Любое вещество обладает той или иной степенью упорядоченности (структурированности), которая определяет его свойства, и потому является важнейшей характеристикой (см. например, статью «Типы когерентности и классификация материалов»). Помимо известного химического порядка различают над-молекулярные структуры (т.е. структуры из самих молекул), среди которых наиболее известными являются кристаллические решетки.
Сложившееся в современной науке представление об упорядочении вещества и протекании химических взаимодействий основано на предположении об интимном (не кооперативном) характере процесса, т.е. таком, когда структура последовательно развивается от зародыша путем штучного прибавления новых частиц среды, а химический акт заключается в объединении двух или нескольких ионов. Такое представление не является исторически первичным. Исходные понятийные посылки в этом вопросе опирались на представления о кооперативном характере взаимодействия , когда упорядочение происходит под действием внешних факторов либо некоторого общего для среды процесса. Другими словами, исторически первичным было представление о процессе, протекающем от целого к части, но не наоборот. Трансформация взглядов во многом произошла благодаря успехам химии, формализм которой широко использует целочисленные соотношения. Эта позиция тщательно обоснована механизмами валентных соотношений и более поздними соображениями относительно электронного строения атомов. Фактически, современная наука использует преимущественно корпускулярные представления о веществе.
На самом деле, все процессы в реальной среде происходят с участием внешних и собственных электромагнитных полей , основными характеристиками которых являются частоты определенного спектра или соответствующие длины волн. Точнее, речь идет о системе осцилляторов (колеблющихся объектов типа маятников), и потому адекватное описание процессов структурирования и взаимодействия в веществе должно опираться на теорию колебаний .
Известно, что для существования устойчивого волнового пакета необходимо выполнение условия линейной зависимости всех частот его спектра. Из этого условия и вытекают целочисленные соотношения, смысл которых в современном научном обиходе искажен. Фактически, это те же самые условия, которые необходимы для образования пространственно замкнутых структур типа фигур Лиссажу.
Если представить себе ящик, наполненный частицами одного сорта, например, протонами или электронами, то, казалось бы, в этой ситуации говорить о структуре вещества с позиций современных представлений не приходится. Все частицы отталкиваются друг от друга, и при наличии стенок ящика должны распределиться как-то более или менее однородно. Но, смещение любой частицы от положения равновесия должно привести к возникновению колебаний относительно исходного центра ее равновесия. Такие колебания хорошо известны как колебания в плазме (частично или полностью ионизированный газ с практически одинаковой объемной - связанной с тепловым движением ионов и электронов - плотностью положительных и отрицательных зарядов). Более того, известно, что при заданной концентрации частиц в плазме ее резонансная частота имеет вполне определенное значение, которое зависит от концентрации, заряда и массы частиц.
Любую известную среду или вещество можно с достаточной степенью условности представить как плазму, и использовать для ее описания уравнения плазменных резонансов. Для ящика с электронами, в котором колеблющиеся частицы не «ударяются» друг о друга, можно легко оценить предельную концентрацию электронного газа и частоты соответствующего плазменного резонанса. Предельная концентрация электронного газа оказывается равной известной концентрации частиц в конденсированных средах, что не удивительно, поскольку концентрация вещества действительно определяется электронной плотностью. Предельная концентрация протонного газа из этой плазменной модели получается на два порядка меньше концентрации нуклонов в ядре, что так же естественно, поскольку известно, что кулоновские электрические взаимодействия обеспечивают всего лишь один процент энергии связи в ядре. Действительно, модель плазменных колебаний не учитывает энергию, связанную с движением частиц, а именно она приобретает решающее значение при ядерной плотности. Для предельных концентраций электронного газа резонансная плазменная частота оказывается в диапазоне 10^15 – 10^16 Гц, что соответствует известным частотам для электронных переходов в конденсированных средах. Но, это вовсе не атомные переходы. Дело в том, что установившиеся колебания электронного газа с частотой 10^16 Гц образуют систему объемных стоячих волн с величиной полудлины порядка 30 нанометров, что примерно в 300 раз больше размеров атома. Это собственное резонансное поле электронного газа имеет характер стационарных структурных элементов , напряженность поля внутри которых весьма высока поскольку она создается за счет когерентного (согласованного) движения очень большого количества одинаковых зарядов и сопоставима с напряженностью внутриатомного поля.
