Антенны микромира

Представителей микромира, включая самых известных, пользующихся мировой «славой», большинство из нас даже в «лицо» не знает, не говоря об их строении, а некоторых из них в «лицо» не знают даже ученые, хотя им и известны их свойства. А сколько обитателей микромира и ученым еще неизвестно, трудно себе представить. Поэтому обычному человеку найти среди обитателей микромира конкретные антенны того или иного вида представляется весьма проблематичным. Однако, если сказанное выше в отношении антенн космического и земного масштаба справедливо, то антенны микромира, в принципе, не должны ничем не отличаться, кроме размера, от всех остальных антенн. Следовательно, распространив наши знания об антеннах и на микромир, можно ближе и быстрее познакомиться с его обитателями. В этом разделе мы рассмотрим отдельных и наиболее известных представителей нашего мира, имеющих антенны на молекулярно-атомном уровне: кристаллы, полимеры, а также «законных» жителей микромира - атомы, выступающих в качестве антенн.

Кристаллы являются многоэлементными антенными решетками уже на уровне своего молекулярно-атомного строения. Это подтверждается и их свойствами, в частности, анизотропными (направленными).

Известно, что в зависимости от природы частиц, размещающихся вузлах кристаллической решетки, и от характера сил взаимодействия между ними различают четыре типа кристаллов. Ниже рассмотрим их в свете сделанного ранее предположения, что заряды разных знаков - это энергетические «вогнутости» (-) и «выпуклости» (+), т. е. своего рода приемные и передающие антенны.

Ионные кристаллы (каменная соль и др.), как известно, в узлах кристаллической решетки имеют ионы - заряженные частицы разныхзнаков. Аналогами ионов разных знаков можно считать «выпуклости» и «вогнутости». Можно ими считать передающие и приемные антенны, между которыми установлена односторонняя (симплексная) связь в виде частиц-волн, движущихся водном направлении - от передающей антенны к приемной, от энергетической «выпуклости» к энергетической «вогнутости».

Атомные кристаллы (алмаз, графит и др.), как известно, имеют в узлах решетки нейтральные атомы, электроны внешних оболочек которых принадлежат обоим атомам. Поэтому аналогами нейтральных атомов можно считать нераздельные выпуклости-вогнутости или антенны, работающие одновременно и на прием, и на передачу. В результате чего имеется не одна связь, а две, образованные двумя потоками частиц, движущихся в противоположных направлениях. Такая связь, как известно, называется дуплексной. Внешние электронные оболочки - это своего рода главные лепестки диаграмм направленности

Металлические кристаллы (большинство металлов), как известно, имеют во всех узлах кристаллической решетки положительные ионы металла с беспорядочно движущимися между ними электронами, отцепившимися от атомов и играющих роль «цемента». Поэтому аналогами положительных ионов можно считать «выпуклости» или антенны, работающие только на передачу, например, вещательные. «Вещательная» сеть таких «антенн» заполняет пространство переплетающимися между собой потоками частиц-волн, которые, в принципе, может принять любой желающий, имеющий соответствующую приемную антенну.

Молекулярные кристаллы (лед, сухой лед и др.) имеют, как известно, в узлах решетки определенным образом ориентированные молекулы. Их аналогами могут служить все приведенные выше примеры, но «выпуклости» и «вогнутости», т. е. антенны в таких кристаллах образованы уже не атомами, а молекулами.

Анизотропные свойства кристаллов связывают с тем, что образующие кристалл частицы размещены в узлах геометрически правильной пространственной решетки. Поэтому весь кристалл может быть получен путем многократного периодического повторения (многократного зеркального отображения) в трех разных направлениях одного и того же структурного элемента, т. е. наблюдается так называемый дальний порядок. Из этого следует, что кристалл по своей структуре аналогичен сложной многоэлементной антенне — пространственной решетке. Она так же, как и кристалл, образована путем многократного периодического повторения в трех различных направлениях одного и того же структурного элемента, обладает пространственной симметрией и имеет четко выраженные анизотропные свойства - направленность.

 

Многоэлементную кристаллическую структуру, построенную на молекулярно-атомном уровне, имеют и снежинки [5]. Они весьма разнообразны по своему строению, но в основном обладают центральной симметрией и имеют форму правильных выпуклых или выпукло-вогнутых шестиугольников. Каждую снежинку можно рассматривать и как многоэлементную антенну с центральной симметрией, и как диаграмму направленности той же формы. Более подробно о снежинках поговорим в следующем разделе.

Гипотеза 4.13: Кристаллы - это пространственные многоэлементные антенные решетки.

