Научная гипотеза

Владимир Резников – инженер

   1.Введение

   В этой статье мы обсудим проблему "дискретности" и "непрерывности" движения физических тел. Этот вопрос впервые был поднят в V веке до нашей эры древнегреческим философом Зеноном Элейским, и по сей день продолжаются горячие дискуссии по этому поводу. Как выразился голландский математик Дирк Ян Стройк в своей книге "Краткий очерк истории математики, 1948 год: парадоксы Зенона" "... вызвали такое волнение, что даже сейчас наблюдается некоторая рябь". Зенон сформулировал ряд апорий (неразрешимых суждений). Мы рассмотрим одну из них, которая называется "Дихотомия" (деление на два) (Рис.1).

Краткое содержание "Дихотомии": чтобы преодолеть путь, вы должны сначала преодолеть половину пути, а чтобы преодолеть половину пути, вы должны сначала преодолеть половину половины, и так до бесконечности. Таким образом, разделив движение на мельчайшие пути, мы даже не сможем сдвинуться с места.  Зенон утверждает, что физическое движение и появление в нашем сознании последовательности его отдельных фрагментов входят в логическое противоречие. С одной стороны, Зенон, как представитель элеатской философской школы, своими апориями всегда побеждал в философских спорах, доказывая принципы этой школы: мир целостен, вечен во времени и никакое изменение (движение) невозможно, это иллюзия. Познание этого целостного мира возможно только посредством разумных (логических) рассуждений, а чувственная картина мира, включая наблюдаемые движения, обманчива и противоречива. С другой стороны, Зенон впервые задал науке вопрос, который является одним из самых важных вопросов по сей день: как следует понимать движение как "дискретное" или "непрерывное"? И главное не в том, что эти парадоксы Зенона разрешимы или не разрешимы. Главное, чтобы человек задумался о структуре и механизме движения. До семнадцатого века дискуссия об апориях Зенона прервалась. Первое упоминание о Зеноне принадлежит французскому мыслителю Пьеру Бейлю (1647–1706). Он пришел к выводу, что Зенон был прав: понятия времени, протяженности и движения связаны с непреодолимыми для человеческого разума трудностями. Немецкий философ Гегель оценивал Зенона как "отца диалектики", который различал чувственно воспринимаемое и мыслимое движение как сочетание и конфликт противоположностей, как диалектику понятий. В наше время существует множество математических моделей, авторы которых считают, что они разрешили парадоксы Зенона. Но, повторяю, главное не в том, что эти парадоксы Зенона разрешимы или не разрешимы. Главное - осмыслить, понять механизм движения физических тел. И великий Зенон Элейский направляет нас к этому пониманию.

2.История моей гипотезы

      Древнегреческий философ Эпикур (342–271 до н.э.) противоречит Зенону. Он утверждает, что движение не нужно делить до бесконечности, оно состоит из неделимых частей и на каждой из неделимых частей нет движения, а есть только результат движения, скачок. Это начало нового взгляда на природу движения, что очень близко к моей гипотезе. Но в моей гипотезе этот скачок обладает свойствами "дискретности" и "непрерывности". В их единстве и есть истина. На мой взгляд, движение и непрерывно и дискретно с преобладанием дискретности, но об этом позже. История моей гипотезы - это моя история. В Советском Союзе физику начали изучать в 6 классе, и с этого времени начинается история моей гипотезы. При изучении законов Ньютона возник вопрос: как увеличивается скорость тела, когда на него действует сила, непрерывно во времени или дискретно. Если это непрерывно, то тело мгновенно переходит из предыдущего состояния движения (из предыдущей скорости) в следующее состояние движения (в следующую скорость). Но это невозможно из-за инертности самого тела. Поэтому с 13 лет у меня было предположение, что скорость меняется дискретно, и я провел эксперимент (Рис. 2).

Включение электродвигателя, к которому через тросик крепился грузик, происходило дискретно, так чтобы грузик не двигался. Но даже в этом возрасте мне стало понятно, что частота включения электродвигателя должна быть очень большой и вручную это сделать нельзя. К сожалению, я не проводил высокочастотный эксперимент по прямому определению дискретности изменения скорости, и это, наверное, для меня невозможно: требуется сверхвысокочастотный генератор и очень точные измерительные приборы. Но я проводил и продолжаю проводить теоретические исследования гипотезы до сих пор, и мы вернемся к этому позже. Прежде чем продолжить историю гипотезы и начать ее изложение, хочу отметить, что не считаю свою гипотезу единственным и наиболее правильным пониманием механизма движения физических тел. Это мое понимание природы движения. Чтобы создать более последовательную гипотезу, требовалось объяснить причину инертности тел, и я предположил, что это причина в собственном гравитационном поле тел (own gravitational field - OGF). Пока OGF тела не прореагирует на действие силы, оно не может перейти в новое состояние движения. Аналогия моих рассуждений показана на Рисунке 3.