Образование резонансных структур является исходным пунктом в процессе структурирования вещества. Более того, позже будет показано, что образование химических соединений целиком зависит от надатомного порядка в среде. Ситуация электронного газа «в ящике» реализуется практически для любого конденсированного (с концентрацией элементов порядка 10^23 частиц в 1 см3 , т.е. жидкие и твердые состояния) вещества.
Если рассматривать более привычную ситуацию, скажем, среду из атомов, то помимо электронной ее компоненты будут фигурировать и резонансы, обусловленные колебаниями ядер. Зная их заряд, массу и концентрацию, можно определить резонансные частоты, которые оказываются в диапазоне 10^13 Гц, традиционно связываемые с тепловыми колебаниями среды. Рассмотрение плазмоподобного резонанса ядер среды вне связи с их электронным окружением вполне правомерно, поскольку разница в соответствующих частотах составляет 3 порядка и они оказывают малое воздействие друг на друга. С точки зрения традиционной химии процесс взаимодействия между ионами определяется в основном конструкцией их электронных оболочек. И, действительно, энергия связи электронов в атоме, «ответственных» за результат взаимодействия, составляет порядок электронвольта или, в единицах частоты, 10^15 – 10^16 Гц. Это почти в 1000 раз больше энергии колебания ядер, и поэтому учет ядерных колебаний с этой точки зрения является достаточно бессмысленным.
В действительности, все обстоит совершенно наоборот. Легкие электроны атомов адиабатически (т.е. практически безинерционно) следуют за тяжелым ядром. То есть, именно движение ядер атомов среды является доминантным и управляет движением электронов.
Частотам парциального (частного) ядерного резонанса в установившемся режиме соответствует образование объемных структур, определяемых половиной соответствующей им длины волны (порядка одного или нескольких десятков микрометров). В принципе, именно эти структуры и задают дальнейший характер структурирования среды. Не безынтересно отметить, что надмолекулярные структуры в диапазонах десятков нанометров (электронные) и первых микрометров (ядерные) известны давно, хотя и не находят адекватного объяснения. Их, как правило, относят к коллоидному состоянию среды, признавая его важность для химических и физико-химических (клеи, тесто и пр.) процессов. Структуры с размерами порядка нескольких микрометров чрезвычайно широко распространены в природе – к ним, например, относится абсолютное большинство клеток биологических существ.
Химическое взаимодействие является, безусловно, кооперативным процессом, в котором участвуют значительнейшие объемы среды. Образование устойчивого химического соединения, в котором соотношение элементарных компонент подчиняется «правилу целых чисел», обусловлено тем, что стационарные резонансные структуры (см. например, статью «Устойчивость естественных образований») могут образовываться лишь при кратных соотношениях частот образующих их колебаний. Для многих химических элементов это правило легко выполняется: w1 = k w2 , где k – целые числа, а w^2 ~ e^2 Z^2 n/m. В последней формуле e – это элементарный заряд (заряд электрона), Z - число протонов в ядре, n - концентрация химического элемента, m - масса его атома. Концентрация определяется числом соответствующих атомов в единице объема или
n = N/V.
Отсюда следует, что концентрация обратно пропорциональна объему, занимаемому одной частицей, т.е. ее элементарному объему
n ~ 1/V эл
Теперь, из условия кратности частот можно определить соотношения размеров соответствующих ионов, учитывая, что объем пропорционален кубу величины радиуса иона
V эл ~ R^3 эл ,
тогда
R1 /R2 = (k^2 Z2^2 m1 / m2 Z1^2)^1/3 .
Следует подчеркнуть, что понятием «радиус иона» нужно пользоваться с большой осторожностью, т.к. мы имеем дело не с интимным, а с кооперативным процессом, и с уверенностью говорить о том, где какой ион находится, не совсем корректно. В более сложных смесях химических элементов могут реализовываться иные соотношения резонансных частот. Например, для тройных соединений необходимо выполнение условия
w1 = k w2 + p w3
здесь k и p - по-прежнему целые числа.
