Ежеминутно, ежесекундно поверхность Земли бомбардируют потоки космических частиц — катализаторов земных физико-химических процессов.
Далеко не все еще изучено в природе этих излучений. Понимание природы космических лучей в какой-то мере продвинулось в последнее время, когда человечество шагнуло в новую, космическую эру. Однако давно многочисленные исследования в области палеонтологии, геологии, экологии и др. заставляли ученых задумываться о взаимосвязи циклических изменений на Земле и космических воздействий на нее. Но до тех пор, пока человек не смог оторваться от Земли и как бы со стороны взглянуть на нее, нельзя было точно рассчитывать и прогнозировать степень этого воздействия на многообразие жизненных процессов.
Что же такое космические лучи? Что несут они — жизнь или смерть, каким образом влияют на химические и физические процессы Земли? В настоящее время наука уже точно установила их безусловное влияние не только на все живое на Земле, но и на неорганические вещества. Так, некоторые элементы под влиянием космических излучений приобретают свойства радиоактивных веществ. В качестве примера можно привести процесс образования радиоактивного изотопа углерода Си, крайне важного для поддержания биологической активности на Земле на постоянном, определенном уровне. Ежегодный баланс этого вещества в природе составляет всего лишь 1 т. Соединяясь с кислородом, этот изотоп образует радиоактивный углекислый газ, который вместе с обычным углекислым газом поглощается растениями, а уже затем переходит через растительную пищу к животным и человеку.
В последние годы была выдвинута гипотеза, на основании которой оптимальным условием поддержания необходимого для жизни углеводородного баланса в атмосфере является неизменный уровень воспроизведения радиоактивного изотопа углерода в пределах 1 т в год. Это соотношение на протяжении последних 20 тыс. лет остается постоянным. Ряд современных исследователей высказывает мнение о том, что нарушение углеводородного баланса на Земле послужило причиной вымирания отдельных видов животного и растительного мира в процессе смены отдельных геологических эпох.
В настоящее время происходит сокращение площади, занимаемой растительностью (площадь лесов, например, за последние 100 лет на Земле уменьшилась почти на 75%). Это несет опасность нарушения необходимого условия биологической устойчивости на Земле, поскольку растительность служит промежуточным преобразователем энергии космических лучей в биологически активные микроэлементы. Космические лучи — это энергетическое проявление дальнего космоса, его дыхание. Астрофизиками доказано, что космические лучи возникают в момент образования сверхновых звезд, энергетические реакции которых достигают земной оболочки, проходят сквозь нее, преобразуются в своей структуре и, обогащенные взаимодействием с элементами земной поверхности, продолжают свой дрейф в отдаленные участки космоса.
Иногда космические лучи сравнивают с ливневым дождем. Первичная космическая частица, попадая в верхние участки земной атмосферы, распадается в виде фейерверка, порождая потоки вторичных космических частиц, которые, в свою очередь, могут преобразовываться в более мелкие корпускулярные энергетические частицы, расширяющие взаимодействие поля и вещества. Впервые существование подобных «ливней» вторичных космических частиц было открыто академиком Д. В. Скобельциным, который и положил начало изучению физики космических лучей. В среднем интенсивность космического излучения за пределами земной атмосферы составляет около двух частиц на 1 см2/с. Первичные космические лучи — это ядра различных химических элементов, главным образом ядра водорода — протоны, движущиеся в космическом пространстве с огромными скоростями. Энергетические эквиваленты космического излучения изменяются в весьма широких пределах и характеризуются энергиями до 1014 эВ, что значительно превышает энергии искусственно фокусируемых частиц, формируемых ядерными ускорителями.
В этом отношении космос представляет собой универсальную лабораторию, в которой могут исследоваться самые тонкие процессы взаимодействия корпускулярных частиц с веществом. Формы этих взаимодействий очень разнообразны и еще далеко не изучены. В последнее время были открыты такие участки космоса, в пределах которых энергетические взрывы достигают интенсивности, значительно превышающей расчетные значения, предсказывавшиеся современными физиками. Обнаружены и такие участки космоса, которые полностью поглощают энергию всех падающих на них частиц и обладают свойствами материальных объектов, синтезированных из античастиц и антиэлементов.
