при достижении возраста от 3 х лет.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ

острые инфекционные заболевания

обострение хронических заболеваний

новообразования

эпилепсия и обмороки

 

 

 

Какова функция магнитного поля? — Mvorganizing.org

Какова функция магнитного поля?

Магнитные поля заставляют электрически заряженные частицы двигаться по круговой или винтовой траектории. Эта сила, действующая на электрические токи в проводах в магнитном поле, лежит в основе работы электродвигателей. (Для получения дополнительной информации о магнитных полях см. Магнетизм. Использование магнитных полей для генерации электрического тока.

Какая первая функция магнитного поля?

Первая функция магнитного поля Земли — отклонять большую часть солнечного ветра от прямого удаления озонового слоя, защищающего Землю от вредного ультрафиолетового излучения.Пояснение: Все мы знакомы с повседневными магнитными объектами.

Как у планет есть магнитные поля?

Магнитные поля вокруг планет ведут себя так же, как стержневой магнит. На Земле течение жидкого металла во внешнем ядре планеты порождает электрические токи. Вращение Земли вокруг своей оси заставляет эти электрические токи образовывать магнитное поле, которое распространяется вокруг планеты.

Почему давление на поверхности Венеры такое большое?

Потому что у Венеры такая плотная атмосфера, которая примерно в 100 раз толще Земли.Это, в свою очередь, привело к потеплению атмосферы в результате так называемого беглого парникового эффекта. …

Есть ли у Марса северный и южный магнитные полюса?

Поскольку Марс — это каменистая планета земной группы, подобная Земле, можно предположить, что там действует такая же магнитная парадигма. Однако Марс не генерирует магнитное поле сам по себе, за исключением относительно небольших участков намагниченной коры.

Как получить магнитное поле Марса?

Сначала нам нужно как-то разжижить внешнее ядро ​​планеты.Тогда собственное вращение планеты создало бы динамо-машину и магнитное поле, подобное земному. Это можно сделать с помощью очень большой ядерной бомбы, которая будет размещена рядом с ядром планеты.

Можно ли создать магнитное поле?

Нет, невозможно создать магнитные волны без электрического поля. Электрические поля создаются электрическими зарядами. Например, если вы статически зарядили воздушный шар, потерев его о волосы, воздушный шар создаст электрическое поле.Магнитные поля создаются магнитами.

Physlet Physics Кристиана и Беллони: Иллюстрация 29.2

Рисунок 29.2: Петля в изменяющемся магнитном поле

Анимация 1 | Анимация 2

Подождите, пока анимация полностью загрузится.

Проволочная петля во внешнем магнитном поле может иметь наведенную ЭДС (и, следовательно, индуцированный ток), если магнитный поток изменяется как функция времени. Поскольку магнитный поток является скалярным произведением магнитного поля и перпендикулярной площади контура ( B · A для однородных магнитных полей), магнитный поток может измениться, если величина магнитного поля изменяется во времени и / или если ориентация между магнитным полем и перпендикулярной областью изменяется со временем (положение указывается в метрах, напряженность магнитного поля указывается в миллитеслах, ЭДС дана в милливольтах, а время указывается в секундах) .Цвет вектора указывает на напряженность поля, а графики справа показывают магнитное поле в направлении x, а также наведенную ЭДС. Рестарт.

В анимации 1 петля провода перпендикулярна экрану, а магнитное поле — справа. Ориентация петли и поля не меняется со временем. Однако сила магнитного поля изменяется со временем в соответствии со значениями, которые вы выбираете с помощью ползунка. Вы можете изменить максимальную величину магнитного поля, а также частоту его колебаний.

В Animation 2 петля провода снова перпендикулярна экрану, и теперь магнитное поле вращается в плоскости экрана компьютера. Ориентация между петлей и полем действительно меняется со временем, потому что магнитное поле меняет направление (относительно петли) как функцию времени. Напряженность магнитного поля в этой анимации не меняется со временем. Вы можете установить величину магнитного поля и частоту вращения поля с помощью ползунков.

В чем разница между двумя анимациями? Что общего?

В Анимации 1 магнитное поле меняет силу как функцию времени.В Анимации 2 магнитное поле имеет постоянную величину, но его направление меняется со временем. Несмотря на эти различия, при одинаковых значениях max | B | и частоты, вы получите одинаковое значение для магнитного поля в направлении x как функцию времени и такую ​​же наведенную ЭДС. Для Анимации 1 магнитное поле меняет силу как функцию времени в соответствии с sin (2π f t). В Анимации 2 магнитное поле имеет постоянную величину, но его направление меняется со временем. Компонент поля, который находится в направлении области петли (направление, нормальное к петле или в направлении x), изменяется как функция времени согласно sin (2π f t).Как следствие, B · A как функция времени одинакова для обеих анимаций, пока у вас одинаковые значения max | B | и частота.

Обратите внимание, что хотя B изменяется со временем в одной анимации и меняет направление в другой анимации, мы все равно можем использовать B · A , поскольку магнитное поле в каждый момент времени однородно по всей площади петли. Если бы он не был однородным по площади контура, нам нужно было бы использовать интеграл для определения магнитного потока.

Автор иллюстрации: Энн Дж. Кокс и Марио Беллони.

Physlets были разработаны в колледже Дэвидсона и преобразованы с Java на JavaScript с использованием системы SwingJS, разработанной в колледже Св. Олафа.

Как высокоградиентное магнитное поле может повлиять на жизнеспособность клетки

Прямое влияние высокоградиентного магнитного поля на мембранный потенциал покоя клетки

Напряжение мембраны является ключевым параметром, регулирующим свойства клетки, механизмы и связь.В общем, электричество и взаимодействие электрических зарядов играют важную роль в жизни клетки. Действительно, простая оценка (см. Методы) электростатической энергии, запасенной в мембране сферической ячейки с радиусом 10 мкм и напряжением на мембране 70 мВ, составляет E ≈ 10 ⁻¹⁴ −10 ⁻¹³ Дж, что составляет 6– На 7 порядков больше, чем энергия тепловых флуктуаций, и намного больше, чем энергии химических связей и изгиба мембраны ²⁴ , которые определяют многие опосредованные мембраной внутриклеточные процессы, такие как формирование, жесткость, эндоцитоз, адгезия, ползание, деление и апоптоз.Таким образом, электростатический вклад энергии изгиба заряженных клеточных мембран достаточно велик ²⁵ , и в первом приближении жесткость клеточной мембраны пропорциональна квадрату мембранного напряжения. Качественный анализ, представленный в ^26,27 , показывает, что клетки (способные быстро пролиферировать, недифференцированные) с низкими значениями мембранного потенциала, которые имеют тенденцию к деполяризации, очень пластичны. Напротив, зрелые, терминально дифференцированные и покоящиеся клетки имеют тенденцию к гиперполяризации.Здесь следует подчеркнуть, что мембранный потенциал — это не просто отражение состояния клетки, но параметр, позволяющий контролировать судьбу клетки, например, искусственная деполяризация может предотвратить дифференцировку стволовых клеток, тогда как искусственная гиперполяризация может вызвать дифференцировку. Ниже мы аналитически анализируем возможность управления мембранным потенциалом с помощью приложенных извне высокоградиентных магнитных полей.

Когда к клетке в среде прикладывается высокоградиентное магнитное поле, сила магнитного градиента действует на ионы и может либо способствовать, либо противодействовать движению ионов через мембрану.Сила магнитного градиента определяется как, где p — магнитный дипольный момент иона, B — магнитная индукция, а производная берется по направлению l , которое параллельно магнитный дипольный момент иона, l // p . Принимая во внимание предыдущее выражение для силы магнитного градиента, в этом случае, когда ионы диффундируют в присутствии HGMF, уравнение Нернста читается как (см. Методы)

, где e — заряд электрона, z — валентность иона (z = +1 для положительного одновалентного иона), F — постоянная Фарадея, R — газовая постоянная, T — абсолютная температура, В _m — разность потенциалов между двумя сторонами мембраны, и n _o и n _i — концентрации ионов снаружи и внутри ячейки, L — размер половины ячейки.В правой части уравнения. 1 второй член описывает магнитный вклад в потенциал покоя. Таким образом, уравнение. 1 представляет собой обобщенную форму уравнения Нернста, выведенного с учетом влияния высокоградиентного магнитного поля. В зависимости от направления магнитного градиента («+» или «-» в уравнении 1) HGMF может вызывать деполяризацию мембранного потенциала или гиперполяризацию, которая регулирует не только поступление ионов натрия, калия и кальция, но и биологически релевантных молекул. клетке, но многие основные характеристики и функции клетки.Ключевой вопрос заключается в том, насколько большим должно быть значение градиента, чтобы добиться прямого воздействия магнитных полей на мембранный потенциал. Чтобы ответить на этот вопрос, мы оценим вклад магнитного члена в равновесный мембранный потенциал, задаваемый формулой. 1. Для этой оценки должны быть известны значения магнитных моментов ионов, которые создают мембранный потенциал. Типичные разновидности ионных каналов (K ⁺ , Ca ²⁺ , Na ⁺ ) и близлежащие молекулы воды имеют спины электронов, поэтому у них нет спинового магнитного момента электрона, а их магнитный момент обусловлен ядерным спином.Интересно, что ионы ⁴⁰ Ca ²⁺ не обладают ядерным магнитным моментом. Магнитные моменты этих ионов очень малы и имеют тот же порядок величины, что и ядерный магнетон, μ _n = 5,05 10 ⁻²⁷ Дж / Тл: p _{Na +} = 2,22μ _n (натрий-23), p _{K +} = 0,39 мкм _n (калий-39), p _{Cl —} = 0,821 мкм _n (хлорид-35) и p _{Ca2 +} = 0 (кальций-40).Среди этих ионов Na ⁺ имеет наибольший магнитный момент, а Ca ²⁺ имеет нулевой электронный и ядерный магнитные моменты. Для сравнения приведем значения магнитных моментов соответствующих молекул: для H ₂ 0 (пара, антипараллельные ядерные спины) p = 0 и H ₂ 0 (орто, параллельные ядерные спины) p = μ _n и для гемоглобина Fe ²⁺ средний магнитный момент, измеренный для цельной крови, равен 5,46 μ _B / Heme ²⁸ (где μ _B — магнетон Бора, μ _B / μ _n ≈ 1836).Из-за ядерных спинов атомов водорода вода состоит из смеси молекул с нулевым спином (пара) и спином единица (орто). Равновесное отношение орто к пара молекул составляет 3À1 ²⁹ , что делает 75% молекул воды магнитоактивными в достаточно сильных магнитных полях. HGMF, благодаря относительно большим магнитным моментам ионов Na ⁺ , может влиять на формирование потенциала действия нервной клетки. По оценке магнитной добавки в формуле.1 для вышеуказанных значений магнитных моментов ионов K ⁺ и Na ⁺ и биологически релевантных молекул для клетки, мы обнаруживаем, что приложенное извне магнитное поле со значением градиента порядка 10 ⁸ –10 ⁹ Tm ⁻¹ может напрямую изменять потенциал клеточной мембраны на 1–10 мВ. Напр., В нейронных клетках открытие потенциалзависимых ионных каналов Na ⁺ и K ⁺ происходит с деполяризацией мембранного потенциала всего лишь 7-12 мВ ³⁰ .В этом случае прямой эффект от нанесения HGMF на клетку может проявляться через изменение вероятности открытия / закрытия потенциалзависимых ионных каналов. Однако, как было оценено выше, для достижения деполяризации или гиперполяризации мембранного потенциала необходимо применять HGMF с градиентом порядка 10 ⁹ Tm ^-1 . Возможность достижения таких высоких значений магнитного градиента описана в следующем разделе.

