CC BY
8
ХворовЮрий Алексеевич-кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Тувинского государственного университета, г.Кызыл, E-mail: khvorov [email protected].
Khvorov Yurii - PhD, Associate Professor of the Department of Physics Tuvan StateUniversity, Kyzyl, E-mail: khvorov [email protected].
Астафьева Татьяна Николаевна - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Тувинского государственного университета, г.Кызыл, E-mail: [email protected].
Astafyeva Tatjana - PhD, Associate Professor of the Department of Physics Tuvan StateUniversity, Kyzyl, E-mail: [email protected].
УДК 531
ВОПРОСЫ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Хворов Ю.А., Астафьева Т.Н.
Тувинскийгосударственныйуниверситет, Кызыл
ISSUES OF THE PHENOMENOLOGICALTHEORY OF LINEAR DYNAMICAL SYSTEMS
Khvorov Y.A., Astafyeva T.N TuvanStateUniversity, Kyzyl
В статье рассматриваются физические аспекты построения феноменологической теории линейных динамических систем (ФТЛДС) на основефилософско-методологических предпосылок. Рассмотрены пути построения научного мировоззрения на примере ФТЛДС.
Ключевые слова: физика, теория, история, материализм, методология, законы развития.
The article discusses the physical aspects of the phenomenological theory of linear dynamical systems (PTLDS) on the basis of philosophical and methodological assumptions. The ways of building a scientific worldview-for example FTLDS are studied.
Key words:physics, theory, history, materialism, methodology, laws of development.
Разработка и построение феноменологической теории расчета физико-химическиххарактеристикразличных веществ, широко используемых в науке и практике, предложенная профессором П. П. Пугачевичем [21], потребовала всестороннего анализа существующих способов таких расчетов. Известные экспериментальные методы определения многих параметров веществ зачастую встречают большие трудности и недостаточную для практики точность.Так что волей - неволей все чаще возникает необходимость определенияподобных физико-химических характеристик расчетным путем. Что потребовало развития феноменологических способов расчета и создания ФТЛДС.
В наше времябурного развития науки и техникивозникают трудные и важные задачи, связанные с решением проблемы прогнозирования свойств вещества, с
отысканием оптимальных условий полученияи эксплуатации новых материалов,как в земных условиях, так и в космосе, с инженерной разработкой таких технологических процессов, которые совсем недавно относились к области фантастики.
Для решения не только таких и простых и сложных задач, требуются надежные данные о физико-химических характеристикахвеществ, причем эти сведения могут составлять иногда от 50 до 90% исходных данных при проектировании.
Но, к сожалению, очень часто оказывается, что в литературе отсутствует необходимая информация о физико-химических характеристиках нужных веществ, и тогда прибегают к расчетам таких характеристик.
Надо сказать, что в настоящее время не существует теоретически обоснованных, строго количественных методов расчета физико-химических характеристик веществ, поэтому исследователям и работникам промышленности приходится широко использовать эмпирические и полуэмпирические способы расчета, которым посвящен целый ряд прекрасныхмонографий [1-7].
Существует множество эмпирических формул и способов расчета физико-химических характеристик индивидуальных веществ и их смесей, в основу которых положено лишь несколько различных принципов.
Принято думать, что известные принципы, методы и способы расчета физико-химических характеристик веществ, не имеющие, как правило, теоретического обоснования, не связаны друг с другом.Следовательно, не могут быть связаны между собой, казалось бы, и вытекающие из этих принципов многочисленные эмпирические и полуэмпирические формулы для таких расчетов.
В действительности же, исходя из общих соображений о взаимной связи различных видовформ материи, а также из законовразвития природы надо ожидать, что между объектами любой системы, а, следовательно, и между различными характеристиками, отражающими поведение её объектов или системы в целом, должны существоватьопределенные связи. Эти связи и принципы могут быть выражены некоторым обобщенным уравнением, охватывающим обширные области свойств многочисленных веществ. Такое уравнение должно являться источником большого числа формул для расчета физико-химическиххарактеристикразличных индивидуальных веществ и их смесей, в том числеформул, которые считались и считаются до сих пор эмпирическими.
Однако здесь возникают следующие вопросы: во-первых, возможно ли найти такое «мировое» уравнение, которое позволило бы описывать многочисленные явления природы? Говоря иначе, можно ли найти математическую модель, из которой вытекали бы конкретные уравнения, описывающие поведение конкретных систем? Во-вторых, ставился ликогда-либо вопрос о создании такой универсальной математической модели?
