Реферат: К альтернативной

В.И.Нефедов


К АЛЬТЕРНАТИВНОЙ

ФИЗИКЕ


Казань

ЗАО «Новое Знание»

2007


УДК 530.1

ББК 22.3

Н58


Рецензент:

Заслуженный деятель науки Республики Татарстан,

заведующий кафедрой металлических конструкций КГАСУ,

доктор технических наук, профессор И.Л.Кузнецов


Нефедов В.И.

Н58 К альтернативной физике. – Казань: Новое Знание, 2007. – 32с.


ISBN 978-5-89347-480-0


Естественнонаучные теории должны быть корректными с точки зрения общих философских закономерностей. Соблюдение этого условия ведет, в частности, к альтернативной физике, свободной от присущих современной науке противоречий и субъективизма.


УДК 530.1

ББК 22.3


ISBN 978-5-89347-480-0  Нефедов В.И., 2007

 ЗАО «Новое знание»,

Оформление, 2007

Философский подтекст науки всегда интересовал меня больше, чем ее специальные результаты

Макс Борн


Противоположности - это не противоречия, а дополнения

Нильс Бор


ПРЕДИСЛОВИЕ


Весь накопленный опыт показывает, что проявление общих закономерностей носит общий характер. Среди других законов, первостепенное значение имеет закон о единстве противоположностей, проявляющийся во всех объектах, явлениях, процессах и учет которого необходим на любом этапе развития науки, но особенно - на начальном, при построении ее основ. Современная физика построена, по существу, на предположениях только количественного характера и способна функционировать исключительно на «локально-практическом» уровне. Попытки выйти за соответствующие ограничительные рамки привели к теории Эйнштейна и квантовой механике, являющимися, как и классическая физика, некорректными в качественном отношении - проведено большое количество экспериментов, якобы подтверждающих эти теории, но все они были либо количественными, либо неадекватно интерпретировались, поскольку адекватная интерпретация - как бы это ни казалось невозможным с человеческой точки зрения - должна содержать противоположные выводы. В основу этих теорий положены качественно-количественные представления о свойствах света - явления реального и, с той же противоположной необходимостью, виртуального. Что может быть альтернативой совершенно очевидному макроскопическому, глобальному распространению света? Конечно же, его микроскопическая, но тоже глобальная, повсеместная неподвижность. Физики из двух способов освещения - метания «зажженных лампочек» и использования «лампочных гирлянд» - приписали Природе первый, игнорируя тем самым ее основной закон. Применительно к квантовой механике, наличие волн на макроскопическом уровне должно сопровождаться их «микроскопическим отсутствием», что тоже было проигнорировано. Что же произойдет с физическими теориями при их качественном пересмотре? Ответ на этот вопрос даст, очевидно, альтернативная физика, для которой виртуальное станет не менее, а, несомненно, более важным, чем материальное, но и то и другое, как противоположности, должны будут существовать вместе - в реально-виртуальных подпространствах. Иллюстрацией сказанному служат примеры теории упругости, гидромеханики и классической электродинамики, где, согласно альтернативным представлениям, макро (непрерывное силовое поле) может быть адекватно определено только через свою противоположность микро (микродискретные структуры) и, наоборот - например, при фазовых переходах, - микро (структура) зависит от макро (формы и размеров). Качественно-количественные уточнения этих и, очевидно, других классических физических теорий при этом весьма существенны.

Поскольку физические (качественные, сущностные) модели должны быть первичными по отношению к математическим (количественным, описательным) моделям, уточнение первых на качественном уровне должно сопровождаться их освобождением (очищением) от не имеющих физического смысла абстракций типа n-мерных пространств, поскольку «n-мерность» следует понимать лишь в физическом смысле: в одном и том же реальном трехмерном объеме может содержаться множество виртуальных физических объемов с различными взаимосвязанными (пересекающимися) или (и) независимыми (скрещивающимися) свойствами.

