И.М. Агеев, Г.Г. Шишкин, Ю.М. Рыбин.
Московский авиационный институт (МАИ). 125933 Москва ГСП-3, Волоколамское ш., 4.

Проведены исследования температурной зависимости электрической проводимости (ЭП) воды при ее нагревании биологическим объектом, электрическим, водяным или другими типами нагревателей. Обнаружено существенное различие параметров, зависящих от ЭП, при нагреве воды биообъектами по сравнению с чисто тепловыми источниками. Обнаружены эффекты "памяти" воды на биологическое воздействие и отличия энтропии воды при биовоздействии и нагревании ее физическими источниками тепла.

Ключевые слова: Электрическая проводимость воды, биологический эффект, физические и биологические нагреватели, биологическое воздействие, энтропия.
Введение.

Возможность изменения свойств воды и водных сред под влиянием физических полей и излучений малой интенсивности широко обсуждается в последнее десятилетие. При этом значительная часть работ посвящена исследованию влияния на воду и водные среды электромагнитных полей в различных диапазонах частот [1]-[5], постоянных и низкочастотных магнитных полей [6] - [9].

Пристальное внимание к этой проблеме отчасти связано с тем, что вода может оказаться универсальным первичным рецептором, обуславливающим чувствительность живых организмов к различным типам электромагнитных полей и излучений. Эта мысль высказывается в ряде работ и, в частности, в работах [4], [10], а также в работе [11], в которой предложена модель действия электрического и магнитного полей на воду.

Влияние на живые организмы оказывают не только сильные, но и очень слабые электромагнитные поля (и другие низкоинтенсивные физические факторы) [12]. Поэтому, логично предположить, что и совокупность полей живого организма, в частности человека, могут изменять свойства воды. Организм человека по сравнению с техническими устройствами является самым сложным генератором электромагнитного излучения, в широком диапазоне частот, начиная с ультрафиолетового и видимого света (сине-зеленая область) и кончая сверхнизкими частотами порядка единиц герц. Процессы жизнедеятельности приводят также к генерации звукового излучения в широком спектре частот и к выделению во внешнюю среду нескольких сотен видов химических веществ. Кроме этого человек является источником параметрических изменений естественных фоновых полей и излучений[13, 14].

Обнаружение изменения свойств воды в присутствии живого организма могли бы стать основой объяснения известных наблюдений дистантного, т.е. без непосредственного физического контакта, взаимодействия организмов [15], [16].

В качестве первого шага в исследовании влияния слабых полей живого организма на свойства воды было проведено измерение ЭП (электрической проводимости) воды при ее нагревании различными источниками тепла (электронагреватель, оптический излучатель, сосуд с теплой водой и др.) и биологическим объектом - ладонью экспериментатора.

Методика проведения экспериментов.

Для измерения ЭП воды использовали кондуктометрические ячейки (датчики), изготовленные из диэлектрического материала с электродами из нержавеющей стали. Датчики имели форму тонких прямоугольных параллелепипедов толщиной 3мм при размерах основания 50?50мм2. Электроды располагались на противоположных узких гранях параллелепипеда. Нагревание воды перечисленными выше источниками тепла, условно называемыми - физическими, и биологическим объектом (биовоздействие) производилось через верхнюю грань параллелепипеда.

Температура воды измерялась с помощью терморезистора типа ТМП-4. В процессе исследований было установлено, что положение терморезистора не оказывает влияния на результат измерений, поэтому чувствительный элемент термосопротивления обычно располагался в геометрическом центре объема датчика.
ЭП воды и сопротивление терморезистора измеряли либо с помощью автоматического измерительного моста Е7-8 (частота питания измерительной схемы 1кГц, напряжение около 1В, точность измерения не хуже 0.1%), либо специальным электронным блоком, состоящим из генератора (1000Гц) и пикового детектора с усилителем.

Изменение ЭП воды при нагревании рукой сравнивалось с изменением ЭП при нагревании воды источниками тепла не биологического происхождения (физическими). В качестве таких источников применялись электрические нагреватели, лампы накаливания, сосуды с теплой водой, и другие. Однако в подавляющем числе опытов применялся электрический нагреватель.

Нагреватель представлял собой пластинку из стеклотекстолита размером 60?100мм2 (толщина 0.5мм) с равномерно намотанной на нее высокоомной проволокой, которая подсоединялась к регулируемому источнику постоянного напряжения. Мощность источника устанавливалась такой, чтобы изменения температуры воды за одно и то же время (скорость нагревания) при биовоздействии и при нагревании физическим источником совпадали.

