CC BY
22
УДК 681.5
СИМУЛЯТОР СУПЕРВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
Н. Г. Васильев, Д. Н. Васильев
SIMULATOR SUPERWCIALLY N. G. Vasil'ev, D. N. Vasil'ev
Аннотация. Актуальность и цели. Сегодня науке хорошо известно, что в основе всего лежат так называемые фундаментальные взаимодействия, объединяемые стандартной моделью физики, дополненной Хиггсовским механизмом. Однако существующее ощущение того, что обнаруженные на фундаментальном уровне взаимодействия и супервзаимодействия, а также отношения, носителем которых они являются, составляют основу всего, включая жизнь и деятельность человека, только начинают превращаться в реальность в рамках так называемых квантовых технологий. Примерами применения понимания человеком квантовой механики являются попытки использования квантовых закономерностей и механизмов в моделировании экономики. Тем не менее отсутствуют простые действующие компьютерные модели подобных взаимодействий, которые было бы возможно уже сейчас использовать для построения информационных моделей сложных систем. В данной работе приводится описание симулятора супервзаимодействий, визуализирующего подобные взаимодействия и супервзаимодействия. Материалы и методы. Для построения симулятора супервзаимодействия используются обычные компьютерные технологии и методы программирования, в частности объектно-ориентированное программирование, однако на регулярной основе использующие временные характеристики выполняемых процедур и функций, а также их отношений и структур, возникающих на экране в результате нарушения этих отношений. Результаты. Получена модель динамично существующего образа, постоянно становящегося самим собой и наблюдаемого на экране как результат действий и противодействий, по крайней мере, двух сторон, представленных четырьмя осциллирующими компонентами, сменяющими друг друга и образующих супервзаимодействие. В представленном симуляторе супервзаимодействий превращено в наблюдаемое явление, процесс существования динамично существующего состояния, визуализируемого в виде образа, позволяющего проводить с ним различные эксперименты и использовать в качестве инструмента представления любых объектов в виде систем. Выводы. Разработанный симулятор супервзаимодействий, визуализирующий на экране свои динамично существующие состояния, позволяет проинтерпретировать их в терминах любой отрасли знаний, включая экономику.
Ключевые слова: изображающие точки, точки-следы, образ, состояние, реакция, поведение, взаимодействие, супервзаимодействие, визуализация.
Abstract. Background. Today to a science it is well-known, that in a basis of all the so-called fundamental interactions united by standard model of physics, added Higgs's the mechanism lay. However existing sensation of that the interactions found out at a fundamental level and superinteractions, and also attitudes(relations) which carrier they are, make a basis of everything, including life and activity of the person, only start to turn to a reality in frameworks, so-called, quantum technologies. Examples of application of understanding the person of the quantum mechanics are attempts of use of quantum laws and mechanisms in modelling economy. Nevertheless, there are no simple working computer models of similar interactions which now already would need to be used for construction of information models of complex(difficult) systems. In the given work the description of a simulator of superinteractions, визуализирующего similar interactions and superinterac-
tions is resulted. Materials and methods. For construction of a simulator of superinteraction programming, however on a regular basis using time characteristics of carried out procedures and functions, and also their attitudes(relations) and the structures arising on the screen as a result of infringement of these attitudes(relations) is used usual computer technologies and methods of programming, in particular object-oriented. Results. The model of dynamically existing image constantly becoming by itself and observably(notice) on the screen as result of actions and counteractions, at least, two parties submitted to four осциллирующими components сменяющими each other and forming superinteraction is received. In the submitted simulator of superinteractions it is transformed into the observa-bly(notice) phenomenon, process of existence of dynamically existing condition, визуализируемого as an image, allowing to carry out(spend) with it(him) various experiments and to use as the tool of representation of any objects as systems. Conclusions. The developed simulator of superinteractions, rendering on the screen the dynamically existing states, allows to interpret them in terms of any branch of knowledge, including economy.
