Самоорганизующиеся системы классической физики

Сообщение №51 от Шляпников А.А. 24 сентября 2002 г. 17:57
Тема: Самоорганизующиеся системы классической физики

Самоорганизующиеся системы классической физики
А.А.Шляпников
E-mail: oldhat@yandex.ru

Кратко описаны инженерно-технические решения "тупиковых" проблем классической физики и явления самоорганизации, приводящие к этим решениям.

Проблемы, стоявшие перед классической физикой начала ХХ века и приведшие к смене научной парадигмы, до сих пор, почти век спустя, остаются во мнении мировой науки принципиально неразрешимыми, хотя никакие проблемы не вечны. По мере прогресса в технических науках и профессиях эти проблемы становились техническими задачами, всё менее сложными. Сегодня они решаются, открывая возможность изучать природу средствами технических наук и профессий, основанных на классических теориях, как мир самоорганизующихся систем, принципиально неотличимых от технических систем автоматического управления и регулирования. Однако технические науки не могут работать вопреки академической физике и в конфронтации с ней. Это требует изменения устоявшихся, но устаревших мнений.

Автор, будучи техническим специалистом, делает здесь попытку повлиять на мнение ученых, излагая решения ряда прежних проблем физики в виде задач своей профессии. Они построены на явлениях и фактах, хорошо известных и достоверных, которые не могут быть отвергнуты по отдельности, но сложенные вместе составляют картину новую. Профессия естественно делает автора представителем классического направления физики. Физикам же автор рекомендует понимать эти решения как альтернативы, объективно существующие с 1911 года, но еще не рассмотренные.

Модель атома Резерфорда с точки зрения инженера-электрика 1910-х годов была рядовой электромагнитной системой, а вопрос об отсутствии из нее излучений имел тривиальное решение в следующем. Электроны, двигаясь в атоме, излучают, но атом в целом - нет, следовательно в атоме есть еще один источник излучения - ядро. За пределами атома эти два излучения, суммируясь, обращаются в нуль. Возражений быть не могло, т.к. сведений о ядре для этого недоставало. Пределы компетенции теории Фарадея-Максвелла распространяются при этом в глубину атома, заканчиваясь вблизи ядра. Для выводов о неприменимости этой теории к микромиру не было оснований, т.к. вопросы о ядре, о том, почему оно излучает именно так, выходят за эти пределы и относятся к другой теории. Конечно же, самоорганизация - природная автоматика, приводящая атом к неизлучающим состояниям, казалась тогда явлением невероятным - интуиция отвергала строгую логику математической теории. 

Однако решение этого вопроса могло быть найдено в известных тогда принципах радиоприёма - как отбора мощности из потока излучений в колебательные системы. Далее будем иметь в виду только периодические движения, колебания и излучения. 

Для того, чтобы модель атома не излучала при любом числе "электронов", занимающих дискретный ряд орбит, моделью его ядра должна служить открытая колебательная система без внутренних потерь энергии. Необходимо и достаточно, чтобы она имела дискретный ряд резонансных частот, соответствующих орбитам "электронов", и некоторое множество форм (мод) резонансов на каждой из этих частот, - т.е. типичные общие свойства объемных резонаторов. Конкретные же свойства предстояло вычислить, исходя из спектров излучений и устойчивых состояний атомов.

Подобные системы при достаточности степеней свободы колебаний способны самопроизвольно приходить к неизлучающему состоянию. Если модель атома излучает на частотах резонансов, то в колебательной системе ("ядре") возбуждаются колебания, которые тоже излучают. Различные формы (моды) колебаний излучают различно, их амплитуды и фазы подвижны, но развиваются лишь те из них и при таких фазах, которые, излучая, уменьшают общую мощность излучения из модели, т.е. поглощают энергию излучения, за счет которой и развиваются. Прочие колебания затухают, излучив энергию. Пока модель излучает, она питает энергией всё новые и новые колебательные процессы в "ядре". Так продолжается или до исчерпания степеней свободы колебаний, или, при их достаточности, до полного погашения излучений. Тогда "электроны" в модели движутся, не теряя энергию, т.к. излучения их и "ядра" взаимно погашаются. Так модель приходит к устойчивому состоянию. Спектры резонансов "ядра" дискретны - дискретны и устойчивые орбиты "электронов". 

Описанное явление можно понимать как явление самоорганизации колебательно-волновых процессов, свойственное колебательным системам, достаточно для этого сложным. То же явление порождает общую тенденцию таких систем к неизлучающим или минимально излучающим состояниям, чем отчасти можно объяснять энергетическую устойчивость электромагнитных динамических систем в микромире вообще.

