МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРАНСФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛЬНОЙ СУБСТАНЦИИ В ПРИРОДЕ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2021 Математика. Механика. Информатика Вып. 2(53)

МЕХАНИКА МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

УДК 530.12:531.551

Математическая модель трансформации материальной субстанции в природе

Г. С. Гуревич

Институт интеграции и профессиональной адаптации Израиль, г. Нетания, ул. Шломо хамелех, 3, кв. 13 garoldgurevich37@gmail.com

Дается определение образования центра равнодавления. Исследуется процесс концентрации материальной субстанции в центре равнодавления. Исследуется процесс образования веществ и концентрация материальной субстанции в центре равнодавления в результате увеличения давления.

Ключевые слова: гравитационное поле; центр равнодавления; макротело; тяготение; давление; микрочастицы.

Б01: 10.17072/1993-0550-2021-2-16-24

Наше Солнце состоит в основном из гелия и водорода. Атомы гелия и водорода состоят из электронов, протонов, нейтронов и комбинаций этих частиц.

Солнце излучает в окружающее пространство до четырех миллионов тонн вещества в секунду.

Солнце является звездой средней величины, поэтому звезды могут излучать и большее количество материальной субстанции.

Поток микрочастиц, излучаемый Солнцем, называют "солнечный ветер".

Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц, истекающий из солнечной короны со скоростью 300-1200 км/с в окружающее пространство. Это атомы гелия и водорода, протоны, нейтроны и т.д.

Утром с появлением Солнца мы видим свет. Свет движется со скоростью 300000 км/сек в сотни и тысячи раз быстрее, чем материальная субстанция солнечного ветра.

И именно свет производит давление.

Материя представляет собой совокупность веществ, из которых абстрагировано это понятие.

Исследование трансформации, то есть перехода веществ в различные агрегатные состояния, начнем с исследования излучения материальной субстанции Солнцем.

Солнце имеет диаметр 1 млн 200 тыс. км (рис. 1).

Рис. 1

© Гуревич Г. С., 2021

Впервые в 1604 г. гипотезу о существовании светового давления была высказана И. Кеплером. В 1873 г. Максвелл обосновал теоретически давление света.

Экспериментально световое давление измерил П. Н. Лебедев в 1900 г. [1].

В природе существует только материя в движении.

Параметры, определяющие движение материи: энергию, импульс, скорость т.д. и т.д. ввел человек для анализа процессов, происходящих в природе.

Свет - это процесс передачи импульсов электронами электронных оболочек атомов [2].

Как видно на эпюре (рис. 2) импульсы, извергаемые Солнцем в интервале 4п стерадиан и попадающие в том числе и к нам на Землю, находятся в широком диапазоне: от гамма квантов и рентгеновских фотонов до радиоволн.

Именно давление, создаваемое этими импульсами, и определил в своих экспериментах П. Н. Лебедев [1].

Плотность и температура реликтового излучения были теоретически рассчитаны Г.А. Гамовым и И.С. Шкловским в середине прошлого века и позже подтверждены экспериментально.

Если солнечный свет давит, следовательно, свет, излучаемый звездами галактики, тоже давит, образуя галактическое давление в центрах равнодавления, созданных звездами галактики [3].

Галактики в свою очередь сдавлены излучениями группы галактик космоса, образующих космическое давление в центре равнодав-ления, - в центрах образования галактик.

Импульсы распространяются со скоростью 300000 км/с в любой среде, в том числе и в среде с реликтовой плотностью вещества.

Материальная субстанция, излучаемая Солнцем в окружающее пространство, частично попадает на Землю, увеличивая ее массу.

Обозначим поток микрочастиц д, излучаемый звездой и создающий массу материальной субстанции т^ за промежуток времени

символом Фт (рис. 3).

Рис. 2

Видимый спектр света - это узкий диапазон импульсов с частотой в интервале длин волн 4000-8000 ангстрем, называемый оптическими фотонами.

Этот узкий диапазон частот колебаний электронных оболочек, передаваемый электронами электронных оболочек атомов среды, воспринимаемый глазом человека и анализируемый мозгом, человек назвал словом "свет".

