Ο Δρ. Θεωρητικής Φυσικής και μέλος της ερευνητικής ομάδας του Πέτρου Ζωγράφου, Θεόδωρος Φιλιππάκης γράφει.

Σύστημα Διαχείρισης Ενέργειας παραγόμενη με την χρήση νερού και κράματος νανοϋλικών ”υψηλού ενεργειακού περιεχομένου”, συσκευή Πέτρου Ζωγράφου.

Σήμερα γίνεται μεγάλη προσπάθεια να παραχθεί ενέργεια με συστήματα τα οποία να μην ρυπαίνουν το περιβάλλον. Το σύστημα του Πέτρου Ζωγράφου είναι μια προσπάθεια προς αυτή την κατεύθυνση. Είναι ένα πολύπλοκο σύστημα που χρησιμοποιεί το νερό (Η2Ο) καθώς και ένα κράμα υλικών σε επίπεδο νανοκλίμακας, καθώς και την ακτινοβόληση αυτών.

Κατά την άποψή μου και μετά την εξέταση της, η όλη διάταξη αποτελείται από ένα λογικό κύκλωμα ‘’διάταξη Logic’’ (εγκέφαλο) και από τον διεγέρτη συν άλλα επί μέρους υποσυστήματα. Στο σύστημα Logic (εγκέφαλο) υπάρχει ο χώρος (V) που δέχεται το υγρό νερό και το κράμα υλικών σε νανοκλίμακα από μια δεξαμενή και επιπλέον υπάρχει μια εξειδικευμένη καταλυτική μεμβράνη που παίζει τον ρόλο του επιταχυντή τον αναπτυσσομένων ιόντων. Ο διεγέρτης είναι ένας ταλαντωτής συχνότητας {ντ}. Ο ταλαντωτής παράγει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο μεταφέροντας ενέργεια συντονίζοντας το νερό με την ίδια συχνότητα νν ≅ν_τ.

Η Hamiltonian του ΕΜ πεδίου είναι,
Η=∑_j▒〖hω_j 〗(a ̂_j^† a ̂_j+1/2)

To ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο γίνεται
〖 Ε ̂〗_χ (z,t)= ∑_j▒〖((hω_j)/(ε_ο V))〗1/2 {a ̂_j e^(-iω_j t)+a ̂_j^† e^(iω_j t)}sin(k_j z)

Το σύστημα του Πέτρου Ζωγράφου αναπαριστά ένα υποσύνολο ενός κυττάρου το οποίο τίθεται σε κίνηση, μέσα από μία εξωτερική διέγερση σε μικρό χρόνο το σύστημα τίθεται σε λειτουργία εφόσον αλληλοεπιδρά με την πηγή εξωτερικά με ηλεκτρομαγνητική δέσμη διέγερσης.

Το νερό «οργανώνεται» δίπλα σε υδρόφιλες επιφάνειες έτσι ώστε επιτρέπουν μακροχρόνιες ηλεκτρονικές διεγέρσεις που θα μπορούσαν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στη μεταφορά ενέργειας κοντά στις κυτταρικές επιφάνειες, όπου το νερό βρίσκεται σε κατάσταση παρόμοια με υγρό κρύσταλλο, όπως τονίστηκε επίσης από τον Chandrasekhar. Οι παραπάνω σκέψεις δείχνουν μια προσέγγιση στην αυτό-οργάνωση χημικών, βιολογικών και φυσικών καταστάσεων.

Zώνες αποκλεισμού (EZ).

Το νερό EZ είναι πιο ιξώδες από το κανονικό νερό και είναι ικανό να απελευθερώσει ηλεκτρόνια σε σημαντική ποσότητα, έτσι ώστε το νερό EZ να έχει μη αμελητέο (έως εκατοντάδες χιλιοστογραμάρια) δυναμικό οξειδοαναγωγής σε σχέση με το χύμα νερό με το παρακείμενο υδατικό διάλυμα. Το νερό EZ είναι επομένως ένα αναγωγικό είδος ενώ το κανονικό νερό είναι ένα οξειδωτικό. Τα στρώματα νερού EZ πρέπει να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στις χημικές αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στην επιφάνειά τους. Επιπλέον, οι διαφορές του ηλεκτρικού δυναμικού (περίπου δεκάδες millivolts) εμφανίζονται στη διεπαφή EZ water-normal water.