Для «изображения» физической картины мира, у альтернативной физики также могут найтись свои «изобразительные средства»: в духе древнекитайской философии и в соответствии с законом о противоположностях, макроскопическая неограниченность Вселенной или Вселенных должна, вероятно, сочетаться с «микроскопической данностью» двух «семейств» истинно элементарных, фундаментальных частиц (подпространств), «межсемейные браки» которых, равно как и их «расторжение», являются основой виртуального и реального существования всего того, что нас окружает. При этом материальный мир - как показывает сравнительный математический анализ мощностей множеств иррациональных и рациональных чисел, подкрепленный философскими закономерностями о соотношении общего и частного - представляет собой «отходы» («шлаки») тех «технологических процессов», которые протекают в виртуальном мире (виртуальных мирах). Ненаблюдаемость последнего (последних) и, как следствие, его (их) временная практическая неизучаемость не препятствуют соответствующему теоретическому изучению, как это видно на примерах современных физических теорий (например, теории струн), «математические конструкции» которых построены на голом месте первоначальных (ложных) физических предположений, не подтвержденных экспериментами и не имеющих философского обоснования. Невозможность классифицировать и описать имеющимися материалистическими средствами свойства виртуальных микроскопических подпространств (элементарных частиц) привела к условному приписыванию им «цвета» и даже «прелести», «странности» и «очарования» - незавидный итог, к которому пришла физика, построенная и развивающаяся на основе «половинчатых» аксиом. Принятие последних было исторически неизбежным по причине отсутствия качественно адекватных (виртуально-микроскопических) интерпретаций наблюдаемых явлений. В настоящее же время необходимо срочно внести соответствующие изменения и построить «дорогу позади себя», чтобы новые поколения физиков не пошли проторенным путем.

В сборник, помимо опубликованных материалов, включены аннотация доклада «Виртуально-синергетические аспекты деформирования твердых тел» (XVII сессия Международной школы по моделям механики сплошной среды, Казань, 2004 г.) и стендовый доклад «Оценки погрешностей теории упругости» (на IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, Н.Новгород, 2006 г.), который удалось сделать доступным пользователям Интернета, поместив в октябре 2006 года на сайте Казанского государственного архитектурно-строительного университета.

Автор выражает искреннюю признательность А.А.Аксюхину (г.Орел), А.М.Елизарову (г.Казань), А.Н.Хомченко (г.Херсон), благодаря которым были опубликованы три статьи, помещенные в данном сборнике, а также В.Г.Баженову, Л.А.Игумнову (г.Н.Новгород) и В.А.Полянскому (г. Москва), принявшим его последний доклад. Кроме того, он весьма признателен московским физикам Юрию Абову, Юрию Гуревичу, Анатолию Школьникову и их коллегам, которые в течение полугода изучали его предыдущий сборник и в ноябре 2001 года сообщили в устной форме о своем неофициальном мнении через посредника - известного спортивного журналиста и комментатора Якова Дамского, оказавшего по старой «шахматной памяти» неоценимую услугу автору и, как показалось, понявшего суть проблемы не хуже некоторых специалистов.

^ О субъективно-рациональных и историко-логических причинах естественнонаучных и философских проблем


В.И.Нефедов (КГАСА, Россия, 420043, Казань, Зелёная, 1.

E-mail: a_nefedov@hotmail.com)


V.I.Nefedov. ABOUT THE SUBJECTIVELY-RATIONAL AND HISTORICALLY-LOGIC REASONS OF NATURAL SCIENTIFIC AND PHILOSOPHICAL PROBLEMS

Keywords: opposite axioms, interpretation of space, alternative theories


В хронологической последовательности исследуются основные этапы развития естествознания и процессы, обусловившие накопление противоречий в естественнонаучных теориях. Вводятся противоположные основополагающие аксиомы, что позволяет восстановить, изначально нарушенное, необходимое диалектическое условие развития естественных наук и освободить их от субъективизма. При этом становятся необходимыми пересмотр фундаментальных положений, изменение структуры научных теорий, переосмысление старых и введение новых научных терминов. Прослеживается, как нерешенные математические проблемы, через математизацию естественных наук, привели к неадекватному описанию структуры и свойств Пространства и, как следствие, к неадекватным смысловым содержаниям категорий Движение и Время. Теория Пространства (- Движения - Времени), построенная с использованием противоположных аксиом, приводит к заключению о том, что в Природе нет ничего, кроме свойств - различных частей (подпространств) Пространства, - а «материя» есть лишь частное («видимое») проявление этих свойств, регистрируемое органами чувств человека. Последний интерпретируется субстанцией (подпространством) реально-виртуальной, способной использовать «вещи для себя» и познавать «вещи сами по себе» (какие они есть безотносительно к органам чувств). С принципиально иных (альтернативных) позиций рассматриваются философские проблемы.

