Сегодня никому не нужно доказывать, что природа и все ее предметы – это самоорганизующиеся системы, и вряд ли возможно понять явления природы, не имея представления даже о простейших системах такого рода и принципах самоорганизации. Да и законы природы - тоже результат самоорганизации. Но для современной физики, как писали сами физики, информация о системах такого рода «не соответствует идеологии».
В технике такие системы считаются одним из видов систем автоматического управления и регулирования, и в этом качестве изучаются техническими науками. Технические науки развивают те классические теории и представления, на фундаменте которых они построены. Потому изучение самоорганизующихся систем природы становится продолжением классического направления физики в микромир в рамках ее прежней парадигмы, на основе «так называемого здравого смысла», «обычной» «бытовой» логики и «наивных» образных представлений, свойственных инженерам.
Простейшая самоорганизующаяся система
Простейшая из таких систем была актуальной в физике еще почти век назад – при спорах о постоянстве размеров тел. В 1911 году, в разгар этих споров, Резерфорд выяснил, что структуры физических тел имеют вид пространственных решеток из атомов, которые сравнительно далеки друг от друга, взаимосвязаны через поля и находятся на устойчивых расстояниях. Оказалось, размеры тел – это не сумма размеров атомов по модели Томсона, а сумма устойчивых расстояний. Значит, свойства размеров и есть свойства устойчивых расстояний и полей, которыми они создаются.
Объяснить такую связь атомов можно было только одним: электромагнитными волновыми полями, источниками которых должны бы служить сами атомы или, скорее, их ядра. Иных полей и способов, пригодных для объяснения и моделирования твердого тела, физика не знала. Так классическая школа физики получала модель твердого тела, которая оказалась объектом сугубо электромагнитным. Естественно, размеры такого объекта зависят от его скорости относительно той среды, в которой он находится и сквозь которую движутся связующие поля. А это стало бы доказательством непостоянства размеров тел и подтверждением правоты Лоренца и Фицджеральда, правоты классической школы физики в споре с релятивистами.
Такого рода упругая связь возникает между любыми источниками электромагнитных волн, например между «точечными» электрическими диполями - вибраторами Герца. Если вибраторы расположены на умеренных расстояниях друг от друга и колеблются согласованно – синхронно и синфазно, то взаимодействуют через волновые поля, которые сами же излучают. Волны бегут навстречу друг другу и образуют поле стоячих волн с обычными для таких полей узлами и пучностями. Под действием электромагнитных сил вибраторы поворачиваются вдоль силовых линий электрического поля, движутся к максимумам его синфазной составляющей, где и занимают устойчивые положения (динамические потенциальные ямы) на расстояниях, примерно равных одной, полутора, двум и т.д. длинам стоячих волн, самопроизвольно образуя упругую решетчатую структуру, в какой-то степени упорядоченную. Как скажем сегодня, происходит самоорганизация пространственной решетчатой структуры. Сама же структура есть простейшая самоорганизующаяся система.
Объяснение межатомных связей какими-либо полями иной природы или особыми законами микромира принципиально противоречило классической парадигме, тем более, когда возможно объяснение полями известными и в рамках существующей теории. Таким образом, классическая теория, не выходя за рамки своей парадигмы, могла давать о твердых телах лишь это единственное представление.
Основные свойства этих самоорганизующихся решеток могут быть рассмотрены на примере группы простейших автоколебательных излучателей, построенных как технические изделия, например автономные радиотехнические LC-генераторы частоты (колебательный контур из катушки и конденсатора, транзистор и батарейка), где катушка служит излучающим магнитным вибратором. Пусть по катушкам текут, кроме переменных токов, еще и небольшие токи постоянные, и между ними возникают силы статического притяжения. Это приводит к некоторому сокращению устойчивых расстояний, чем обеспечивается устойчивый синхронизм колебаний во всей группе связанных полями автоколебательных элементов.
