光及电磁场与生物体作用的机理

第 �� 卷 第 期 甲 倒 钾 字 ! ∀ 辑 # ∃ ∀ %& ∋ ∀ & %∋ ∀ ( %∋ ) !∃ ∗ +,∗ − ∀ # .� � � 年 /. 月 光及电磁场与生物体作用的机理 0 & 一) 1 232 4 � 张锦珠� � !� ∀ # ∃% &# ∋ ∃() # ∋ ∗ ∀# +∃( ∃ , ∃% ) − . () / 01+ (% + , 2 一3 435 6 7 % , + 8 , ) %&9 ∋ # 1 8 � 中国科学院生物物理研究所 , 北京 4: : 4: 4; 摘要 基于以往实验研究所观察到的生物光子发射的非线性现象 , 提 出了光及 电磁 场与生物体作用机理的干涉模型 , 即体外发生相减干涉的同时在体 内发生相加干涉的 假说 , 干涉花样可能是生物 自组织和生物功能的控制者和调节者 < 从非线性可极物体 中位相共辘的角度 , 在理论上研究解释非线性光学效应的必要边界条件 < 结果发现 , 满 足相减干涉的 =∋> ? %∗∗ 方程的解与实验结果相符 , 所必需的条件是非线性可极的并具 有光学活性的双层 , 该双层之间的距离小于光波波长 , 它必须能够在很短的时间内, 即 在小于相干时间内移到撞击波的节面 < 这些条件似乎在光学上是致密而有序的 , 处在 光学上激发的和非线性可极的生物体 内完全可以满足 < 关键词 电磁场 作用机理 生物光子 相干性 干涉 非线性 生物光子发射是 已被公认的普遍现象 , 它是指从活生物体发出的强度从几到几百个光子 ≅! + · Α 9 Β 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积 ; , 波长在 6Χ: 一Δ:: # 9 的超弱光子 < 生物光子计数的统计分布服从 Ε)( + +)# 分 布 , 并且衰减发光 , 即被外来光激发后再发光的松弛方程遵从双曲线规律 , 这些是生物光子场 相干性的必要和充分条件 < 研究生物光子发射的非线性现象是了解它 的物理机理和生物学意 义的关键 < 然而到目前为止 , 在生物光子发射的研究中发现一些实验现象 Φ∗ Γ5Η 是无法从生物化 学甚至从线性生物物理学角度解释的 < 如 Ε) ΕΕ 和张锦珠等人 【’, 6」将双鞭藻培养物分别放在两 个测量室中 , 两个光电倍增管分别记录该两个样品的发光 , 结果发现 8 当两个样品之间的闸门 打开时 , 即当两个样品处于光相通时 , 它们的发光是同步的 < 当该闸门关闭时 , 它们发光的同 步性受到了破坏 !图 4; < Ι Α 0 ∋ 9 0∋ &∃ 和 +Α0 )∗ ϑ 等人4Κ, 34用可见光和白光对培养的肿瘤细胞和正常细胞悬液进行照射 后 , 测量它们的衰减发光强度 < 结果观察到肿瘤细胞的衰减发光与正常细胞不同 !图 6; < 当细 胞浓度达到某一个值后 , 肿瘤细胞的衰减发光强度随细胞浓度的增加呈非线性的增加 , 但正 常细胞衰减发光强度却随细胞浓度的增加而减少 < Λ ∋∗∗ % 等人 ΦΜΗ 对水蚤的发光进行测量 , 结果发现 , 处在相 同发育阶段的雌性水蚤 的发光并 不因数 目的增加而呈线性增加 , 它们显示 出干涉式的变化 , 即当它们之间的距离达某一些值 时出现最大值 , 而达另一些值时出现最小值 !图 Κ; < Ν) Ο% ∗ 等人 ΦΧΗ 在对培养的细菌和培养介质 的发光测量中观察到 , 细菌从培养介质中吸收光 4Π Π Π 一 : 5 一4Χ 收稿 , 6: : : 一: 6一45 收修改稿 国家自然科学基金资助项目!批准号 8 ΚΠ 5 5: 6: Δ; 联系人 !Θ 一 9 ∋ ( ∗8 % 0 ∋ # ΟΡΡΣ + , # + <( Τ Ε <∋ % , % # ; 第 期 5一) 1 23 44 等 6 光及电磁场与生物体作用的机理 7 8 8 � � � � . 