Использованы результаты последних исследований [1].


1. Нефёдов В.И. О геометрической некорректности физических законов и адекватных аксиомах естествознания. - Казань: Новое Знание, 2000. -48с.

Структурно-феноменологический анализ физических и физико-химических процессов в гипотетически сплошных средах


В.И.Нефедов (КГАСА, Россия, 420043, Казань, Зелёная, 1.

E-mail: a_nefedov@hotmail.com)


V.I.Nefedov. STRUCTURALLY-PHENOMENOLOGICAL ANALYSIS OF PHYSICAL AND PHYSICALLY-CHEMICAL PROCESSES IN HYPOTHETICALLY CONTINUOUS MEDIA

Keywords: microstructure of bodies, continuity hypothesis, errors


Изучаются вызываемые внешними причинами явления упорядоченности атомарных структур твердых тел, с образованием конкурирующих направлений движения частиц. Обнаруживаемая «самоорганизовываемость» вызывает вращательные движения и изгибы, приводящие к потере устойчивости стержней, пластин и оболочек. Выяснение причинно-следственных связей между особенностями микроструктуры тела и наблюдаемыми движениями позволило дать качественные и количественные оценки погрешностей, обусловленных введением гипотезы сплошности.

Физическая концепция деформаций, напряжений, граничных условий и структурно-феноменологический анализ исследуемых процессов [1] показывают, что использование квантового подхода в «механике сплошных сред» так же необходимо, как и в физике, где он оказался исключительно эффективным.

Изучение взаимодействия твердых тел с жидкостью (водой) проводится с учетом химических превращений, приводящих к образованию «заряженных» частиц и к потере устойчивости поступательных форм движения. Исследуется физико-химическая природа гидростатического давления и обосновывается теоретически геометрическая некорректность закона Архимеда.


1. Нефёдов В.И. О геометрической некорректности закона Гука. Структурно-феноменологический анализ гипотетически одномерного поля напряжений в металлах // В сб.: Разработка и исследование металлических и деревянных конструкций. - Казань, КГАСА, 1999. С.66-81.

о взаимодополняемости феноменологических и квантовых теорий

В.И.Нефёдов

Казанская государственная архитектурно-строительная академия,

e-mail: a_nefedov@hotmail.com)


На примерах из механики деформируемого твёрдого тела показывается взаимодополняемость феноменологических и квантовых теорий, позволяющих давать, соответственно, количественные и качественные описания физических процессов и явлений.


1. Введение. Структурно-феноменологический анализ напряженно-деформированного состояния тел, представляющий собой объединение противоположных подходов (квантового и классического), позволяет найти решения накопившихся в механике деформируемого твердого тела проблем и дать оценку погрешностей, обусловленных принятием гипотезы сплошности и вытекающими из неё гипотезами частного назначения (в задачах растяжения, изгиба, кручения, в плоской задаче, в теории пластин и оболочек,...).

Проведенные исследования приводят к выводу о необходимости экспериментальной проверки фундаментальных уравнений, полученных с использованием принципа суперпозиции, поскольку уже при одноосном растяжении обнаруживается упорядоченность атомарной структуры тела [1], приводящая к необъяснимым, с позиций механики сплошной среды, макроскопическим явлениям, характерным для существенно анизотропных тел.

2. Растяжение. В [1] было дано корректное решение трёхмерной задачи теории упругости о растяжении призматического тела (стержня):

(1)

( - коэффициент Пуассона), которое, в отличие от классического (некорректного) решения [2, с.288], соответствует экспериментально определяемому деформированному состоянию:

. (2)

Наличие поперечных напряжений (1), при свободной от внешних усилий боковой поверхности, объясняется воздействием на «поверхностные» атомы тела «внутренних» атомов. Принципиальная возможность такого воздействия показана на простейшей качественной атомарной модели (рис.1).

При растяжении расстояния между атомами в осевом направлении увеличиваются (возникают растягивающие напряжения), а в поперечных направлениях уменьшаются (возникают поперечные сжимающие напряжения [1]).



