Cover Бойко С.В. Основы механизма физических процессов, или 'Как устроена природа (и как происходят природные явления)' и 'Почему природа является именно такой, а не другой'
Id: 63851
11.9 EUR

Основы механизма физических процессов, или "Как устроена природа (и как происходят природные явления)" и "Почему природа является именно такой, а не другой"

URSS. 224 pp. (Russian). ISBN 978-5-382-00679-6.
  • Paperback
Серия: Relata Refero

Summary

Настоящая книга представляет собой научное исследование в области изучения физических процессов с позиций вопросов, сформулированных А.Эйнштейном: "Как устроена природа (и как происходят природные явления)" и "Почему природа является именно такой, а не другой".

На основании этих вопросов автор разграничивает физическую науку, как науку о природе, на описание физических процессов с позиций механики, которая отвечает на первый ...(More)вопрос (Часть 1), и описание физических процессов с энергетических позиций, определяемых электродинамикой Максвелла и специальной теорией относительности Эйнштейна (Часть 2).

На основе положения специальной теории относительности об эквивалентности энергии и массы и представлений об электромагнитном поле формулируется понятие "энергия", которое до этого определялось только с позиций механики как "потенциальная" и "кинетическая" энергия движения материальных тел. Определение энергии как "постоянного движения электромагнитных волн" делает возможным "физическую реальность закона сохранения энергии --- массы и баланса количества движения" (Е = mc2).

Выдвинутый автором "принцип концентрации внутренней энергии" является развитием положений специальной теории относительности и позволяет обосновать механизм спонтанности физических процессов на атомарном, молекулярном и макромолекулярном уровнях неорганической и органической природы.

На основе критического разбора обширного литературного и экспериментального материала автор обосновывает концепцию единства энергетического механизма эволюции неорганической и органической природы, высшим проявлением которой является человечество.

Это единство энергетического механизма существенно приближает науку о природе --- физику к разрешению проблемы о "Единстве физической картины мира" М.Планка и осуществлению "Мечты об окончательной теории" С.Вайнберга.

Книга содержит важные научные и исторические сведения. Она может быть полезным учебным пособием для студентов как физических, так и гуманитарных специальностей.


