Физика. Дополнение. Второе издание

Предисловие

Дополнение к науке и предмету физика предлагает: понятия состава Вселенной и её законов, их функций; определения и классификацию законов Вселенной; направление науки физики «естественные автоматические системы» (ЕАС), объясняет состав Вселенной, состав и функции её неживых и живых ЕАС; объясняет необходимость изучения биологии, биофизики на знаниях состава и функционирования живых ЕАС, законов Вселенной и Земли, по которым создаются и действуют живые ЕАС; показывает, что изучать живые ЕАС надо на базе знаний неживых ЕАС; неживые ЕАС можно изучать на базе знаний искусственных систем автоматического регулирования, САР и сложных САР, САРс; показывает, что биологии и биофизика это преднауки, которые станут науками после открытия законов Вселенной и Земли, по которым действуют живые ЕАС. Предлагаются для рассмотрения гипотезы, которые подтверждают необходимость этих предложений. Приводится методика и алгоритм открытия законов живых ЕАС Земли, которые позволят преодолеть «препятствия» к их познанию: бесконечное разнообразие и быстрое непрерывное их изменение. «Дополнение» предлагается научным, учебным и другим организациям, изучающим, использующим физику в своей деятельности, и, особенно, в биологии и медицине, а также всем любознательным людям.

Введение

«Физика» греч. на русском языке означает природа (природа Вселенной).

В книге вместо слова «природа» применяется слово: «Вселенная», поскольку есть ещё «природа Земли», «природа человека» и т.д.

Наука физика создана и является главной наукой философии. Предшественниками создания науки физики были философы, жившие до нашей эры. Историки называют около двухсот имён философов. Основное влияние на развитие науки физики и сейчас оказывают, главным образом, люди с философским типом мышления [1].

Наука физика рассматривает неживые ЕАС Вселенной, составляющие основную её часть, и только их анатомию, «технологическую» систему [2]. Функционирование живых ЕАС, происходящее по законам управления, не изучается. Изучение физики ведётся на базе законов взаимодействия, которые являются частью законов Вселенной, другой частью которых являются законы управления Вселенной. Законы взаимодействия известны как законы физики и химии. Законы управления управляют взаимодействием законов взаимодействия, поэтому они являются главной частью законов Вселенной. Их функции, как их надо учитывать, результаты их действия рассмотрены для систем автоматического регулирования (САР) и сложных САР, (САРс) [3]. Законны Вселенной – это совокупность законов управления и законов взаимодействия.

Опубликованная за последние годы информация о процессах во Вселенной вызывает вопросы, на которые наука физика ответить не может. Например.

1) По заявлению астрофизиков материя межзвёздного пространства, «разряженного газа», эфира, составляет около 95 % материи Вселенной. Какие функции выполняет не известная людям и наибольшая часть материи Вселенной? Примерно такой же величины должно быть влияние эфира на Вселенную! А как и почему?

2) «Чёрные дыры» (ЧД) поглощают материю звёзд. Почему они не поглощают материю эфира?

3) Какая физика передачи энергии во Вселенной? Например, электрической энергии.

4) Почему для объяснения передачи материи во Вселенной необходимо иметь две не связанные между собой теории: квантовую и волновую. А. Эйнштейн говорил: когда эти две теории заменит одна теория, объясняющая этот процесс, то это станет научной революцией. Почему?

5) Почему во Вселенной нет хаоса при непрерывном изменении её объектов? Что и как образует в ней порядок?

6) Почему в естественных науках есть направления, физические процессы, которые не подтверждаются известными законами Вселенной?

7) Почему биологию и биофизику, изучающие живые ЕАС, называют естественной наукой, где уровень знаний этих ЕАС, их законов не выше преднаук [4].

8) Почему нет направления физики живых ЕАС с разделом «Человек» – самая сложная ЕАС на Земле?

Основной причиной отсутствия ответов на эти и подобные вопросы является: устаревшее понимание состава Вселенной, их функций, материи и законов Вселенной.

Ответы на эти и подобные вопросы основаны на анализе опубликованной информации по философии, физике, астрофизики, биофизике, медицине.

1. Общие понятия

Теория физики. Физика математическая и техническая.

Наука физика имеет две составляющие. Одна – словесное описание физических процессов, которое позволяет понять физический, технический смысл этого процесса, специалистов этого вида назвали физтехами. Вторая – это математическое описание физической сути процесса, без которого сложно использовать знание смысла этого процесса на практике, специалистов назвали физматами. Сложились две категории физиков: физматы и физтехи, а соответственно и два направления: физико-математическое и физико-техническое. Они составляют одно целое: науку и предмет физика. Только их совместное действие создаёт науку физика. Выделять из этих направлений одно главное, это ошибка, следствием которой служат другие ошибки.