Третий химический элемент не обязательно выполняет самостоятельную роль. Дело в том, что для выполнения условия резонанса (в двойном соединении) может не доставать самой малости, и третий элемент (его может быть очень незначительное количество) играет роль компенсатора. Например, многие соли плохо кристаллизуются из чистого (без примесей) раствора, и иногда достаточно ничтожного количества посторонней примеси для инициации процесса кристаллизации. Так, чистая поваренная соль, растворенная в чистой дистиллированной воде, плохо кристаллизуется, но, если добавить буквально несколько капель кислоты на литр раствора, то можно вырастить очень приличные монокристаллы. Впрочем, вместо кислоты можно добавить чего-нибудь другого, главное – обеспечить условие резонанса катионов и анионов. Другой пример широко известен из практики дезактивации металлической ртути с помощью раствора марганцево-кислого калия (марганцовки). Шарики металлической ртути в растворе марганцовки могут лежать очень долго без изменений, т.е. никакой дезактивации не происходит. Но, если опять чуть-чуть подкислить раствор, то возникают резонансные условия для образования нового химического соединения, и ртуть переходит в раствор в связанной неактивной форме.
Кстати, необязательно вводить в реакционную среду компенсирующий агент. Если резонансные частоты элементов близки, то добиться их полного равенства можно с помощью внешней вынуждающей «силы». Например, если воздействовать на среду электромагнитным (звуковым и пр.) полем близкой (к резонансу) частоты либо задать внешними силами структуру с пространственными параметрами близкими к характеристикам получаемого продукта. В обоих случаях исходные элементы, ранее не вступавшие во взаимодействия, под действием этой вынуждающей силы придут к колебаниям на ее частоте, и будет достигнуто условие равенства частот взаимодействующих компонент. После образования химического продукта его результирующая собственная резонансная частота сама начнет выполнять «роль вынуждающей силы». Другими словами, неустранимые «нулевые» колебания целого на собственной (результирующей) частоте «подтягивают» частоты его компонент к гармоническим по отношению к результирующей. Это хорошо известный принцип макрокинетики: система высшего иерархического уровня стабилизирует подсистемы предыдущих уровней . Таким образом, обеспечивается условие длительного существования соединения, которое уже не требует поддержки внешней вынуждающей силы. Некоторого пояснения требует понятие «нулевые колебания», считающиеся в современной физике следствием чисто квантовых эффектов. На самом деле, любая система в отсутствие условий для «стока» напряжений является емкостью того или иного рода. Например, конденсатор накапливает электричество, маховик - механическое движение и т.п. Колебательный контур из конденсатора и катушки при высоких резонансных частотах имеет возможность сбрасывать напряжение через излучение. Однако, для очень низких частот эффективность излучательного «стока» мала, и система преимущественно накапливает напряжения вплоть до выхода из гармонического состояния, когда свойства системы радикально изменяются. Привычным для современного научного языка было бы говорить о «стоке» энергии. На самом деле, это не вполне корректно ввиду того, что пространственные колебания, в частности, электромагнитного характера не сводимы к привычным моделям маятников, и имеют характер стационарных пространственно замкнутых динамических объектов, для которых распределение напряженностей или напряжений является более важным по сравнению с энергетическим описанием. В частности, на локальных участках структуры напряженности могут устремляться к нулю (деструктивная интерференция колебаний), и в этом случае энергетическое описание вообще теряет смысл, поскольку энергия определена как квадратичная функция напряженностей.
На эффекте самостабилизации основано множество технологических процессов с использованием катализаторов, которые своими мощными далеко протяженными в пространстве от поверхности полями и обеспечивают эффект внешней вынуждающей силы. Если структура поля катализатора подобна структуре потенциально возможного продукта, то исходные компоненты выстраиваются в соответствии со структурой поля, и в дальнейшем в нем не нуждаются. Фактически внешнее поле катализатора является структурой из виртуальных частиц, расположенных в узлах интерференционной решетки. Элементы и соединения реакционной среды вступают во взаимодействие с виртуальными частицами, образуя новый продукт (подобно фотохимическим процессам, в которых виртуальные частицы образуются в результате интерференции волн электромагнитного поля светового диапазона).
