Разговор с искусственным интеллектом 4. Процессы происходящие в сходящемся потоке

Процессы, происходящие в сходящемся потоке

Аннотация

Можно ли попытаться понять устройство материи, начав не с элементарных частиц, атомов и других уже существующих объектов, а с самого простого — с движения?

В этой книге предлагается именно такой взгляд на устройство материального мира.

Исходной точкой модели является множество простейших единиц движения, способных двигаться прямолинейно. Организованное движение этих единиц образует потоки. Потоки сближаются, сталкиваются, изменяют направления движения, сжимаются, разделяются и начинают взаимодействовать друг с другом. Из последовательности этих процессов возникают новые формы организации движения — устойчивые потоки, вращение, вихревые и спиральные структуры.

Основное внимание уделяется сходящемуся потоку — системе, в которой движение множества элементов направлено к общей области. Именно здесь, согласно рассматриваемой модели, возникают условия для концентрации вещества, массовых столкновений, перераспределения движения и постепенного образования устойчивых структур.

Главная идея книги заключается в том, что сложная структура может не существовать изначально в готовом виде. Она может возникать как результат последовательного преобразования движения:

движение → поток → сближение → столкновение → изменение траекторий → сжатие → вращение → спираль → устойчивая структура.

Эта логика рассматривается на различных уровнях — от простейших единиц движения до потоковых образований, атома водорода, вещества и крупных космических структур. В предлагаемой картине атом водорода рассматривается не как исходная данность, а как результат определённой организации и взаимодействия потоков.

Особое место занимает вопрос о том, каким образом из простого движения могут возникать всё более сложные структуры и как уже возникшая структура, в свою очередь, начинает изменять дальнейшее движение.

Книга не претендует на завершённое математическое доказательство предлагаемой картины. Это последовательное теоретическое исследование, задача которого — построить физически наглядную цепочку формирования структуры и показать, какие вопросы возникают на каждом следующем уровне.

Читателю предлагается посмотреть на материальный мир с необычной стороны: не от готовой частицы к движению, а от движения — к частице; не от готовой структуры — к её свойствам, а от процесса движения — к возможности возникновения самой структуры.

Возможно, такой взгляд позволит по-новому поставить некоторые фундаментальные вопросы о происхождении и организации материи.

ОБЩЕЕ ВВЕДЕНИЕ

От движения к структуре

Большая часть современной науки изучает Природу через уже существующие объекты: элементарные частицы, атомы, молекулы, звёзды, планеты, галактики. Для каждого уровня существуют свои модели, уравнения и способы описания.

В данной серии работ предлагается начать с другого конца — не с готового объекта, а с движения.

Исходным элементом рассматриваемой модели является простая единица движения, способная двигаться прямолинейно. Множество таких единиц образует поток. Потоки могут сближаться, сталкиваться, изменять направления движения, образовывать вращение и спиральные структуры. В результате взаимодействия потоков возникают более сложные и устойчивые образования.

Таким образом, предлагается проследить возможную последовательность:

прямолинейное движение → поток → сходящийся поток → столкновение → изменение движения → вращение → спираль → объединение потоков → сложная структура.

Главная идея исследования заключается в том, что эти процессы могут быть не разрозненными явлениями, а различными этапами организации движения.

Пространственный образ движения

При исследовании сложных процессов одной математической формулы недостаточно.

Формула позволяет определить количественные характеристики движения, но первоначально необходимо представить сам процесс: откуда движатся элементы, куда они направляются, где сближаются, где сталкиваются, каким образом меняют траектории и как из множества движений возникает общая структура.

Поэтому в предлагаемом подходе большое значение имеет пространственный образ.

Сначала строится физическая картина движения. Затем для неё могут определяться необходимые параметры и математические зависимости. После этого компьютерное моделирование позволяет проверить, приводит ли заданная система движений к предполагаемому результату.

Такой подход позволяет начинать исследование сложного явления с относительно простых представлений о движении.

Сходящийся поток

Особое место в серии занимает понятие сходящегося потока.