Например.1) Без знания физических процессов сделан математический расчёт академиком Я.Б. Зельдовичем создания Вселенной в результате «Большого взрыва», что не могло быть, поскольку Вселенная вечна. 2) Для поиска частицы, из которой создана Вселенная, строят огромные по величине и стоимости ускорители для обнаружения этих частиц, которых не могло быть, так как Вселенная вечна.

Нередко «физматы» и «физтехи» не понимают друг друга. Возможно потому, что математическая физика и техническая физика, требуют разные присущие конкретно этому направлению свои виды мышления и размышления, которые даются человеку при его рождении, и ещё знаний, приобретаемых самообучением.

Будущего физтеха Вселенная наделяет мышлением преимущественно физическими процессами, которые человек «видит» мысленно, размышляя этими процессами. При этом разнообразие этого вида бесконечное.

Будущий физмат получает от Вселенной высокую способность к запоминанию информации и «математическим» мышлением, математическими формулами, позволяющим использовать эту информацию при необходимости.

Разнообразие этих видов мышления бесконечно.

Фундаментальные науки.

Нет общего понимания, что фундаментальные науки – естественные науки. Их фундамент – абсолютно совершенные и потому неизменные законы Вселенной. Не совершенными являются их знания людьми.

В искусственных, не фундаментальных науках, включая гуманитарные науки, применяют не законы Вселенной, а придуманные людьми правила, критерии. Они не совершенные, так как не совершенны люди, их мышление.

Нормативная документация.

Серьёзные ошибки «устанавливает» нормативная документация в определениях состава и функций САР. Эти ошибки «копируют» разработчики САР и САРс, влияя на качество работ. Больший вред эти ошибки нанесут пониманию живых ЕАС, которые изучает биология при использовании математических моделей САР и САРс в изучении ЕАС. Устранить шибки физматов, физтехов, биофизиков, биологов, медиков, их непонимание друг друга помогут предлагаемые гипотезы.

2. Гипотезы

2.1. Первая гипотеза. Два уровня законов Вселенной

2.1.1. Первый уровень – законы управления

Закон динамического равновесия

Хаос во Вселенной не допускает главный закон управления Вселенной: закон динамического равновесия. Его сформулировал М.В. Ломоносов в 1748 г.: «Все изменения, совершающиеся во Вселенной, происходят таким образом, что сколько к чему прибавилось, столько же отнимется от другого. Так, сколько к одному телу прибавится вещества, столько же отнимется от другого… Этот закон Вселенной является настолько всеобщим, что простирается и на правила движения». В другой работе он пишет: «…первичное движение никогда не может иметь начала, но должно длиться вечно». В «Размышлениях о причине теплоты и холода» говорит: «…так как движение не может происходить без материи, то необходимо, чтобы достаточное основание теплоты заключалось в движении какой-то материи». Если движение не имеет начала и должно длиться вечно, а движение без материи не бывает, то материя не имеет начала и конца, она бесконечна в пространстве, движении и времени.

Ф.В. Шеллинг в XIX веке, написав, что «Закон полярности есть всеобщий закон мироздания… противоположные начала во Вселенной находятся в состоянии динамического равновесия, а химические процессы и тем более жизнь – в непрерывном нарушении и восстановлении равновесия», объяснил динамическое равновесие Вселенной как следствие «закона полярности» – «всеобщего закона мироздания», действие которого обеспечивают законы взаимодействия, законы второго уровня.

Закон динамического равновесия и другие законы Вселенной, есть во всех ЕАС. Все части Вселенной, от бесконечно малых частей по её бесконечности в пространстве и времени, представляют собой ЕАС.

Излучение частицы атомом означает эволюцию, которая необходима для восстановления равновесия по той энергии, по которой в атоме (или ядре и т.д.) нарушено динамическое равновесие. Распад частицы свидетельствует о критическом состоянии её динамического равновесия, которое невозможно восстановить испусканием его частицы. Происходит бифуркация, разрушение атома, ядра, появление свободного нейтрона и т.д. Примерами являются деление ядер топлива в ЯР и разрушение ЧД. Радиоактивность, распад ядра атома – это установление динамического равновесия на данном участке Вселенной.