Достижимый в настоящее время магнитный градиент (до 10 ⁶ –10 ⁷ Tm ^{−1 23,31} ) имеет косвенные эффекты, связанные с применением HGMG к клеткам.Во-первых, влияние магнитных полей с градиентом порядка 10 ⁶ Тм ⁻¹ может проявляться через изменение вероятности открытия / закрытия механочувствительных ионных каналов. С другой стороны, механическое напряжение в клеточной мембране может напрямую управлять стробированием ионного канала ^32,33,34 . Более того, мембранный потенциал может быть изменен путем перемешивания ионных каналов мембраны. Недавние исследования продемонстрировали важность значения мембранного потенциала в регуляции клеточных функций и передачи сигналов на многоклеточном уровне ³³ , особенно в отношении активности ионных каналов.Например, раковые клетки, как правило, имеют низкий мембранный потенциал (по абсолютной величине), что связано со сверхэкспрессией определенных ионных каналов ³⁵ . Высокодифференцированные опухолевые клетки (гепатоцеллюлярные карциномы человека: Tong, HepG2, Hep3B, PLC / PRF / 5, Mahlavu и HA22T) имеют парадоксально малые мембранные потенциалы ³⁶ . Мембранный потенциал контролирует адипогенную и остеогенную дифференцировку стволовых клеток ³⁷ , что предполагает возможность управления путем дифференцировки.Мембранный потенциал играет ключевую роль в пространственной организации цитоскелета и белков, связанных с делением клеток, в основном влияя на деление бактериальных клеток ³⁸ .

Статические однородные магнитные поля также могут влиять на диффузию биологических частиц посредством силы Лоренца и гипотетически изменять мембранный потенциал. Однако результаты, представленные в документе ³⁹ , показывают, что в растворе сила Лоренца может подавлять диффузию одновалентных ионов (например, Na ⁺ , K ⁺ и Cl ^—), но пороговое значение магнитного поля составляет чрезвычайно высокий, примерно 5.7 · 10 ⁶ Тл (что на 2–4 порядка меньше магнитного поля на магнетаре). С другой стороны, теоретически предсказанный порог градиентных полей для изменения диффузии ионов за счет градиентного магнитного напряжения составляет более 10 ⁵ T ² м ^-1 для парамагнитных молекул FeCl ₃ и 0 ₂ и белки плазмы ³⁹ . Таким образом, в слабых и умеренных магнитных полях биологические эффекты должны скорее зависеть от величины градиента магнитного поля, а не от силы магнитного поля, как недавно было продемонстрировано в экспериментах с ячейками THP-1 ³² .Магнитные системы, способные генерировать HGMF, и формулы, позволяющие быстро оценить градиент магнитного поля, описаны в Методах и Таблице 1. Теперь мы рассмотрим возможные применения этих магнитных систем для управления функциями ячеек.

Таблица 1 Магнитные системы, генерирующие HGMF.

Эффекты HGMF посредством внутриклеточного механического стресса

Возможный альтернативный механизм клеточного ответа на HGMFs основан на том факте, что магнитомеханический стресс может влиять на механочувствительные мембранные ионные каналы, например, ионные каналы TREK-1, которые растягиваются. активированные калиевые каналы ^40,41 .Считается, что в ячейке может быть 10 ² –10 ⁴ ионных каналов, и вероятность того, что любой из них будет открыт (в любой момент времени), обычно находится в диапазоне от нескольких до нескольких десятков процентов ^42,43 . Силы магнитного градиента, действующие на клетки, создают механическую нагрузку на плазматическую мембрану и тело клетки. Клетка ощущает этот стресс и вызывает каскад механоэлектрической трансдукции, который инициирует ответ. В клеточной мембране механочувствительные ионные каналы отвечают за преобразование механических сигналов в электрические.Дополнительное натяжение мембраны, в нашем случае вызванное высокоградиентным магнитным полем, может увеличить вероятность открытия механочувствительного канала ⁴⁴ . Таким образом, механический стресс плазматической мембраны активирует каналы транзиторного рецепторного потенциала (TRP) ⁴⁵ . Ниже мы рассчитываем механические силы и напряжения в ячейке, помещенной в HGMF.

Объемная плотность силы градиента магнитного поля (в Нм ^-3 ), действующей на клетку, составляет

, где χ _м — восприимчивость среды, χ _c — восприимчивость клетки, а μ ₀ — вакуумная проницаемость.В формуле. 2, разность восприимчивостей Δχ = χ _м — χ _c, определяет направление магнитной силы: притяжение или отталкивание клетки к / от области с высоким градиентом магнитного поля. Эта сила вызывает механическое напряжение во всей клетке и клеточной мембране. Анализ возможных биологических эффектов действия сил магнитного градиента с объемной плотностью, заданной формулой. 2; эти силы можно сравнить с плотностью силы тяжести, f _g = ρg = 10 ⁴ Нм ⁻³ (где ρ — плотность воды, а g — ускорение. силы тяжести).Принимая Δχ равным 10–20% ⁴⁶ диамагнитной восприимчивости воды (χ _w = −9 ⋅10 ⁻⁶ в СИ), B = 1 Тл и | ∇B | = 10 ⁶ Tm ⁻¹ , из уравнения. 2, получаем плотность магнитной силы f = (0,7–1,4) · 10 ⁶ Нм ⁻³ , что дает f ≫ f _g . Поскольку сила гравитации (микрогравитация) или невесомость (например, посредством магнитной левитации) влияет на развитие, рост и функции клеток ^{, 47,48} , можно ожидать значительных эффектов сил магнитного градиента.Например, было показано, что приложенные магнитные поля с градиентом приблизительно B ² ≈ 10 ³ T ² м ^-1 изменяют субклеточную морфологию остеобластоподобных клеток ¹² , а диамагнитная левитация играет главную роль в наблюдаемых эффектах. Таким образом, ожидается значительное воздействие на клеточный аппарат, вызванное силами градиента магнитного поля. Магнитные силы, действующие на тело клетки, передаются на цитоскелет клетки и клеточную мембрану.Даже крошечные механические силы, которые немного превышают силы тепловых колебаний менее 1 пН (см. Методы), могут значительно повлиять на функциональность ячейки ^32,49,50,51 .

Силы магнитного градиента, определяемые формулой. 2 может напрямую управлять парамагнитными ячейками и молекулами. В целом клетки диамагнитны. Однако недавние исследования показывают существование неэритроидных клеточных линий, происходящих от рака клеток человека, которые являются достаточно парамагнитными ⁵² . Их парамагнитное поведение позволяет влиять на движение клеток с помощью HGMF.Более того, внутриклеточные и межклеточные свободные радикалы, такие как O ₃ , NO и NO ₂ и молекулы FeCl ₃ и O ₂ , также являются парамагнитными и могут перераспределяться как силой Лоренца, так и силой градиента магнитного поля. , как известно из электрохимии ^53,54 .

Одна из ключевых функций ячеек — упорядочивание в пространстве и времени. Высокоточное позиционирование клеток с помощью микромагнитов является многообещающим подходом для тканевой инженерии. ²⁰ .Действительно, сила магнитного градиента (уравнение 2) способна способствовать миграции клеток в области с самым высоким градиентом магнитного поля. Недавно это было продемонстрировано в исх. 46 видно, что решетки микромагнитов (с поперечным размером 30–50 мкм и такими же соседними расстояниями), покрытые париленом, создают сильные градиенты магнитного поля (до 10 ⁶ Тм ⁻¹ ), которые влияют на поведение клеток двумя основными способами: i ) вызывая миграцию клеток и прилипание к покрытой магнитной поверхности, и ii) удлиняя клетки в направлении, параллельном краям микромагнита.Результаты расчетов распределений магнитного поля и градиента над четырьмя микромагнетиками показаны на рисунках 1 и 2. Распределения поля и магнитно-градиентной силы были рассчитаны аналитически с использованием явных выражений для магнитных полей рассеяния ⁵⁵ . Как видно из рисунков 1 и 2, есть несколько областей с наибольшим магнитным градиентом. Таким образом, в экспериментах ⁴⁶ , движимых силами магнитного градиента (уравнение 2), наблюдалась миграция клеток в направлении областей с самым сильным градиентом магнитного поля, что позволило создать настраиваемые, взаимосвязанные сети стволовых клеток.

Недавние исследования указывают на решающее влияние внешних механических и магнитных сил на форму, функцию и судьбу клеток через физические взаимодействия с сетью цитоскелета ^46,49,56 .