Key words: representing points, points-traces, an image, a condition, reaction, behaviour, interaction, superinteraction, visualization.
Введение
Современное состояние IT нельзя охарактеризовать в радужных цветах [1]. В связи с этим не прекращаются поиски новых решений задач, возникающих в связи с быстроменяющейся обстановкой. Одним из таких решений является попытка разработки квантовой тематики и квантовых технологий, в частности построение топологического квантового компьютера. Основой квантовой технологии является освоение новых носителей битов, в качестве которых пытаются использовать свойства объектов микроуровня, обладающих квантовыми свойствами, что сопряжено пока с непреодолимыми трудностями технического и технологического характера. В связи с этим квантовые технологии слишком затратны. Кроме этого известно, что все революции в области IT были связаны исключительно с разработкой и сменой носителей бита, так сказать, от реле до транзистора и миллионов транзисторов на одном чипе [2]. Также известны способы обойти технологические трудности, связанные с использованием реальных микрочастиц в качестве носителей д-битов, - это реализация так называемых топологических д-битов, которые устойчивы к внешним возмущениям [3]. Однако реализация и этой, по сути, прорывной технологии пошла по пути попыток реализации топологических д-битов на физических явлениях, которые можно организовать, например, в сверхпроводящих кольцах, что не менее затратно. В связи с этим возникает настоятельная необходимость в разработке новых носителей информации битов и кубитов, но не требующих использования трудных и затратных технологий, а позволяющих использовать уже сегодня возможности обычных компьютеров для объективизации необходимых состояний путем их визуализации. Это направление можно назвать визуализацией информации в отличие от существующих направлений визуализации данных. В качестве такового в данной статье предлагаются описание основы построения и примеры работы симулятора супервзиамодействий, который обладает свойствами, необходимыми для моделирования на нем как бита, так и д-бита или квантового бита. В данной статье будет рассмотрен симулятор супервзаимодействий, визуализирующий свои состояния, которые позволяют определить в них как переменные, в том числе булевы, так и переходы между ними и использовать их для моделирования путем визуализации наших понятий и научных абстрак-
ций. Кроме этого, в статье демонстрируется, что характеристики таких наблюдаемых и измеряемых изменяющихся состояний могут быть использованы в качестве программ для самого этого носителя. В невозмущенном состоянии процесс существования носителя отвечает всем существующим определениям тождества. Известно, что тождество - основное понятие логики, философии и математики, которое используется в языках научных теорий для формулировки определяющих соотношений, законов и теорем [3]. Реализация данного понятия в компьютере в виде реальных процессов подводит к возможности автоматизации использования самого понятия «тождество».
Что понимается под супервзаимодействием? Ни у кого нет сомнений в том, что атрибутами любого взаимодействия являются, по крайней мере, две, причем всегда противоположные и остающиеся самими собой стороны. Однако если допустить, что стороны уже являются взаимодействиями, то мы получим супервзаимодействие, которое организует отношения между четырьмя компонентами, представляющими одно единое целое. В физике идеи возможности существования такого супервзаимодействия, лежащего в основе Вселенной, высказывались неоднократно. Например, в [4] подобное супервзаимодействие называется «суперсилой». Сегодня все чаще ее называют «суперсимметрией». Так, в [5] приводится схема фундаментальных взаимодействий, которые экстраполируются в унифицированное супервзаимодействие, в котором все фундаментальные силы эквивалентны и образуют тождество (рис. 1).
Рис. 1. Схема экстраполяции слияния фундаментальных взаимодействий вне или за пределами стандартной модели
В данной работе гипотеза о существовании данного супервзаимодействия принимается за основу и предпринимается попытка организации подобного по отношениям и механизму реализации супервзаимодействия в компьютерной системе.