В настоящее время состав частиц первичного космического излучения в достаточной мере изучен и характеризуется следующими концентрациями: протоны составляют 85% всего потока космических лучей, около 15% — ядра гелия (альфа частицы) и ничтожный процент ядра более тяжелых элементов с атомным зарядом свыше 50.
Процесс преобразования энергии космических лучей может быть следующим. Потоки первичных космических излучений захватываются вихревым магнитным полем Земли, где происходит их уплотнение и формирование слоя неоднородной магнитной плазмы, называемого радиационным поясом. Под воздействием порывистого «космического ветра», бомбардирующего внешнюю оболочку радиационного пояса, периодически происходит его прорыв и тогда сгустки космических частиц, словно бы транспортируемые в «магнитном контейнере», врываются в верхнюю часть атмосферы. Частица первичного излучения создает в земной атмосфере вторичные космические частицы пю-мезоны, мю-мезоны, электроны и позитроны.
Следует особо оговорить, что радиационные пояса Земли были обнаружены при обобщении данных по измерению космических излучений искусственными спутниками Земли. Радиационные пояса — это области пространства, заполненные заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли. Впервые внутренний радиационный пояс был обнаружен американским ученым Дж. Ван-Алленом, а внешний — советскими физиками Н. С. Верновым и А. Е. Чудаковым. Радиационные пояса можно рассматривать в качестве своеобразных энергетических барьеров, которые энергетические частицы могут преодолевать лишь при определенных условиях. Внешний радиационный пояс сдерживает энергетическое дыхание космоса и как бы ослабляет влияние потока энергетических частиц на процессы, протекающие в земной атмосфере.
Это открытие еще более прояснило механизм взаимосвязи солнечной активности, космических аномалий с магнитными бурями и другими геофизическими явлениями, наблюдаемыми непосредственно в земной атмосфере и биосфере. Радиационные пояса охватывают Землю в виде гигантского тороида, своеобразного бублика, толщина которого составляет 7—8 радиусов Земли. Тороид вытянут в пространстве и деформирован в той части околоземного космического пространства, которая ориентирована против солнечного ветра. Таким образом, в ночной части околоземной атмосферы образуются магнитные силовые линии, вытянутые на расстоянии 8—9 радиусов Земли. Напряженность магнитного поля вдоль этих линий оказывается минимальной. Но магнитные «хвосты» играют важную роль: именно по ним происходит сток энергии магнитной плазмы, порождая неравномерное распределение электрически активных корпускул космических лучей. Нужно заметить, что в связи с неоднородностью магнитного поля в радиационных поясах Земли все пространство, в пределах которого идет распад первичных космических частиц на вторичные, может рассматриваться как своеобразный концентратор энергии космических лучей. Уровни энергии вторичных космических лучей, проникающих в земную атмосферу в своеобразных «магнитных контейнерах», будут зависеть от степени неоднородности радиационных поясов и интенсивности солнечного ветра. Эти обстоятельства вызывают неравномерное распределение по поверхности Земли энергии космических излучений. Квантовая структура магнитного поля Земли обусловлена прежде всего пространственно неоднородными формами радиационного пояса.
Наши исследования, проведенные в арктических и антарктических условиях, позволили установить некоторые новые данные о временных вариациях продольной составляющей магнитного ноля Земли. Было выяснено, что суточная вариация квантового поля Земли характеризуется периодами 3—5 ч. Это означает, что через каждые 3—4 ч резко меняется напряженность магнитного поля за счет смещения границ пространственной неоднородности радиационого пояса относительно внешней оболочки земной атмосферы. Особое влияние на живые организмы оказывают вторичные частицы пю-мезоны, мю-мезоны и нейтрино.
С помощью специальных ионизационных установок производилось исследование интенсивности мю-мезонной компоненты на одной из опытных станций.
