Теории образования Земли, глубинное строение ее внутренних оболочек и другие вопросы мироздания > О волновой природе напряжений и деформаций и механизме концентрации пи в земной коре
О волновой природе напряжений и деформаций и механизме концентрации пи
Устьянцев Валерий Николаевич:
Методология исследования геологических процессов и явлений
(наследие В.В. Вернадского)
«Настоящая среда, в которой живет ученый-исследователь, есть среда научных фактоВ, эмпирических обобщений и основных эмпирически выведенных аксиом и принципов природы.
Естественные природные тела.
В естествознании исходным объектом научного знания является научно установленное природное «естественное» (т.е. земное, планетное) тело, или такое же явление, независимое от наблюдателя. Естественным телом мы будем называть всякий логически ограниченный от окружающего предмет, образовавшийся в результате закономерных природных процессов.
Наука в действительности строится путем выделения естественных тел, и при научной работе важно одновременно точно учитывать не только понятия, им отвечающие, но и реально существующие научно определенные естественные тела.
Для естественного тела слово и понятие неизбежно не совпадают. Понятие, ему отвечающее, не есть что-нибудь постоянное и неизменное, оно меняется иногда очень резко и по существу с ходом научной работы, с ходом жизни человечества. Слово, понятию естественного тела отвечающее, может существовать века и тысячелетия.
Логика понятий и логика вещей.
Логика, построенная на вещах, - логика эмпирических обобщений – теснейшим образом связана с той сложной обстановкой, в которой живет, работает и мыслит человек XIX – XX столетия. Эта логика, о которой говорят в современной гуще жизни, в рабочей среде, в среде инженеров, людей мысли и действий ХХ в., в естествознании резко меняется в зависимости от естественных тел разных проявлений Природы, с которыми им приходится иметь дело… логический анализ меняется. Натуралист не может с этим не считаться при своем сколько-нибудь глубоком охвате Природы.
Эмпирические факты и эмпирические обобщения.
По существу это есть неизбежное орудие нашей научной работы, но в то же время это есть искаженное выражение реальности, если мы будем только его принимать во внимание, говоря о науке, научном мировоззрении, научном творчестве».
Эмпирические факты, полученные в результате непосредственных наблюдений, по своему определению единичны и всегда истинны, сами по себе, но не всегда в нашей интерпретации. Их множество безгранично и в таком виде трудно используемыми в науке и практике. Всякий натуралист если не знает, то чувствует, что правила установления научного факта только в малой степени сейчас сведены в ясную логическую систему, что такое факт, научно установленный, и что такое факт или явление им не являющийся, всегда обречено на неудачу. Обычно эта сторона естествознания забывается и недостаточно учитывается. С другой стороны отдельный эмпирический факт, не связанный в систему фактов, еще не создает знания. Вот почему доказательства по типу «выборочных примеров», часто используемые в геологической литературе, довольно слабые доказательства. Однако устойчиво повторяющиеся научные факты, объединенные в некоторое множество, составляют уже эмпирические обобщения, которые и позволяют проводить дальнейшие операции, строить системы и получать практические результаты. Они будут иметь некоторую область устойчивости, внутри которой обнаруживают закономерную статистическую плотность распределения отдельных характеристик. Так если минералогический или химический состав конкретного образца горной породы дает нам эмпирический факт, то средний состав пород, полученный из многих анализов, с установленными пределами колебаний отдельных компонентов, является типичным эмпирическим обобщением.
Ф. Кларк в своих «Data of geochemistry» стремился не к гипотезам и к широким обобщениям, а к сопоставлению и к критике точных числовых данных по истории химических элементов в земной коре.
