Научный журнал
  • Статьи
  • Физика
  • Конструктивная самоорганизация: гипотеза возникновения частиц и их взаимодействий

Конструктивная самоорганизация: гипотеза возникновения частиц и их взаимодействий

Саниев К.Б.

(Россия, Москва)

Аннотация. Высказывается гипотеза существования «конструктивной» самоорганиза-ции, механизм которой создаёт в «энергодинамической» среде локальных потоков-импульсов первичные объекты в виде вихреобразных частиц и объединяет их в динамические структуры различной конфигурации. Таковым механизмом предполагается взаимодействие локальных потоков-импульсов с сохранением нулевым суммарного вектора количества движения. Видео процесса, смоделированного эвристическим алгоритмом, показывает уникальную динамику возникновения и эволюции множества вихреобразных объектов. Модель предлагается для дальнейших исследований гипотезы Единого Взаимодействия.

Ключевые слова: энергодинамическая среда, локальные потоки-импульсы, обнуление интегрального вектора количества движения, вихревые потоковые траектории-«частицы», конструктивная самоорганизация.

 

Constructive self-organization: hypothesis of the emergence of particles and their interactions

 Abstract. The hypothesis of the existence of a "constructive" self-organization, the mechanism of which creates in the "energy-dynamic" environment of local streams-impulses the primary objects in the form of vortex-like particles and unites them into dynamic structures of the different configuration. Such a mechanism assumes the interaction of local streams-impulses with the preservation of zero total vector of the quantity of motions. The video of the process, simulated by a heuristic algorithm, shows the unique dynamics of the arising and evolution of the set of vortex-like objects. The model is proposed for the further researches of the General Interaction hypothesis.

Key words:      constructive self-organization, energy-dynamic environment, the local streams-pulses, zero total vector of the number of motions, vortex trajectory of the streams-impulses.

Выпуск

Год

Ссылка на статью

№4(16)

2019

Саниев К.Б. Конструктивная самоорганизация: гипотеза возникновения частиц и их взаимодействий // Видеонаука: сетевой журн. 2019. №4(16). URL: https://videonauka.ru/stati/14-fiziko-matematicheskie-nauki/248-konstruktivnaya-samoorganizatsiya-gipoteza-vozniknoveniya-chastits-i-ikh-vzaimodejstvij (дата обращения 21.12.2019).

 Конструктивная самоорганизация: гипотеза возникновения частиц и их взаимодействий

 

1. Введение

«Самоорганизацией» в общем случае называют [1-3] наблюдаемые в Природе процессы, в ходе которых создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Изучение явлений самоорганизации и формализация порож-дающих их механизмов осуществлялись исторически в кибернетическом [4], биомолекуляр-ном [5] и синергетическом [6-8], как утверждается, наиболее общем и междисциплинарном, аспектах исследований. При этом исследователи исходят из постулата о том, что способность к собственно самоорганизации, то есть такого рода изменениям структуры и поведения, которые совершенствуют систему и уменьшают энтропию, имеет место лишь для систем достаточно сложных, которые, во-первых, состоят из большого числа элементов, и, во-вторых, являются открытыми для энергетического обмена со средой, так называемые диссипативные. И собственно самоорганизация в таких системах возможна при их энергетической накачке.

Вместе с тем современные представления об объективной реальности (например, [9-14]) как о многообразии форм самодвижения энергии/материи, управляемого законами сохра-нения, совершенно не запрещают наличия механизма самоорганизации на всех уровнях слож-ости материи, начиная с «нулевого». В связи с этим возникает гипотеза о самоорганизации, как о фундаментальном процессе энергетического взаимодействия, единым образом формиру-ющем как простейшие первичные объекты-«частицы», так и их взаимодействия и преобра-зования в более сложные структуры-«атомы». Построение модели подобного процесса и поиски порождающего его механизма и являются целью и содержанием данных исследований. Предварительные результаты были отражены в [15,16], где искомый гипотетический механизм был назван «конструктивной самоорганизацией», а сейчас представлены результаты численного моделирования «полноформатного» трехмерного алгоритма, которые показывают в явном виде уникальный процесс возникновения и эволюции множества динамических вихреобразных объектов-«частиц».