Организация супервзаимодействия
Для того чтобы организовать перманентный процесс генерации супервзаимодействий и его актуального существования в виде наблюдаемого процесса, необходимо визуализировать его изменяющиеся состояния. Для этого воспользуемся специально организованной работой компьютерной системы. Суть такой организации заключается в следующем.
В качестве компонент, образующих супервзаимодействие, будем рассматривать изображающие точки (ИТ). Под изображающей точкой будем понимать кривую как след движущейся точки, по определению К. Жордана. Так вот, такая движущаяся и способная оставлять свои точки-следы точка и называется изображающей точкой. Изображающая точка задается рассчитываемыми по программе координатами (парой координат) (х,у и р,ф), но которая, двигаясь, способна оставлять свои точки-следы на экране компьютера и таким образом быть визуализированной в виде множества ее точек-следов (ТС ИТ) (рис. 2).
Рис. 2. Схема, демонстрирующая понятие изображающей точки ИТ
В силу того, что в супервзаимодействии должно быть четыре стороны, рассчитываются четыре пары пар таких координат, которые за определенный отрезок времени будут отображаться на экран четырьмя точками-следами. Для отличия друг от друга точек-следов, принадлежащих разным ИТ, каждой ИТ присваивается свой номер, обозначающий порядок вывода на экран своих точек-следов ИТ]-ИТ4 (рис. 3).
Далее работа программы организуется таким образом, чтобы каждая ИТ двигалась вокруг общего для всех четырех радиус-векторов pi = р2 = р3 = р4 = 1 полюса с одинаковыми скоростями Дф1 = Дф2 = Дф3 = Дф4, но в попарно противоположные стороны. Для расчета координат ИТ используется формула логарифмической спирали в полярной системе координат
cos
р = Аеsin . (1)
Таких формул используется четыре, они отличаются знаками перед масштабным множителем А или самим основанием е и перед показателем степени.
ИТ1 ех; ИТ3е-х; ИТ2 - е-х; ИТ4 -ех . (2)
Схема таких знаков (2) называется правилом знаков.
Движение ИТ задается углом приращения Дф1= Дф2= Дф3= Дф4. Для обеспечения движения ИТ вдоль окружности единичного радиуса угол наклона касательной к точке-концу радиус-вектора а задается равным л/2. В результате движения ИТ на экране из их точек-следов формируется структура, которая допускает ее определение как струны. В результате выполнения всех вышеперечисленных условий среди четырех ИТ выделяются две пары ИТ1-ИТ2 и ИТ3-ИТ4, компоненты (стороны) которых будут составлять всегда (в процессе движения ИТ) диаметрально противоположную пару, но направление их движения вокруг образуемой их точками-следами окружности будет противоположное. Это так называемые лево- и правовинтовые пары. В силу того, что ИТ, составляющие эти пары, всегда в процессе движения будут находиться на одинаковых расстояниях друг от друга, они называются константными. Среди этих же четырех ИТ выделяются еще две пары - ИТ2-ИТ3 и ИТ4-ИТ1, которые будут хордовыми или переменными, потому что относительные направления их движения, а также расстояния между ними будут изменяться. Каждая пара может быть названа элементарным взаимодействием/невзаимодействием, а вся система, состоящая из четырех ИТ и формирующая все перечисленные выше отношения, будет называться «супервзаимодействием». В результате работы программы, реализующей все эти отношения, на экране будет формироваться динамично существующий образ окружности, постоянно составляемый из точек-следов четырех движущихся указанным выше способом ИТ, разбивающих ее на четыре дуги - процесса. В невозмущенном состоянии этот образ является моделью представления или суждения о том, что такое «один и тот же» предмет, который лежит в основе определения тождества [6]. В дальнейшем будем называть эту компьютерную систему симулятором супервзаимодействий, или имитационной моделью тождества. Наблюдаемый на экране образ визуализирует постоянно меняющееся состояние представляемого им понятия системы. Иначе его можно назвать концептуальной моделью понятия системы, которое, как известно, не меняется при использовании ее в качестве модели любых объектов, причем относящихся как к внешнему, так и внутреннему миру - миру наших представлений, абстракций и идей. Такая система называется системой с памятью, потому что точки-следы, появившиеся на экране, сохраняются. На рис. 4 приведены три фрагмента процесса существования супервзаимодействия, яв-
ляющегося носителем своих понятий, в частности понятия «система», называемые двумя чистыми и одним переходным (смешанным) состояниями.
