Арав Рудольф. Эволюция энергии вещественной суперсистемы

Эволюция энергии вещественной суперсистемы

Рудольф Арав

В универсальной эволюции выражена динамика природы. Она включает взаимозависимую эволюцию системности и энергии в качестве атрибутов, присущих природе. Особенный интерес представляет энергодинамика полисистем [ 1 ]. Поэтому в многообразии проблем универсальной эволюции выделен для рассмотрения фрагмент - коэволюция энергии и вещественной суперсистемы.

1.Измерение коэволюции

В науке лидирует измерение пространственных, временных, энергетических, системных свойств - параметров природы. В пространственных координатах фиксируются размер, перемещение, расположение. Время определяет длительность, последовательность, синхронность, темпоритм, периодичность. Энергия характеризует действие, движение, превращение, состояние. Системность выявляет цельность, связность, делимость, состав, структуру. Природные прообразы этих основных измерений сосуществуют неразделимо во множестве проявлений. В науке они выражаются общими понятиями, которые взаимно дополнительны. Они совместно создают наиболее адекватную картину (физическую модель) действительности, в т.ч. эволюции. Для этого используются производные, взаимозависимые и дополнительные соотношения основных измерений, включая фундаментальные константы [ 2 ].

Исследование известных классов физических явлений показывает, что реальные объекты, свойства, события, системы, законы природы становятся временными состояниями в преемственной последовательности превращений, в совместной коэволюции микро-, макро- и мегамира. Скорость эволюции этих миров варьируется от мгновенного (включая виртуальное) появления - исчезновения до длительного постоянства замкнутого состояния систем .

Движение (изменение) и состояние (покой) представляются полярно идеализированными и взаимно дополнительными понятиями в изучении процессов эволюции. Движение измеряется по изменению параметров начального и конечного состояния природной системы. Состояние измеряется по временной неизменности параметров (самотождественности выбранных свойств). Методы измерения ограничивают точность определения взаимоперехода этих компонентов эволюции.

Энергию определяют как общее свойство - способность действия. Для изучаемой версии эволюции актуальны конкретные виды энергии элементов, связи, автономных систем, полисистем. Эти виды энергии проявляются и в динамике движения - взаимодействия (связности), и в статике связанного или замкнутого состояния. Такие состояния (например, гравитационный заряд - массу) можно объяснить финитным движением (замкнутых волн) самопритяжения частиц - гравитонов. Динамичная энергия всемирного тяготения гравитонов (рассеянных между зарядами - массами) составляет малую долю "статичной" энергии - массы и возникает при эквивалентном переходе масса - гравитация (в т.ч. дефекте массы). Аналогичное объяснение превращений заряд - взаимодействие, элемент - связь применимо для многих форм энергии.

В природных процессах энергия движения и состояния соприсутствуют, но доминируют раздельно (по системам и свойствам). При изучении системы её элементы ассоциируют с постоянной энергией - массой, а связи элементов - с динамикой энергии обмена, притяжения и отталкивания. Известные законы сохранения свидетельствуют о выборочном постоянстве видов энергии и других существенных свойств физических систем (в масштабе метагалактики). Законы динамики выражают зависимую изменяемость энергетических параметров. Движение (ускоренное превращение неустойчивого в равновесное состояние) и состояние(при незначительном отклонении от равновесия) являются основными компонентами эволюции. Взаимопереход этих компонент, направление и темп эволюции зависят от устойчивости систем, т.е. локального соотношения и доминирования энергии связи. Притяжение соединяет системы, которые становится элементами - подсистемами; отталкивание разделяет систему, создавая из её элементов - подсистем автономные системы. Попеременное доминирование этих процессов образовало иерархию связности суперсистемы.

При эволюции энергии полисистем вначале происходит конкуренция вероятностей - образование, отбор и сохранение максимально устойчивых связанных состояний (близких к равновесию сил). Эти состояния дестабилизируют последующие воздействия (дисбаланс внешних сил, нарушение внутренней связности, переход в возбуждённое и сильно неравновесное состояние, изменение управляющих параметров). При дальнейшем превращении неустойчивой системы (в т.ч. фазовом переходе) возникает новое устойчиво связанное состояние. Коэволюция является комплексом процессов взаимодействия, превращения и сохранения связанных состояний основных полисистем.

Эволюция энергии вещества представляется значительным, но не доминирующим потоком в едином комплексе разнонаправленных процессов универсальной эволюции. Согласно современным представлениям энергия излучения преобладала в радиационно-доминирующую эпоху, а энергия тёмной материи и антигравитация - в настоящее время. Доля энергии - массы вещества оценивается в ~ 4-5% проявленной энергии метагалактики [ 3 ].Эта оценка сильно завышена ввиду вероятного существования энергии замкнутых состояний, вакуума, субмикромира, суперструн, свёрнутых измерений, космоса.