Такой график, характеризующий интенсивность мю-мезонной составляющей после учета температурной нестабильности, приведен. Кривая 2 отражает интенсивность квантового магнитного поля, зарегистрированного на станции «Северный полюс-16» в 1971 г. Сравнение кривых убедительно показывает совпадение по времени участков максимальной напряженности магнитного поля и мезонной компоненты. На основании этого можно сделать заключение, что вариации квантово-магнитного поля, обусловленного, как это уже было указано выше, пространственной неоднородностью магнитной плазмы в радиационных поясах, непосредственно влияют на интенсивность вторичных космических лучей, бомбардирующих поверхность Земли. Это влияние носит планетарный характер, так как одновременно сказывается как в средних широтах Земли, так и на удаленных ее участках, например, в Антарктиде. Но если связь между мезонной составляющей и квантовым магнитным полем может быть установлена по данным физических измерений, то совершенно особый аспект приобретает вопрос обоснования физического механизма воздействия квантового магнитного поля на биологические функции.
Как показывают измерения интенсивности электрических реакций мозга у полярников, в те же месяцы, когда происходило исследование биологических функций их организмов, биоэлектрические реакции мозга у них активизировались в момент уменьшения напряженности магнитного поля. Возникает предположение, что именно в эти фазы ослабления напряженности квантового магнитного поля, действие которого можно рассматривать как разновидность своеобразной биологической помехи, возникают оптимальные условия для протекания биоэлектрических процессов мозга. Не связано ли это с воздействием на мозг потока корпускулярных частиц особой природы? В данном случае на процесс биологической активности, по-видимому, оказывают влияние корпускулярные частицы, слабо взаимодействующие с электрическими и магнитными полями. Иначе говоря, для подобных частиц экранирующее действие радиационных поясов выражено в гораздо меньшей степени по сравнению с мю-мезонными частицами.
Советский ученый Н. И. Кобозев высказал предположение об особой биологической активности нейтрино. Не является ли нейтрино-поток космического происхождения тем источником энергии, который поддерживает биоэлектрическую активность всего живого на Земле? И если это так, то человеческий мозг может быть уподоблен своеобразному космическому детектору, способному эффективно взаимодействовать с всепроникающей частицей нейтрино, которая в доли секунды может пронзить земной шар. На нейтрино, например, не влияют ни электрические заряды, ни внутриядерные силы электростатического взаимодействия. Можно предположить, что мозг благодаря взаимодействию с нейтрино приобретает особые термодинамические свойства, обеспечивающие высокую биологическую устойчивость, несмотря на массу источников физических помех в окружающей атмосфере.
Определенную актуальность представляет также задача исследования характера взаимодействия мозга с корпускулярными частицами ПСИ-1 и ПСИ-2, открытыми в 1974 г. американскими учеными. Наши исследования эффектов электролизации мозгового вещества, связанные с наблюдением так называемого пространственного туннельного эффекта, позволяют предположить, что в составе материальных субстратов мозга имеются энергетические частицы, значительно меньшие по своим зарядовым свойствам, чем электрон. Именно такого рода частицы и могут вступать во взаимодействие с нейтрино. Ученый Н. И. Кобозев, например, допускает, что нейтрино должно вступать во взаимодействие с материальными элементами на более глубинном уровне, чем тот, который определяется атомно-молекулярным строением вещества
Как же рождается это загадочное нейтрино? Существуют различные мнения ученых о его происхождении. Нейтринный поток может возникать в космосе при распаде звездного вещества. Эта частица может высвобождаться и при распаде мю-мезонной частицы. Именно таким путем и происходит, по-видимому, нейтринная «накачка» биосферы. Причем наиболее эффективно она проявляется в момент ослабления потоков мю-мезонных частиц, т. е. при заметном ослаблении действия биологической помехи. Именно в этот период детекторные функции мозга, его способность реагировать на нейтринные частицы, приобретает оптимальные свойства. Наши наблюдения над динамикой биоэлектрических процессов у полярников подтверждают возможность повышения чувствительности мозга по отношению к потоку нейтринных частиц по мере увеличения длительности зимовки. Это показывает изменение информационного показателя биоэлектрической активности мозга, неуклонно возрастающего на протяжении всей зимовки и достигающего максимального значения к ее концу. Такой результат предостерегает и от возможной нейтринной перенасыщенности мозговой энергии, что чревато нарушениями психических функций человека.