Для исключения влияния загрязнения воды веществами, выделяющимися с поверхности кожи (или присутствующими в воздухе), датчики в ряде экспериментов были герметизированы. Вода при этом заливалась через отверстие, расположенное в основании датчика и герметично закрытое диэлектрической пробкой.
Интервал между измерением с применением нагревателя и измерением при биовоздействии не превышал 1 - 2 минут, что исключает влияние изменения параметров внешней среды (давление, температура, посторонние источники излучения и т.п.).

Таким образом, были приняты все возможные меры, обеспечивающие совпадение условий при нагревании воды физическими источниками и с помощью руки оператора:

1. Полностью совпадали геометрические условия. Нагреватель и рука оператора располагались при воздействии на одинаковом расстоянии до воды. Верхнее основание датчика в обоих случаях полностью, в одинаковой мере перекрывалось рукой или нагревателем;

2. Изменения температуры воды за одно и то же время в обоих случаях совпадали;

3. Герметичность датчика исключала возможность изменения ЭП за счет попадания в воду каких-либо веществ с руки оператора и из окружающей среды;

4. Параметры окружающей среды за время эксперимента не изменялись.

Методика проведения измерения сводилась к следующим операциям.

Заполненный водой датчик закреплялся в горизонтальном положении и над ним на расстоянии около 5мм до поверхности располагался физический нагреватель. Обычно вода нагревалась на 2 - 3 градуса за 5 - 7 минут и в течение этого времени измерялась ЭП воды и ее температура. При использовании автоматического моста Е7-8 замеры производились с интервалом 15 - 30 секунд. В промежутках между замерами прибор отсоединялся от электродов датчика. При использовании электронного блока измерения производились непрерывно с частотой опроса 1 -10Гц. После этого кювета охлаждалась до первоначальной температуры, и вместо физического нагревателя оператор помещал над датчиком руку. Происходил повторный нагрев воды за счет тепла руки, в течение которого также снималась зависимость ЭП от температуры. Последовательность проведения нагревания и биовоздействия, как было выяснено, значения не имеет. Сравнение изменения ЭП в обоих случаях позволяет судить об отсутствии или наличии дополнительного фактора, влияющего на нее.

В большинстве экспериментов использовалась дистиллированная вода с удельной ЭП 3·10-6 - 10-5Ом-1см-1.

Результаты экспериментов.

На рис.1 представлен типичный график зависимости проводимости воды от температуры, полученный с использованием электронного блока измерения проводимости.

По оси ординат отложено обратное значение сопротивления датчика (его электрическая проводимость) в микросименсах, а по оси абсцисс - температура воды в относительных единицах. В начале вода нагревалась рукой экспериментатора (кривая - 1), затем она была охлаждена до первоначальной температуры (кривая - 2) и снова нагрета электрическим нагревателем (кривая - 3).
На представленном рисунке видно, что при нагревании воды рукой (биовоздействии) зависимость ЭП воды от температуры заметно отличается от аналогичной зависимости при нагревании физическим источником тепла.
Для количественной характеристики наблюдаемого отклонения целесообразно использовать два параметра. Один из них - параметр, определяемый выражением:
             (1)
где сигма - электрическая проводимость, Т - температура.
Параметр а является относительным температурным коэффициентом электрической проводимости (ОТКП) и характеризует свойства воды.
Различия, обусловленные способом нагревания, можно характеризовать другим параметром, значение которого определяется следующим выражением.
            (2)
где дельта сигма b -приращение ЭП при биовоздействии, дельта сигма t - приращение ЭП при обычном нагревании в интервале температуры Т-Т0 , t - время воздействия или нагревания, сигма 0 - начальное значение ЭП.

Условно параметру b можно приписать смысл мощности биовоздействия (относительное превышение приращения ЭП при биовоздействии над приращением ЭП при нагревании физическим источником тепла в единицу времени).
Проведенные исследования эффекта биовоздействия позволили выявить следующие его феноменологические особенности.

1. Параметр а, характеризующий электропроводные свойства воды, слабо зависит от степени чистоты воды. Вследствие растворения материала кюветы и электродов всегда наблюдается слабый дрейф (увеличение) ЭП. Поскольку часто измерения проводились без замены воды в течение нескольких дней, то в последних экспериментах ЭП могла увеличиться на несколько десятков процентов по сравнению с первоначальной. Кроме того, были проведены измерения с неочищенной водопроводной водой и водой из природных источников. Оказалось, что при изменении удельной ЭП от 10-6(Ом·см)-1 до 10-4(Ом·см)-1 корреляция между значениями начальной ЭП и значениями параметра а не наблюдается.

