Походження галактик, зірок, планет і циклонів.

1. НОВА ФУНДАМЕНТАЛЬНА НАУКА ОРГАНІЗМІКА розділи Організмікі
2. Висновки

НОВА ФУНДАМЕНТАЛЬНА НАУКА ОРГАНІЗМІКА

розділи Організмікі

Валерій Пилипович Дмитрієв, академік АФН, д.т.н., вересень 2007 р

Існують сили,
невідомі нам.
Лаплас, 1836 [7].

Відповідно до теорії, розробленої А.А Тюняевим [36], Всесвіт являє собою нескінченну мережу організованих структур, що зменшується і в одну сторону і збільшується в іншу сторону. З позиції фізики це положення необхідно довести, виходячи з наявних теоретичних і дослідних даних.

За сучасними науковими поглядами наша Вселённая з моменту виникнення ~ 13 мільярдів років тому з обсягу розміром 0,003 - 0,004 м безперервно розширюється в усі сторони рівномірно. Початковий стан Всесвіту, що характеризується надщільного, називається сингулярність, а початок розширення Вселённой називають Великим вибухом.

Теорію розширення Всесвіту розробив Фрідман [26] на основі загальної теорії відносності (ЗТВ) Ейнштейна [27]. Експериментально теорія розширення Всесвіту підтверджується наявністю червоного зсуву далеких галактик, відкритого Хабблом [27]. Червоне зміщення пояснюється великою швидкістю видалення далеких галактик, викликаних розширенням Всесвіту.

Іншим підтвердженням сингулярного стану Всесвіту на початку розширення є виявлення Гамовим [28] реліктового радіовипромінювання, яке изотропно і відповідає температурі 3К.

Подальше дослідження де сіттера великого вибуху призвело до висновку, що до моменту часу t = 10-28с відбувалося роздування фізичного вакууму (стану з великою щільністю енергії), в ході якого розмір Всесвіту склав 10100 м. Під час роздування квантові флуктуації бозона поля, неминуче присутні в вакуумі, розтягуються разом з розширенням Всесвіту, що породжує неоднорідності щільності, які породжують в подальшому метагалактики [29, 30]. Потім з фізичного вакууму шляхом фазового переходу утворилися реальні фундаментальні частинки: фотони, Гравітон, нейтрино, кварки, ... а також шляхом фазового переходу утворилися чорні діри [30, 32].

В процесі подальшого розширення наш Всесвіт проходила ряд ер [26]. В еру виникнення речовини (106 років - 109 років після початку розширення Всесвіту) матерія нашої метагалактики представляла собою плазму, що складається з різних ЕЧ (нуклонів, електронів, мезонів, нейтрино, фотонів). Для дослідження процесу подальшого розширення плазми можуть бути використані рівняння газодинаміки [11, 12, 22].

Процес розширення плазми характеризується нестационарностью, великими швидкостями, високою температурою, наявністю електричних і магнітних полів, розподілених в тривимірному просторі. У зв'язку з тим, що в процесі розширення Всесвіту змінюється щільність речовини, то змінюється величина метричного тензора, і необхідно спільно використовувати рівняння газодинаміки і ОТО (релятивістської газодинаміки [16]). Однак при обмеженні розгляду тих галактик, швидкість видалення яких не перевищує 0,25 с - швидкості світла, можна вважати метричний тензор постійним і рівним одиничного. При такому розгляді відстані між галактиками НЕ будуть перевищувати 1000 Мпс = 30,86 × 1021 км (1 пс = 30,86 × 1012 км). Так, найбільш віддалений квазар 3С273 знаходиться на відстані 600 Мпс і видаляється зі швидкістю, яку можна визначити за формулою [26]

V = rH,

де:

Н

= 75 км / (схМпс) - постійна Хаббла [18];
r - відстань.

Маємо V = 600 Мпс × 75 км / (схМпс) = 45000 км / с = 0,15С.

