Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о систематизации представлений о физической реальности

Н.И. Поздняков

Содержание

Введение

1. Анализ оснований физики

2. Унификация физических элементов

2.1 Самоорганизация физической реальности

2.2 Постулат №1 о самоорганизации

2.3 Базисные и составные подсистемы

2.4 Геометрическое пространство и астрономическое время

2.5 Гипотеза о первичной материи

2.6 Вещная субстанция и хрональный эфир

2.7 Много мерность базисных подсистем

2.8 Постулат №2 о структуре Универсума

3. Структура физической реальности

3.1 Структура геометрического пространства

3.2 Векторные графы многомерных физических элементов

3.3 Прямые и обратные векторные графы

3.4 Виды взаимодействий физических элементов

3.5 Векторные графы видов взаимодействий

3.6 Структурная матрица векторных графов

3.7 Физическая картина мира

4. Унифицированные физические величины

4.1 Определения и постулаты для фреймов

4.2 Аксиома №1

4.3 Аксиома №2

4.4 Общие уравнения Универсума

5. Систематика физических величин и анализ законов физики

5.1 Определение инертной массы

5.2 Определение гравитационной массы

5.3 Определение гравитационной постоянной

5.4 Определение температуры инертной материи

5.5 Определение электрического заряда

5.6 Определение фотонного заряда

5.7 Определение электрической постоянной

5.8 Полярность зарядов и масс

5.9 Система фреймов

5.10 Анализ уравнений законов физики

5.11 Синтез уравнения гравитационных волн

5.12 Вывод констант электрона через единицы Планка

Заключение

Литература

Приложения

Введение

физический реальность векторный самоорганизация

«Я снова повторяю - цель физики на самом её фундаментальном уровне заключается не только в том, чтобы описать мир, но и объяснить, почему он таков, каков он есть». Вайнберг С. 1

Одним из фундаментальных противоречий современного естествознания является то, что физическая реальность едина, а её тория, описываемая классической физикой, разрозненна, поскольку состоит из самостоятельных теоретических разделов, которые практически не связаны друг с другом. Под классической физикой мы будем понимать совокупность следующих теоретических разделов: механики, теории электричества, электродинамики и термодинамики. Объединение этих четырех разделов в единую аксиоматизированную и систематизированную физическую теорию и является целью настоящей работы.

Проблема создания единой теории физической реальности является расширением шестой проблемы Гильберта. Формулировка шестой проблемы приведена в книге Гильберта Д. 2 и звучит так.

«С исследованиями по основаниям геометрии близко связана задача об аксиоматическом построении по этому же образцу тех физических дисциплин, в которых уже теперь математика играет выдающуюся роль: это в первую очередь теория вероятностей и механика».

В обоснование актуальности создания единой аксиоматизированной теории классической физики приведем цитату из книги Касьяна А.А. 3.

«Аксиоматизация позволяет получить новые результаты и, значит, уяснить физический смысл некоторых явлений, получить новые приложения теории. Аксиоматизация позволяет выявить скрытые противоречия теории, её парадоксы, прояснить логическую структуру теории, выявить связи и отношения между различными элементами системы физического знания».

1. Анализ оснований физики

Для решения проблемы объединения классической физики необходимо выделить и проанализировать те понятия, которые лежат в основаниях физики и являются общими для всех её разделов. К ним относятся следующие понятия: понятия физических объектов, физических величин, систем единиц, уравнения законов и определений. Анализ показывает, что причина разрозненности теорий классической физики заключается в том, что в основаниях каждой из них: постулируются уникальные первичные объекты: материальная точка, электрический заряд, магнитное поле, электрическое поле, гравитационное поле и т.д. Таким образом, в классической физике нет унифицированных объектов, обладающих достаточной универсальностью и общностью применения, что и препятствует её обобщению.

Следовательно, для объединения всех теоретических разделов классической физики необходимо из ограниченного числа унифицированных объектов создать базисный набор физических элементов, каждый из которых обладает единственной собственной унифицированной физической величиной. Тогда из этих физических элементов, по определенным правилам, будут собираться физические комплексы, которые, в свою очередь, будут являться моделями: материальной точки, электрического заряда, электрического и магнитного поля, и других известных объектов классической физики. Каждый физический комплекс при этом будет обладать собственной физической величиной, которая определяется его составом и структурой формируемой из физических элементов по заданным правилам сборки

2. Унификация физических элементов

2.1 Самоорганизация физической реальности

Основная идея исследования состоит в том, что вся физическая реальность рассматривается как единая самоорганизующаяся система Универсум, которая образована путем взаимодействия четырех базисных подсистем состоящих из пятимерных унифицированных физических элементов.