7 � � . � � � /7 � � /� � � 7 � � −·咔絮、撼润阳米 8 � � 鲡鲡赢赢赢赢赢 � 7� � ���������、� ! �、 ∀、�##一∃·巾米 绷呀冷米 % &% % # % % ∋ % % ( % % ) % % 时间 ∗∃ + % % , % % − % % . % % 图 & 双鞭藻的同步发光 两个双鞭藻的培养物分别放在测量室 /0 012 2和 30 042 2中 , 两个光电倍增管分别记录这两个培养物的发 光 , 当样品 / 和 3 之间的闸门关闭 0∋% % 一+% % )2 时 , 样品 / 和 3 的发光不同步 , 一旦它们之间的闸门 打开时 , 样品 / 和 3 的大部分闪光是同步的 , 5 示同步闪光 子的多少随细菌浓度的改变而改变 0图 (2 , 当细菌浓度达到某一个值时 , 光吸收达到最大 , 而 后随细菌浓度的增加光吸收可能减少 ∀ +%(%#% 丫渭·米巾、缎职十架6琶工78绷术阳米镇 # % % # )% 细胞 ∗ 9 : 0 7 &% + 2 图 # 肿瘤细胞和正常细胞的衰减发光 用可见光照射细胞悬液 ) 9 ;< 后 , 测衰减发光强度 , 得出肿瘤细胞衰减发光随细胞密度的增加而增加 0曲线 &2 , 但是正常细胞则相反 , 它们的衰减发光随 细胞密度的增加而减少 0曲线 #2 ∀ 光子总计是指整 个衰减过程的相对于介质的发光总和 %占 &% % &) % 水蚤数 图 ∋ 水蚤的光子发射与水蚤在水中的密度关系 处在相同发育阶段的雌性水蚤的瞬时光子发射显示出= 随着 水蚤密度的增加 , 发光强度非线性地改变 , 其最大值和最小 值和水蚤间的距离有关 , 当距离为一些值时 , 发光最大, 为 另一些值时 , 发光最小 3 >? ≅Α ∃∃≅ Β 等人 Χ,Δ 曾报道鸡胚蛋的发光并不简单地等于其蛋壳和内含物发光的代数和 , 其 中 国 科 学 !∀ 辑# 第 � � 卷 � 7 � � � 在 9 /: , �叱 � � � � � . 7 � � � . � � � � / 7 � � � / � � �� 相加相减关系依赖于鸡胚发育阶段 1 本文从经典物理和量子物理角度 对这些非线性现象提出一个可能的机 理 , 用 以解释活生物体与弱光子发射 之间 的相互作用 , 同时也可用于解释 活生物体与弱电磁场间的相互作用机 理 1 了旧日1小米、绷卞阵米 . � � ; �� � � < � � /� � � 时间 => ,? 图 ; 培养在 9 /: 介质中的 &1 ≅Α ΒΒ ΑΧ ,, 的超弱发光 随培养时间的增加 , 细菌浓度达到某一些值时 , 细菌从介质中 光吸收达最大 , 而另一些值时 , 光吸收达最小Χ Δ / 基本思想 解释上述所有现象的基本思想如 下 6 电磁场 , 特别是生物光子 , 以下列 方式叠加 , 即在与生物体有关的空间 内 、 有关的时间间隔内 , 形成相减干涉 和相加干涉花样 !图 7# , 它们 “组织”和 “控制”着细胞内和细胞间生物大分子的运动及活性 1 勺‘一狱Ε1斗八曰,1Φ八ΕΓ八曰 瞥紧娜瞥半铡 1厂11胜+∗−∗−1ΗΓ八‘斗Ε沁,‘一=,ΦΓ八曰Φ ‘且一 一八八叭∗∗∗ 0001222 外距离及内距离 外距离及内距离 图 ) 吸收过程中相减干涉原理图 在非线性可极化的双层外人射波和反射波形成相减干涉 , 其结果在内发生相加干涉 以细胞为例加以说明 ∀ 细胞内的分子光学上所允许的转换时间为几纳秒 ∀ 众所周知 , 这个 衰减时间也是相干时间 , 因为在这个时间内 , 运动着的波包的相位关系不发生改变 , 而在这个 时间以后 , 光已穿过了约 &% 。9 , 远大于细胞的尺寸 , 这就意味着细胞内的光子处于局部区域 的想法并不真实 ∀ 实际上 , 在细胞这样光学上致密的物体中 , 分子对振荡的电磁场的反应好像 大海 中的小船随波荡漾 , 而不是局部地吸收单个光量子 ∀ 光子的吸收和发射是非定域的事件 , 从概率上说 , 它发生在某一个固定局部区域的可能性非常小 , 因此认为生物光子是由特殊分 子发射的想法是不真实的 ∀ 此外 , 在一个细胞的区域内 , 光子的位相关系是不可能丢失的 ∀ 细 胞为光 , 甚至为混沌光提供了经典的相干空间 ∀ 正如 Η; Ιϑ >?∃ Δ在 (% 年前所指出的那样 , 一旦所 研究的物体的密度比所研究的光子场的相干体积的倒数高 , 或者说一旦光子场的波长比可能 对光吸收物的平均距离大时 , 认为光子场是完全混沌场的看法就是极端错误的 ∀ Η; Ιϑ > 预言了 在所研究体积内干涉花样的重要性 , 显然在活生物体中可以满足 Η; Ιϑ > 所说的条件 ∀ 例如 , Η Κ / 相邻的碱基间的距离为几个埃 , 而可见光的波长大约为 )% % < 9 , 它远比 Η Κ / 相邻的碱 基间的距离大得多 ∀ 从经典物理角度或者从量子物理角度 , Η; Ιϑ > 的理论迫使我们考虑活生物 第 期 5一) 1 23 44 等 6 光及电磁场与生物体作用的机理 体内的生物光子的高度相干性 1 因此有理由猜想 , 细胞内的光子达到了几乎完全相干性 , 它甚 至可以用湮没算符的埃根态 !