Полимеры(естественные и искусственные) по своему строению на молекулярно-атомном уровне являются многоэлементными антеннами. Полимерами называют вещества, состоящие из цепочек огромной протяженности. Из таких молекул-цепочек состоят все клетки растений и животных. Они образуются из периодическиповторяющихся и сравнительно небольших «кирпичиков» - звеньев (это же является и условием построения многоэлементных антенн).

Естественные полимеры - органические вещества [5], лежащие в основе всей живой природы, - это разнообразные соединения углерода с другими элементами, прежде всего, с водородом, кислородом, азотом, фосфором.

Многообразие органических веществ является следствием особых свойств углерода. Во внешней электронной оболочке атома углерода имеется четыре электрона, а максимально возможное их количество для элементов 2-го периода, в котором расположен углерод, равно 8-ми. Следовательно, углерод может отдавать и присоединять равное количество электронов - осуществлять эквивалентный обмен с окружающим миром (сколько берет, столько и отдает). Поэтому он легко образует прочные соединения как с элементами, отдающими свои валентные электроны, так и принимающими чужие. Углерод способен соединяться сам с собой и другими молекулами, образуя цепи, состоящие из нескольких или множества (100 000 и более) атомов. Цепи атомов углерода могут быть линейными (последовательными или разветвленными), состоящими из одной или нескольких параллельных связей, могут образовывать кольца, сетки, разнообразные пространственные фигуры.

Искусственные полимеры - сходны по своим свойствам с углеродными соединениями. В медицине уже используют полимеры, заменяющие кровь, кости и ткань человеческого организма.

 

На рис. 4.26 (поз.1) показаны цепочки некоторых полимеров [5]: парафинов (слева), пластмасс (в центре), фторопласта (справа), составленные из отдельных элементов (или групп). Основные свойства любого химического вещества, как уже многократно говорилось, определяются в основном его строением. Строение же полимеров, включая приведенные, фактически ничем не отличается от строения многоэлементных антенн, причем их форма в целом может быть и спиральной.

Один из наиболее уникальных искусственных полимеров - фторопласт (см. рис.4.26, поз.1, справа) представляет собой типичную вибраторную антенну, состоящую из бесконечного множества расположенных друг за другом симметричных «вибраторов» и поэтому должен иметь огромное усиление («прочность» и проникающую способность). Фторопласт, как известно, сохраняет свои свойства в пределах от –60 до 300 ⁰С. На него не действуют ни щелочи, ни кислоты. Его не растворяет и так называемая царская водка - смесь соляной и азотной кислот, разъедающая даже золото и платину. Это самое скользкое вещество в мире. Фторопласт - прекрасный диэлектрик, обладающий высокой теплостойкостью.

Молекула белка является совокупностью антенн нескольких типов, что следует из ее строения. Молекулы белка являются, как известно, основой всего живого на Земле. Они построены из 20 аминокислот и имеют несколько уровней структурного строения. Ниже рассмотрим эти уровни с точки зрения антенной техники.

Первичная структура белка выражается в определенной последовательности чередования составляющих его звеньев - различных аминокислотных остатков, соединенных между собой в одну или несколько цепей.

Звенья можно рассматривать как отдельные вибраторы, а цепь как линейную систему излучателей.

Вторичная структура - это тип укладки (форма) цепей. Цепь может быть вытянутой в нить, свернутой в клубок (шар) или скрученной в спираль. Наиболее часто встречается правая спираль, в которой водородные связи замыкают циклы из 13 атомов.

Вторичную структуру в зависимости от ее формы можно соответственно рассматривать как линейную антенную решетку или спиральную антенну, включая и шаровую спираль.

Третичная структура - это пространственное расположение уже «уложенной» цепи, определяющее ее конфигурацию. Она дает представление об объеме, форме, взаимном расположении участков цепи. Третичная структура обусловливает биологическую активность белковой молекулы

Третичную структуру (в зависимости от формы и количества составляющих ее элементов) можно рассматривать как пространственную антенную решетку или как линзовую антенну, в частности, шаровую.

Четвертичная структура определяет строение макромолекул, образованных из разных цепей.

Четвертичную структуру можно рассматривать как совокупность нескольких сложных антенн.

Справедливость проведенных выше аналогий косвенно подтверждается строением молекулы гемоглобина, состоящей из полипептидных цепей (первичная структура), закрученных в спирали (вторичная структура), которые, в свою очередь, свернуты в клубок (третичная структура), и объединены по четыре (четвертичная структура).

При нагревании белки, как известно, свертываются. Разрушается их вторичная и третичная структура (пространственная форма), а биологические функции белка теряются. Необратимое изменение белка связано с нарушением его третичной структуры.

