Способ моделирования эволюции материи

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 16813 09 В 23/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ трон РОВАНИЯ ЭВОЛЮ(54) СПОСОБ МОДЦИИ МАТЕРИИ(57) Изобретение озического моделирпользовано длянеобратимости, рпроцессов и полестранстве. Цель собам фит быть исявлений волновых ьном про- является тносится к сп ования и мож исследовани елятивистских и в функциона ю изобретени(71) Харьковский институт радиоэлки им, акад. М.К,Янгеля(56) Авторское свидетельство СССМ. 1216822, кл. Н 03 К 3/53, 1982. расширение области применения и повышение точности моделирования. Способ рееализуется на распределенной параметрической эонной системе, содержащей индуктивные элементы 1, резисторы 2, инверсные емкости 3, конденсаторы 4, проводимости 5, инверсные индуктивности 6, сердечники 7 с обмотками накачки 8, подмагничивания 9 и резонансными 10, резисторы 11, 12, выключатели 13, переменные конденсаторы 14, параметрические диоды 15 и генераторы накачки и смещения. Изменением величины сигналов накачки и смещения обеспечивается наблюдение эволюции колебательной системы посредством ее циклического перевода через эоны "устойчивость - хаос - неустойчивость - хаос - устойчивость - ". 1 с.п. ф-лы, 7 ил,, ул.Гагарина, 10 аказ 3313 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Изобретение относится к физическому моделированию и может быть использовано для исследования явлений необратимости, релятивистских волновых процессов и полей в функциональном пространстве,Целью изобретения является расширение области применения и повышение точности моделирования.На фиг,1 представлено одномерное звено параметрической эонной (пазонной) системы; на фиг.2 - эволюция устойчивых пазонных колебаний; на фиг.3 и 4 - эволюция неустойчивых затухающих и нарастающих пазонных колебаний соответственно; на фиг.5 - эволюция хаотических колебаний в пазонной системе; на фиг,б - аналогия квантовой и пазонной систем; на фиг. 7 - энергетические зоны эволюции пазонной системы.В предлагаемой модели реализовано представление об аналогии явлений в системах различной природы, которое базируется на использовании нелинейного функционального пространственно-временного континуума, Это позволяет на основе законов сохранения и материальных уравнений построить эквивалентную функциональную схему исследуемого явления путем выделения структурных элементов, связанных только с одним видом энергии. Так, в механике можно выделить три типа таких элементов: инерционные а масса), податливые п и трения (сопротивления ч; в электродинамике - магнитная,и, электрическая е проницаемости и проводимость о; в . электротехнике - индуктивности , конденсаторы С и резисторы В.Это позволяет моделировать системы различной природы посредством одной параметрической паэонной системы, представляющей собой набор взаимосвязанных нелинейно-параметрических колебательных подсистем с селективно взаимодействующими на собственных мгновенных частотах резонансных контуров в устойчивых, неустойчивых, хаотических энергетических зонах или при переходах между ними.Преобразование системы обусловлено параметрами интегральной модуляции системы источниками энергии накачки,В пазонной электромеханической аналогии в качестве обобщенных зарядов О, потокосцеплений ф токов 1, напряжений О и соответствующих им обобщенных координат Хп (п=1, 2, 3), импульсов Р, скоростей ч, сил 1, электрических О и магнитных В индукций, а также плотности тока ) и напряжения О используются произведения двух функций зависимой переменной и динамического параметра в виде:5 бт бср=1. - +ООС 1 дЙ Й10 б 0 0 бС б 1 бс 0 =1. - + -б бй бс15Х =и - +РбР бпбс йР =в - +ХбХ ба20 бс йч=п +1О бчбт й25 бч бсп=щ - +чй йО=Я +В й дт 30 В= +О - ;бс й бЕ бе,)=я +Е0 =,и +Й -- .й бс40 Приведенные выражения, применяемые для исследования нелинейных и нестационарных процессов, показывают воэможность получения соответствующих порций энергии (пазонов) при квантовании 45 как переменных, так и параметров, что демонстрирует связь непрерывных величин и процессов с дискретными, Обобщенные 0 и ф Х,и Р позволяют получить формулы для электрической еэ и механической ям полных 50 (колебательных) энергий;ь=О+СО+10 +Офй бсг=щч +М +чХ + 1 Р г бв бп,бс бсРх=Рп+Рв+Роь:Раб=Ров+Рст, 1681322 105 10 15 20 30 50 Выбором параметров резонансного контура можно получить мягкий (плавный) переход и эволюцию движений в самой зоне. Плавное изменение параметров путем плавного увеличения интенсивности накачки или линейных параметров приводит к плавной деформациии Р 2 Й к первой зоне. Плавная эволюция движений приводит во вторую зону неустойчивости, Аналогичный механизм эволюции движений наблюдается в высших зонах неустойчивости,Кроме того, как в самих зонах, так при переходе из зоны в зону вариацией параметров элементов ЯЯпМ и накачки можно получить стационарные (фиг.2) и нестационарные колебания (фиг.3 и 4). На фиг,5 а, б, в приведены осциллограммы движений в зонах; на фиг.5 г, д - хаотические колебания при переходе из одной зоны в другую, На эволюцию движений в зоне влияет форма тока и напряжение накачки. Анализ полученных результатов показывает, что при параметрическом возбуждении отсутствуют переходные процессы, реакция определяется интервалом времени перехода параметра из одного состояния в другое. При силовом - по классическому закону, т,е, переходные процессы по времени равны 2-10 периодам Р 2,1.