∗ ,Ι∗? −ϑ Αϑ ∗# , 即完全的相干场来描写 , 这个想法得到了实验的证 实 1 到 目前为止 , 所有的生物光子实验都获得了如下两类可重复的结果 , 它们说明生物光子的 高度相干性 6 ! / # 活生物系统的生物光子发射 , 无论是静止的或动态变化的 , 即瞬时的或受外 来光照射后再发光的松弛过程 , 它们的光子计数的统计分布均服从 23 −−, 3? 分布Κ8Δ Λ !Χ, # 当对 生物系统施以外来刺激时 , 无论是白光 、 单色光或其他光 , 如电磁或机械的刺激而使系统产生 激发态时 , 描写该系统暴露后衰减发光的松弛过程均为双曲线函数匹‘� Δ 1 从生物光子的相干性角度来看 , 篇首所例举的所有现象则很容易理解 1 对它们的解释基 于电磁场 !包括光波 # 的动态干涉花样 , 它们在细胞外空间形成相减干涉 , 而同时必然在细胞 内形成相加干涉 , 从能量守恒角度 , 细胞外形成的相减干涉与细胞内形成的相加干涉相补偿 1 这个简单的假说解释了以下 ; 点 6 ! / # 一旦体外的相减干涉与体内的相加干涉的平衡被任何 畸变干扰时 , 双鞭藻便产生同步闪光 Λ !Χ, # 由于肿瘤细胞丢失了它们的相干性 , 它们显示了比 正常细胞高的辐射率 Λ !,? # 细胞和细胞体系借助干涉花样控制它们之间的相互距离和方位 , 而这些干涉花样是由于细胞的光子发射和再发射形成的 Λ !,Μ # 细菌在相干体积内从发光的营 养介质中吸收光子 1 下面将说明为什么在活的生物体外发生相减干涉而同时必然在体内发生 相加干涉 1 . 理论解释 位相共扼是指用一种非线性的效应精确地倒转波传播的方向 1 这里我们所提出的假说是 基于活的生物体能将电磁波以下列方式进行位相共扼 6 它们能够移进撞击波!,>2 ,?Ι ,?Ι Ν Α Μ∗ # 的节面而使得在每一个时空点再发射的波!反射波#的振幅为人射波振幅的负值 1 由于位相共 扼对再发射的电波的振幅 &! +# + 正比于人射波的共 扼复数 &0 !+ #Λ 是充分的 , 我们只需简单地寻找 &0 !+# Ο 一 & !+ #等式的解 , 该等式意味着仅仅场振幅的虚部 分被反射 , 而其实部分!& ’ Ο &# 穿透所研究的生物体 · 这里将论述非线性可极的双层可 以提供体外发生相 减干涉和体内发生相加干涉的必要边界条件 1 然而 与非生物双层不同 , 生物双层是可 以移动的 , 并且 整个系统能利用相位信息在一个很短的时间 内 , 即 在比相干 时间!乃还短的时间间隔 内移动到这样的 位置 6 使人射波的电场成分至少有一个波节最有效 地与生物系统的双层相匹配 !图 7 , # 1 对这种现象的经典描写可按照电动力学方法从 9 Α Π Ν ∗ ΧΧ方程导 出 6 Θ ·Ρ Ο 2 , Θ ·Σ Ο � , 图 非线性可极化的双层 !/ # !. # 、Π 。 一 , Τ 擎Υ ϑ !� # 中 国 科 学 !∀ 辑# 第 �� 卷 ς ς 沁Θ 火石 二 一— 1己ϑ !; # 这里 & , Σ , ( 和 Ρ 分别为电场强度 、 磁通量 、 磁场强度和电位移 , 户是电荷密度 , Ω为电流密 度 , Ξ 为时间 1 在均匀非磁的和不导电的无 自由电荷物体中引进极化矢量 4 !Ο Ρ 一￡。& #, 便可 得到众所周知的波方程!用 ∃% 单位表示#6 。. , 日Ψ& Α沙、 Μ 乙 一脚 ￡ Ζ二下Ζ Ο 均 一一二二一[Υ ϑ一 Υ ϑΖ !7 # 这里拜。和￡分别为物质的磁导率和介电常数 , 与 & 成正比的线性极化部分已分离出去 , 因只有 非线性部分 2 ∋ Φ 对位相共扼起作用 1 事实上 , 一旦包括非线性极化波方程的一个解为已知时 , 任何一个反向进行的波也是这个 9ΑΠ Ν ∗ΧΧ 方程的一个解 , 因为任何一点它的复振幅是该人射 波的共扼复数 1 这就意味着入射波的 & !∴ ,哟 的变换 Α&0 !