2.Энергия - масса полисистем

Вещество - компонент природы, отличающийся определённым комплексом свойств. Этот комплекс включает массу покоя (гравитационный заряд), дискретность (частиц и тел), протяжённость (в трёхмерном пространстве), полуцелый спин фермионов, способность к фундаментальным взаимодействиям, фрактальную системность. Иногда веществом называют все дискретные частицы и их системы.

Типичная вещественная система представлена цельной совокупностью элементов (частиц и тел), связанных доминирующими силами притяжения. Основным определителем элемента служит его энергия - масса. Носителями энергии связи (обмена, притяжения и отталкивания) являются потоки бозонов и физические поля (в т.ч. глюоны, промежуточные векторные бозоны, пи-мезоны, фотоны, гипотетические гравитоны).

В качестве природной полисистемы обозначается однородное множество максимально устойчивых и распространённых автономных систем. Максимальная устойчивость определяется доминирующей энергией связи - притяжения элементов. Однородность определяется по одинаковым свойствам элементов и связей в подобных системах. Максимальная распространённость определяется по соизмеримости количественного показателя полисистемы (её энергии - массы) и суммарной массы вещества метагалактики. Цельность является свойством индивидуальных (автономных) систем однородного (и обычно слабосвязанного) множества.

Устойчивость, однородность и распространённость генетически взаимосвязаны, они обусловлены предыдущим и влияют на последующий этап эволюции полисистемы. Устойчивость - следствие значительного изменения параметров среды, вызывающего превращение нестабильной в близкую к равновесию полисистему. Однородность - следствие одинакового изменения параметров среды и максимальной вероятности образования наиболее устойчивой полисистемы. Распространённость - следствие множественности направленного превращения предыдущей в последующую полисистему. Эти свойства неоднозначно изменяются по величине и во времени. При соединении системы в связанном состоянии доминируют силы притяжения в пространстве перемещения элементов - подсистем. Связанное равновесное состояние системы сохраняется при финитном движении элементов - подсистем, ограниченном потенциальным барьером. Его величину превышают силы отталкивания при разделении системы

Взаимосвязь устойчивости, однородности и распространённости имеет энергетическое происхождение. Устойчивость определяется локальным максимумом энергии притяжения элементов системы; однородность определяется максимумом устойчивости связанного состояния одинаковых элементов; распространённость определяется множеством локальных максимумов энергии притяжения однородных элементов. Вероятность и направленность процесса синтеза и диссоциации полисистемы энергетически детерминирована.

Основными вещественными полисистемами являются: фермионы (барионы и лептоны), атомные ядра, атомы (и ионы), молекулы (и радикалы), конденсированные тела, плазменные и сверхплотные звёзды, скопления звёзд (и ядра галактик), газовые облака и комплексы, галактики, скопления галактик и их крупномасштабная структура, межгалактическое вещество. Известные параметры этих полисистем представлены в предыдущей статье [ 1 ].Они включают ориентировочные пределы значения массы, размера, времени возникновения и максимализации полисисте, а также виды элементов и сил связи автономных систем. Полисистемы отнесены к микро-, макро- и мегамиру согласно современной величине массы и размера их автономных систем.

Рис.1 Коэволюция компонентов суперсистемы.

3.Эволюция энергии полисистем .

В космологии, физике, химии изучены эволюционные превращения вещества [ 3,4 ]. На этой основе составлена схема эволюции компонентов (систем и энергии) вещественной суперсистемы (рис.1). Она зарождается при Большом взрыве праматерии в виде сверхплотной хромоплазмы. По стандартной теории Большого взрыва появлению хромоплазмы предшествуют эры: планковская, великого объединения, инфляционная.

Предполагается, что энергия компонентов хромоплазмы выделяется при распаде начального состояния и фазовых переходах высокоэнергетического вакуума. Есть версии её возникновения из ничего, из состояния сингулярности или высокосимметричной квантовой пены, также при флуктуации, столкновении вселенных, воспламенении мембран или взрыве чёрной дыры. В большинстве гипотез взрывному распаду энергии начального состояния предшествует её уплотнение .

3.1 Эволюция энергии полисистем микромира

Взрывное превращение энергии начального состояния включает её рассеивание в виде вакуума и физических полей, её локализацию в виде энергии (зарядов) фундаментальных частиц и их связи - взаимодействия, а также импульс направленного движения - рассеивания этих частиц. При образовании частиц - компонентов хромоплазмы температура понижается от начальной 10³² К до 10²⁸ К, что соответствует энергии 10²⁴ эВ. В этих условиях возникают устойчивые дискретные уплотнения энергии - фермионы и переносчики их взаимодействия - бозоны (в т.ч. кванты излучения - фотоны).