2. Значение параметра а увеличивается в случае воздействия на датчик биологического объекта (руки человека). Этот эффект увеличения а, т.е. ОТКП, стабильно воспроизводился во всех проведенных опытах. (Всего было проведено несколько сотен измерений).

3. Изменение параметра а вызывается не только присутствием биологического объекта (полей биологического объекта), но и изменением условий окружающей среды. В частности, значение параметра хорошо коррелирует с состоянием солнечной активности (числами Вольфа), что показано в нашей работе [17].

3. Охлаждение воды после биовоздействия до первоначальной температуры не восстанавливает начальное значение ее ЭП, т.е. существует своего рода "память" воды к биовоздействию. Последующие нагревания воды электрическим нагревателем и охлаждения (в том же температурном интервале) частично восстанавливают ЭП. Таким образом, нагревание и охлаждение разрушает память, и путем многократного их повторения можно восстановить начальное значение ЭП.

Последовательное проведение ряда воздействий (с охлаждением после каждого до первоначальной температуры) приводит к тому, что ЭП воды монотонно возрастает. Этот процесс иллюстрируется рис.2. Обращает на себя внимание более сильное проявление эффекта при первом воздействии по сравнению с последующими. Как видно из этого рисунка, в результате восьми воздействий на воду ее ЭП возросла почти на 30% для каждого фиксированног значения температуры.

Продолжительность цикла из восьми измерений при использовании в качестве измерителя автоматического моста Е7-8 составляет около 2 часов. Дрейф ЭП воды в аналогичных условиях без биовоздействия не превышает 0.5% в час, таким образом, повышение проводимости вследствие дрейфа не должно превысить 1%.

Дальнейшее продолжение серии воздействий приводит к постепенному уменьшению и исчезновению эффекта (уменьшению значения параметра b до 0)

4. Интенсивность биовоздействия, характеризуемая параметром b, различна у разных людей. По предварительным экспериментам она также зависит от психоэмоционального состояния оператора. Однако эти наблюдения носят предварительный характер и требуют более тщательного исследования.

5. Приведенная выше феноменология наблюдается и при использовании датчиков, изготовленных из других материалов и имеющих другие геометрические размеры.

6. Приведенная выше феноменология полностью сохраняется при нагревании воды в датчике не электрическим нагревателем, а с помощью электрической лампы накаливания или теплой воды (38 - 42оС), помещенной в тонкостенную стеклянную, пластиковую или резиновую емкости.

7. Наиболее сильно эффект биовоздействия проявляется в экспериментах с открытым датчиком, когда и нагревание и воздействие производится на открытую поверхность воды. Однако и в герметичном датчике, как уже упоминалось выше, эффект наблюдается, хотя был значительно ослаблен. Для его надежного выявления требуется воздействовать на датчик в течение 7 - 10 минут, в то время как при открытой поверхности заметное отличие зависимости проводимости от температуры при биовоздействии от аналогичной зависимости при нагревании физическим нагревателем наблюдается при времени эксперимента не более минуты.

Это свидетельствует об экранирующем свойстве диэлектрического материала, используемого для герметизации датчика. Для сравнения экранирующих способностей различных материалов были проведены эксперименты, в которых между рукой экспериментатора и датчиком помещались тонкие пластинки (экраны) из различных материалов. На рис.3 приведены значения параметра а, полученные в двух сериях последовательных измерений, проведенных в разные дни; номер измерения отложен по оси абсцисс. Вода в датчике в течение одной серии измерений не менялась. Для удобства сравнения результатов, относящихся к различным сериям, значения параметра а нормировались на значение при первом измерении в каждой из серий. После каждого очередного измерения вода в датчике охлаждалась примерно до первоначальной температуры. Кроме времени, необходимого для охлаждения, перерывы между измерениями в процессе серии не делались.

На рисунке кружками с заливкой представлены значения параметра при нагревании, остальные точки соответствуют значениям параметра при биовоздействии. В первой серии исследовались диэлектрические материалы. Кружки, представляющие значения параметра а при нагревании в этой серии, залиты серым цветом. Светлые кружки представляют значения параметра при биовоздействии. Диэлектрическая пластинка (экран) во время воздействия плотно прижималась к резиновому уплотнителю и герметизировала датчик. На рисунке цифры около светлых кружков соответственно обозначают: 1 - стекло, 2 - слюда, 3 - целлофан, 4 - кварц, 5 - орг. стекло.