一 ∴ , 叻是反射波的一个解 , 这里常数 Α 为任意复数 1 取& , !+, ϑ# Ο /. Ψ Η !+ # ∗ Π 4卜,!淤∴] ##Τ ∗ ∗作为 !7 #式的一个解 , 将其代人!7 #式中齐 性部分 , 则有 Μ . . !+#·协. Λ ·!+ #一 、. Δ, !+#· . /、碧 一 。, ! # 用共扼复数代替! #式 , 则得出 !:#因!<#下Μ Ψ , ·!+#Τ Ξ。 , 。。!+#一 、,」, ·!+#一 . /、刃 ‘!+# Ο � , 它正好是相同的波方程应用在 & 6 !+, ϑ# Ο /= . / !+# ∗ Π2 卜,!砚 Τ ∴] ## ΤΒ Β 在咬 方向的传播形式 1 此得出 ] !+ #Ο ΑΗ , !+#, 这里 Α 为任一常数 1 一般情况下 , 除非对任意的瞬时 ϑ , Α了!一 ∴ , 叻 Ο 一 & !∴ , 刚 , 这不能导致相减或相加干涉 1 面将说明其充分条件 1 首先定义光学的双层 6 、1夕、1户Α⊥88]‘、]‘、 Μ ’“ 一拜。·豁 Μ Ψ “ 一 “。·令 Ο 拜。 Α Ψ 4 ∋ Φ 二 一拜。 ] _ � , 之 ⎯ � , 对透射波 & !] _ �# , 非线性极化的二阶时间导数刚好与反射波 & !] ⎯� #反向 1 很明显这能被像细 胞膜或 Ρ ∋ ) 的 ∗Π Β, 2Χ ∗Π ∗ −!被激活的复合物# 生物双层所识别 1 生物系统是满足 !Ι Α# 和!Ι ⊥# 式边 界条件的最佳候选者 1 根据能量守恒定律 , 对部分体积 Μ Χ !] ⎯ �# 和 姚 !] _ �# 要求如下等式 6 环而 Χ 一叭Ξ环二 � #Τ 瓦二 �##1 甸之· � ,·习6 · � ## ·、〔可!] · Γ,·可!] · 。,#阮‘6 · Γ,·瓦‘6 · � ##, !/� # 这里 百 / 伏, ] #描写人射波伏 _ 3 , ] ⎯ 3 , ] _ 3 #, 召 6 !无, ] #描写反射波 伏 ⎯ 3 , ] ⎯ 3 #和透射波伏 _ 3 , ] _ Γ#1 最后 , 对所研究的双层必须要求当 之 Ο� 时 , & Χ和 & 6 所有时间导数等于零 1 第 期 & 一) 1 23 22 等 6 光及电磁场与生物体作用的机理 旦二兰 ς � 当 Λ 一。, ,一 Χ, . , 。 一 / , . , ⋯ , !/ /#日ϑ ? 这个经典的边界条件要求有一个中间是真空且极性相反的双层 , 这一点用高度非线性极化的 小双层是能实现的 1 同时 , 为了满足!7# 式 , & Χ和 & Ψ在 之方向的梯度在 之 Ο 3 时必须相当高 1 考虑这些边界条件 , 发现下式是!7 #式的一般解 6 石 !+ , 丸, 以 ] , +# Ο !Η !+ #∗ Π 4 !一 ,砚# Τ Η ‘!+ #∗ Π 4 !,叮##!∗ Π 4 !,无] #一 ∗ Π 4!一 ,故##1 !/. # 很容易证实 , 对 之 ⎯ 3 区域的相位共扼 , 反射束 & 6 !+ , ∴ , 以 之, ϑ# Ο & !+, 一以 乙 ϑ# Ο &0 !+ , 弋以 之, ϑ# Ο 一 & !+, ∴ , 以 ] , ϑ# , 因此 , 对于 之 ⎯ � , 该方程的解满足了位相共扼 , 同时也满足了完全相减干 涉 1 它完全满足所有必要 的边界条件 , 包括对所有的 ∴, 以 ϑ, 当 之Ο 3 时 & !+ , 瓦以之, ϑ# 二 3 及当 ] 二 � 时的时间导数等于零 1 对于 之 _ � , ∴ _ Γ, & 维持不变 , 因此发生相加干涉 1 应该注意到 ] Ο � 时 , 外面的空间和时间花样并没有限定 , 即这个”驻波”的每一次调制是 由特殊的边界条件形成的相减干涉 1 这就意味着 , 这个机理可作为一个通讯系统的理想模型 1 这种通讯可 以发生在活生物系统和它的外环境之间 、 活的生物系统之间甚至生物系统内部 1 在这个通讯系统中, 接收者只需要简单地满足这些边界条件 , 就是说在很短时间内, 当干涉对 时空进行调制前 , 即当表达信息的 “语言 ” 还是自由时 , 将它的双层移动到人射载波的一个节 面 1 这种通讯机理不仅在光波范围实现 , 随着波长的增加甚至更容易实现 , 这种作用机理可能 是 自然界生物进化的一种原理 1 � 