В расширяющейся подобно адиабатическому газу хромоплазме доминирует энергия квантов излучения. Рождаются и асимметрично аннигилируют в излучение пары частиц и античастиц. Уменьшение плотности энергии излучения прекращает энергообменные реакции взаимопревращения, сохраняя наиболее устойчивые кварки (замкнутые в барионы), электроны и нейтрино. Количество этих частиц остаётся статистически постоянным при понижении температуры. По признакам распространённости, однородности и устойчивости они становятся первыми элементами полисистем микромира. Эти частицы являются элементарными зарядами энергии, вид и величина которой определяется квантовыми числами. Образование и сохранение полисистем микромира обусловлено уменьшением плотности энергии плазмы ниже энергии связанного состояния фундаментальных частиц. Коэволюция связности полисистем микромира и температуры (обобщенного показателя плотности энергии) иллюстрируется известной диаграммой [ 5 ] (рис. 2).

При расширении и охлаждении плазмы средняя энергия частиц уменьшается до характерного масштаба энергии слабого (10^-16см) и сильного (10^-13см) ядерного взаимодействия. При высокой плотности энергии слабые калибровочные бозоны не имеют массы (подобно фотонам - переносчикам электромагнитного взаимодействия между заряженными частицами или глюонам - переносчикам сильного взаимодействия между кварками). При снижении плотности энергии они становятся массивными, а слабое взаимодействие проявляется только в масштабах порядка одной тысячной размера ядра.

Уменьшение плотности энергии выделяет сильное взаимодействие в кварк - глюонной плазме. Предполагается, что кварк - глюонная плазма существовала в первые 10^-5 с после Большого взрыва. Кварки соединяются цветовыми силами притяжения в адроны. Происходит фазовый переход в связанное состояние (конфайнмент) мезонов и барионов - протонов и нейтронов. Предполагается, что энергия основного состояния кварков в барионе намного превышает ТэВ [ 5 ]. Парадоксальные превращения энергии в кварк-глюонной плазме исследованы недостаточно для системного анализа.

Уменьшение средней энергии частиц снижает частоту и силу столкновений протонов с нейтрино, увеличивая соотношение протоны/нейтроны. Нейтрино отделяются от вещества плазмы. Сохраняется крайне слабое взаимодействие частиц барионного вещества с рассеянными в вакууме потоками нейтрино.

Продолжение спонтанного распада менее устойчивых нейтронов в протоны приводит к асимметричному соотношению барионов ~7. Однако, особая устойчивость барионных зарядов сохраняет их статистическое количество в отношении 1:10⁹:10⁹ к числу нейтрино и квантов излучения. Формируются законы сохранения числа лептонов и барионов. Они выражают долговечную устойчивость и количественную воспроизводимость этих фермионов в реакциях при пониженной плотности энергии. Барионная полисистема представляет основную массу - энергию покоя вещества в период от его возникновения до настоящего времени.

0x01 graphic

Рис. 2. Коэволюция плотности энергии и связности полисистем микромира [ 5 ].

Отделение квантов излучения (фотонов) от барионов и распад радиационно - доминированной плазмы происходит при уменьшении температуры до 10¹³К. Позже энергия рассеянных в вакууме квантов и нейтрино снижается до современной температуры ~ 2,7К. В барион - электронной плазме создаются энергетические условия первичного нуклеосинтеза при 10¹⁰-10⁹К. Cильное взаимодействие - притяжение барионов доминирует (относительно теплового, лучевого и кулоновского отталкивания). Последующий нуклеосинтез ядер дейтерия, гелия, примеси лития ограничен асимметричным соотношением барионов. Характерно значительное повышение стабильности нейтронов в связанном состоянии атомного ядра. Создаётся устойчивая полисистема лёгких атомных ядер, не включающая свободные протоны - будущие ядра атомарного водорода.

Последующая рекомбинация происходит в низкотемпературной плазме (~4x10³К), когда становится доминирующей сила электростатического притяжения протонов и электронов. В образованной атомной полисистеме соотношение масс основных компонентов - атомов водорода и гелия составляет ~3. Оно предопределено составом свободных и связанных протонов в полисистеме атомных ядер.

Соединение атомов водорода в молекулы происходит при температуре ниже 10³К и доминировании валентной силы - притяжения орбитальных электронов в межядерном пространстве. Молекулярная полисистема относится к микромиру по размеру автономных систем - простых молекул, но синтезируется вложенной в газообразования мегамира.

В эволюции энергии полисистем микромира наблюдаются общие зависимости.

1.Энергия вещества возникает при распаде энергии начального состояния в виде зарядов - связанного состояния внутренней энергии фундаментальных фермионов (первых элементов полисистем) и внешней энергии их взаимодействия с компонентами хромоплазмы.

2.Внутренняя энергия фермиона представляется максимально устойчивым основным состоянием квантовой системы (с минимально возможным уровнем свободной энергии). Оно определяется квантовыми числами и видом заряда: цветовым, гравитационным, электрическим, барионным, лептонным.