Собрав факты и эмпирически обобщив их в новую науку – геохимию, Кларк закончил в ХХ в. работу Бишофа; книга его дала сводку огромной многолетней работы тысяч лиц. Благодаря тому реальному значению, какое возымели числа Кларка в новых учениях об атомах, тому влиянию, какое они оказали на физическую и химическую мысль ХХ столетия, его работа целиком вошла в представления, слагавшиеся вне его кругозора». И как бы не менялись наши представления эти значения могут только уточняться, всегда оставаясь фундаментальным эмпирическим обобщением. Хрестоматийным примером эмпирических обобщений и их значения в развитии науки могут служить основные уравнения электродинамики. Они созданы в период господства флюидной теории электричества. Флюидная теория ушла в прошлое, но все основные уравнения (Ома, параллельного и последовательного соединения и т.д.) работают ничуть не хуже. Все они составлены как эмпирические обобщения, а не выведены из теории. Сюда же можно отнести законы Ньютона. Они работают, хотя объяснений явлений тяготения мы не имеем до сих пор.
Эмпирическое обобщение опирается на факты, индуктивным путем созданные, не выходя за их пределы и не заботясь о согласии или несогласии полученного вывода с другими существующими представлениями о природе.
Эмпирическое обобщение может очень долго существовать не поддаваясь никаким гипотетическим объяснениям, являясь непонятным, и все же оказывать благотворное огромное влияние. Но затем часто наступает момент, когда оно вдруг начинает освещаться новым светом, становится областью создания гипотез, начинает менять наши схемы мироздания и само меняется.
Очень часто в эмпирическом обобщении мы имели не то, что думали, или в действительности имели много больше, чем думали.
Научные объяснения, гипотезы и модели.
Наши мимолетные творения разума необходимы и неизбежны, без них научная мысль работать не может, но они преходящи и в значительной, неопределимой для современников степени, всегда неверны и двусмысленны.
Без научных гипотез не могут быть поставлены эмпирические обобщения и критика фактов, и что значительная часть самих фактов, самого научного аппарата создается благодаря научным теориям и научным гипотезам.
Основное значение гипотез и теорий – кажущееся. Несмотря на то огромное влияние, которое они оказывают на научную мысль и научную работу данного момента они всегда более преходящи, чем непререкаемая часть науки, которая есть научная истина и переживает века и тысячелетия, может быть даже есть создание научного разума, выходящее за пределы исторического времени.
Ни научные теории, ни научные гипотезы не входят, несмотря на их значение в текущей научной работе, в эту основную и решающую часть научного знания.
Огромное значение, которое в научном знании играют научные гипотезы и научные теории, определяет роль философского мышления в научной работе. Ибо установка научных теорий и научных гипотез находится в тесной зависимости от философской мысли, ею в значительной мере определяется. И научные теории, и научные гипотезы, даже если в их создании философская мысль не играла большой роли, неизбежно входят в подавляющей своей части в философскую мысль. И очевидно, научная мысль должна считаться и принимать во внимание происходящую этим путем критическую и углубленную работу философии.
Научные объяснения так же являются одним из трех китов научного знания, но отличным от двух предыдущих. Они совершенно необходимы для развития науки. Без них ученые просто бы погрязли в сумме отдельных фактов.
Но в отличие от фактов и обобщений, которые, если они правильно выведены, остаются неизменными в любой теоретической системе и исторически переходят из одной теории в другую, научные объяснения (гипотезы, теории, модели) с необходимостью изменяются в ходе эволюции научного знания. Кроме того они не только систематизируют накопленные знания, но и прокладывают мост между наукой и практикой.
Принципы и аксиомы.
Основные принципы и аксиомы вырабатываются наукой очень медленно. Проходят целые поколения, прежде чем новые научные открытия, эмпирические обобщения или философский и математический анализ, новые научные гипотезы заставляют ученых сознательно отнестись к этим основным положениям, бессознательно всегда лежащим в основе их научного знания.
«В течение времени медленно выделялся из материала науки ее остов, который может считаться общеобязательным и непреложным для всех, не может и не должен возбуждать сомнений. В течение долгих поколений, в течение тысячелетий аксиомы стали столь очевидными, что одним логическим процессом человек убеждается в их правильности.
