25586-1 (Классическая физика: самоорганизующиеся системы и микромир)

КЛАССИЧЕСКАЯ ФИЗИКА: САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ И МИКРОМИР

Содержание:

1) Предисловие

2) Простейшие самоорганизующиеся системы

3) Самоорганизующиеся модели упругих тел

4) Неизлучающий атом Резерфорда

5) Общее представление об упругих телах

6) Движение и реорганизация упругих систем

7) Принцип относительности для мира самоорганизующихся систем

Предисловие

Я, автор этого изложения, имею профессию, в основе которой лежит классическая теория Фарадея-Максвелла. Это мой инструмент - проверенный, надежный, безупречный. Однако академическая физика в тысячах книг, брошюр и лекций уверяет, что эта теория несостоятельна, не способна объяснить эксперимент Майкельсона и противоречит якобы факту: "электроны в атомах не излучают". Но ведь факт не таков. Ведь не излучает лишь атом в целом - система из ядра и электронов, факт именно таков, и он имеет в классической теории объяснение, специалисту очевидное. Здесь факт "атом не излучает" подменяется на его ложную трактовку "электроны не излучают". Зачем? Почему-то современная физика, ниспровергая классическую, никогда не приводит доказательств, а лишь уверяет, пропагандирует, подавляет ссылками на авторитеты и мировую науку, повторяет: "Это смешно, нелепо, это попытка спасти теорию". Если бы она была права, то не нуждалась бы в этих недостойных средствах убеждения.

Явная необъективность вызывает сомнения: а были ли вообще перед классической теорией те тупиковые проблемы, о которых говорит нам ее противник? Или их можно решить сегодня, на современном уровне знаний? Пришлось заняться проверкой.

Для решения вопроса о размерах движущихся тел понадобилось искусственное упругое тело, состоящее из макроскопических "атомов" и макроскопических расстояний между ними, которое можно было бы построить в реальности, как изделие. Дело в том, что размеры тел естественных - это сумма межатомных расстояний, скрытых в микромире и недоступных для объективного анализа. Нужен пример тела, в котором расстояния доступны для изучения.

Искусственное упругое тело - это самоорганизующаяся группа из двух, трех и т.д. одинаковых электромагнитных осцилляторов, которые излучают волновые поля и удерживаются на устойчивых расстояниях друг от друга этими же полями и электромагнитными силами, составляя единое упругое тело. В качестве осцилляторов можно для начала применить автоколебательные излучающие устройства, например, излучающие генераторы СВЧ с автономным энергопитанием, и оставить их свободно плавать в жидкости или на ее поверхности. При определенных условиях генераторы самопроизвольно входят в синхронизм, создают поле стоячих волн и располагаются в пучностях магнитного поля на устойчивых расстояниях друг от друга, образуя упругую структуру, в какой-то степени упорядоченную.

Поскольку классическая физика не имеет иных средств построения упругих тел, и в макромире нет иных полей, способных объединять элементы в единое упругое тело, такие системы становятся единственно возможными физическими моделями тел. Такое тело и само по себе - новый, принципиально важный физический объект.

Искусственное тело вещественно, реально и бесспорно, оно может быть создано. Его размеры образованы хорошо известными полями и силами, здесь неуместны постулаты и философские рассуждения. Свойства размеров здесь нетрудно выяснить, мысленно погружая тело в движущиеся "светоносные" (электромагнитные) жидкости. Оказалось, что Лоренц и Фицджеральд были правы: размеры явно зависят от скорости течения "светоносной" среды относительно неподвижного тела, от скорости электромагнитных волн в этой среде, меняясь пропорционально длинам стоячих волн, которыми связаны в единое целое. Авторы учебников столь же явно не правы.

Спор о размерах тел, оказывается, решался удивительно просто, и мог быть решен в рамках классических теорий еще в 1911 году, сразу после открытий Резерфорда, когда стало известно, что размеры тел - это сумма расстояний. Но этого не произошло. Простейшие самоорганизующиеся системы, дающие решение проблем вековой давности, как и физические модели тел, остались неизвестными академической физике.