Света как субстанции в природе нет.

В процессе эволюции человека и приспособления его к среде обитания этот узкий диапазон частот колебаний электронных оболочек как бы "подсвечен" с помощью органов чувств человека для ориентации в окружающей среде.

В межзвездном пространстве, в том числе между Солнцем и Землей, распространяются импульсы, передаваемые материальной субстанцией реликтовой плотности, заполняющей межзвездную среду галактики.

Рис. 3

Поток микрочастиц Фт<г, излучаемый

звездой за малый промежуток времени заполняет пространство в интервале 4п стерадиан.

Запишем излучаемый звездой поток Фт за время

4пФт<Л . (1)

Поток микрочастиц, излучаемый звездой в интервале времени (С = 0) ^ , представляет собой суммарное излучение звезды за этот интервал времени.

Итак, суммарный излучаемый звездой поток Ф материальной субстанции массой тч в окружающее пространство 4п стерадиан определится интегральной суммой потока 4п Фт dt в интервале времени (С = 0) ^ .

Проинтегрируем излучаемый звездой поток 4п Фт dt в интервале времени (£ = 0) ^

В пространстве 4п стерадиан, окружающем звезду, концентрация материальной субстанции массой тч определяется произведением постоянного потока микрочастиц Фт?, излучаемого звездой в единицу времени, умноженной на время этого излучения.

Обозначим массу материальной субстанции, излучаемую одним макротелом в окружающее пространство 4п стерадиан в интервале времени 0 - , символом т(4п):

т(4п) = 4п ífe (3)

Определим из формулы (3) поток материальной субстанции, поступающий в любую точку "Т" окружающего пространства звезды в интервале времени 0 - :

Масса материальной субстанции т(Т), излучаемая звездой в любую точку "Т" окружающего пространства звезды в интервале времени 0 - , определится выражением:

т(Т) = Фтп • ífe.

(4)

сил, порожденная давлением материальной субстанции, излучаемой звездами, равна нулю.

Величина давления в этой точке будет максимальной.

Центр равнодавления является точкой максимальной концентрации материальной субстанции.

Исследуем взаимодействие множества звезд в космосе - ближайшей обозримой части Вселенной.

Наша галактика содержит порядка 400 миллиардов звезд.

Каждая звезда излучает в окружающее пространство материальную субстанцию, из которой состоит.

Эта материальная субстанция заполняет пространство между макротелами, образуя реликтовое состояние вещества в галактиках.

Из этой материальной субстанции образуются макротела в галактиках.

Обратимся к рис. 4, на котором показана группа звезд, обозначенная символами Ь, Ь+1, Ь+2 ... I и эквипотенциальные поверхности вокруг звезд.

Исследуем взаимодействие N=^1 звезд, образующих центр равнодавления.

Центр равнодавления определяется точкой в пространстве, где равнодействующая

Рис. 4

Как показано выше, звезда излучает в любую точку любой эквипотенциальной поверхности поток микрочастиц Фт? массой т^.

В интервале времени 0 - звезда излучает в точку любой эквипотенциальной поверхности поток микрочастиц массой т(Т) =

Фтч • (формула 4).

Группа N звезд образует центр равнодав-ления, в котором пересекаются эквипотенциальные поверхности всех звезд данной группы.

Каждая звезда из N звезд излучает в центр равнодавления (точка Т) поток микрочастиц.

Посчитаем суммарный поток микрочастиц, концентрирующихся в центре равнодавления.

£

к

Запишем интегральный поток микрочастиц, излучаемых К= I - Ь звездами в центр равнодавления, в интервале времени 0 - : J 1 J

(5)

Подынтегральное выражение Фт •¿^ представляет собой массу материальной субстанции, излучаемую одной звездой в любую точку "Т" окружающего пространства звезды, в том числе в центр равнодавления в интервале времени 0 - .

Проинтегрировав массу материальной субстанции, излучаемую N звездами в точку "Т", то есть в центр равнодавления, получим массу материальной субстанции, излучаемую N звездами в центр равнодавления в интервале времени 0 - .