Στο πλαίσιο της δυναμικής του νερού, το αναπτυσσόμενο μοντέλο βασίζεται στις στοιχειώδεις διεγέρσεις και παρουσιάζονται ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις στο κυψελικό υγρό του νερού στο κβαντικό πρότυπο ΔΧ.ΔP=h/2, αρχή των coherent καταστάσεων. Λόγω της συνάφειας των κβαντικών καταστάσεων σε περιοχές ≪coherent domain≫.

Έχομε συμπύκνωση τύπου Bose coherent domain(CD) τύπου σφαιρικών κυψελίδων. Εκτός από τις πλασμωνικές ταλαντώσεις δημιουργούνται στοιχειώδεις διεγέρσεις μη ισόρροπες που είναι πυκνώματα (ηχητική ανωμαλία του νερού) μία προσέγγιση πλάσματος είναι{ Η+Ζ-Ο-2Ζ}.

Αρχικά το νερό ευρίσκεται σε κατάσταση ελάχιστης κίνησης coherent-motion σε κάποιο ποσοστό με την αλληλεπίδραση του μοριακού νερού με την ΕΜ θα βρεθεί σε διεγερμένη κατάσταση incoherent σε κάποιο ποσοστό έχομε.

Σε θερμοκρασία δωματίου, το υγρό νερό αποτελείται από ένα μείγμα συνεκτικού (coherent) και ασυνεχούς (incoherent) νερού. Στους 0 ° C τα ποσοστά είναι 50% και 50%. στους 30 ° C είναι 40% συνεκτικά, 60% ασυνεxoύς.

Το συνεκτικό νερό οργανώνεται σε τομείς συνοχής, του οποίου το μέγεθος είναι περίπου 1000 Å (0,1 μm), το καθένα περιέχει περίπου 5,5 εκατομμύρια μόρια που ταλαντεύονται, σε φάση με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο παγιδευμένο στην περιοχή, μεταξύ δύο διαμορφώσεων του μοριακού νέφους ηλεκτρονίων. Αυτό σημαίνει ότι ανά πάσα στιγμή υπάρχουν 0,13 ελεύθερα ηλεκτρόνια ανά μόριο, δηλαδή 700.000 σχεδόν χωρίς ηλεκτρόνια, στην περιοχή συνοχής . Η εξωτερική επιφάνεια του τομέα πολώνεται μόνιμα με τα αρνητικά φορτία στο εξωτερικό, έτσι ώστε για ένα απομονωμένο πεδίο, δημιουργείται ηλεκτρικό δυναμικό «μεμβράνης» περίπου 100 millivolts.

Σε χύμα νερό οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις και οι θερμικές διακυμάνσεις συνδυάζονται αμοιβαία, έτσι ώστε κάθε μόριο να μπορεί να μετατοπιστεί στο χρόνο από το συνεκτικό (coherent) στο μη συνεκτικό (incoherent) καθεστώς και το αντίστροφο.

Εάν το συνεκτικό (coherent) και ασυνάρτητο (incohrent) νερό διαχωρίζονται στο τοπικό χώρο, δημιουργείται ένας σωρός οξειδοαναγωγής έως εκατοντάδες χιλιοστογραμμάρια, στον οποίο συνεκτικό νερό, ο δότης ηλεκτρονίων, είναι ο αρνητικός πόλος (αναγωγικό στοιχείο) και ασυνεχές νερό ο θετικός πόλος (οξειδωτικό στοιχείο) .

Λόγω των σχεδόν απαλλαγμένων ηλεκτρονίων του, ένας τομέας συνοχής του νερού έχει μοναδικές ιδιότητες σε σχέση με όλα τα άλλα υγρά. Έχει ένα πλούσιο φάσμα διεγερμένων καταστάσεων που αντιστοιχούν σε στροφές οιονεί ελεύθερων ηλεκτρονίων. Αυτά πού έχουν στροφές έχουν γωνιακή ορμή (ποσοτικοποιείται σε ακέραιες τιμές) και παρομοίως κβαντοποιημένες μαγνητικές ροπές(παγωμένη κατάσταση) non-Markovian.

Η περιοχή συνοχής του νερού είναι επομένως μια δομή ικανή να μετατρέψει χαμηλής ποιότητας (υψηλής εντροπίας), ασυνεπή (incoherent) περιβαλλοντική ενέργεια σε υψηλής ποιότητας (χαμηλής εντροπίας) συνεκτική (coherent) ενέργεια, η οποία μπορεί να διεγείρει συγκεκριμένες χημικές αντιδράσεις.