Локальное изменение мембранного потенциала и латеральная миграция белков мембранных рецепторов вблизи магнитных наночастиц

Цепочка магнитных наночастиц (МНЧ), помещенная на клеточную мембрану, может создавать пространственно-модулированные распределения магнитного потока с достаточным градиентом.Силы магнитного градиента, локализованные около MNP, влияют на функции клеток двумя основными способами: i) изменяя мембранный потенциал покоя, как предсказывается формулой. 1, и ii) создание локального магнитного давления, которое может вызвать деформацию мембраны, приводящую к образованию пузырей на клеточной мембране. Первое может происходить локально как следствие очень высокого градиента поля, как указано в формуле. 15 (Методы). Для магнетита (Fe ₃ O ₄ ) MNP с M _s = 510 кАм ⁻¹ и R = 5 нм, оценка основана на уравнении.15 дает | ∇B _r | ≈ 2.6 10 ⁸ Tm ⁻¹ на поверхности мембраны. Этого градиента достаточно, чтобы изменить потенциал покоя на несколько мВ, даже если ионы, управляющие мембранным потенциалом, имеют только ядерные значения магнитных моментов. Второй связан с магнитным давлением из-за разницы магнитной восприимчивости липидной мембраны и цитозоля. Вблизи MNP магнитное давление на клеточной мембране составляет P _MNP = fV / S = fh , где V и S — объем и площади небольшой части мембраны и х — толщина мембраны.Аналитическое выражение для этого давления приведено в разделе «Методы». Для цепочек МНЧ с параллельной и перпендикулярной ориентацией магнитных моментов по отношению к поверхности мембраны магнитное давление ( P _MNP ) действует в направлениях, перпендикулярных и параллельных мембране, как показано на рис. а – г) для двух цепочек, состоящих из четырех МНЧ. Магнитное давление вызывает дисбаланс осмотического и гидростатического давлений, что, в свою очередь, изменяет поток ионов, переносимых через клеточную мембрану ³² .Чтобы оценить магнитное давление, необходимо знать магнитную восприимчивость содержимого клетки, которую можно найти в [4]. 57 и ссылки в нем. В частности, магнитная восприимчивость белков, липидов и воды составляет χ _p = −9,726 10 ⁻⁶ , χ _lip = −8,419 10 ⁻⁶ и χ _w = −9,035 10 ^−6. (все в СИ). Таким образом, белки более диамагнитны, чем вода, т. Е. Χ _p <χ _w . Липиды менее диамагнитны, чем белки и вода (χ _губ > χ _p и χ _губа > χ _w ), что приводит к их «квазипарамагнитному» поведению по отношению к липидам и цитозолю.Из-за разницы в магнитной восприимчивости белков и липидов белки мембранных рецепторов притягиваются к области с наивысшим градиентом магнитного поля, создаваемым МНЧ (см. Рис. 3). Оценка бокового магнитного давления (Уравнение 18, Методы), действующего на мембранный рецепторный белок при h = 5 нм, r ≈ R = 5 нм, M _s = 510 кАм ^-1 (магнетитовые МНЧ) и Δχ = χ _p — χ _выступ = 1.3 10 ^-6 дают P = 1,7 Па. Это давление может вызвать латеральную миграцию мембранного рецепторного белка в область высокоградиентного поля. Более того, клеточные мембраны содержат домены с разнородными размерами от 10 до 200 нм, которые обогащены холестерином и насыщенными липидами. Поскольку магнитная восприимчивость холестерина близка к магнитной восприимчивости белка, χ _ch = -9,236 10 ^{-6 57} , эти домены подвергаются боковому магнитному давлению и происходит вынужденная диффузия.Это перераспределение мембранных доменов может играть ключевую роль в изменении мембранных функций.

Деление клеток с помощью магнитного поля

Первый намек на возможность деления клеток с помощью HGMF обсуждался выше в связи с экспериментом по делению капель феррожидкости в умеренном магнитном поле с градиентом дБ / dz = 6,6 Тм ⁻¹ . Диамагнитная восприимчивость клетки намного меньше, чем у капли феррожидкости. Обсуждая влияние HGMF на клетки, мы учитываем как минимум шесть порядков больших градиентов поля.Поскольку сила магнитного градиента пропорциональна произведению магнитной восприимчивости и градиента поля (уравнение 2), в нашем случае можно ожидать аналогичного эффекта, то есть стимуляции деления клеток силами магнитного градиента. Силы магнитного градиента можно значительно увеличить, загружая ячейки магнитными наночастицами. В экспериментах, описанных в исх. 58, локализованные, опосредованные наночастицами магнитные силы были приложены к клеткам HeLa через магнитное поле с градиентом от 2.5 ∙ 10 ³ Tm ⁻¹ до 7 ∙ 10 ⁴ Tm ⁻¹ . При самом большом градиенте клетки, нагруженные магнитными наночастицами, проявляли нестабильность «втягивания». Однако при более низких магнитных градиентах и ​​более низком внутриклеточном механическом стрессе наблюдалось смещение метафазной пластинки во время митоза, что указывает на то, что в HGMFs магнитомеханический стресс может способствовать делению клеток, свободных от магнитных наночастиц.

Таким образом, мы предполагаем, что деление клеток может быть вызвано или поддержано специфически пространственно модулированным градиентным магнитным полем.Пример такой конфигурации магнитного поля и распределения силы магнитного градиента показан на рис. 4, иллюстрируя распределение поля и его градиента (нормированное ∇B ² ), генерируемое в зазоре между двумя однородно намагниченными магнитами, обращенными друг к другу. . Поле и градиент были рассчитаны с использованием явных аналитических выражений для индукции магнитного поля прямоугольных намагниченных призм ^55,59 . Рисунок 4b показывает, что между магнитными полюсами, в левой и правой частях центральной области, силы магнитного градиента имеют противоположные направления.Если средний размер этой области сравним с размером ячейки, помещенная здесь ячейка будет подвергаться воздействию двух противоположных сил, которые могут вызвать магнитное давление, которое способствует либо делению ячейки, либо сжатию ячейки. Неизвестно, насколько большим должно быть это давление, чтобы вызвать деление клеток. В литературе данные по этому поводу немногочисленны. Было продемонстрировано, что давление в 100 Па может управлять митозом клеток HeLa ⁶⁰ . Это давление является достижимым магнитным давлением, например, в одной из систем HGMF, перечисленных в таблице 1.

Остановка опухоли магнитным давлением

Эксперименты ⁶¹ показали, что механический стресс может ограничивать рост сфероида раковых клеток, ограничивая деление клеток вблизи поверхности сфероида. Здесь мы показываем, как магнитное давление может остановить рост опухоли. Идея основана на том факте, что раковые клетки обогащены Fe, и поэтому они более парамагнитны, чем здоровые клетки ⁶² . В таком случае магнитное радиальное давление может ограничить рост опухоли из-за силы притяжения магнитного градиента, действующей на «парамагнитные» раковые клетки.Пример распределения магнитного поля и градиента над цилиндрическими магнитами с отверстием показан на рис. 5 (подробности расчетов можно найти в разделе «Методы»). Магнитное давление на опухоль можно рассчитать как P _tum = fw , где f — плотность силы, определяемая уравнением. 2 и w — ширина области, соответствующей максимуму градиента магнитного поля, показанного на рис. 5. Оценки магнитного давления на раковые ткани с магнитной восприимчивостью χ = 6.3 10 ⁻⁶ (в единицах СИ) ⁶² для рассчитанного максимального значения магнитного градиента, B | ∇B | / ( R ⁻¹ (μ ₀ ) M _r /4 π) ² ) ≈ 160 (см. Рис.5 (b) и (c)) и радиус магнита R = 5 мм, радиус отверстия 0,1 мм и w = 1 мм, дают давление P _{tu m} ≈ 1 Па = 1 пН мкм ⁻² , что, по-видимому, недостаточно, чтобы повлиять на функции клеток.Однако | ∇B | растет, когда радиус отверстия уменьшается или расстояние z стремится к нулю (см. Таблицу 1 и уравнение 13 в Методах). Таким образом, регулируя радиус отверстия и расстояние, магнитный градиент может быть увеличен в сотни раз для достижения давления в сотни паскалей, что может предотвратить деление клеток. Например, в [61] было показано, что внешнее осмотическое давление до 500 Па замедляет скорость роста опухолевого сфероида.

Границы | Электромагнитные поля как zeitgebers структуры-функции в биологических системах: экологические оркестровки морфогенеза и сознания

Введение

Биологическая система зависит от межклеточной и внутриклеточной коммуникации для своего развития, поддержания и распространения.Эта связь позволяет отдельной ячейке взаимодействовать с системами соседних ячеек, а также с окружающей средой. Литература, посвященная внутриклеточной и межклеточной коммуникации, быстро растет, уделяя особое внимание электрическим и химическим механизмам (Qian, 2007; Nielsen et al., 2012; Venturi and Fugua, 2013). Однако средства, с помощью которых биологическая система может связываться или взаимодействовать через нехимическую неэлектрическую среду, еще предстоит тщательно изучить. Были проведены первоначальные исследования возможного вклада электромагнитного (ЭМ) спектра (нехимического неэлектрического) в биологические системы (Gurwitsch, 1926; van Wijk et al., 1993; Cifra et al., 2011). Эти исследования продемонстрировали, что есть в самих биологических системах и в электромагнитном спектре. Здесь мы стремимся исследовать глубину, до которой влияние окружающей среды, в частности электромагнитные поля (ЭМП), может оказывать на развивающуюся клетку. А более конкретно, влияние электромагнитных полей на клеточные агрегаты, целые организмы и интеграцию целых систем.

Электромагнитные поля (ЭМП)

Электромагнитные поля (ЭМП) состоят из электрических и магнитных компонентов, проявляющихся в виде силового поля.Силовые поля могут быть как статическими, так и динамическими. Динамические поля отображают временные изменения интенсивности, которые могут варьироваться от нескольких циклов в секунду (Гц) до потенциально ~ 10 ⁴³ циклов в секунду (Adey, 1980, 1981). Природа этих временных изменений может быть симметричной, например синусоидальные или прямоугольные волны, или сложной, например, вариации, генерируемые ячейками. Наиболее типичным примером последнего может быть потенциал действия нейрона и замысловато структурированная динамика поля коры головного мозга, определяемая с помощью количественной электроэнцефалографии (QEEG).

Самое заметное местное магнитное поле исходит от Земли. Сама планета генерирует уникальные ЭМП, которые присутствовали со времен абиогенеза. Палеомагнитные исследования показывают, что полярные сдвиги в ориентации цикла магнитного поля Земли со средней периодичностью ~ 10 ⁵ лет (Banerjee, 2001). В среднем его установившаяся интенсивность составляет около 50 000 нанотесла (нТл). Однако есть нестационарные изменения, амплитуды которых примерно в тысячу раз меньше установившегося значения.Существует большое количество литературы, показывающей, что эти изменения геомагнитной напряженности порядка 10–500 нТл влияют на биологические системы (Adey, 1980, 1981). Большая часть вкладов в эти возмущения происходит от Солнца и его электромагнитного расширения: межпланетного магнитного поля или солнечного ветра. Однако есть меньшие изменения величины из-за лунной орбиты и вторичных и третичных эффектов от индукции токов в верхних слоях ионосферы. Некоторые из этих более мелких колебаний показывают заметные местные и суточные колебания.Между Землей и ионосферой основная частота (от 7 до 8 Гц) и ее гармоники непрерывно генерируются тем, что в основном является разрядами молний (Persinger et al., 2012).

В прошлом веке появилось множество источников промышленных ЭМП, добавленных к окружающей среде. Эти искусственные интенсивности и временные паттерны посредством феномена биений (при вычитании частот разница становится «виртуальной» частотой), которые могут генерировать паттерны, которые настолько идентичны молекулярным и клеточным системам, что могут возникать резонансные взаимодействия. .Интенсивности изготовленных ЭМП превышают несколько порядков. В настоящее время существуют правдоподобные модели, которые показывают, что сама ДНК ведет себя как совокупность ЭМ-антенн, которая может различать, дифференцировать и преобразовывать энергии ЭМ в различия в последовательностях пар оснований (Cosic, 1994; Mihai et al., 2014). Учитывая все вышесказанное, электромагнитная среда, которая составляет среду, в которую биологические системы постоянно погружены, очень неоднородна при работе в пределах частотного и амплитудного диапазонов, которые оптимально подходят для взаимодействия с клетками.