2. Алгоритм конструктивной самоорганизации

Алгоритм конструктивной самоорганизации, вычисляющий этот процесс, представ-ленный на видео, построен на трёх основных эвристиках. Первая исходит из того, что внут-ренняя активность к саморазвитию не возникает на каком-то уровне сложности систем, а име-ет место всегда вследствие исходного самодвижения, присущего всему материальному. По-этому в качестве первичной сущности принимается сплошная среда  или субстанция – носитель самодвижения, которая определяет величину количества движения, и которая может существовать только в виде двух динамических модальностей:

- локальных потоков-импульсов, то есть переносимых в пространстве порций  субстанции ;

- и потенциалов ,  где , которые воз-никают от реализовавшихся локальных потоков-импульсов и представляют собой расходя-щиеся от источника как бы «волны напряжений» среды.

Вторая эвристика предполагает, что простейшими наблюдаемыми объектами в такого рода среде, называемой в дальнейшем «энергодинамической», могут быть только устойчиво воспроизводящиеся в пространстве и времени траектории потоков-импульсов. То есть наиболее простой динамически устойчивой структурой представляется вихреобразная, для краткости – вихрь.

Третья эвристика утверждает, что возникновение вихрей, их воспроизведение и транс-формации обеспечивается взаимодействием локальных потоков-импульсов через потенциалы  в соответствии с законом сохранения нулевым интег-рального вектора количества движения. То есть потенциалы , которые генерируются потоками-импульсами направлений  соответст-венно, должны индуцировать в субстанции  «вторичные» локальные потоки-импульсы противоположных направлений. При этом может и должна возникать высокая веро-ятность формирования простых «плоских» вихрей  вследствие положительной обратной связи на встречные потоки-импульсы. А наличие у вихрей  момента импульса должно порождать «роторные» потенциалы , обнуляющие количество враща-тельного движения и обеспечивающие взаимодействия простых вихрей  и возможности создания вихревых ансамблей.

 а)  б)
 Draw1a  Draw1b

Рисунок 1 – Потенциалы от локальных потоков и нелокальных траекторий.

В данном алгоритме эта эвристика реализована эмпирически в виде, поясняемом рис.1, где сплошными стрелками обозначены вектора реализовавшихся локальных потоков-импульсов (рис. 1а) и вихревых потоковых траекторий (рис. 1б), а пунктирными – направления инициируемых потенциалами «вторичных» потоков-импульсов.

3. Экспериментальные исследования.

Поиски гипотетического механизма конструктивной самоорганизации выполнялись с помощью компьютерной численной модели (программа «gft»), которая по заданному алго-ритму циклически вычисляла состояния процесса в объёме  пикселей. Для ускорения вычислений, помимо размера моделируемого объёма, в программе «gft» изначала использо-вался целочисленный (longint) формат данных и «4х-связность» в процедурах формирования локальных потоков-импульсов и распространения потенциалов. Также, для контроля правиль-ности вычислений, в каждой вычислительной сессии сохранялось постоянным общее коли-чество субстанции , задаваемое начальными условиями – посредством переноса уходящих с граничных плоскостей количеств  на диаметрально противоположные, а все потенциалы на границах обнулялись.

Моделируемые самоорганизующиеся процессы (как и «качество» версии алгоритма, при его разработке) оценивались визуально, только качественно, по виду формируемых струк-тур и тенденциям их развития. Состояния моделируемого процесса отображались программой «gft» текущими распределением субстанции -носителя движения и распределением «роторных» потенциалов , которые могли возникать, по определению, только от замкнутых потоковых траекторий – вихрей. Субстанция  индицировалась зелёным цветом, а потенциалы , ,  – соответственно синим, зеленым и красным цветами. При этом простые вихри, то есть вихревые траектории, расположенные только в одной из плоскостей ,  или  выглядят как крестооб-разные, с лучами по координатным осям, образования одного из основных цветов, а сложные объёмные вихри, то есть траектории, расположенные в двух или трёх координатных плоскос-тях – как крестообразные образования с лучами соответствующего комбинированного цвета, или же с лучами из разноцветных колец (волн). Если вихрь двигается, то паттерн его потен-циалов принимает стреловидную форму, в направлении движения.