С разрушением пространственной формы молекулы белка, нарушается ее обособленность как самостоятельного структурного элемента, который для данного уровня бытия можно считать «элементарным».

Устойчивость белков различна, наиболее устойчивыми являются роговые вещества, включая, видимо, и панты - рога оленей.

Возможно, что ценность пантов определяется тем, что, «поглощая» их человек увеличивает в своем теле количество более устойчивых структурных элементов.

Белки, как известно, подразделяют на нерастворимые в воде и растворимые. Молекулы нерастворимых белков вытянуты в длину и склонны к образованию волокон. Растворимые белки сложены в «клубочки».

Возможно, что нерастворимость и растворимость белков, зависящая от их формы, объясняется их «антенными» свойствами. Нерастворимые, вытянутые в длину молекулы, - это своего рода антенны бегущей волны, основная энергия которых распространяется вдоль оси, что и способствует образованию волокон. Клубочки можно рассматривать как линзовые антенны, концентрирующие энергию до некоторой критической величины, а затем «лопающиеся», «разбрызгивая» частицы своего вещества, т. е. растворяя его.

Если предположение о том, что форма (строение) определяет возможность приема определенного энергоинформационного поля - определенной программы, справедливо, то при разрушении формы нарушается возможность приема соответствующей данному уровню бытия программы, по которой организм должен жить (поддерживать свою форму) и поэтому она разрушается («умирает»).

Гипотеза 4.14: Молекула белка является многоуровневой пространственной антенной системой, сочетающей в себе несколько видов антенных систем. Она распадается при разрушении «антенных систем» третьего уровня, обеспечивающих ее обособленность, ее индивидуальное «Я».

Атом, «конструктивное» строение которого точно неизвестно, по свойствам можно отнести и к спиральным, и к биконическим или спирально-биконическим антеннам с регулируемой за счет количества и расположения электронов ДН.

Электроны в атомах расположены на нескольких уровнях, рис. 4.26 (поз.2). Их можно сравнить с неоднородностями, расположенными в раскрыве биконической антенны на том или ином расстоянии от ее оси, при помощи которых можно реализовать ДН той или иной формы [66], включая и те, которые соответствуют основным формам электронных облаков.

Известно, что при увеличении количества электронов, находящихся на внешней орбите, радиус атома уменьшается, причем насыщение электронами более дальних оболочек на радиусе атома сказывается в несколько меньшей степени, чем насыщение ими ближних оболочек. Это аналогично влиянию отражающих неоднородностей, находящихся в раскрыве биконической антенны, причем их воздействие также зависит от расстояния до оси («ядра») антенны и от кратности этого расстояния четверти или половине длины волны. Расстояние, кратное четверти длины волны, соответствует противофазному сложению падающей и отраженной волны (режиму стоячей волны). Это приводит к уменьшению дальности действия антенны (при постоянной мощности передатчика) по мере увеличения количества таких неоднородностей. Расстояние кратное половине длины волны сначала вызывает увеличение дальности действия антенны в определенных направлениях, но при большом числе таких неоднородностей происходит затенение ими раскрыва антенны и дальность действия антенны вновь уменьшается. Нечто подобное наблюдается и в атоме, радиус которого также в сильной степени зависит от числа электронов, находящихся на том или ином уровне и их удаленности от ядра. Над этим, возможно, стоило бы поразмышлять и химикам, и физикам, и специалистам по антенной технике.

Форму электронных облаков имеют и ДН многих других антенн. Например, электронные «облака» простейших атомов [4] соответствуют ДН простейших излучателей, начиная с элементарных. С увеличением количества электронов, форма электронных облаков усложняется, что присуще и антеннам, имеющим большее количество вибраторов или больший размер в длинах волн. На рис. 4.26 (поз.3) приведены для сравнения одинаковые по форме электронные облака (они зачернены) и одинаковые с ними по форме ДН антенн.

Размер атома, как известно, условно ограничивают расстоянием до наиболее удаленной от него электронной оболочки, а дальность действия антенны - зоной действия его главного лепестка, имеющего наибольший коэффициент усиления - «протяженность», что фактически одно и то же. В многоэлектронных атомах картина электронных облаков сложная. То же самое можно сказать и о ДН многоэлементных антенн.

Правомерность подхода к атому, как к антенне подтверждается тем, что на атомном уровне действуют электромагнитные силы, а простейший атом - атом водорода, имеющий всего один электрон, обычно рассматривают в виде простейшего излучателя - рамки с током, который является «элементарным» витком любой спирали. При этом атом, как и обычная рамка с током, обладает магнитным моментом, и во многом их поведение сходно. В частности, как и в случае классической рамки, поведение атома в магнитном поле полностью определяется величиной его магнитного момента. Это лишний раз подтверждает его «родство» с антенной. Если такой подход справедлив для простейшего атома, то атомы с большим количеством электронов, находящихся на различных энергетических уровнях, можно рассматривать в виде построенных на основе тех или иных простейших излучателей более сложных антенных систем, вплоть до многоэлементных антенных решеток.

