ГЛАВА 2
МЕХАНИЗМ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ МАТЕРИИ
"Опыт показывает, что к новым открытиям приходили почти исключительно посредством конкретных механических представлений" Л.Больцман
В 1687 г. увидела свет работа И.Ньютона “Математические начала натуральной философии”, где языком математики были сформулированы три закона механики и закон всемирного тяготения, ставшие основой классической механики. Механика Ньютона оказалась завершением длительного и сложного развития философской и физической мысли, начало которого уходит в глубь веков.
Классическая механика послужила основанием развития всей дальнейшей науки, а метод ее выражения с помощью математики оказался настолько продуктивным, что дальнейшее бурное развитие естествознания можно справедливо считать заслугой “Начал…”.
Открытие Ньютоном закона тяготения оставило нерешенной центральную часть проблемы: формула не отражает природу, его механизм. И, хотя тяготение с его видимым дальнодействием осталось загадкой, считается, что отказ от его объяснения является наиболее революционным аспектом “Начал…”.
Однако, многие естествоиспытатели, придерживаясь идеи греческих натурфилософов и математиков, и считая, что научные теории должны непосредственно вытекать из ясных и очевидных принципов, уже в течение 300 лет после возникновения “Начал…” делают попытки раскрыть механизм тяготения. Ньютон справедливо утверждал: “Предполагать, что тело может действовать на другое на любом расстоянии в пустом пространстве, без посредства чего–либо, передавая действие и силу, - это, по-моему, такой абсурд, который немыслим ни для кого, умеющего достаточно разбираться в философских предметах”. В поисках путей решения проблемы Ньютон предполагает наличие особой среды – эфира, по которому распространяется действие тяготения.
Причину тяготения пытались установить на протяжении столетий после Ньютона многие ученые. В 1748 г. реальную гипотезу взаимодействия тел высказал М.В.Ломоносов. По мнению Ломоносова всю вселенную наполняет некая “тяготительная материя”. Она тоже находится в постоянном движении и взаимодействие частиц этой материи с телами и вызывает эффект тяготения друг к другу. В 1782 г. Ж.Лесаж подробно развил теорию механизма тяготения, подобную высказанной Ломоносовым. Он предположил, что всю вселенную заполняют бесчисленные очень малые “мировые” частицы. Они двигаются хаотически во всех направлениях с очень большими скоростями и при соударении с телами передают им свой импульс. Тела являются друг для друга экраном от этих частиц и разница переданных импульсов создает силу тяготения этих тел.
С 1856г. в Европе начали появляться пульсационные теории тяготения, составившие впоследствии пульсационную “школу” тяготения (Гюйо, Бьеркнесс, Гатри, Челлис, Бартон), объяснявшие притяжение пульсациями тел, помещенных в несжимаемую жидкость. Современными представителями пульсационной “школы” можно считать Ю.Н.Иванова, Д.Х.Базиева, Б.В.Гладкова.
В 1853г. Б.Риманом было положено начало третьей теории взаимодействия – теории источников стока эфира, где было показано, что поток эфира в большую вселенную через каждую частицу может дать эффект притяжения. Теоретически эту идею обосновал в 1891г. К.Пирсон.
Теория “стоков эфира” нашла отражение в некоторых современных гипотезах в том, что элементарные частицы представляют собой некие полу устойчивые вихри, которые испускают в мировое пространство поток частиц (К.П.Станюкович, В.А.Ацюковский, Steven Rado и др.).
В специальной и общей теории относительности, механические представления выпали из обихода совсем: тяготение тождественно кривизне пространства – времени, вот и природа тяготения, и не надо ломать голову! Как остроумно заметил по этому поводу Мак-Витти, что здесь тайна объясняется загадкой! С возникновением этих теорий возникли расхождения во взглядах на пространство, время, массу, на здравый смысл и целый ряд других противоречий, которые не исчезают. Вернуть физике здравый смысл позволит возврат к механическим представлениям.
Механическая программа развития физики предусматривает причинность любого явления природы, обусловленную передачей импульсов (энергии) от точки к точке посредством столкновения движущихся частиц среды, независимо от того, могут или нет исследователи знать физические свойства этой среды в данное время.