Рис. 1


Что касается растяжения тонких нитей (предел прочности которых значительно больше, чем у «массивных» тел из того же материала), процент осевых (близких к осевым) «межатомных связей» у них, видимо, выше и, соответственно, выше способность «сопротивляться» растяжению. Это свойство можно использовать при изготовлении высокопрочных и жестких материалов и деталей, изготовляя «массивные» детали, работающие на растяжение (изгиб), из материала, представляющего собой «сплав» тонких нитей.

3. Изгиб. Корректное решение задачи изгиба балки запишется в виде (1), где  определится классическим решением. Деформированное состояние будет определено соотношениями (2), причём , так же, как и напряжения, будет изменяться линейно по высоте поперечного сечения.

Соответствующие оценки для теории пластин и оболочек очевидны. Отрезок нормали к срединной поверхности (при возможной неизменности его общей длины) деформируется по установленному выше закону; «касательные напряжения», как не имеющие физического смысла, во всех случаях отсутствуют.

^ 4. Плоская задача. В соответствии с классической теорией, плита, находящаяся между двумя абсолютно жёсткими плитами и сжимаемая усилиями, параллельными срединной плоскости, не испытывает деформаций в направлении, перпендикулярном направлениям усилий. С позиций структурного анализа, отсутствие «континуальных» деформаций не исключает деформаций «дискретных», обусловленных «уплотнением» атомов (атомных ядер) и изменением (уменьшением) расстояний между ними в определенных направлениях, что и приводит к «напряжениям». Следовательно, не может быть напряжений без деформаций и, в случае «плоского напряженного состояния», деформаций без напряжений. Погрешности двумерной континуальной модели тела будут иметь тот же порядок, что и у соответствующей одномерной модели (п.2).

^ 5. Упорядоченность атомарных структур в металлах. Наблюдаемые на (цилиндрической) поверхности растягиваемых стальных образцов линии (линии Чернова-Людерса) интерпретируются в классической теории, как сдвиги, вызываемые касательными напряжениями. Эта интерпретация опирается на решение задачи о растяжении стержня, согласно которому в сечениях, образующих угол 45° с поперечными сечениями, возникают наибольшие касательные напряжения. С учётом особенностей микроструктуры тела, линии Чернова-Людерса можно объяснить способностью «внутренних» атомов «тянуть» за собой атомы «поверхностные» (п.2, рис.1). Наблюдаемость явления - свидетельство его «макроскопичности»: образуются группы атомов («частицы»), перемещающиеся с поверхности внутрь тела, с соблюдением четкой геометрической упорядоченности, присущей, вероятно, структуре металла изначально (до растяжения тела). При этом образуются противоположные («конкурирующие») направления перемещения частиц (атомов, групп атомов): по (и против) часовой стрелке вокруг оси, с одновременной направленностью вдоль оси (в противоположные, относительно поперечной плоскости симметрии, стороны) и, в то же время, к оси (с противоположных, относительно продольных плоскостей симметрии, сторон). Это обеспечивает «макроскопическое» равномерное сужение-удлинение (расширение-укорочение) стержня при растяжении (сжатии) в области устойчивого деформирования (до существенного преобладания того или иного «конкурирующего» направления движения, «заложенного в структуру» изначально).

6. Кручение. При кручении (круглых стержней) «растягиваются» «атомарные цепочки», ориентированные к образующим цилиндрической поверхности под некоторыми углами, направление отсчёта которых совпадает с направлением действия крутящего момента, а «цепочки», ориентированные под противоположными углами, «сжимаются». «Стремление» «атомарных цепочек» вернуться в исходное (до нагружения) состояние – «сжаться» и повернуться, «растянуться» и повернуться – уравновешивает крутящий момент. Таким образом, при кручении также возникают только «нормальные напряжения».


Литература

Нефёдов В.И. О геометрической некорректности закона Гука. Структурно-феноменологический анализ гипотетически одномерного поля напряжений в металлах // Разработка и исследование металлических и деревянных конструкций. Сборник научных трудов. - Казань: КГАСА, 1999. -С. 66-81.

Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. - 575с.