Поскольку непрерывно изменяется состав и состояние всех видов материи, от микрочастиц до звёзд и ЧД, то непрерывно нарушается динамическое равновесие во Вселенной. По её законам равновесие восстанавливается и наблюдается закономерность: чем меньше частицы материи, тем сильнее взаимодействие между ними. Можно предположить, что между бесконечно малыми частицами силы взаимодействия одного вида бесконечно большие и разнообразные. Энергетические поля каждого вида материи со своими видами энергии – это поля взаимодействующих между собой полей энергий с разными силами взаимодействия разнообразных микрочастиц.

Группы малых частиц образуют более крупные части: от элементарных частиц до звёзд и ЧД. Бесконечность разнообразия Вселенной проявляется в том, что группы бесконечно малых частиц имеют свои виды и величины энергии с бесконечно разными силами взаимодействия.

Во Вселенной все непрерывно и неравномерно изменяется, но не исчезает, звезды, галактики изменяются и двигаются. Когда-то их материя перейдет в другие виды, формы и состояния со своими свойствами изменения, вещества и энергии. Из этой материи создадутся новые ЧД, звёзды, планеты и т.д.

«Действие равно противодействию» это не закон, а результат действия закона динамического равновесия. Гомеостазис – проявление закона динамического равновесия в живых ЕАС. В технике САР термин «саморегулирование» [3], однозначен слову «самоорганизация», поддержанию динамического равновесия в САР за счёт внутренних обратных связей объекта. В САР саморегулирование действует по законам взаимодействия физических свойств объекта. Часто его недостаточно для динамического равновесия САР. В таких случаях устойчивость САР устанавливают техническими средствами, например, изменением величины гибкости отрицательной обратной связи, характеристики регулятора, алгоритма управляющего сигнала, зоны нечувствительности САР и т.д. Иногда необходимо введение в САР нового элемента или новой связи.

Закон прямого управления и программы

Действия программы управления и закона прямого управления рассмотрим на таком примере.

Управление полетом ракеты ведут по программе, расчет которой сложен, могут быть ошибки. Чем дальше от Земли, тем меньше знаний о законах и величинах взаимодействия объектов, больше ошибки расчёта. В программе определено направление движения ракеты. При полете ракеты возможны отклонения от заданного курса из-за ошибок расчёта, недостаточности необходимых знаний. Надо периодически определять её положение и корректировать направление движения. Точность программы, её корректировки определяет точность прихода ракеты к цели. Применено программное управление.

Представим, что нашли излучаемый планетой сигнал, характерный для неё, как сигнал маяка. Поставим на ракету измеритель этого сигнала и поручим ему управлять движением ракеты по его максимальной величине, избавимся от расчетов определения положения ракеты, корректировки движения ракеты. Получим систему автоматического управления по сигналу прямого управления. Маяком служит: рыба для чайки, червяк для крота, мышь для совы, и т.д., добыча для ловца. Ловит добычу охотник по закону прямого управления: где маяк, туда и он. Растения «ловят» солнечные лучи и берут питание из земли, животное поворачивает уши, ноздри в сторону звука, запаха, текут реки, дует ветер, вращаются звёзды и планеты и т.д. по закону прямого управления. Действие закона управления обеспечивают законы прямого управления и обратной связи.

Действие закона прямого управления состоит в том, что параметры и действие управляющего сигнала на входе системы управления определяют состояние и поведение объекта управления и/или цели. Закон прямого управления имеет свойство адаптации, преимущество перед программным управлением, у которого этого свойства нет.

Во Вселенной программ не может быть, поскольку результаты их действия в САР и САРс хуже, чем у законов прямого управления, применяемого в них.

Закон гибкой обратной связи

Обратной связью называют воздействие результата действия устройств или систем на их выходе, на управляющее действие, которое поступает на вход устройства или системы. Так образуется замкнутость по управляющему воздействию в системе управления. Если обратная связь ослабляет действие сигнала управления, её называют отрицательной, а если усиливает, то – положительной. Отрицательная обратная связь (ООС) является частью обеспечения действия закона динамического равновесия во Вселенной, обеспечивает её защитные свойства, уменьшая отрицательные воздействия на её развития. Когда ООС действует с запаздыванием относительно действия сигнала управления, её называют «гибкой». Гибкость определяет время между началом изменения сигнала на выходе системы и началом действия ООС на сигнал на входе системы. Если запаздывание равно нулю, обратную связь называют «жёсткой».

Воспроизводство в живой ЕАС реализует закон прямого управления с действием ООС. Увеличение урожая злаковых растений в тундре приводит к увеличению рождаемости леммингов на следующий год (гибкость ООС). Увеличение леммингов приводит к уменьшению злаковых (больше поедается) и к увеличению рождаемости песцов (действие закона прямого управления, больше пищи – больше рождаемость леммингов). Увеличение песцов ведёт через год к уменьшению леммингов (больше поедается и меньше остаётся зёрен). Уменьшение леммингов ведёт к увеличению урожая злаковых в следующем году (больше зёрен остаётся для воспроизводства растений) и т.д.