При прийнятті метричного тензора рівним одиничного можна застосовувати рівняння газодинаміки, засновані на механіці Ньютона, окремо від рівнянь ЗТВ [16].

Для розрахунку на комп'ютері нестаціонарного тривимірного течії плазми може бути застосований метод, розроблений Годуновим [6]. Щоб не було нескінченного числа розрахункових осередків розглянутого простору, необхідно використовувати при розрахунку розширюється спільно із Всесвітом систему координат (СК), поєднавши кінцеву граничну осередок із Землею (тому що простір изотропно), початкову клітинку з далекої галактики (ДГ), швидкість видалення якої від землі також дорівнює 0,25C. В якості вихідних даних для ери виникнення галактик [26] можна прийняти температуру T = 30K, тиск p = (10-21) кг / м³, швидкість плазми змінюється лінійно від нуля до v = 0,125C. Крім того, необхідно врахувати наявність щільних тел (наприклад, чорних дір) при перебігу плазми, тому що при нестаціонарному просторовому перебігу плазми утворюється ударна хвиля, яка діє на перешкоду.

Нестаціонарне обтікання перешкоди досліджено в багатьох роботах [8, 10, 15, 19, 25]. Алгоритм розрахунку нестаціонарного газового потоку викладено в роботах [2, 3, 4, 6, 23].

Система рівнянь тривимірного нестаціонарної течії газу може бути отримана при переході від диференціальної форми [6, 22] до інтегральної при використанні теореми Остроградського-Гаусса і при прийнятті таких припущень:

• змінність складу газу не враховується;
• при розрахунку руху газу в'язкість враховується;
• при розрахунку розпаду розривів в'язкість не враховується (в'язко-невязке протягом) [8];
• при розрахунку руху газу теплопровідність враховується;
• при розрахунку розпаду розривів теплопровідність не враховується (тепло-нетеплопровідного газ).

Система рівнянь руху газу і взаємодіючих тіл повинна бути доповнена інформаційним рівнянням про метриці використовуваної координатної сітки [5], необхідної для знаходження елементарних площі та об'єму.

; (2.1.)

; (2.2.)

; (2.3.)

тут, (2.4.) - зв'язок між використовуваної і базисної системами координат:

; (2.5.)

Інформаційне рівняння для метрики (2.1.) Відображає отримання і перетворення інформації в використовуваної системі відліку.

Наприклад, в разі застосування телескопа кути в горизонтальній і вертикальній площинах φ і θ від площин відліку видаються в залежності від положення кутових датчиків електронної системи спостереження за зіркою. Відстань до зірки r може бути визначено в результаті виміру яскравості зірки (при відомому класі зірки) фотометром. Таким чином, інформаційне рівняння є алгоритмом функціонування системи відліку (СО) і використання рівняння для метрики (2.1.) Свідчить про те, що даний матеріальний об'єкт (суцільне середовище) є масо-енерго-інформаційною системою [17].

Формозадающее рівняння, що визначає форму перепони δk = Wk (xkζ) представляється у вигляді алгебрологіческого виразу, що містить параметри чотирьох геометричних форм (внутрішніх і зовнішніх):

Rсν, Oсν - піввісь і положення осі еліпсоїда;

Rк, h к - радіус і висоту конуса;

Rц, Hц - радіус і висоту циліндра;

a пν - точки перетину поверхні призми з віссю.

Система рівнянь нестаціонарного руху газу в інтегро-диференціальної формі наведена в роботі [10] і має для обсягу з поверхнею Sп такий вигляд:

рівняння збереження маси

; (1)

рівняння збереження імпульсу

; (2)

рівняння збереження енергії

; (3)

рівняння стану

p = (k - 1) eq; (4)

де:

t

- час;
q - щільність газу;
vζ - швидкість;
vпζ - швидкість поверхні Sп;
р - тиск;
k - відношення теплоємності;
е - питома внутрішня енергія;
Т - температура;

e = cvT; (5)

Е - питома повна енергія;

; (6)

V ε = G εσ V σ;

; (7)

де:

G

εσ - метричний тензор;
А εζ - тензор швидкостей деформацій.