Форму электронных облаков можно рассматривать как реализуемую (при заданных параметрах атома) диаграмму направленности. В биконической антенне диаграмму направленности можно регулировать при помощи разного количества штырей, расположенных определенным образом и на определенном расстоянии вокруг ее оси подобно электронам вокруг ядра. Форма ДН спиральной антенны, как и форма электронных облаков атома, определяется всего 4-мя параметрами: Возможно, что основным четырем параметрам спиральной антенны можно подобрать соответствующие квантовые числа из тех 4-х, которые определяют форму электронных облаков атома. В частности, спин атома можно считать аналогом направления намотки спирали (направления вращения электромагнитного поля).

Обычно рассматривают не само электронное облако, а лишь расстояние от ядра (эквивалентный радиус), на котором наиболее вероятно обнаружить электрон, состояние которого, в общем случае, описывают 4-мя квантовыми числами. От конкретного набора этих чисел зависит форма и эффективные размеры электронных облаков. В соответствие с принципом Паули в атоме не может одновременно находиться два (и более) электронов с одинаковым набором квантовых чисел. Основные параметры спиральной антенны также определяются 4-мя параметрами: длиной витка, их количеством, расстоянием между витками, направлением вращения. И ею также не могут одновременно приниматься и передаваться два (и более) вида электромагнитных полей, которые совпадают по всем параметрам, включаянаправление вращения.

Полагают, что в пределах объема, занимаемого атомом, существует несколько чередующихся между собой разрешенных и запрещенных уровней, на которых соответственно могут или не могут находиться электронные облака. Это напоминает многолепестковую пространственную диаграмму направленности антенны, в которой лепестки (разрешенные зоны, «выпуклости») чередуются с «провалами» между ними (запрещенными зонами, «вогнутостями»).

Известно, что электроны, расположенные на различных разрешенных уровнях, обладают различным запасом энергии: наименьшим — находящиеся на низшем (основном), ближнем к ядру, а наибольшим — находящиеся на высшем, наиболее удаленном от ядра, уровне. Переход с одного уровня на другой связан со скачкообразным (порциальным) изменением энергии и возможен только через последовательное преодоление близлежащих уровней. Это напоминает последовательный скачкообразный («квантованный») переход из зоны действия одного лепестка ДН антенны в зону действия следующего, имеющего другое усиление, при этом наибольшее усиление имеет главный лепесток, зона действия которого наиболее удалена от антенны («ядра»), а наименьшее тот, зона действия которого наиболее близка.

Известно, что на каждом уровне может находиться определенное максимально допустимое число электронов. Каждый атом имеет свою, свойственную только данной системе, последовательность энергетических уровней, в том числе и наинизший. И энергия системы не может быть ниже этого уровня. На наинизшем энергетическом уровне электрон, вернее, электронное «облако» должно находиться на некотором минимально допустимом расстоянии от ядра. В антеннах этот наинизший уровень соответствует изотропному уровню излучения - уровню излучения «элементарного» излучателя, имеющего всенаправленную ДН и минимальный радиус действия по сравнению с антеннами других уровней.

Таким образом, атом напоминает спиральную антенну, количество лепестков (энергетических уровней) ДН которой определяется размером ее витков в длинах волн, а коэффициент усиления (радиус атома) их количеством. При работе в ненаправленном (вернее, всенаправленном режиме) коэффициент усиления минимален (энергетический уровень самый низкий), минимален и радиус зоны ее действия.

Считается, что законы квантования имеют всеобщий характер и применимы к любому предмету (любой системе), состоящему из множества атомов, но из-за большого числа энергетических уровней в таком предмете они будут расположены столь близко, что практически сольются и дискретность станет незаметной.

Возможно, что квантовую теорию к более сложным объектам (телам), следует применять, не доходя при их рассмотрении до уровня микрочастиц, а рассматривать в качестве «элементарных» частицы такого порядка и уровня сложности, которые сохраняются при распаде данной системы.

При таком подходе «элементарной» или «квазиэлементарной» частицей на уровне электрона является фотон. На уровне атома - ядро атома и электрон; молекулы - атом; человечества - человек. На уровне Солнечной или другой планетной системы «квазиэлементарными частицами» являются планеты и более малые космические тела; на уровне галактик - звезды; Вселенной - галактики.