В основе всей научной работы лежит аксиоматическое положение о реальности предмета изучения науки – о реальности Мира и его законообразности, т.е. возможности охвата научным мышлением. Только при признании этого положения возможна и приемлема для человека научная работа.
Эта аксиома признается всяким научным исследователем. Аналогичного единому реальному миру науки единого построения в философии или религии нет.
В понятиях – объектах философии – всегда скрыт бесконечный ряд следствий. Развитие и уточнение философской мысли заключается все в более тонком и глубоком анализе, открывающем новое в старом. Этот пересмотр в ходе жизни совершается все новыми методами глубочайшими умами человечества, в новых, несравнимых исторических оболочках. В старом и, казалось, законченном, открывается новое, раньше незамеченное. Но это новое не выходит из рамок словом выраженного понятия, есть только его углубление или уточнение, или то, что может возникать в уме при углублении и уточнении понятия. Новое, создаваемое философией, ограничено нацело словом. Понятие есть слово и за пределы слова, за его самый глубокий смысл и понимание выйти не может.
Естественная «наука одна для всего человечества, философий, по существу, несколько, развитие которых шло независимо в течение тысячелетия, долгих веков и долгих поколений.
В математике все теоремы уже заложены в исходных аксиомах и выводятся логическими построениями из них и уже выведенных теорем, а в конечном счете из аксиом. Новых эмпирических фактов и обобщений здесь не надо. В то же время «для натуралиста-эмпирика является аксиомой, неразрывно связанной со всей его мыслью и с формой его научной работы, что такие проявления не могут быть случайными, а столь же подчинены весу и мере, как движение небесных светил или ход химических реакций.
В естественных науках никогда ни одно научно изучаемое явление, ни один эмпирический факт и ни одно научное эмпирическое обобщение не может быть выражено до конца, без остатка, в словесных образах, в логических построениях – в понятиях – в тех формах, в пределах которых только и идет работа философской мысли, их синтезирующая, их анализирующая. В предметах исследования науки всегда остается не разлагаемый рациональный остаток – иногда большой, - который влияет на эмпирическое научное изучение, остаток, исчезающий нацело из идеальных построений философии, космогонии или математики и математической физики.
Генетические представления.
Все меняется (в геологическом масштабе времени) и меняется не хаотически, а сохраняя некоторую направленность. Постепенно вещество земной коры все более и более дифференцируется. Идет не усреднение, а пространственное разделение элементов, минералов, горных пород. Это направленное развитие «представляет другую сторону - другой аспект - эволюционного учения» (В.И. Вернадский, 1920).
Сведенные воедино основные мысли В.И. Вернадского о методологии естествознания, проходящие красной нитью через все его творчество, но не суммированных в едином произведении, дает очень четкую картину построения системы научного знания:
«От эмпирических фактов к их обобщению и далее к научному объяснению - плодотворно работает в своем единстве. Все попытки ускорить процесс, за счет исключения сложной и трудоемкой стадии формирования эмпирических обобщений, чреваты искажением общего процесса и созданием иллюзии знания. В.И. Вернадский, 1920» [из переписки автора данной работы с д.г-м.н., профессором Г.Б. Наумовым, 201
Устьянцев Валерий Николаевич:
Эффективна гелиевая съемка, месторождения нефти и газа, часто маркируются гелием как и тяжелые металлы.
С удалением от Солнца количество тяжелых элементов в планетах умеьшается, а количетво легких. увеличивается (водород, гелй, метан, вода ...). Плотность планет с удалением от Солнца уменьшается.
Происхождение углеводородов связано с энергией распада тяжелых элементов и в этом процессе, большую роль играет гелий.
Устьянцев Валерий Николаевич:
Не представляется возможным.изложить работу в полном оъеме
В электронном виде могу отослать на адрес эл. почты.