Интегральная сумма т (1, (5) представляет собой массу материальной субстанции, сконцентрированной в центре равнодав-ления излучением N звезд в интервале времени 0 - Ьк:

т (t,N) = т(Т> N = Ф^ • ífe • N (6) где т(Т) - усредненная масса, излучаемая одной звездой средней величины, подобной нашему Солнцу, излучающему 4 млн тонн вещества в секунду.

Для точного определения массы материальной субстанции, концентрирующейся в центре равнодавления, необходимо знать массы звезд и количество материальной субстанции, излучаемой ими в центр равнодавления.

Исследуем процесс образования массы материальной субстанции в гравитационном поле. До того как образовалось макротело, в любую точку Т пространства в интервале 4я стерадиан поступает поток Фт(} материальной субстанции массой тя (рис. 5).

Поток микрочастиц Фт(}, создаваемый группой звезд в центре равнодавления в любой точке Т в определенный исторический момент времени, является величиной постоянной.

Этот поток пересекает эквипотенциальные поверхности в пространстве равнодавления.

Следовательно, масса материальной субстанции потока микрочастиц Фт (масса величина скалярная) в любой точке Т в центре равнодавления до образования макротела - величина постоянная:

Фт = еоп81

(7)

Плотность материальной субстанции потока микрочастиц в любой точке Т в центре равнодавления до образования макротела будет величиной переменной.

Действительно, плотность р - есть отношение массы потока микрочастиц Фт? к эквипотенциальной поверхности

площади Я

»-»ЧТ^ТЧ ППЙ •

р =

_ Фтч

(8)

Масса Ф^ в формуле (8) - величина постоянная, площадь эквипотенциальной поверхности 5экв.пов - величина переменная.

Чем меньше площадь эквипотенциальной поверхности, то есть, чем ближе к центру, тем больше будет плотность, и чем дальше от центра, тем плотность будет меньше.

На рис. 6 показана группа звезд галактики. Звезды, как и наше Солнце, излучают то, из чего они состоят - микрочастицы вещества.

Рис. 5

Рис. 6

5

экв.пов

Данная группа звезд образует центр рав-нодавления.

В центре равнодавления встретятся потоки излучаемой материи этой группой звезд. В этом месте пространства произойдет встреча, столкновение и взаимоторможение излучаемых звездами частиц материи. Частицы изменят траектории своего движения при столкновении, создавая как бы мишень для вновь прибывающих частиц вещества.

Излучаемая звездами галактики материальная субстанция образует центр равнодавле-ния.

В центре равнодавления создается повышенная плотность вещества, рожденная этой группой звезд. Так как звезды движутся по определенным траекториям, то вновь образующаяся среда также начинает двигаться вместе с ними.

Со временем все больше и больше частиц затормаживается в этом месте пространства. Создается все более плотная и более объемная мишень для пролетающих частиц материи. Происходит перекачка материи данной группы звезд в это место Галактики. Именно в этом месте зарождается новая звезда [4].

Постепенно по мере взаимоторможения концентрируется все большее число частиц материи в месте этого образования. По мере увеличения числа частиц увеличивается плотность вещества. Частицы, сталкиваясь, передают свой импульс в центр вновь образовавшейся массы, создавая все большее и большее давление в центре материального образования.

Подобная картина наблюдается во вновь полученном материальном образовании, где давление в центре будет складываться из суммы импульсов всех микрочастиц, атакующих и передающих свои импульсы частицам вещества, заторможенным в данном месте галактического пространства.

Постепенно по мере увеличения количества микрочастиц вещества и увеличения давления начинает создаваться более плотная масса, как было показано выше, называемая туманностью.

Перейдем к рис. 7. Исследуем и проследим эволюционные процессы концентрации материальной субстанции, излучаемой звездами галактики в центре равнодавления и рождение макротел в этих центрах равнодавления.

КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ПРИ РОЖДЕНИИ МАКРОТЕЛ И ОБРАЗОВАНИИ ВЕЩЕСТВ

I г МЯНгиь I И 1.11И I ИИ,

(ВОДОРОДгГЕЛИЙ) БОРИТЛ)

Рис. 7

На рис. 7 в Фазе 1 показана вышеописанная картина.