Oglavlenie
OT IZDATEL'STVA
VVEDENIE
ChAST' 1. "Kak ustroena priroda (i kak proiskhodyat prirodnie yavleniya)"
 RAZDEL 1.1. Filosofskie predstavleniya o prirode v Drevnej Gretsii
 RAZDEL 1.2. Ctanovlenie i razvitie estestvoznaniya, na osnove opitnikh nablyudenij i matematicheskikh obobschenij. Osnovi magnetizma i elektrichestva. Osnovi teorii veroyatnosti. Osnovi fizicheskoj mekhaniki
 RAZDEL 1.3. Osnovi analiticheskoj mekhaniki
 RAZDEL 1.4. Stanovlenie i razvitie sovremennoj fizicheskoj nauki na osnove mekhanisticheskikh predstavlenij suschestvovaniya i razvitiya prirodi (za isklyucheniem elektrodinamiki i spetsial'noj teorii otnositel'nosti)
  Glava 1.4.1. Zakon sokhraneniya dvizhuschej sili ("energii")
  Glava 1.4.2. Termodinamika mekhanicheskikh, tsiklicheskikh (ravnovesnikh) protsessov. Ponyatie entropii v klassicheskoj interpretatsii. Termodinamika neobratimikh statsionarnikh protsessov
  Glava 1.4.3. Kineticheskaya teoriya gazov. Stanovlenie statisticheskoj fiziki i statisticheskoj mekhaniki. Statisticheskoe predstavlenie entropii
  Glava 1.4.4. Entropiya, informatsiya, sinergetika
  Glava 1.4.5. Optika. Ideya efira. Volnovaya i korpuskulyarnaya teorii sveta. Skorost' sveta. Optika dvizhuschikhsya tel
  Glava 1.4.6. Elektrostatika, elektrodinamika, elektronnaya teoriya
  Glava 1.4.7. Spetsial'naya teoriya otnositel'nosti (STO)
  Glava 1.4.8. Obschaya teoriya otnositel'nosti (OTO)
  Glava 1.4.9. Teoriya izlucheniya i osnovi kvantovoj teorii
  Glava 1.4.10. Teoriya stroeniya atoma na osnove kvantovikh predstavlenij i periodicheskoj sistemi khimicheskikh elementov. Stroenie atomnogo yadra
  Glava 1.4.11. Stanovlenie i razvitie kvantovoj mekhaniki. Matrichnaya mekhanika i. printsip neopredelennosti. Korpuskulyarno-volnovoj dualizm. Volnovaya mekhanika
ChAST' 2. "Pochemu priroda yavlyaetsya imenno takoj, a ne drugoj"
 RAZDEL 2.1. Ponyatie "energiya" na osnove ekvivalentnosti energii-massi. Fizicheskoe predstavlenie ob elektromagnitnom pole, printsipakh ego kvantovaniya i printsip sokhraneniya balansa kolichestva dvizheniya
  Glava 2.1.1. Ponyatiya "energiya", "vnutrennyaya energiya", "prirodnaya sistema". Printsip sokhraneniya kolichestva dvizheniya
  Glava 2.1.2. Osnovnie printsipi termodinamiki estestvennikh protsessov. Ponyatiya "entropii", "svobodnoj energii" v energeticheskikh, estestvennikh protsessakh. Mekhanizm samoproizvol'nosti v estestvennikh protsessakh
 RAZDEL 2.2. Protsessi energeticheskogo balansa i evolyutsii neorganicheskoj i organicheskoj prirodi - protsessi, podchinennie edinim fizicheskim zakonam
  Glava 2.2.1. Protsessi energeticheskogo balansa i evolyutsii v neorganicheskoj prirode - proyavlenie printsipa kontsentratsii vnutrennej energii i zakona sokhraneniya energii - massi (E = mc2)
  Glava 2.2.2. Protsessi energeticheskogo balansa bioenergetiki i evolyutsii v organicheskoj prirode - proyavlenie printsipa kontsentratsii vnutrennej energii i zakona sokhraneniya energii-massi (E = mc2)
 RAZDEL 2.3. Fizicheskoe obosnovanie biologicheskoj evolyutsii chelovechestva i opredelenie evolyutsii prirodi na osnove zakona sokhraneniya energii-massi i printsipa kontsentratsii vnutrennej energii
ZAKLYuChENIE
LITERATURA

Vvedenie

Termin "fizika", v perevode s grecheskogo, oznachaet "priroda" i bil vveden Aristotelem pri filosofskom opisanii vizual'no nablyudaemikh prirodnikh zakonomernostej. Osnovnoj trud Aristotelya, ozaglavlennij kak "Fizika" ili "nauka o prirode", soderzhit ideyu "pervodvigatelya" ili "vechnogo dvigatelya", blagodarya kotoromu v prirode osuschestvlyaetsya postoyannoe dvizhenie. Sleduet otmetit', chto i termin "energiya" (ot gr. "dejstvuyu, sovershayu"), vveden Aristotelem dlya oboznacheniya "aktual'noj dejstvitel'nosti predmeta", v otlichie ot "potentsial'noj vozmozhnosti ego bitiya". Ideya nesostoyatel'nosti "vechnogo dvigatelya" bila dokazana v XIX v. Karno, Klauziusom, Tomsonom i dr., vzamen kotoroj bila predlozhena kontseptsiya "teplovoj smerti Vselennoj", chto budet rassmotreno v sootvetstvuyuschem razdele. Odnako vopros "vechnogo dvizheniya" i ego "otnositel'nosti" poluchil raz-vitie v trudakh Galileya, Keplera i ikh posledovatelej, poluchiv v trudakh N'yutona formulirovku zakonov "klassicheskoj mekhaniki".