В науке был предпринят ряд попыток выделить нейтрино в чистом виде или доказать возможность взаимодействия этой частицы с веществом. Создавались сложные, массивные экраны для нейтрализации действия всех других частиц и улавливания нейтрино. Однако четкие результаты так и не были получены. Для наблюдения особенностей взаимодействия мю-мезонных частиц и вещества оказался более эффективным метод космического зондирования. Так, в 1965 г. американский физик Л. Альварес предложил использовать анергию мю-мезонных частиц для зондирования пирамид космическими лучами. Был разработан проект «пирамида», задачей которого было изучение и выявление пустот в толще пирамид. В пирамиде фараона Хефрена были установлены высокочувствительные детекторы для регистрации заряженных космических частиц мю-мезонов. Проникая сквозь толщу пирамиды, они в различной степени поглощались монолитными и пустотелыми участками пирамиды. При наличии пустот детектор регистрировал повышенную интенсивность частиц. В течение 1968 г. было обследовано таким образом около 20% объема пирамиды. Так была доказана практическая применимость данного метода для археологических исследований.
Особенно главу в практике физических измерений могли бы составить методы, основанные на учете энергетического взаимодействия нейтрино с веществом специального датчика, способного реагировать на эффект биологического излучения. Такой датчик жидкокристаллической структуры проявляет большую чувствительность к воздействию корпускулярных частиц альфа — и бета-типа. Он регистрирует ионизационные эффекты, вызванные мю-мезонными частицами, и одновременно оказался чувствительным к восприятию эффектов биологической активности энергетических реакций коры головного мозга. Не исключено, что на его основе может быть создан детектор для селекции нейтринных частиц.
Более детальное рассмотрение физико-химических свойств мозговых структур приводит некоторых исследователей к выводу об их повышенной восприимчивости к магнитным воздействиям. Опытами советского ученого Ю. А. Холодова установлено, что чувствительность мозговых структур в восприятии магнитного поля составляет доли эрстеда, т. е. таких пределов, которые обусловливаются колебаниями естественного магнитного поля Земли. Пассивный мозг, как показали исследования, оказался более эффективным детектором по отношению к потоку космических излучений. Это можно объяснить снятием тормозящего действия рецепторов и нижележащих отделов центральной нервной системы. Нужно сказать, что вывод, сделанный на основе данных эксперимента с мозговым веществом, совпадает с результатами, полученными в процессе психологических опытов. На этом принципе в последнее время строятся различные методики по ускоренному обучению иностранным языкам и другим предметам. Болгарский ученый Лозанов доказал, что на границе сна и бодрствования чувствительность восприятия информации заметно возрастает. По наблюдениям Ю. А. Холодова, мозговое вещество играет функцию своеобразного детектора переменного магнитного поля.
В последнее время особая роль придается тем мозговым структурам, которые связаны с нейронами и выполняют функции концентраторов электрических зарядов. Речь идет об особых видах нервных образований, называемых глиями. Не являются ли они элементарными детекторами ионизирующих излучений, вызванных воздействиями потоков космических частиц? Если бы удалось сфотографировать структуры переменного поля, возникающего в активном мозговом веществе, то мы могли бы убедиться в резкой неоднородности пространственных характеристик электрической реакции мозгового вещества. В этом смысле модель неоднородного электрического поля могла бы быть уподоблена тому участку космического пространства, которое выполняет функции радиационного пояса, предохраняющего поверхность Земли от проникновения мощного потока космических частиц.
Не выполняет ли подобную защитную функцию переменное, квантовое электрическое поле мозга, экранируя хрупкие, сверхчувствительные глубинные его рецепторы от постоянной бомбардировки их потоками корпускулярных частиц? Осуществленные нами исследования с жидкокристаллическими бесконтактными датчиками подтвердили возможность применения теории неоднородной плазмы для исследования различных психических состояний человека. Во время сверхнапряженной эмоциональной нагрузки, например, резко возрастает пространственная неоднородность электрического поля мозга, достигая таких уровней, при которых мозг может вызвать заметный эффект ионизации окружающего пространства.
Уже давно обнаружен синхронизм между вспышками отдельных заболеваний и магнитными явлениями, развивающимися в околоземном пространстве. Магнитные потрясения в космосе служат причинами потрясений и в биосфере. Около 40 лет назад А. Л. Чижевским были предсказаны вспышки мощных эпидемий гриппа на основании изучения динамики эпидемий гриппа в предшествующие годы, которые он связывал с изменением солнечной деятельности. Уже после смерти ученого в 1957—1959 гг., а также в 1965 г. действительно наблюдались эпидемии гриппа, совпавшие по своим срокам с прогнозами Чижевского.