Так как галактики движутся и вращаются, образующаяся туманность начинает двигаться и вращаться, создавая спиральную туманность Фаза 2.

На основании сказанного можно сделать вывод: для данной группы звезд в отдельно взятой галактике существует центр концентрации вещества, излучаемого этой группой звезд. Это место определяется законом равнодавления.

В галактике образуется множество центров равнодавления. Так как частицы в туманности относительно свободно скользят, вьются, движутся друг возле друга, то она будет холодной. Но с ростом поверхности и увеличением объема туманности растет давление в центре этой туманности.

Материя уплотняется, спрессовывается, сгущается. Микрочастицы, ранее свободно перемещавшиеся в пределах туманности, ограничивают свои пробеги вследствие увеличения количества микрочастиц. Увеличивается число соударений.

Те микрочастицы, которые попадают в область зарождения новой звезды, не обязательно попадают в центральную часть. Они попадают в область повышенной плотности, сталкиваются с микрочастицами, передают импульс и продолжают двигаться в той или иной области пространства, создавая ту или иную плотность вещества.

Следовательно, везде и всюду существует среда, состоящая из микрочастиц, которые в процессе своего движения и взаимодействия с себе подобными микрочастицами передают импульсы частицам окружающей среды.

Если свет, излучаемый Солнцем, давит, образуя солнечное давление, как доказал Лебедев [1], следовательно, звезды галактики, образующие центр равнодавления, создают галактическое давление на материальную субстанцию, концентрирующуюся в этом центре равнодавления.

Запишем процесс образования давления дой в центре равнодавления, на массу материв единицу времени, создаваемого одной звез- альной субстанции тп, формирующуюся в

центре равнодавления (8):

Расшифруем формулу: Поток микрочастиц 4кФт(} массой тч, образованный излучением звезды в интервале 4п стерадиан, образует напряженность на эквипотенциальной поверхности радиуса Я:

Gmq

4nR2

(10)

Микрочастицы потока 4лФт^ вступают во взаимодействие с микрочастицами массой тп, концентрируемыми в центре равнодавления, и создают на них давление: 4пФт„

4nR2

^ Шг,

(11)

Обозначим давление, создаваемое потоком микрочастиц звезды 4лФШч на материальную субстанцию тп вектором О.

Давление О запишется в виде:

4пФтч ™ п/тК ™ \ - 4nmq 4UR2

■тп ^ D(Фт„ ^ тп) =

4nR2

т„ =

(12)

В формуле (12) поток микрочастиц Фт(}, излучаемый звездой в центр равнодавления, пропорционален экранирующей способности массы звезды mq [3], [4].

Заменим поток Фт<} на эквивалентную этому потоку массу звезды mq.

Давление потока Фт(1 на материальную субстанцию тела тп создает силу F-? ,

описываемую формулой Ньютона

д(Фт ^ тп) ^ = Fs . (13)

v mq п> R2 Фтч^ тп v '

В результате этого взаимодействия макротело тп получает ускорение атп и движется в системе звезд, образовавших это макротело тп.

По второму закону механики движение тел, в том числе и движение макротела тп, описывается формулой:

РФФт^ Шп = йтп . (14)

Ускорение атп - это скорость Утп изменения скорости во времени Ь:

Œ-yi

Запишем формулу (14) в виде

(15)

(16)

Произведение массы тп на скорость - есть импульс, получаемый материальной субстанцией тп , расположенной в центре равнодавления:

mn-Vmn = Ртп . (17)

Перепишем формулу (16) в виде

F

Ф„

_ mnvmn _ Ртп лт

п t t . ( )

В результате преобразований с использованием формул Ньютона получаем давление в единицу времени t, выраженное через импульс Ртп:

Oes. . (19)

Таким образом, на макротело тп, образовавшееся в центре равнодавления, одна звезда создает давление в единицу времени, равное

D (Фг.

тп) =F.

= . (20)

Суммарное давление, создаваемое одной звездой в центре равнодавления в интервале времени , определится интегральной сум-

мой:

s

m

Ч

Ч

— тп

п

t

t

t

4

4

mq ™n

2

R

m

4

—>

4

4

(21)

Подынтегральное выражение

^ Л г

представляет собой давление, создаваемое одной звездой на материальную субстанцию тп в интервале времени Л.