Тензор швидкостей деформацій обчислюється за формулою:

; (8)

Градієнт температури визначається за формулою:

; (9)

Рух газу задається в криволінійній системі координат з масштабами розширення по осях х ζ Mxζ.

Зв'язок між пов'язаної з Землею СК і пов'язаної з ДГ СК дається формулою

; (10)

Маємо такі диференціальні співвідношення:

;

;

; (11)

; (12)

; (13)

; (14)

Для правої ортогональної СК:

; (15)

; (16)

; (17)

; (18)

; (19)

,

; (20)

Система рівнянь для поверхонь розриву виходить з рівнянь (1) - (3) при введенні умов в'язко-нев'язкого і тепло-нетеплопровідного течії газу, при μ = 0, λm = 0:

; (21)

; (22)

; (23)

або ; (24)

де 1, 2 - індекси, які стосуються відповідно до сторін поверхні розриву для менших і більших значень координат х ε.

У фізичних компонентах ортогональної СК

; (25)

; (26)

; (27)

або ; (28)

; (29)

Величини сил і моментів, що діють на перешкоду, визначаються за формулами:

; (30)

; (31)

де x gζ - координати обдувається газовим потоком поверхні S.

Обсяг тіла в СК, пов'язаної з тілом, задається алгебрологіческой формулою:

; (32)

де:

- обмежує поверхню в напрямку однієї з осей зверху і знизу;
| - число елементарних обсягів, що складають дане тіло;
^ - логічна функція «І»;
¬ - логічна функція «НЕ»;
v - логічна функція «АБО»;
δw = 1, 0, якщо точка в межах тіла чи ні відповідно.

Маємо такі вирази обмежуючих поверхонь:

; (33)

З рівнянь (25) - (29) виходять залежності для визначення параметрів в ударній хвилі [6]:

;

;

;

де:

D - щільність за фронтом ударної хвилі;
v D - швидкість ударної хвилі;
v р - швидкість контактного розриву;
р р - тиск на контактному розриві;
g - витрата газу через одиницю площі.

Залежності для визначення параметрів у хвилі розрідження виходять з умови безперервності риманових інваріантів [36]:

;

;

;

;

де:

а

N - швидкість звуку в хвилі розрядження;
а, v, p, q, g - швидкість звуку, швидкість, тиск, щільність, витрата газу в невозмущенном потоці;
q N - щільність в хвилі розрядження;
v N - швидкість в хвилі розрядження.

Вважаючи, що р 1 ≤ р 2, параметри на контактному розриві виходять методом ітерацій з рівнянь [6]:

f (p p, p 1, q 1) + f (p p, p 2, q 2) = v 1 - v 1;

;

де:

1, q 1, v 1, g 1, р 2, q 2, v 2, g 2 - параметри газу зліва і праворуч від контактного розриву в момент часу t i.

Залежно від різниці v 1 - v 2 можуть бути наступні випадки [6]:

• при v 1 - v 2> v уд вліво і вправо поширюються ударні хвилі;
• при v раз <v 1 - v 2 <v уд вліво - ударна хвиля, вправо - хвиля розрідження;
• при v вак <v 1 - v 2 <v раз виникають дві хвилі розрідження;
• при v 1 - v 2 <v вак виникає область вакууму.

При цьому

;

;

;

У наведених залежностях верхній знак (+, -) використовується, якщо хвиля праворуч від контактного розриву.

Використовуваний алгоритм розв'язання рівнянь Нав'є-Стокса (1) - (33) для вузького, теплопровідного тривимірного течії газу, заснований на розрахунку розпаду розриву по межах розрахункових осередків і прийнятті в межах осередків параметрів постійними, був розроблений Годуновим С.К. [6].