抽吸力 我们所考虑的机制描述了一个系统为了能量储存和分布利用相位信息的能力 , 这个过程 不是被动的吸收而是一个主动的过程 1 在光波范围 , 形象化地把这个过程称为光子 “抽吸” 1 在 这个过程 中 , 由于向生物体内储存能量需要克服向外移出的能量便形成 了力 , 这个力与人射 波的辐射压方向相反 1 我们采用品质因子为 α 的谐振腔的简化模型来计算光子抽吸力 1 辐射压 2Μ 与对入射波吸收的物体表面的辐射能密度有关 , 即 尸、 Ο ? , βΜ, 这里 ? , 是光子 密度 , βΘ 是光子能量 1 简单地乘其人射波靶的表面积 5 , 可以得到辐射力 6 χ Μ Ο ? , 5β Μ 1 !/� # 另外 , 光子抽吸力还必须归 因于能量梯度 Υ Ε= Υ] , 这里 δ 是所储存的能量有关部分 , 被定 义为能量流 ,的 α 倍 , ,相当于 “相减干涉外流 ”的 23ε ?ϑ ,?Ι 矢量 , 因此得出 Α ς ςχ , , 二 一— Ε , , ,灸 !/; Α# δ , 一生,Μ Β , , !/; ⊥# 这里 ,, Ο ? , · Β 5 · β Μ , Θ 一 +,Μ αΜ 、 ς ς 。 二二+α、 ·劝Χ— 】Ο 一 ? 、, + ? Θ φ— 卜戈 Μ # + 又 )Ψ # !/; ∗ #从!/ ;Β #式可以看出 6 光子抽吸力是辐射力的 ) 倍 , ) Ο α Π 几=!)] #, 这里 戈是双层的厚度 1 如果取相邻的 Ρ ∋ ) 碱基对作为有效的双层 , 就可以有一个很强的高效光子抽吸 1 太阳光的 α 值为 /� , 相当于它的相干时间 γ为几纳秒 !这里 α Ο 丁Μ# 1 为了简化 , 取双层的厚度与波长同数 中 国 科 学 !∀ 辑# 第 �� 卷 量级 , 对太阳光而言 , 可以看到光子抽吸力是辐射压的 /� 倍 , 这可能是某些植物!例如向 日 葵 #能够转动而使其部分表面垂直于阳光的原因 1 根据 α 值和双层的厚度 , 对表面积大约为 /� 一/� 时 的细胞 , 如果发出一个光子Χ!细胞 · Υ# , 其光子抽吸力大约为 / 1 、 /� 一 /; ∋ Π ) , 如果 ) 大约 为 / � � , 这个力与已知的细胞间的引力为同一数量级 , 这说明当相邻的细胞间保持着至少有一 个光子=Υ 交换 , 细胞与细胞不发生凝聚 1 ; / 子描述 我们要求振幅为下和一下的两个波 由于双层 !该双层为真空态 的边界 #发生干涉 , 用位移算 符来表示 6 Ρ !协 Ο ∗Π 4!了Α Τ 犷Α# , 这里 Α Τ , Α 分别为产生算符和湮没算符 1 现在 , 由位相共扼形 成的相减干涉将按下列要求而定义 6 /= .!Ρ !力 Τ Ρ !一 ε## Ο Ρ !� #1 !/ 7 # 让我们再次注意 , 对这个机制最佳的候选者是生物 的激发态 , 尤其是 Ρ ∋ ) 的 ∗ ΠΒ ,2Χ ∗ Π∗ − 1 实际上 , 一旦一个光子激发 Ρ ∋ ) 碱基对中的一个碱基 , 它便被挤压在这两条链之间 , 这两条 链受到了很强 的 ∀ Α− ,> ,+ 力 1 将 Ρ !“#刀 留#代人!/7# 式 , 选 下Ο Τ 或一!ΑΖΖ 户 =. 得出 6 Ρ !Α# Ρ 俨#Ο Χ= . !Ρ !!Α切#= . #!Ρ !Α# Τ Ρ 沪###1 !/ # 用 。!。。将 Ρ !力 变成时间展开算符 Ρ !ϑ#Ο 。Π 4φ一喜5( Υ才#, 这里 ( 是 。Α > ,Χϑ。。 函数 1又 凡 Η # Ρ! ϑ# Ο δ !ϑ, 力 Ρ !协ΕΤ !ϑ, 川 , 则有下列结果 6 Ρ !ϑ, #Ρ !ϑ. #Ο /= .!Ρ !!ϑ, Τ 赴#= . #!Ρ !ϑ Χ#Τ 刀!ϑΨ###对任意 ϑ Χ, +. 1 !Π: # 在混沌态里遵从 Ρ !ϑ /#Ρ !ϑ] 卜Ρ !ϑ / Τϑ .#, 因此服从指数衰减法则 , 但与混沌态相反 , 指数衰 减不能满足 !/:# 式 , 而服从 Ρ !ϑ# Ο Ρ !� #=ϑ 的双曲线衰减完全准确地满足 !/:# 式 , 因为 / / 一+ Ψ 、+一 Χ 、一 ·一 Ο 引— Χφ一 十一 Χ,了/ 了, 乙 / ϑ Χ Τ ϑ , 】% ϑ , ϑ , 】‘ η 上 ‘ = 、 人 ‘ = !