Vektorový potenciál

Anotace

Stať je věnována výsledkům biofyzikálních experimentů, kterými se podařilo prokázat existenci pole tzv. impulsního vektorového magnetického potenciálu. Rozhodnutí provést tyto pokusy bylo motivováno příznivou souhrou poznatků získaných při řešení jiných biofyzikálně-výzkumných úkolů [1]. Cílem prvotního experimentu bylo pouze ověření, zda pole impulsního vektorového magnetického potenciálu je zvoleným biofyzikálním způsobem zjistitelné, přičemž by živé buňky hrály svými životními projevy roli senzorů jeho přítomnosti. Po zjištění překvapivého chování živých buněk po ozáření tímto impulsním vektorovým magnetickým potenciálem (s vyloučením přítomnosti budicího impulsního magnetického pole) se již započalo s cíleným výzkumem jak jeho vlivů na různé biologické materiály za pomocí dalších metod in vitro, tak ve směru pochopení fyzikální podstaty tohoto biofyzikálního fenoménu. Výzkum je teprve na počátku, ale o zajímavých výsledcích, které si zaslouží pozornosti širší odborné veřejnosti, lze informovat již nyní.

Klíčová slova: magnetické pole; vektorový magnetický potenciál; impulsní magnetický potenciál; biofyzika; Maxwellovy rovnice; toroidní cívka; kultivační deska; buněčný metabolizmus; zvířecí leukocyty; chemická luminiscence; biologická luminiscence; nádorově transformované buňky; rakovinná onemocnění; lidský maligní melanom; karcinom mléčné žlázy; in vitro; in vivo

Zkratky: A-vektorový magnetický potenciál; B-magnetická indukce; IVMP-Impulsní Vektorový Magnetický Potenciá; BL-Biologická Luminiscence; CL-Chemická Luminiscence; RLU-Relative Luminiscence Unit; HBSS-Hank’s Balanced Salt Solution; ROM-Reactive Oxygen Metabolite; NADPH-Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate; NME-Normal Mammary Epithelium

Vektorový magnetický potenciál

Magnetické pole není konzervativní, a tedy u něho neexistuje možnost zjednodušení obou jeho základních rovnic (Maxwellovy rovnice [2]), podobně jako je to možné u elektrostatického pole zavedením existujícího skalárního potenciálu. Proto tvůrci teorie elektrického a magnetického pole v druhé polovině 19. století použili „pomocnou“ fyzikální veličinu ovšem bez předpokladu její skutečné existence, tzv. vektorový magnetický potenciál A, která by umožnila zjednodušit matematický popis magnetického pole obdobným způsobem.

Definičním vztahem této „pomocné“ veličiny je rovnice

B = rot A,(1)

kde B je vektor magnetické indukce [T] a A značí vektorový magnetický potenciál [Tm nebo Wb/m]. Jedná se o parciální diferenciální rovnici pro zadanou veličinu B a hledanou neznámou veličinu A a řešení rovnice není jednoznačné, tj. pro dané magnetické pole B existuje nekonečně mnoho vektorových potenciálů A.

V roce 1956 publikovali Aharonov a Bohm [3] zprávu o experimentu zabývajícím se překvapivou vlastností této veličiny popírající původní představy o její pouze pomocné funkci. Výsledkem pokusu totiž byly průkazné interferenční jevy, způsobené ovlivněním jednoho z paprsků rozdvojeného svazku ve vakuu se pohybujících elektronů přítomností vektorového magnetického potenciálu. Senzorem působení silového pole vektorového magnetického potenciálu A na výslednou měřitelnou veličinu byly interference vlnoploch elektronů detekované speciálním interferometrem.

Impulzní vektorový magnetický potenciál

Přítomnost neměnného vektorového magnetického potenciálu A se mohla projevit pouze změnou pohybového momentu elektronů a úspěch obou vědců byl podmíněn složitým experimentálním zařízením registrujícím tuto změnu. V pokusech prozkoumat fyzikální charakter vektorového magnetického potenciálu A se po výše zmíněném experimentu dále nepokračovalo. Zvolili jsme jiný způsob potvrzení existence vektorového magnetického potenciálu A a to působení proměnného, nebo přesněji, impulzního vektorového magnetického potenciálu (IVMP) na elementární částice rozměru atomů. Naše výchozí hypotéza zjištění silového vlivu na pohybující se elementární částice vycházela z předpokladu, že pole IVMP způsobuje sekundárně vybuzené impulzní elektrické a magnetické pole, a tím ovlivňuje tvorbu a pohyb nosičů náboje (iontů) přes membrány buněk.