Чтобы ответить на эти вопросы, надо, прежде всего,рассмотретьданную проблему в историческом аспекте. Если проследить за развитиемнаучной мысли, начиная со времен Древней Греции, то можнозаметить, что через всю историю науки красной нитью проходит идея о создании единой физической картины мира и, следовательно, в конечном счете, об отыскании единого научного закона,
отражающего законы природы. Этой проблеме посвящена многочисленная и многообразная литература методического, философского и специального научного характера.
По-видимому, П.С. Лаплас был одним из первых, кто поставил вопрос о создании единого уравнения для описания явлений природы. Он говорил: «Мы должны рассматривать настоящее состояние Вселенной, как следствие её предыдущих состояний.
Ум, которому были быизвестны для какого-либо данного момента времени все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех её составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, объял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движением легчайших атомов, то не осталось бы ничего, что могло бы для него недостоверным: и будущее, также как и прошедшее, предстало бы перед его взором».
Этот тезис, послуживший в свое время теоретическим обоснованием целого научного и философского направления, названноголапласовским детерминизмом, был подвергнут, как известно, острой критике Ф.Энгельсом [9] Однако до сих пор (и не без оснований) детерминизм Лапласа сохраняет свои позиции в наукахклассического направления, описывающих, в частности, поведение линейных динамических систем. И такой подход к описанию явлений природы допустим в такой же мере, в какой допустимы, например, представления об абсолютно твердом теле и материальной точке в классическойдинамике или представления о прямой линии, точке,плоскости и проч. в евклидовой геометрии.
Позже мысль о создании для физической науки единой системы аксиом, исходя из которых, можно было бы описывать основные физические явления, была высказана в 1900г. На первом международном съезде математиков в виде шестой аксиомы Гильберта, предлагавшей: «Небольшим количеством аксиом охватить возможно более общий класс физических явлений» [10]. Л. Больцман считал, что «Главная цель естествознания - раскрывать единство сил природы»[11]. Но особенно ясно мысль о создании единой физической картины мира выразилМ. Планк. Он писал, что «С давних времен, с тех пор, как существует изучение природы, оно имеет перед собой в качестве идеала конечную высшую задачу: объединить пестрое многообразие физических явлений в единую систему, а, если это возможно, то в одну единственную формулу.
Аналогичная мысль была высказана Х. Альвеном. В работе он пишет: «Можно утверждать, что конечной целью естественной науки является открытие единого общего закона (или формулы), который бы объединял все опытные наблюдения. Мы не знаем, как долго нампридется проработать, прежде чем эта цель будет достигнута. Ясно одно - очень долго. Но мы покрыли порядочную часть пути - свидетельством тому служат определенные довольно обширные и важныеобласти науки, как, например, наука об электричестве, котораявсе известные явления положила в единый закон».
Более широко эта проблема рассматривалась А. Эйнштейном[20]. Онвышел за рамки физической науки и говорил о возможности создания единой системы понятий и фундаментальных соотношений для всех отраслей знания. Он писал: «С самого
начала проявилось стремление найти унификацию всех отраслей науки теоретическую основу, образованную минимальным числом понятий и фундаментальных соотношений, из которой логическим путем можно было бы вывестивсе понятия и соотношения отдельных дисциплин. Вот что мы понимаем под отысканием основ физики в целом. Глубокое убеждение в достижимости этой цели является главным источником страстной преданности, которая всегда воодушевляет исследователей» [14].
По мнению С. Вайнберга основная задача физики состоит в том, чтобы «выработать простой взгляд на явления природы, объяснить огромное количество сложных процессов с единой точки зрения, на основе нескольких простых принципов [15].
Таким образом, многие физики и математики ставили перед собой задачу о построении единой картины мира и даже об отыскании универсальной формулы, позволяющей описывать явления природы.
Но можно ли на практике реализовать фантастическую мечтуПланка, Альвена и других, найти «единственную формулу», в которой как в волшебном зеркале отразилось бы величие природы с её бесконечно большим числом законов?
К сожалению этого сделать нельзя, и великие творцы науки ошибались в этом вопросе, во-первых, по той причине, что при современном развитии теоретическая физика и математика не обладают для этого достаточными арсеналами знаний. Во-вторых, блестящие исследования де Бройля, Шредингера, Гейзенберга, Бора, Дирака и других по квантовой механике показали, что при переходе от описания макроскопических явленийк микроскопическим происходиткачественный скачок, для которого не существует формулы перехода,а по мнению И. Пригожина и И. Стенгерса[16] такой переход вообще никогда не будет достигнут.В самом деле, классическая механика во весь голос говорит о реальности мировых линий -траекторий материальных точек, аквантовая механика считает эти разговоры совершенно бессмысленными.