300 лет Санкт-Петербургу




УДК 50

В.И. Нефедов

^ ОБ ЭЛЕКТРОННО-ЯДЕРНЫХ АНАЛОГИЯХ


Введение. Концепции сплошной среды в механике и точечно-непрерывных полей в классической физике позволяют использовать для количественного описания изучаемых объектов аппарат дифференциального и интегрального исчисления. При этом искомые характеристики механических и физических полей являются непрерывными функциями координат точек, что затрудняет или делает невозможным качественный анализ, поскольку структурные особенности и, следовательно, свойства остаются частично или полностью неисследованными.

Основополагающая краевая задача теории упругости. Решение трехмерной задачи теории упругости о растяжении призматического тела (стержня) находится путем подбора [1, с. 288] и в тензорной форме имеет вид [2]:

, (1)

где - нормальные напряжения в поперечных сечениях стержня. Это решение удовлетворяет [1, с. 246, 249] дифференциальным уравнениям равновесия тела:

(2)

граничным условиям:

(3)

условиям совместности деформаций:


300 лет Санкт-Петербургу




(4)

( - коэффициент Пуассона). Теорема единственности [1, с. 279, 280] исключает существование каких-либо других решений, кроме (1).

Деформированное состояние рассматриваемого тела определяется экспериментально и характеризуется тензором деформаций [2]:

(5)

где . Сравнение (5) с (1) показывает, что теория не соответствует эксперименту, причем доказывается [2] справедливость решения (1) только для таких тел, поперечные деформации которых при осевом растяжении (сжатии) отсутствуют. Деформированному состоянию (5) соответствует напряженное состояние, характеризуемое тензором напряжений [2]:

, (6)

где . При этом выясняется, что (6), удовлетворяя уравнениям (2), (4), не удовлетворяет граничным условиям (3). Хотя соответствие «физическому условию» (5) представляется более важным, чем удовлетворение «математическим условиям» (3), решить корректно проблему выбора между (1) и (6) в пользу (6), в рамках классической теории, не удается [2].

Квантовый подход. Рассмотрим атомарные структуры, характерные для металлов и их сплавов, относящихся к изотропным материалам [3]. Механические поля в этих структурах обусловлены изменением межъядерных расстояний (масса ядра более чем на три порядка превышает суммарную массу входящих в «состав атома» электронов [4]). При этом используется концепция близкодействия: в «цепочке» атомных ядер взаимодействуют между собой только соседние ядра. Поскольку «расстояние» между двумя ближайшими ядрами на четыре порядка больше «размеров» ядер [4], приходим к рассмотрению крайне дискретной

300 лет Санкт-Петербургу




структуры. Принципиальными здесь являются два обстоятельства. Во-первых, при изображении «векторов-напряжений» и при их мысленном представлении нельзя «выходить» за пределы соответствующих межъядерных расстояний. Во-вторых, выясняется физическая некорректность таких «континуальных» понятий, как «длина» («отрезок»), «площадь» («площадка»), «объем» («пространственная фигура», «поверхность»), «касательные напряжения», «тензор». Возникающие проблемы, обусловленные неадекватностью континуальных моделей, могут быть решены путем объединения противоположных подходов - квантового и классического [2, 5, 6]. Такое объединение позволило показать, что решение (1) удовлетворяет условиям (3) лишь на торцевых поверхностях призматического (цилиндрического) тела, а решение (6) - на всей поверхности. Выяснилось, что после проведенного качественного (структурного) анализа - для количественного описания поля межъядерных сил - необходимо «вернуться» в евклидово пространство континуальной модели тела, отождествив «количество» («число») ядер (атомов) в «сечении» с «площадью сечения» [2]. Полученная при этом количественная характеристика - модуль вектора напряженности «скрещивающихся полей» [2, 6, 7] -имеет вид:

. (7)

Распространение (7) на случаи анизотропных тел не вызывает принципиальных затруднений: необходимо постулировать или, лучше, определить экспериментально соответствующие физические величины, как функции координат точек объема, занимаемого телом.