Передача действия на расстояние через посредство материальной среды от точки к точке с конечной скоростью названа близкодействием. Из понятия близкодействия вытекает понятие времени взаимодействия, скорости взаимодействия и зависимость силы взаимодействия от относительной скорости взаимодействующих тел [15].
Временем взаимодействия называется время, необходимое для полного изменения потенциала в точке, связанной с пробным телом, с момента начала движения пробного тела.
Скорость взаимодействия связана со свойством среды, передающей взаимодействия и зависит от процессов (динамики), происходящих при взаимодействии.
Взаимодействие является результатом не просто того факта, что тело излучает волны или частицы, или является экраном, а что, благодаря этому факту, в пространстве между телами происходит реакция этих свойств, и результат этой реакции после этого скажется на поведении тел. Именно такая последовательность событий и определяет свойства близкодействия.
Наиболее полное развитие теория близкодействия получила в работе А.Я.Миловича “Теория динамического взаимодействия тел и жидкости” [16], устранившего имеющиеся противоречия и раскрывшего универсальную природу силы.
На базе механической программы, заложенной Ньютоном, и принципах близкодействия развитых А.Я.Миловичем, попробуем нарисовать цельную единую картину мира природных явлений.
2.2. Основные понятия и определения
Основными исходными предпосылками предлагаемой физической модели существования материи являются:
- наличие причинно-следственных связей между физическими телами и явлениями.
- каждая структурная единица материи, являясь основой более грубой материи, состоит из мелких частиц, являющихся структурной единицей более тонкой материи.
Вселенная - это безграничное пространство, заполненное находящейся в непрерывном движении материей. Под материей подразумевается многокомпонентная сплошная среда, заполняющая пространство непрерывно, т.е. сплошным образом, представляющая собой совокупность большого количества разнообразных динамических структур вещества разной степени коагуляции, возникших в результате взаимодействия между собой, обладающая различными физическими свойствами, отражающими множество физических закономерностей и явлений протекающих во Вселенной.
В зависимости от соотношения между размерами заполняющих данную область пространства сгустков вещества и взаимодействия между собой можно говорить о средах с различными свойствами. Можно выделить некоторые свойства таких сред, которые являются общими для любых физических явлений.
Под флюидом будем понимать сплошную среду состоящую из бесчисленного множества одинаковых малых, но конечного размера частиц, из которых каждая имеет настолько малый объем, что им можно пренебречь по сравнению со всем объемом флюида, однако достаточно большой, чтобы считать его однородным по строению. Каждая частица в любой момент времени равномерно поступательно движется в пространстве с одинаковой величиной и вектором скорости без взаимодействия между собой, т.е. флюид - это однородный поток инертных частиц.
Частица или эфир ("всегда бегущий" - Аристотель) - элементарная структурная единица из совокупности которых образуется флюид.
Ядро или тело - совокупность взаимодействующих между собой частиц, образующих в пространстве динамический структурный элемент – частицу (эфир) следующего более высокого иерархического уровня материи.
Препятствие - компонент среды (частица, тело) характеристики которого отличаются от характеристик флюида.
Проточастица или протоэфир – элементарная частица из которых образуются частицы флюида (эфира). Сплошная среда состоящая из бесчисленного множества проточастиц (протоэфира) – протофлюид.
При появлении во флюиде препятствия в результате их взаимодействия происходит нарушение инертности частиц флюида, изменение поля скоростей и поля распределения частиц флюида в пространстве - поля концентрации элементов (плотность среды), что приводит к возникновению полей сил взаимодействия.
Возникновение полей взаимодействия может привести к образованию динамических структур материи в пространстве взаимодействия, которые подчиняются законам механики флюидов и могут быть описаны с использованием теории динамического взаимодействия тел и жидкости.
2.3. Схема механизма формообразования материи
Общая схема модели процессов происходящих при формообразовании материи выглядит следующим образом.