Интегральное давление, создаваемое одной звездой в центре равнодавления на материальную субстанцию тп равно произведению импульса Р тп, создаваемого этой звездой в интервале времени tk, умноженного на логарифм времени tk :

PmJn(tk) .

(22)

Давление, создаваемое группой звезд N=J-L в центре равнодавления, определится интегральной суммой давлений этих звезд :

Подынтегральное выражение

Pmnln(tk)dn представляет собой давление, создаваемое одной звездой на макротело тп в интервале времени dt.

Суммарное давление на макротело тп, создаваемое группой звезд N=J-L в центре равнодавления, определяется произведением давления N макротел и натурального логарифма от времени tk излучения материальной субстанции в центр равнодавления:

N • ln(tk).

(24)

Таким образом, все макрообразования Вселенной от звезды в галактике до галактик стиснуты, сдавлены, утрамбованы микрочастицами материи.

Макрообразования отталкиваются друг от друга своими излучениями микрочастиц вещества, загоняя, таким образом, друг друга в определенные траектории движения, определяемые условиями равнодавления.

Промежуточная же среда, заполненная микрочастицами, является передающей средой. Она представляет собой реликтовое состояние вещества, то есть вещества с минимальной плотностью.

Вследствие увеличивающейся концентрации вещества увеличивается плотность вещества.

Увеличивается давление.

В определенный момент времени Ьк1 создается давление, при котором микрочастицы получают энергию

Б=ЬУ, (25)

достаточную для квантового перехода свободно движущихся микрочастиц в новое состояние.

Образуется первое вещество в газовом состоянии - водород (рис. 7, Фаза 2).

Затем, при увеличении давления и создания достаточной энергии микрочастиц, происходит квантовый переход водорода в гелий путем внедрения электрона и протона в атом водорода (Фаза 2).

В результате дальнейшей концентрации вещества его плотность продолжает увеличиваться.

Увеличивается давление вещества. Увеличивается энергия микрочастиц.

В момент времени Ьк2 наступает следующий квантовый переход с образованием первого твердого легкого элемента вещества, получившего название литий (Фаза 3).

m

п

Момент времени ^ определяет квантовый переход веществ в твердое состояние и зарождение ядра макротела.

Этот период определяет переход от фазы туманности к фазе макротела (Фаза 3).

Пробеги микрочастиц под все увеличивающимся давлением все более и более ограничиваются.

Частицы загоняются в меньшие объемы.

Теперь, по мере перекачки материи в данное место галактики, растет ядро макротела.

По мере увеличения ядра, давление в его центре все возрастает и возрастает.

Материя уплотняется, спрессовывается.

В ядре, в результате увеличивающихся энергий, давлений и квантовых переходов образуются более тяжелые элементы веществ, масса которых тем больше, чем больше давление и, соответственно, энергия.

В процессе увеличивающегося давления, в результате которого происходит дальнейший процесс внедрения электронов и нуклонов в ядра атомов, образуются твердые элементы - бериллий, бор, углерод и т. д. (Фаза 3).

В результате огромных давлений, достигающих миллионы атмосфер, в центре макротела образуются все элементы, представленные в таблице Менделеева (Фаза 4).

С ростом давления и температуры наступает следующий квантовый переход макротела в момент времени (рис. 8, Фаза 5).

Рис. 8

Ранее созданные элементы вещества начинают плавиться от центра ядра к периферии, создавая магму (Фаза 5).

Макротело разогревается.

В настоящее время температура внутри Земли порядка 6000 градусов, давление около 4 млн атмосфер. Магма охватывает около четырех тысяч километров от центра Земли. Мантия, т. е. твердая составляющая Земли, -порядка двух тысяч километров от поверхности Земли (Фаза 6).

В определенный период давление достигает таких величин, при которых мантия расплавляется и переходит в магматическое состояние (Фаза 7).

С ростом давления пробеги микрочастиц становятся настолько малы, что разрушаются ранее образовавшиеся элементы вещества. Внутриядерные реакции продолжаются. Макротело все более и более разогревается. Непрерывные ядерные реакции сопровождаются выбросом огромных количеств материи в окружающее пространство (протуберанцы).