Ячейки и ЭМП

Биологические системы, от молекул внутри клетки до клетки как единого целого, до совокупностей клеток, из которых состоят органы и организмы, погружены в сложную смесь статических и изменяющихся во времени магнитных полей. Существует множество гипотез о том, как клетка взаимодействует с ЭМП. Живые клетки обладают неравномерным зарядом через мембрану плазматической клетки. Проще говоря, живая система не находится в равновесии — биологический гомеостаз предполагает дисбаланс.Движущийся заряд через градиент напряжения или ионы через мембранные каналы будут связаны с ЭДС, хотя и со слабой интенсивностью. Однако в таком органе, как мозг, в любой момент может быть миллион клеток (10 ⁶ ), которые когерентно срабатывают, чтобы вызвать определенное поведение (Levy et al., 2004). Этот когезионный нейрональный запуск 10 ⁶ клеток будет производить значительно большую ЭДС, чем любая отдельная клетка.

Кроме того, другие клеточные элементы, такие как микротрубочки, как полагают, играют роль во взаимодействии между ЭМП и клеткой (Havelka and Cifra, 2009; Cifra et al., 2011; Гавелка и др., 2011). Микротрубочки являются компонентом цитоскелета и состоят из тубулина. Обычно эти цилиндрические полимеры имеют средний диаметр 25 нм и длину 100 нм. Микротрубочки сильно влияют на форму, движение и рост клеток. Они также обладают потенциалом для организации функций внутри клетки (включая нейрон) (Gu et al., 2008; Mandal et al., 2011). Белки тубулина, составляющие микротрубочки, состоят из альфа- и бета-мономеров, которые образуют диполи, что приводит к сегнетоэлектрическим свойствам (Tuszynski et al., 1995). Из-за этого микротрубочки представляют собой высокополярные (электрически) структуры, которые позволяют производить ЭМП. (Hideg et al., 1991; Tuszynski et al., 1995).

В дополнение к этому воздействие магнитных полей может вызывать эффекты в организации микротрубочек (Glade and Tabony, 2005). Лишь кратковременное воздействие магнитных полей запускает самоорганизацию митохондрий, которая играет центральную роль во многих клеточных функциях. Этот элегантный эксперимент продемонстрировал, что приложение внешнего магнитного поля может взаимодействовать / вмешиваться в биологические процессы через самоорганизацию микротрубочек.Несмотря на эту митохондриальную самоорганизацию, клетка как детектор ЭМП гораздо менее охарактеризована, чем производство ЭМП клеткой. Однако есть исследования, в которых клетки рассматриваются как «сенсоры» ЭМП (Бержанская и др., 1995, 1996; Потенца и др., 2004). В этих первоначальных исследованиях бактерии рассматриваются как организм, особенно чувствительный к геомагнитным возмущениям. Было обнаружено, что светящиеся бактерии проявляли повышенное излучение сверхслабых фотонов (UPE) по крайней мере за 24 часа до геомагнитной бури.Кроме того, Бержанская и др. (1995) обнаружили, что искусственно индуцированные приложенные магнитные поля также влияют на излучение фотонов светящихся бактерий. Они обнаружили, что только определенные частоты (36–55 ГГц), примыкающие к основным полосам поглощения воды, были успешными в изменении излучения фотонов бактерий.

Важно отметить, что на бактерии действовали только определенные частоты. Поскольку только выбранные частоты были успешными в изменении излучения фотонов, это означает, что должен существовать частотно-модулированный шаблон, чтобы успешно воздействовать на клетки.Другими словами, сложная система «замок и ключ» может быть лучшей аналогией для описания обнаружения ЭМП ячеек, где «ключом» является модулированный по основной частоте шаблон. Логическим следствием этого предположения является то, что данная биологическая система может быть функционально описана суммой ее «замков», в которой управление системой зависит от активации кластеров блокировочных единиц для вызова функции.

Тот факт, что светящиеся бактерии надежно и последовательно реагировали на геомагнитные возмущения за 24 часа до инцидента, предполагает, что они реагируют на нехимическую, неэлектрическую форму стимулов, которые были созданы до того, как произошло геомагнитное событие.В научной литературе нередко реагируют на событие до того, как оно произойдет. Например, наша группа (Персингер и др., 2012) обнаружила, что за 2 недели до географически удаленного землетрясения магнитудой 9 были возмущения в локальном фоновом излучении фотонов из Садбери, Онтарио. Следует отметить, что упреждающие реакции на стимулы или события, которые происходят после реакции, могут быть следствием приема предшествующих, неидентифицированных стимулов. Другими словами, хотя может показаться, что следствия предшествуют причине, вполне возможно, что происходит цепочка событий, из которых были идентифицированы лишь некоторые избранные.Наблюдаемые фоновые возмущения в эмиссии фотонов, которые предшествовали землетрясению, могли работать как функция этого типа картины.

Эти возмущения были отмечены 2 раза и вызвали стойкое (~ 10 дней) повышение фонового излучения фотонов. Пики высот произошли в пределах 24 часов после сейсмического события. После крупного события произошло постоянное падение фонового излучения фотонов, которое потребовалось примерно 10 дней, чтобы вернуться к нормальному уровню. Этот пример иллюстрирует увеличение энергии (фотона) в нелокальном пространстве до того, как произошло событие в пространственно разнесенном месте.Если кажущийся несвязанным процесс измерения фонового излучения фотонов в лаборатории может указывать на надвигающуюся магнитуду> 8 землетрясений на расстоянии ~ 9000 км, то биологическая система (бактерии), чувствительная к слабым электромагнитным возмущениям, может естественным образом отреагировать на ранние электромагнитные возмущения гораздо меньшая интенсивность на потенциально сопоставимых расстояниях.

Другие клеточные системы, такие как клетки млекопитающих, также обладают потенциалом для взаимодействия с ЭМ. Например, деполяризация нейрона вызывает массивный приток кальция (Ca ²⁺ ) через мембрану.Эта деполяризация и поток ионов создадут магнитное поле низкой интенсивности. Это магнитное поле можно имитировать, чтобы вызвать деполяризацию клеток, как если бы клетка сработала естественным образом (Grassi et al., 2004; Pall, 2013). Если к мембране приложить ЭМП с физиологическим рисунком и отрегулированной интенсивностью с точной резонансной частотой закрытых каналов Ca ²⁺ , то это приложение ЭМП теоретически могло бы активировать или стимулировать клетку.

Световые и биологические системы

Фотон — это дискретный пакет энергии, который можно рассматривать как частицу-волну.Его энергия напрямую связана с длиной волны и может быть рассчитана с помощью следующего уравнения:

Где « E » — энергия, « ч » — постоянная Планка, « c » — скорость света и « λ » — длина волны. Фотоны в диапазоне от УФ до ИК (от ~ 200 нм до 1500 нм) имеют энергии в диапазоне ~ 6 × 10 ⁻¹⁹ Дж– ~ 2 × 10 ⁻¹⁹ Дж соответственно. Фотоны с более высокой энергией могут влиять на окружающие ткани (Popp, 1979). Взаимодействие фотонов и окружающих тканей может происходить, поскольку фотоны ведут себя как квантовые частицы, которые взаимодействуют посредством электромагнитных сил с другими квантовыми частицами в материи (Gabrielli et al., 2006).

Несколько статей и экспериментов показали, что практически все живые системы демонстрируют некоторый уровень излучения фотонов (Popp, 1979; van Wijk and van Wijk, 2005). Попп определил, что спонтанный UPE из биологических систем составляет от 10 ⁶ –10 ⁷ фотонов · с ⁻¹ м ⁻² ткани. Биологические системы излучают фотоны как компонент множества химических процессов из (весьма вероятно) множества источников и механизмов.

Обычно UPE является продуктом химических реакций кислорода, особенно активных форм кислорода (Popp, 1979; Rastogi and Pospísil, 2011).Экспериментально было показано, что интенсивность UPE сильно зависит от уровня кислорода в системе (Tilbury and Quickenden, 1988; Hideg et al., 1991). Фактически, в анаэробных условиях ВПЭ от традиционных генераторов практически отсутствует. Однако следует отметить, что реакции кислорода — не единственный источник UPE из клеток. При любой метаболической реакции будет последующее высвобождение фотона. Последующее высвобождение фотона может быть маркером активности. Кроме того, когда электрон перескакивает с одной орбиты на другую, происходит высвобождение фотона.Производство, роль и теоретические возможности, связанные с UPE, имеют важное значение для биомолекулярных механизмов.

Было зарегистрировано

выбросов биофотонов из клеточных культур (van Wijk et al., 1993; Dotta et al., 2011a), людей (Dotta et al., 2011b; van Wijk and van Wijk, 2005), срезов мозга (Kobayashi et al. al., 1999) и бактерии (Quickenden, 1974; Tilbury, Quickenden, 1988). Тилбери и Квикенден (1988) измерили эмиссию фотонов из Escherichia coli ( E.Coli ) на разных стадиях цикла роста. Помимо описания моделей излучения фотонов от E. Coli во время фаз роста, они обнаружили разные частоты фотонов, связанные с разными фазами цикла роста. УФ-спектр (210–310 нм) внес наиболее значительный вклад, наряду с участками видимого спектра (450–620 нм), во время фазы экспоненциального роста бактерий. Во время второго компонента фазы роста (стационарного) только видимая область вносит вклад в UPE.Описанный временной и спектральный состав UPE подразумевает последовательный порядок испускания биофотонов во время деления или клеточного процесса. Эти результаты также подтверждают модель резонансного распознавания макромолекул Косика (Cosic, 1994). Эта модель утверждает, что определенные макромолекулы связаны с оптимальным спектром. Если определенные клеточные процессы связаны с излучением определенной частоты, как обнаружили Тилбери и Квикенден (1988), это может быть продуктом оборота белка в клетке и продемонстрировать модель Косика.

Митохондрии — это хорошо известные структуры внутри клетки, которые, как считается, продуцируют UPE (Hideg et al., 1991; Kobayashi et al., 1999). Митохондрии играют важную роль во многих функциях клетки, включая производство энергии, рост, старение и даже общение. Работа Hideg et al. показали обильные количества UPE из митохондрий листа шпината. Эмиссия фотонов, индуцированная митохондриями, устранялась введением ингибиторов, таких как антимицин-A, и увеличивалась препаратом 1,4-диазабицикло (2,2,2) -октан (DABCO).Учитывая эффективность этих препаратов, был сделан вывод, что синглетные формы кислорода играют важную роль в продукции UPE из митохондрий.