Predstavleniya mekhaniki osnovano na dvizhenii material'nikh tel. "Vse tela dvizhutsya, vse, nachinaya ot zvezd, planet i iskusstvennikh sputnikov i konchaya mel'chajshimi zernami veschestva: molekulami i elementarnimi chastitsami. Mekhanika -- nauka o zakonakh dvizheniya tel -- imeet otnoshenie ko vsem yavleniyam prirodi i tvoreniyam tekhniki, ko vsem estestvennim nauchnim distsiplinam" (Ishlinskij, 1985, s. 32). Soglasno A.Yu.Ishlinskomu: "Mekhanika -- glava fiziki. Odnako mezhdu neyu i drugimi razdelami fiziki suschestvuet dovol'no chetkij vodorazdel. V mekhanike glavnoe -- sila. V drugikh razdelakh fiziki -- energiya. Razumeetsya, v issledovaniyakh po mekhanike energeticheskie soobrazheniya ne protivopokazani. Odnako neredko oni mogut provesti mimo suschestvennikh osobennostej dvizheniya ili ravnovesiya mekhanicheskikh sistem. Predstavlyaetsya, chto silovoj podkhod pri reshenii zadach mekhaniki, ne svyazannikh suschestvennim obrazom s drugimi razdelami fiziki i khimicheskimi reaktsiyami, dolzhen bit' osnovnim" (Ishlinskij, 1985, s. 255). Tak v kvantovoj mekhanike "dvizhenie material'nikh tel (chastits)" zamenyaetsya "dvizheniem voln" i eto dvizhenie nosit mekhanicheskij kharakter.

Zakon sokhraneniya energii traktovalsya ego osnovatelyami -- Majerom, Dzhoulem i Gel'mgol'tsem, kak "zakon sokhraneniya dvizhuschej sili". I tol'ko Rankin vvel termin "energiya" v etot zakon, otozhdestvlyaya ee s mekhanicheskim dvizheniem tel, chto sovershenno ne sootvetstvuet predstavleniyam Aristotelya. Na opisanii mekhanicheskogo dvizheniya material'nikh tel (tochek) osnovan sovremennij apparat differentsial'nogo i integral'nogo ischisleniya sovremennoj matematiki. Pri etom razlichayut vektornuyu mekhaniku, osnovannuyu na zakonakh N'yutona, gde osnovnimi velichinami yavlyayutsya sila, skorost' i pr.; i analiticheskuyu mekhaniku, osnovannuyu Lejbnitsem, gde osnovnimi velichinami yavlyayutsya ob'em, massa i pr. "Polnoe opisanie material'noj tochki v lyuboj moment vremeni poluchaetsya s pomosch'yu opredeleniya trekh prostranstvennikh koordinat i ukazaniya skalyarnoj postoyannoj, nazivaemoj massoj tochki" (Lich, 1961, s. 9). I tam zhe: "Vvedenie novogo termina dlya kakikh-libo khorosho opredelennikh velichin, svyazannikh s dvizheniem, yavlyaetsya dopustimim, esli eto kakim-libo obrazom pomogaet v dostizhenii ukazannoj tseli. V sluchae, kogda razlichnie velichini imenuyutsya energiej, ne mozhet bit' somneniya v tom, chto eto suschestvenno pomogaet protsessu opisaniya.

Prakticheskoe znachenie ponyatiya energii sostoit v tom, chto vse mekhanicheskie svojstva slozhnoj sistemi mozhno opisat' pri pomoschi ustanovleniya matematicheskoj formi ogranichennogo chisla skalyarnikh funktsij -- energij. Analiticheskaya mekhanika daet obschee razvitie etoj idei" (Lich, 1961, s. 16). Takim obrazom, termin "energiya", zakrepilsya v mekhanike i pozvolil differentsirovat' "kineticheskuyu" i "potentsial'nuyu" energii kak razlichnie formi dvizheniya material'nikh tel ili "tochek".

Dal'nejshee razvitie mekhaniki svyazano s teplovimi protsessami, opisivaemikh termodinamikoj i vvedeniem ponyatiya "entropiya". Eto ponyatie vvedeno Klauziusom, kak "ekvivalent prevrascheniya teplovoj energii v rabotu" i neizbezhnikh, pri etom, ee poter', chto isklyuchaetsya pervim zakonom termodinamiki, kotorij postuliruet ekvivalentnost' energii i raboti.

Ponyatie "entropiya" isklyuchaet vozmozhnost' suschestvovaniya "vechnogo dvigatelya", poskol'ku teplovaya energiya ne beskonechna i pri viravnivanii temperatur neizbezhno nastuplenie "teplovoj smerti Vselennoj". Pri etom odin iz osnovatelej termodinamiki -- Villiam Tomson (lord Kal'vin) prishel k vivodu, chto "telo zhivotnogo rabotaet ne kak termodinamicheskaya mashina", a vidayuschijsya estestvoispitatel' -- V.I.Vernadskij ne bez osnovanij utverzhdaet, chto v otnoshenii prirodnikh protsessov "Entropiya Klauziusa ne imeet real'nogo suschestvovaniya".

