Гипотеза конструктивной самоорганизации: структура и динамика элементарных частиц

Физика

Саниев К.Б.

(Россия, Москва)

Аннотация. Представлен видеофайл результатов численного моделирования нового механизма гипотетической конструктивной самоорганизации, который формирует структурно и динамически сложные 3D-вихреобразные потоки моделируемой энергодинамической субстанции. Показано, что этот эффект обусловлен, в том числе, реализацией в модели закона нетривиального сохранения нулевым суммарного вектора количества движения посредством наведения ортогональных вихревых потоков. Делается вывод, что реальные элементарные частицы представляют собой аналогичные модельным 3D-вихреобразные энергетические потоки. При этом характеристические свойства частиц определяются формой и степенью расходимости образующих их потоков.

Ключевые слова: энергодинамическая среда, локальные потоки-импульсы, вихревые частицы, потоки-роторы, обнуление интегрального вектора количества движения, конструктивная самоорганизация

The hypothesis of creative self-organization: structure and dynamics of elementary particles

 Abstract. A video file of the results of numerical simulation of a new mechanism of hypothetical creative self-organization, which forms structurally and dynamically complex 3D vortex-like streams of the simulated energy-dynamic substance, is presented. It is shown that this effect caused by, among other things, to the implementation in the model of the law of nontrivial conservation of the total vector of the number of motion by inducing orthogonal vortex streams. It is concluded that real elementary particles are similar to model 3D vortex-like energy streams. In this case, the characteristic properties of the particles are determined by the shape and degree of divergence of the streams forming them.

Key words:      energy-dynamic environment, the local streams-pulses, vortex particles, rotor streams, zeroing of the total vector of the number of motions, creative self-organization.

 Гипотеза конструктивной самоорганизации: структура и динамика элементарных частиц

1. Введение

 Гипотеза конструктивной самоорганизации, декларированная в [1,2,3], предполагает, что существует фундаментальный физический процессе самодвижения энергии/материи, именно в результате которого возникают и простейшие первичные объекты – «частицы», и, как следствие взаимодействий первичных «частиц», формируются все другие сложные структуры – «атомы», «молекулы» и так далее. Гипотеза состоит в том, что, во-первых, этот физический процесс является «нулевым» уровнем организации материи/энергии и представляет собой сплошную непрерывную среду случайных локальных энергетических потоков – импульсов. Второй составляющей гипотезы является утверждение, что «конструирование», то есть создание и воспроизведение наблюдаемых «частиц», «атомов», «молекул» и т.д. происходит вследствие взаимодействия локальных потоков- импульсов в соответствии с законом нетривиального сохранения нулевым суммарного вектора количества движения по всей среде.

В результате такого взаимодействия первичными объектами в такого рода среде, называемой далее «энергодинамической», должны были наблюдаться воспроизводящиеся в пространстве и времени вихреобразные траектории потоков-импульсов, для краткости – частицы-«вихри». Наличие у вихрей собственного момента импульса, то есть дополнительного количества движения, должно было, согласно гипотезе, обеспечивать взаимодействия простых частиц-«вихрей» посредством порождаемых ими «роторных» потенциалов, и, соответственно, формировать более сложные динамические структуры – «атомы», «молекулы» и далее.

В качестве первичной экспериментальной проверки правомерности этой гипотезы было выполнено численное моделирование такой гипотетической энергодинамической среды по эмпирически разработанному алгоритму, названному «конструктивной самоорганизацией» (в дальнейшем – csV15). Результаты исследований алгоритма csV15 на трёхмерной численной модели (программа «gft»), представленные в [3] видеофайлом demo1csV15, показали его уникальные свойства, состоящие в том, что он порождает невидимый до сего дня в явном виде креативный процесс возникновения, трансформаций и устойчивого существования взаимодействующих динамических вихреобразных «частиц», объединяющихся в относительно стационарные опять же динамические структуры – ансамбли. При этом эмпирическое построение алгоритма конструктивной самоорганизации, в частности csV15, базируется на двух общепризнанных фундаментальных физических сущностях: движении, как форме существования материи/энергии, и законе нетривиального сохранения нулевым суммарного вектора количества движения, безо всяких констант и регулировочных параметров.