В дополнение к этому, работа Wu и Persinger (2011) показала, что световое облучение в диапазоне ИК (880 нм) может увеличивать подвижность клеток и скорость пролиферации стволовых клеток планарий. Исследования Choi et al. (2012) также обнаружили, что конформационные изменения в клетках млекопитающих могут быть вызваны облучением видимым светом (710 нм). Результаты Чоя показали увеличение активности MAP-киназы (MAPK) и последующее разрастание нейритов в корковых нейронах крыс после ишемического инсульта только при облучении светом 710 нм.Эти два исследования демонстрируют измеримые реакции клеток и организмов на воздействие индуцированного света. Эти ответы показывают, что свет потенциально может влиять на биологическую систему.

Все вышеперечисленные исследования UPE из клеток и метаболических реакций демонстрируют, насколько распространены выбросы биофотонов внутри живых систем и между ними. Внутри и снаружи клетки может быть постоянная ванна фотонного излучения, распределенная в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн, которая взаимодействует с соседними клетками.Один важный вопрос касается степени, то есть окончательного воздействия, от которого фотоны из одной клетки могут влиять на фотоны и, следовательно, на связанные биомолекулярные реакции в другой клетке.

Вода и ЭМП

Экспериментальные воздействия ЭМП и сопутствующие анализы размеров показывают, что информация, такая как энергия ЭМ, может храниться в дискретных объемах воды (Gang et al., 2012). Недавние экспериментальные данные подтверждают способность воды к «пространственной памяти», в которой сдвиги pH изменялись в зависимости от предварительного воздействия ЭМП слабой интенсивности в родниковой воде (Dotta et al., 2013). Кроме того, было обнаружено, что вода, предварительно подвергнутая ЭМП 16 G, нелинейно влияла на скорость подвижности и скорость диффузии у плоских червей (Gang and Persinger, 2011). Если вода может кодировать и хранить пакеты информации — то есть физический набор инструкций или кода, который хранится и может быть потенциально доступен для практического использования — в качестве энергии, а клетки в значительной степени состоят из воды, то это означает, что клетки могут кодировать и хранить информацию на основе EM. Более того, наблюдение, что химические реакции подвержены колебаниям, соответствующим солнечным циклам (Piccardi and Capel-Boute, 1972), указывает на возможность влияния переменных в масштабе солнечной системы на физико-химические парадигмы.В совокупности эти результаты предполагают, что локальная электромагнитная среда, такая как геомагнитное поле, которое, как известно, возмущается солнечным ветром, потенциально может модулировать клеточную активность и управлять биологическими структурно-функциональными процессами.

Узорчатые EMF как Creodes структура-функция

Механизмы, с помощью которых структуры приобретаются и поддерживаются в биологических системах, вероятно, подвержены влиянию ЭМП описанных ранее типов. EM основы морфогенеза продолжаются исследования (Burr, 1941; Levin, 2003).Гетерогенная функция, такая как регуляция морфогенеза, требует аналогичного гетерогенного субстрата, из которого можно черпать информацию. В настоящее время предполагается, что генетический план с модификацией в значительной степени достаточен для выполнения этого требования. C.H. Метафора эпигенетического ландшафта Уоддингтона первоначально использовалась как метод описания подобного рода регуляции генов развития (Waddington, 1942). Описан ландшафт пиков и впадин (то есть креодов), в котором геометрия изогнутого субстрата определяет устойчивость объекта внутри него.Объект, помещенный в впадину на очень большой глубине (рис. 1А), можно считать достаточно устойчивым, при этом требуется относительно большой источник энергии для перемещения объекта в альтернативную канавку в ландшафте. И наоборот, объект, опирающийся на узкую вершину, может быть описан как в значительной степени нестабильный (рис. 1B), где источники низкой энергии достаточны, чтобы помешать ему. Этот континуум иллюстрирует пределы биологического детерминизма как относительного понятия. Это согласуется с теорией, предполагающей, что в пределах данной впадины должна быть фрактальная серия пиков и впадин (рис. 1С), каждая из которых вносит свой вклад в комплексное управляемое влияние морфологии.Недавняя количественная оценка клеточной дифференцировки в этих ландшафтах демонстрирует полезность этой модели (Wang et al., 2011). Стохастический резонанс, безусловно, является одним из способов, с помощью которых достаточно шумный фон может усиливать сигналы, связанные с основными клеточными процессами (Benzi et al., 1981). Стабильность биологической системы будет определяться тем, находятся ли единицы в фазе с фоновыми сигналами.

Рис. 1. Стабильные (A) и нестабильные (B) состояния в ландшафте креодов, которые описывают управляемое влияние морфологии .Более глубокие или более канализированные желоба требуют больше энергии, чтобы сместить состояние к альтернативному углублению в ландшафте. Фрактальные канавки (C) приводят к сложному влиянию.

Предположим, что локальные ЭМП функционируют как функциональные ландшафты описанного здесь типа. Можно было бы ожидать, что фильтрация окружающей электромагнитной среды или применение дополнительной электромагнитной поляризации будет мешать лежащему в основе гомеостатическому ландшафту влияния. Конструктивная и деструктивная интерференция пиков и провалов ЭМ может изменить фундаментальную структуру клетки или даже организма.Как и в случае с эпигенетической модификацией, тонкие энергии, применяемые в критические моменты развития, были бы необходимы для возмущения системы; явление тератогенности было бы примером ожидаемого результата этого процесса. Чтобы наблюдать эти эффекты, операционная среда должна воздействовать на достаточно большую группу клеток, чтобы изменить форму собственно организма. Перинатальное воздействие структурированных ЭМП вызывает изменения в морфологии крыс (St-Pierre et al., 2007, 2008) — потенциальный индикатор интерференции паттернов ЭМ.Можно также сказать, что ЭМП способны влиять на регенеративные способности планарийного червя (Муруган и др., 2013). В обоих случаях находящиеся под влиянием системы подвергаются быстрой митотической пролиферации и фундаментальному процессу клеточной дифференциации. В этих условиях состояние системы по своей природе является переходным и, возможно, наиболее уязвимо для возмущений в электромагнитной среде. Основываясь на этих наблюдениях, можно сделать вывод, что определенные биологические состояния подвержены влиянию ЭМП, что подтверждает представление о том, что принципы, лежащие в основе поддержания морфологии, по существу являются ЭМ или могут, как минимум, взаимодействовать с ЭМ спектром, включая видимый свет. .Принятие этой причины не отрицает эффектов генетического влияния и не подразумевает, что EMFs являются унитарной силой, управляющей морфогенезом. Концепция морфогенетического поля была ранее описана (Sheldrake, 2009) и подтверждена в литературе (Mahlberg, 1987; Sheldrake, 1992), которая характеризует всеобъемлющее поле влияния, которое направляет структурную функцию. Физический механизм, лежащий в основе влияния морфогенетических полей, остается в значительной степени не охарактеризованным; однако ясно, что ЭМП выражают многие из гипотетически описанных свойств морфогенетического поля, таких как способность хранить (Persinger, 2008; Gang et al., 2012) и передают информацию (Dotta et al., 2009; Burke et al., 2013). Наиболее частыми итерациями этого явления являются современные телекоммуникации, а также влияние на членов общей морфологии (Persinger, 2013). По этим причинам можно сказать, что существование EM zeitgeber, способного упорядочивать морфогенез, подтверждается в литературе.

Избыточные закономерности в природе и ЭМП

Предполагается, что геомагнитное поле является объединяющей средой, в которой погруженные биологические структуры могут иметь общие функциональные свойства.Персингер (2008) количественно оценил потенциал экстрацеребральных источников информации, хранящейся в этой среде, предполагая, что поиск может включать реконфигурацию самого органа, кодирующего память (то есть гиппокампа) в мозге. Этот акцент на требовании подобной структуры при попытке реконструировать информацию, представленную в форме ЭМ, перекликается с основными принципами морфогенетического резонанса, как обсуждалось ранее.

Явная избыточность геномной информации присутствует у разных видов.Это разумно, поскольку любые эффекты, возникающие в результате генетико-электромагнитных взаимодействий, были бы по существу избыточными. Как вездесущая переменная на планете и потенциальный посредник в формировании биологической структуры, ожидается, что местная геомагнитная среда будет вызывать избыточные эффекты из-за общей генетической изменчивости внутри и между видами. Одно такое повторяющееся явление, которое можно было бы ожидать от этой геометрии, отличной от общей геометрии организма, — это критические пороговые значения, связанные с организованными системами (Detrain and Deneubourg, 2006).Социальных насекомых часто сравнивают со структурой и функцией нейронов. Колонии медоносных пчел и типичных муравьев состоят приблизительно из 10 ⁴ членов соответственно (Beckers et al., 1989; Camazine, 1991), каждый из которых обладает мозгом, состоящим из ~ 10 ⁶ нейронов (Menzel and Giurfa, 2001; Детрен и Денебург, 2006). Следовательно, количество нейронов в типичной колонии медоносных пчел или муравьев находится в пределах того же порядка величины, что и нейронов в типичном человеческом мозге, или ~ 10 ¹⁰ единиц на систему (Pakkenberg and Gundersen, 1997).Вычислительные модели муравьев, упорядочивающих себя на основе феромонных следов, пространственно напоминают типичные дендритные паттерны ветвления нейронов в человеческом мозгу (Detrain and Deneubourg, 2006) и даже фундаментальный процесс синаптического отсечения (Chialvo and Millonas, 1995). В настоящее время предполагается, что рост определенного числа единиц в системе имеет самоорганизующийся характер — возникающее свойство сложных взаимодействий, происходящих между коллективом единиц. Альтернативная гипотеза состоит в том, что некоторая до сих пор не идентифицированная переменная управляет явлением из некоторого внешнего источника.Одна из возможностей состоит в том, что информация, относящаяся к развитию нервной системы, частично хранится во внеклеточной среде ЭМ. Доступ к этой информации позволит развивающемуся организму упорядочить себя в соответствующую структурную конфигурацию, необходимую для наилучшего резонанса с установленным архетипом, содержащимся в ЭМ-инграмме. Повторяющиеся значения и критические пороги в этом случае были бы следствием зацикленной строки кода, выраженной в нескольких системах.

Мозг, сознание и ЭМП

Есть биологические функции, вовлекающие клетки, которые ускользнули от научной характеристики в рамках традиционной биомолекулярной парадигмы.Одним из таких примеров является способность представлять сознание в пределах ячейки или группы ячеек. В настоящее время научное изучение сознания основывается на подробном исследовании нейронных коррелятов сознания, где, как считается, сами нейроны генерируют сознание (Crick and Koch, 1990; Llinas et al., 1998). Пенроуз и Хамерофф (2011) обсуждают гамма-синхронизацию (30–90 Гц), лучший измеримый коррелят сознания, не связанный с возбуждением нейронов.Предлагаемый механизм представляет собой механизм квантовых вычислений в микротрубочках с трубочками в качестве кубитов, которые, как предполагается, генерируют сознание. Предпосылка о том, что функция мозга достаточна для выражения сознания, должна быть исследована. Уильям Джеймс (1898) предложил теорию передачи сознания, в которой мозг или разум были пассивной системой или, в принципе, приемником сознания. Подобно радиоприемнику, системе потребуется внешний сигнал, идентификация которого проясняет лежащий в основе механизм.Исходя из предположения, что сознание является эмерджентным свойством сложных вычислений, разумно охарактеризовать каждый нейроанатомический путь в поисках пороговых значений связи, достаточных для генерации сознания. Однако, если мозг представляет собой совокупность клеток, которые могут пассивно фильтровать электромагнитные энергии, нейроанатомическая характеристика мозга будет служить только эпифеноменальным описанием структурных параметров, в которых могут происходить эти фотопреобразования.