Розрахунок параметрів на межі комірок проводиться в момент часу , В центрах осередків - в момент часу t = t i + Δ t [6]. Вихідні дані для розрахунку наступні:

μ

1 - коефіцієнт першої в'язкості газу;
μ 2 - коефіцієнт другий в'язкості газу;
λ m - коефіцієнт теплопровідності газу;
k - відношення теплоємності газу;
з v - коефіцієнт теплоємності при постійному обсязі газу;
x 0ζ - положення початку розрахункової системи координат в пов'язаної з ДГ СК;
x cgη (t) - таблиця положень початку пов'язаної з ДГ СК в пов'язаної з Землею СК;
x kζ (t) - таблиця положень початку пов'язаної з реперних пунктом СК в пов'язаної з Землею СК;
k ск - ознака використовуваної розрахункової системи координат, k ск = 1, 2, 3;
R - газова постійна. Розроблена методика і програма на мові PL-1F має наступні основні особливості [10]:

1. Використання розширюється криволінійної СК, що дозволяє більш адекватно відобразити граничні умови в порівнянні з декартовой СК;
2. Застосування метричного тензора для розрахунку в різних СК за однією програмою для ЕОМ;
3. Використання при інтегруванні рівняння кількості руху переходу від криволінійної СК до декартовой і назад, що дає можливість більш точно обчислити значення швидкості в центрі осередків;
4. Використання переходу до фізичних компонентів швидкості при розрахунку розпаду розривів і назад, що дає більш прості розрахункові формули;
5. Ухвалення гіпотези про перетворення кінетичної енергії мікровіхрей в теплову при розпаді вихорів (в момент е? 0) і рівність температури середньої;
6. Використання тертя і теплопровідності на стадії інтегрування та неврахування при розрахунку розпаду розривів;
7. Використання алгебраїчних функцій для завдання обсягу обтічних тіл в поєднанні з логічними (алгебрологіческіх функцій).

В результаті розрахунку знаходяться функції:

P (x ζ, t), v η (x ζ, t), T (x ζ, t), q (x ζ, t) - параметри газу в потоці і на поверхні взаємодіючих тіл.

Розрахунок ведеться в сферичної, циліндричної або декартовій СК. Перехід від однієї СК до іншої проводиться за рахунок вибору метричного тензора, рівнянь перетворення координат і виразів для локального репера.

Результати розрахунку на комп'ютері за розробленою програмою [5, 14, 10] розрахунку показали (наприклад, для області Метагалактики в районі галактики Велика Магелланова Хмара):

1. У процесі розширення простору плазми відбувається збільшення швидкості течії і збільшення її кінетичної енергії, зниження внаслідок цього температури і зменшення тиску плазми;
2. Внаслідок наявності деякої асиметрії течії, викликаної квантовими флуктуаціями на етапі роздмухування [29], починаючи з деякого моменту часу, утворюються парні поздовжні вихрові течії з протилежними напрямками обертання. У центрі цих вихорів внаслідок сил гравітації відбувається утворення надщільного ядра - чорної діри;
3. Під час подальшого розширення плазми число парних вихорів збільшується в послідовності: 2, 4, 8, 16, ...;
4. Швидкість обертання кожного вихору збільшується, температура плазми зменшується до температури конденсації складових плазму окремих речовин;
5. У момент вичерпання всієї теплової енергії вихор розпадається на велику кількість мікровіхрей (турбулізація потоку).

Таким чином, за результатами розрахунку течії плазми в еру Освіти речовини, завихрення течії плазми утворюють парні галактики. Факт існування парних галактик підтверджується експериментально по фотографіях зоряного неба. Час освіти галактики визначається швидкістю розпаду вихору (наприклад, для галактики Велика Магелланова хмара за результатами математичного моделювання за розробленою програмою - 13000 - 130000 років). Виникаючі при розпаді вихорів мікровіхрі, центральні частини яких під дією сил тяжіння ущільнюються, утворюють зірки [32].