/< #从这里可以明显看出 , 除了所限定的边界条件外 , 光子抽吸的必要条件是所研究场的相干性 , 如同!/ :# 式所描写的那样 , 这里应注意到 !/7# 式对位相共扼后 的反射波的相减干涉已是充分的 1 实际上 , 一 = δ #Ο /= .!Ρ !� #Τ 乃=δ #Τ /=. !Ρ !� #Τ ι #= δ #, !/8 # 这里算符 γ 和 ι 是根据下式定义的 6 γ Ο Τ /= . !Ρ !力Τ Ρ !一力#, !. � Α# ι Ο 一 γ 1 !. � ⊥# !/8# 式的第 / 项描写了所观察波的透射部分!] _ �# , 第 . 项描写反射部分!] ⎯ �# 1 进一步的 运算显示 出 6 当反射部分的预期值无限小时 , 即在理想 的相减干涉时 , 透射部分的预期值满足 了能量守恒 1 同时 , 对反射部分=δ #0 Ο 刁δ# 满足完全的相减干涉位相共扼条件 1 此外 , 我们认为需要从挤压态 Κ’;Δ 角度对生物系统中光子抽吸进行量子描写 , 因为对调谐 电磁场的振幅和位相的不准确性生物系统的可塑性是最有效的 1 7 讨论 这里所提出的干涉模型是考虑满足特定边界条件的 9ΑΠ Ν ∗ΧΧ 解的同时 , 还要遵守能量守 恒 1 其结果在活生物体有关的外空间形成相减干涉的同时 , 在体内必须形成相加干涉 1 这个过 第 期 5一) 1 23 44 等 6 光及电磁场与生物体作用的机理 程发生在相干体积内 , 不能分割开来 1 这样的过程不能发生在体外 , 例如生物大分子溶液中 , 尽管它们都是可极化的 1 这是由于位相共扼所发生干涉的充分条件是 6 ! , # 一个非线性可极 化的双层 , 它们的距离小于该波波长 Λ !,Χ # 撞击波必须有相当长的相干时间 Λ !, # 特定的边 界 1 只有活的处在一定激发态的生物体才能同时满足这些条件 1 这里所指的特定的边界条件是 6 ! / # 入射波 、 反射波和透射波的电场分量在 ] Ο � 处的连 续性 Λ !,Χ # 为人射波和反射波提供一个固定的节面以便由于位相共扼而形成相减干涉 , 这只 有在 ∗Π 2! ,Ν ϑ# Ο ∗Π 2! 一,Ν ϑ# 的情况下 , 也就是只有对波的正弦部分能实现 Λ !, # 非线性可极化 的 , 能够对反射波的反相极化与透射波的正相极化产生一个相位移 1 适合这样条件的理想经 典物理模型是两个共振子 , 一个反射而另一个接受撞击波的电磁能 1 这样的非线性过程所发 生的必要条件是 6 当 ] Ο Γ 时 , & 在 ] 方向有一个很大的梯度 1 这个模型是在 Ρ, Β∴ ∗Χ− Χ相干理论和 5+ 3β βΒβ ￡’7 Δ思想基础上提出的 1 光子抽吸可以归结为生 物光子场的相干性 , 因为生物系统是光学上致密的介质 , Ρ, Β∴ ∗ 条件总是很好地作为一个必要 条件而被满足 · 此外 , 生物娄子场是一个远离热平衡的开放体系 , 这一事实为干涉现象提供了 有利条件 1 这个模型要求位相共扼作用能够导致反射波刚好与人射波方向相反 1 这样的位相 共扼作用在经典光学范畴已被人们了解 , 但在生物系统中如何实现还未见报道 1 5+ 3β β Ββ Κ/ ’〕于 /8 < 年提出了生物系统相干性与其极性之间关系 1 我们将生物系统边界非线性极化的充分条 件与生物结构!膜 、 生物大分子的组装体等 #的生物物理特性联系起来 , 提出了这个干涉模型 1 根据干涉作用机理可以理解细胞的自组织 !包括生长 、 分化等#和 “语言’, 1 这种干涉效应 不仅在细胞间和有机体间起重要作用 , 同时也在细胞内和在大分子之间和它们的基团间起重 要作用 1 特异的位相和频率调制可能提供了所研究生物系统的“语言” 1 从量子理论的观点看 , 这个机理可能成为非经典范围最佳的过程 , 因为最小的不准确性波包 !挤压态 #导致驻波最有 效的干涉效应 1 这个模型不但解释了生物光子的非线性现象 , 同时能解释弱电磁场对生物体 的作用机理 1 这个模型是根据实验现象提出来的 , 仍有待进一步从理论和实验两个方面进行 深人的研究 1 致谢 作者衷心感谢贝时璋教授对该项合作研究的支持和鼓励 1 参 考 文 献 23 22 5 ) , ∀ βΑ ? Ι Η Η , ϕ δ α , ∗ ϑ ΑΧ1 ∋ 3 ? − δ ⊥ −ϑΑ ? ϑ,Α Χ ⊥ ,3 ∗3 > > δ ? ,∗ Α ϑ,3 ? ,? ϑ∗+> − 3 ≅ Ρ ,∗ ∴ ∗ , 7 ϑβ ∗3 +ε1 %? 