При дальнейших исследованиях алгоритма csV15 была констатирована всё-таки ограниченность формируемой им динамики, видимая в том, что первичными «частицами» являлись только простые плоские «вихри», и в том, что конфигурация стационарных состояний в виде групп простых «вихрей» не имела собственной динамики, а изменялась только при достаточно длительном действии внешних возмущений.

В связи с этим были предприняты попытки корректировки алгоритма csV15 конструктивной самоорганизации с целью получения процесса, формирующего более соответствующие современным физическим представлениям динамические структуры.

Результаты численного моделирования нового алгоритма − csV22 − той же программой «gft» трехмерной численной модели, что и ранее, показали возникновение и воспроизведение в качестве первичных уже не простых плоских «вихрей», а структурно сложных образований – «3D-частиц», которые состоят из соседствующих объёмных потоковых траекторий-«завихрений», которые всегда непосредственно взаимодействуют, что проявляется в их взаимных круговых перемещениях и/или трансформациях. При этом объёмная динамическая 3D-структура потоковых траекторий имеет место для «частиц» всех «масс» и размеров.

Частичной иллюстрацией качественной разницы формируемых процессов может служить рисунок 1, где показаны состояния самоорганизующихся процессов, формируемых алгоритмом csV15 (рис. 1а) и алгоритмом csV22 (рис. 1б).

Рисунок 1 - Кадры состояний смоделированных процессов:

а) формируемого алгоритмом csV15; б) формируемого алгоритмом csV22.

Состояния процесса, как и ранее, отображаются распределением «роторных» потенциалов только от вихреобразных «частиц» и распределением субстанции-носителя количества движения, которое подсвечивается белым. При этом простые «завихрения» в одной из координатных плоскостей , , или , по-прежнему отображаются, соответственно, красным, зеленым или синим цветом, а комбинированные цвета возникают при непосредственном соседстве простых «завихрения» и наложении отображаемы их потенциалов.

В полном виде эта более приближенная к действительности, на наш взгляд, динамическая картина гипотетической физической самоорганизации энергии/материи представлена, благодаря журналу «ВИДЕОНАУКА», в прилагаемом демонстрационном видеофайле demo2csV22.

2. Алгоритм конструктивной самоорганизации csV22.

Первым новым элементом нового алгоритма csV22 стала случайная компонента силового поля, которое создаётся потенциалами и формирует локальные потоки-импульсы. Введённая случайная компонента является теперь начальным силовым полем, отражает как бы внешние для моделируемого объёма воздействия от потенциалов виртуальных внешних объектов и создаёт деструктивную нагрузку на механизм формирования динамических вихреобразных частиц. В исследованиях, включенных в видеофайл demo2csV22, эта случайная компонента задавалась как заданной величины дополнительная сила по одному случайно выбранному из 6-ти возможных (равномерно распределенных) направлений потоков-импульсов. Как показывают результаты моделирования, наличие такой случайной компоненты влияет только на время и место формирования первых «частиц».

Ключевым элементом нового алгоритма csV22 стало переопределение первичных «частиц» как незамкнутых потоковых траекторий. То есть теперь источниками «роторных» потенциалов являлись не «вихри», а ещё только «завихрения». На рисунке 2 приведены соответствующие схемы выявления «роторов» в алгоритме csV15 (рис. 2а) и в алгоритме csV22 (рис. 2б), где пунктиром оконтурены окрестности анализируемой точки, а цветными стрелками показаны проверяемые на наличие реализовавшиеся потоки-импульсы. Цвета стрелок соответствуют заданным (красный, зелёный, синий) цветам отображения выявляемых в плоскостях , , ,  «роторов» и их потенциалов. Принципиальное различие определений «роторов» в алгоритмах csV15 и csV22 состоит в том, что в первом случае в одной плоскости вокруг анализируемой точки совместно анализируются «центральные» потоки-импульсы и источником потенциала принимается только один «ротор»: либо правосторонний – направление всех потоков-импульсов против часовой («красный» и «синий» на рис. 2а), либо левосторонний – направление всех потоков-импульсов по часовой («зелёный» на рис. 2а), а интенсивность потенциала найденного «ротора» равна сумме выявленных потоков-импульсов.

