Колесников А.А. Гравитация и самоорганизация Изд. стереотип.

Анонс

Синергетический закон тяготения является системным и структурно-образующим; он, в отличие от закона тяготения Ньютона, формирует новые динамические структуры, скрытно присущие гравитационному взаимодействию тел.

Синергетический закон построен по схеме "асимптотической эстафеты", согласно которой входящие в него латентные структуры постепенно "исчезают" по мере устойчивого движения системы к пересечению инвариантов Кеплера. Это свидетельствует о том, что системный закон тяготения отражает универсальную концепцию единства процессов самоорганизации и самоуправления (взаимодействия), пронизывающую окружающую нас природу.

Оглавление

Из главы 1. Проблема синтеза естественных системных закономерностей

Согласно современной научной парадигме, в природе всюду и всегда существуют движение и преобразование движущейся материи, а вечно сохраняющаяся энергия является их количественной мерой. Современная наука утверждает, что окружающая нас и объективно существующая действительность, в том числе и Космос, представляют собой единую динамическую взаимодействующую суперсистему, в которой могут возникать сложные бифуркационные и хаотические процессы. Взаимодействие, в первую очередь гравитационное, между объектами этой суперсистемы является универсальным свойством природы. Оно связано с переносом вещества и энергии и сопровождается процессами диссипативной или консервативной самоорганизации [1]. Известно, что сущность классической механики и вообще физики определяется, в первую очередь, содержанием тех законов природы, которые описывают соответствующую предметную область. История науки показывает, что эти законы практически всегда являлись результатом догадки, прозрения и везения великих ученых. Возникает идея о своего рода синергетической генерации такого рода законов, т.е. поиска объективных закономерностей единства процессов самоорганизации и управления (взаимодействия). Разумеется, что такая постановка научной задачи в определенной мере претенциозна, однако даже первые успешные шаги в этом направлении позволили бы указать перспективный путь выявления общесистемных естественных закономерностей различной природы.

В работе рассматривается следующая проблема системного синтеза: на основе известных естественных закономерностей – инвариантов, отражающих соответствующие природные взаимодействия, синтезировать новые, системные законы, позволяющие существенно расширить знание о соответствующей предметной области, например, о космонавтике, навигации, управлении пространственным движением и т.д. Системные законы имеют динамическую природу, что принципиально отличает их от известных законов физики, являющихся, как правило, статическими, т.е. описывающими лишь стационарные движения. Это означает, что системные законы включают в себя дополнительные, динамические компоненты, которые "исчезают" на стационарном движении, т.е. не наблюдаются. В этом свойстве и проявляется латентный (скрытый) характер системных законов, что ведет к возникновению неожиданных физических явлений. Отсюда вытекает возможность предсказания новых явлений и свойств соответствующих систем и, следовательно, выявления перспектив переноса естественных закономерностей на искусственные управляемые системы, обладающие принципиально новыми динамическими свойствами.

Конкретно в работе предпринята попытка на основе известных гравитационных закономерностей – инвариантов Кеплера синтезировать системный закон тяготения, структурно включающий в себя известный закон Ньютона как ключевое ядро – "изначальный принцип". При решении этой неординарной задачи будем опираться на синергетическую концепцию единства процессов самоорганизации и самоуправления – нелинейного взаимодействия [2], согласно которой формируется последовательная совокупность динамически вкладываемых друг в друга законов тяготения. Такая постановка задачи системного синтеза применительно к знаменитой проблеме тяготения, освященной 400-летней научной традицией, может показаться излишне амбициозной и экстравагантной, но в действительности это совсем не так. Как говорил Нобелевский лауреат в области физики Р.Фейнман, "если мы хотим, чтобы от науки была какая-то польза, мы должны строить догадки. Чтобы наука не превратилась в простые протоколы проделанных экспериментов, мы должны выдвигать законы, простирающиеся на еще не известные области" [3]. Именно следуя этому воодушевляющему призыву великого физика XX века, автор и попытался выдвинуть синергетическую гипотезу тяготения двух тел, возможно спорную, чтобы на ее основе построить новый системный закон тяготения, отличающийся своей динамической природой и имеющий очевидные приложения, например, в задачах управления пространственным движением и др.

Отметим, что в последнее время в Институте проблем управления РАН развивается системный подход к поиску новых законов и закономерностей в электродинамике, природе и обществе [4]. Это означает, что проблема синтеза системных законов тяготения, впервые рассматриваемая в данной статье, лежит в русле указанного весьма перспективного научного направления, которое можно назвать системной физикой. Подчеркнем, что проблема построения системных закономерностей издавна была и остается одной из самых актуальнейших проблем науки. Поэтому любое продвижение в направлении ее решения имеет важное общенаучное значение.

В прикладном плане основная цель рассматриваемой здесь постановки задачи синтеза системных закономерностей тяготения состоит в выявлении возможных новых классов законов управления движением, например, космических летательных аппаратов (КЛА) с "малой тягой", в том числе связанных с задачей об оптимальной эволюции плоской орбиты [5-11] и др. Дело в том, что закон тяготения Ньютона описывает стационарное движение тел в слабом гравитационном поле, поэтому он используется в космонавтике в основном для расчета программных траекторий полета КЛА, в то время как на практике необходимо еще также решать задачи навигации и оптимальной стабилизации движения КЛА по соответствующей траектории или орбите в условиях действия внешних возмущений. Если удастся синтезировать такого рода естественные системные законы тяготения, то это, на наш взгляд, может открыть новые возможности как в задачах управления полетом КЛА, так и в других областях космонавтики, навигации и, вообще, управления пространственным движением. Разумеется, что для продвижения в решении этой важной прикладной проблемы потребуется даже затронуть некоторые каноны ньютоновской теории тяготения, в частности, предполагать, что гравитационное поле является активным, а начальные условия системы – произвольными, и др.

Что же касается общенаучного содержания поставленной выше проблемы синтеза системных закономерностей тяготения, то ее, на наш взгляд, оправдывает сложившееся состояние в существующей теории гравитации, особенно в отношении ее прикладной значимости для новых областей современной техники. В настоящее время многие ученые скептически оценивают это состояние. Удивительно, что критика теории гравитации возросла в связи со 100-летним юбилеем специальной теории относительности Эйнштейна, которую вместе с общей теорией относительности называют релятивистской теорией гравитации. Некоторые критики этой теории, например [12], даже считают, что "поскольку за 100 лет ни одна научно-исследовательская лаборатория мира не приступила к экспериментальным работам по практическому исследованию и управлению гравитацией, то это означает не что иное, как отсутствие теории гравитации вообще"!? По-видимому, это явный перебор, но, по меньшей мере, хорошо известно, что теория гравитации как в ньютоновской, так и эйнштейновской интерпретациях, так и не получила ясного физического истолкования. Отсюда непосредственно и следует пока еще недостаточная прикладная значимость этой теории при создании новых классов технических систем. Об этом пишут многие современные ученые.

Об авторе

Колесников Анатолий Аркадьевич

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой синергетики и процессов управления Южного федерального университета.