В момент времени наступает следующий квантовый переход макротела.

Мантия полностью расплавляется и макротело начинает излучать ранее накопленную материю.

Макротело переходит в последнюю фазу - фазу звезды и продолжает излучать ранее накопленную материю (Фаза 8).

Таким образом, следуя за излучением Солнца, с которого мы начали исследовать процесс концентрации материальной субстанции, прошли фазы образования центра равно-давления, образование макротела в центре рав-нодавления и получили фазу Солнца, излучающего ранее накопленную материю.

Таким образом мы пришли к точке, с которой начали исследование, т. е. получили алгоритм рождения и эволюции макротел в природе.

Необходимо обратить внимание на то, что, находясь в фазе звезды и излучая раннее накопленную материю, звезда одновременно продолжает получать материальную субстанцию, как и прежде (рис. 9).

Пока количество вещества, получаемого звездой, будет больше излучаемого ею, давление внутри звезды будет меньше давления, создаваемого данной группой звезд.

Рис. 9

Как только масса материальной субстанции, концентрирующаяся в центре равнодавле-ния, создаст давление в центре звезды большее, чем давление, создаваемое группой звезд в центре равнодавления, произойдет последний квантовый переход во времени - взрыв и распад звезды (рис. 8, Фаза 9).

Выводы

Диалектика развития всего сущего едина: рождение - жизнь - смерть.

В природе это проявляется во всем многообразии и единстве, от процессов в микромире до процессов в макромире. Из анализа процесса рождения жизни и взрывов макротел в галактиках, галактик в метагалактиках, метагалактик во Вселенной, следует, что в результате этих процессов происходит перемещение центров равнодавления, непрерывное и вечное перераспределение и перенос материальной субстанции во Вселенной.

Макротела в галактиках, галактики в метагалактиках, метагалактики во Вселенной, стиснуты, сдавлены, утрамбованы микрочастицами материи, атакующими все эти образования.

В соответствии с законом равнодавления макротела в галактиках, галактики в метагалактиках, метагалактики во Вселенной выдавливаются в определенное место в пространстве излучениями материальной субстанции в строго определенные траектории движения.

Во Вселенной непрерывно чередуются: энтропия - вихри - хаос - плазма и, наконец,

распад, взрыв, а затем контропия - гармония -порядок - синтез.

Этот процесс бесконечен. Каждый период энтропии, беспорядка, распада, взрыва дает микрочастицы вещества для созидания новых макротел в галактиках, галактик в метагалактиках, метагалактик во Вселенной.

В природе действует единый процесс гармоничной ассоциации дискретного в конкретное, единичного в целое, частного в общее.

Взрывается не Вселенная - Вселенная вместилище метагалактик, галактик и макротел.

Взрываются метагалактики во Вселенной, галактики в метагалактиках и макротела в галактиках и этот процесс бесконечен во времени.

Список литературы

1. Лебедев Н.П. Давление света. М.: Гостехиз-дат, 1922. Классики естествознания. Кн. 4.

2. Гуревич Г.С., Каневский С.Н. Свет и тепло. Что излучает Солнце? М.: ИПО "У Никитских ворот". 2012. 72 с. ISBN: 978-5-91366515-7.

3. ГуревичГ.С. Математическое моделирование процессов в гравитационном поле макротела // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2021. Вып. 1(52). С. 16-24.

4. Каневский С.Н., ГуревичГ.С. Астродинамика. М.: ИПО "У Никитских ворот", 2009. 384 с. ISBN 978-5-91366-081-7.

Mathematical model of material substance transformation in nature

G. S. Gurevich

Institute for Integration and Professional Adaptation Israel, Netanya garoldgurevich37@gmail.com

The definition of the formation of the center of equal pressure is given. The process of concentration of a material substance in the center of equal pressure is investigated. The process of the formation of substances in the process of concentration of a material substance in the center of equal pressure as a result of an increase in pressure is investigated.

Keywords: gravitational field; center of equalpressure; macrobody; gravity; pressure; micropar-ticles.