На вопросы о том, почему не излучается в пространство и не иссякает энергия электромагнитных движений в атомах, молекулах, телах и прочих системах микромира, тоже есть простой ответ, очевидный, можно сказать, еще с 1903 года, когда Гамильтон нашел общее решение волнового уравнения электродинамики для сферических координат. Из этого решения и следуют ответы: два, три или более объектов, излучающих электромагнитные поля в пространство, могут вместе составлять систему, в пространство не излучающую, даже если расположены не один внутри другого, а на расстояниях друг от друга. Их излучения в дальнем пространстве могут взаимно погашаться. Имеют место также явления, приводящие такие системы к неизлучающему состоянию. Таким образом, самоорганизующиеся системы могут сохранять в себе электромагнитную энергию, не излучая ее вовне, и быть достаточно полными моделями упругих тел, молекул, атомов и прочих систем микромира.

Так классическая теория начинает объяснять микромир, не изобретая особых полей и сил иной природы, постулатов, новой логики, новых законов природы. Всё в микромире объясняется известными классической физике полями и законами природы, причем объясняется сугубо технически, без гипотез, без авторского вымысла и прочей фантастики. Эти ее новые начала и будут здесь изложены.

Обе "роковые" проблемы физики (размеры тел и отсутствие излучений из атомов) решаются как несложные, не требующие даже расчетов задачи по курсу теоретических основ электротехники. Все возможности для их решения имелись задолго до научной революции. Все прочие проблемы и противоречия были лишь следствиями этих двух основных. Не было перед классической физикой никогда никаких тупиков, и смена научной парадигмы не была необходимостью. Однако мнимая несостоятельность классической физики легла в фундамент всего гигантского здания современной академической физики, ее натурфилософии и мышления.

Для оценки содержания этого изложения не следует применять критерии и логику научной революции и современной физики. Здесь излагается только классическая физика в рамках своей прежней парадигмы, которая содержит собственные, отличные от современной физики логику, критерии истинности и доказательности, прежние системы исходных истин и приоритетов, прежние научную мораль, цели и т.д. Классическая парадигма не подчинена современной и не является ее частью, они антагонистичны и несовместимы, одна отвергает другую как заведомо неверную. И нельзя сказать, что классическая парадигма ниспровергнута. Ведь научная парадигма - это, по существу, технология науки или своего рода наука о том, как добывать новые знания и делать открытия. Ее эффективность оценивается не словесной критикой со стороны конкурента, а результатами, т.е. количеством и качеством открытий, влиянием науки на практику, на качества жизни человечества. При такой оценке преимущество классической парадигмы несомненно и доказано делом.

Напомню, что последнее время жизни классической школы сегодня называют веком великих научных открытий. Эта школа, малочисленная и бедная, в значительной части любительская, своими открытиями радикально улучшила жизнь человечества. И сразу же после ее великого открытия (открытия атомного ядра) была объявлена несостоятельной, т.е. не способной к открытиям (всего-то через три года, не считая лет мировой войны и революций), да еще и по причине этого открытия: именно его она якобы не объясняла (вот Вам и образец революционной логики). С ее гибелью великие открытия сошли на нет. За вторую половину ХХ века великих открытий уже не было вовсе, и современная академическая физика - целая армия профессиональных ученых и мощная индустрия науки - не внесла в нашу жизнь, в промышленность и практику ничего существенно нового, кроме лазера (транзистор изобретен еще в 1947 году). Таковы "гигантские успехи современной физики", о которых мы слышим и читаем. Она безуспешна и безнадежна, что также доказала делами. Другие же науки обошлись без революций, сохранили прежнюю парадигму, когда-то единую для всех наук, и ушли за этот срок далеко вперед. Химия обогнала физику в области сверхпроводимости, биология дала генную инженерию.

Сегодня все физики талантливы, по меньшей мере - у нас в России. Заурядных просто не принимали на физфаки уже очень много лет. Армия талантов при современном оснащении. Почему же никто их них не достиг своей мечты - великого открытия? Раньше физиками становились люди всякие, без особого отбора, и делали открытия подручными средствами. Очевидно, дело в устройстве самой науки, в ее строении, в методах, правилах, идеологии, критериях и т.д. - т.е. в ее парадигме. Сравнение результатов показывает, что классическая парадигма была вовсе не сводом устаревших догм, а мастерством великих открытий, хорошо отработанной за века и потому чрезвычайно успешной технологией науки. Век великих открытий - не сумма случайных событий, а закономерный результат этого мастерства и доказательство мощи классической парадигмы.