Под ним рассматривается система, в которой множество потоков движется в направлении взаимного сближения. В процессе такого движения возникают области концентрации, столкновения и перераспределения движения. Первоначально прямолинейные траектории могут становиться сложными, а взаимодействие потоков способно приводить к вращательным и спиральным формам движения.

В более общем рассмотрении возникает вопрос:

не может ли сходящийся поток быть не только локальным физическим процессом, но и общей схемой организации движения вещества на различных масштабах?

Отсюда возникает рабочее понятие Вселенского сходящегося потока

Это не утверждение о завершённом доказательстве устройства Вселенной. Это теоретическое направление исследования: возможно ли описать различные уровни организации вещества через общие принципы движения и взаимодействия потоков.

От малого к большому

В серии работ движение рассматривается последовательно — от простейших состояний к более сложным.

На одном уровне рассматривается образование элементарных структур. На другом — атома. Далее могут рассматриваться вещество, звезда, галактика и другие крупные образования.

При этом нас интересует не только внешний вид объектов, а прежде всего движение, которое создаёт и поддерживает их структуру.

Если окажется, что на разных уровнях действительно повторяются одни и те же принципы — прямолинейное движение, сближение, столкновение, изменение траекторий, вращение, спиральное движение и объединение потоков, — это даст основание рассматривать их как проявления более общего процесса.

Задача серии

Данная работа носит теоретический характер.

Её задача — не дать окончательное математическое описание всех рассматриваемых явлений, а последовательно построить физическую картину их возникновения и взаимосвязи.

В дальнейшем отдельные положения модели могут быть исследованы математически и с помощью компьютерного моделирования. Особенно интересными являются вопросы о скоростях, углах столкновения, плотности потоков, устойчивости образующихся структур и условиях перехода одного типа движения в другой.

Таким образом, предлагается исследовать Природу не только через готовые объекты, но и через процесс их возможного формирования:

от простого движения — к сложному движению,

от движения — к потоку,

от потока — к структуре,

от структуры — к многообразию материального мира.

В этом и заключается основная идея предлагаемого исследования.

Общие требования и структура сходящегося потока

Часть 1

Аннотация

В статье рассматривается общая структура сходящегося потока вещества в предлагаемой модели. Поток представлен как организованное движение множества простейших единиц, направленных к области схождения. Рассматриваются основные элементы такой конструкции: место старта, направление движения, область массового столкновения, степень концентрации вещества и последовательность столкновений.

Особое внимание уделено геометрии потока. Показано, почему для его устойчивого существования необходимы определённые расстояния, углы и порядок движения единиц. Рассматривается переход от свободного прямолинейного движения к столкновениям, изменению траекторий, образованию центральной области и последующему возникновению более сложных структур.

Статья представляет начальный, наиболее общий уровень рассмотрения сходящегося потока, на основе которого далее могут рассматриваться процессы образования атомов, звёзд, галактик и других структур вещества.

Введение

В предлагаемой модели Вселенная рассматривается как система вещества, находящегося в движении.

В самом простом случае можно представить множество одинаковых простейших единиц, каждая из которых движется самостоятельно и прямолинейно. Если направления их движения организованы так, что единицы постепенно сближаются, возникает сходящийся поток.

Это простая исходная конструкция.

Однако именно из такой простой конструкции в дальнейшем могут возникать значительно более сложные процессы: столкновения, взаимодействия, соединение частиц, образование новых структур и постепенное усложнение вещества.

Поэтому прежде чем рассматривать образование конкретных объектов — например, атомов, звёзд или галактик, — необходимо понять, каким должен быть сам исходный поток, чтобы такие процессы могли происходить.

В данной статье рассматривается именно этот вопрос.

Сходящийся поток понимается как определённая физическая конструкция. Он не является случайным скоплением частиц. Для его существования должны выполняться некоторые условия: частицы должны иметь определённое направление движения, между ними должны сохраняться необходимые расстояния, место их массового столкновения должно находиться в определённой области, а само столкновение должно происходить не мгновенно и не бесконечно долго.