Любая поверхность реакционного пространства задает некоторую систему стоячих пространственных волн, структуры из которых активно воздействуют на протекание химических процессов, поэтому эффективность технологического цикла сильно зависит от формы и размеров используемых реакторов. Управляющие химическим процессом структуры могут задаваться и иными способами, например, с помощью механических колебаний. Достаточно широкое распространение получили методы звуко(сомо)химии, где управление ходом процесса осуществляется с помощью полей слышимого и ультразвукового диапазона. Это осуществляется, например, в ультразвуковых стиральных машинах, воздействие которых подобно действию поверхностно активных веществ (стиральных порошков), а эффективность может быть гораздо выше.
Наложение на реакционную систему внешнего электрического поля приводит к деформации электрических составляющих собственных структур, вследствие чего меняются их резонансные частоты. Тем самым, можно организовать подбор гармонических компонент потенциального продукта. Однако, гораздо чаще такой способ используется для дегармонизации среды – это широко используемый процесс электролиза.
Резонансные частоты реакционных компонент, элементов соединений существенным образом зависят от температуры среды и давления. На этих зависимостях основано наибольшее число известных технологических приемов. В процессе нагревания исходные компоненты по-разному меняют свой частотный спектр, в результате чего возникают условия для их гармонического сопряжения. В процессе охлаждения (и в дальнейшем) достигнутый гармонизм сохраняется по указанным выше причинам стабилизации частотного спектра. К процессам такого рода относится получение стекла, металлических сплавов и пр.
Таким образом, с точки зрения голографической модели резонансное структурирование вещества предшествует химическому процессу и определяет его характер . Не следует думать, что изложенные выше примеры имеют абстрактное для обывателя значение. Все эти технологические операции происходят либо в организме человека, либо в процессе подготовки пищи. Это и использование термических процессов, и биохимических. Причем не последнюю роль здесь играет форма посуды и психофизический настрой готовящего. Широко известно, что качество еды, приготовленной в сосудах канонической формы (чугун, горшок, кувшин), сильно отличается в лучшую сторону от пищи, приготовленной в модернистских кастрюльках. Еда, приготовленная без желания либо в подавленном состоянии, несмотря даже на высокий профессионализм повара, мало пригодна к употреблению. Очень большое значение имеют компоненты еды, используемые в небольших количествах, и порядок их введения. Поваренная соль, например, имеет не вкусовую ценность, а, главным образом, то, что изменяет ход протекающих при приготовлении пищи процессов. Поэтому, если смысл соли – в изменении вкуса, то ее добавляют после приготовления пищи, если же речь идет об изменении качественных характеристик продукта, то она вводится на начальных этапах приготовления и активно участвует в ионном обмене (неподсоленная предварительно рыба разваливается при жарке). Жиры, введенные в начале приготовления пищи (сначала растапливается жир или варится жирная кость, а лишь потом добавляются остальные продукты), активно извлекают трудноизвлекаемые в пищеварительном тракте элементы (фосфаты, кальций и пр.).
Не менее важное для человека значение (в указанном смысле) имеет окружающая его инфраструктура. Любые поверхности (как указывалось выше) образуют системы стоячих волн, которые, так или иначе, воздействуют на психику человека и биохимические процессы его организма. Вероятно, не случайно у многих народов мира первым на месте нового поселения возводилось культовое сооружение, играющее, по нашему мнению, роль гармонизирующего начала. Более того, и храмы, и мечети очень похожи на антенные системы, т.е. (кроме вероятного электромагнитного) они осуществляют непосредственное гармонизирующее воздействие в звуковом диапазоне (колокол христианской церкви, призывы муэдзина к молитве у мусульман), объединяющее отдельных людей в единый социальный организм. Этому же способствует молитва, ритмы там-тама и другие совместные ритуальные мероприятия. Наибольшую мощность гармонизирующего воздействия оказывает простая армейская муштра, превращающая новобранцев в единый слаженный организм, способный решать задачи, которые не под силу не организованным людям, даже если их в десятки, сотни раз больше, а по своим индивидуальным навыкам они не уступают бойцам подразделения. То же самое относится к спортивным командам, производственным коллективам и т.п. Для семьи фактором гармонизации является совместная деятельность во всех мыслимых формах от обеспечения минимальных условий выживания, до проведения досуга.