Romijn (2002) предположил, что виртуальные фотоны — составные части электромагнитного поля — являются основными носителями сознания.Другие предложили тахионы с нулевой энергией (Hari, 2008) или гипотетические частицы (Eccles, 1992), которые, как предполагается, наделяют биологический субстрат качеством сознания. Чтобы определить параметры, в которых может действовать частица-носитель сознания, энергия (E) для колебаний с частотой 40 Гц — нейронный коррелят сознания — вычисляется по следующему уравнению:

Где « E » — энергия, « ч » — постоянная Планка, а « f » — частота.Соответствующая энергия фотона, колеблющегося с частотой 40 Гц, составляет 2,65 × 10 ⁻³² Дж с эквивалентной массой (E = mc²) 2,94 × 10 ⁻⁴⁹ кг. Это значение составляет пороговую энергию, граничащую с массой покоя фотона, или ~ 10 ⁻⁵² кг (Tu et al., 2005). Подразумевается, что, возможно, это значение представляет собой точку, в которой частицы-носители ЭМ, отошедшие от массы покоя, могут быть выражены мозгом как зейтгеберы сознания или психоны с коррелятом QEEG 40 Гц. Это дискретное увеличение массы на 10 ⁻⁵⁰ кг или энергии на ~ 10 ⁻³⁴ Дж (кг · м ² / с ² ) представляет потенциальный интерес, учитывая, что при умножении на единицу времени ( с) или деленное на частоту (1 / с), получится джоуль-секунда или единица, связанная с постоянной Планка, или ~ 6.63 × 10 ⁻³⁴ Джс (м ² кг / с). Постоянная Планка описывает квантовые единицы энергии, на которые делится микроскопический мир, или единицу, которая при умножении на частоту описывает энергию фотона. Эта дискретная единица предполагает ЭМ-основу сознания на квантованном уровне. Кроме того, частное, полученное делением вычисленной массы психона с частотой 40 Гц на массу покоя фотона, составляет 10 ³ или типичный порядок величины в биологической системе (например,g., разница между шириной сомы клетки и шириной мембраны). Возможно, именно через эту тонкую границу колебания энергии могут генерировать фотоны с достаточной длиной волны и соответствующей частотой для достижения критериев, описанных здесь. Теория квантовых вычислений микротрубочек, которая предлагает потенциальный механизм для возникающего сознания, кажется очень сложной, в то время как здесь предполагается, что мозг может быть пассивным приемником света и электромагнитной энергии. Микротрубочки, однако, продолжают представлять идеальных кандидатов в основные рецептивные единицы, участвующие в передаче ЭМ внутри (и, возможно, между) биологических систем.В случае мозга, его отношения к сознанию и его гипотетической способности к ЭМ-рецепции, это не выходит за пределы области возможностей, что ответный сигнал, такой как излучение биофотонов, будет испускаться из клетки для взаимодействия с любым внешним ЭМ. zeitgeber.

Обсуждение

Мы описали примеры того, как энергии в пределах электромагнитного спектра могут влиять и потенциально храниться в биологической системе. Объединение всех этих результатов демонстрирует вездесущность электромагнитных энергий на многих уровнях дискурса.Это уникальное и важное свойство электромагнитных энергий показывает их потенциал в качестве гомогенизатора или связующего звена на нескольких уровнях дискурса. Даже если предположить взаимодействие электромагнитных энергий на одном уровне, например клетке, последствия могут проявиться на гораздо более высоких уровнях организации. Например, влияние магнитного поля на самосборку микротрубочек будет вмешиваться в биологические процессы, такие как рост и дифференцировка клеток. Это повлияет на развитие отдельной клетки. Если бы это магнитное поле повлияло на кластер клеток, то могли бы развиться эффекты на более высоких уровнях организации и дискурса.Фотоны уникальны тем, что по мере того, как они набирают или теряют энергию, их длина волны или пространственное размещение изменяется. Это можно интерпретировать как тип межпространственного космического путешествия, в котором единица энергии может взаимодействовать с рецептивными структурами на нескольких уровнях дискурса. В погоне за дальнейшими знаниями по любому предмету часто требуется смена парадигмы, чтобы приспособиться к открытиям, которые кажутся противоречащими существующим моделям. Один сдвиг может включать рассмотрение физических, химических, биологических и социальных систем как неразрывно связанных с электромагнитной средой.

При единственном предположении, что биологические системы подвержены влиянию электромагнитных стимулов, обнаруженных во внешней среде, разумно исследовать электромагнитную среду на предмет признаков электромагнитных сигналов, которые демонстрируют внутренние организационные особенности, которые могут использоваться в областях морфогенеза или исследования сознания. . Идентификация электромагнитных явлений, внешних по отношению к биологической системе, которые, по-видимому, генерируют колебательные паттерны, характерные для физиологической активности, измеряемой на уровне клетки или даже мозга, подтверждает гипотезу о том, что клетки представляют собой своего рода антенны, которые резонируют с окружающей их средой.Была выдвинута гипотеза, что, возможно, на биоритмы человеческого мозга влияют резонансные колебания ионосферы Земли: резонанс Шумана (Cherry, 2002). Фундаментальные биологические функции, такие как артериальное давление (Mitsutake et al., 2005), были связаны с резонансом Шумана, а количественные решения сходятся на геомагнитном поле как критическом факторе, задействованном в сознании как фундаментальном, управляющем ритме активности мозга (Persinger et al. , 2013). Подразумевается, что набор ритмов, подобных типу Шумана, возможно, упорядочивает биологическую активность и организует события, зависящие от рецептивных структур внутри клеток.Возможно, рецептивные структуры — это не только органеллы или компоненты собственно цитоскелета, но и само присутствие воды. При балансе вероятностей вполне вероятно, что оба взаимодействия вносят свой вклад в чистый эффект. Сложность электромагнитной среды будет определять ее способность резонировать с различными строительными блоками, составляющими ячейку.

Фундаментальные принципы, лежащие в основе резонанса, включают синхронную активность, когда подобные структуры подвергаются действию общего стимула.Отклонения от идентичной структуры в двух системах приводят к снижению способности резонировать. Отсюда следует, что при отклонении от субатомной организации структурная однородность между видами и внутри видов будет быстро уменьшаться. Например, все формы жизни на Земле имеют общую углеродную основу. Меньшее количество форм жизни имеет полное совпадение молекулярных профилей (т. Е. Генетической структуры). Еще меньшее количество клеток по-прежнему имеют полное или почти полное перекрытие в пропорции экспрессируемых клеток, что приводит к образованию тканей и органов. Это отклонение от структурной однородности проявляется в разнообразии поведения, наблюдаемого внутри и между формами жизни, если структура диктует функцию.Сложные, структурированные ЭМ поля оптимально влияют на клетки, когда параметры приложения — например, временная организация — подходят для резонанса со структурами, которые дают начало клетке, включая субатомные единицы (Persinger and Koren, 2007). Само собой разумеется, что паттерн, который объединяет все или многие уровни организации — от субатомного до органического и выше, — обеспечит фундаментальный массив сигналов, способных вызвать резонанс на нескольких уровнях дискурса. Клетка, которая подвергается серии электромагнитных сигналов, нацеленных на отдельные белки, цитоскелет, мембрану и саму клетку, будет функционально находиться под контролем множества резонансных источников.Обстановка креодов, описанная ранее, иллюстрирует эту среду.

Патофизиология, согласно этой парадигме, является следствием измененного фильтра. Сигнал, искаженный изменением структуры, не может резонировать с системой, которая мешает нормальной деятельности. Хотя может показаться несущественным действовать в соответствии с этими предположениями, даже если они верны, рассмотрите подходы в медицине, направленные на нормализацию патологических состояний. Согласно существующей парадигме, необходимо инвазивно изменить структуру самой системы хирургическими или химическими средствами, чтобы нормализовать функцию.Эти протоколы неизменно приводят к ятрогенным осложнениям. Если электромагнитные помехи как резонансные явления обеспечивают входные сигналы, которые фильтруются системой, которые в конечном итоге генерируют функциональные состояния, подверженные патологическим изменениям из-за изменений в структуре, альтернативный подход к лечению патологии может включать изменение внешнего сигнала для соответствия текущей системе. Другими словами, поврежденный приемник может быть не в состоянии четко обработать внешний сигнал; однако при небольшом изменении сигнала приемник может обработать предварительно отфильтрованную информацию и вернуться в нормированное функциональное состояние.Эти виртуальные структуры позволят нормализовать функциональные состояния при отсутствии обычно вовлеченных органических тканей.

Предположим, что сознание относится к мозгу, как радиоволны к радиоприемникам. Определение структурных и функциональных качеств радиоприемника может быть очень информативным при поиске невидимых радиоволн; аппаратное обеспечение определяет, по крайней мере, некоторое подмножество параметров восприятия и критериев исключения. В поисках источника звуков, которые, кажется, исходят изнутри машины, ученый использует два основных метода исследования.Во-первых, он или она пытается измерить электрическую проводимость между частями внутри машины, тщательно исследуя каждую часть оборудования в поисках источника сигнала. Во-вторых, он или она пытается удалить компоненты вручную или изучить работу поврежденных машин. Без понимания радиоволн звуки и голоса, исходящие от радиоприемника, могут казаться возникающими из-за сложности машины. Однако, как только радиоволна идентифицирована, система может быть изучена как пассивное оборудование — ее явная структура-функция.Здесь утверждается, что мозг, по крайней мере частично, является пассивным органом, который может получать экзогенную электромагнитную информацию и делает это естественным образом. Изложенный здесь гипотетический принцип повторяет основные теории передачи сознания. Неизбежное расширение этой гипотезы состоит в том, что источники нейронных коррелятов сознания существуют вне мозга или как физическая единица, которая индуцирует сознание при взаимодействии с мозгом. В этом случае личное сознание включает обращение к набору воспоминаний, которые в конечном итоге могут быть полностью вычтены из переживаний.Без ссылки на набор переживаний, закодированных как воспоминания в мозгу, сознание однородно или однородно. Предположение о том, что сознание находится только в мозгу, основано на отсутствии свидетельств, которые никогда не могут рассматриваться как свидетельства отсутствия. Это проверяемая гипотеза, которая будет включать выявление физических сил вне мозга, которые имеют соответствующий паттерн, чтобы вызвать нейронные корреляты сознания, или экспериментальное манипулирование этим паттерном для изменения сознания у людей и других животных.Как и в случае с современными коммуникационными технологиями, резонансные частоты имеют решающее значение. Физический механизм резонанса отличается от механизмов, связанных с такими технологиями, как транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), тем, что в первом случае характер стимулов, а не интенсивность определяет реакцию органа.