Классическая механика утверждает, что она с любой точностью, которую только допускают современные измерительные приборы, может определить координату и импульс материальной точки, тогда как квантовая механика утверждает обратное, и в качестве основного довода в пользу своих рассуждений выдвигает принцип неопределенности Гейзенберга.
Классическая механика полагает, что измерительные приборы, с помощью которых определяют положение материальной точки в пространстве, нисколько не влияют на состояние движения этой точки. Однако совсем иное утверждает квантовая механика, и на этом основании её апологеты подсовывают нам идеалистическую концепцию о принципиальной непознаваемости мира.
Классическая механика говорит о том, что одна материальная точка вращается вокругдругой так, что можно говорить о непрерывном спектре энергии вращения материальной точки и радиусах еёвращения. Ничего подобного, утверждает квантовая механика, в микромире не существует. Поэтому создается впечатление, что объединять классическую механику с квантовой невозможно, поскольку для этого не
существует ни методологических оснований, ни математического формализма. Это означает, что для описания макроскопических и микроскопических явлений нельзя найти общее уравнение.
Таким образом, квантовая механика и классическая механика представляют собой дванесопрягаемых научных познания и, казалосьбы, между ними нет ничего общего. Но в действительности этодалеко не так. В самом деле, каждое из этих научных направлений имеет дело с линейными динамическими системами, для описания которых используют одну и ту же математическую модель, а именно,линейное дифференциальное уравнение, интегралом которого является экспоненциальная функция.
Как для классической механики, так и для квантовой механики время является обратимым параметром, оно может течь как в одном, так и в другом направлениях. А это означает, что законы классической механики и квантовой механики инвариантны по отношению ко времени, следовательно, для этих наук не существует необратимых процессов. Для этих наук справедлив также принцип суперпозиции, но с тем отличием, что в рамках классической механики он применим лишьв случае слабых гравитационных полей, а для квантовой механики этот принцип является фундаментальным и т.д. и т.п.
Но вернемся к рассмотрению других причин, которые не позволяют построить «мировое» уравнение для описания любых явлений природы. Третья причина связана с тем, что любая теория должна опираться на соответствующую аксиоматику. Однако оказывается, что любая, сколь угодно прекрасно разработанная аксиоматика, а такжеимеющиеся, пусть даже безупречные правила использования положений аксиоматики для построения теорем, не могут обеспечить полного, исчерпывающего описания всех явлений в той области, для которойпредназначена данная аксиоматика. Это удивительное положение о неполноте любой аксиоматики, используемой для построения соответствующей теории, было доказано Гёделем в 1931г. [17]. Поэтому с позиций гёделевских теорем о неполноте невозможно реализовать мечту Планка и других об отыскании одной единственной формулы, которая объединяла бы «пестрое многообразие физических явлений в единую систему». В-четвертых, в природе существуют такие явления, для которых нельзя указать границы меры того или иного качества с точностью, лежащей в пределах экспериментальных погрешностей. Это означает, что среди многочисленных характеристик отдельных объектов или системы в целом встречаются и такие,которые не имеют числовой природы, их нельзя измерить и охарактеризовать определенным числом. Границы таких величини явлений оказываются размытыми и не могут быть эксплицированы с помощью математических представлений о классическом множестве.
К таким величинам и представлениям относится известный афоризм древнегреческих философов о куче зерна, о невозможности указать границу между двумя цветами видимого спектра, говорить о температуре плавления аморфного вещества - то есть о его границе между твердым и жидким состояниями и т.д. и т.п.
Для описания подобных явлений потребовалось создание новогоматематического формализма, новой главы математики - теории размытых
множеств, творцом которой явился американский математик Заде. И за сравнительно короткое время, начиная с 1965г. когда была опубликована первая работа Заде, в этой области, теории размытых множеств и её практическим приложениям,посвящены тысячи работ и десятки монографий [18-19].
Все эти исследования лишний раз говорят о невозможности отыскания единой формулы для описания всех явлений природы.
Но самое главное заключается в том, что постановку задачи об отыскании «мирового» уравнения для описания всех явлений природы следует признать принципиально неверной и противоречащей диалектическому материализму, утверждающему, что материя и её проявления неисчерпаемы. Гений человека, шаг за шагом постигая тайны природы и приближаясь к абсолютной истине, все же никогда не сможет её достичь. Таким образом, нахождение универсальнойформулы означало бы достижение грани познания, что невозможно, ибо процесс познания вечно развивающейся природы бесконечен,и он будет продолжаться до тех пор, пока на Земле существует человек.