Появление препятствия в потоке флюида приводит к возникновению поля СТОКА частиц. Вблизи центра стока при возникновении взаимодействия частиц стока между собой происходит переход от поступательного движения этих частиц к их вращательному, вихревому движению, что равносильно остановке продольного движения и ведет к увеличению концентрации частиц в пространстве стока с образованием плотного ВИХРЯ - динамического ЯДРА, образованного из коаксиально расположенных замкнутых вихревых потоков частиц флюида. ЯДРО, состоящее из замкнутых вихревых потоков частиц, вращающихся вокруг общей оси, есть - ДИПОЛЬ. Взаимодействие частиц диполя и внешнего флюида приводит ядро в движение вдоль оси диполя. ЯДРО ДВИЖЕТСЯ в пространстве в направлении нормали к потоку материнского флюида. Взаимодействие набегающих частиц стока с ядром обуславливает появление потока отраженных от ядра частиц образующих ИСТОЧНИК, т.е. поток частиц от ядра. Взаимодействие потоков частиц стока и источника между собой приводит к образованию стоячей продольной ВОЛНЫ, в пространстве которой поддерживается фиксированное в пространстве положение частиц флюида, совершающих движение около своих средних равновесных положений, которая служит своеобразным полевым "экраном", оболочкой предохраняющей пространство вокруг ядра от нарушения его структуры, т.е. не позволяет вихрю "распрямиться", как бы "консервирует" вихрь в пространстве, поддерживая тем самым повышенную концентрацию частиц (плотность) в точке пространства.
Совокупность всех этих процессов определяет условия возникновения, существования и свойства динамических стоковых структур материи.
Таким образом, динамические стоковые структуры позволяют реализовать единый механизм коагуляции частиц для любого уровня организации материи и объяснить целый ряд их свойств.
Особенностью предложенной схемы процессов является то, что они рассматриваются с механических позиций, для которых характерно выполнение ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МАТЕРИИ.
2.4. Флюидо-механическая модель динамической стоковой структуры
Рассмотрим теперь более подробно принципы построения и работы стоковых структур на примере динамической сферической стоковой структуры.
Сток - динамическая структура материи совершенно симметричная относительно точки пространства - центра стока, образованная потоком частиц направленных к этой точке.
Пусть до образования стока существует флюид - однородный поток частиц радиуса r0, двигающихся со скоростью V0, расстояние между соседними частицами в потоке по всем направлениям равно L, следовательно, количество частиц, проходящих через единичное сечение перпендикулярное потоку равно:
ns=1/L2 (2.1)
С образованием стока происходит изменение структуры потока флюида, возникает абсолютно симметричный поток частиц к центру стока. При этом расстояние между частицами, двигающимися к центру стока по одному и тому же радиальному лучу сохраняется таким же, как во флюиде и равно L, а расстояние между частицами в соседних лучах (LR) уменьшается к центру. При приближении к центру стока (рис.1), начиная с расстояния равного R0, возникает контакт между частицами L0=2r0 и, в силу симметричности стока, в результате взаимодействия частиц находящихся в сферическом сечении радиуса R0, происходит образование плотно упакованного сферического ядра, состоящего из концентрических циркуляций частиц флюида вокруг оси диполя. Назовем расстояние R0 радиусом ядра.
Рис.1. Схема образования ядра стоковой структуры.
Циркуляция частиц флюида вокруг оси вращающегося ядра вызвана столкновением этих частиц с радиально перемещающимися частицами потока стока, т.е. ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНАЯ СИЛА есть не что иное, как ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ потока частиц стока, т.к. в силу свойств стока эта сила одинакова по величине на равных расстояниях от центра стока и все время направлена к центру стока, а, как это известно из элементарной физики, такие условия приводят к равномерному движению частиц по окружности, т.е. циркуляции частиц.
Поток частиц циркуляции перпендикулярен потоку частиц стока, поэтому лобовое сопротивление потока частиц циркуляции - есть сила перпендикулярная потоку стока, т.е. по своему физическому смыслу сила перпендикулярная потоку стока есть не, что иное, как лобовое сопротивление с порождаемой им циркуляцией. В этом проявляется единство природы сил перпендикулярных потоку - подъемная сила, Кориолиса сила, сила Лоренца и др.