Представленный здесь постулат состоит в том, что клетка — это просто заполнитель для индивидуальности, где тонкое, хрупкое граничное условие находится в постоянном противоречии с полным энтропийным растворением.Такой орган, как мозг, может быть пассивным приемником — радио с растворяющимися антеннами; это структура, чья отчетливая активность постепенно исчезает до статичности. Связанный с этим физиологический механизм работает в пределах слышимости субатомного плана. Сам орган является соседом квантового мира, он не подчиняется и не ограничивается им, а возмущается тонкими энергиями, которые обмениваются на атомном и субатомном масштабах как электромагнитные явления. Мы предполагаем, что структура и функции клеток могут быть изменены постоянным влиянием: электромагнитной средой.Сознание, хотя и является клеточным феноменом, возникает не только как функция чрезмерных сложных вычислений или иных замысловатых средств, но вместо этого является следствием клеточной фильтрации света и других компонентов электромагнитного спектра.

Можно разработать эксперименты, которые подтвердили бы эту гипотезу. Если предположить, что предложенная здесь ЭМ-цейтгеберская модель верна, есть характеристики человеческого мозга, которые наделяют его рецептивными способностями, так что часть его функций обусловлена ​​внешним ЭМ воздействием.Использование абиологических материалов, которые выражают некоторые, но не все структурные характеристики мозга, и воздействие на них электромагнитной среды может выявить внутренние колебательные особенности, которые наблюдаются в живом сознательном мозге. Если абиологические или неживые, фиксированные биологические материалы могут выражать электрические колебания, которые надежно коррелируют с состояниями сознания, выведенными с помощью QEEG, предложенная здесь модель будет поддержана. Одна из целей должна заключаться в отделении биологических систем от zeitgebers, которые упорядочивают их активность.Если активность, наблюдаемая на уровне мозга или клетки, обнаруживается во внешней электромагнитной среде с использованием методов спектрального анализа, может иметь место обсуждаемый здесь резонанс. С другой стороны, использование клеток Фарадея или светофильтров, частично изолирующих биологические системы от электромагнитной среды, может в достаточной мере нарушить фундаментальные процессы морфогенеза и нейронные корреляты сознания. Одновременный мониторинг фоновой ЭМ при проведении этих экспериментов дополнительно продемонстрирует согласованность между активностью, выраженной в ближайшем окружении, и в биологической системе, погруженной в ЭМ.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Адей, В. Р. (1980). Частотное и силовое окно при взаимодействии тканей со слабыми электромагнитными полями. Proc. IEEE 68, 119–125. DOI: 10.1109 / proc.1980.11591

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бекерс, Р., Госс, С., Денебург, Дж. Л., и Пастилс, Дж. М. (1989). Размер колонии, общение и стратегия добычи муравьев. Психея 96, 239–256. DOI: 10,1155 / 1989/94279

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бенци Р., Сутера А. и Вульпиани А. (1981). Механизм стохастического резонанса. J. Phys. Математика. Gen. 14, L453 – L457. DOI: 10.1088 / 0305-4470 / 14/11/006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бержанская Л.Ю., Белоплотова О.Ю., Бержанский В. Н. (1995). Воздействие электромагнитного поля на светящиеся бактерии. IEEE Trans. Magn. 31, 4274–4275. DOI: 10.1109 / 20.489950

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бержанская Л. Ю., Бержанский В. Н., Белоплотова О. Ю., Пильникова Т. Г., Метляев Т. Н. (1996). Люминесцентная активность бактерий как указатель на геомагнитные возмущения. Biophys 40, 761–764.

Берк, Р. К., Готье, М. Ю., Руло, Н., и Персингер М.А. (2013). Экспериментальная демонстрация потенциального запутывания мозговой активности на расстоянии более 300 км для пар субъектов, разделяющих одно и то же круговое вращение и угловое ускорение Магнитные поля: проверка с помощью измерений s_LORETA, QEEG. J. Сознание. Explor. Res. 4, 35–44.

Google Scholar

Камазин, С. (1991). Самоорганизующееся образование рисунка на сотах пчелиных семей. Behav. Ecol. Sociobiol. 28, 61–76. DOI: 10.1007 / bf00172140

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вишня, Н.(2002). Резонансы Шумана, правдоподобный биофизический механизм воздействия солнечной энергии на здоровье человека. Nat. Опасность. 26, 279–331. DOI: 10.1023 / A: 1015637127504

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кьялво Д. Р. и Миллонас М. М. (1995). Как стаи строят когнитивные карты. Biol. Technol. Intell. Auton. Агент. 144, 439–450. DOI: 10.1007 / 978-3-642-79629-6_20

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чой, Д.-Х., Ли, К.-Х., Ким Дж. Х., Ким М. Ю., Лим Дж. Х. и Ли Дж. (2012). Влияние излучения видимого света 710 нм на рост нейритов в первичных корковых нейронах крыс после ишемического инсульта. Biochem. Биофиз. Res. Commun. 422, 272–279. DOI: 10.1016 / j.bbrc.2012.04.147

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Крик Ф. и Кох К. (1990). К нейробиологической теории сознания. Семин. Neurosci. 2, 263–275.

Google Scholar

Детрейн, К., и Денебург, Дж. Л. (2006). Самоорганизованные структуры в суперорганизме: муравьи «ведут себя» как молекулы ?. Phys. Life Rev. 3, 162–187. DOI: 10.1016 / j.plrev.2006.07.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дотта Б. Т., Бакнер К. А., Камерон Д., Лафрени Р. Ф. и Персингер М. А. (2011a). Эмиссия биофотонов из клеточных культур: биохимические доказательства плазматической мембраны как основного источника. Gen. Physiol. Биофиз. 30, 301–309. DOI: 10.4149 / gpb_2011_03_301

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дотта, Б. Т., Бакнер, К. А., Лафрени, Р. М., и Персингер, М. А. (2011b). Эмиссия фотонов из человеческого мозга и клеточной культуры под воздействием магнитных полей, вращающихся в дистальном направлении, которые разделяются отдельными светостимулированными мозгами и клетками. Brain Res. 1388, 77–88. DOI: 10.1016 / j.brainres.2011.03.001

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дотта, Б.Т., Карбовски, Л. М., Муруган, Н. Дж., И Персингер, М. А. (2013). Инкрементальные сдвиги в родниковой воде pH могут быть сохранены как «пространственная память»: кодирование и извлечение посредством приложения того же вращающегося магнитного поля. NeuroQuantology 11, 511–518. DOI: 10.14704 / nq.2013.11.4.714

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дотта Б. Т., Маллиган Б. П., Хантер М. Д. и Персингер М. А. (2009). Доказательства макроскопической квантовой запутанности во время двойных количественных электроэнцефалографических (QEEG) измерений друзей и незнакомцев. NeuroQuantology 7, 548–551. DOI: 10.14704 / nq.2009.7.4.251

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Габриэлли, Э., Уиту, К., и Рой, С. (2006). Распространение фотонов в магнитном и электрическом полях со скалярными / псевдомасштабными связями: новый взгляд. Phys. Ред. D 74, 1–21. DOI: 10.1103 / Physrevd.74.073002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Банда Н., Сен-Пьер Л. С. и Персинджер М. А. (2012). Динамика воды после обработки через час 0.Статические магнитные поля 16 тесла зависят от экспозиции. Вода 3, 122–131. DOI: 10.14294 / вода.2011.10

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грасси К., Д’Асенцо М., Торселло А., Мартинотти Г., Вольф Ф., Читтадини А. и др. (2004). Влияние электромагнитных полей частотой 50 Гц на потенциал-управляемые каналы Ca2 + и их роль в модуляции пролиферации и гибели нейроэндокринных клеток. Cell Calcium 35, 307–315. DOI: 10.1016 / j.ceca.2003.09.001

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гурвич, А.Г. (1926). «Das problem der zellteilung Physiologisch Betrachtet», в Monographien aus dem Gesamtgebiet der Physiologie der Pflanzen und der Tiere , под ред. А.Г. Гурвича и др. (Берлин: Springer), 473–475.

Хари, С. Д. (2008). Психоны Эклза могут быть тахионами с нулевой энергией. NeuroQuantology 6, 152–160. DOI: 10.14704 / nq.2008.6.2.169

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гавелка Д., Цифра М. (2009). Расчет электромагнитного поля вокруг митохондрии. Acta Polytechnia 49, 58–63.

Google Scholar

Хавелка, Д., Цифра, М., Кучера, О., Покорны, Дж., И Врба, Дж. (2011). Высокочастотное электрическое поле и радиационные характеристики сети микротрубочек клетки. J. Theor. Биол. 286, 31–40. DOI: 10.1016 / j.jtbi.2011.07.007

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хидег Э., Кобаяши М. и Инаба Х. (1991). Спонтанное сверхслабое излучение дышащих митохондрий листьев шпината. Biochemi. Биофиз. Acta (BBA) -Bioenerg. 1098, 27–31. DOI: 10.1016 / 0005-2728 (91)

-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джеймс, У. (1898). Человеческое бессмертие: два предполагаемых возражения против доктрины. Бостон: Хоутон Миффлин.

Кобаяси, М., Такеда, М., Сато, Т., Ямазаки, Ю., Канеко, К., Ито, К. И., и др. (1999). Визуализация in vivo спонтанного излучения сверхслабых фотонов из мозга крысы, коррелированного с метаболизмом энергии мозга и окислительным стрессом. Neurosci. Res. 34, 103–113. DOI: 10.1016 / s0168-0102 (99) 00040-1

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мандал, С., Линдгрен, А. Г., Шривастава, А. С., Кларк, А. Т., и Банерджи, У. (2011). Функционирование митохондрий контролирует пролиферацию и потенциал ранней дифференцировки эмбриональных стволовых клеток. Стволовые клетки 29, 486–495. DOI: 10.1002 / стержень 590

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мицутаке, Г., Оцука, К., Хаякава, М., Секигучи, М., Корнелиссен, Г., и Халберг, Ф. (2005). Влияет ли резонанс Шумана на наше кровяное давление ?. Biomed. Фармакотер. 59, S10 – S14. DOI: 10.1016 / s0753-3322 (05) 80003-4

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нильсен, М. С., Найгаард Аксельсен, Л., Сорген, П. Л., Верма, В., Дельмар, М., и Хольштейн-Ратлоу, Н. Х. (2012). Щелевые соединения. Компр. Physiol. 2, 1981–2035. DOI: 10.1002 / cphy.c110051

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пенроуз Р. и Хамерофф С. (2011). Сознание во Вселенной: нейробиология, квантовая геометрия пространства-времени и теория OR Орча. J. Cosmology 14, 1–17.