Иными словами, поток должен иметь определённую организацию уже в начальный момент.

1. Исходная конструкция сходящегося потока

Представим огромное множество простейших единиц движения.

Каждая единица получает простое свойство — двигаться прямолинейно, равномерно и в одном направлении.

Если все единицы будут двигаться в произвольных направлениях, единого сходящегося потока не возникнет.

Если же направления движения организованы так, что единицы постепенно приближаются к общей области, появляется совершенно другая картина.

Возникает поток, в котором движение направлено к области схождения.

Для наглядности можно представить конус: широкая часть является областью старта, а узкая часть — областью дальнейшего сближения и столкновения.

В реальной пространственной конструкции такая форма может быть связана не с плоской линией старта, а с частью сферической поверхности.

Главное здесь не название геометрической формы, а принцип:

множество единиц должно иметь согласованные направления движения, ведущие к общей области пространства.

2. Почему необходима определённая структура

Если простейшие единицы должны в результате движения образовывать более сложные структуры, их движение не может быть полностью случайным.

Необходимо, чтобы они:

двигались;

сближались;

сталкивались;

взаимодействовали;

соединялись;

продолжали движение после столкновения;

образовывали новые, более сложные структуры.

Поэтому исходный поток должен обеспечивать возможность всех этих процессов.

Можно сформулировать общий принцип:

Если конструкция потока позволяет единицам двигаться, сталкиваться, взаимодействовать и продолжать движение, такая конструкция может существовать как физический поток.

Если же единицы сталкиваются таким образом, что полностью останавливаются и дальнейшее движение становится невозможным, исходная конструкция перестаёт выполнять свою функцию.

Это особенно важно для области массового столкновения.

3. Место массового столкновения

В сходящемся потоке можно выделить область, к которой постепенно приближаются движущиеся единицы.

Назовём её местом массового столкновения.

Это не обязательно одна математическая точка. Скорее, это определённая область пространства, в которой концентрация вещества возрастает и столкновения становятся многочисленными.

Место столкновения не должно находиться слишком близко к началу движения.

Если столкновение произойдёт почти сразу после старта, огромное количество единиц столкнётся практически одновременно. Возникнет сильное уплотнение, напоминающее пробку.

В такой области движение может резко затормозиться.

Но и слишком удалённое место столкновения нежелательно.

Если единицы будут двигаться на практически бесконечное расстояние, не образуя компактных структур, вещество будет оставаться сильно разреженным.

Следовательно, между началом движения и областью массового столкновения должно существовать определённое расстояние.

Это одно из первых требований к сходящемуся потоку.

4. Последовательность столкновений

Есть ещё одно важное условие.

Единицы не должны сталкиваться абсолютно одновременно.

На первый взгляд это может показаться странным. Ведь если поток сходится, почему бы всем частицам не встретиться в одной области одновременно?

Но именно здесь возникает проблема.

При абсолютно одновременном столкновении большого количества единиц может образоваться плотная область, в которой дальнейшее движение будет затруднено.

Вместо развивающегося процесса получится своеобразная «пробка».

Поэтому в предлагаемой модели столкновение рассматривается как последовательный процесс.

Единицы подходят к области столкновения почти одновременно, но не абсолютно одновременно.

Одни входят в неё немного раньше, другие — немного позже.

Благодаря этому область столкновения может перемещаться, расширяться и изменяться.

Так сохраняется возможность дальнейшего движения вещества.

5. Оптимальная область столкновения

Таким образом, область массового столкновения должна удовлетворять сразу нескольким условиям.

Она должна:

находиться на определённом расстоянии от места старта;

иметь ограниченный размер;

принимать достаточно большое количество вещества;

обеспечивать плотное взаимодействие единиц;

не превращаться в неподвижную пробку;

позволять веществу продолжать движение после столкновения.