Квантовый характер магнитного поля обусловливает высокую степень синхронизации электромагнитных излучений космической природы и низкочастотных магнитных волн мозгового вещества. Тем самым подтверждается факт, что плазменный передатчик мозга настроен на частоту резонансного контура магнитосферы. Влияние эффекта радиационной защиты мозговых центров особенно отчетливо проявляется во время угасания жизненных функций человеческого организма.
При наблюдении тяжело больного человека с помощью жидкокристаллических датчиков можно неоднократно убеждаться в том, что распад мозга сопровождается процессом разрушения квантового электрического поля и утратой экранирующих функций мозгового вещества, своеобразной магнитной защиты внутренних центров мозга от проникновения внешнего потока корпускулярных частиц. Необходимо отметить, что и у здорового человека функции плазменной защиты мозга могут изменяться в широких пределах, тем самым вызывая колебания жизненной активности. Подобно тому, как космический корабль, пролетающий через толщу радиационных поясов Земли, обязательно должен быть снабжен экранами, защищающими его от проникновения губительных радиационных излучений, так и человеческий мозг наряду с информационной функцией выполняет роль своеобразного плазменного экрана, защищающего его глубинные центры.
В радиационных экранах космического происхождения могут возникать эффекты концентрации энергии, выброса сгустков высокоэнергетических частиц и другие физические аномалии. Именно такие предположения на возможность транспортирования огромных энергетических импульсов на колоссальные космические просторы выдвигались в последнее время ведущими астрофизиками мира. Так, академик В. А. Амбарцумян в одной из своих работ, посвященных проблеме нестационарных явлений в Галактике, писал: «Поскольку вне ядра Галактики мы обычно не имеем источников, способных к быстрому высвобождению очень больших количеств энергии, возникает мысль о возможности случаев, когда энергия взрыва выносится из ядра каким-то носителем, а затем ее освобождение происходит на некотором расстоянии от ядра. Гипотеза о возможности подобных процессов позволила бы объяснить целый класс космических явлений. Я имею в виду обнаружение весьма бурных форм активности ядер Галактик и открытие квазизвездных источников излучений — квазаров. Нет сомнения, что между обоими этими классами объектов существует тесная связь. В этом сходятся как сторонники, так и противники космологического истолкования квазаров. Подобно тому как ракета может доставить взрыв разрушительной силы в заданную точку пространства, сгусток плазменного вещества космической или биологической природы, разогнанный до больших скоростей вращающейся квантовой радиационной оболочкой радиационного пояса, может быть выброшен на значительное удаление и претерпеть распад с одновременным высвобождением энергии потока космических частиц.
Некоторые опыты биофизического характера подтвердили возможность регистрации плазменных сгустков, вызванных нестационарными квантовыми эффектами, происходящими в коре головного мозга. Присутствие таких взрывных источников биологической природы в пространстве, окружающем человеческое тело, было зафиксировано на фотоэмульсию. Она помещалась в темный, герметически закрытый пакет и возможность ее засветки другими источниками была исключена. Опыт показывает, что существует принципиальная связь между нестационарными квантовыми явлениями, протекающими на различных уровнях космического пространства, и биологическими объектами. Академик Б. А. Домбровский, говоря о формах взаимосвязи живого и неживого, подчеркивал: «Мы со своей стороны уверены, что неисчислимое количество индивидуальностей в биотическом мире обязано своим существованием не только комбинаторно-статистическим возможностям шести нуклеотидов, но также обусловлено пространственным свойством живого — внешней форме и внутренней структуре, как производным взаимодействия организма и среды. Иными словами, нам необходимо обратиться и к этой очень мало известной области нашего земного опыта.
Но если учитывать форму и структуру организмов в их пространственно-динамической (или пространственно-энергетической) интерпретации, то следует иметь в виду и значения обоих векторов реального пространства, полярного (электрического) и вращательного (магнитного), которые представляют собой элементарные жизненные (биотические) векторы электромагнитных участков Галактики».