Получается несложное устройство, искусственное упругое тело, все свойства которого легко просматриваются теоретически, потому и строить его не нужно. В принципе, построить его можно. При нынешнем уровне техники электромагнитные силы будут очень малыми, а устройство – весьма непрочным, оно сможет существовать, лишь плавая в невесомости, в жидкой среде или на ее поверхности. Но прочность становится выше при более сильных полях и малых длинах волн и расстояниях, что и имеет место в микромире. Здесь же имеет принципиальное значение не прочность, а сама возможность существования таких искусственных упругих тел в реальности.
Так получается первичная самоорганизующаяся физическая модель твердого тела, принадлежащая классической физике со времен научной революции. Она была неоспоримым вещественным аргументом классической школы в споре о постоянстве размеров тел. Этой же моделью классическая школа открывала свой новый раздел и становилась физикой самоорганизующимся системам природы.
Однако научная печать к тому времени уже была под контролем релятивистов, ниспровергавших тогда классическую школу. Статьи ученых классической школы, содержавшие ключевую информацию, опубликованы не были. В литературе модель представлена не была, и это дало основания заявлять в той же литературе, что классическая физика не смогла объяснить эксперимент Майкельсона, пришла к неразрешимому тупику и своему естественному концу. Таким вот образом решался важнейший в истории науки вопрос: о выборе физикой дальнейшего направления. Классическое направление было отвергнуто. Самоорганизующаяся модель тела оставлена в неизвестности, и физика осталась без какой-либо физической модели тела в виде решетки, связанной полями. Любая подобная решетка стала бы всё тем же доказательством в пользу классической школы.
У вас нет оснований отвергать модель на том основании, что она якобы энергически неустойчива, ибо, мол, такое тело распадется, излучив энергию. Учтите, что элементы модели стоят в устойчивых положениях, поэтому любые внешние воздействия, как угодно хаотичные, выводят их из устойчивых положений, действуют против сил устойчивости и передают свою энергию тем полям, которые создают эти силы, становясь источником энергии колебаний. Это электромеханическое преобразование хаотической тепловой энергии в упорядоченную энергию колебаний и полей. И это автогенерация колебаний, как в лазерах, потому к моделям из большого числа элементов применима та теория, которая разработана для лазеров. Она объясняет: почему трубка с газом, закрытая зеркалами только с двух концов, не излучает в стороны. В модели тоже имеет место такая же «конкуренция мод» колебаний и полей, как и в теле лазера, она и приводит излучение к минимуму. Когда излучение минимально, а энергия колебаний восполняется, становится возможным автономное существование структуры в энергетическом равновесии с окружающей средой.
Эта самая конкуренция колебательно-волновых мод – свойство не только лазеров, а всяких многомодовых автоколебательных систем, да и вообще процессов автогенерации, т.е. по-русски: самовоспризводства. Вплоть до живой природы. На Галапагосских островах выжили только нелетающие бабочки, а летающих уносило ветром в океан. Так и колебания, улетевшие из системы, в ней себя не воспроизводят. Их места занимают нелетающие - неизлучающие комбинации колебательно волновых мод.
Вы можете не признавать это техническое устройство моделью тела. Но само устройство вы отвергнуть не можете, ибо оно реально и может быть изготовлено. А оно тоже имеет вполне определенные размеры, и тоже служит тем же доказательством: размеры этого тела, размеры в обычном смысле, в трех измерениях, зависят от скорости относительно среды. Это не противоречит постулату Эйнштейна о постоянстве размеров, поскольку постулат относится к размерам в четырех измерениях, т.е. к размерам не в обычном, а в некоем экзотическом смысле.
Вы можете сами рассмотреть как будут меняться размеры устройства, если его погрузить в жидкую электромагнитную среду и привести среду в движение относительно устройства и наблюдателя. Среда сносит волны в сторону своего движения (в соответствии с экспериментом Физо), при этом длины стоячих волн, связывающих устройство в единое тело, сокращаются, сокращаются и расстояния между элементами. Вы можете прочесть об этом со всеми подробностями на сайте
www.mirit.ru, где связанные группы осцилляторов рассматриваются как объект ритмодинамики.