На фиг.6 приведены графики квантовых зависимостей Ч(х) - потенциал, г(х) - сила, действующая на электрон, у - волновая функция и соответствующие им классические величины, Ят) - динамический параметр,(1) - скорость изменения Ь(т), 1 - пазонная функция,На фиг. 7 приведены результаты расчета зон эволюции соответственно для первой зоны (и = 1, 1 = 1/2, где п - номер зоны неустойчивости,- критическая частота) и второй зоны и = 2, 2 = 1. Границы зон возбуждения колебаний для линейной системы (К = 0) обозначены квадратной штриховкой, Для мягкого режима нелинейной системы (К0) границы зоны возбуждения поворачиваются вправо относительно критических частот 1 и фг (вертикальная штриховка эон), Для жесткого режима(КО) зоны поворачиваются влево (горизонтальная штриховка зон) и углы поворота зон тем больше, чем больше по модулю степеньнелинейности коэффициента К и амплитуда начальных колебаний ао.На фиг.7 пунктиром приведены зоны неустойчивости с учетом. нелинейности и затухания для трех характерных коэффициентов амплитуды стационарных колебаний, равнцх А=-1, 0; 1. Учет только затухания (А=О) ограничивает зоны неустойчивости при малых коэффициентах снизу, т.е. зоны не стягиваются к соответствующей критической частоте ф 1 или ф 2. Чем больше затухание, тем больше смещение зон возбуждения для первой зоны в сторону меньших критических частот, для второй - в сторону больших,Таким образом, изменяя активные потери, интенсивность внешних и внутренних сил, можно создавать различные режимы в пазонной системе. Характерны два режима. при коэффициенте глубины модуляции тп - ги 1(первое значение параметра) (фиг,7) наблюдаются скачки через следующие зоны эволюции "устойчивость - хаос - неустойчивость - хаос - устойчивость - "; прищп = аг (второе значение) или п 1 з (третье значение) возможен плавный переход из одной зоны неустойчивости в другую. Следует отметить, что "чистых" зон эволюции как таковых нет, так в зонах устойчивости наряду с аттракторами возможны стационарные периодические колебания, в зонах неустойчивости (аналоги странных аттракторов) - стационарные, нестационарные и случайные движения, в переходных зонах - стационарный и динамический хаос, скачки и другие виды колебаний.Теоретические и экспериментальные исследования приведенных зон эволюции показывают, что для устойчивых зон характерно не только отсутствие движений (невозможность колебаний), но при определенных условиях наблюдаются периодические и случайные движения. Устойчивые зоны в режиме запрета движений (большие потери, слабая интенсивность взаимодействующихсил и т.п,) можно сравнить с запрещенными энергетическими зонами квантовых систем. Зоны возбуждения (неустойчивые) можнотрактовать как разрешенные энергетические зоны квантовых систем.Тогда переходные зоны (зоны хаоса)можно сравнить с уровнями перехода с одкого энергетического уровня на другой, а пазонную функцию - как виртуальное состояние частицы, которая может занять один иэсоседних энергетических уровней в потенциальной яме. 8 этих зонах происходитпереход активной среды из одного энергетического состояния в другое, что изменяет исходную структуру системы, Этот период можно использовать для моделированияфазовых переходов в средах с различной формой движения материи,Реализация предложенного способа показывает следующее.1. Пазонная модель эволюции материиотражает общее свойство множества сосуществующих элементов среды 4-мерногофункционального пространственно-временного пространства, обмен веществом и полем в каждой точке которого (локальный пазонный процесс) обусловлен причинноСледственными связями между импульсами и координатами внутренних и внешних сил в элементарном объеме распределенной материальной среды. Пазонная математическая модель движения материи построеНа на основе трехмерных элементарных структур с внутренними и внешними силами, содержащими по три ортогонально расположенных друг к другу Г-образных звена с сосредоточенными нелинейно-параметрическими последовательными погонными сопротивлениями и шунтирующими проводимостями. Элементарные структуры располагают и соединяют согласно структуре исследуемого пространства - оригинала,2. Установлена пазонно-релятивистская аналогия, при которой обобщенной координате соответствует электрический заряд (потокосцепление), обобщенной скорости - сила тока (напряжение), импульсу количества движения - потокосцепление (заряд), моменту количества движения - момент электрического движения, зависимостям свойств элементов среды и гравитоинерционных полей от обобщенной скорости - зависимости свойств возбуждаемой среды (элементов элементарных структур) и электромагнитных (электрических и магнитных) полей от напряженностей электрического или магнитного полей (силы тока или напряжения), релятивистским силе и энергии, пропорциональным соответственно производным от произведений массы на обобщенную координату и от произведения импульса количества движений на обобщенную координату по времени - пазонные электрическая сила и энергия, пропорциональные соответственно производным от произведения индуктивности (емкости) на силу тока (напряжение) и от произведения потокосцепления на электрический заряд по времени.3. Явление пазонной сверхпроводимости, заключающееся в том, что при выполнении условий квантового пазонного резонанса между параметрами и полной фазой волны (длиной когерентности) электронного конденсата и параметрами и полной фазой обменных квантов колебаний активной среды сверхпроводника происходит эффективное электрон-потенциально-фононное взаимодействие, обусловленное периодичностью разнополярных обменных импульсов силы, пропорциональных градиенту потенциальной энергии, скоростям5 10 4. Пазонный закон взаимного превращения и сохранения обобщенных координат и импульсов вещества и поля в открытой системе заключается в том. что мгновенное значение потока мощности через элементарный обьем среды равно сумме скоростей 15 20 изменения внутренней полной энергии, энтропии (диссипативных, соответствующих обменных внутренних и внешних мощностей), генерируемых изменение обобщенных скоростей и силы обменной свободной мощностью, обусловленной интегральной модуляцией среды внешней силой,5, Зоны эволюции материи определяются (обусловлены) диссипативными свойствами системы, интенсивностью и полными фазами внешних и внутренних взаимодействующих в среде сил, причем при постоянных параметрах среды зоны стягиваются к дискретным критическим частотам (скоростям движения, рациональным или иррациональным значениям величин расстройки), при жестком нелинейном режиме возбукдения зоны смещаются в сторону низких, а при мягком - в сторону высоких критических частот, увеличением интенсивности поля накачки модуляции среды создают условия дискретного перехода через эоны "устойчивость - хаос - неустойчивость - хаос - устойчивость - " в высшую зону "хаос", дальнейшее увеличение интенсивности накачки способствует перекрытию соседних зон и обуславливает плавный эволюционный переход в высшую зону "хаос":а) Эволюцию материи можно моделировать как с учетом детерминирования, так и случайных начальных условий в РЪЯ, причем механизм отбора единый, "выживает" движение (эффективное развитие), период колебания которого кратный интервалу между экстремумами скорости изменения параметра среды за период интегральной модуляции, максимальное значение амплитуды колебаний совпадает с моментом отрицательного экстремума скорости изменения параметра среды, а вносимая в систему свободная энергия компенсирует потери в сис 25 30 35 40 45 50 55 изменения зарядов, параметров и фаз активной среды, причем пазонное моделирование использует аналогию: электронным орбитам и запрещенным энергетическим зонам соответствуют эоны эволюции, волновым функциям - РЛ-функции, квантовым обменным импульсам силы - разнополярные обменные импульсы силы тока (напряжения), периодам "холодного" и динамического параметра - соответственно кратные периоды кристаллической решетки и волновой функции, 13 16813225 10 15 20 25 30 теме(т,е. выполняется квантовый пазонный резонанс);б) наследственность моделируется причинно-следственными связями, параметрами активной среды, геометрическими и электрическими параметрами элементов среды, остаточными явлениями в средах при квантовании параметров и образовании обменных импульсов силы, будущее определяется наличием исходного сигнала (любой малости) в системе, программой внешних сил. Этапы развития определяются критическими точками параметров среды, при токах ЪЬ наблюдается свободное (инерционное) движение в системе, процессы линейные и обратимые. При Ъ1 О происходит финитное асинхронное движение в системе, наблюдаются процессы, релятивистские эффекты, причем чем выше зона эволюции, тем ярче проявляются нелинейные эффекты;в) тенденция развития материи - от низших уровней переходом в высшие уровни - обусловлена квантованием параметров системы, что изменяет ее структуру и организацию среды, переход в высшие зоны сопровождается увеличением интенсивности обменных импульсов, неопределенностью в будущем эволюции (хаосом). Однако увеличением или уменьшением накачки, изменением параметров элементов можно управлять неустойчивыми процессами, далекими от термодинамического развития, Механизм управления эволюцией движения в зонах сводится, в основном, к следующему, Увеличение интенсивности поля накачки обычно увеличивает среднюю собственную частоту системы. Амплитуда возбужденных колебаний при выполнении резонансных условий растет по экспоненте и начинает влиять на модуляцию параметров среды, тем самым внося расстройку и уменьшение амплитуды возбуждаемых колебаний, это приводит к уменьшению частоты контура, т.е, восстановлению резонансных свойств, Таким образом, процесс самосинхронизации повторяется периодически. Изменяя интенсивность или частоту тока накачки, можно управлять резонансными свойствами системы, т.