ДИНАМИКА И НИЗКОЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР ВОДЫ
Кочнев И. Н.
Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет, 194223 Санкт-Петербург,
Низкочастотный колебательный
спектр воды (и других жидкостей), содержащий непосредственную
информацию о динамике молекул, похож на спектр кристалла в гораздо
большей степени, чем на спектр газа. Поэтому кажется разумным
подойти к описанию динамики жидкости путём анализа причин изменений
спектра кристалла при плавлении. Измерены автором ИК-спектры лёгкой
и тяжёлой воды в области трансляционных колебаний в интервале
температур 0 - 40 оC. Происхождение нерегулярного
молекулярного движения воды и соответственно низкочастотного спектра
объясняется на основе выводов теории нелинейной динамики гамильтоновых
систем. Процесс плавления кристалла рассматривается как результат
перехода к хаотическому режиму движения в системе решёточных колебаний
(фононов) по достижении определённой степени возбуждения. Нелинейное
взаимодействие колебательных мод в жидкости приводит к их перемешиванию,
вследствие чего отдельные моды становятся неразличимыми и сложная
структура трансляционного спектра кристалла заменяется в спектре
жидкости одной полосой. Температурную зависимость интенсивности
трансляционной полосы воды удаётся объяснить, только если принять
во внимание, наряду с разрывом водородных связей, существование
вырождения возбуждённого колебательного состояния. Эффекты слабых
воздействий и долговременной памяти воды связаны с существованием
неразрушающихся мод. Системами с хаосом можно управлять при очень
низкой затрате управляющих ресурсов сравнительно с результатом
управления. Частным случаем такого управления является действие
магнитного поля на воду. Реакция нелинейной системы происходит
по механизму вторичного резонанса на частотах фазовых колебаний.
Говорить о структуре воды в кристаллографическом смысле нет оснований,
однако в ней, по-видимому, имеются некоторые элементы порядка,
связанные с коллективным движением. При плавлении разрушаются
в первую очередь моды вблизи края зоны Бриллюэна, более длинноволновые
же моды остаются интактными. Возможно, из этих мод образуются
солитоны, скорость перемещения которых может быть намного меньше
скорости звука. Они могли бы служить переносчиками информации
в организмах.