Законы прямого управления и ООС обеспечивают цель закона управления, поддержание динамического равновесия системы при её непрерывном изменении.

Вирусы, инфекция, СПИД и т.п. это реакция ООС на уничтожение Земли, нарушение её динамического равновесия, том числе и людьми, на результат их деятельности, усиленный увеличением количества людей на Земле. Вредители сельского хозяйства есть только в понятии людей. Для Земли – это действие ООС, обеспечивающей её динамическое развитие.

У людей, ведущих первобытный образ жизни, изолированных от цивилизации, нет болезней, которые уже есть и образуются другие и старые в новых формах. Земле, Вселенной не надо бороться с людьми, не нарушающими её динамическое равновесие.

Параметры ЕАС и САР могут изменяться, но по действию законов прямого управления и ООС, переходной процесс, обусловленный непрерывным изменением Вселенной, остается устойчивым, обеспечивается динамическое равновесие ЕАС во всех режимах её работы.

Закон положительной обратной связи (ПОС) используют в блокинг-генераторах, мультивибраторах и т.д. Во Вселенной, на Земле ПОС действует при стихийных бедствиях, ураганах, землетрясениях и т.д. Чем больше ПОС, тем сильнее ураган и т.п. Во всех ЕАС и САР и САРс, действие ПОС поддерживает необходимое количество энергии. Когда оно станет недостаточным для ПОС, она ослабнет, мультивибратор выключится, ураган затихнет.

Развитие общества определяется творческими свойствами людей, её ПОС. Чем она сильнее, тем быстрее развивается общество. Если энергию творчества, особенно в естественных и технических науках, производстве, ограничивать, как в РФ, то развитие общества замедляется.

Чем выше ПОС, тем чувствительнее ЕАС и САР к внешним воздействиям. Неравномерности, флуктуации под действием ПОС могут привести к неустойчивости, автоколебаниям, к бифуркации во Вселенной: – критической точке, которая в технике характеризуется как релейный процесс, возникающий под действием ПОС, например, порог энуклеации, процесс превращения газа в жидкость.

Непрерывное неравномерное изменение Вселенной, её свойств и состояний, обмена между веществом и энергией, преобразования их в разные виды создаёт неравновесие ЕАС, нарушение их устойчивости. Изменения происходят медленно, эволюцией, и быстро, бифуркацией.

Динамическое равновесие в ЕАС устанавливают законы Вселенной ликвидацией причины нарушения равновесия, а не её следствие, как не редко делают люди.

В технических системах, действующих по программам управления, нет свойства адаптации, что становится причиной автоколебаний, неисправности и аварии.

Программное управление, САР с релейной характеристикой регулятора не обладает свойством адаптации, может удовлетворять работу системы в неизменном режиме. Программное управления в САР и САРс ЯР может вызвать автоколебания САР, выход её из строя.

Программного управления и релейной характеристики регулятора в ЕАС не может быть, так как по результату действия они хуже, чем закон прямого управления и пропорциональная характеристика управления [3].

Живые ЕАС состоят из тех же элементов, что и неживые. Законы неживых ЕАС должны действовать и в живых ЕАС, но по сравнению с неживыми ЕАС их соединения и процессы сложнее, быстрее и разнообразнее. Определить закономерности законов Вселенной, по которым идут процессы в живых ЕАС, сложнее, чем в неживых ЕАС. Желание людей без изучения, знания закономерностей, законов Вселенной приводит к появлению гипотез о наличии во Вселенной программ, Высшего Разума, Бога и т.д.

Если гипотеза неверна, то будут потрачены средства и время без положительных результатов. Например, гипотеза развития живого организма по программе, заложенной в генах. «Подтверждают» эту гипотезу, открывая гены, которые определяют развитие качества или свойства живого организма. Однако.

1) Нет описаний алгоритмов программ, как они реализованы в генах и влияют на развитие, свойства организма. Известно лишь, что гены влияют на них.

2) Кто и как создал и заложил эти программы в гены?

3) Когда-то возникла Земля: по новым программам или кто-то изменил старые программы?

4) По каким программам изменяются программы при непрерывном изменении окружающих условий?

Для создания атома нужен набор микроэлементов, законы Вселенной и соответствующие окружающие условия. Образование молекулы происходит по законам Вселенной из атомов при других окружающих условиях.