Google Scholar

Персингер, М. А. (2008). О возможном представлении электромагнитных эквивалентов всей человеческой памяти в магнитном поле Земли: значение для теоретической биологии. Теор. Биол. Insights 1, 3–11.

Персингер, М. А. (2013). Миллиарды человеческих мозгов погружены в общее геомагнитное поле: количественные решения и последствия для будущих адаптаций. Open Biol. J. 6, 8–13. DOI: 10.2174 / 1874196701306010008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Персинджер М.А., Дотта Б.Т., Сарока К.С. и Скотт М.А. (2013). Соответствие энергий для излучения церебральных фотонов, количественной активности ЭЭГ и ~ 5 нТл изменений в проксимальном геомагнитном поле подтверждает основанную на спине гипотезу сознания. J. Сознание. Explor. Res. 4, 1–24.

Google Scholar

Персинджер, М. А., Лафренье, Г. Ф., и Дотта, Б. Т. (2012). Заметное увеличение фоновой эмиссии фотонов в Садбери, Онтарио, более чем за неделю до землетрясений с магнитудой> 8,0 в Японии и Чили. Внутр. J. Geosciences 3, 627–629. DOI: 10.4236 / ijg.2012.33062

CrossRef Полный текст

Piccardi, G., и Capel-Boute, C. (1972). 22-летний цикл солнечной активности и химические испытания. J. Interdiscip. Цикл Res. 3, 413–417. DOI: 10.1080 / 092209359357

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Попп, Ф.-А. (1979). «Хранение фотонов в биологических системах», в Электромагнитная биоинформация , ред. Ф. А. Попп, Г. Беккер, Х. Л. Кониг, В. Пеша (Мюнхен: Urban and Schwarzenberg), 123–149.

Potenza, L., Ubaldi, L., De Sanctis, R., De Bellis, R., Cucchiarini, L., and Dachà, M. (2004). Влияние статического магнитного поля на рост клеток и экспрессию генов в Escherichia coli . Mutat. Res. 561, 53–62. DOI: 10.1016 / j.mrgentox.2004.03.009

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Romijn, H. (2002). Являются ли виртуальные фотоны элементарными носителями сознания ?. J. Сознание. Stud. 9, 61–81.

Google Scholar

Шелдрейк Р. (2009). Морфический резонанс: природа формирующей причинности. Park Street Press.

Сен-Пьер, Л.С., Маццучин, А.и Персингер М.А. (2008). Изменения в химическом составе крови и гистоморфологии гиппокампа у взрослых крыс после пренатального воздействия слабых (диапазон 50–500 нанотесла) магнитных полей с физиологическим рисунком. Внутр. J. Radiat. Биол. 84, 325–335. DOI: 10.1080 / 09553000801953300

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сен-Пьер, Л. С., Паркер, Г. Х., Бубеник, Г. А., и Персингер, М. А. (2007). Повышенная смертность крысят после индукции эпилептических припадков после перинатального воздействия магнитных полей 5 нТл, 7 Гц. Life Sci. 81, 1496–1500. DOI: 10.1016 / j.lfs.2007.09.013

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тилбери Р. Н. и Квикенден Т. И. (1988). Исследование спектральной и временной зависимости сверхслабой биолюминесценции, излучаемой бактериями. Escherichia coli 47, 145–150. DOI: 10.1111 / j.1751-1097.1988.tb02704.x

CrossRef Полный текст

Ту, Л. К., Луо, Дж., И Гиллис, Г. Т. (2005). Масса фотона. Доклады о достижениях физики 68, 77–130. DOI: 10.1088 / 0034-4885 / 68/1 / R02

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тушинский, Дж. А., Хамерофф, С., Сатарикс, М. В., Трписове, Б., и Нип, Л. А. (1995). Сегнетоэлектрическое поведение в дипольных решетках микротрубочек: последствия для обработки информации, передачи сигналов и сборки / разборки. J. Theor. Биол. 174, 371–380. DOI: 10.1006 / jtbi.1995.0105

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вентури, В., и Фугуа, К. (2013). Химическая передача сигналов между растениями и патогенными для растений бактериями. Annu. Rev. Phytopathol. 51, 17–37. DOI: 10.1146 / annurev-phyto-082712-102239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уоддингтон, К. Х. (1942). Канализация развития и наследования приобретенных характеров. Природа 150, 563–565. DOI: 10.1038 / 150563a0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Функция Грина в магнитных полях

Резюме

Показано, что функция Грина для заряженной частицы в однородном магнитном поле разлагается на зависящий от калибровки экспоненциальный множитель, нарушающий трансляционную симметрию, и трансляционно-симметричную функцию, которая не зависит от калибровки, но подвержен влиянию магнитного поля, даже если система содержит периодический потенциал.В отсутствие периодического потенциала выводится точная функция Грина. Это решение рассчитывается численно. Для приближения сильной связи функция Грина представлена ​​преобразованием Фурье бесконечной цепной дроби. Используя эту функцию Грина и теорему Кирхгофа-Гюйгенса, мы можем применить «метод граничных элементов» для анализа квантового переноса двумерного электронного газа, заключенного на произвольной структурированной границе в присутствии однородного магнитного поля.

Ключевые слова

Метод граничных элементов Периодическое потенциальное однородное магнитное поле Однородное магнитное поле Bloch Electron

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Ссылки

1. 1.

   van Houten H, Beenakker CWJ, Williamson JG, Broekaart MEI, van Loosdrecht PHM (1989) Phys Rev B39: 8556–8575

   CrossRefGoogle Scholar

2. 2.

   Ford CJB, Washburn S. Hong JM (1989) Phys Rev Lett 62: 2724–2727

   ADSCrossRefGoogle Scholar

3. 3.

   Brebbia CA (1978) Метод граничных элементов для инженеров. Pentech, Лондон

   Google Scholar

4. 4.

   Brown E (1964) Phys Rev 133: A1038 — A1044

   ADSCrossRefGoogle Scholar

5. 5.

   Горьков Л.П. (1959) Советская физика ЖЭТФ 9: 1364–1367

   Google Scholar

6. 7.

   Абрамовиц М., Стегун И.А. (1970) Справочник по математическим функциям. Dover New York, pp 504–510

   Google Scholar

7. 6.

   Courant R, Hilbert D (1961) Методы математической физики, том 2. Interscience, New York

   Google Scholar

8. 8.

   Glasser ML (1964) Phys Rev 133: B831 — B834

   MathSciNetADSCrossRefGoogle Scholar

9. 9.

   Hofstadter DR (1976) Phys Rev B14: 2239–2249

   ADSCrossRefGoogle Scholar

10. 10.

    Rauh A (1975) Phys Stat Sol (b) 69: K9 — K13

    ADSCrossRefGoogle Scholar

000 Информация об авторских правах Авторы и принадлежность

1. 1. Кафедра физики, Факультет науки и технологий, Университет Кейо, Йокогама, 223, Япония,

Методы функций Грина для потенциальных магнитных полей

Adams, J.and Pneuman, G.W .: 1976, Solar Phys. 46 , 185.

Google ученый

Altschuler, M.D .: 1974, в G. Newkirk, Jr. (ed.), «Coronal Disturbances», IAU Symp. 57 , 3.

Альтшулер М. Д. и Ньюкирк Г. мл .: 1969, Solar Phys. 9 , 131.

Google ученый

Альтшулер, М.Д., Левин, Р. Х., Стикс, М., и Харви, Дж. В .: 1977, , Solar Phys. 51 , 345.

Google ученый

Курант, Х. и Гильберт, Д .: 1965, Методы математической физики II , Interscience, New York, p. 268.

Google ученый

Hagyard, M. J. and Teuber, D .: 1978, Solar Phys. 57 , 267.

Google ученый

Джексон, Дж.D .: 1975, Classical Electrodynamics , John Wiley and Sons, New York, p. 123.

Google ученый

Келлог, О.Д .: 1953, Основы теории потенциала , Довер, Нью-Йорк, стр. 247.

Google ученый

Левин Р. Х .: 1975, Solar Phys. 44 , 365.

Артикул CAS PubMed Google ученый

Левин, Р.Х., Шульц М. и Фрейзер Э. Н .: 1982, Solar Phys , in press.

Милн-Томсон, Л. М .: 1968, Теоретическая гидродинамика , MacMillan, New York, p. 487.

Google ученый

Накагава Ю. и Рааду М.А .: 1972, Solar Phys. 25 , 127.

Google ученый

Ньюкирк, Г., мл., Альтшулер, М.Д. и Харви, Дж. В .: 1968, в К. О. Кипенхойере (ред.), «Структура и развитие солнечных активных областей», IAU Symp. 35 , 379.

Паллавичини Р., Сакураи Т. и Вайана Г. С .: 1981, Astron. Astrophys. 98 , 316.

Google ученый

Полетто Г., Вайана Г. С., Зомбек М. В., Кригер А. С. и Тимоти А. Ф .: 1975, Solar Phys. 44 , 83.

Google ученый

Ризебитер В. и Нойбауэр Ф. М .: 1979, Solar Phys. 63 , 127.

Google ученый

Раст, Д. М. и Рой, Дж.-Р .: 1971, в R. Howard (ed.), «Solar Magnetic Fields», IAU Symp. 43 , 595.

Сакураи Т. и Учида Ю.: 1977, Solar Phys. 52 , 397.

Google ученый

Schatten, K.H .: 1974, в G. Newkirk, Jr. (ed.), «Coronal Disturbances», IAU Symp. 57 , 89.

Шаттен, К. Х., Уилкокс, Дж. М., и Несс, Н. Ф .: 1969, Solar Phys. 6 , 442.

Google ученый

Schmidt, H.U .: 1964, в W. N. Hess (ed.), Physics of Solar Flares , NASA SP-50, p.107.

,

,

,

, Schulz, M., Frazier, E.N., Boucher, D.J., мл .: 1978, Solar Phys. 60 , 83.

Google ученый

Seehafer, N .: 1978, Solar Phys. 58 , 215.

Google ученый

Semel, M .: 1967, Ann. Astrophys. 30 , 513.

Google ученый

Зоммерфельд, А.: 1949, Уравнения с частными производными в физике , Academic Press, New York, p. 1.

Google ученый

Стрэнг, Г. и Фикс, Дж. Дж .: 1973, Анализ метода конечных элементов , Прентис-Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси.

Google ученый

Stenflo, J.O .: 1978, Rep. Prog. Phys. 41 , 865.

Google ученый

Зирин, Х.: 1971, в R. Howard (ed.), «Solar Magnetic Fields», IAU Symp. 43 , 237.

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файлах cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.