Носителями внешней энергии обмена, отталкивания, притяжения и превращения фермионов становятся бозоны - частицы фундаментальных взаимодействий. Основные формы внешней энергии взаимодействия сопряжёны с внутренней энергией зарядов, частиц, систем.

Важным фактором эволюции (в виде "каскада соединений") является опережающее уменьшение плотности энергии отталкивания, измеряемое обобщённым показателем суммарной температуры .

3.Опережающее рассеивание тепловой и лучистой энергии отталкивания выделяет пространство доминирования энергии притяжения частиц. В этом пространстве модификации сильного и электромагнитного взаимодействия последовательно и ступенчато увеличивают силу и устойчивость связи притяжения частиц (элементов - подсистем) вплоть до образования полисистем в связанном состоянии. При увеличении масштабной сложности полисистемы уменьшается энергия связи притяжения её элементов - подсистем ( 6 ) и соответственно устойчивость связанного состояния .

4.Доминирование притяжения внутри автономных систем и отталкивания между ними создало современную конфигурацию рассеянной вложенности полисистем микромира. Возникает корреляция параметров в иерархии полисистем: кварки и лептоны - барионы - атомные ядра - атомы - молекулы. Соотносятся последовательности времени возникновения; увеличения размера, массы и сложности; уменьшения скорости синтеза, силы связи и устойчивости. В иерархии внутренняя энергия соединённой надсистемы суммирует внутреннюю энергию подсистем - элементов и энергию их связи.

В масштабной иерархии проявляется соединительное направление эволюции. Оно образует уровни связности и вложенности полисистем микромира - компонентов возникающей суперсистемы.

3.2. Эволюция энергии полисистем мега- и макромира.

Неравномерное рассеивание полисистем микромира создаёт относительно уплотнённые газовые и плазменные образования в пространственном масштабе мегамира. Уменьшение концентрации энергии лучевого и теплового отталкивания приводит к равновесию и позже к доминированию силы гравитационного притяжения газообразного барионного (и, видимо, тёмного) вещества. Возникает состояние гравитационной неустойчивости и процесс реуплотнения массы - энергии частиц - полисистем микромира. Реуплотнение предопределяется усилением гравитации, что связано с дефектом массы частиц при их сближении. Усиление притяжения при реуплотнении образует последовательно - параллельный "ступенчатый каскад" синтеза мега- и макросистем. Основная последовательность превращения включает молекулярные - атомарные - ионизированные - плазменные облака, протозвёзды, конденсированные тела, плазменные и сверхплотные звёзды, звёздныё скопления, галактики и их ядра, скопления и мегаструктуры галактик. Существенно содействует реуплотнению электромагнитное притяжение, особенно в конденсированных и плазменных полисистемах. Энергетически устойчивые связанные состояния автономных систем (ступени каскада) множатся, распространяются и становятся полисистемами - вложенными фракталами иерархической суперсистемы. В современной суперсистеме сосуществуют вложенные полисистемы от ячеистой мегаструктуры галактических скоплений до сверхплотных звёзд и конденсированных тел (рис.1). Такими телами являются коричневые карлики, планеты, астероиды, организмы, планетеземали, космическая пыль. Завершающей ступенью современного каскада реуплотнения энергии становится полисистема сверхплотных звёзд (вырожденного вещества). Она представлена белыми карликами, пульсарами (нейтронными звёздами) и коллапсарами (чёрными дырами).

В эволюции относительно устойчивых связанных состояний полисистем реализуется принцип Ле Шателье. При доминировании уплотняющего воздействия (гравитационного притяжения) в полисистеме возникают противоположно направленные силы теплового и лучевого отталкивания. Они минимизируют концентрирование и уравновешивают полисистему в новом устойчиво связанном состоянии. Размер и вложенность системы предопределяется средней длиной устойчивой связи при суммарной максимализации энергии притяжения и отталкивания. Наблюдается также эффект их взаимопревращения. Связанное состояние энергии газовой полисистемы сохраняется до предела её устойчивости, нарушаемого, поглощением или рассеиванием энергии отталкивания в окружающей среде. Это явление создаёт доминирование сил притяжения, и ступенчатое уплотнение энергии полисистем продолжается .

Последовательности реуплотнения сопутствует параллельность в образовании сосуществующих полисистем космического газа, галактик, звёзд, конденсированных тел. Исходная неравномерность рассеянных масс инициирует фрагментацию и иерархию множества центров притяжения. В соответствии с законами взаимодействия масс скорости их уплотнения отличаются на порядки, а длительности сохранения устойчивости - на миллиарды лет. В зависимости от массы плазменной звезды время её устойчивого существования на главной последовательности находится в пределах 10⁶ - 10¹⁰ лет [ 4 ]. При уплотнении звёздных скоплений в галактике образуются ядра - чёрные дыры (и квазары). Вероятен также обратный процесс рождения галактики из её ядра. Галактические ядра становятся предельно плотными, массивными и устойчивыми системами мегамира. В процессах конкурентного отбора (соревнования устойчивостей) определился современный состав и структурная вложенность полисистем мега- и макромира.