По-видимому, в настоящее время можно смело говорить лишь о создании достаточно строгой количественной теории для описания широкого круга лишь макроскопических явлений, ограниченного рамками феноменологического подхода.
В конечном счете,в этом случае следовало отыскать такое универсальное уравнение, которое достаточно полно отражало бы многообразие явлений природы в области, имеющей дело с физико-химическими характеристиками веществ, позволяло бы описывать не только известные явления в области физики и химии, но и предсказывать новые закономерности, выраженные посредством новых математических моделей, вытекающих из универсального уравнения[21].
Библиографический список
1. Рид Р., Праусниц, Дж., Шервуд, Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1982. -
591 с.
2. Карапетьянц, М.Х. Методы сравнительного расчета физико-химических свойств. - М.: Наука, 1965. - 403 с.
3. Бреттшнейдер, С. Свойства газов и жидкостей. - М-Л: Химия, 1965. - 535 с.
4. Киреев, В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. -М.: Химия, 1970. - 512 с.
5. Филиппов, Л.П. Методы расчета и прогнозирования свойств веществ. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - 252 с.
6. Недоступ, В.П., Галькевич, Е.П. Расчет термодинамических свойств газов и жидкостей методом идеальных кривых. - Киев: Наукова думка, 1986. - 195 с.
7. Татевский, В.М. Теория физико-химических свойств молекул и веществ. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 239 с.
8. Лаплас.Опыт философии теории вероятности. - М.: Изд-во Кушперева и К0, 1908. -
207 с.
9. Энгельс,Ф. Диалектика природы. - М.: Изд-во политической литературы, 1982. - 359 с.
10. Александров, П.С. Проблемы Гильберта. - М.: Наука, 1969. - 239 с.
11. Больцман, Л. Статьи и речи. - М.: Наука, 1970. - 406 с.
12. Планк, М. Единство физической картины мира. - М.: Наука, 1966. - 287 с.
13. Альвен, Х. Атом, человек, Вселенная. - М.: Знание, 1973. - 64 с.
14. Базаров, И.П. В кн. История и методология естественных наук. - М.: Изд-во МГУ, 1978. - Вып. 19. - 240 с.
15. Вайнберг, С. Идейные основы единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий //Успехи физических наук, 1980.- Т. 132. - № 2 . - С. 201 - 217.
16. Пригожин, И.,Стенгерс, И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. - М.: Прогресс, 1986. - 431 с.
17. Клини, С.К. Введение в математику. - М.: Изд-во ин.литературы, 1957. - 526 с.
18. Гусев, Л.А., Смирнов, И.М. Размытые множества. Теории и приложения (обзор) Автоматика и телемеханика. - 1973. - № 5. - С.66 - 83.
19. Поспелов, Д.А. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. - М.: Наука, 1986. - 311 с.
20. Эйнштейн, А. Творческая автобиография //Успехи физических наук, 1956. - Т. 59. - № 1. - С. 71-105.
21. Хворов, Ю.А., Астафьева, Т.Н. Феноменологическая теория линейных динамических систем. Теоретическая физика.-LAPLAMBERTAcademicPublishing . - 2016. - 89 с.
Bibliograficheskij spisok
1. Rid R., Prausnic Dj., Shervud T. Svoistva gazov i jidkostei. - L.: Himiya 1982. - 591 s.
2. Karapet'yanc, M.H.Metody sravnitel'nogo rascheta fiziko-himicheskih svojstv. - M.: Nauka, 1965. - 403 s.
3. Brettshnejder, S. Svojstva gazov i zhidkostej. - M-L: Himiya, 1965. - 535 s.
4. Kireev, V.A. Metody prakticheskih raschetov v termodinamike himicheskih reakcij. - M.: Himiya, 1970. - 512 s.
5. Filippov, L.P.Metody rascheta i prognozirovaniya svojstv veshchestv. - M.: Izd-vo MGU, 1988. - 252 s.
6. Nedostup, V.P., Gal'kevich, E.P. Raschet termodinamicheskih svojstv gazov i zhidkostej metodom ideal'nyh krivyh. - Kiev: Naukova dumka, 1986. - 195 s.
7. 7.Tatevskij, V.M. Teoriya fiziko-himicheskih svojstv molekul i veshchestv. - M.: Izd-vo MGU, 1987. - 239 s.
