О тупиках в фундаменте наук и технологий. Самоорганизующиеся системы классической физики

Научная статья

Как технический специалист, работающий на заводах, я полагаю, что важнейшей и общей проблемой всех технических наук, профессий и промышленных технологий, основным препятствием для их проникновения в микромир является вековой застой в их фундаментальной теоретической базе. Такой базой, как и век назад, остаётся классическая физика, которая, как полагают ученые, оказалась не способной описывать микромир, зашла на этом пути в тупики, столкнувшись с рядом неразрешимых проблем, потому была "отброшена", и как фундаментальная наука более не развивается. Теории же современной физики ее не заменили, так и не стали новым фундаментом всего множества технических наук и профессий.

Дело, может быть, в том, что инженеру для понимания современной физики необходимо освоить как минимум еще один, второй образ мыслей и вторую логику, свойственные современной физике, но антагонистичные тем, что он уже имеет, причем не совместимые с его опытом, логикой и здравым смыслом. Такое раздвоение ума не свойственно здоровым людям и вряд ли будет ими достигнуто.

К пониманию современных теорий, как говорят сами физики, способна лишь небольшая часть особых людей, обладающая некой "высшей формой мышления". "Обычные" же люди, по их словам, "в принципе не способны к пониманию глубинных свойств материи", их "бытовая" логика не годна для микромира, т.е. академическая физика ставит нам диагноз: "не способны к пониманию", и это означает, что нужных нам знаний о микромире мы, люди "обычные", от нее не получим. Наши знания всегда будут ограничены теми же рамками, что и классическая физика.

Таким образом, тупиковые проблемы, вставшие перед классической физикой в начале 20-го века, стали вековыми тупиками для "обычных" наук, технологий и специалистов, что принесло и несет человечеству гигантские и всё возрастающие потери, сравнимые, разве что, с мировой войной. Выходом из тупиков было бы решение этих проблем. Тогда знания о микромире стали бы для технических специалистов просто продолжением их профессиональных знаний, не требовали бы ломки логики, здравого смысла и образа мыслей.

Поиски таких решений в течение лет двадцати были моим хобби. Хотя авторитетные физики пишут, что решения невозможны, что тупики неодолимы в принципе, я усомнился. Ведь они лишь декларируют это, ничего не доказывая, не приводя аргументов, причем не скрывают ни своих эмоций, ни своей принадлежности к числу противников классической физики, описывают ее крах как радостное событие, победу над ней, триумф. Если уж самые известные ученые при самом горячем желании ее ниспровергнуть, не нашли для этого аргументов почти за век, значит аргументов не было и нет. Как Вам нравится, например, такая критика: "это смешно, нелепо, наивно, забавно, это попытка спасти теорию" (в адрес Лоренца и Фицджеральда)? Раз уж подобные "научные аргументы" идут в ход, значит академикам больше нечего сказать.

Однако эти ученые настолько авторитетны, что никто и не требует от них доказательств, им просто верят на слово. Теорию своих противников они просто объявляют глупостью, и все за ними это повторяют. Попробуйте ответить себе: а почему это "нелепо"? Вот эта слепая вера, по существу, и заставила научный мир "отбросить" классические теории, несмотря на то, что последние десятилетия деятельности классической школы называют теперь веком великих научных открытий. Чтобы ниспровергнуть научную парадигму физики великих открытий нужны чрезвычайно веские аргументы, а чтобы ее "отбросить" и разрушить — многократно превзойти ее в мастерстве великих открытий. Ну и как, превзошли? Сравните прошлые успехи с успехами физики второй половины 20-го века. Великих открытий нет совсем, и нет уже давно. Зачем было резать курицу, нёсшую золотые яйца? Рождение современной физики — это хорошо. Но зачем же общество позволило новой научной школе разрушить старую, весьма плодотворную и нужную? Нам она мешала? И зачем нам чья-то монополия в области физики?