Рисунок 2 – Схемы выявления вихреобразных «частиц»:

а) в алгоритме csV15;   б) в алгоритме csV22.

В новом алгоритме csV22 в одной плоскости вокруг анализируемой точки независимо анализируются «угловые» пары потоков-импульсов (рис. 2б) и источниками роторных потенциалов являются все реализовавшиеся угловые «завихрения» обоих типов, а интенсивности этих потенциалов равна сумме всех потоков-импульсов всех реализовавшихся «угловых» пар. Именно эта схема выявления первичных частиц-«завихрений» обеспечила, во-первых, высокую вероятность самоформирования объёмных «3D-частиц» и, во-вторых, повышение интенсивности их взаимодействия вследствие увеличения значений собственно «роторных» потенциалов и расширения зоны их действия.

Третьим скорректированным компонентом алгоритма csV22 стала та часть алгоритма, которая определяет правило формирования силового поля от «роторных» потенциалов. Идея корректировки заключалась в том, чтобы, в частности, обнулять суммарный вектор количества движения заданием в каждой точке сил в направлении векторного произведения приходящих потенциалов от «роторов» из ортогональных плоскостей. Итоговый вариант искомого функционала иллюстрируется рисунком 3, где показан соответствующий фрагмент программы «gft» для Z-компоненты _fZ^[z,y,x] силового поля. Там же, на рис. 3, обозначены:

Рисунок 3 – Фрагмент программы «gft» для алгоритма csV22.

- E_z_^[z,y,x] и F_zz^[z,y,x] – потенциалы от потоков-импульсов, реализовавшихся вдоль координатной оси Z, соответственно, в положительном и отрицательном её направлении и пришедшие в данную точку, соответственно индексам *_z_ и *_zz, с положительного и отрицательного направления данной координатной оси;  

- rotHZ_zz^[z,y,x] и rotNZ_z_^[z,y,x] – потенциалы от «роторов», выявленных в плоскости , соответственно, правосторонних и левосторонних, пришедшие в данную точку, соответственно индексам *_zz и *_z_, с отрицательного и положительного направления оси Z;

- rotHX_** и rotNX_**, rotHY_** и rotNY_** – потенциалы от «роторов», выявленных, соответственно, в плоскости  и в плоскости  , далее - аналогично предыдущему пункту.

3. Демонстрационный видеофайл demo2csV22.

Видеофайл demo2csV22 состоит из нескольких частей, отражающих этапы эмпирической разработки алгоритма csV22. Все вычислительные сессии начинаются с одинакового распределения носителя количества движения. Во всех вычислительных сессиях – частях – присутствует случайная компонента силового поля, и во всех частях имеются интервалы, на которых отображается только распределение носителя количества движения и не отображаются «роторные» потенциалы, чтобы нагляднее показать потоковые траектории.  

Первая часть показывает процесс, сформированный предыдущим алгоритмом csV15, со старым определением «роторов», а выборка кадров этой сессии представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Первая часть демонстрационного видеофайла demo2csV22:

а) состояние через 1300 циклов от начального;

б) распределение носителя количества движения через 4000 циклов от начального;

в) распределение «роторных» потенциалов через 5300 циклов от начального.

Во всех остальных вычислительных сессиях выявление «роторов» выполнялось по новой схеме, как на рис. 2б. Вторая часть демонстрационного видеофайла показывает процесс, в котором силовое поле формируется только от потенциалов локальных потоков-импульсов, а выборка кадров этой сессии представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Вторая часть демонстрационного видеофайла demo2csV22:

а) состояние через 50 циклов от начального;

б) распределение носителя количества движения через 4050 циклов от начального;

в) распределение «роторных» потенциалов через 7000 циклов от начального.

