Известно, что в угоду постулатов квантовой механики первоначальная таблица химических элементов Д. И. Менделеева сейчас подменена другой таблицей, из которой выброшен нулевой элемент, нарушено свойство периодичности как и другие особенности оригинала. Здесь мы покажем, что нулевой элемент существует и что возврат к первоначальной таблице Д. И. Менделеева требует перестройки общепринятой научной парадигмы.

В физике часто используют такие идеализированные понятия, как плотность материальной точки, точечного заряда, точечного диполя, пространственная плотность простого или двойного слоя, интенсивность мгновенного источника и т. д. Чтобы такие идеализированные понятия выразить в математически корректной форме, прибегают к обобщению классического понятия функции путём введения обобщенных функций или распределений. Примером может служить дельта-функция Дирака.

Необходимость в обобщённых функциях возникает, когда нельзя измерить значение физической величины в точке, а можно измерить её среднее значение в окрестности этой точки. В квантовой физике подобная проблема привела к принципу неопределённости нобелевского лауреата В. Гейзенберга (1927), который сформулировал его, перейдя от анализа траектории частицы к рассмотрению системы в целом [1].

До начала ХХ века математика не располагала теорией обобщённых функций. Впервые на этот факт обратил внимание российский математик Н. М. Гюнтер (1940) в своей статье [2]. По его выражению для физики и большинства естественно-научных дисциплин характерен математический «мир» функций точки, хотя «мы живем в мире функций области, когда пытаемся познать этот мир. Мы говорим о массе тела М, а это функция области. Соответствующая ей средняя плотность ρ = М/V (удельная величина на единицу объёма) есть средняя функция области. Следя за движением точки, мы отмечаем путь, пройденный ею за данный промежуток времени, а соответствующая ей средняя функция области называется средней скоростью». Однако, исторически сложилось так, что математический «мир» функций точки, как более простой для логики, значительно опередил в своём развитии «мир» функций области.

В термодинамике все её законы формулируются в «мире» функций области. Такие понятия, как процесс, поток, волна – это понятия «мира» функций области. Основные термодинамические функции равновесной термодинамики (энергия, энтропия и др.) относятся к однородным обобщённым функциям [3,4]. Как доказал Н. М. Гюнтер, восстановить функцию области по функции точки не всегда возможно, т.е. мир функций области шире мира функций точки. При переходе от термостатики к термодинамике необратимых процессов (ТНП), а затем к энергодинамике [5 – 7], где пространство и время стали неотъемлемыми факторами познания природных процессов, возникла необходимость учитывать разницу между функцией области и функцией точки при описании неоднородных (внутренне неравновесных) природных систем. Это соответствует тому, что системообразующие свойства системы не аддитивны, т. е. не являются суммой свойств отдельных её частей. Не аддитивны, например, силы гравитационного притяжения, которые пропорциональны, как известно, произведению взаимодействующих масс, но не их сумме. Не аддитивны свойства, которые обусловлены структурой системы, т.е. относительным положением и ориентацией отдельных элементов системы. Это обстоятельство является главной причиной того, что физические явления перестают подчиняться законам, которые можно выразить с помощью дифференциальных уравнений. Такая ситуация вызвала, по мнению А. Пуанкаре, «самое большое и самое глубокое потрясение, которое испытала физика со времени Ньютона» [8].

Расширяя аналитическую формулировку закона сохранения энергии в применении к неоднородным системам, российский ученый В. А. Эткин (1991) установил, что разница между значениями функций области и точки несет в себе содержательную информацию. Во-первых, Вселенную в целом можно принять изолированной термодинамической системой, состояние которой определяется, в основном, внутренними процессами, протекающими в её объёме, а не процессами обмена через границу. Именно для таких систем справедливы законы сохранения массы, импульса, момента импульса и энергии. Во-вторых, выявляется особый класс новых функций, названных В. А. Эткиным функциями действия (ФД), позволяющих исследовать превращение энергии, а сама энергия получает смысл способности к действию [9]. Тем самым понятие энергии, в конце концов, приобрело фундаментальное физическое обоснование вопреки мнению нобелевского лауреата Р. Фейнмана, заявившего, что «физики не знают, что такое энергия» [10].

Системный подход, основанный на дедуктивной логике, дополняет индуктивный метод познания природы, с которым тесно связано атомарно-молекулярное строение материи и корпускулярно–волновой дуализм. Хотя последний в значительной мере способствовал научно-техническому прогрессу, однако постепенно превратился в его тормоз. Заметно снизилось количество и качество естественно-научных открытий. Изучение непознанных и неопознанных природных явлений и их объяснение перестало быть основной функцией науки, тогда как истинная «наука – это то, чего не может быть, а то, что может быть, – это научно-технический прогресс» (выражение нобелевского лауреата академика П. Л. Капицы).

Современная наука стала неспособной объяснять многие явления природы. Между тем, вал необъяснимых явлений стремительно нарастает, о чем свидетельствуют 14 томов их статистики, собранной выпускником МФТИ кандидатом физ. мат. наук В. А. Колтовым, а также монографии и статьи многих других авторов [11]. Всё чаще раздаются голоса о кризисе современной теоретической физики. Выход из создавшегося положения подсказывает системный подход, согласно которому дедуктивный метод дополняет индуктивный, синтез дополняет анализ и тем самым повышает отдачу научного исследования [12, 13].

Среди фундаментальных дисциплин на дедуктивной логике построена только термодинамика, которая признана «королевой» наук. По словам А. Эйнштейна термодинамика «является наукой принципов и ее выводы никогда не будут опровергнуты» [14]. Эволюция термодинамики от термостатики к ТНП, а затем к энергодинамике состоялась во многом благодаря системному подходу [6, 15]. Энергодинамика – это термодинамика, распространенная на нестатические процессы и любые формы энергии, позволяющая исследовать мощность реальных процессов. В ней изучаемым объектом является фиксированная область Вселенной, состоящая из первичной материи (~95%) и вещества, образовавшегося из неё в виде вторичной материи (~5%), что установлено современными астрофизическими наблюдениями [16–20].