Электрическое поле. При изучении электрического поля можно не учитывать наличие в проводнике атомных ядер (нетрудно подсчитать, сколько кубических сантиметров «ядерного вещества» содержится в кубическом километре какого-либо металла). Таким образом, атомные ядра «прозрачны» для электрического поля (электроны были «прозрачны» для межъядерных взаимодействий). Аналогия между полями межъядерных и межэлектронных сил очевидна [2]: если поле межъядерных сил обусловлено изменением расстояний между ядрами, то поле межэлектронных сил - изменением расстояний между электронами. Поскольку, как и у межъядерных сил, «линии действия сил» между электронами составляют произвольные углы с осевым направлением в призматическом или цилиндрическом теле, возникают поперечные составляющие электрических токов и напряжений [2]. Тензоры (в «заевклидовом» пространстве - векторы), характеризующие электрическое поле, получаются соответствующими заменами из (5) и (6) [2], а уточненная формулировка закона Ома будет иметь вид:

, (8)


300 лет Санкт-Петербургу




где - экспериментально определяемый коэффициент, аналогичный коэффициенту Пуассона [2]. Обобщения (8) на случаи тел с анизотропными электрическими свойствами проводятся так же, как и для (7).


ЛИТЕРАТУРА:

Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука, 1975. - 575с.

Нефедов В.И. О геометрической некорректности закона Гука. Структурно-феноменологический анализ гипотетически одномерного поля напряжений в металлах // Разработка и исследование металлических и деревянных конструкций. Сборник научных трудов. - Казань: КГАСА, 1999. - С.66-81.

Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 542 с.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.-928 с.

Нефедов В.И. О взаимодополняемости феноменологических и квантовых теорий // Труды Международных школ-семинаров «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики». - Орел: ОГУ, 2002. - С.59-62.

Нефедов В.И. О геометрической некорректности физических законов и адекватных аксиомах естествознания. - Казань: Новое Знание, 2000. - 48 с.

Нефедов В.И. О геометрической некорректности физических законов. Структурно-феноменологический анализ гипотетически одномерных полей в стержнях, пластинах и оболочках. Основной вопрос физики // Актуальные проблемы механики оболочек. Тезисы докладов международной конференции, посвященной 100-летию профессора Х.М. Муштари, 90-летию профессора К.3. Галимова и 80-летию профессора М.С. Корнишина. Казань: - Институт механики и машиностроения КНЦ РАН, 2000. - С. 59-60.


НЕФЁДОВ Владимир Иванович - к.ф-м.н., доцент кафедры «Сопротивления материалов и основ теории упругости и пластичности» Казанской государственной архитектурно-строительной академии.


виртуально-синергетические аспекты

деформирования твердых тел

В.И. Нефедов
^ Казанская государственная архитектурно-строительная академия
На микроскопическом уровне изучаются структурные особенности поля «деформации-напряжения», интерпретируемые через макроэксперименты и описываемые количественно средствами евклидовой геометрии в терминах классической физики [1]. Полученные при этом уточненные математические формулировки закона Гука для изотропных и анизотропных тел [2] указывают на виртуальную природу исследуемых процессов.

Выясняется, что при переходе тел из состояний устойчивого равновесия в неустойчивые имеют место синергетические феномены «самоорганизации», аналогичные тем, которые наблюдаются в аэрогидромеханике, квантовой физике, а также при химических превращениях в растворах и в биологических системах [3].

Результаты исследований анализируются с позиций противоположной парадигмы естествознания [4].

Нефедов В.И. О взаимодополняемости феноменологических и квантовых теорий // Труды Международных школ-семинаров «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики». – Орел: ОГУ. 2002. – С. 59-62.

Нефедов В.И. Об электронно-ядерных аналогиях // Математические модели в образовании, науке и промышленности: Сб. научных трудов – С.-Пб.: Санкт-Петербургское отделение МАН ВШ, 2003. – С. 159-161.

Томпсон Дж. М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике. – М.: Мир, 1985. – 254 с.

Нефедов В.И. О геометрической некорректности физических законов и адекватных аксиомах естествознания. – Казань: Новое Знание, 2000. – 48 с.

к вопросу о гипотезе сплошности

В.И. Нефедов
^ Казанская государственная архитектурно-строительная академия

Приводятся качественно-количественные оценки погрешностей, обусловленных принятием гипотезы сплошности, в механике деформируемого твердого тела и аэрогидромеханике 1,2. Выясняется неадекватность классических математических средств описания изучаемых процессов, не учитывающих микроструктуру физических и физико-химических взаимодействий. Принципиальное несоответствие физических (дискретных) и математических (континуальных) моделей устраняется благодаря объединению классического и квантового подходов, позволяющему уточнять фундаментальные соотношения механики сплошных сред.


