Long-range coherence and energy storage in biological systems

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Abstract

Biological systems are expected to have a branch of longitudinal electric modes in a frequency region between 1011 and 1012 sec−1. They are based on the dipolar properties of cell membranes; of certain bonds recurring in giant molecules (such as H bonds) and possibly on pockets of non-localized electrons. In Section 2 it is shown quit generally that if energy is supplied above a certain mean rate to such a branch, then a steady state will be reached in which a single mode of this branch is very strongly excited. The supplied energy is thus not completely thermalized but stored in a highly ordered fashion. This order expresses itself in long-range phase correlations; the phenomenon has considerable similarity with the low-temperature condensation of a Bose gas. General consequences and proposals of experiments are discussed in section 3.

Abstract

Dans les systèms biologiques on peut présumer une branche de modes électriques longitudinaux dans une région de fréquences entre 1011 et 1012 sec−1. Ceux-ci peuvent ětre associés à des propriétés dipolaires de membrances cellularies, de certaines liaisons récurrentes dans les molécules géntes (tells que des liaisons d'hydrogène) et peut-ětre de poches d'électrons non localisés. Dans le Sections 2 on montre d'une façon toute générale, que si l'on fournit de l'énergie à une telle branche à une certaine vitesse, un état stationnaire sera atteint, dans lequel un seul mode de cette branche est très fortement excité. L'énergie ainsi fournie n'est donc pas complètement thermalisée, mais reste emmagasinée d'une manière bien ordonnée. Cet ordre apparaǐt dans les corrélations de phase à longue portée. Le phénomène a une similarité considérable à la condensation d'un gaz de Bose aux basses températures. Dans le Section 3 on discute de conséquences générales et on propose des expériences.

Abstract

Man kann erwarten dass biologische Systeme einen Zweig von longitudinalen elektrischen Schwingungen in einem Frequenzbereich zwischen 1011 und 1012 sec−1 haben. Diese sind auf Diploareigenschaften von Zellmembranen, von gewissen Bindungen in Riesenmolekülen (z. B. Wassertoff bindungen) und vielleicht von Taschen von nichtlokalisierten Elektronen gegründet. In Sektion 2 wird im allegemeinen gezeigt, dass wenn Energie mit mehr als einer gewissen Durchschnittsrate einem solchen Zweig zugeführt wird, wird ein stationärer Zustand erreicht, in welchem eine einzige Schwingung dieses Zweigs sehr stark angeregt ist. Die zugeführte Energie ist also ninch vollständig thermalisirt, sondern wird in einer höchst geordnetern Weise gesprichert. Diese Ordnung zeigtsich in Phasenkorrelationen mit langer Reichweite. Das Phänomen hat beträchtlicle Änlichkeiten mit der der Kondensation eines Bosegases bei tiefen Temperaturen. Allegemeine Folgerungen und Vorschläge von Experimenten werden in Sektion 3 diskutiert.

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