Заметим, что релятивистская система координат в виде стержней и часов может быть построена и из искусственных упругих тел, как изделие техники. Часы для нее можно сделать, подключив к элементам (осцилляторам) счетчики числа и долей колебаний. Такую СО можно исследовать в абсолютных движениях, погрузив в подвижную «светоносную» среду, а также сравнивать ее с традиционной релятивистской ИСО в относительных движениях. Это даёт техническому специалисту возможность объяснить постулаты СТО, а также перевести всё ее содержание на общепонятный язык классической физики. В первую очередь осмыслить то, чего не знают физики: в каком смысле размеры постоянны, по каким причинам, при каких условиях, и из каких явлений складывается такое постоянство.
Из классической модели можно сразу же сделать следующие выводы. Во-первых, о том, что атомы или их части способны становиться источниками электромагнитных волн, длины которых сравнимы с межатомными расстояниями. Конечно же, не источниками энергии, а пассивными осцилляторами. Способностью к колебаниям обладают все предметы макромира, когда не слишком велики внутренние потери энергии. Классическая парадигма не знает принципиальных различий между микро- и макромиром и запрещает необоснованно лишать элементы микромира каких-либо свойств, присущих предметам макромира, в том числе способности колебаться. Любой реальный предмет макромира, будучи лишен внутренних потерь энергии колебаний, станет сложнейшей многочастотной и многомодовой колебательной системой – объёмным электромагнитным и механическим резонатором. Микромир в устойчивом состоянии не излучает свою энергию не потому, что в нем электроны не излучают, а потому, что число колебательных мод всегда достаточно для того, чтобы из них в результате конкуренции сложилась неизлучающая комбинация. Даже в атоме водорода.
Во-вторых, колебания самосинхронизирующихся элементов модели и их излучения сливаются в единый когерентный колебательно-волновой процесс, без которого невозможна связь между элементами, а потому невозможна целостность модели. Это неразрывное единство пространственной структуры и процесса, текущего во времени, делает упругое тело объектом четырехмерным, пространственно-временным. С точки зрения классической физики, твердое тело в принципе не может существовать как объект сугубо трехмерный, ибо целостность такого тела невозможна.
При изменениях скорости модели условия синхронизации изменяются, колебания передних элементов начинают отставать во времени от колебаний задних, и это будут показывать счетчики-часы, подключенные к элементам. Часы во всех случаях покажут ход лоренцева «местного времени» в модели.
Однако, факт неоспоримый: в физике мерой пространства-времени служит твердое тело - самоорганизующаяся пространственная решетка, объект четырехмерный и заведомо гибкий по принципу построения. Измеряя расстояния и размеры, физика полагает эту меру заведомо постоянной, потому приписывает измеряемым объектам гибкие свойства и четвертое измерение, фактически принадлежащие не объекту, а самоорганизующейся мере.
Не можете ли вы объяснить как-то по-другому те причины, по которым всякие сведения о самоорганизующейся классической модели отсутствуют в физике? Ведь это первый шаг к знаниям о самоорганизации. Вибраторы Герца известны с 1888 года. А два, три и т.д. вибратора вместе – они вам не были известны? Сами-то вы догадываетесь, что они способны держаться друг за друга? Ведь складывается впечатление, что физики не природу изучают, а наоборот, мешают техническим наукам это делать и вводят в заблуждения общество, которое их содержит. Некогда алхимики обещали сделать горы золота из железа, не всегда в это верили сами, но неплохо жили на этом обмане. История учит.