Создание иерархии связанных состояний полисистем мега- и макромира преобразует связи и элементы полисистем микромира. В каскаде реуплотнения концентрация тепловой и лучистой энергии растёт выше предела устойчивости связей в частицах - полисистемах микромира. Поэтому возникают эндотермические реакции разложения молекул и ионизации атомов в газовых облаках, а также экзотермические реакции синтеза атомных ядер в звёздной плазме (при Т >10⁷ К). В звезде создаётся циклическая последовательность процессов: гравитационное сжатие - повышение температуры - ядерный синтез - сжатие центра и отталкивание внешних слоёв звезды. В массивной звезде эти циклы завершаются синтезом ядер железа с максимальной удельной энергией связи нуклонов. Возникает и нарастает гидродинамическая неустойчивость звезды, определяемая соотношением противоположно направленных сил притяжения и отталкивания. В зависимости от её массы происходит истечение вещества, сброс оболочки, взрыв новой или сверхновой звезды с последующим рассеиванием планетарных туманностей и газовых облаков.

При отделении и рассеивании массы - энергии внешнего слоя плазменных звёзд возникают новые циклы превращения: уплотнённые газовые облака - следующее поколение плазменных звёзд - сверхплотные звёзды - рассеянные газообразования. Солнечную систему относят ко второму или третьему поколению звёзд Галактики В циклических превращениях продолжается преемственная эволюция полисистем микро- и макромира по соединительному направлению : сложные атомные ядра ( Z>2 ) - атомы тяжелее гелия (А>6) - простые молекулы - макромолекулы - микротела - макротела. Основным процессом этого направления становится выделение энергии ядерного синтеза в центре плазменной звезды и её превращение в энергию связи сложных автономных систем. Возникает "каскад усложнения" полисистем.

Жизнь появляется в виде системы макромолекулярных микротел (коацерватов - клеток) при уникальном сочетании параметров, определяемом по формуле Дрейка. Биосистемы представляются своеобразным (по свойствам) и крайне важным (для нас), но маловероятным и энергетически неустойчивым (по диапазону параметров существования) явлением природы.

4.Энергодинамика суперсистемы.

Направленные взаимозависимые превращения энергии полисистем образуют связанную иерархию вложенных компонентов энергии современной суперсистемы. Структура энергии суперсистемы соотносится с известной иерархией уровней организации, многократной вложенностью материи и дискретной фрактальной парадигмой. Представления о фрактальной иерархии развивали И.Кант и И.Ламберт (бесконечная структура объединяющихся звёздных систем), Б.Мандельброт (фракталы как иерархические самоподобные множества), Р.Ольдершоу (подобие атомного, звёздного и галактического уровня), В.Вайскопф (квантовая лестница энергии), С.Сухонос (максимумы устойчивости в масштабной иерархии).

В иерархии суперсистемы возникают общие особенности её энергодинамики. К ним относятся последовательность периодов, направленность превращений, стабильность массы-энергии, максимализация устойчивой связности, масштабная фрактальная вложенность.

4.1. Периоды и направления эволюции.

В эволюции можно выделить основные периоды превращения энергии суперсистемы.

1.Синтез и максимализация энергии - массы основных элементов суперсистемы (первые доли секунды). Мгновенный распад энергии хромоплазмы на гравитационные, цветовые, электрические, кварковые, лептонные, барионные заряды - устойчиво связанные состояния внутренней энергии. Они соединяются силами притяжения фундаментальных взаимодействий, становятся основной массой- энергией и максимально распространёнными элементами суперсистемы. Фундаментально связанные заряды рассеиваются силами отталкивания, доминирующими в межэлементном пространстве.

2.Последовательная максимализация энергии - массы основных полисистем микромира (первые минуты, тысячи и миллионы лет). Ускоренное рассеивание тепловой и лучистой энергии отталкивания предопределяет доминирование и последующее уплотнение энергии ядерного и кулоновского притяжения. Оно соединяет основные элементы - заряды в устойчивые ядерные, атомные и молекулярные полисистемы, которые последовательно достигают максимума силы связи и распространённости. Образуется иерархия связности и вложенности в микромире. В газообразованиях полисистем доминируют рассеивающие силы отталкивания.