Сложная молекула создаётся по законам Вселенной из простых молекул и других окружающих условиях. Многообразие молекул создаёт большее многообразие их комбинаций, из которых выживает то, что приспособилось, адаптировалось к изменяющимся окружающим условиям.

Из многообразия комбинаций молекул законы Вселенной образуют – гены, а по ним тела.

Законы Вселенной – это её действующая cила [5]. Программы – это придуманные людьми не совершенные алгоритмы, поскольку не совершенны люди.

В генах программ нет. Есть исходные данные, из которых при данных окружающих условиях по законам Земли создаются алгоритмы развития живой ЕАС.

Законы иерархии и приоритета

В ЕАС действуют законы иерархии и приоритета по важности регулируемого параметра. Практика создания и работы САРс показала, что отсутствие учёта иерархии и приоритета может привести к выходу её из действия.

Приоритет зависит от влияния САР и САРс:

– друг на друга по качеству переходного процесса;

– на выполнение цели САРс верхнего уровня.

Иерархия означает приоритет системы верхнего уровня над системой нижнего уровня. В САРс приоритет между системами одного уровня устанавливают по влиянию их друг на друга и каждой из них на САРс верхнего уровня. При одновременной работе в переходных режимах параллельно действующих САР и САРс в одной из них может происходить увеличение погрешности поддержания заданного параметра, снижение качества переходного процесса, возникновение автоколебаний, аварийной ситуации и т.п. В этом случае надо по принципу важности запретить переходной режим одной из них, когда в переходном режиме действует другая САР или САРс.

Иерархию и приоритет САР и САРс устанавливают по анализу их работы и математического моделирования.

Высший приоритет САРс это приоритет её конечной цели перед всеми входящими в неё САР и САРс. В ЕАС законы иерархии и приоритета действуют автоматически.

Законы управления управляют взаимодействием законов второго уровня, законов взаимодействия .

2.1.2. Второй уровень – законы взаимодействия

Обычно их называют законами физики и химии.

Свойства законов взаимодействия

Законы взаимодействия определяют зависимость действия закона Вселенной от сопротивления, оказываемому этому действию. Математически это отображается формулой деления. Сопротивления определяют окружающие условия, которые непрерывно изменяются в соответствии с третьим свойством материи – непрерывно изменяться. Поэтому непрерывно изменяются результаты действия, процесса действия закона взаимодействия. По одному закону Вселенной производится бесконечное количество разных процессов, которые нельзя называть законами Вселенной, как это происходит в биологии, биофизике.

Изучают материю через законы взаимодействия лишь в досягаемой для этого части Вселенной. Законы физики и химии – это частные случаи, математическое описание закономерностей, происходящих на Земле и доступных для изучения на уровне современных знаний. Эти законы сформулированы людьми, чтобы понимать эти процессы, использовать их знания в своей деятельности.

Знание законов могут изменяться, если изменятся знания процессов, отображающих законы. Закон Ома для постоянного тока: I=U/R, ток равен напряжению (действующей силы), делённому на активное омическое сопротивление нагрузки, которое зависит от физических параметров нагрузки, проводника и окружающей температуры. Пропорциональная зависимость тока от напряжения сохраняется. В цепях переменного тока сопротивление комплексное, зависящее от частоты напряжения и свойств материала нагрузки. Пропорциональность тока от напряжения сохраняется в определённых пределах. При увеличении напряжения пропорциональность нарушается, так как увеличивается плотность тока по сечению проводника.

Если в ёмкость с водой опустить электроды и подать на них напряжение, через воду потечёт ток. Сопротивление жидкого проводника будут определять его физические свойства. В зависимости от условий передачи электрической энергии закон Ома принимает частный вид.

В разветвлённой электрической цепи токи определяются законами Ома и Кирхгофа. Молнии ‒ это токи в электрических цепям атмосферы, текущие по законами Ома и Кирхгофа. Наземные и подземные реки, течения в океанах и Земля это твёрдые и жидкие проводники. В живых ЕАС Земли движется жидкость, «жидкие проводники». Живые и неживые части Земли пересекают её магнитное поле при её вращении, в них возникают электродвижущие силы (ЭДС) и протекают токи по законам Ома и Кирхгофа.

2.2. Вторая гипотеза

Законы Вселенной это единственная действующая сила в ней, состоящая из одновременного действия законов управления и взаимодействия.

2.3. Третья гипотеза

Вещество (масса) и энергия – это не разные виды материи, а разные свойства одного вида материи.

Наименьшую познаваемую часть передаваемой материи назвали квантом. Когда материю изучают по её свойству – веществу, применяют квантовую теорию, а по другому свойству – энергию, используют волновую теорию. Третье свойство материи это её непрерывное изменение.