    Сырое яйцо сложнее перемещать (вращать), чем варенное вкрутую, потому что белок и желток сырого яйца трутся о его стенки, создавая барьер для движения (вращения), аналогично OGF. Следует отметить, что независимо от меня физик-теоретик Александр Корейша сделал такое же предположение о причине инертности физических тел. Я указал это в своей публикации [1]. По приезде в Израиль, я познакомился с инженером-электронщиком и программистом в надежде провести высокочастотный эксперимент по прямому определению дискретности движения. Схема эксперимента (Рис.4). Но, к сожалению этот инженер нашел хорошую работу и отказался участвовать в эксперименте. Необходимо отметить, что сегодня этот эксперимент был бы намного точнее: прошло 30 лет и современное оборудование с большей гарантией позволило бы проверить дискретность движения.

linear scale (L.S.) – дигитальная линейная шкала высокой точности с периодом сигнала 4 nm. За основу такого устройства можно взять линейную шкалу LS-LIP372 немецкой компании Heidenhain после ряда конструктивных усовершенствований: датчик линейной шкалы должен перемещаться относительно шкалы без трения, она хорошо подходит для целей нашего эксперимента (1993 г.). Понятно что сегодня существует линейная шкала более высокой точности. Компьютерная программа для подсчета количества импульсов от генератора, приходящихся на один импульс от линейной шкалы. Во время эксперимента линейная шкала L.S. устанавливается на металлической пластине, которая скользит на двух металлических роликах по наклонной плоскости. Угол наклона должен быть минимальным, чтобы обеспечить минимальное ускорение массы m. Это позволит получить максимально возможный период кванта движения (см. Формулу гипотезы (1), раздел 3), соизмеримый с периодом импульса от датчика линейной шкалы, что увеличивает вероятность положительного исхода эксперимента. Датчик линейной шкалы установлен на кронштейне над L.S. на минимальном расстоянии от него. Контактная поверхность пластины и роликов должна быть качественной, чтобы снизить коэффициент трения. Если соседние результаты подсчета импульсов от генератора, приходящиееся на один импульс от датчика линейной шкалы равны, то движение линейной шкалы - дискретно (атомарно). По вышеуказанным причинам этот эксперимент не был проведен. Однако мне удалось провести косвенный эксперимент, доказывая вывод из гипотезы и, следовательно, саму гипотезу. В 2011 году я зарегистрировал свою гипотезу на priority.ru и опубликовал ее на нескольких российских сайтах. Недавно я предложил несколько интересных выводов из гипотезы, и, возможно, история моей гипотезы будет продолжена. Буду рад это увидеть!

     3.Научная гипотеза дискретного движения

 Изложение гипотезы будет основано на моих публикациях [1] и [2]. Это полная версия гипотезы и анализ ее достоверности. Поэтому заинтересованный читатель должен ознакомиться с этими материалами, чтобы возможно стать моим сторонником. Во-первых, я хочу отметить, что под движением физических тел я подразумеваю только движение с ускорением по величине или по направлению, поскольку состояние покоя можно приравнять к прямолинейному и равномерному движению, которого в природе не существует. Итак, на шар массы m действует сила F (см. Рис.5.), Шар катится по гладкой поверхности (сила трения не учитывается) с ускорением a = F / m. Зададим несколько вечных вопросов: - скорость шара непрерывно увеличивается во времени? - в чем причина инертности шара m? Почему шар не может мгновенно перейти в новое состояние движения (в новую скорость)? - каков механизм движения шара m?

  Моя гипотеза - это ответы на эти вопросы:   -  скорость шара растет не непрерывно во времени, а дискретно (квантами), так как непрерывное увеличение скорости шара, движущегося под действием силы, невозможно. Мгновенный переход шара из предыдущего состояния в следующее противоречил бы инертности самого шара; - причиной инертности шара m является его собственное гравитационном поле (OGF), поскольку инертная масса шара пропорциональна его гравитационной массе. Пока OGF шара m не прореагирует на действие силы F, скорость шара не изменится. Квант движения - это процесс реагирования OGF шара на действие силы. Этот процесс является периодическим и сопровождается элементарной деформацией шара m (реагирование OGF) и последующей редеформацией в сторону движения (после реагирования OGF); - таким образом, механизм движения шара под действием силы представляет собой совокупность очень малых упругих деформаций и редеформаций шара ~ 10^-23m, что аналогично движению гусеницы и носит квантовый характер. X ~ 10^-23m – это элементарный путь кванта движения шара (элементарное перемещение шара). Это значение расчитывается по фрмуле (9), которая приведена в моей публикации [2], но об этом позже. Каждый квант движения характеризуется элементарным перемещением, периодом и элементарной скоростью (см. увеличенный график скорости шара - Рис.6). Повторим гипотезу с помощью рисунка 5 в наиболее простом и, на мой взгляд, понятном виде.   

