В ИОФ РАН ученые обсудили перспективы развития физики водных растворов
12 декабря 2018 года в Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) прошла конференция «Физика водных растворов». Мероприятие получилось представительным: в его работе приняли участие около 100 специалистов из разных городов России.
На открытии конференции с приветственной речью выступил академик-секретарь Отделения физических наук научный руководитель ИОФ РАН академик И.А. Щербаков, затем устные доклады представили специалисты в области физики водных растворов из различных институтов (МГУ, ИОФ РАН, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ФИАН и ИБК РАН).
К настоящему времени общепризнано, что внешнее воздействия – оптическое, плазменное, механическое, дегазация и, наоборот, газонасыщение – могут кардинально изменять макроскопические свойства жидких растворов, а также их ионный и молекулярный состав. Представляется целесообразным попытаться найти определенную общность в самых различных явлениях физики.
Круг этих явлений чрезвычайно разнообразен. Он включает в себя биологическую активность растворов, подавление шумности подводных лодок, а также эффекты высоких степеней разведения растворов, столь неоднозначно воспринимаемые из-за отсутствия их удовлетворительного объяснения. Дискуссии вокруг высоких степеней разведения являются особенно острыми в силу их применения без четкого понимания механизмов воздействия на биологические объекты. Остаются сомнения и в принципиальной возможности существования таких эффектов.
Естественна априорная сдержанность участников конференции в оценке возможных объяснениях результатов, не имеющих удовлетворительной интерпретации. Настоятельно желаемыми остаются достоверность выводов и точности экспериментальных измерений, а главное, попытки найти объяснения, не противоречащие фундаментальным основам физики.
Сразу после появления лазеров в начале шестидесятых годов А.М. Прохоровым с сотрудниками был открыт светогидравлический эффект. Он состоит в том, что при фокусировке лазерного излучения в жидкость в ней возникает ударная волна, которая может разрушать находящиеся в жидкости мишени. Ударная волна возникает за счет схлопывания воздушных пузырей, образующихся в жидкости под действием лазерного излучения. Впоследствии с использованием этого эффекта был создан уникальной медицинский комплекс «Лазурит» - литотриптор, прибор для разрушения камней в организме человека.
Было установлено, что воздействие лазерного излучения наносекундной длительности на водные растворы существенно изменяет их ионный состав. Происходит разложение воды на молекулярные водород и кислород и пероксид водорода. Под действием плазмы, создаваемой в фокусе излучения лазера, образуются также гидроксидные радикалы.
Известны результаты взаимодействия воды с аргоновой плазмой, приводящего к образованию пероксида водорода (полученный водный раствор назван плазмолитом). Разработанная технология позволяет изменять концентрацию пероксида в широких пределах.
Эксперименты по исследованию биологической активности плазмолита, проводимые с различными сельскохозяйственными культурами, выявили ее существенную концентрационную зивисимость. Применение высоких концентраций пероксида (10-6 моль/л) приводит к полному подавлению эволюции растений. Плазмолит с концентрацией 10-7 моль/л не оказывает никакого влияния, раствор же с концентрацией плазмолита 10-8 моль/л оказывает значительное положительное воздействие на развитие сельскохозяйственных культур.
Естественной представляется гипотеза о том, что в основе всех перечисленных явлений лежат сходные механизмы, обусловленные наличием нанообъектов в водных растворах. Ударная волна образуется за счет кавитации пузырьков воздуха, имеющих наноразмеры. Образование кластеров из наноразмерных частиц, всегда присутствующих в водных растворах, приводит к усилению лазерного электромагнитного поля, возможно, на несколько порядков, что стимулирует процессы диссоциации молекулы воды под действием электронного удара плазмы. Нестационарное механическое воздействие на воду также может приводить к кластеризации наноразмерных частиц и изменению ионного состава.
Представляется также плодотворной выдвинутая идея о том, что в ряде случаев высоких степеней разведения растворов нарушается корреляция между концентрацией нанообъектов и степенью разведения, т.е. существует концентрация, которую невозможно понизить никаким числом разведений.
Дальнейшие исследования должны способствовать, в частности, подтверждению или опровержению высказанных гипотез.
Состоявшееся мероприятие может явиться импульсом для более глубокого разностороннего и последовательного изучения физики водных растворов. По итогам конференции «Физика водных растворов» ее участники решили сделать это мероприятие ежегодным.