Г |л А л" 4
N * V, 4 у / 1
а) б) в)
Рис. 4. Фрагменты процесса существования динамично существующего, становящегося самим собой образа понятия системы (окружности), в основе которого лежит супервзаимодействие
Номерами показаны четыре дуги, каждая из которых строится своей ИТ, обозначенной своим номером. Направления развития этих дуг показаны стрелками. Места встреч движущихся каждой в своем направлении ИТ выглядят как крестики. Места расставаний движущихся в хордовых парах ИТ совпадают с местами пересечения осей и окружности: на первом фрагменте (рис. 4,а) - вертикальной, а на третьем (рис. 4,в) - с горизонтальной.
Показанные на рис. 4 фрагменты процесса существования образа системы супервзаимодействия демонстрируют четыре отличающихся порядком компонента (дуги), но на рис. 4,б легко выделяются восемь различимых частей, обозначенных своими номерами. Это означает, что одна ИТ начинает оставлять свои точки-следы на точках-следах, оставленных другой ИТ раньше, как бы вытесняя их с прежнего места. Настоящее замещает ближайшее прошлое одной стороны ближайшим будущим другой стороны. По сути, моделируется и визуализируется настоящее как процесс перехода пространства одной стороны во время другой, и наоборот, существующие в своих изменяющихся осциллирующих состояниях, о котором Д. Гросс говорил, используя термины «здесь» и «сейчас» и называя их аллюзиями [5].
В чистых состояниях, фрагменты которых показаны на рис. 4,а,б, образ состоит из дуг четырех различных ИТ - качеств, на рисунке обозначенных порядковыми номерами, однако замыкается этот образ четырьмя дугами одновременно с точностью до некоторой бесконечно малой величины, определяемой условиями замыкания. Заметим, что различие в принадлежности разным ИТ, имеющим свои порядковые номера, в данном контексте надо понимать как различие в качествах формируемых ИТ структур. Эти качества могут получать разные интерпретации, например, называться как «пространство» и «время» двух противоположных взаимодействующих сторон, но в силу того, что они представляют собой единое целое, могут называться «динамической моделью» континуума пространства-времени. Данный способ обозначения различных качеств широко используется, например в хромоди-намике, разделе физики под названием «КХД», где для их обозначения вводятся цвета. Однако всем понятно, что там ни о каких цветах, которые воспринимает человек, речи не идет. Таким образом, с помощью понятия «цвет»
просто обозначают качественные отличия компонент. В данной системе цвета заменены порядковыми номерами ИТ. Эти порядковые номера ИТ, формирующих свои структуры, в физике могут называть и ароматами. Так, например, в нейтринной физике для обозначения типов нейтрино действительно начали использовать ароматы. Однако никто не надеется почувствовать запах нейтрино. Все эти примеры лишний раз подтверждают тот факт, что подспудно речь идет о моделировании наших человеческих способностей воспринимать цвета, запахи и прочие ощущения.