Принципиальная возможность неизлучающих систем, составленных из элементов и систем излучающих, вытекает из общего решения волнового уравнения для сферических координат, найденного Гамильтоном в 1903 году. К любому локальному источнику излучения найдётся бесконечное множество различных других источников, в том числе отдалённых и локальных, каждый из которых излучает в дальнее пространство точно такое же поле. Это может быть доказано математически. Пара таких источников, излучающих в противофазе, составит систему, в дальнее пространство не излучающую. 

Вот эти способности колебательно-волновых систем сохранять энергию позволяли предложить физическую модель твердого тела, очевидную еще из опытов Герца в 1888 году, - в виде группы когерентных электромагнитных осцилляторов, предоставленной действию только внутренних сил. Осцилляторы, излучая общее когерентное поле, двигаясь в нем и поворачиваясь, занимают устойчивые положения на расстояниях друг от друга. Образуется некое упругое тело. В качестве осцилляторов пригодны простейшие генераторы колебаний с излучающими колебательными контурами из индуктивностей и емкостей или иными открытыми резонаторами. Если между ними действуют еще и статические силы притяжения, то генераторы "входят в синхронизм", занимают устойчивые положения в пучностях поля и образуют искусственное упругое тело, в некоторой степени упорядоченное по структуре. 

Т.к. всё это происходит само собой, такие группы могут быть названы самоорганизующимися системами. С другой стороны - это рядовые объекты теоретической электротехники, электромагнитные автоколебательные системы, движущиеся в пространстве и по фазам к своим устойчивым состояниям. 

Здесь также есть тенденция к минимально излучающим состояниям, и в случаях, когда в такой системе присутствуют достаточно сложные резонаторы и нет внутренних потерь энергии, она способна сохранять энергию. Энергия, необходимая для существования модели, может пополняться, поступая в виде внешних воздействий и тепловых движений. Любого рода умеренные воздействия на элементы модели выводят их из устойчивых положений, передавая свою энергию полям и процессам, удерживающим элементы в устойчивых положениях. Это обычное электромеханическое преобразование энергии и автогенерация колебаний здесь выступают как явление самоорганизации энергии с ее упорядочением. То же имеет место и в моделях атомов. Таким образом, энергетика и целостность естественных тел как сложных колебательных систем объясняются до конца, а их модели становятся полными. 

Возможно, энергетика моделей будет понятнее физику по аналогии с лазерами - как такого же множества когерентных излучающих осцилляторов с теми же тенденциями к удержанию энергии в виде минимально излучающих мод и с тем же математическим описанием, хотя и с тепловой "накачкой". Можно бы поискать и аналогичное излучение. В отличие от лазера, здесь действует механизм преобразования энергии, общий для всех частот, поэтому конкуренция возможна и между модами разных частот. 

Модели атомов могут таким же образом складываться в модели молекул и тел, образуя функционально законченные системы, способные существовать автономно в энергетическом равновесии с окружающей средой. Модели атомов, образуя модель молекулы, переходят в иные, излучающие состояния и образуют устойчивую неизлучающую группу излучающих атомов, в которой действуют те же энергетические процессы самоорганизации. Аналогично, модель твердого тела - это устойчивое неизлучающее множество излучающих элементов и частей. Однако абсолютное отсутствие излучений не требуется.

Таким образом, микромир предстаёт как мир самоорганизующихся систем природной автоматики, действующих в строгом соответствии с классической теорией Фарадея-Максвелла. О научной несостоятельности этой теории или ее неприменимости к микромиру не может быть и речи. К тому же, теория - лишь инструмент, в неудачах мастера не повинный.

Искусственные тела - группы автоколебательных устройств - объекты технические, что даёт автору основания говорить о них с точки зрения профессии. Однако они имеют определенные устойчивые размеры, способны двигаться, могут быть изготовлены и существовать как объекты физики и ее теорий. Естественно, точки зрения инженера и физика здесь не одинаковы.

Искусственные упругие тела необычайно удобны для объективного решения старого спора о размерах тел. Эти тела можно в реальности или мысленно приводить в движения вокруг наблюдателя и погружать в электромагнитные среды, замедляющие скорость электромагнитных волн, где явления, связанные с движением, четко отделяются от ошибок наблюдения. К их самосинхронизирующимся осцилляторам и генераторам можно подключить систему электронных часов - счетчиков числа и долей колебаний. Эти системы - электромагнитные, потому при изменениях скорости испытывают реорганизацию в соответствии с преобразованиями Лоренца в их инженерно-техническом понимании. Приводя среду в движение, можно бы наблюдать без ошибок, что размеры погруженных в нее тел зависят от скорости среды, а система электронных часов Лоренцева "местного времени" показала бы при этом как зависят от скорости временные интервалы (разности фаз колебаний).