Fizicheskoe opisanie teplovikh protsessov kak besporyadochnogo dvizheniya chastits gaza, privelo k vvedeniyu statisticheskikh predstavlenij, osnovannikh na traktate, nichego podobnogo ne podozrevavshego, Khristiana Gyujgensa -- "O raschetakh pri igre v kosti", izdannom v 1657 g.

Statisticheskoe predstavlenie "entropii", vvedennoe Bol'tsmanom, gluboko ukorenilos' v sovremennoj fizike i za ee predelami, v gumanitarnikh otraslyakh nauki, kak nositel' informatsii. V fizike ono privelo k razvitiyu takikh razdelov kak kibernetika i sinergetika, osnovoj kotorikh yavlyaetsya matematicheskoe modelirovanie. Eto modelirovanie osnovano na predstavlenii vsekh prirodnikh protsessov, v tom chisle, i biologicheskikh -- kak mekhanicheskikh sistem. (Primerom yavlyaetsya kniga D.S.Chernavskogo, N.V.Chernavskoj "Belok -- mashina", v kotoroj rabota zhivoj kletki opisivaetsya s pozitsij TMM (teorii mashin i mekhanizmov) i dr.)

Osoboe mesto v fizicheskoj mekhanike zanimayut elektrostatika i elektrodinamika. Obe eti oblasti fizicheskoj nauki ne svyazani v istoricheskom razvitii s klassicheskoj mekhanikoj N'yutona i termodinamikoj, poskol'ku yavlyayutsya rezul'tatom obnaruzheniya elektricheskikh i magnitnikh svojstv metallicheskikh predmetov v drevnem Kitae, i Gil'bertom v Evrope. Teoreticheskoe obobschenie etikh yavlenij Maksvellom osnovano na ispol'zovanii suschestvenno modernizirovannogo matematicheskogo apparata analiticheskoj mekhaniki. Dal'nejshee razvitie elektrodinamiki Lorentsem svyazano s vvedeniem ponyatiya "elektrona" i vivodom uravnenij, poluchivshikh nazvanie "preobrazovanij Lorentsa", chto privelo k formulirovaniyu Ejnshtejnom Spetsial'noj teorii otnositel'nosti.

Obschaya teoriya otnositel'nosti svyazana s iskrivleniem svetovogo lucha v prostranstve vblizi Solntsa i sootvetstvuyuschej poteri skorosti rasprostraneniya sveta. Vizual'nie nablyudeniya etogo yavleniya privodyat k predstavleniyam o nalichii gravitatsionnikh polej. Odnako eksperimental'nimi dokazatel'stvami etogo fakta nauka ne raspolagaet i "Obschaya teoriya otnositel'nosti -- blestyaschij primer velikolepnoj matematicheskoj teorii, postroennoj na peske i veduschej ko vse bol'shemu nagromozhdeniyu matematiki v kosmologii (tipichnij primer nauchnoj fantastiki)" (Brillyuen, 1972, s. 28).

Naibolee gluboko razvitim razdelom Fizicheskoj mekhaniki yavlyaetsya -- kvantovaya mekhanika. Etot razdel mekhaniki opisivaet atomnie i subatomnie fizicheskie ob'ekti -- ot yader atomov, elementarnikh chastits i konchaya "volnami veroyatnosti". Poslednie "yavlyayutsya lish' matematicheskim postroeniem dlya vichisleniya veroyatnosti nakhozhdeniya chastitsi v opredelennikh usloviyakh" (Shredinger, 1971, s. 119). Sut' v tom, chto sovremennie eksperimental'nie metodi izucheniya elementarnikh chastits, k kotorim otnositsya i elektron, obnaruzhili dvojstvennost' fizicheskogo suschestvovaniya kak chastitsi i volni. Poetomu teoreticheskoe ikh opisanie stalo vozmozhnim tol'ko na baze otvlechennogo matematicheskogo apparata analiticheskoj mekhaniki i statisticheskikh predstavlenij. "Polya i chastitsi -- eto ne dva razlichnikh ob'ekta, a dva sposoba opisaniya odnogo i togo zhe ob'ekta, dve razlichnie tochki zreniya na odin i tot zhe ob'ekt" (Dirak, 1971, s. 9).