Обобщений по Солнечной системе и выводов нет.
uvn_50@mail.ru
Устьянцев Валерий Николаевич:
Основные принципы нелинейной термодинамики И. Пригожина
Синергизм - кооперативное действие:
«Природа иерархически структурирована в несколько видов открытых нелинейных систем разных уровней организации: в динамически стабильные, в адаптивные, и наиболее сложные — эволюционирующие системы. Связь между ними осуществляется через хаотическое, неравновесное состояние систем соседствующих уровней.
Неравновесность является необходимым условием появления новой организации, нового порядка, новых систем, то-есть, развития.
Когда нелинейные динамические системы объединяются, новое образование не равно сумме частей, а образует систему другой организации, или систему иного уровня.
Общее для всех эволюционирующих систем:
- неравновесность; спонтанное образование новых микроскопических (локальных) образований;
- изменения на макроскопическом (системном) уровне; возникновение новых свойств системы;
- этапы самоорганизации и фиксации новых качеств системы.
Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются энергией и веществом с внешней средой, за счёт чего и происходят процессы локальной упорядоченности и самоорганизации.
В сильно неравновесных состояниях системы начинают воспринимать те факторы воздействия извне, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии.
В неравновесных условиях относительная независимость элементов системы, уступает место корпоративному поведению элементов: вблизи равновесия элемент взаимодействует только с соседними, вдали от равновесия — «видит» всю систему целиком и, согласованность поведения элементов возрастает.
В состояниях, далеких от равновесия, начинают действовать бифуркационные механизмы: — наличие кратковременных точек раздвоения перехода к тому или иному относительно долговременному режиму системы — аттрактору. Заранее невозможно предсказать, какой из возможных аттракторов займёт система.
Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом:
Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции.
Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются во всех динамически стабильных и адаптивных системах, за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы. Но в более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, отклонения со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и через относительно кратковременное хаотическое состояние системы приводят-либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Поскольку флуктуации носят случайный характер, то состояние системы после бифуркации обусловлено действием суммы случайных факторов.
Самоорганизация, имеющая своим исходом образование, через этап хаоса, нового порядка или новых структур, может произойти лишь в системах достаточного уровня сложности, обладающих определённым количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические параметры связи и относительно высокие значения вероятностей своих флуктуаций. В противном случае, эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации. Недостаточно сложные системы не способны ни к спонтанной адаптации, ни, тем более, к развитию, и, при получении извне чрезмерного количества энергии теряют свою структуру и необратимо разрушаются.
Самоорганизация в сложных системах, переходы от одних структур к другим, возникновение новых уровней организации материи, сопровождаются нарушением симметрии. При описании эволюционных процессов, необходимо отказаться от симметрии времени, характерной для полностью детерминированных и обратимых процессов в классической механике.
Самоорганизация в сложных и открытых — диссипативных системах, к которым относится и жизнь и разум, приводят к необратимому разрушению старых и, к возникновению новых структур и систем, что наряду с явлением не убывания энтропии в закрытых системах обуславливает наличие «стрелы времени» в Природе». (Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуации. М.: Мир, 1973; Николис П., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах; Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. – М.: Прогресс, – 1986. Николис П., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. – М.: Мир, – 1979).
Принцип симметрии и диссимметрии Пьера Кюри
«В 1884 г. он опубликовал статью по вопросам упорядоченности и повторяемости, лежащих в основе изучения симметрии кристаллов. За этой статьёй в том же году последовало более общее рассмотрение той же проблемы. Ещё одна статья о симметрии и повторяемости вышла в 1885 г. В том же году он опубликовал имеющую очень большое значение теоретическую работу об образовании кристаллов и о капиллярных постоянных различных граней.
По этой быстрой последовательности работ можно судить, насколько Пьер Кюри был поглощён физикой кристаллов. Его теоретические и экспериментальные исследования в этой области группируются вокруг очень общего принципа - принципа симметрии, который был им постепенно установлен; окончательное выражение этот принцип получил лишь в статьях, опубликованных в годы с 1893 по 1895.
Вот эта формулировка, ставшая с тех пор классической.
«Когда определённые причины вызывают определённые следствия, то элементы симметрии причин должны проявляться в вызванных ими следствиях».