Из таких же тел (или моделей) с подключенными к ним часами можно было построить систему координат специальной теории относительности (СТО) и тем же способом (сравнивая в движении сквозь среду размеры самоорганизующихся систем, процессы в них и ход часов) установить, что постулаты СТО и ее фактическое содержание объясняются свойствами ее системы координат как гибкой самоорганизующейся системы, принятой в качестве меры, заведомо постоянной. Так, начиная с 1911 года, СТО можно было рассматривать как первую классическую теорию самоорганизующихся систем природы, лишь с иной точки зрения изложенную. Не было оснований представлять СТО как альтернативу классической физике и направлять на ее ниспровержение, принеся в жертву этот научный потенциал СТО, так и оставшийся непонятым. Не было также оснований для осмеяния Лоренца и Фицджеральда.

Сказанного, наверное, достаточно для вывода о том, что перед классической физикой не было проблем, объективно неразрешимых. Их решения просто не были найдены. Изложенные решения не содержат существенных ошибок, иначе не сложилась бы так легко и просто цельная картина микромира. 

Классическая физика по-прежнему способна и к новым открытиям. Исследования самоорганизующихся объектов, ранее физике не известных, - физических моделей тел или тел искусственных - открывают ряд явлений, ранее также неизвестных, в том числе относящихся к фундаменту классической физики. Например, принцип относительности движений в мире самоорганизующихся систем, его причины и механизм действия. Приоткрываются причины инерции: при ускорениях модели ее элементы выводятся из устойчивых положений, и силы устойчивости противодействуют ускорениям, выступая как силы инерции. Те же силы становятся причиной квантования связанных движений. Однако автор не намерен доводить эти исследования до конца и не имеет нужной для этого научной квалификации. 

Итак, классическое направление физики может быть продолжено в самоорганизующийся микромир, будучи дополнено средствами технических наук, способных изучать самоорганизующиеся системы природы в качестве как систем электродинамических, так и систем автоматических. Физика так или иначе изучает самоорганизующиеся системы, т.к. иного нет в природе, но не имеет теорий и разделов, прямо посвященных самоорганизации. Изложенные сведения могут служить тому началом.

Классическая физика обновляется, но остаётся классической, действенность которой доказана исторически: век великих научных открытий был результатом деятельности классической школы, закончился вместе с нею и не был повторен без нее. Это показывает, что классическая парадигма была вовсе не сводом устаревших догм, а уникальной технологией делания науки, непревзойдённым мастерством великих открытий. Как и другие старые технологии, она накапливалась сотни лет, бережно хранилась научной школой и передавалась от поколения к поколению. Все ее элементы - от исходных истин, критериев и приоритетов до философии и морали - отшлифованы и выверены многими поколениями ученых. Это необычайная ценность. Век великих научных открытий - закономерный результат этой технологии. 

Решение проблем физики прошлого возвращает нам и ее парадигму - классическую парадигму великих открытий. 

Литература:

1. А.А.Шляпников. Истинные возможности классической физики и ложные основы современной. URL: http://newphysics.h1.ru/Shlijapnikov/Schlyapnikov1.htm


Отклики на это сообщение:

Прекрасный обзор. Я чувствую, что автор хорошо знаком с историей физики.


Самая классическая физика - это закон Ньютона M*a=F
M - масса тела
a - ускорение
F - сила
когда-то силы было две - закон всемирного тяготения и закон Кулона

Эта классическая физика увы! уже породила сложные вычислительные проблемы
Например просчитать движение тела в стационарных электрических полях имеющих холмы и ямы никто не может (неясно - пришлю картинку) - а что может быть
проще?

Есть или нет квантовая механика в глубинах классической физики ?
Тот кто не умеет решать - как может судить на эту тему?

Вы в добавление к этой совершенно безрадостной картине добавили -
и электродинамику и осцилляторы и много чего - неужели если к одной трудности - неумению решеать уравнения от времени Ньютона, - добавить еще и прочее, на порядки более сложное то можно утверждать что :
Классическая физика по-прежнему способна и к новым открытиям

Вы на полном серьезе? или это слова-слова-слова произнесенные с целью намекнуть на то, что Вы очень знающий ученый но не более?
Надеюсь, Вы вступите в диалог и развеете мои подозрения