Проведенные исследования показывают, что физическая модель сплошной среды, соответствующая евклидовой модели математического пространства и позволяющая давать количественные описания изучаемых явлений, не позволяет проводить соответствующие качественные анализы, поскольку все многообразие отличительных свойств различных по своей природе сред находит отражение лишь в макроэкспериментах, результаты которых дают только количественные характеристики. Но «новейшая физика перестала бы быть наукой, если бы прекратила поиски причин явлений» 3, с.144, а «впечатление непрерывности есть следствие грубости наших ощущений» 3, с.50. Концепция сплошной среды автоматически исключает из рассмотрения вопрос о причинах явлений, поскольку делает невозможными исследования как структурных особенностей изучаемых сред, так и особенностей взаимодействия структурных элементов. Подчеркивая огромную практическую важность количественных оценок, укажем на некоторые следствия игнорирования качественного (структурного) анализа. В механике оцениваются количественно «касательные напряжения», не имеющие физического смысла 1. Проектировщики и расчетчики не знают о существовании в сжатом бетоне поперечных растягивающих напряжений (разрывающих внутренних усилий), которые в несколько раз более опасны, чем те напряжения, по которым ведется расчет на прочность. Отсутствие касательных и, следовательно, «главных» напряжений делает необходимой переоценку эффективности форм поперечных сечений стальных балок (например, двутавровых), которая может сэкономить большое количество металла. Структурный анализ позволяет выяснить причину высокого предела прочности тонких нитей – по сравнению с «массивными» стержнями из того же материала – и предложить концепцию технологии изготовления (производства) высокопрочных и жестких материалов и изделий 4.

^ Нефедов В.И.


Благодаря ему становятся понятными механизмы пластических деформаций, релаксации и ползучести: например, структурный элемент, «протиснувшийся» между другими структурными элементами и «раздвинувший» их, может не вернуться в исходное положение после снятия нагрузки, если раздвинувшиеся элементы «сомкнутся» за ним. Полученные с использованием структурного анализа результаты, обусловленные общепринятыми в физике представлениями о дискретности изучаемых структур и концепцией близкодействия 5, позволяют дать качественно-количественные оценки погрешностей во всех без исключения разделах механики деформируемого твердого тела – подобно тому, как это сделано в 4 на примерах растяжения (сжатия), изгиба, плоской задачи, кручения. При этом следует принять во внимание то, что «первый уровень» дискретизации, еще позволяющий «возвращаться» в евклидово пространство и, следовательно, использовать соответствующий математический аппарат 5, не учитывает экспериментальные факты, свидетельствующие о группировке структурных элементов (атомов), с образованием «частиц» и «цепочек», состоящих из этих частиц 4. В гидромеханике устойчивым является лишь первый уровень структурной иерархии. Происходящие в воде химические превращения, с образованием гидроксония и гидроксила, структурируют неустойчивые «цепочки», «разрывающиеся» по линии «избыточной» водородной связи и соединяющиеся вновь. Взаимодействуя с положительными или отрицательными ионами твердого тела, эти цепочки могут отторгаться от него (гидрофобность) или «прилипать» к нему (гидрофильность). Это должно влиять на величину архимедовой силы для тел одинакового объема, но с различной площадью поверхности 2. Эксперименты показали, что соответствующие поправки в случае вязких жидкостей, плотность которых лишь на несколько процентов превышает плотность воды, весьма значительны. Так, для сплошного цилиндрического (высота 29.82 мм, диаметр 24.28 мм; вес: 107.67 г – данные изготовителя, использовавшего весы ASE-200; 107.69 г– измеренный на используемых весах с диапазоном измерений от 50 г до 1000 г) и трубчатого (высота 29.83 мм, диаметры 71.01 мм и 74.99 мм; вес: 106.94 г и 106.92г) образцов, изготовленных из стали 40Х13, разница в «антиархимедовых силах» сопротивления жидкости всплыванию (использовались жидкие кисло-молочные пищевые продукты «ряженка» и «катык»), при горизонтальном