6 ( 3 9 城 2 322 5 ) , κ Α+? ∴ ∗ Ε , ∗ Υ − 1 Σ ,3 ∗Χ∗ ∗ϑ+ 3 Υ ε? Α> ,∗− Α ? Υ Σ ,3 ∗ 3 > > δ ?,∗Α ϑ,3 ? 1 ∃ ,? Ι Α23 + ∗ 一Φ3 ? Υ 3 ? 6 κ Γ+ ΧΥ ∃ ∗ ,∗? ϑ,≅, ∗ , /8 8 ; 1 .8 �一 � / : 张锦珠 , 23 44 5 ) , 于文斗 1 利用光子发射研究海洋甲藻间的细胞通讯 1 科学通报 , /8 8; , � 8 !.�#6 / 8 �; 一 / 8 � ∃ ∗β Α > β Α + ϑ Ρ ( Η , Μ Α ? κ ,Ω∴ ι 1 2β 3 ϑ3 ? ∗ > ,− −,3 ? Α ? Υ ϑβ ∗ Υ ∗ Ι + ∗ ∗ 3 ≅Υ ,≅≅∗ +∗ ? ϑ,Α ϑ,3 ? 1 %? 6 Η ∗ ] 3 Ν −∴ Α 一γ+ ] ∗ ⊥ ,3 Α ϑ3 Ν −∴ Α Σ , χ 3 ∗ β∗ ΧΣ , ∃ΧΑ Ν ,? −∴, Η, ∗ ϑ ΑΧ1 ∗Υ − 1 2β 3 ϑ3 ? &而−−,3 ? ≅+ 3 > Σ ,3 Χ3 Ι ,∗ΑΧ ∃ε−ϑ∗ > − 1 ∃,? Ι Α2 3 + ∗ 一Φ 3 ? Υ 3 ? 6 κ 3 +ΧΥ ∃ ∗,∗ ? ϑ,≅, Β , /8 < : 1 /� :一 /7 . ∃ ∗ β3 Χ] κ, ∃ ϑ Α− ] ∴ ,∗Ν ,∗ ] Ε , 23 22 5 ) , ∗ ϑ ΑΧ, Φ ,Ι β ϑ一 −ϑ,>δ ΧΑ ϑ∗ Υ δ Χϑ+ Α 一Ν ∗ Α∴ 2β 3 ϑ3 ? +∗ ∗ > ,−−,3 ? 3 ≅ βδ> Α ? Α ?> ,3 ? ∗∗ΧΧ− Α ? Υ Ν ,−β ∗∗ ΧΧ− 1 ∀ ∗ ΧΧΣ ,3 2βε−,∗ − , /8 < < , / � 6 7 7 一 � ϕ ΑΧΧ∗ 9 , ∋ ∗ δ + 3 β + ι , ) Χϑ> Α ? ? ϕ , ∗ ϑ ΑΧ1 Σ ,32β 3 ϑ 3 ? ∗> ,−−,3 ? ≅+ 3 > Ρ Α2 β? ,Α > Α Ι ? Α 6 ) 23 −−,⊥ Χ∗ ≅Α ∗ ϑ3 + ,? ϑβ∗ −∗ Χ≅Ζ +∗ Ι δ ΧΑ ϑ,3 ? 3 ≅ −Ν Α+ ?δ ? Ι 1 & Π 2∗ +,∗? ϑ,Α , /8 8 / , ; : 6 ; 7: 一; � ΘΓ Ι ∗Χ ι , ∃δ −> δ ϑβ ι 1 κ 七Α∴ Χ,Ι β ϑ ∗ > ,− −,3 ? 斤3 > ⊥ Α ∗ϑ∗ + ,Α Α? Υ ϑβ ∗,+ ,? ϑ∗ + Α ∗ ϑ,3 ? Ν ,ϑβ ∗ δ Χϑδ + ∗ > ∗Υ ,Α 1 %? 6 ∀ βΑ ? Ι Η Η , 5,− Β β Η , 23 22 5 ) , ∗ Υ − 1 Σ ,3 2β 3 ϑ3 ? − 1 Ρ 3 + Υ+ ∗ ∗β ϑ一Σ 3 −ϑ 3 ? 一Φ 3 ? Υ 3 ? 6 χ Χδ Ν ∗ + ) ∗ ΑΥ ∗ > ,∗ 2 δ⊥ Χ,−β∗+ − , /8 8 < 1 /8 [ ; ; Σ ∗ Χ3 δ −−3 Μ Φ , Φ3 δ ∗ β,? −∴ Α,Α ∋ ∋ 1 Σ ,3 2β 3 ϑ3 ? ∗ > ,−−,3 ? ≅+3 > Υ ∗ Μ∗ Χ3 2,? Ι ∗ Ι Ι − Α ? Υ ∗> ⊥+ ε3 − 6 ∋ 3 ? 一Χ,? ∗Α+ ,ϑε, Ν β3 Χ,−+,∗ 2+ 3 2∗ +ϑ,∗ − � 中 国 科 学 !∀ 辑# 第 � � 卷 Χ� Χ Χ Χ. 凡,;勺1且/ Χ7 Α ? Υ ,? Υ ,∗ Αϑ ,3 ? − 3 ≅ ∗ ? ∗ + Ι ε ϑ + Α ? −≅∗ + %? 6 ∀ βΑ ? Ι Η Η , 5,− ∗ β Η, 2 322 5 ) , ∗ Υ − 1 Σ ,3 2β 3 ϑ3 ? − 1 Ρ 3 + Υ+∗ ∗β ϑ一 Σ 3 − ϑ3 ? 一Φ 3 ? Υ3 ? 