е. эволюцией колебаний в системе,Таким образом, изменения структуры (организации) системы, возникновение новых качеств и.форм организации, границы перехода от макро- к микрасистеме зависят от разнообразия свойств элементов среды, от скорости их движения. от энергии самой среды и внешних воздействий, от обменных импульсов силы, образующихся при переходе параметров среды через критические точки, от фазовых углов и энергии систем расщепления, диссипации (необратимости и излучения).Полученные результаты позволяют сделать еще интересную аналогию между живыми клетками, способными при определенных условиях синтезировать совершенно различные структурно-функциональные клетки, и пазонными системами, способными при определенном воздействии на свойства среды (элементов) системы синтезировать также совершенно разные структурно-функциональные системы, при этом реактивные (индуктивные, емкостнье) и диссипативн ые режимы могут найти соответствие химическому активному (кислотные, щелочные) и нейтральному состоянию.б. Установлена неизвестная ранее закономерность материи, заключающаяся в том, что в 4-мерном функционально-пространственно-временном пространстве (континууме) при интегральной модуляции свойств континуума происходит пазонное возбуждение и гашение различных форм движения материи, обусловленное взаимодействием и взаимным превращением координат, импульсов вещества и внутренних и внешних полей,Предложенная единая концепция эволюции материи основана на том, что РЪЯ и Р 7-системы описывают все формь двыкения материи; обьединяет известные теории физики: классическую, квантовую, релятивистскую, термодинамику и электродинамику на основе пазонного закона взаимного превращения и сохранения вещества и поля; всеобщего принципа развития и материального единства мира: общности свойств и состава разнооодных объектов, сходтво структур качественно разнородных сред и явлений, общности в процессах и механизмах превращения одних, ."стем в другие, в том числе общности механизма рождения и управления порядка и хаоса, при этом решающую роль играет необратимость. которая стабилизирует структ ру, делает ее наблюдаемой на определенном интервале (излучение электрона делает определенным его орбиту, определить момент обмена энергией и др,),Предложенная РЪЯ-модель может воспроизводить и вероятностнье характеристики причинно-следственных связеи,учитывающие флуктуации свойств сред,движений и взаимодействующих сил, Поэтому РАЙ 15 - основа для создания принципиально нового направления вероятностных, ассоциативных вычислительных машин, способных решать самье сложные задачи хранения, адаптации,генерации. усиления,1681322 1 л преобразования, обработки и передачи информации с учетом когерентности, необратимости, самоорганизации, квантовых и релятивистских аффектов, механизма рождения и управления порядка и хаоса, эволюции гравитационных и энерционных полей,Формула изобретения Способ моделирования эволюции материи, при котором параметрически возбуждают колебания в колебательной системе с переменнь.ми энергоемкими параметрами, осуществляют интегральную модуляцию энергоемкого параметра посредством увсличения энергии накачки, изменяют коэффициент интегральной модуляции энергоемкого параметра от 0 до 1, увеличивают собственную частоту колебательной системы и интервал времени между экстремумами скорости изменения энергоемкого параметра за период, при этом квантование и вложение энергии накачки в каждый полупериод собственных колебаний осуществляют в моменты достижения отрицательного экстремального значения скорости изменения энергоемкого параметра. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности моделирования путем параметрической зонной модуляции собственных колебаний, составляют эквивалентную структурную схему моделируемого явления, по которой строят его математическую модель в соответствующих моделируемому явлению обобщенных координатах, по эквивалентной структурной схеме моделируемого явления составляют 5 электрическую структурную схему параметрической зонной системы, по которой строят математическую модель в соответствующих электрической структурной схеме обобщенных координатах, по эквивалентной струк турной схеме и математической моделимоделируемого явления определяют предельные отклонения обобщенных координат, исходя из которых с учетом масштабных коэффициентов находят пре дельные значения обобщенных координат,выбирают функцию аппроксимации энергоемкого параметра, по экстремумам которой находят критические значения обобщенных координат и энергоемкого параметра, воз буждают параметрическую зон ную систему,определяют энергетические параметры возбужденной параметрической зонной системы, по осциллограммам сигналов, пропорциональных интегральному значе нию энергоемкого параметра, критическими амплитудным значениям энергоемкого параметра и обобщенных координат, управляют моментами поглощения и излучения импульсов энергии в собственные колеба ния системы и наблюдают эволюцию колебательной системы,