      На рис. 5 показан предполагаемый механизм движения шара m в двух моментах. Собственное гравитационное поле шара (OGF) изображено безликим человечком. Момент 1. На шар действует сила F - шар деформируется на ~ 10^-23 метра, так как его OGF еще не отреагировало на действие силы и тормозит движение шара. Другими словами, OGF шара является причиной его инертности. При этом деформация упругая и скорость шара m пока не изменилась (см. увеличенный график скорости - Рис.6).

     Момент 2. Сила больше не действует на шар, поскольку OGF шара прореагировало на это действие и не замедляет движение шара. Но грань тела - создателя силы F остается, и тело редеформируется в направлении движения. В этом случае есть квант движения с элементарной скоростью и с периодом кванта движения. Моменты 1,2 - квант движения. Таким образом, предполагаемый механизм движения тела периодичен. Из сказанного ясно, что согласно моей гипотезе физическое движение тел происходит дискретно (ступенчато), то есть отдельными квантами, то есть, согласно моей гипотезе, механизм движения тела под действием силы представляет собой движущийся колебательный процесс, то есть волновой процесс. Отсюда следует объяснение двойственности свойств материальных тел (волны, тела) по Луи де Бройля, которое подтверждает реальность моей гипотезы. В 1924 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что дуализм не является признаком только оптических явлений, а имеет универсальный характер. Частицы вещества также обладают волновыми свойствами [2].  Следует отметить, что двойственность свойств элементарных частиц (волны, частицы) относится к квантовой механике. Поэтому, возможно, моя гипотеза является частным случаем квантовой теории, так же как классическая механика является частным случаем квантовой механики. Представляем механизм движения физических тел (Рис.7) и анимацию гипотезы:

https://www.youtube.com/watch?v=3x-vr8FVI7M -  Анимация гипотезы.

Основными элементами гипотезы являются параметры кванта движения: элементарная скорость, период и элементарное перемещение. Как они связаны? T - период реагирования инертной массы m, или период кванта движения, может быть выражен формулой, которая является формулой гипотезы:

                       ?? = m/K      Формула гипотезы  (1)                                

Где: K - скорость реагирования инертной массы [kg/s]; F - сила, действующая на тело m [N]; L - это изменение скорости реагирования инертной массы при изменении силы на 1 N - значение, которое претендует на постоянную величину и требует экспериментального определения [s/m]. Тогда элементарное изменение скорости тела (элементарная скорость кванта движения) принимает вид:

                                        aT = 1/L,   (2)                                            

 где a - ускорение тела m.

   График зависимости элементарной скорости, периода и элементарного перемещения кванта движения тела m см. на фиг.6. Квант движения по направлению - это элементарное изменение скорости тела, движущегося под действием центростремительной силы F из предыдущего направления скорости (вектор V₁) в последующее (вектор V₂). Это элементарное изменение направления скорости тела - вектор dV, модуль которого равен 1 / L (Рис.8).

  Рассмотрим равноускоренное движение тела m под действием постоянной силы F. В этом случае путь тела m до достижения скорости v = n ? 1 / L, где n - количество квантов движения, равен:

0 + 1/(a?L²) + 2/(a?L²) + … + n/(a?L²) = 1/2?(0 + n/(a?L²)?n = n²/2?a?L² = v²/2?a  (3)                                                                                 

   Это соответствует кинематике равноускоренного движения и доказывает Гипотезу.

   4. Принцип оптимального движения

    Этот раздел представляет собой объяснение полной версии гипотезы [1]. Это краткое изложение для лучшего понимания и повторения формул. Согласно моей гипотезе движение физических тел дискретно и носит квантовый характер. Как мне изобразить это графически? Какая функция лучше всего подходит для этой цели? Это экспонента, это постепенная функция и соответствует нашему инертному миру (Рис.9).