6 χ Χδ Ν ∗ + ) ∗ ΑΥ ∗而∗ 2δ ⊥ Χ,−β∗ + − , / 8 8 < 1 / . / 、 /; � Ρ ,∗ ∴∗ ι ( 1 ∀ 3 β ∗+∗ ? ∗ ∗ ,? −23 ? ϑΑ? ∗ 3 δ − +ΑΥ ,Α ϑ, 3 ? 2+3 ∗ ∗ −− ∗ − 1 2βε− ι ∗Μ , / 8 7 ; , 8 � 6 8 8一 /� � 23 22 5 ) , Φ , χ ( , ϕ δ α 1 ι ∗ ∗∗ ? ϑ ) Υ Μ Α ? ∗∗ − ,? Σ ,32β 3 ϑ 3 ? ι ∗− ∗ Α+ ∗β Α ? Υ ,ϑ − ) 22Χ,∗Α ϑ,3 ? − 1 ∃,? Ι Α4 3 + ∗ 一Φ 3 ? Υ3 ? 6 κ心+ ΧΥ ∃ Β ,∗ ? ϑ,≅, ∗ , /8 8 . / [ ; : 23 22 5 ) , Φ , χ ( 1 ( ε2∗ + ⊥ 3 Χ,Β + ∗ ΧΑ Π Α ϑ,3 ? Α− Α −δ ≅≅, ∗,∗ ? ϑ ∗3 ? Υ ,ϑ,3 ? 3 ≅ Α ≅δ ΧΧε ∗3β ∗+ ∗ ? ϑ ∗+ Ι 3 Υ ,∗ ≅, ∗ΧΥ 1 %? ϑ∗ + ? Α ϑ,3 ? ΑΧ Η3 δ + ? ΑΧ 3 ≅ γβ ∗ 3 +∗ ϑ,∗ Α Χ2βε−,∗ − , /8 8 � , � . 6 / 7 : � [ / 7 < � ∀ βΝ ,+3 ϑ Σ , 23 22 5 ) 1 Ν β,ϑ∗ Χ,Ι β ϑ ,? Υ δ ∗∗ − Χδ > ,? ∗ − ∗∗ ? ∗ ∗ ≅+ 3 > ? 3 + > Α Χ Α ? Υ ϑ∗ > 2∗ + Αϑδ + ∗ −∗ ? −,ϑ,Μ ∗ ∃Α ∗ ∗β Α +3 川ε∗ ∗ − ∗ ∗+∗ Μ,−艺Α ∗ , %? 6 Σ ∗Χ3 δ −−3 Μ Φ , 23 22 5 ) , ∗Υ − 1 Σ ,3 2β 3 ϑ3 ? ,∗ − 2+ 3 ∗ ∗∗ Υ ,? Ι − 3 ≅ ,? ϑ∗+ ? Α ϑ,3 ? ΑΧ ∀ 3 ? ≅∗ + ∗ ? ∗∗ Ρ ∗Υ ,∗ Αϑ∗Υ ϑ3 ϑβ ∗ /. � ϑβ Σ ,+ϑ βΥ Α ε 3 ≅ ) Χ∗ Π Α?Υ ∗ + ϕ Α Μ +, Χ3 Μ ,∗ β ϕ δ +Ν ,ϑ −∗β , 9 3 − ∗3 Ν ∃ ϑ Αϑ∗ Ε ? ,Μ ∗+ −,ϑε , ∃ ∗2ϑ∗> ⊥ ∗+ . < ϑ3 3 ∗ ϑ3 ⊥ ∗+ Ψ , /8 8; , 9 3 −∗ 3 Ν 6 Σ ,3 ,?≅3 +> ∃ ∗ +Μ ,∗ ∗ − ∀ 3 , /8 8 7 1 . / / [ . . � 9δ −δ > ∗∗, 5, ∃ ∗ 3 + Υ ,? 3 ) , γ + ΧΙ Χ,Α ) 1 ∀ 3 β ∗+∗ ? ∗ ∗ Α ? Υ ⊥ ,3 2β 3 ϑ3 ? ∗ > ,− −,3 ? Α − ,? Μ ∗ −ϑ ,Ι Αϑ ∗Υ 3 ? ) ∗ ∗ ϑΑ ⊥ δ ΧΑ + ,Α Α Β ∗ϑΑ ⊥ δ Χδ 从 1 %? 6 ∀ β Α ? Ι Η Η, 5 ,−∗ β Η, 23 22 5 ) , ∗Υ − 1 Σ ,3 2β 3 ϑ 3 ? − 1 Ρ 3 + Υ +∗ ∗β ϑ 一Σ 3 −ϑ 3 ? 一Φ 3 ? Υ 3 ? 6 χ Χδ Ν ∗ + ) ∗ ΑΥ ∗ > ,∗ 2 δ ⊥ Χ,−β ∗ +− , /8 8 < 1 / �8 一 /. � 张锦珠 , 于文斗 , 孙 彤 卜 鸡胚完整脑的光子发射和光激发光研究 1 中国科学 , Β 辑, /8 λ , . ! #6 ; ∗? ϑΑ Χ ∗ Μ ,Υ ∗? ∗ ∗ Α? Υ 2β∗ ? 3 > ∗ ? 3 Χ3 Ι ,∗ Α Χ > 3 Υ ∗Χ1 %? 6 ∀ βΑ ? Ι Η Η, 5 ,−∗ β Η, 4 3 22 5 ) , ∗Υ − 1 Σ ,3 2β 3 ϑ3 ? − 1 Ρ 3 +Υ +∗ ∗ β ϑ一 Σ 3 − ϑ3 ? 一Φ 3 ? Υ 3 ? 6 χ Χδ Ν ∗ + ) ∗Α Υ ∗> ,∗ 2δ ⊥ Χ,−β ∗ + − , /8 8 < 1 � . � [ � � 8 5+3 βΧ,∗ β ( 1 Φ 3 ? Ι +Α ? Ι ∗ ∗3 β ∗ +∗ ? ∗∗ Α ? 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