3.Синтез связанного состояния энергии - массы полисистем мега- и макромира (первый млрд лет). Неравномерное уменьшение плотности суммарной энергии теплового и лучистого отталкивания создаёт фрагменты пространства доминирующей энергии гравитационного притяжения. Начинается каскадное реуплотнение энергии притяжения полисистем микромира в устойчиво связанные агрегатные состояния полисистем мега- и макромира. Происходит пространственное разделение энергии - массы уплотняющейся (в скопления галактик) суперсистемы и рассеивающейся энергии межгалактического вещества

4.Максимализация гравитационно связанной суперсистемы (2 - 8 млрд лет). Доминирует циклическое превращение энергии связи и агрегатного состояния полисистем мега- и макромира при сохранении массы и усложнении состава полисистем микромира. В этих циклах уменьшается масса уплотнённых газообразований, достигает максимума масса и излучение плазменных звёзд, увеличивается масса сверхплотных звёзд и конденсированных тел. Плотность и сумма энергии - массы суперсистемы, устойчивость большинства сосуществующих полисистем становятся максимальными в сжимаемом пространстве доминирующей гравитации. В полисистеме межгалактического вещества доминирует сила антигравитации и уменьшается связность.

5.Начало рассеивания массы - энергии гравитационно связанной суперсистемы (9-14 млрд лет). Сохраняется относительная изотропность компонентов энергии - массы суперсистемы в масштабе более 300 Мпк. Усиление антигравитации ускоряет разбегание галактик и сокращает пространство доминирующей гравитации. В затухающих циклах превращения энергии - массы полисистем мегамира минимизируется масса газообразований, уменьшается масса звёздной плазмы, увеличивается масса сверхплотных звёзд и образуется полисистема сверхмассивных кластеров коллапсаров (в центрах галактик ).

6.Минимизация гравитационно связанной суперсистемы (15 и более млрд лет). Предполагается длительное и ускоренное антигравитацией рассеивание энергии - массы суперсистемы в межгалактическом пространстве. Доминирует распад гравитационных и электромагнитных связей полисистем (возможно, за исключением коллапсаров). Масса и количество рассеянных и слабовзаимодействующих барионов и лептонов предположительно сохраняются в течение миллиардов миллиардов лет. Энергия суперсистемы минимизируется по параметрам плотности массы - энергии, связности, фрактальной вложенности, силы притяжения, пространства доминирующей гравитации.

В каждом периоде наблюдается типичная последовательность превращения энергии:

1.Существенное изменение соотношения сил притяжения и отталкивания элементов полисистемы, превосходящее предел её устойчивости. Запредельное соотношение возникает при внешнем воздействии, перемещении сил отталкивания или притяжения вовне, усилении притяжения при сближении элементов, фазовом переходе вещества.

2.Перемещение элементов в направлении суммарно доминирующей силы при увеличении противодействия до равновесной величины (согласно принципу Ле Шатилье) и образовании связанного состояния энергии взаимодействия элементов.

3.Устойчивое существование связанного состояния энергии при колебаниях свободной энергии (возбуждённого состояния, локальных возмущений) в пределах его устойчивости. Предел внешней устойчивости определяет величина потенциального барьера, а внутренней - близость к равновесию энергии связи и элементов.

Коэволюция энергии полисистем проявляется в преобразовании внутри- и внесистемных связей. В последовательности превращения полисистем можно выделить процессы соединительного, разделительного, сохранительного, максималистского, энтропийного, синергетического, иерархического направления. Обоснование такого обобщения направленности многообразных процессов эволюции представлено в предыдущем исследовании [ 1 ] . Применительно к эволюции связности в суперсистеме эти направления обозначают: соединительное - синтез новой связи; разделительное - диссоциацию существующей связи; сохранительное - стабильное существование компенсированной связи; максималистское - последовательную максимализацию, стабильность и минимизацию связи; иерархическое - коэволюцию предыдущих направлений создания иерархии связности и вложенности современной суперсистемы.

4.2.Компоненты энергии суперсистемы.

Иерархия суперсистемы является современным состоянием эволюции её энергии по определённым выше направлениям. Иерархию связности и вложенности компонентов суперсистемы можно изобразить в виде схемы (рис.2). На схеме полисистемы обозначены горизонтальными отрезками. Они расположены в масштабной последовательности уровней связности и вложенности (по вертикали), а их длина пропорциональна массе - энергии полисистем. Направления синтеза компонентов суперсистемы обозначены вертикальными стрелками. Они показывают последовательность образования иерархии уровней организации, связности и вложенности полисистем. Иерархия связности предопределена периодическим доминированием сил притяжения. Её масштабность зависит от средней длины максимально устойчивой связи элементов, лимитирующей размер системы. В иерархии вложенности наблюдается секторальная ограниченность. Она определяется отличием устойчивости (и соответственно распространённости) видов связности на современном этапе эволюции. В суперсистеме осуществлена корреляция энергии связи полисистем, масштабной иерархии уровней связности и последующей вложенности.

Рис 3. Уровни организации, связности и вложенности в суперсистеме.

А.Эйнштейн отмечал, что корпускулы (частицы, кванты) являются локальными уплотнениями (сгустками) энергии поля. Соответственно иерархия представляется многократно вложенными системами устойчивых сгустков энергии (элементов - фермионов) и связывающих их потоков уплотнённой энергии (бозонов). Эти виды и формы энергии становятся структурными компонентами суперсистемы. Диапазон измерения их величины превышает 80 порядков.