Самоорганизация в атоме Резерфорда
Вопрос о постоянстве размеров тел был одним из ключевых вопросов научной революции. Другим, еще более важным и решающим, был вопрос об отсутствии излучений из атома по модели Резерфорда и спектрах излучения атомов. В учебниках пишут, что классическая теория в принципе не даёт возможности решить вопрос о неизлучающем атоме, из чего делают вывод о неприменимости классических теорий к микромиру. На самом же деле вопрос решался так. Электрон движется вокруг ядра с ускорением, потому излучает электромагнитные волны. Но атом в целом не излучает. Согласно правилам сложения векторных статических и динамических полей, которые преподают в школах и ПТУ, это возможно лишь в том случае, если ядро в атоме излучает точно такое же поле, но с противоположным направлением векторов. Тогда за пределами атома сумма излучений ядра и электронов точно равна нулю, как равна нулю сумма их статических полей.
Конечно, такое равенство излучений кажется невероятным. Но уж таков однозначный вывод из математической теории поля. И его нельзя «отбросить» лишь потому, что «этого не может быть, ядро не может так излучать!». Это должно бы быть сначала математически доказано. И всё должно бы быть, ради объективности и честности науки, рассмотрено в литературе публично. Поскольку решение вытекает из тех правил сложения полей, которые знают даже ПТУшники, не знать о нем физики не могут. Однако в литературе оно не упоминается, что также можно расценить как введение в заблуждение ради победы и первенства в науке. Конечно же, никто из физиков давно об этом не думает своим умом, все твердо «знают» из учебников, что задача якобы не решается, потому и за решение не берутся.
Перед классической физикой действительно возникала вторая проблема, очень трудная для того времени: объяснить такое излучение и предложить модель ядра, которая излучала бы таким же образом. Вопрос о том, излучает ли ядро в атоме и, если излучает, то как и почему, - такой вопрос перед физикой даже не ставился. Сегодня же все объяснения находятся без особых трудностей. Но вот изложить их людям, не имеющим нужных для того специфических знаний, - проблема не меньшая.
Поскольку здесь мехмат, я не особо объяснять, а предложу математикам самим решить задачу, для них не шибко сложную.
Предлагается модель атома в виде объёмного резонатора и зарядов, обегающих его с частотой одного или нескольких резонансов. Поскольку в справочниках даются готовые решения для полых резонаторов, используем эти решения, поступив так. Полый сферический или цилиндрический резонатор с тонкими сверхпроводящими стенками заполним идеальным диэлектриком, скорость волн в котором на многие порядки меньше, чем в пустоте. Тогда частоты резонансов будут низкими, и диаметр резонатора может быть на сколько-то порядков меньше диаметра орбит зарядов. А в стенках прорежем множество отверстий, достаточно тонких, чтобы они не влияли существенно на форму полей и не выводили вас за рамки готовых решений. Но резонатор станет открытым, т.е. способным излучать и принимать волновую энергию.
Имеется в виду примерно такая картинка: бегущий заряд возбуждает в резонаторе волну, фронт которой уходит вглубь в виде пологой спирали, приходит к другой стенке и отражается от нее, постоянно суммируясь с новой волной, приходящей извне от заряда. Это и будет один из резонансов. Пока волна проходит резонатор, заряд успевает обежать его ровно n раз. Спектр резонансов дискретный, потому и орбиты дискретны.
Когда орбита точечная, вращающийся заряд излучает как два взаимно перпендикулярных точечных диполя Герца, колебания в которых отличаются на четверть периода (на 90 градусов). Каждый из них излучает на бесконечность только одну пространственную гармонику: f(q,j) = cosq. Эту же гармонику содержит и излучает резонатор при колебательных модах с номерами (с числом вариаций по R,q,j), равными n,1,0. Два таких колебания, повернутые на 90 градусов в пространстве и по фазам, образуют круговой резонанс, излучают как вращающийся заряд или диполь и, при равенстве амплитуд, суммируются с излучением заряда в противофазе, полностью погашая излучение.
Когда орбита не точечная, то в излучении заряда присутствуют высшие гармонические. Значит, те же гармоники должен излучать резонатор, т.е. колебания в резонаторе должны содержать те же гармоники – моды с более высокими номерами, что не проблема.