Особая регулирующая роль магнитного вектора Земли была установлена при исследовании эволюционных явлений. Существует гипотеза, что причиной вымирания гигантских ящеров—рептилий в конце мелового периода геологической истории Земли явилась повышенная интенсивность космических лучей, вызванная резким изменением ориентации магнитного поля. Положение магнитного поля Земли не является постоянным. В момент резкого изменения полярности соответственно изменяется ориентация радиационного пояса Земли и огромное количество космических частиц как бы прорывается через экранирующий, защитный радиационный слой. Эффект радиации в отдельных участках Земли может достигать недопустимо высоких уровней и быть одной из причин внезапного вымирания не сумевших приспособиться представителей флоры и фауны. В момент смены полюсов на противоположные магнитное поле на какое-то время исчезает и, когда оно снова появляется, то уже отличается противоположной полярностью. Подобная инверсия магнитного поля неоднократно зафиксирована на Земле и имеет временные периоды от 50 тыс. до 1 млн. лет. Существует предположение, что причиной инверсии магнитного поля служит изменение ориентации магнитных характеристик ядра Земли.
Наряду с эффектом инверсии магнитного поля мы сталкиваемся с эффектами микроинверсий. Они наблюдаются достаточно регулярно (3—4 раза в год). Эффект микроинверсии заключается в изменении фазы напряженности квантового магнитного поля. В то время как эффект инверсии связан с состоянием магнитных свойств внутреннего ядра Земли, эффект микроинверсии вызывается изменением структуры магнитной плазмы в радиационном внешнем поясе Земли. Таким образом, вся биосфера как бы находится в зависимости от состояния магнитных полей, находящихся во внутреннем ядре Земли и ее внешней атмосферной оболочке. Современные масштабы развития градостроительства, коммуникаций приводят к заметному изменению поверхностного ландшафта Земли и могут быть причинами нарушения магнитных свойств земного шара.
Наши представления о роли космических лучей в природе были бы неполными без учета их особой роли в процессе возникновения жизни на Земле. Существуют две гипотезы о происхождении жизни. Еще в 20-х годах академик А. И. Опарин высказал предположение, согласно которому живая клетка — прародительница всего живого сформировалась в результате синтеза необходимых микроэлементов из химических веществ неорганического происхождения. Жизнь возникла из элементов неживой природы. В соответствии с другой гипотезой, предложенной в 1907 г. шведским химиком С. Аррениусом, жизнь на Земле обязана своим происхождением микроорганизмам, занесенным из других галактик. Гипотеза Аррениуса подтверждается в какой-то мере данными современных астрофизических исследований.
Как известно, строительными элементами при синтезе клетки являются белки и нуклеиновые кислоты. В составе космической пыли, оседающей на поверхности нашей планеты, обнаружены следы более 20 разных видов сложных органических веществ, рассеянных в межзвездном пространстве. Поставляя строительный материал, необходимый для формирования живого белка, космос должен был бы позаботиться и о его катализе с помощью ферментов, входящих в живые микроорганизмы. Американский астроном Саган высказал предположение, что в качестве таких катализаторов выступают микроорганизмы с размерами 0,2—0,6 мк, переносимые в пространстве световым давлением. Подобными размерами обладают споры и вирусы.
Физико-химическое моделирование живой клетки подтверждает возможность воспроизведения в ее структуре таких свойств, которыми обладает клетка сложного организма. Так, в модели клетки холестеринового типа четко просматриваются закономерности, совпадающие с теплопроводными функциями живой клетки. При изменении температуры окружающей среды относительного оптимального значения в 36,6° С ее структура претерпевает деформацию. Иначе говоря, у искусственной клетки как бы нарушается режим деления на отдельные домены. Точно так и у больных клеток живого организма может нарушаться цикл деления. Американскому биохимику Фоксу удалось в растворах неживых белков при температуре в 37° С с добавлением в их состав примесей соединений серы, фосфора, железа и цинка воспроизвести циклы деления искусственных клеток. Не исключено, что только воссоединение этих обеих гипотез о происхождении жизни на Земле придаст новой науке — астробиохимии прикладной аспект и будет способствовать познанию многообразных форм жизненных проявлений на Вселенной.