Основным параметром движения является ускорение, поэтому построим график ускорения для квантов движения с помощью экспоненты. Реагирование OGF тела сопровождает номинальное значение ускорения (элемент OAB), деформация тела.  Редеформация тела или элементарный путь тела сопровождается падением ускорения до 0, так как сила не действует на тело (нет противодействия OGF, элемент BAC). Элемент BAC по времени составляет 24,28% периода T кванта движения, что позволяет назвать движение более "дискретным", чем "непрерывным". Поскольку период кванта движения очень мал, мы воспринимаем номинальные значения ускорения как непрерывность. Чтобы вывести формулу экспоненциального изменения ускорения кванта движения физического тела, мы применяем два условия: - скорость изменения силы, действующей на тело, равна скорости реакции OGF тела. В этом случае получается наиболее оптимальный (эффективный) квант движения; - в качестве базовой системы мы рассматриваем поверхность Земли и падающие на нее тела. Это наиболее оптимальная естественная система для анализа изменения ускорения кванта движения. В этом случае гравитационное поле Земли пульсирует (см.Момент2). Выведем формулу для оптимального изменения ускорения кванта движения тела m[1]:

                                            a = (1/m)?(exp(t?L?g)-1)   (4)                   

где: a - функция оптимального изменения ускорения кванта движения тела m; g - напряженность гравитационного поля Земли; t - время.

     S₁ - площадь фигуры OAB, естественная основа для расчета a_opt. для различных масс m, основной части элементарной скорости кванта движения тела (падения тела на поверхности Земли, при оптимальной пульсации напряженности гравитационного поля Земли -9.8m/s²); S₂ - площадь фигуры ВАС, часть элементарной скорости кванта движения тела (падения тела на поверхности Земли) - характеристика инертности исчезновения преграды после реагирования собственного гравитационного поля (OGF) самого тела; S₁ + S₂ = 1/L- площадь фигуры OAC, элементарная скорость кванта движения тела (падения тела на поверхности Земли). Понятно, что формула изменения напряженности гравитационного поля Земли для кванта движения (падения) тел у поверхности Земли выглядит так, потому что эта формула не зависит от массы падающего тела:

                                 a = exp(t?L?g) – 1     (5)                                      

     Формула (4) переходит в формулу (5) при m = 1kg. И при этом условии построим график этих формул (см. Рис.10). S₁ ? L = 0,7572 - постоянная безразмерная величина независимо от значения L. Во сколько раз увеличивается L во столько же раз уменьшается S₁. Но для расчета оптимального ускорения различных масс мы используем L = 1s/m. Оптимальное ускорение a _opt. рассчитывается графически с помощью программы Graph. Это значения функции по формуле (4), ограниченные площадью S₁. Таким образом, практический вывод из гипотезы дискретного движения физических тел и основа Принципа оптимального движения: для каждой массы различных движущихся объектов (людей, транспортных средств, промышленного оборудования при включении, переменного тока - как массы электронов) , и т. д., существует его оптимальное (эффективное) ускорение, позволяющее повысить эффективность движения. Например, для физических тел массой 1000kg и более оптимальное (эффективное) ускорение a_opt. = 7,4m/s², что предположительно применимо для оптимизации движения ракет и современных самолетов. 

    5. Экспериментальное подтверждение гипотезы.

    Я применил принцип оптимального движения для экспериментального доказательства гипотезы [1]. Эксперимент заключался в измерении КПД электродвигателя постоянного тока с определенной массой на валу при различных ускорениях в момент включения. Максимальное значение КПД зафиксировано при оптимальном разгоне электродвигателя в момент его включения, что подтверждает гипотезу (Рис.11). Помимо этого эксперимента был проведен аналогичный эксперимент, который также подтверждает гипотезу (см. Видео):

   https://www.youtube.com/watch?v=AB8YoBSwgfw  

    Кроме моих экспериментов, подтверждающих гипотезу, на мой взгляд, было открытие аргументных колебаний. В 1968-1969 годах братья Данил и Яков Дубошинские открыли макроскопический квантовый эффект, основанный на аргументном маятнике (Рис. 12). Этот маятник состоит из подвеса маятника с низким коэффициентом трения, который движется в вертикальной плоскости, на свободном конце которого прикреплен небольшой постоянный магнит. Под точкой равновесия маятника установлен электромагнит. Электрический ток подается на электромагнит с частотой от 20 до 3000 Гц. Маятник "отбирает" определенные стационарные квантовые амплитуды колебаний, при которых полностью компенсирует затраты энергии на трение. 