Вам нужно убедиться в том, что излучения из модели отсутствуют полностью при какой-то комбинации частот, мод и амплитуд колебаний, в том числе погашаются излучения квадрупольные, гексапольные и прочие гармоники, которые излучает заряд на орбите конечного диаметра. Или же - что этого не может быть в принципе. А также что орбиты зарядов при отсутствии излучений не меняются, т.е. они устойчивы, и составляют дискретный ряд в соответствии с полосатым частотным спектром резонатора. Правда, полное отсутствие излучений – это уже излишне, т.к. тут тоже есть механизм пополнения энергии. Достаточно, чтобы время жизни такого атома было хотя бы порядка секунд.
Равенство излучений резонатора и заряда, при котором их сумма равна нулю, возникает само собой, в порядке самоорганизации колебаний. Пусть в резонаторе еще нет колебаний и вокруг него с частотой одного из резонансов вращается заряд. Заряд излучает в пространство и индуцирует малые колебания в резонаторе. Но в нем развивается лишь та из колебательных мод, которая своим излучением ослабляет излучение заряда, и это означает, что энергия излучений заряда отчасти принимается этой модой. За счет принимаемой энергии эта мода развивается, пока приток к ней энергии не сравняется с оттоком. Пока модель излучает, ее излучения остаются источником энергии тех колебательных мод, которые могут своим излучением ослабить излучение из модели, и тогда развиваются за счет принятой энергии. Это продолжается или до полного погашения излучений, или до исчерпания разнообразия мод. В данном случае мод достаточно для полного погашения. Заряд в нашем случае тоже гасит своим излучением излучение резонатора, в той же мере принимая энергию его излучения, т.е. участвует в равном энергообмене, потому не меняет орбиты. Все прочие колебания и движения излучают, потому затухают. И вы тоже действуйте так: если какое-то излучение всё же осталось, то поищите: нет ли в резонаторе моды, которая его погасит?
Неизлучающий атом можно понимать по-разному. Например, бегущие электроны – это токи, которые экранируют ядро-резонатор, подобно металлическому экрану. Но электронов тут мало, «экран» получается дырявым, потому экранирует не любые излучения, а только некоторые. А резонатор способен создавать излучения весьма разнообразные, в том числе такие, которые экранируются даже одним электроном.
Решив задачу по всей форме, направьте ее в научный журнал, чтобы убедиться: подобное публиковать не будут.
Из таких моделей атомов можно складывать модели тел и молекул. Получается картина сугубо электромагнитного микромира, живущего строго по законам Фарадея-Максвелла. И для этого достаточно признать, что все устойчивые образования, будь то твердое тело, газ, жидкая капля и поверхность, или элементы микромира - устойчивые капли материи, имеют способность колебаться вокруг своих устойчивых форм и состояний. Капля материи, принизанная полями и способная колебаться, становится электромеханическим резонатором медленных волн, еще более сложным, чем шар из диэлектрика. Тогда множество изобретений современной физики наподобие постулатов, особых законов микромира, специальных полей и пр., и пр. становится ненужной фантастикой.
Поскольку из ПТУшной задачки сделана вселенская тайна и неразрешимая проблема, вопрос об излучении ядра не возникал, и до модели ядра в виде резонатора дело никогда не доходило. Как видите, не так уж тут всё сложно, но такую задачу никогда не решали. Или не пустили в литературу. Если бы ваши корифеи не были жуликоваты и не вводили народ в заблуждения, то ПТУшное решение было бы опубликовано еще до Первой Мировой, а полное решение атома – сразу после нее, когда математики опубликовали общее решение для полых резонаторов. Конечно, революционная физика при этом проиграла бы классической и не имела бы монополии на знания о микромире. Зато мировой инженерный корпус и технические науки получили бы внятную теорию микромира, работали бы с ним, понимали, и к нашему времени привели бы в микромир множество разных технологий.
Можете представить себе как нагадила ваша революционная научная школа своему кормильцу - человечеству, запудрив ему мозги и на сто лет задержав технологии за порогом микромира.