Первоначально я просто пытался найти объективное решение вопроса о размерах тел, недостающие тому доказательства и объяснения (почему нелепо?), используя для этого свои профессиональные знания. Поскольку размеры тел образуются как сумма расстояний между атомными ядрами, вопрос о постоянстве размеров сводится к вопросу о стабильности расстояний. Стабильность расстояний — дело инженерное, но расстояния между атомами скрыты в микромире и недоступны, там, как пишут физики, совсем иные, не известные инженерам законы природы. Поэтому понадобилось упругое тело, которое состояло бы из макроскопических "атомов", упруго связанных через макроскопические расстояния известными практике полями и силами.

Такое тело можно построить как изделие электротехники или радиотехники. "Мысленные эксперименты" с этим новым электромагнитным объектом, погружаемым в жидкие "светоносные" среды, показали, что и Эйнштейн, и Лоренц правы каждый по-своему. Лоренц имел в виду обычные, привычные нам размеры в трехмерном пространстве (квадрат длины = dx2 + dy2 + dz2), и они действительно непостоянны. Эйнштейн же ввел новое понятие длины — четырехмерный пространственно-временной интервал, длина которого от скорости не зависит. Такие интервалы имеют место и в новом упругом теле (там квадрат длины интервала = dx2 + dy2 + dz2 + dt2), и там они тоже постоянны. Все становилось простым и ясным. Но попытки обсудить это с физиками не удались. Они всячески уклонялись, путали и изворачивались, чаще просто убегали, пряча глаза, будто совесть не чиста. Тема оказалась запретной.

Решив, что в физике что-то неладно или даже нечисто, я окончательно утратил веру в авторитеты, потому начал искать ответы на другой вопрос: почему атом по модели Резерфорда не излучает в устойчивых состояниях, хотя электроны в нем движутся с ускорением? Как пишут в учебниках, классическая теория электромагнетизма в принципе не способна этого объяснить, потому к микромиру не применима и объявлена несостоятельной.

К моем крайнему изумлению, эта вековая проблема оказалась тривиальной задачей теоретической электротехники. "Штатный" ответ на нее вытекает из факта линейности уравнений Максвелла: поскольку электроны излучают, а атом в целом — нет, значит излучение электронов гасится излучением ядра. Ответ формально безупречен, и этим ответом теория Максвелла показывает свою применимость внутри атома вплоть до границ ядра, а далее отсылает нас к теории атомного ядра, которая и обязана объяснять устройство ядра и такое чудесное его излучение. Никаких претензий к теории Максвелла, казалось бы, больше быть не должно, и нет оснований объявлять ее несостоятельной. Объяснять спектры излучений атомов без помощи теории ядра, ничего о нем не зная, теория Максвелла, естественно, не может, и требовать этого от нее физики не в праве. Но требуют. Получается, что теорию "отбрасывают потому, что она не объясняет атомное ядро. А сами-то объяснили?

Однако, если в качестве модели ядра применить сложную многомодовую колебательную систему, способную излучать достаточно разнообразно, то получается модель атома, дающая качественные объяснения не только отсутствию излучений, но и дискретным электронным орбитам и большинству других известных свойств атома.

Обратите своё внимание не на саму эту модель и не на мои объяснения, а на то, что это тривиальное решение нигде в литературе не упоминается, хотя уметь решить эту задачу обязаны даже студенты радиотехникумов. В чем же дело? Неужели никто из миллионов компетентных специалистов за весь 20-й век не решил эту задачу? Быть того не может! Или это тоже запретная тема? Может быть, решение предлагалось тысячи раз, но просто не было опубликовано? Не потому ли, что научная печать стоит под контролем противников классической физики? Значит, нужно предложить свои решения к публикации и посмотреть, что из этого получится. Так я и сделал. Моя статья для ЖТФ и ответ редакции излагаются ниже.

Самоорганизующиеся системы классической физики

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.