^ К вопросу о гипотезе сплошности


погружении, превысила 50% архимедовой силы. Наблюдалась аналогия с сухим трением при изучении влияния геометрической формы «площади трения» на величину кулоновой силы. Для тех же образцов, торцы которых были шлифованы на плоско-шлифовальном станке «с одного установа» (одновременно) – чистота поверхности 1.25 – разница в кулоновых силах составила: для поверхности зеркального полотна 16%; для «новой» лакированной поверхности стола 31%, для «старой» - 76%; для офисной бумаги «Снегурочка» (формат А4) 79%; для наждачной бумаги (второй номер) 108%. Горизонтальность поверхностей контролировалась уровнемерами. Описание опытов. В первом эксперименте на предварительно уравновешенных (грузами 100г) коромыслах весов, с использованием лески диаметром 0.1 мм, подвешивались погружаемый в жидкость образец и необходимый для равновесия (образец не должен был ни всплывать, ни погружаться, а стрелка весов должна была остановиться на нулевой отметке шкалы) комплект грузов на легком приспособлении, вес которого определялся отдельно на уравновешенных грузами 100г чашах весов. Регистрировался общий вес, необходимый для уравновешивания, после чего вычислялась «антиархимедова сила». Во втором эксперименте, предшествовавшем первому, через закрепленное на краю стола легкое металлическое колесико, вращающееся на стержне, перекидывалась леска диаметром 0.1 мм, за один конец которой привязывался образец, за другой – груз весом 100г или, в случае наждачной бумаги, 150 г. Для увеличения силы трения на образец ставился легкий полиэтиленовый стакан (высота 50 мм, диаметр 100 мм) с таким (минимальным) количеством воды, которое позволяло удерживать образец от движения. Определялся общий вес образца и стакана с водой. Использование воды позволяло «плавно» менять вес с помощью пипетки. В случае «стационарных» поверхностей менялись «трассы движения» образцов, а каждый бумажный лист использовался только для одного испытания. В обоих экспериментах использовались, «идейно усиленные», классические экспериментальные методики, что позволяет легко проверить полученные результаты. Аналогичные (статические) эффекты можно предсказать и в аэромеханике – в тех случаях, когда газ заполняет сосуды, имеющие при одинаковом объеме различные площади внутренних поверхностей стенок. Здесь, вероятно, дискретно-континуальная модель является достаточно адекватной.

^ Нефедов В.И.


Проведенные исследования приводят к выводу о необходимости дополнения модели сплошной среды «качественным содержанием». Учет структуры взаимодействующих сред, помимо решения назревших теоретических проблем, позволяет получать результаты, имеющие большое практическое значение. Эксперименты подтверждают вывод о геометрической некорректности физических законов 6.

литература
^ Нефедов В.И. О геометрической некорректности закона Гука. Структурно-феноменологический анализ гипотетически одномерного поля напряжений в металлах // Разработка и исследование металлических и деревянных конструкций: Сб. научных трудов. – Казань: КГАСА, 1999. – С.66-81

^ Нефедов В.И. Структурно-феноменологический анализ физических и физико-химических процессов в гипотетически сплошных средах // VIII Четаевская международная конференция «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением»: Тезисы докладов. 28-31 мая 2002 г. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2002. – С.276

Борн М. Моя жизнь и взгляды. – М.: Прогресс, 1973. – 176 с.

Нефедов В.И. О взаимодополняемости феноменологических и квантовых теорий // Труды международных школ-семинаров «Методы дискретных особенностей в задачах математической физики». – Орел.: ОГУ. 2002. – С.59-62

Нефедов В.И. Об электронно-ядерных аналогиях // Математические модели в образовании, науке и промышленности: Сб. научных трудов – С. – Пб.: Санкт-Петербургское отделение МАН ВШ, 2003. – С.159-161

Нефедов В.И. О геометрической некорректности физических законов и адекватных аксиомах естествознания. – Казань: Новое Знание, 2000. – 48 с.

^ ОЦЕНКИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ

В.И.Нефедов (Казань)

1. Введение. Модель сплошной среды не соответствует реальным объектам по основному признаку (свойству): «сплошная среда» не может деформироваться в принципе. Это несоответствие отражается на математическом моделировании изучаемых процессов, которое - при использовании только классических математических средств (евклидовой модели пространства, аппарата дифференциального и интегрального исчисления) - становится геометрич