Техника - молодёжи 2005-08, страница 21
i т 1 J Колебательный контур 100 400
800 Спектральный коэффициент поглощения хлорофилла и отдельных нагруженных вибраторов 800 Полуволновой вибратор, вибратор Герца и нагруженный вибратор Спектральный коэффициент поглощения хлорофилла и отдельных нагруженных вибраторов сооружение замысловатых схем. Привести их в журнале — значит, распугать читателей. Не стану этого делать, но, поверьте наслово, здесь биофизики показали себя в полном блеске: тут и миграция экситонов, и электронная тропа, и ловушки, и светособирающий белок, и длиннопротяжные слова в три дюжины букв и, главное, послушные электроны, которые ведут себя, как в данный момент нужно рассказчику. Псевдофизическая картина основного этапа фотосинтеза вызвала больше, вопросов, чем намеревалась устранить. Мало того, что в нее не вписывается зеленый провал, она не в состоянии объяснить, почему фотосинтез не идет при ультрафиолетовом или рентгеновском облучении: известно, чем жестче квант (короче волна), тем больше он несет энергии и тем интенсивней должны развиваться растения Ан нет. В ультрафиолете совсем ничего не растет. Несмотря на очевидные нестыковки, интерес к фотосинтезу потихоньку угас. То ли энтузиазм выдохся, то ли энтузиасты сделали вид, что проблема снята, иначе не понять, с какой стати Институт Фотосинтеза переименовали в Институт Биофизики. Скорее всего, прежнее название было чересчур обязывающим, новое - позволяет «вскочить на коня и поскакать на все четыре стороны». И правильно. В конце, концов, не по минному полю идут ученые, это там ошибка чревата, а фотосинтезу хуже не станет оттого, знаем мы, как он действует или притворяемся. А может, ларчик открывается без затей? Почему бы не обратиться к привычному способу разложения — электролизу? И устроен электролизер проще пареной репы: сосуд с водой да два электрода в цепи постоянного тока. Вода в траве наличествует, остается пустяк — найти в хлорофилле источник тока. Начнем поиск с рассмотрения рис.2. Двугорбая (М-образная) кривая поглощения свидетельствует, вернее, кричит: перед нами частотная характеристика связанных резонансных контуров, один из которых настроен на длину волны X ~ 440 нм, другой на X ~ 680 нм. Контуры в траве обрадуют не каждого, зато такой поворот темы дает право уползти с ковра: вновь открывшиеся обстоятельства вынуждают оставить непостижимую физиологию растений и погрузиться в досконально разработанную радиотехнику (чему не стоит особо противиться, ибо свет — электромагнитные волны). При упоминании резонансного контура первое, что приходит в голову, это катушка и конденсатор (рис.3). Но индуктивностью и емкостью обладает даже кусок прямого провода, любой проводящий стержень (рис.4,а). Замечательной особенностью такого контура с распределенными параметрами является то, что резонансная ему волна вдвое длиннее стержня, его и называют «полуволновой вибратор» Вибратор взаимодействует с волной резонансной длины, переизлучая (отражая) ее; к другим волнам он почти безучастен. Если множество субмикронных стерженьков-вибраторов длиной ~ 340 нм хаотично разместить в теле прозрачной пластины2, она отразит волны, длина которых близка 680 нм, и пластина станет красной. А вот на просвет будут преобладать дополнительные цвета: желтый, зеленый, синий... Проводящие стерженьки, например, углеродные нанотрубки — тубулены, оказались великолепным красителем спектрально-чистого цвета! Это прекрасно, но наша цель гораздо дальше. У стержня, разрезанного пополам (рис.4,б) появится второе имя «вибратор Герца» и возникнут новые свойства. Когда сопротивление разреза велико, перед нами, по сути, два отдельных 170-нм вибратора, вдвое большей резонансной частоты, следовательно, на красный свет эта система перестанет реагировать, зато отразит невидимый мягкий ультрафиолет X ~ 340 нм. Если же включить в разрез согласованную нагрузку 73,1 Ом (рис.4,в), вибратор превратится в настоящую антенну, настроенную на волну X = 680 нм. С таким наполнением наша воображаемая пластина, поглотив часть красного спектра (рис.5), ничего не отразит, но пропустит, как и в первом случае, Резонансная длина вибратора должна быть уменьшена в \'е среды раз. Чтобы не запутывать изложение, примем для пластины е = 1 и не будем вводить коэффициент укорочения А за толщину вибратора. в основном дополнительные цвета Оказывается, изменяя сопротивление нагрузки можно управлять прозрачностью в красном свете: R= 0 — отражает, R= 73,1 Ом - поглощает, R= <*> — не замечает. Из перечисленного нам интересен вариант согласованной нагрузки, когда красный «всплеск» поглощения максимален (см. рис.5). Для синего придется начинить пластину вибраторами длиной ~ 220 нм с такой же нагрузкой 73,1 Ом. Улавливаемая антеной энергия пропорциональна площади под кривой поглощения и, как показывает рис.5, узкополосные вибраторы менее эффективны, чем хлорофилл. Чтобы из отдельных всплесков сформировать двугорбую кривую, нужно связать красный вибратор с синим (рис.6). Анализ системы связанных резонаторов — дело канительное, но и без него ясно: связанные вибраторы влияют друг на друга, и при подходящем между ними расстоянии (глубине связи) кривая поглощения пары вибраторов может совпасть с оптическими характеристиками суспензии хлорофилла — пластина превратится в зеленый светофильтр. Раз уж мы взялись за преобразование волновых полей,,дерзнем кардинально улучшить характеристики антенной системы, превратим М-образную кривую в П-образную (рис.7,а). Для этого понадобится дополнительный 265-нм вибратор (рис.7,6), резонансный середине зеленого провала (X = 530нм). Теперь пластина поглотит весь видимый спектр Связанные вибраторы 19 |
||||||