Идея самоорганизации природы разрабатывается в трудах русского философа Моисеева Н.Н. 4.

«1. Вселенная представляет собой единую само развивающуюся систему.

Это утверждение почти очевидно и, во всяком случае, не противоречит нашему опыту, поскольку все элементы системы связаны между собой хотя бы силами гравитации. Оно позволяет интерпретировать все процессы развития в качестве составляющих единого мирового эволюционного процесса, процесса развития «Суперсистемы Вселенная».

2.2 Постулат №1 о самоорганизации

Вся окружающая нас физическая реальность это единая самоорганизующаяся физическая система Универсум.

Примерами самоорганизующихся систем являются: звезды, молекулы, атомы, частицы, поля, а также в соответствии с постулатом №1 пространство, время и материя.

2.3 Базисные и составные подсистемы

Самоорганизующиеся подсистемы Универсума, состоящие из физических элементов одного рода, мы будем называть однородными или базисными. Самоорганизующиеся подсистемы Универсума, состоящие из физических элементов разного рода, мы будем называть физическими комплексами.

2.4 Геометрическое пространство и астрономическое время

Геометрическое пространство (ГП) является базисной подсистемой Универсума, поскольку оно однородно, так как состоит только из унифицированных физических элементов непрерывных полостей.

Астрономическое время (АВ) также является базисной подсистемой Универсума, поскольку оно однородно, так как состоит только из унифицированных физических элементов непрерывных интервалов.

2.5 Гипотеза о первичной материи

Если идти в глубь строения любой материальной частицы, то, в конечном итоге, любая из них должна состоять из некоторой единой для всех первичной материи. А электроны, протоны, нейтроны и другие элементарные частицы, как более сложные самоорганизующиеся системы, сформировались в процессе эволюции из этой первичной материи и других физических элементов. Стало быть, первичная материя является составной подсистемой Универсума, поскольку она размещается в ГП и существует в АВ и, следовательно, образована взаимодействием пространственной и временной компоненты.

2.6 Вещная субстанция и хрональный эфир

Пространственная компонента первичной материи является базисной подсистемой Универсума, поскольку она однородна и состоит только из дискретных гранул вещной субстанции (ВС).

Временная компонента первичной материи является базисной подсистемой Универсума, поскольку она однородна и состоит только из дискретных импульсов хронального эфира (ХЭ).

2.7 Много мерность базисных подсистем

Каждая из базисных подсистем ГП, АВ, ВС и ХЭ пятимерна и образована взаимодействием соответствующих одномерных физических элементов. Пятимерные базисные подсистемы ГП и АВ, взаимодействуя, образуют десятимерную физическую систему, в которой размещены пятимерные базисные подсистемы ВС и ХЭ взаимодействующие друг с другом и с остальными базисными подсистемами.

2.8 Постулат №2 о структуре Универсума

Универсум является десятимерной самоорганизующейся физической системой, образованной взаимодействием двух пятимерных базисных подсистем: непрерывных полостей ГП и непрерывных интервалов АВ. В этой десятимерной подсистеме размещаются, существуют и взаимодействуют между собой и с остальными подсистемами две пятимерные базисные подсистемы дискретных гранулы ВС и дискретных импульсов ХЭ.

3. Структура физической реальности

3.1 Структура геометрического пространства

В качестве наглядной модели многомерных геометрических полостей ГП можно использовать полные графы. Тогда полный граф пятимерной полости будет иметь вид (см. рис. 3.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 3.1. Полный граф пятимерной полости ГП.

3.2 Векторные графы многомерных физических элементов

Полные графы наглядны для моделирования физических элементов и неудобны для описания физических комплексов. Для этого воспользуемся векторными графами. Векторный граф является более удобной и наглядной моделью и представляет собой две концентрические окружности. От внутренней к внешней окружности проведены векторы, которые условно считаются ортогональными, а их число равно размерности физического элемента.

3.3 Прямые и обратные векторные графы

Если векторы векторного графа направлены от внутренней окружности к внешней, то такой векторный граф прямой, а если векторы направлены от внешней окружности к внутренней, то он обратный. В приложении 1 приведена таблица прямых и обратных векторных графов физических элементов всех четырех родов.

3.4 Виды взаимодействий физических элементов

Все виды взаимодействия физических элементов приведены в табл.3.1

Таблица 3.1

Физические элементы
	и
		и
			и
				и

В табл. 3.1. использованы следующие обозначения:

- мерные полости ГП; - мерные гранулы ВС;

- мерные интервалы АВ; - мерные импульсы ХЭ.