Третья часть демонстрационного видеофайла показывает процесс, где добавка в силовое поле от «роторных» потенциалов минимальна и содержит только компоненту «//3 - Сохранение непрерывности среды от Роторов» (см. рис. 3). Четвертая часть видеофайла demo2csV22 показывает процесс, где добавка в силовое поле от «роторных» потенциалов максимальна и содержит компоненты «//3 - Сохранение непрерывности среды от Роторов» и «//4 - Обнуление суммарного вектора Роторов Z+» (см. рис. 3). При этом компонента «//4 - Обнуление …» берется со знаком «+» во всех силах _fZ, _fY и _fX (условно – Z+Y+X+). И пятая завершающая часть видеофайла показывает процесс, формируемым итоговым алгоритмом csV22 с оптимизированным функционалом, в котором компонента «//4 - Обнуление …» берется в силах _fZ, _fY и _fX с переменным знаком, а именно: Z+Y-X+. Выборка кадров пятой сессии показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Пятая часть демонстрационного видеофайла demo2csV22:

а) состояние через 1000 циклов от начального;

б) распределение носителя количества движения через 11030 циклов от начального;

в) распределение «роторных» потенциалов через 24230 циклов от начального.

4. Заключение

Как известно [4], все состоит из молекул и атомов, которые состоят всего из нескольких элементарных частиц, самыми реально наблюдаемыми из которых являются электрон, протон, нейтрон и фотон. А что собой представляют эти элементарные частицы и благодаря чему они так устойчиво существуют?   

Дж. К. Максвелл говорил [5] об идее движения материи, а В. Гейзенберг призывал [6] изучать законы движения материи/энергии, которые он называл «динамикой», и без знания которых квантовая механика будет, как он считал, лишь таблицей частиц с их параметрами.

А. Эйнштейн объединил энергию, материю и движение формулой  , правую часть которой можно рассматривать как произведение импульса на скорость, который, согласно квантовым представлениям, можно рассматривать как сумму квантов- импульсов.

Исходя из этих ассоциаций и полученных здесь результатов численного моделирования алгоритма csV22 конструктивной самоорганизации, делается предположение, что:

− элементарные частицы могут представлять собой завихряющиеся и/или замыкающиеся на себя энергетические потоки типа водоворотов (роторы), воспроизводимость которых в пространстве и времени обеспечивается действием закона нетривиального сохранения нулевым интегрального вектора количества движения;

− характеристические свойства частиц (заряд, спин и время жизни) определяются формой образующего её энергетического потока и степенью его замкнутости (расходимости);

− в реальности нетривиальность сохранения нулевым суммарного вектора количества движения может обеспечиваться наведением ортогональных энергетических потоков-роторов.  

Математически строгая формализация правила индуцирования ортогональных потоков во исполнение закона нетривиального сохранения нулевым интегрального вектора количества движения, по-прежнему, является самостоятельной теоретической задачей и ключевой проблемой построения адекватной модели гипотетической конструктивной самоорганизации.

Список литературы

1. К.Б. Саниев. О возможном механизме самоорганизации материи. «Философские исследования», т. 3 (28), с. 16-27. Москва, 2000.
2. 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.
3. К.Б. Саниев. 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). 
4. Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Том 1. - М., «Мир»,   
5. Дж.К. Максвелл. Вступительная лекция, прочитанная Джеймсом Клерком Максвеллом в Лондонском королевском колледже. - УФН, 1984 г., вып. 3, с. 374-381. 
6. В. Гейзенберг. Природа элементарных частиц. – УФН. 1977 г., вып.4, с. 657-677.
7. 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)
8. Б. Брухман. Самоорганизация и объединительные теории физики [Электронный ресурс] http://www.ntpo.com/fizika/alternativnaya-fizika/38416-samoorganizaciya-i-obedinitelnye-teorii-fiziki.html

Сведения об авторе:

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

Author:

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

• Вперед >