8. Laplas.Opyt filosofii teorii veroyatnosti. - M.: Izd-vo Kushpereva i K0, 1908. - 207 s.
9. EHngel's F. Dialektika prirody. - M.: Izd-vo politicheskoj literatury, 1982. - 359 s.
10. Aleksandrov, P.S. Problemy Gil'berta. - M.: Nauka, 1969. - 239 s.
11. Bol'cman, L. Stat'i i rechi. - M.: Nauka, 1970. - 406 s.
12. Plank, M. Edinstvo fizicheskoj kartiny mira. - M.: Nauka, 1966. - 287 s.
13. Al'ven, H. Atom, chelovek, Vselennaya. - M.: Znanie, 1973. - 64 s.
14. Bazarov, I.P. V kn. Istoriya i metodologiya estestvennyh nauk. - M.: Izd-vo MGU, 1978. -Vyp. 19. - 240 s.
15. Vajnberg, S. Idejnye osnovy edinoj teorii slabyh i ehlektromagnitnyh vzaimodejstvij //Uspekhi fizicheskih nauk, 1980.- T. 132. - № 2. - S. 201 - 217.
16. Prigozhin, I.,Stengers, I. Poryadok iz haosa. Novyj dialog cheloveka s prirodoj. - M.: Progress, 1986. - 431 s.
17. Klini, S.K. Vvedenie v matematiku. - M.: Izd-vo in.literatury, 1957. - 526 s.
18. Gusev, L.A., Smirnov, I.M. Razmytye mnozhestva. Teorii i prilozheniya (obzor) Avtomatika i telemekhanika. - 1973. - № 5. - S.66 - 83.
19. 19.Pospelov, D.A. Nechetkie mnozhestva v modelyah upravleniya i iskusstvennogo intellekta. - M.: Nauka, 1986. - 311 s.
20. Enshtejn, A. Tvorcheskaya avtobiografiya //Uspekhi fizicheskih nauk, 1956. - T. 59. - № 1. - S. 71-105.
21. Hvorov, YU.A., Astaf'eva, T.N. Fenomenologicheskaya teoriya linejnyh dinamicheskih sistem. Teoreticheskaya fizika.-LAP LAMBERT Academic Publishing . - 2016. - 89 s.
ХворовЮрийАлексеевич - кандидатфизико-математическихнаук, доценткафедрыфизикиТувинскогогосударственногоуниверситета, г. Кызыл, E-mail: khvorov [email protected].
Khvorov Yurii -PhD, Associate Professor of the Department of Physic, Tuvan StateUniversity, Kyzyl, E-mail: khvorov [email protected].
Астафьева Татьяна Николаевна - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail: [email protected].
Astafyeva Tatjana - PhD, Associate Professor of the Department of Physic , Tuvan StateUniversity, Kyzyl, E-mail: [email protected].
УДК 662.997
ВОДЯНОЙ АККУМУЛЯТОР ТЕПЛА В СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛИЦАХ
Халимов Г.Г., Хайриддинов Б.Э., СадыковЖ.Д.
Каршинский государственный университет, Карши, Узбекистан
WATER BATTERY OF THE HEAT IN SOLAR HOTHOUSE
HalimovG.G., HayiiddinovB.E., SadykovZh.D.
Karshistateuniversity, Karshi, Uzbekistan
Рассмотрен аккумулятор тепла, как теплоаккумулирующий элемент прямого поглощения солнечной радиации в солнечных теплицах.
Ключевые слова:солнечная радиация, аккумуляция, солнечная теплица,
The article considers battery of the heat, as heat cumulation element of direct absorptions thread to solar radiation in solar hothouse.
Key words:solar radiation, cumulation, solar hothouse.
Эффективность солнечной теплицы определяется способностью максимального улавливания солнечной энергии и аккумулирования её тепла при минимальных теплопотерях.
Пассивные системы аккумуляторов тепла прямого улавливания солнечной энергии имеют наименьшую стоимость, большой срок службы и очень низкие эксплуатационные расходы. В таких системах поступающая через светопрозрачные поверхности остекления солнечная радиация поглощается световоспринимающими поверхностями. Теплоаккумулирующая способность солнцеулавливающих элементов зависит от материала, его теплоемкости, массы и места их размещения в теплице. Элементы, поглощающие солнечное излучение, должны размещаться так, чтобы солнечное излучение падало на них не менее 4 часов в день [1]. В качестве теплоаккумулирующего материала наиболее эффективным является использование воды.