Эта область может одновременно рассматриваться как:

место встречи;

место концентрации вещества;

место уплотнения;

место взаимодействия;

место соединения единиц;

место образования новых структур.

В зависимости от рассматриваемого масштаба её физическое проявление может быть различным

Геометрия сходящегося потока

Если посмотреть на поток целиком, в нём можно условно выделить несколько пространственных областей.

Относительно центральной оси существуют:

верхняя область;

нижняя область;

левая область;

правая область.

Единицы каждой области имеют собственное направление движения, но все эти направления в совокупности ориентированы к общей области схождения.

Верхние единицы движутся вниз и к центру.

Нижние — вверх и к центру.

Левые — вправо и к центру.

Правые — влево и к центру.

Так образуется пространственная структура сходящегося потока.

7. Группы и пучки единиц

В потоке можно выделять не только отдельные единицы, но и их группы.

Несколько близко расположенных траекторий образуют условный пучок.

Несколько небольших пучков могут образовывать более крупный пучок.

Так возникает своеобразная иерархия:

единицы → малые пучки → крупные пучки → общий поток.

Такая структура важна потому, что реальные процессы происходят одновременно на разных пространственных масштабах.

Отдельная единица участвует в своём движении и столкновении.

Группа единиц образует более крупный процесс.

Множество таких групп формирует уже структуру потока в целом.

8. Линия старта

Особое значение имеет начальная граница, с которой начинается движение единиц.

В простейшем случае при небольшом количестве единиц она может быть представлена как прямая линия или плоскость.

Но если количество единиц становится огромным и поток рассматривается в трёхмерном пространстве, более естественной становится изогнутая форма.

В предлагаемой конструкции такой старт может быть представлен частью сферы — полусферой.

Такая форма позволяет распределить единицы по пространству и направить их к общей области схождения.

При этом направление движения крайних частей потока не должно создавать прямого лобового столкновения с противоположными частями.

Именно поэтому угол движения имеет принципиальное значение.

9. Угол между траекториями

Если две группы единиц движутся строго навстречу друг другу, их столкновение будет лобовым.

При большом количестве частиц это может привести к резкому торможению и образованию плотной области.

Если же траектории имеют определённый угол, столкновение становится более сложным.

Часть движения может продолжаться в другом направлении.

Возникает возможность для изменения траекторий, перераспределения движения и дальнейшего развития структуры.

Поэтому в сходящемся потоке важно не только куда движутся единицы, но и под каким углом они подходят друг к другу.

10. Расстояние между единицами

Единицы не могут быть расположены совершенно произвольно.

Если расстояние между ними слишком велико, столкновения становятся редкими.

Если они расположены слишком близко уже на старте, поток может оказаться чрезмерно плотным ещё до достижения области столкновения.

Поэтому между единицами существует некоторое пространство, необходимое для их движения.

Можно условно выделить несколько областей плотности.

В одной области единицы расположены относительно далеко друг от друга и некоторое время могут двигаться без столкновений.

Далее плотность увеличивается.

Ближе к области схождения единицы подходят всё ближе.

Наконец, возникает область плотного взаимодействия.

Таким образом, движение к центру сопровождается постепенным изменением плотности потока.

11. Эшелоны движения

Если поток состоит из огромного количества единиц, они могут располагаться не одним слоем.

За первой группой следуют следующие.

Можно условно представить их как эшелоны движения.

Первый эшелон находится впереди.

За ним движется второй.

Затем третий и следующие.

Такой порядок позволяет потоку сохранять непрерывность.

Передняя часть уже вступает в область столкновения, тогда как следующие части продолжают движение к ней.

Это также помогает понять, почему массовое столкновение не обязательно должно происходить в одну единственную мгновенную точку времени.

12. Последнее свободное движение

По мере сближения единиц возникает интересный переходный момент.

Сначала между ними ещё сохраняется свободное пространство.

Единицы продолжают двигаться по прямым траекториям.

Затем расстояние между ними уменьшается.

Появляется плотное объединение траекторий.

Это можно назвать последним участком свободного прямолинейного движения.