Напоминаю, что здесь не будет философии, только электротехника в приложении к физике. К сожалению, не умею хорошо излагать. Я наладчик, и пользуюсь здесь теорией, избегая расчетов, точно так же, как в работе на заводах, где нужны ясные и полные представления о процессах и явлениях, но редко нужны расчеты. Весь нужный для понимания теоретический материал содержится в типовом учебном курсе теоретических основ электротехники для электротехнических ВУЗов.

Классическая физика остается по-прежнему фундаментом технических наук, профессий, технологий, массового образования. Разрушение этого направления науки стало вековой преградой на пути наук и технологий в микромир, на пути технического прогресса в целом. Научная революция стала величайшим бедствием, приносящим всем и каждому, как и лично Вам, неисчислимый и всё возрастающий материальный урон, сравнимый разве что с мировой войной.

Простейшие самоорганизующиеся системы

Здесь будет описан самоорганизующийся объект, для физики новый и принципиально важный: искусственное упругое тело, состоящее из множества макроскопических элементов, расположенных на макроскопических расстояниях друг от друга и упруго связанных воедино электромагнитными полями. Объект важен по трем причинам. Во-первых, это простейший и первый пример системы, самоорганизующейся в пространстве и времени. Во-вторых, этому телу свойственны определенные размеры, оно может двигаться и претерпевать ускорения, как и тела естественные. Но здесь поля и силы, соединяющие элементы в единое тело, не скрыты в микромире, и мы впервые получаем возможность объективно рассмотреть вопросы вековой давности: как и почему зависят размеры тела от его скорости, в каком смысле и почему они постоянны? В-третьих, это единственно возможная и не описанная в литературе физическая модель твердого тела, способная существовать в реальности.

Пусть в волновое высокочастотное электромагнитное поле излучения, зависящее от координат и времени как sin(t-x) (коэффициенты будем упускать), помещен в плоскость Х и параллельно векторам электрического поля электрический осциллятор - короткий проводник с переменным электрическим током, зависящим от времени как sin(t) (той же частоты). На проводник будет действовать сила, пропорциональная произведению sin(t-x) на sin(t), что равно cos(x)/2 + cos(2t-x)/2. Второе слагаемое - быстропеременная сила, в среднем за период равная нулю и никуда проводник не движущая. Первое же слагаемое - постоянно действующая сила, движущая проводник вдоль оси Х, пока cos(x) не станет равным нулю. Она всегда стремится вернуть проводник в одну из тех точек, где cos(x)=0, двигая его в ту или другую сторону. На другом языке: осциллятор имеет дискретный ряд устойчивых положений в синхронном с ним волновом поле.

Аналогично, если через катушки нескольких электромагнитов пропускать синфазные токи сверхвысокой частоты, то магниты не только станут излучать волновое поле СВЧ, но и проявят непривычное для нас следующее свойство. Электромагниты, если находятся под действием только электромагнитных сил и начально расположены так, чтобы отталкивались друг от друга, разойдутся лишь на некоторые расстояния и будут удерживаться на этих расстояниях электромагнитными силами, как пружинами. Поскольку здесь магнитное поле - волновое, электромагниты, отталкиваясь и далее, попали бы в поле сил противоположного направления, и силы отталкивания изменились бы на силы притяжения. Поэтому они остановятся в некоторых устойчивых положениях - там, где эти силы меняют направление и равны нулю, - на некоторых устойчивых расстояниях друг от друга. При отклонении магнитов от устойчивых положений они попадут в область действия сил, возвращающих их обратно в устойчивые положения (что и позволяет применять здесь термин "устойчивые"). Если электромагниты находятся под действием только этих сил (например, свободно плавают в невесомости, в жидкости или на ее поверхности), то образуется (самоорганизуется) некое упругое тело, в какой-то степени упорядоченное по своей структуре.