«Когда в каких-либо явлениях обнаруживается определённая диссимметрия, то эта же диссимметрия должна проявляться и в причинах, их породивших».
«Положения, обратные этим, неправильны, по крайней мере практически; иначе говоря, следствия могут обладать более высокой симметрией, чем вызвавшие их причины».
Первостепенное значение этих положений, весьма совершенных при всей их простоте, заключается в том, что элементы симметрии, о которых идёт речь, относятся ко всем физическим явлениям без исключения. Руководствуясь углублённым изучением групп симметрии, которые могут существовать в природе, Пьер Кюри показал, как нужно пользоваться этими положениями в той же мере геометрическими, как и физическими, чтобы предвидеть, возможно ли то или иное явление в данных условиях или невозможно. В начале одной из статей он высказывает такое утверждение: «Я полагаю, что следует ввести в физику понятия симметрии, привычные для кристаллографов». (Мария Кюри, Пьер Кюри, М., «Наука», 1968 г., с.21-22).
Устьянцев Валерий Николаевич:
Зако́н Архимеда — один из законов статики жидкостей (гидостатики) и газов (аэростатики): на тело, погружённое в жидкость илигаз, действует выталкивающая сила, равная весу объёма жидкости или газа, вытесненного частью тела, погружённой в жидкость или газ. Закон открыт Архимедом в III веке до н. э.
Выталкивающая сила также называется архимедовой или гидростатической подъёмной силой.
Так как сила Архимеда обусловлена силой тяжести, то в невесомости она не действует.
В соответствии с законом Архимеда для выталкивающей силы выполняется.
FA = rgV
где:
r — плотность жидкости или газа, кг/м3;
g — ускорение свободного падения м/сек2 ;
V — объему части тела, погружённой в жидкость или газ, м3;
FA — сила Архимеда, Н.
Закон Всемирного тяготения И. Ньютона:
F=G (m M/ R2 );
F-сила взаимодействия тел, М и m-массы взаимодействующих тел. Здесь G-гравитационная постоянная, равная примерно 6,6725×10-11 м³/(кг·с²).
при m1=m2=m имеем
G=Fr2/m2.
Из этой формулы видно, что гравитационная постоянная численно равна силе взаимного тяготения двух материальных точек, имеющих массы, равные единице массы, и находящихся друг от друга на расстоянии, равном единице длины. Числовое значение гравитационной постоянной устанавливают экспериментально. Впервые это сделал английский ученый Кэвендиш с помощью крутильного динамометра (крутильных весов).
В системе СИ гравитационная постоянная имеет значение
G = 6,67·10-11 Нм2/кг2.
Следовательно, две материальные точки массой 1 кг каждая, находящиеся друг от друга на расстоянии 1 м, взаимно притягиваются гравитационной силой, равной 6,67·10-10 Н.
Изучая притяжение тел по закону всемирного тяготения, мы встречаемся с гравитационным взаимодействием между телами. Это взаимодействие является одним из видов фундаментальных взаимодействий, существующих в природе. Оно осуществляется на расстоянии без непосредственного контакта между взаимодействующими телами. Гравитационное взаимодействие между телами, описываемое законом всемирного тяготения, осуществляется посредством гравитационного поля (поля тяготения). В каждой точке поля тяготения на помещенное туда тело действует сила тяготения, пропорциональная массе этого тела. Сила тяготения не зависит от среды, в которой находятся тела.
Поле тяготения обладает специфическим свойством, состоящим в том, что при переносе тела массой m из одной точки поля тяготения в другую работа силы тяготения не зависит от траектории движения тела, а зависит только от положения в этом поле начальной и конечной точек перемещения тела. Силы, обладающие подобным свойством, называют консервативными, а поле таких сил - потенциальным. Следовательно, поле тяготения является потенциальным полем, а сила тяготения - консервативной силой.