Энергию компонентов суперсистемы можно приблизительно определить, используя опубликованные материалы с необходимыми допущениями [ 2-7 ]. Они обоснованы экспериментальными и расчётными результатами фундаментальных исследований. В прилагаемой таблице представлены усреднённые величины удельной и суммарной энергии связи, массы - энергии и количества автономных систем и основных полисистем. Кинетическая энергия не представлена ввиду её незначительности (относительно массы - энергии галактик).

Таблица

Энергия компонентов суперсистемы

Поли система	Вид энергии связи	Удель ная энергия связи	Масса- энергия системы, г.	Отноше ние энергии связи и системы, г / г	Количе ство систем	Энергия связи поли системы, г	Масса- энергия поли системы, г / %
Барионы	Цветовая сила	>10²² эВ	1,7х10^-24	>10¹³	3х10⁷⁹	>10⁶⁸	5,0х10⁵⁵ 100
Атомные ядра	Ядерная сила	5х10⁷эВ	7,9х10^-24	1,1х10^-2	1,7х10⁷⁸	1,5х10⁵³	1,3х10⁵⁵ 27
Атомы	Кулонов ское притяжение	28 эВ	3,4х10^-24	1,5х10^-8	2,2х10⁷⁸	1,1х10⁴⁷	7,6х10⁵⁴ 15
Молекулы	Химическая связь	5 эВ	4,7х10^-24	2,1х10^-9	9х10⁷⁸	8,8х10⁴⁵	4,2х10⁵⁴ 9
Конденси рованные тела	Межмолеку лярное притяжение	5 кДж / моль	18	2х10^-12	6,7х10⁵²	3х10⁴²	1,5х10⁵⁴ 3
Плазмен ные звёзды	Гравитация	4х10²⁷г .	4х10³³	10^-6	10²²	4х10⁴⁹	4х10⁵⁵ 80
Газовые облака	Гравитация	<10¹⁶ г.	10³⁶	< 10^-²⁰	5,9х10¹⁸	< 10³⁵	5,9х10⁵⁴ 12
Галактики	Гравитация	5х10³⁸ г	5х10⁴⁴	10^-6	10¹¹	5х10⁴⁹	5х10⁵⁵ 100
Скопления галактик	Гравитация	10⁴² г.	10⁴⁷	10^-5	4,5х10⁸	4,5х10⁵⁰	4,5х10⁵⁵ 90

При пересчёте в сопоставимых единицах измерения энергии и массы - граммах нагляднее проявляются количественные зависимости. Удельная и суммарная энергия связи и суммарная масса полисистемы уменьшаются при увеличении массы - энергии и размера автономной системы (т.е. масштаба уровня организации микро- и макромира). Эта закономерность отражает начальную максимализацию и последующее ослабление связности возникающих полисистем. В мегамире наблюдается и подобная, и обратная зависимость - наследие реуплотнения полисистем. Число автономных систем пропорционально распространённости соответствующей полисистемы (определяемой по её суммарной массе - энергии) и обратно пропорционально количеству и массе барионов, связанных в автономной системе.

Энергосодержание связи кварков в состоянии конфайнмента, замкнутом в барионах, превышает на несколько порядков и энергию - массу всех элементов суперсистемы, и суммарную энергию связности остальных полисистем. Исследование поля Хиггса и суперструн может прояснить физическую сущность этого состояния, происхождение массы - энергии и взаимопревращение связи - элемента в системах субмикромира. За исключением замкнутого состояния конфайнмента, энергия связи составляет сотую, миллионную, миллиардную долю энергии - массы элементов полисистем. Соотношение энергии - массы полисистем фиксирует современную распространённость уровней организации - временной срез эволюции суперсистемы. Признаком - определителем полисистемы становится энергия - масса, превышающая ~1% массы суперсистемы.

Самым энергоёмким процессом эволюции является мгновенное связывание почти всей массы - энергии в барионы (замкнутое состояние конфайнмента). Последующее отталкивание и рассеивание частиц локально прерывается периодическим доминированием ядерных, электромагнитных, гравитационных сил притяжения. Они образуют масштабную иерархию связности и вложенности энергии суперсистемы. В её синтезе выделяются каскады соединения, реуплотнения и усложнения. В конфигурации вложенной связности заключено менее процента проявленной энергии суперсистемы. Увеличение силы отталкивания (тёмной энергии) приводит к рассеиванию массы - энергии гравитационно связанной суперсистемы в слабо взаимодействующем межгалактическом веществе. Энергия связности компонентов суперсистемы последовательно возникает, максимализируется, сохраняется и минимизируется. Такова общая картина эволюции энергии суперсистемы.