Takim obrazom, Fizicheskaya mekhanika, za isklyucheniem Elektrodinamiki i Spetsial'noj teorii otnositel'nosti, yavlyaetsya naukoj o dvizhenii material'nikh tel, tochek, "voln veroyatnosti" i sootvetstvenno "polej" ikh dvizheniya. No pri etom sovershenno ne zatragivayutsya voprosi strukturnikh energeticheskikh prevraschenij fizicheskikh tel, a sledovatel'no i ikh evolyutsii, t. e. spontannikh protsessov razvitiya. Eto polozhenie otnositsya ko vsej prirode, t. e. ko vsem fizicheskim ob'ektam i v pervuyu ochered' k zhivoj prirode, kotoraya takzhe yavlyaetsya fizicheskim obrazovaniem i podchinyaetsya obschim fizicheskim zakonam, no ne zakonam fizicheskoj mekhaniki v tom chisle i kvantovoj mekhaniki, chto otmechaet Shredinger: "vse izvestnoe nam o strukture zhivogo veschestva zastavlyaet ozhidat', chto deyatel'nost' zhivogo veschestva nel'zya svesti k obichnim zakonam fiziki: potomu, chto ego struktura otlichaetsya ot vsego izuchennogo nami do sikh por v fizicheskoj laboratorii" (Shredinger, 1947, s. 107). Poetomu lisheni osnovanij i ambitsioznie popitki sozdaniya "iskusstvennogo intellekta" na osnove EVM, kotoraya nuzhdaetsya vo vneshnem istochnike energii. No sovershenno ochevidno, chto Fizicheskie zakoni dlya vsej prirodi (zhivoj i nezhivoj) dolzhni bit' edinimi. V protivnom sluchae isklyuchaetsya vozniknovenie zhizni iz abiogennoj sredi, chto dokazano eksperimental'no (Fox, Dose; Bernal; Ponnamperuma i mnogie drugie).

Eta ogranichennost' fizicheskogo apparata klassicheskoj, a takzhe kvantovoj mekhaniki, ne daet osnovanij dlya priblizheniya "Mechti ob okonchatel'noj teorii" (Vajnberg, 2008). Fizicheskaya mekhanika i ee matematicheskij apparat sposoben otvechat' tol'ko na vopros pervoj chasti knigi:

ChAST' 1. "Kak ustroena priroda (i kak proiskhodyat prirodnie yavleniya)".

Isklyuchenie sostavlyayut tol'ko elektrodinamika Faradeya-Maksvella i Spetsial'naya teoriya otnositel'nosti, osnovnim polozheniem kotoroj yavlyaetsya ekvivalentnost' energii i massi, a takzhe ustranenie ponyatiya "efira" i zamenoj ego predstavleniem ob elektromagnitnom pole. Eti razdeli vklyucheni v Chast' 1 knigi tol'ko v silu soblyudeniya istoricheskogo razvitiya fiziki, kak nauki o prirode.

Soderzhanie vtoroj chasti knigi posvyascheno rassmotreniyu strukturnikh energeticheskikh protsessov zemnoj neorganicheskoj i organicheskoj prirodi (vklyuchaya zhivuyu prirodu) na baze osnovnikh polozhenij Spetsial'noj teorii otnositel'nosti. Pri etom pervim i glavnim voprosom stanovitsya fizicheskoe opredelenie ponyatiya "energiya". I esli v mekhanike ponyatiem "energiya" opredelyaetsya kharakter i velichina dvizheniya tel ili tochek, kotorie obobschenno opisivayutsya gamil'tonianom, to v energeticheskikh protsessakh strukturnikh izmenenij (yadernogo, khimicheskogo, geokhimicheskogo, biokhimicheskogo sinteza i pr.) takoe ponyatie energii ne sostoyatel'no. Soglasno Fejnmanu "fizike segodnyashnego dnya neizvestno, chto takoe energiya" (Fejnman i dr., 1965, vip. 1, s. 73). Sootvetstvenno peresmatrivayutsya voprosi kvantovaniya energii i printsip sokhraneniya kolichestva dvizheniya, a takzhe ponyatie "prirodnoj sistemi", ee "vnutrennej energii" i sootvetstvenno ponyatiya "svobodnoj energii" i "entropii energeticheskoj sistemi". Rassmatrivaetsya mekhanizm samoproizvol'nosti (spontannosti) prirodnikh protsessov na osnove "printsipa kontsentratsii vnutrennej energii". V sleduyuschikh razdelakh knigi na konkretnikh primerakh rassmatrivayutsya:

  • protsessi evolyutsii i energeticheskogo balansa, v neorganicheskoj prirode, kak proyavlenie "printsipa kontsentratsii vnutrennej energii" i "zakona sokhraneniya energii -- massi i kolichestva dvizheniya (E = ms2)";
  • protsessi evolyutsii i bioenergetiki v organicheskoj prirode, kak "proyavlenie printsipa kontsentratsii vnutrennej energii" i "zakona sokhraneniya energii -- massi i kolichestva dvizheniya (E = ms2)";
  • fizicheskoe obosnovanie biologicheskoj evolyutsii chelovechestva kak sostavnoj chasti organicheskoj prirodi.

Takim obrazom, vtoraya chast' knigi posvyashena otvetu na "utopicheskij" i "derzkij" vopros:

ChAST' 2. "Pochemu priroda yavlyaetsya imenno takoj, a ne drugoj".

Pri etom imeetsya v vidu zemnaya priroda, chto imel v vidu A.Ejnshtejn (1965), postavivshij eti voprosi, pered fizicheskoj naukoj v 1929 g. Chto kasaetsya kosmicheskoj prirodi, to ee izuchenie nakhoditsya v nachal'nom sostoyanii i poka ne mozhet konkurirovat' s glubinoj izuchennosti zemnoj prirodi.


Ob avtore
Sergej Vladimirovich BOJKO

Glavnim v svoej nauchnoj biografii avtor schitaet ne sluzhebnuyu kar'eru i poluchenie razlichnikh stepenej, a, govorya slovami Karla Poppera, "kriticheskoe stremlenie k istine", nerazrivno svyazannoe s obscheniem s visokonravstvennimi i gluboko mislyaschimi lyud'mi.

"Pozhiznenno zarazil" avtora fizikoj v dovoennie godi shkol'nij uchitel' -- Boris Sergeevich Safonov, kotorij privil sposobnost' fizicheski mislit'. Posle okonchaniya vojni avtor eksternom zakonchil 10 klassov v 1947 g., a v 1953 g. zakonchil biologo-pochvennij fakul'tet MGU im. M.V.Lomonosova. Osvoenie fiziki nachalos' v 1961 g., kogda avtor postupil v aspiranturu k Glebu Vsevolodovichu Dobrovol'skomu, kotorij pooschryal ego initsiativu -- ovladet' osnovnimi razdelami fiziki eksternom. Elektrodinamiku avtor sdaval M.A.Leontovichu, teoriyu yadra -- L.A.Artsimovichu. Osobenno avtor obyazan Mikhailu Aleksandrovichu Leontovichu, kotorij ubedil ego v neobkhodimosti kriticheskogo osmisleniya suschestvuyuschikh postulatov fiziki.

Ideya o "printsipe kontsentratsii vnutrennej energii" voznikla v 1961 g. pri napisanii referata po filosofii na temu "Rol' fizicheskikh i khimicheskikh metodov v biologii", kotorij vizval odobrenie M.A.Leontovicha i N.N.Semenova, otmetivshego, chto soobrazheniya avtora mogut bit' ochen' polezni dlya atomnoj fiziki. Kandidatskuyu dissertatsiyu S.V.Bojko zaschitil v 1968 g. Godom ran'she v "Byulletene MOIPA" bila opublikovana stat'ya "Zakoni termodinamiki i voprosi evolyutsii prirodi", v kotoroj formulirovalsya "printsip kontsentratsii vnutrennej energii". Togda zhe sud'ba svela avtora s Pavlom Kondrat'evichem Oschepkovim -- osnovatelem otechestvennoj radiolokatsii i sozdatelem pribora nochnogo videniya.