Здесь ещё нет интенсивных столкновений, но поток уже подошёл к состоянию, в котором столкновения становятся неизбежными.

Этот момент важен для понимания дальнейшего процесса.

До него движение в основном определяется первоначальным направлением.

После него начинает существенно влиять взаимодействие между единицами.

13. Начало столкновения

Когда единицы начинают сталкиваться, их прежние прямые траектории изменяются.

Прямая линия движения превращается в ломаную.

Единица уже не может продолжать первоначальное направление без изменения, потому что встречает другие единицы.

Возникает последовательность:

прямолинейное движение → сближение → первое столкновение → изменение траектории → новые столкновения.

Это переход от относительно свободного потока к взаимодействующему потоку.

14. Формирование центральной области

Первые столкновения возникают в некоторой центральной области.

Её можно условно представить как область торможения или своеобразную «стенку» внутри потока.

Но это не неподвижная стенка.

Она сама состоит из движущегося вещества.

Её особенность заключается в том, что здесь движение сильнее изменяется из-за большого количества столкновений.

По мере поступления новых единиц область столкновения расширяется.

Она может увеличиваться в длину и в объёме.

Таким образом, первоначально небольшая область столкновения превращается в более сложную структуру.

15. Быстрое и медленное движение

После начала столкновений разные части потока уже не движутся одинаково.

Одни области сильнее тормозятся.

Другие продолжают двигаться быстрее.

Возникает различие скоростей и плотностей.

Это создаёт условия для образования различных режимов движения.

В некоторых областях движение остаётся относительно упорядоченным.

В других оно становится более сложным и перемешанным.

На этом уровне можно использовать понятия, знакомые из гидродинамики: ламинарное и турбулентное движение.

Разумеется, речь здесь идёт не о буквальном превращении космического вещества в обычную жидкость, а об использовании сходных принципов организации движения большого количества частиц.

16. Возникновение спирального движения

Дальнейшее развитие столкновений может привести к ещё более сложной картине.

Предположим, что центральная область сначала тормозится.

Затем часть вещества за ней продолжает двигаться быстрее и выдвигается вперёд.

Эта часть встречается с другими движущимися областями.

Возникает новое торможение.

В другой области, наоборот, ранее заторможенное вещество начинает ускоряться.

В результате возникает перераспределение движения.

Такой процесс может создавать круговое или спиральное движение.

Появляется своеобразный цикл:

ускорение → столкновение → торможение → перераспределение движения → новое ускорение.

Спиральная форма здесь возникает не как заранее заданный объект, а как возможный результат последовательного взаимодействия движущихся потоков.

17. Сходящийся поток на разных масштабах

Одна из особенностей предлагаемого подхода состоит в том, что принцип сходящегося движения рассматривается на разных уровнях.

На одном уровне движутся простейшие единицы.

Из их взаимодействия могут образовываться более сложные частицы.

Из частиц — атомы.

Из атомов — молекулы и более крупные образования вещества.

На космическом масштабе могут рассматриваться облака вещества, звёзды, галактики, группы и скопления галактик.

При этом речь идёт не о том, что все эти объекты имеют одинаковую форму.

Речь идёт о возможном общем принципе:

сближение → столкновение → взаимодействие → уплотнение → образование структуры.

18. Места массового столкновения в едином потоке

Если представить единый сходящийся поток в огромном пространстве, в нём можно выделить множество областей концентрации.

На одном уровне в таких областях могут формироваться простейшие структуры вещества.

Например, в рамках предлагаемой модели рассматривается возможность образования атомов водорода в результате взаимодействия более простых единиц.

Большое количество таких процессов может приводить к появлению облаков вещества.

На следующем уровне в плотных областях этих облаков могут возникать условия для образования звёзд.

На ещё более крупном масштабе можно рассматривать взаимодействие галактик и формирование групп и скоплений.

Таким образом, понятие «места массового столкновения» может относиться не к одной единственной точке Вселенной, а к множеству областей, существующих на разных масштабах.