5. Заключение

В универсальном квартете основных измерений эволюции выделены энергия, системность и их производные параметры. Уточнены свойства и особенности энергии полисистем, включая взаимозависимость устойчивости, распространённости и однородности. Эволюция энергии вещества представлена последовательностью процессов превращения энергии связи, элементов и систем - вложенных компонентов суперсистемы. Описывается коэволюция энергии и системности вещества микро-, макро- и мегамира. Показаны превращения энергии связи и элемента системы, силы притяжения и отталкивания, также максимализация компенсированной энергии устойчивой связи. Выделены каскады соединения, реуплотнения и усложнения. Установлены периоды и направления превращения энергии при синтезе фрактальной иерархии суперсистемы. Представлена схема образования уровней организации, иерархии связности и вложенности систем. Дана количественная оценка компонентов энергии суперсистемы, в т.ч. удельной и суммарной энергии связи, энергии - массы и количества автономных систем и основных полисистем. Установлены существенные зависимости и особенности этих параметров суперсистемы. Энергосодержание связи кварков в состоянии конфайнмента, замкнутом в начале эволюции, намного превышает и энергию - массу всех элементов - подсистем, и остальную энергию связности суперсистемы. Установлена величина энергетического определителя полисистемы. Энергосистемная версия дополняет существующие концепции физической, космологической, химической, биологической, синергетической, прогрессивной, разумной, творческой, термодинамической эволюции.

Библиография

1. Арав Р.И. Эволюция вещественных полисистем метагалактики. Сб. Системные исследования и управление открытыми системами, вып.4.Израиль, Хайфа, Центр Мекар мейда, 2008, с.44

2. Физика. Большой энциклопедический словарь. Россия, М.,1998, 900с.

3.Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. Россия, М., Наука, 1990, 192 с.

4. Эбелинг В., Зигель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции. Россия, М.,УРСС, 2001, 328с.

5. Ишханов Б.С., Кэбин Э.И. Физика ядра и частиц. ХХ век. Россия, М., Изд-во Московского университета. 2000,с.200.

6. Вайскопф В. Физика в двадцатом веке. СССР, М., 1977, с. 46

7. Физика Космоса. Россия, М., Изд-во Советская энциклопедия,1986,c.80

Аннотация статьи.

Р. Арав. Эволюция энергии вещественной суперсистемы.

Эволюция вещества представлена последовательностью процессов превращения энергии элементов и связи компонентов суперсистемы. Коэволюция энергии и системности вещества микро-, макро- и мегамира образует иерархию уровней организации, связности элементов и вложенности систем. Дана количественная оценка удельной и суммарной энергии связи, энергии - массе и числу автономных систем в современных полисистемах. Установлены и объяснены существенные зависимости и особенности энергосистемных параметров суперсистемы.

Abstract.

R. Arav. Energy Evolution in a Material Super System

Evolution of matter is represented by the sequence of processes of energy conversion in elements and by the super system component connection. Co-evolution of energy and matter consistency in micro-, macro-, and mega world generates the hierarchy of organizational levels, element connections, and systems nesting. Qualitative assessment of specific and integral connection energy, of energy - mass, and of the number of autonomous systems in contemporary polysystems is given. Essential dependences and peculiar features of the energy-system parameters of a super system are found and clarified.

Сведения об авторе

Арав Рудольф, инженер-химик, доктор технических наук. Специалист в области химической технологии, физико-химической механики, строительных материалов и проблем естествознания. Опубликовал 155 статей и разработал116 изобретений. Член амуты Учёные Юга.

Координаты:г.Беэр-Шева,84751,ул.Ха-Рош N11,кв.18.Тел.077-7818776 и0544-818776.E-Mail rodol-7@ zahav.net.il

Information about author

Arav Rudolf, Chemical Engineer ,the Doctor of the Technical Sciences. He is the specialist in the field of the chemical technology,physical-chemical mechanics, building materials and the problems of the natural science. He published 155 papers and 116 inventions. Member of Scientists of the South Association

Address: Beer-Sheva, 84751, str. Ha-Rosh 11/18.Tel.077-781776 and 0544-818776. E-Mail: rodol-7@ zahav.net.il

Тела

Молекулы

Атомы

Атомные

ядра

Межгалактическое вещество

Скопления и мегаструктура галактик

Галактики и ядра галактик

Звездные кластеры

Сверхплотные звезды

Плазменные звезды

Конденсированные тела

Газовые образования

Молекулы

Атомы

Атомные ядра

Лептоны и барионы

Хромоплазма

Молекулы

Атомы. Ат

Атомные

ядра

Атомы

Газовые

облака

Тела

Барионы,

электроны

Скопления

галактик

Галактики

Звёздные

скопления

Звёзды

Оставить комментарий © Copyright Арав Рудольф (rodol-7@zahav.net.il) Размещен: 25/05/2011, изменен: 25/05/2011. 56k. Статистика. Статья: Естествознание Иллюстрации/приложения: 2 шт.		Ваша оценка:

Арав Рудольф : другие произведения.

Эволюция энергии вещественной суперсистемы