символ ортогональной интеграции (после этого взаимодействия размерность равна сумме размерность исходных элементов);

символ параллельной интеграции (после этого взаимодействия один элемент вкладывается в другой и общая размерность не изменяется).

3.5 Векторные графы видов взаимодействий

На рисунках 3.1. и 3.2. приведены векторные графы взаимодействий.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3.1. Результирующий векторный граф параллельной интеграции векторных графов элементов Z1 и Z2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3.2. Результирующий векторный граф ортогональной интеграции векторных графов элементов Z1 и Z2

3.6 Структурная матрица векторных графов

В приложении 2 приведена структурная матрица векторных графов физических элементов и комплексов. В клетках главной диагонали матрицы, идущей сверху вниз и слева направо, расположены векторные графы полостей ГП, гранул ВС, интервалов АВ, импульсов ХЭ. В остальных клетках матрицы располагаются векторные графы: пунктироны, калиброны, ритмоны, гравитоны, фотоны, электрионы и инерционны. Каждый из них образован в результате взаимодействия физических элементов, лежащих на главной диагонали в соответствующей строке и столбце.

Физические элементы пунктироны являются условными точками или именованными числами; они обеспечивают измеримость: полостей ГП, гранул ВС, интервалов АВ, импульсов ХЭ.

Физические комплексы калиброны являются объектами, полученными в результате параллельной интеграции или размещения гранул ВС в полостях ГП.

Физические комплексы - ритмоны являются результатом параллельной интеграции или возникновения импульсов ХЭ в интервалах АВ.

Физические комплексы - гравитоны являются объектами гравитационного поля, (гравитоны являются моделями объектов механики, имеющие свойства массы, импульса, скорости, ускорения и т.д.).

Физические комплексы - фотоны являются объектами фотонного поля, (фотоны являются моделями объектов теории электромагнитного поля имеющие свойства напряженности, потенциала и т.д.).

Физические комплексы - электрионы являются объектами электрической материи, (электрионы являются моделями объектов теории электричества имеющие свойства заряда, тока, ёмкости и т.д.).

Физические комплексы - инерционы являются объектами инертной материи, (инерционы являются моделями объектов термодинамики имеющими свойства температуры, теплоёмкости, энтропии и т.д.)

3.7 Физическая картина мира

Определения физической картины мира дано в книге Мостепаненко А.М. 5.

«Физическая картина мира - это своеобразная «физическая онтология», идеальная модель природы, сквозь призму которой теоретик видит мир на данном этапе развития физики. Эта картина обладает большей степенью общности, чем любая из отдельных физических теорий, более непосредственно связана с философией и социокультурными факторами».

В приложении 3 приведен Глобальный векторный граф Универсума, который может служить физической картиной мира.

4. Унифицированные физические величины

4.1 Определения и постулаты для фреймов

Определение фрейма.

Фрейм это собственная унифицированная физическая величина любого физического элемента или любого физического комплекса Универсума.

Постулат №3 о существовании фрейма у физического элемента

Для любого физического элемента базисной физической подсистемы Универсума существует собственная унифицированная физическая величина или фрейм

Постулат №4 о существовании фрейма у физического комплекса

Для любого физического комплекса составной подсистемы Универсума существует собственная унифицированная физическая величина или фрейм . 4.2. Фреймы физических элементов базисных подсистем

В табл. 4.1. приведены фреймы прямые и обратные фреймы физических многомерных элементов.

Таблица 4.1.

Физические элементы	Фреймы
Базисная подсистема	Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
1	2	3	4	5
Геометрическое пространство (ГП)	- мерные прямые полости		- мерная длина
	- мерные обратные полости		- мерная кривизна
Вещная субстанция (ВС)	- мерные прямые гранулы		- мерная ёмкость
	- мерные обратные гранулы		- мерное вытеснение
Астрономическое время (АВ)	- мерные прямые интервалы		- мерная длительность
	- мерные обратные интервалы		- мерная частота
Хрональный эфир (ХЭ)	- мерные прямые импульсы		- мерная подвижность
	- мерные прямые импульсы		- мерная индукция

4.2 Аксиома №1

Отношение фрейма - мерная длина полости ГП, к фрейму - мерная ёмкость гранулы ВС, заполняющей эту - мерную полость, является фундаментальной системной константой калиброна:

(4.1)

4.3 Аксиома №2

Отношение фрейма - мерная длительность интервала АВ, к фрейму - мерная подвижность импульса ХЭ, который в нем проистекает, является фундаментальной константой ритмона:

 (4.2)

4.4 Общие уравнения Универсума

Общие уравнения Универсума для любого фрейма механики (гравитационного поля), электромагнитного поля (фотонного поля), теории электричества (электрической материи) термодинамики (инертной материи) имеют вид:

=F(,) (4.3)

=F(,) (4.4)

=F(,) (4.5)

=F(,, ,) (4.6)

В правой части каждого уравнения первый сомножитель это число или функция от безразмерных величин, вид которой определятся конкретной задачей. Второй сомножитель это системная константа, вид которой определяется системой единиц путем задания числовых значений показателям и . Третий сомножитель это физическая величина. Для математического выражения полярности физических величин и других свойств в уравнениях используются мнимые единицы .

5. Систематика физических величин и анализ законов физики

5.1 Определение инертной массы

Инертная масса это фрейм физического комплекса инертной материи ? инерциона . Формула фрейма инертной массы имеет вид:

(5.1)

5.2 Определение гравитационной массы

Гравитационная масса это фрейм физического комплекса гравитационного поля ? гравитона . Формула фрейма гравитационной массы имеет вид:

(5.2)

5.3 Определение гравитационной постоянной

Гравитационная постоянная G это фрейм физического комплекса, который образован ортогональной интеграцией калиброна и ритмона в соответствии с формулой . Формула фрейма гравитационной постоянной имеет вид:

(5.3)

5.4 Определение температуры инертной материи

Температура инертной материи это фрейм физического комплекса инертной материи ? инерциона . Формула фрейма температуры имеет вид:

(5.4)

Можно предположить, что отрицательную температуру имеет антиматерия, а положительную обычная инертная материя.

5.5 Определение электрического заряда

Электрический заряд это фрейм физического комплекса электрической материи ? электриона . Формула фрейма электрического заряда имеет вид:

(5.5)

5.6 Определение фотонного заряда

Фотонный заряд это фрейм физического комплекса фотонного поля ? фотона . Формула фрейма фотонного заряда имеет вид:

(5.6)

5.7 Определение электрической постоянной

Электрическая постоянная это фрейм физического комплекса, который образован ортогональной интеграцией калиброна и ритмона в соответствии с формулой . Формула фрейма электрической постоянной имеет вид:

(5.7)

5.8 Полярность зарядов и масс

В табл. 5.1. приведены все возможные формулы фреймов зарядов и масс.

Таблица 5.1.

	гравитационная масса	электрический заряд положительн.	электрический заряд отрицательный
	фотонный заряд	инертная масса отрицательная	инертная масса положительная

В классической физике нет отрицательной массы. Возможно отрицательная масса это свойство антиматерии?

5.9 Система фреймов

Попытки построения системы физических величин предпринимались и ранее. Для этого использовались единицы LT размерности. В книге Петрова А.Е. 6 дано описание метода построения LT таблиц.

«Известный советский конструктор Р.Л. Бартини в 1966 г. независимо построил такую систему, а также LТ - таблицу, в которой все физические величины располагаются в клетках, соответствующих степеням L и Т (см. таблицу в статье Р.Л. Бартини и П.Г. Кузнецова 1974). Мы оставим здесь в стороне вопрос о размерности и измеримости энтропии и температуры, вызвавшей острые дискуссии.

Метод построения LТ - таблицы заключается в следующем. Масса М может быть выражена через L и Т из двух выражений для силы: второго закона Ньютона и закона гравитации

Полагая гравитационную постоянную величиной безразмерной и приравнивая эти выражения для силы, получим: , откуда формула размерности массы

М = а ==»…

И далее там же 6 написано следующее.

«Выражая подобным образом остальные физические величины, мы получим, что все размерности имеют целочисленные коэффициенты.

Размерность силы получим из второго закона Ньютона

F= a M=

Работа, равная по размерности энергии, вычисляется, например, из произведения приложенной силы на пройденное расстояние. Следовательно, размерность энергии

Е= F L =

Поток энергии - мощность - выражается энергией в единицу времени.

Р= Е ».

Очевидно, что приведенный пример это не системы физических величин, а системы единиц LT размерности.

Основой системы фреймов являются комбинаторные прямоугольные матрицы линейных фреймов, которые приведены в приложение 4 и приложение 5.

Все фреймы и соответствующие им физические величины

могут быть перечислены в таблицах. Эти таблицы приведены в рукописи монографии Позднякова Н.И. 7. Фрагмент такой таблицы приведен в приложении 6.