Некоторые свойства динамично существующего образа супервзаимодействия
Над наблюдаемым и динамично существующим состоянием, структурой образа окружности (полным спектром) можно проводить различные эксперименты как с реальным физическим явлением. Например, можно приблизить эксперименты с ним к тем, которые проводятся в квантовой физике с целью исследования свойств микромира. Для этого достаточно установить следующее условие - рисовать только в случае измерения. Тогда при нажатии кнопки под названием «измерение» на экран будут выводиться только отдельные точки-следы точно так, как это происходит в квантово-механических экспериментах по регистрации частиц. В этом случае, применив существующие методы анализа результатов таких экспериментов, известных в физике, можно будет с какой-то вероятностью проявить, что мы перед собой имеем. Можно провести эксперимент попроще - путем остановки процесса существования динамично строящегося образа попытаться запечатлеть определенное состояние. Необходимо заметить, что при достаточно малых значениях Дф вероятность экспериментального обнаружения чистых состояний, показанных на рис. 4,а,в, устремлена к 0, а смешанного состояния (рис. 4,6) - к 1. Таким образом, наблюдаемое явление по отношению к экспериментатору, особенно не знающему суть организации его в машине, проявляет свою вероятностную природу. Смешанное состояние демонстрирует процесс осцилляций, т.е. превращения компонента из одного типа в другой, которое на самом деле означает переход ИТ из одного квадранта в другой с замещением в нем ранее существовавшего в нем качества (точек-следов, оставленных ИТ другого номера).
Второй особенностью данного образа, если не стирать историю его построения, является то, что прямо с экрана можно получать различные характеристики как характеристики реально существующего явления и использовать их в качестве управляющих воздействий, подаваемых на сам этот образ, например на его общий полюс, отвечающий за положение на экране образа как целого.
Для примера рассмотрим способность данного динамично существующего образа к автоматическому порождению собственных реакций на внешние возмущения, источником которых могут быть любые объекты. Заметим, что эта способность, называемая Д. Гроссом [5] способностью мимикрировать, планируется для использования в квантовых компьютерах и квантовых симуляторах. Для этого рассмотрим некоторые конкретные характеристики симулятора.
Из описания работы симулятора супервзаимодействий, сделанного выше, следует, что образ окружности постоянно строится. Он составляется точ-
ками-следами четырех движущихся ИТ. Количество точек, которое оказывается достаточным для замыкания образа окружности, легко определяется по
2кг
следующей формуле: N =-. Если принять радиус окружности равным 1,
Дф
2кг
то получится N =-. Также известно, что для появления одной точки-
Дф
следа на экране данной системы требуется вполне определенное время, которое назовем Д^0. В силу того, что меньше этого отрезка времени в данной системе не существует, то его можно назвать квантом времени. Тогда можно определить время, необходимое для замыкания образа окружности, или период становления образа самим собой, которое будет равно Т = Дt0N. Это означает, что для перемещения образа в новое положение в экранной системе координат мы должны будем перерисовать все точки-следы, которые бы отобразили окружность в новом месте. Для этого потребуется затратить вполне определенное время, равное периоду Т становления образа самим собой. Задержка во времени есть ни что иное, как проявление инерционных свойств объекта (в данном случае образа окружности). При этом мерой инерции образа будет количество точек-следов, из которых замыкается образ, т.е. N. Как известно, меру инерции в механике называют массой. Из последних достижений в физике можно отметить экспериментальное подтверждение так называемого Хиггсовского механизма, который наделяет все частицы стандартной модели (СМ) массой [5]. В связи с тем, что в разработанном си-муляторе супервзаимодействий также имеется мера инерции, можно утверждать, что механизм, реализованный в нем, по крайней мере, функционально аналогичен механизму Хиггса.
Рассмотрим теперь, что будет происходить с динамично становящимся самим собой образом окружности при попытке перемещения его в новое место экрана путем перемещения его общего полюса. На рис. 5 приведен фрагмент динамично строящейся реакции понятия системы на внешнее постоянное возмущение.