Οι δονητικές δομές διατηρούν τη θερμοδυναμική κατάσταση μη ισορροπίας χάρη στη συνεχή διάχυση (diffusion) της ενέργειας προς το περιβάλλον. Η σειρά που παράγεται από αυτόν τον διασκεδασμό (dissipative) δημιουργεί νέα τάξη και νέα οργάνωση (αυτοκαταλυτικές δομές), αλλά εάν ο διασκεδασμός διακοπεί ή μειωθεί, η δομή μπορεί να καταρρεύσει και να μην επιστρέψει στην αρχική της κατάσταση (μη αναστρέψιμη) Έτσι, το σύστημα αυτο-οργανώνεται(Prigogine) δυνάμει εσωτερικών μη γραμμικών διεργασιών που εγγυώνται μια ισορροπία μεταξύ της εισερχόμενης ενέργειας και της εξερχόμενης ενέργειας , που διατηρείται από τη μεταβολή της εντροπίας που συμβαίνει μέσα στην δομητική δομή. Η χαμηλής ποιότητας ενέργεια που συλλέγεται από το περιβάλλον μεταμορφώνεται με αντίστοιχη μείωση της εντροπίας εντός της δομής διάχυσης σε ενέργεια υψηλής πυκνότητας ικανή να εκτελεί «χρήσιμη» εργασία, όπως συλλογικές μοριακές διεγέρσεις. Αυτή η ενέργεια παράγει εργασία στο περιβάλλον, προκαλώντας ταυτόχρονα μια αύξηση της εντροπίας σε αυτήν που αντισταθμίζει τη μείωση της εντροπίας που συνέβη εντός της δονητικής δομής.

Ένα CD νερού είναι μια εκτεταμένη περιοχή όπου όλα τα μόρια βρίσκονται σε μια ελάχιστη κατάσταση εντροπίας ως συνέπεια μιας κοινής ταλάντωσης σε μια συχνότητα της οποίας η τιμή καθορίζεται από την ηλεκτροδυναμική των μορίων, χημικά μη αλληλεπιδρώντας. Το συνεκτικό χαρακτηριστικό αυτής της κατάστασης εγγυάται ότι η εντροπία της είναι αρκετά χαμηλή. Μόρια ειδών εκτός από το νερό μπορούν να εισαχθούν μέσα στο CD υπό την προϋπόθεση ότι είναι σε θέση να ταλαντεύονται στην ίδια συχνότητα. Αυτό είναι δυνατό μόνο εάν αυτά τα μόρια ξενιστές είναι ένας μικρός αριθμός, ας πούμε λιγότερο από το 1% των μορίων νερού, έτσι ώστε το καθεστώς QED τους εντός του CD να μπορεί να προσδιοριστεί από τη θεωρία διαταραχής. Διαφορετικά από τα μόρια του νερού, αυτά τα άλλα μόρια μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με πολλές και διαφορετικές χημικές ή ηλεκτροστατικές δυνάμεις, έτσι ώστε η συχνότητα ταλάντωσης τους να εξαρτάται από την ισχύ τέτοιων συνδέσεων, που συνήθως εξαρτάται με τη σειρά της από τη γεωμετρία. Η συνταγή ότι τα μόρια ξενιστές πρέπει να συντονίζονται με τα μόρια του νερού προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η εντροπία συνεπάγεται ότι η γεωμετρία πρέπει να είναι καλά καθορισμένη.

Τέλος, μια άλλη μεταβλητή που παίζει συχνά σημαντικό ρόλο στις θερμοδυναμικές παραμέτρους είναι η ελεύθερη ενέργεια. Είναι μια συνάρτηση της κατάστασης που αντιπροσωπεύει την εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος εάν πληρούνται ορισμένες συνθήκες. Έτσι, η ελεύθερη ενέργεια Gibbs (G) ορίζεται υπό τις συνθήκες σταθερής θερμοκρασίας θ και πίεση p από

G = Η – ΘS = U + pV – θS
ή, σε διαφορική μορφή, dG = dH – θds.

Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι η μέγιστη ποσότητα εργασίας που ένα σύστημα μπορεί να παράγει σταθερά θ και p. Σε απομονωμένα συστήματα, δεν υπάρχει ανταλλαγή ενέργειας (dH = O) και dG = θdS, έτσι ώστε για τη σταθερά θ, η μείωση της ελεύθερης ενέργειας αντιστοιχεί σε η αύξηση της εντροπίας. Στο νερό λόγω αύξησης της ελεύθερης ενέργειας ένεκα της συγκέτρωσης της πυκνότητας του φορτίου (των ηλεκτρονίων) έχομε ελαχιστοποίηση της εντροπίας. Η ενέργεια που δεν περιέχει Gibbs είναι πολύ σημαντική λειτουργία για βιολογικές εφαρμογές, δεδομένου ότι πολλά φαινόμενα ζωής λαμβάνουν χώρα σε σταθερή ατμοσφαιρική πίεση και σταθερή θερμοκρασία περιβάλλοντος (ή περίπου σταθερή θ λόγω ομοιόστασης). Σημειώστε ότι η ελεύθερη ενέργεια έχει την υψηλότερη κατάταξη επειδή μετατρέπεται αποκλειστικά σε χρήσιμη εργασία. Η παρούσα σύμβαση είναι να ορίσει ΔG αρνητική ποσότητα για ενδοθερμικές αντιδράσεις (για να αντιπροσωπεύει αντιδράσεις που απορροφούν θερμότητα).

Η ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ Ελάχιστης Ενέργειας

Σύμφωνα με το θεώρημα του Prigogine (Prigogine, 1947), όταν ισχύουν ορισμένες υποθέσεις, ένα ανοιχτό σύστημα σε σταθερή κατάσταση κοντά στην ισορροπία παράγει την ελάχιστη ποσότητα εντροπίας, καθώς η παραγωγή εντροπίας μειώνεται κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του συστήματος σε αυτή τη σταθερή State. Για να αποδείξουμε αυτό το θεώρημα, ας ξεκινήσουμε με μια ανασκόπηση ορισμένων βασικών διατυπώσεων.

dS = deS + diS ↔0 , deS ≥-d_i S

όπου το deS είναι η αλλαγή στην εντροπία στο να ρέει μέσα από το όριο (δηλαδή, λόγω ανταλλαγών με το εξωτερικό περιβάλλον) και το diS είναι η παραγωγή εντροπίας που προκύπτει από εσωτερικές διεργασίες. Για παράδειγμα, το deS μπορεί να αντιπροσωπεύει διαδικασίες ακτινοβολίας, αγωγιμότητα και μεταφορά, ενώ το diS μπορεί να προκληθεί από διάχυση ή χημικές αντιδράσεις. Σε ανοικτά συστήματα σε σταθερές καταστάσεις, η παραγωγή εντροπίας P δεν θα είναι απαραιτήτως μηδενική. Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες, όπως ορίζεται παρακάτω, το P θα φτάσει την ελάχιστη τιμή του. Εάν το ανοιχτό σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση σταθερής κοντά στην ισορροπία, ενδέχεται να χρησιμοποιήσουμε το αποκαλούμενο τοπική υπόθεση quilibrium που υποδηλώνει ότι οποιαδήποτε κατάσταση τοπικής μη ισορροπίας περιγράφεται από τις ίδιες μεταβλητές και διέπεται από τις ίδιες εξισώσεις κατάστασης με αυτές που ισχύουν για μια κατάσταση ισορροπίας (Glansdoiff, 1977) Θεωρώ ότι είναι μια εφεύρεση που όταν τελειοποιηθεί, θα είναι ισάξια αυτών που άλλαξαν τον κόσμο.

Θεόδωρος Φιλιππάκης Δρ θεωρητικής φυσικής.

(Glansdoiff, 1977)
1.Water: A medium where dissipative structures areproduced by a coherent dynamics
Nadia Marchettini, Emilio del Giudice, Vladimir Voeikov, Enzo Tiezzi
2. Prigogine, Thermodynamics of Irreversible Process, Wiley, New York, 1955.
3. Concepts of Stability and Symmetry in Irreversible Thermodynamics.
I B. H. Lavenda
Department of Physical Chemistry The Hebrew University, Jerusalem, Israel Received . April 26, 1971
4.Foundations theoretical mechanics R.M.Santilli
5. THERMODYNAMICS.OF IRREVERSIBLE PROCESSES
Michael Levinand V.F. Gallucc
6. The rehabilitation of irreversible processes and dissipative structures’50th anniversary
René Lefever
7. Wigner distribution function approach to dissipative problems in quantum mechanics with emphasis on decoherence and measurement theory
R.F.O’Connell