5.10 Анализ уравнений законов физики

Покажем эффективность использования фреймов на примере уравнения Максвелла с использованием фреймов фотонного поля. Преобразуем первое уравнение Максвелла в уравнение по одной координате к виду:

(5.8)

где:

- напряженность электрического поля;

- индукция магнитная;

Выполнив дифференцирование в (5.8), получим:

5.11 Синтез уравнения гравитационных волн

Выполним вывод уравнения для гравитационных волн. Это уравнение подобно первому уравнению Максвелла (5.8) и имеет вид.

(5.9), где :

Физический смысл уравнения (5.9) состоит в том, что при изменении частоты вращения орбитального тела во времени изменяется напряженность гравитационного поля в пространстве и наоборот. Таким образом, генератор гравитационных волн должен быть похож на обратный регулятор Уатта. Вращающиеся шарики этого регулятора должны с помощью соответствующего механизма принудительно изменять радиус своей орбиты.

5.12 Вывод констант электрона через единицы Планка

Планк ввел постоянную h, после чего появилась возможность построить новую систему единиц:

;

Если воспользоваться двумя известными константами

постоянная тонкой структуры и

постоянная «грубой структуры», то можно выразить все константы электрона используя единицы Планка и эти постоянные и . Формулы констант электрона приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2.

Наименование	Классическая формула	Формула в единицах Планка
Комптоновская длина волны
Классический радиус электрона
Соотношение между массой электрона и фундаментальными константами
Соотношение между зарядом электрона и фундаментальными константами
Гравитационный радиус электрона

Заключение

Рассматривая уровни эволюции, и двигаясь к её истокам от более сложных систем к менее сложным исходным системам, можно рассматривать самоорганизующуюся систему Универсум как нулевую или начальную точку отсчёта эволюции физической реальности. Поэтому в нашем Универсуме отсутствуют такие подсистемы как элементарные частицы, электроны, протоны, нейтроны, атомы и т.д., которые как более сложные системы являются следующим более сложным уровнем обусловленным эволюцией Универсума. Законы эволюции Универсума еще ждут своего открытия.

Поскольку физические элементы и физические комплексы унифицированы и геометрически структурированы, то они обладают собственным набором физических величин фреймов, которые позволяют выразить все законы классической физики, и обеспечивают изложение теории Универсума в виде аксиоматизированной теории. Вместе с этим, теория Универсума является аксиоматизированной и систематизированной теорией классической физики и, следовательно, включает в себя решение шестой проблемы Гильберта.

Автор выражает искреннюю благодарность:

бывшему главному конструктору НИИИС д.т.н. Н.З.Тремасову и бывшему главному инженеру НИИИС к.т.н. Л.Н. Нахгальцеву за их участие в обсуждении основных идей этой работы и моральную поддержку;

бывшему начальнику отдела к.т.н А.М.Качкаеву за обсуждение проблем и конструктивные замечания, позволившие автору более четко определить направление научного поиска и сконцентрировать свои усилия на определении объектов исследования;

ведущему инженеру НИИИС Е.А.Шеронову за помощь в подборе научно-технической литературы.

Литература

1 Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. Физика в поисках самых фундаментальных законов природы: Пер. с англ. - М.: Едиториал УРСС, 2004.-256с.

2. Гильберт Д. Математические проблемы 1969г cтр.34

3. Касьян А.А. Математический метод: проблема научного статуса: 1990 г. стр.43,44.

4. Моисеев Н.Н. Восхождение к Разуму. Лекции по универсальному эволюционизму и его приложениям 1993г. стр.27.

5. Мостепаненко А.М. К проблеме формирования физической теории // «Природа научного открытия. Философско методологический анализ» (стр.273) Москва. «Наука» 1986.

6. Петров А.Е. Тензорная методология в теории систем. - М.; Радио и связь, 1985.

7. Поздняков Н.И. Системная физика решение шестой проблемы Гильберта. (рукопись монографии зарегистрирована в ООО ТЦ «ИНФ - ЭКСПРЕСС» в 2005г).

Приложение 1

Таблица векторных графов четырех родов физических элементов Универсума

Приложение 2

Структурная матрица векторных графов физических элементов и комплексов

Приложение 3

Глобальный векторный граф Универсума - физическая картина мира

Приложение 4

Комбинаторная прямоугольная матрица линейных, прямых фреймов в системе СИ

Приложение 5

Комбинаторная прямоугольная матрица линейных обратных фреймов в системе СИ

Приложение 6

Фрагмент таблицы фреймов прямоугольных матриц и соответствующих им физические величины в системе СИ

Размещено на Allbest.ru