Крестиками на рисунке обозначены значения параметра а при биовоздействии на открытую поверхность воды. И, наконец, квадратики представляют значения параметра а при биовоздействии через медные пластинки различной толщины. Пластинки металла были больших размеров по сравнению с датчиком (примерно 150х150 мм). Они располагались на резиновом уплотнителе без дополнительного прижатия и без контакта с водой. Цифры на рисунке обозначают толщину медной пластинки, соответственно 1 - 0.02мм, 2 - 0.1мм, 3 - 0.3мм, 4 - 0.7мм.

Обращает на себя внимание сильная экранировка биовоздействия диэлектрическими материалами и сравнительно слабая экранирующая способность металла. Как видно из рисунка установить зависимость степени экранирования от толщины металла пока не удалось.

Эти наблюдения свидетельствуют против предположения об электромагнитной природе биологического воздействия на воду, однако окончательный вывод требует дальнейших исследований.

Обсуждение результатов.

При повышении ЭП с одного и того же начального значения ???при Т=Т0 при биовоздействии достигается состояние с конечной ЭП ???при температуре Т1 более низкой - Т2, чем при нагревании физическим источником до того же значения электрической проводимости (Т1<Т2). Очевидно, что в первом случае энтропия воды увеличивается на величину ,     а во втором случае состояние с той же ЭП реализуется при большем приращении энтропии  .

Таким образом, при нагревании с помощью биовоздействия система переходит в состояние с меньшей энтропией по сравнению со случаем простого нагревания, т.е. имеет более упорядоченную структуру.
Легко видеть, что дефицит энтропии при биовоздействии определяется выражением:
           (3),
где дельта T1 и дельта T2 соответственно приращения температуры при биовоздействии и при нагревании физическим источником, приводящие к одному и тому же изменению ЭП.
Поскольку в условиях наших экспериментов ЭП практически линейно изменяется с температурой (см. рис.1), в выражении (3) можно перейти от температуры к ЭП и переписать его в виде:
       (4)
где дельта сигма 1 и дельта сигма 2 - изменения ЭП при биовоздействии и при нагревании физическим источником соответственно; а1 и а2 - коэффициенты пропорциональности в линейной зависимости ЭП от температуры.
При квазиизотермическом процессе, представленном на рисунке 2, изменение ЭП дельта сигма 2=0, поскольку температура в конечном итоге не изменяется, и весь процесс приводит к "чистому" уменьшению энтропии воды.

Можно предположить, что при этом вода приходит в более упорядоченное состояние, которое с течением времени релаксирует к равновесному состоянию, соответствующему данной температуре, поскольку на следующие сутки обнаруживается уменьшение ЭП примерно до первоначального уровня. Восстановление первоначальной ЭП наблюдалось также при последовательном многократном нагревании и охлаждении воды на несколько градусов.

Оценка уменьшения энтропии в условиях описываемых экспериментов при многократном биовоздействии дает значение дельтаS ~ -8·10-2Дж/г·К, что соответствует изменению информации около 0.3 бит на одну молекулу воды [18].

Проведенные эксперименты пока не позволяют сделать какие-либо предположения о физическом механизме биовоздействия. Однако, из общих соображений ясно, что, поскольку его действие является антиэнтропийным, а система находится в условиях близких к равновесным, этот механизм может проявляться только в совокупности с воздействием, приводящим к суммарному увеличению энтропии системы (в нашем случае - нагревание).

Все известные поля, генерируемые человеком (за исключением теплового излучения) имеют очень незначительную интенсивность, поэтому можно предположить информационный характер биовоздействия. Под этим мы понимаем такое воздействие, которое имеет пренебрежимо малую энергетику (в сравнении с характерной энергией процесса), но может привести к значительным изменениям в эволюции системы. Известно [19], что эволюция нелинейных систем может быть неустойчива по отношению к начальным условиям, т.е. какое угодно малое начальное возмущение экспоненциально нарастает при изменении параметра, определяющего развитие системы (в данном случае температуры).

Заключение.

Проведенные эксперименты показали существенное различие температурной зависимости ЭП воды при ее нагревании физическими источниками тепла и биологическим объектом. Это свидетельствует о существовании в последнем случае дополнительного фактора помимо теплового излучения. Физическая природа этого фактора пока не выяснена и требует дальнейших исследований, хотя с достаточной степенью уверенности можно говорить об уменьшении энтропии воды при биовоздействии.