Вследствие закона сохранения материи в любом сферическом сечении (S) стока на расстоянии R от центра количество протекающих в любой момент времени частиц постоянно:
n0 S=const (2.2)
Следовательно, расстояние между частицами в соседних лучах LR на расстоянии R от центра равно:
LR=2r0R/R0 (2.3)
Количество частиц в единичном сечении на расстоянии R от центра стока равно:
nS=Ro 2/((2r0)2R2) (2.4)
На некотором расстоянии при удалении от центра стока расстояние между соседними частицами в луче и между лучами становятся одинаковыми и равными расстоянию между частицами во флюиде до образования стоковой структуры (LR=L), назовем это расстояние радиусом влияния стока - Rвл:
Rвл=LR0/2r0 (2.5)
С образованием ядра динамической стоковой структуры мы имеем перед собой процесс обтекания ядра флюидом. Это обтекание, обусловливаемое непроницаемостью для флюида пространства занятого ядром, вызывает изменение в движении частиц набегающего на него потока флюида. Поверхность тела, прямо обращенная к набегающему потоку (фронтальная), стремится отбросить назад набегающие на нее частицы флюида. Наоборот, остальная часть поверхности тела (тыльная), притягивает к себе эти частицы [16]. Т.е. с фронтальной стороны ядра мы имеем набегающий поток частиц флюида к ядру и отраженный от него, а с тыльной стороны – притягиваемый ядром и удаляющийся после набегания поток флюида, но если рассматривать процесс обтекания ядра в целом то, он представляет собой сферический сток частиц флюида к ядру и сферический источник - поток отраженных частиц флюида от ядра.
Частица стока после столкновения с ядром отражается и двигается навстречу следующей за ней частице стока, после столкновения с которой они разлетаются, меняя вектор скорости на противоположный, теперь уже вторая, отраженная от первой, частица, сталкиваясь со следующей за ней в стоке частицей, отражается от нее, устремляясь к ядру, и т.д. процесс повторяется. В итоге в пространстве флюида вокруг ядра динамической стоковой структуры возникает возмущение среды, где частицы флюида совершают движение около своих средних равновесных положений, т.е. волновое движение – образуется продольная стоячая сферическая волна.
Таким образом, неотъемлемой частью динамической стоковой структуры материи является наличие продольной стоячей сферической волны, возникающей в результате взаимодействия радиального потока набегающих частиц стока и отраженных - источника между собой.
Скорость распространения волны динамической стоковой структуры равна скорости движения частиц флюида из которых она образуется, а длина волны равна половине расстояния между соседними частицами в потоке флюида:
l =L/2 (2.6)
Мы рассмотрели вопрос образования волны при взаимодействии полей стока с источником, набегающих и отраженных потоков. Волны также могут возникать при взаимодействии полей стока с полем вихря, циркуляционных потоков вокруг ядра – продольные волны, с их суперпозицией и другими полями, поэтому вокруг ядра существует многообразие типов волн.
Как известно из механики, величина скорости двух одинаковых движущихся частиц после взаимодействия (столкновения) не меняется, т.е. энергия частиц после взаимодействия остается неизменной, выполняется закон сохранения количества движения, энергии, а так как в образовании стока принимают участие лишь частицы флюида, т.е. одинаковые, то для рассматриваемых динамических стоковых структур характерно выполнение не только закона сохранения материи, но и энергии.
2.5. Строение ядра сферической динамической стоковой структуры
Как с этих позиций выглядит строение ядра сферической динамической стоковой структуры?
Законы механики и простые геометрические соображения помогают построить модель ядра и разобраться в его строении.
В центре стока находится одиночная частица флюида – сфера. Вокруг нее в экваториальной плоскости располагается шесть плотноупакованных частиц (сфер), которые двигаются вокруг центральной осевой частицы, образуя замкнутое кольцо – циркуляционную струйку. Снизу и сверху от центральной осевой частицы над ее полюсами симметрично экваториальной плоскости во впадинах между сферами экваториального плоского слоя располагаются по три частицы. Эти частицы двигаются вокруг оси перпендикулярной экваториальной плоскости, проходящей через центральную осевую частицу, также образуя замкнутые кольца – циркуляционные струйки (рис.2а). Таким образом, центральная осевая частица оказывается со всех сторон окружена частицами флюида. Вектор скорости центральной частицы направлен перпендикулярно экваториальной плоскости вдоль оси ядра. Вокруг центральной частицы образуется первый (n=1) сферический слой частицы которого располагаются в трех плоских слоях – экваториальном и по одному расположенному симметрично экваториальному слою (снизу и сверху), содержащих, соответственно, сверху вниз по 3,6,3 частиц, образующих по одной (n=1) циркуляционной струйке в каждом плоском слое. Суммарное количество частиц в ядре Nядр.=13.