На  рисунке 2 а) показано интерфейсное окно программы «gft», где в верхней части расположенной слева панели управления показывается начальное распределение субстан-ции , а на центральную панель выводится текущее состояние моделируемого процесса , вычисленное на цикле . Эти картинки состояний процесса протоко-лировались программой и использовались для последующего анализа и формирования демон-страционного видеофайла. В частности, на рис. 2а) показано состояние третьего (из составля-ющих видеофайл) процесса на цикле , где видны два простых красных вихря и несколько, порядка 10, объёмных вихрей, два из которых, ближние к наблюдателю, движутся  из объёма. На рис. 2б) показано более позднее состояние того же самого процесса, но уже в интерфейсе видеофайла. Здесь отчётливо наблюдаются красные, зелёные и синие простые вихри; два линейных невихревых образования; один красно-синий и сдвоенный многоцветный объёмные вихри.

а)  
 Draw2a
 б)
 Draw2b

Рисунок 2 – Интерфейсы программы численного моделирования и видеофайла.

 

В целях большей наглядности и достоверности свойств демонстрационный видеофайл составлен из 6-ти процессов, с начальными равномерными, в виде параллелепипеда, распреде-лениями субстанции , со значениями локальных , и одно-временно – от меньших к большим суммарным . Максимальное значение  обеспечивало максимальное значение  в пределах формата longint. Первый и второй процессы имели одинаковые , но разное расположение распределения  – соответственно, в правом верхнем углу объёма и центральное.

Все смоделированные процессы развивались одинаковым образом. Сначала сплошное равномерное начальное распределение трансформировалось в первичное дискретное множес-тво плоских и объёмных вихрей (первичные объекты-«частицы»). Во всём диапазоне зада-ваемых  порождалось ограниченное число видов первичных объектов-«частиц»: три прос-тых плоских вихря, один вид сложного объёмного вихря, два вида невихревых (нитевидные и без формы), при этом вихревые объекты весьма устойчивы во времени, а невихревые имеют малое время жизни.

Далее взаимодействие «частиц» стремится преобразовать их первичное множество в более устойчивое стационарное состояние в виде групповых динамических структур – вторичных объектов-«атомов». Конфигурация и время жизни последних явно зависят (без учёта внешних воздействий) от состава первичного множества «частиц» – чем оно разнообраз-нее, тем дольше формируется наиболее стационарное итоговое состояние. Во всём диапазоне задаваемых  наиболее разнообразным оказалось первичное множество «частиц» в третьем процессе в видеофайле при  .  

Длительность переходных этапов формирования стационарных состояний, как и этапа формирования первичного множества «частиц», заметно меньше длительности собственно стационарных состояний. На переходных этапах самоорганизующихся процессов наблюда-ются движение объектов-«частиц» и их преобразования.   

4. Заключение

Представленный алгоритм гипотетической конструктивной самоорганизации, как вид-но из вышеизложенного, характеризуется несколькими уникальными свойствами.

Во-первых, он порождает невидимый до сего дня в явном виде креативный процесс возникновения, трансформаций и устойчивого существования взаимодействующих динами-ческих вихреобразных частиц, объединяющихся в относительно стационарные динамические структуры. При этом, и частицы, и структуры, и сам процесс ассоциируются с явлениями мира элементарных частиц.

Draw3

Рисунок 3 – Начальные и конечные состояния смоделированных процессов.

 

Во-вторых, процесс конструктивной самоорганизации обладает фактически, подобно биологическим системам, собственным восприятием и памятью внешних воздействий, обра-зуя в зависимости от вида начальных условий, разные наборы простых частиц и динамические структуры различной конфигурации. Этот факт дополнительно иллюстрируется рисунком 3, на котором показаны кадры из демо-видеофайла, соответствующие начальным и конечным состояниям смоделированных процессов.

В-третьих, всё разнообразие конструктивно-самоорганизующегося процесса: частицы, структуры и их поведение, – формируется единственным механизмом нетривиального сохра-нения нулевым суммарного вектора количества движения, безо всяких констант и регули-ровочных параметров. И реализуется этот механизм «естественным образом» на двух обще-признанных фундаментальных физических сущностях: движении как форме существования материи/энергии, и законе сохранения материи/энергии. И первичное движение, как вектор, «естественно» ограничивается законом сохранения суммарного вектора количества движения. 