Рис. 5. Фрагмент работы симулятора, порождающего собственную реакцию
на внешнее возмущение
Возмущением является перемещение общего полюса (см. рис. 3) равномерно и прямолинейно вдоль горизонтальной оси (показано стрелкой). Данная операция в физике называется «пассивным преобразованием координат» [7]. Кроме того, что динамично существующий образ обладает своей инерцией, в рассматриваемом симуляторе реализована и обратная связь, демонстрирующая возможность использования своих характеристик в качестве программ
управления своим же поведением. В частности, организовано движение данного образа по инерции. Для демонстрации способности образа (понятия «тело »/«частица») двигаться по инерции опишем, как это реализовано. Для того чтобы данный образ (понятие «тело»/«частица») двигался по инерции, в рассматриваемом симуляторе супервзаимодействий предусмотрена возможность измерения расстояния между положением общего полюса четырех радиус-векторов в невозмущенном состоянии и центром тяжести образа деформированной фигуры, вычисляемого в процессе его замыкания. Полученный таким способом вектор снова прикладывается к общему полюсу образа в качестве некой внешней силы, показанной на рис. 5. Таким способом реализуется движение по инерции, которое зависит от соотношений массы, количества точек-следов N и величины первоначального импульса (толчка), который послужил началу такого движения.
Безусловно, это не все свойства, которыми обладает генерируемый данным симулятором супервзаимодействий динамично существующий образ своих собственных состояний. Существует огромное количество математических абстракций, которые визуализируются в нем, например уравнения Максвелла, символы Кристофеля, овалы Кассини, процесс доказательства теоремы Пифагора и т.п. Но целью данной статьи являлось лишь представление системы - симулятора супервзаимодействий как инструмента для реализации новых подходов к решению известных трудных для существующих компьютерных технологий задач.
Выводы
У динамической системы, представленной становящимся самим собой образом, в невозмущенном состоянии выглядящим как окружность, есть множество интересных свойств и возможностей, которые достойны внимательного рассмотрения, однако цель данной статьи - лишь представить разработанный симулятор, визуализирующий на экране обычного компьютера наблюдаемые в этом образе отношения и явления, в частности осцилляции, которые не противоречат существующим физическим представлениям. Самое главное, что все свойства реально протекающих и наблюдаемых процессов могут быть проинтерпретированы в терминах из любой отрасли человеческого знания, включая экономику.
Список литературы
1. Шень, А. Х. Теоретические (математические) основы квантового компьютера. Сложность вычислений и квантовые компьютеры / А. Х. Шень // Фонд поддержки фундаментальной физики в ФИАНе. - URL: eltmtnty.ru
2. Устинов, А. Квантовый компьютер: все еще миф или уже реальность / А. Устинов // Международная конференция в РКЦ «Сколково». - М., 2015.
3. Китаев, А. Классические и квантовые вычисления / А. Китаев, М. Вялый, А. Шень. - М. : МЦНМО, 1999.
4. Девис, П. Суперсила : пер. с англ. / П. Девис ; под ред. и с предисл. Е. М. Лейкина. -М. : Мир, 1989. - 272 с.
5. Гросс, Д. Век квантовой механики : доклад в РКЦ «Сколково» / Д. Гросс. - М., 2012.
6. Новоселов, М. М. Тождество / М. М. Новоселов // БСЭ.
7. Садбери, А. Квантовая механика и физика элементарных частиц / А. Садбери. -М. : Мир, 1989.
Васильев Николай Геннадьевич
кандидат технических наук, доцент, кафедра экономической кибернетики, Пензенский государственный университет E-mail: [email protected]
Васильев Дмитрий Николаевич руководитель сетевой инфраструктуры и ИБ, ООО «Национальные Дата-Центры» E-mail: [email protected]
УДК 681.5 Васильев, Н. Г.
Симулятор супервзаимодействий / Н. Г. Васильев, Д. Н. Васильев // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2015. - № 4 (16). - С. 126-135.
Vasil'ev Nikolay Gennad'evich candidate of technical sciences, associate professor,
sub-department of economic cybernetics, Penza State University
Vasil'ev Dmitriy Nikolaevich
head of Network and Information security,
LLC «National Data Centers»