До конца ХIX века вместо понятия первичной материи использовалась «тонкая материя» Х. Гюйгенса или «эфир» Р. Декарта. Д. И. Менделеев в своей статье «Попытка химического понимания мирового эфира» пришёл к выводу, что эфир не является веществом [21]. Он представил эфир единственным элементом нулевой группы своей таблицы и назвал его ньютонием, однако специально отметил, что эфир «лишен возможности вступать в химическое соединение и реагировать с каким-либо другим простым или сложными веществами, хотя способен их проницать». Подавляющее большинство авторов относили эфир к той или иной разновидности вещества, однако упомянутые астрофизические наблюдения опровергают это.

Данные астрофизики подтверждают интерпретацию Н. Теслы [22] открытия Г. Герца (1888), состоящую в том, что им были обнаружены не электромагнитные волны, которые распространяются со скоростью света в пустом пространстве, а возмущения первичной материи, которые могут распространяться с любой скоростью на любое расстояние без искажения и независимо друг от друга (см. п. 6). В том, что открытые Г. Герцем волны, не сводятся к электромагнитным, Тесла пытался убедить его, обнаружив в своих экспериментах особую радиантную форму энергии, явно неэлектромагнитную. Для этого Н. Тесла в 1889 году специально совершил вояж из Америки в Европу к Г. Герцу.

Согласно системному подходу, объект исследования включает всю совокупность взаимодействующих (взаимно движущихся) тел и частей, поэтому им может быть только замкнутая система, ибо вне её остаются такие материальные объекты, влиянием которых можно пренебречь на достигнутом уровне знаний. Отсутствие взаимодействия с внешней средой означает и отсутствие энергообмена с ней. Поэтому такие системы с необходимостью изолированы [6]. Именно для них установлены законы сохранения массы, энергии, заряда, импульса и его момента, поскольку условием сохранения указанных величин является отсутствие внешних сил и их моментов.

Таким образом, системный подход с необходимостью приводит к рассмотрению любого объекта исследования как открытой подсистемы расширенной изолированной системы. Для нее все действующие силы F_i, вызванные ими процессы и вся энергия U являются внутренними. Такой системой можно считать Вселенную, вмещающую в себя всё сущее и являющуюся изолированной в том смысле, что её взаимодействие с окружающей средой через ограничивающую её поверхность f = 4πR² ростом объёма V = (4/3)πR³ становится исчезающим, так как при неограниченном росте радиуса сферы (R → ∞) отношение f/V = 3/R стремится к нулю (f/V → 0), а все процессы, происходящие во Вселенной, становятся внутренними.

Исследование изолированных систем требует соответствующего способа, позволяющего учитывать их внутреннюю структуру и пространственную протяжённость. Такой способ даёт энергодинамика, которая внутреннюю структуру объекта представляет как пространственную неоднородность. Будучи «наследницей» классической термодинамики и сохраняя все её достоинства, энергодинамика изучает материальные тела в фиксированной области пространства. Однако, в отличие от классической термодинамики, являющейся фактически термостатикой, она не исключает того, что материя в отдельных частях исследуемой области может быть распределена неравномерно, являться неоднородной и участвовать во внутреннем движении. Это подтверждают упомянутые астрофизические наблюдения, а также расчеты плотности космической среды, согласно которым в «войдах» она составляет 10^-29 ÷ 10^-32 [г/см³] в то время как плотность белых карликов и нейтронных звёзд, образовавшихся из неё, достигает 10¹⁸ ÷ 10²⁰ [г/см³]. Поэтому неоднородность материи становится исходным принципом энергодинамики, согласно которому природная система может состоять из частей с различными видами внутреннего движения (покой, поступательное, вращательное, колебательное движение) [23].

В механике исходным понятием является движущаяся материальная точка. В энергодинамике таким понятием служит материальный континуум, заполняющий всё пространство, который может быть как однородным, так и неоднородным и характеризоваться некоторыми экстенсивными свойствами А_i (i = 1,2,..,n), распределёнными в нём. При неравномерном распределении свойства А_i в области V появляется смещение центра величины А_i относительно его положения, соответствующего равномерному распределению А_i и совпадающему с центром области V. Это смещение принимается за меру пространственной неоднородности материального континуума по свойству А_i, обозначается вектором R_i в системе отсчета наблюдателя (СО) и называется действием. Исходя из общего количества свойства А_i и его смещения R_i, строится универсальная характеристика неоднородности континуума по этому свойству в виде произведения Z_i = А_iR_i, которая названа обобщенной функцией действия (ОФД) [9].

Заметим, что в «мире» функций области экстенсивная величина А_i имеет смысл функции области V, а отношение А_i/V – средней функции области. Например, если А_i есть масса М материального континуума, то средней функцией области континуума становится его средняя плотность ρ = М/V. Такая плотность характеризует материальный континуум в целом и относится к «миру» функций области, в то время как его локальная плотность ρ = dM/dV относится к «миру» функций точки. Для обозначения средних функций области далее используется укрупненный шрифт.

В ТНП, опирающейся на гипотезу локального равновесия И. Пригожина [24], при формулировке дифференциальных уравнений материального баланса локальная плотность экстенсивного свойства ρ_a = dA/dV подменяется его средней плотностью:

ρ_a = А/V = (А/M)(M/V) = aρ,

где a = A/M – удельная величина свойства А (на единицу массы), ρ = М/V – средняя плотность материального континуума [25].

формате PDF (565Кб)