Строгая математическая формализация правила индуцирования локальных потоков во исполнение сохранения нулевым интегрального вектора количества движения представляется ключевой проблемой при построении модели конструктивной самоорганизации и является самостоятельной теоретической задачей.

Представляется, что эти свойства служат достаточным основанием для дальнейших исследований гипотезы конструктивной самоорганизации на более профессиональном уровне научных проектов (грантов) по двум направлениям:

- создании «малого компьютерного коллайдера», для доработки алгоритма и его верификации как возможного прототипа Единого Взаимодействия;

- моделировании и разработке информационно-автономных систем искусственного интеллекта типа аниматов с элементами конструктивно-самоорганизующейся памяти.

Список литературы

      1. Сайт «Большая советская энциклопедия Самоорганизация» [Электронный ресурс] https://litra.pro/boljshaya-sovetskaya-enciklopediya-sa/bse-bse/read/577
      2. Сайт «Большая российская энциклопедия Самоорганизация» [Электронный ресурс] https://bigenc.ru/biology/text
      3. Сайт «Самоорганизация» [Электронный ресурс] http://www.chronos.msu.ru/TERMS/mavrikidi_samoorganizatsia.htm
      4. В.Г. Пушкин. Кибернетические принципы самоорганизации. Спецкурс по философским проблемам кибернетики. - Л., ЛГПИ, 1974.
      5. М. Эйген. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. М.: Мир, 1973.
      6. Сайт академика С.П. Курдюмова. [Электронный ресурс] http://sp kurdyumov.ru/what/koncepciya-samoorganizacii-sinergetikaobshhie-polozheniya/
      7. Г. Николис, И.Пригожин. Познание сложного. Введение. М., «Мир», 1990.
      8. К. Майнцер. Сложность и самоорганизация. - Вопросы философии, 1996, № 3.
      9. Дж.К. Максвелл. Вступительная лекция, прочитанная Джеймсом Клерком Максвеллом в Лондонском королевском колледже. - УФН, 1984 г., вып. 3, с. 374-381. 
      10. В.И. Ленин. Материализм и  эмпириокритицизм. - М., 1969.  
      11. В. Гейзенберг. Природа элементарных частиц. – УФН. 1977 г., вып.4, с. 657-677.
      12. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Том 1. - М., «Мир»,   
      13. С. Вайнберг. Мечты об окончательной теории: Физика в поисках самых фундаментальных законов природы: Пер. с англ. — М.: Едиториал УРСС, 2004. — 256 с. (Steven Weinberg. DREAMS OF A FINAL THEORY. - Vintage Books, A Division of Random House, Inc. New York)
      14. Б. Брухман. Самоорганизация и объединительные теории физики [Электронный ресурс] http://www.ntpo.com/fizika/alternativnaya-fizika/38416-samoorganizaciya-i-obedinitelnye-teorii-fiziki.html     
      15. К.Б. Саниев. О возможном механизме самоорганизации материи. «Философские исследования», т. 3 (28), с. 16-27. Москва, 2000.
      16. М.А. Ананян, К.Б. Саниев. Об одном механизме самоорганизации. «Математическое моделирован­ие», том 12, номер 9, с. 87-95 , 2000. // Ананян М.А., Саниев К.Б. Об одном механизме самоорганизации.

 

Сведения об авторе:

Саниев Кямал Бахрамович, к.т.н., г. Москва, РФ,

Author:

Saniev K. B., Ph. D., Moscow, Russia

Информация о журнале

Сетевое издание «Видеонаука»

Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77 – 62708

(выдано Роскомнадзором 10 августа 2015 года)

ISSN 2499-9849

Учредитель: Гнусин Павел Игоревич

Главный редактор: Кокцинская Е.М.

6+

Контакты редакции

Адрес: Челябинская обл., г. Озерск, ул. Лесохим, д. 56

E-mail: journal@videonauka.ru

Телефон: +7 (921) 885-05-89

Skype: videonauka

Viber: +7 (921) 885-05-89

Подписка на новости

ВКонтакте  Facebook  Twitter  Youtube  Instagram

Нажимая кнопку "Подписаться" вы выражаете свое согласие на обработку персональных данных