Эта статья была направлена в «Журнал теоретической физики» (ЖТФ) для публикации.

Пришел ответ:

________________________________________

Шляпников Александр Александрович,

115569, Москва, ул. Маршала Захарова, д.21, корп.2, кв.244,

д.т. 343-32-42, электронная почта: oldhat@yandex.ru

________________________________________

Санкт-Петербург 25480, 2 апреля 2002 года

Автору статьи "Самоорганизующиеся системы классической физики" А.А.Шляпникову.

Глубокоуважаемый Александр Александрович!

Редакционная коллегия рассмотрела Вашу статью на заседании 28 марта с.г. По своему содержанию и идеологической направленности она далеко выходит за рамки технической физики и опубликована в ЖТФ быть не может.

Зам. главного редактора

Г.В.Скорняков

________________________________________

На такой откровенный ответ я даже не надеялся.

Объективный ученый не вправе замалчивать информацию, исходящую от оппонента, каким бы он ни был. Он вправе указать на то, что с его точки зрения ошибочно, и опубликовать свои контраргументы. Но ведь мне не пишут, что статья с какой-либо точки зрения содержит ошибки. Информация скрыта по идеологическим причинам. Физики, видевшие аналогичную статью в частном порядке, злились, краснели, швыряли ее, но возразить не смогли и ошибок не нашли тоже.

Таким образом выясняем, что академическая физика, утверждая, что классическая теория в принципе не способна объяснить ..., сама же скрывает эти объяснения, вводя общество в заблуждения по своим идеологическим соображениям. Такое положение в науке сложилось не вчера. Вся изложенная мной информация объективно могла быть добыта в 1911 году или чуть позже, и по-видимому, многократно предлагалась к печати, однако была отвергнута наряду с прочей нужной классической физике информацией, и по тем же соображениям идеологической борьбы, которая первое время была в самом разгаре. Без такого сокрытия победа научной революции была бы невозможна. Классические теории "отброшены" без каких-либо оснований, но под действием настойчивой пропаганды ее противников. Теперь классическая физика настолько отстала, что что вряд ли в ближайшем будущем способна конкурировать с современной и ей не опасна. Но и при этом она позволяет понимать микромир людям "обычным", не понимающим современную физику или с нею несогласным, чего и стремится не допустить академическая наука.

Нужно ясно понимать, что современная школа физики остаётся, как и ранее, антагонистом классического направления и действует против него, несмотря на гигантский вред, приносимый ее действиями другим наукам, технологиям и обществу в целом как потребителю продуктов технологии. Технические профессии и науки остаются объективным продолжением классического направления физики, поэтому декларации о несостоятельности классической физики прямо относятся к нам, техническим специалистам и ученым технических наук. Это как бы и наша общая профессиональная несостоятельность, "неспособность к пониманию". Смиряться с этим мне не хотелось, и я свою состоятельность доказал, свою часть работы выполнил. Мне бы хотелось, чтобы эта работа была продолжена другими и выполнена до конца. Все искусственно созданные тупики на пути продвижения технологий и наших профессий в микромир должны быть пройдены и разрушены, сколь бы ни были высоки авторитеты, их сохраняющие.

Я не хотел бы навязывать своих мнений и на них не настаиваю, ибо понимать природу можно с весьма различных точек зрения. Но хотел бы заинтересовать этой темой специалистов, компетентных в области электромагнетизма и способных к самостоятельному мышлению. Результаты моих изысканий более подробно изложены на сайте http://oldhat.narod.ru. Продолжать их мне не хочется. К сожалению, я не мастер излагать и объяснять. Изложил, как сумел. Одно могу гарантировать: нет в моем изложении ни выдумок, ни постулатов, ни явных, ни скрытых. Оно имеет чисто технический характер, всё в нем опирается на известные законы природы и факты, имеющие место в практике.

Дата публикации: 13 мая 2002

Источник: SciTecLibrary.ru