    Фундаментальное значение маятника Дубошинского заключается в его способности "перескакивать" из одного колебательного режима в другой (с одной амплитуды на другую) подобно "квантовым скачкам" в атомной физике. Другими словами, профессор Д. Дубошинский практически доказал, что механическое движение (в данном случае колебательное) обладает квантовыми свойствами, то есть прерывисто (дискретно).  Профессор Дубошинский приветствовал мою гипотезу и предложил теоретическое доказательство гипотезы (формула 3). 

    6. Анализ достоверности гипотезы и новые выводы из гипотезы.

    Этот раздел представляет собой краткое изложение материала [2] для лучшего понимания с повторением формул. Повторяю, в 1924 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу о том, что дуализм не является признаком только оптических явлений, но имеет универсальный характер. Частицы материи также обладают волновыми свойствами. Согласно гипотезе Луи де Бройля, любое тело - это волна (двойственная природа физических тел). Согласно моей гипотезе, движение физических тел - это периодический колебательный процесс, то есть волновой процесс. Так что моя гипотеза очень близка к гипотезе Луи де Бройля.  В 2012 году группа Антона Цайлингера (Венский университет) провела серию экспериментов по изучению волновых свойств молекул фуллерена C70, чтобы подтвердить гипотезу Луи де Бройля. Оказалось, что длина волны молекулы равна амплитуде колебаний ее сферы. По аналогии я приравнял элементарный путь кванта движения тела m = 1kg, падающего в гравитационном поле Земли (по моей гипотезе), к его длине волны по Луи де Бройлю, чтобы примерно теоретически определить значения параметров кванта движения: периода, элементарного пути и элементарной скорости.

    Получены формулы:

L = ³vm/g?h = ³v1/9.8?6.6?10^-34 = 5.37?10¹⁰[s/m]                       (6)

   Где: h - постоянная Планка.

T = 1/g?L = 1.9?10^-12[s]                                                                      (7)

  1/L = 0.186?10^-10[m/s]                                                                      (8)

X = 1/g?L² = 3.5?10^-23[m]  (9)                                                                                                                        

    В материале [2] также проводилось теоретическое исследование квантов движения планет Солнечной системы с целью анализа площадей оптимального изменения центростремительных ускорений для квантов движения планет на основе формулы (4). Сделан вывод, что площади  оптимального изменения центростремительных ускорений квантов движения планет солнечной системы или модули элементарного изменения векторов скоростей планет по направлению равны, постоянная для всех планет S1 = 1/L ~ 1,86 * 10^-11 [m/s] и S2 => 0.

    Другими словами, наша Солнечная система может быть индикатором состоятельности гипотезы о дискретности движения физических тел.

    Представляю вам несколько новых актуальных выводов из моей гипотезы: - электромагнитная природа гравитации в связи с частотой дискретности движения физических тел ~ 500 ГГц (формула 7). Согласно гипотезе, Земля излучает пульсирующее гравитационное поле с той же частотой и входит в резонанс с физическими телами, заставляя их двигаться (падать). Солнце излучает пульсирующее гравитационное поле с частотой ~ 500 ГГц и входит в резонанс с частотой дискретного вращения планет (с частотой элементарного изменения векторов скоростей движения (вращения) планет, что вызывает вращение планет вокруг Солнца. То есть, предположительно, гравитация - это электромагнитное излучение в терагерцовом диапазоне ~ 500 ГГц, имеющее аналогичную проникающую способность;- объяснение "загадочной тяги" двигателя EmDrive британского инженера Роджера Шоуэра. Магнетрон этого двигателя излучает электромагнитные волны с частотой 2,5 ГГц. Согласно гипотезе, это всего на несколько порядков меньше частоты дискретности движения всей массы двигателя, что вызывает незначительную тягу, сравнимую с погрешностью измерения. Если увеличить частоту магнетрона или другого излучателя до ~ 500 ГГц, то, вероятно, станет заметна тяга двигателя EmDrive. Основываясь на вышеизложенном, я предполагаю, что Emdrive является прототипом будущего "волнового двигателя". Понятно, что необходимы исследования.

    7. Заключение.

    Гипотеза о дискретности движения физических тел обладает свойствами "дискретности" и "непрерывности" с преобладанием "дискретности", что делает ее более реальной и претендующей на роль теории.

     Библиографический список

[1] Резников В.А. Принцип оптимального движения (полная версия)//Современные концепции научных исследований: cб. научных работ II международной научной конф. Евразийского Научного Объединения (г. Москва, февраль 2015). — Москва : ЕНО, 2015. — С.28 – 35. URL: http://esa-conference.ru/wp-content/uploads/2015/03/esa-feb2015-part1.pdf 

[2] Резников В.А. Теоретический анализ достоверности «Гипотезы атомарного (квантового) движения». 2018.