Jako senzor byla zvolena živá buňka sloužící jako indikační článek mezi působícím polem IVMP a měřitelnou změnou jejích životních projevů. Podstatou pokusné metody je předpoklad, že vliv pole IVMP se znásobuje počtem zasažených objektů, a tedy bude možné statistickými metodami určit relace mezi ovlivněnými a neovlivněnými buňkami. Byly vybrány tři rozdílné biofyzikální metody in vitro, používané v našich specializovaných laboratořích. Pro zamýšlené pokusy byla vyrobena číslicově řízená zařízení s výkonovými impulzními generátory a speciálními toroidními aplikátory. Nečekaným výsledkem experimentů bylo zjištění, že IVMP má ve většině zkoumaných případů negativní vliv na buněčný metabolizmus.

Generace impulzního vektorového magnetického potenciálu

Vektorový magnetický potenciál A je spojen s magnetickou indukcí B vztahem (1), z kterého vyplývá charakteristická vazba obou fyzikálních veličin, tj. v daném bodě je směr vektoru A vždy kolmý na směr vektoru magnetické indukce B. Zdrojem statického vektorového magnetického potenciálu A je příkladně velmi dlouhá cívka (l/d>>1, l-délka a d-průměr cívky), s magnetickým polem soustředěným v jejím jádře. Takový induktor použili Aharon a Bohm v již zmíněném experimentu. Druhým příkladem možného zdroje vektorového magnetického potenciálu A je tzv. toroidní cívka (toroid), kterou si lze představit jako velmi dlouhou cívku se spojeným začátkem a koncem ve tvaru prstence o středním poloměru „r“ a ploše „S“ průřezu jádra. Magnetická energie vzniklá průtokem elektrického proudu vinutím cívky je soustředěna pouze v jejím jádře. Pokud je do vinutí toroidu přiváděn unipolární nebo bipolární impulzní signál produkovaný impulzním výkonovým generátorem, vytváří se v jádře toroidu impulzní magnetické pole o magnetické indukci Bimp doprovázené polem IVMP. Principiální uspořádání měřicí soustavy, sestávající z budicího generátoru, toroidní cívky a jedné z 96 jamek kultivační desky s vyznačeným hlavním směrem IVMP v okamžiku vytvořeného magnetického pole o magnetické indukci Bimp budicím proudovým impulzem, je uvedeno na Obr.1.

Uspořádání měřicí soustavy
Obr. 1 Uspořádání měřicí soustavy.

Teoreticky je impulzní magnetické pole vně toroidu nulové, protože je zcela uzavřeno uvnitř prstence. U reálných cívek, zejména vlivem nepřesností v provedení jejich vinutí, je však toto impulzní magnetické pole měřitelné a pohybuje se v zanedbatelných úrovních Bimp ≈ (10-6 až 10-5) T. Magnetickým stíněním lze však i tak malé pole odstranit, aniž by to však mělo vliv na existenci pole IVMP.

Cíle pokusů s impulzním vektorovým magnetickým potenciálem

Byly sledovány dva směry výzkumu biofyzikálního působení pole IVMP:

  1. Potvrzení existence pole IVMP. Prvotním cílem, v hranicích původní myšlenky o prokázání vlivu pole IVMP toroidních cívek na viabilitu buněčného materiálu, bylo zjistit a potvrdit různými biofyzikálními metodami působení pole na růst buněk a tento vliv srovnat s působením impulzního magnetického pole klasických vzduchových cívek při různých elektrických a konstrukčních parametrech budičů obou typů polí.
  2. Využití vlivu pole IVMP. V případě prokazatelného účinku pole IVMP bylo následným cílem zjištění charakteru vlivu pole IVMP, tj. určení rozsahu indukce nebo inhibice růstu u různých typů buněčných kultur a jejich závislost na prostorovém uspořádání měřicí soustavy a parametrech budicího signálu. Tento záměr spojuje jak cestu hledání vlastností tohoto pole, tak možnosti jeho využití.

nahoru