Расчет показывает, что работа силы тяготения (А) в поле тяготения Земли определяется по формуле:
A=GMm(1/r1-1/r2),
где, m - масса тела; M - масса Земли; r1 и r2 -расстояния от центра Земли до начальной и конечной точек перемещения тела.
Первый закон И. Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий, сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
Закон верен также в ситуации, когда внешние воздействия присутствуют, но взаимно компенсируются (это следует из 2-го закона Ньютона, так как скомпенсированные силы сообщают телу нулевое суммарное ускорение).
Второй закон И. Ньютона:
F=ma
Второй закон Ньютона действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта. Для скоростей, приближенных к скорости света, используются законы теории относительности.
Нельзя рассматривать частный случай (при F=0) второго закона как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование инерциальной системы отсчета, а второй формулируется уже в (ИСО).
Третий закон И. Ньютона:
Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.
Закон отражает принцип парного взаимодействия. То есть все силы в природе рождаются парами.
Для силы Лоренца третий закон Ньютона не выполняется. Лишь переформулировав его как закон сохранения импульса в замкнутой системе из частиц и электромагнитного поля, можно восстановить его справедливость.
Законы Ньютона являются основными законами механики. Из них могут быть выведены уравнения движения механических систем. Однако не все законы механики можно вывести из законов Ньютона. Например, закон всемирного тяготения или закон Гука не являются следствиями трёх законов Ньютона.
Во второй половине XIX века Д. Максвеллом были сформулированы основные законы электродинамики. При этом возникли сомнения в справедливости механического принципа относительности Галилея, применительно к электромагнитным явлениям. Во всех инерциальных системах отсчета, законы классической динамики имеют одинаковую форму (инвариантны); в этом состоит суть механического принципа относительности Галилея. При изучении движения быстрых заряженных частиц оказалось, что их движение не подчиняется законам Ньютона. Далее возникли затруднения при попытке применить классическую механику для объяснения распространения света. Последовательно развивая новые, отличные от классических, представления о пространстве и времени, А. Эйнштейн в начале XX века создал специальную теорию относительности. В рамках этой теории удалось согласовать принцип относительности с электродинамикой Максвелла, при этом новая теория не отменяла старую (ньютоновскую механику), а включала ее в себя как частный, предельный случай.
Общая теория относительности ОТО - физическая теория пространства-времени и тяготения, основана на экспериментальном принципе эквивалентности гравитационной и инерционной масс и предположении о линейности связи между массой и вызываемыми ею гравитационными эффектами. В рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специальной теории относительности, постулируется, что гравитационные эффекты вызываются не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а являются проявлениями деформаций самого пространства-времени, вызываемых локальным присутствием массы-энергии.
Теория квантового поля. Эта теория пытается описать поведение электронов, объединяя квантовую механику и частную теорию относительности Эйнштейна. Такое объединение идей оказалось довольно успешным, но в то же время английский физик, лауреат Нобелевской премии П. Дирак, автор теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на солидную математическую основу практически невозможно».
Дмитрий Самин: «Сшить» формулы Вина и Релея и вывести формулу, совершенно точно описывающую спектр излучения черного тела, удалось Максу Планку.
Проводя свои исследования, Планк обратил внимание на новые физические закономерности. Он установил на основе эксперимента закон теплового излучения нагретого тела. При этом он столкнулся с тем, что излучение имеет прерывный характер. Планк смог обосновать свой закон лишь с помощью замечательного предположения, что энергия колебания атомов не произвольная, а может принимать лишь ряд вполне определенных значений.
Планк установил, что свет с частотой колебания должен испускаться и поглощаться порциями, причем энергия каждой такой порции равна частоте колебания, умноженной на специальную константу, получившую название постоянной Планка.
В 1906 году вышла монография Планка «Лекции по теории теплового излучения».
Позиции квантовой теории укрепились, когда Альберт Эйнштейн воспользовался понятием фотона-кванта электромагнитного излучения. Эйнштейн предположил, что свет обладает двойственной природой: он может вести себя и как волна, и как частица.
Навигация
Перейти к полной версии