5.2. Макроскопические флуктуации результатов измерений. Эффект Шноля

Возможно, одной из наиболее важных проблем современной на­уки является механизм влияния сверхслабых воздействий (связанных, по-видимому, с явлениями, происходящими вне нашей планеты) на ре­зультаты измерения различных процессов, включая биологические.

В течение более 40 лет я с увлечением следил за исследованиями профессора С. Э. Шноля, его сотрудников и последователей. Полу­ченные ими результаты имеют отношение не только к биологической физике, но, с моей точки зрения, и ко всей науке. Как это всегда бывает с существенно новыми экспериментальными результатами, без очевидных объяснений они получили очень холодный прием. Хотя почти каждый ученый заявляет, что экспериментальные результаты, факты являются основанием научного знания, научное сообщество не принимает фактов без хотя бы и неверного их объяснения, без какой-либо теории.

В течение нескольких последних лет, однако, «эффект Шноля» постепенно переходит из класса «это не может быть правдой» в класс «может быть, здесь и есть что-нибудь интересное». Я надеюсь, что переход в статус «это тривиально, все это знают» не потребует так много лет.

В 1955 году, измеряя скорость гидролиза АТР миозином, Шноль наблюдал странное распределение результатов — они группировались вокруг 2-х или 3-х дискретных значений, а вероятность появления ре­зультатов между ними была ниже. После тщательного воспроизведения результатов, Шноль опубликовал свою первую статью, описывающую эффект «микроскопических флуктуаций» в журнале «Вопросы меди­цинской химии» [91]. Многие журналы с более высокой репутацией его статью отклонили. После неудачных попыток объяснить получен­ные данные особыми свойствами молекул белков в водных растворах, Шноль начал беспрецедентную 40-летнюю серию аналогичных экс­периментов от химических реакций низкомолекулярных соединений до процессов радиоактивности и измерения гравитационной постоян­ной (последние результаты см.

Рис. 5.2. Распределение 15 000 результатов измерения а радиоактивности ²³⁹Ри. Каждая из 15 линий нанесена после 1 000 последовательных измерений. Длительность одного измерения — 6 с. Абсцисса — a-активность в импульсах за 6 с. Ордината — число измерений с данной активностью (по [101])

Рис. 5.3. Пример совпадения тон­кой структуры гистограмм различных процессов: 250 синхронных изме­рений С^|4/3-распада (сплошная ли­ния) и скорости реакции аскорбино­вой кислоты с дихлорфенолиндофе- нолом (пунктирная линия). Абсцис­са — амплитуда флуктуаций (в до­лях стандартной ошибки ), невозмущенной системы и внешнее низкочастотное возмущение. Равновесные флуктуации термостата могут привести только к неболь­шим сдвигам тонкой структуры гистограммы. Форма тонкой структуры определяется, таким образом, только параметрами внешнего низкоча­стотного возмущения.

Обозначим волновую функцию последнего квантового состо­яния изучаемой системы перед входом в туннель, а — квантовое состояние осциллятора, сопряженного с . Пусть, например, *ф_х — это волновая функция молекулы (или молекул) перед квантовым скачком сквозь туннель, a V>2 “ волновая функция продукта химической ре­акции перед диссипацией энергии. Можно сказать, что эти состояния сопряжены внешним возмущением (в случае равновесных систем роль возмущения играют, как было сказано выше, равновесные флуктуа­ции термостата). Адекватный осциллятор способен взаимодействовать с обоими состояниями. С другой стороны, должно существовать неко­торое сходство между *ф_х и ^₂: никакой туннельный перенос не может превратить Н₂О в С₆Н₆!

При прочих равных условиях вероятность перехода между состо­яниями и ^₂ пропорциональна интегралу перекрывания S между этими функциями:

Здесь U - Е — расстояние между уровнем квантовой системы и вершиной потенциального барьера, L — ширина барьера, a m — эффективная масса квантовой системы, претерпевающей квантовый скачок между начальным и конечным состояниями.

Универсальность эффекта Шноля приводит к предположению, что внешнее возмущение изменяет значение т. Это значит, что внешнее возмущение изменяет гравитационную постоянную в месте располо­жения измерительного устройства.

Внешнее возмущение действует не на квантовую систему не­посредственно, а на соответствующие осцилляторы термостата или

физического вакуума, уровни которого могут быть сопряжены с соот­ветствующими уровнями квантовой системы.

Как уже было подчеркнуто выше, одним из наиболее важных результатов анализа, приведенного в [103], была независимость спек­тральной плотности р от масштаба энергии изучаемой системы или процесса. Предположим, что спектральная плотность р_дт данного ос­циллятора, чувствительная к гравитационной постоянной, тоже не за­висит от масштаба энергии. Тогда вероятность локализации чувстви­тельных к гравитации осцилляторов внутри интервала частот «канала туннеллирования» будет одинакова для всех систем и процессов. Если последний квантовый скачок ^/ф_[ —+ ip₂ осуществляется через такой «канал туннеллирования», то вероятность его реализации будет ос­циллировать во время измерения с внешним низкочастотным возму­щением, т. е. в нашем случае с частотой осцилляции гравитационной постоянной. Относительное число таких специфических элементар­ных актов должно быть мало по сравнению с полным числом ак­тов, приводящих к появлению конечного продукта (или конечного состояния):

і

Мы можем сказать таким образом, что все элементарные акты туннеллирования, приводящие к появлению конечного состояния изу­чаемой системы, естественно разделяются на два типа. Большая часть включает осцилляторы, нечувствительные к гравитационной постоян­ной, т. е. к внешнему низкочастотному возмущению. Меньшая часть включает осцилляторы, чувствительные к изменению гравитации. Эти два типа элементарных актов не взаимозаменяемы, их статистиче­ская обработка приводит к образованию гистограмм с различными широтами огибающих кривых. Это объясняет сравнительную узость положительных и отрицательных выбросов на гистограммах и отвечает на пятый вопрос.

Кроме осциллирующей гравитационной постоянной, ее среднее значение зависит от локального распределения окружающих масс, поэтому тонкая структура гистограммы должна зависеть от поло­жения измерительного устройства относительно, например, Солнца и Луны.

Конечно, предлагаемое здесь объяснение эффекта Шноля не мо­жет интерпретировать все бесчисленные результаты, полученные в те­чение более чем 40 лет интенсивных исследований. Я надеюсь, однако, что предложенный подход (только подход) может помочь уяснить смысл фундаментальных результатов Шноля.

Кажется ясным, что будущая теория эффектов, открытых Шнолем, не потребует новых физических постулатов.