Второй сферический слой (n=2) вокруг центральной частицы и последующие образуются добавлением по одной новой циркуляционной струйке коаксиально существующим и образованием по одному новому плоскому слою из чередующихся трехкратных (3Х) или шестикратных (6Х) циркуляционных струек симметрично экваториальной плоскости (рис.2б). С появлением каждого нового шестикратного слоя на оси ядра добавляется новая осевая частица вектор скорости, которой, как и центральной частицы, направлен вдоль оси ядра.
Рис.2. Схема строения ядра сферической динамической стоковой структуры.
В ядре при R0>>r0 количество сферических слоев n вокруг центральной частицы приблизительно равно:
n~R0/2r0 (2.7)
А количество частиц расположенных на оси ядра N0 приблизительно равно:
N0~n (2.8)
Таким образом, ядро состоит из плотноупакованных сфер - частиц флюида, образующих симметричные относительно экваториального слоя чередующиеся плоские слои из шестикратных и трехкратных циркуляционных струек частиц, двигающихся вокруг оси ядра со скоростью равной скорости движения частиц флюида, и осевых частиц, вектор скорости которых направлен вдоль оси ядра. А, как известно, в замкнутой системе, на которую не действует извне результирующая сила при любом взаимодействии количество движения, рассматриваемое как вектор, сохраняется. Это правило сформулированное Ньютоном справедливо при любых взаимодействиях, включая гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые. Поэтому количество движения ядра будет равно сумме количества движения частиц флюида, из которых оно состоит:
 |
(2.9) |
где m0 - масса частицы флюида;
Mядр - масса ядра, Mядр.=m0Nядр. (2.10)
V0 - вектор скорости частиц флюида, слагающих ядро;
Vядр - вектор скорости ядра.
Так как вектора скорости частиц, из которых состоят циркуляционные струйки ядра, образуют замкнутые ломанные векторные линии, их векторная сумма будет равна нулю. Только частицы находящиеся на оси вращения ядра (N0-частиц) задают скорость движения ядра, т.к. имеют одинаковые вектора скорости, направленные вдоль оси вращения ядра, и их векторная сумма равна N0V0. Поэтому уравнение (2.9) после преобразований примет вид:
m0N0V0 = m0Nядр.Vядр. (2.11)
А отношение скорости движения ядра к скорости образующих его частиц флюида равно:
Vядр./V0 = N0 /Nядр (2.12)
Следовательно, ядро динамической стоковой структуры, образованное из частиц флюида, циркулирующих вокруг оси ядра, поступательно движется вдоль этой оси со скоростью пропорциональной количеству частиц флюида расположенных на оси ядра и обратно пропорциональной суммарному количеству слагающих ядро частиц (2.12), и значит, скорость ядра стоковой структуры не может быть больше чем скорость слагающих ее частиц (Vядр < V0).
Все частицы ядра кроме расположенных на его оси, вращаются вокруг нее, т.е. образуют циркуляционные струйки, так что можно считать, что ядро вращается - обладает спином.
Рассмотренная выше чисто механическая модель строения ядра динамической стоковой структуры позволяет наглядно понять природу ядра и физический смысл движения материи, основополагающую связь величины скорости движения с формообразующей структурой материи - формой, приоткрывая природу сил инерции, вечного движения материи.
1. Свойства рассмотренной модели ядра сферической динамической стоковой структуры не противоречат известным знаниям о свойствах материи.
2. Рассмотренная модель дает универсальные принципы образования материальных структур в комплексе с их полевыми силовыми проявлениями на основе механических представлений.
3. Физический смысл движения, как основополагающего свойства формы материи получил наглядную интерпретацию. Скорость структурной единицы материи не может быть выше скорости слагающих ее частиц тонкой материи.