Як показано в роботі [35], розрахунок турбулентного течії газу може бути проведено лише на квантових комп'ютерах внаслідок необхідності експоненціально великої кількості обчислень. Однак можливий розрахунок окремого мікровіхря до моменту втрати ним стійкості. Для розрахунку необхідна зміна області розрахункової сітки, що включає тільки один мікровіхрь. Подальший розпад мікровіхрей внаслідок нестійкості призводить до утворення мікромікровіхрей (центральні частини яких під дією сил тяжіння ущільнюються) - утворення планет [7]. У процесі охолодження планет спочатку внаслідок конденсації газу відбувається утворення рідкого ядра, а потім в процесі подальшого охолодження відбувається утворення твердого ядра.

Так як утворилися планети обертаються, то газові компоненти її також піддаються вихреобразование. Утворюються вихори в атмосфері планети (циклони), Розроблена програма [31] розрахунку на комп'ютері тривимірного нестаціонарного потоку в'язкої теплопровідного газу, що обтікає перешкоду, може бути застосована для розрахунку руху повітряних потоків в атмосфері Землі. Поверхня Землі при цьому задається у вигляді обертової сфери з профілем, відповідним горах, долинах, морях і океанах. Ставлячи початкові дані в якийсь момент часу за результатами метеорологічних вимірювань можна прорахувати місце і час виникнення циклонів, смерчів і т.д., а також місце і час їх розпадів. Розпад циклонів призводить до турбулізації атмосфери. Ця програма застосовувалася також для розрахунку нестаціонарного дії газового струменя ракетного двигуна на пускову установку при старті ракети [10,19], що має велике значення для РСЗВ, а також для космонавтики.

Висновки

1. Рух суцільного середовища підпорядковується законам Збереження масі, ЕНЕРГІЇ, імпульсу, моменту імпульсу, а такоже інформаційнім законам для метрики вікорістовуваної системи Звіту.
2. Як віпліває з решение рівнянь руху суцільного середовища на ЕОМ, відповідно до Теорії Лапласа [7], протягом ери освіти Речовини внаслідок отриманий в процесі Розширення Всесвіту в попередніх епох плазми великих відносніх швидкости відбувається Утворення віхрів плазми з Утворення галактик.
3. Подалі розпадання віхорів плазми з утвореннями мікровіхрей и мікромкровіхрей виробляти до Утворення зірок и планет.
4. Дані решение відповідає положенням, викладеня в работе [37].

література:

1. Авдуевский В.С. и ін., Структура турбулентної недорасшіренной струменить. // Известия АН СРСР. Механіка Рідини і газу: МЖГ.- 1975. - №1. - с. 15 - 29.
2. Білоцерківський О.М., Давидов Ю.М., Метод великих часток. - М: Наука, 1982. - 391 с.
3. Браун Д.Д., Хофман Д.Д., Трівімірні течії в гнучкою насадкою РД. // АКТ. - 1987. - № 6. - с. 41 - 51.
4. Браун Д.Д., Метод розрахунку течії в соплах с помощью рівнянь Нав'є-Стокса. // АКТ. - 1988 - № 2. - с. 33 - 42.
5. Дмитрієв В.Ф., Дмитрієв Ю.І., Розрахунок нестаціонарного трівімірного потоку. // Збірник праць ЛМІ. - 1990.
6. Годунов С.К., Прокопов Г.П. и ін., чисельного решение багатовімірніх завдань газової динаміки. - М: Наука, 1976. - 400 с.
7. Laplace, Exposition du sisteme du monde. - Paris, 1836. - t. 1. - t. 2.
8. Іванов М.Я., Крупа В.Г., Розрахунок трівімірного течії в'язки газу в прямій решітці профілів. // МЖГ. - 1993. - № 4. - с. 58 - 68.
9. Дудаков В.І., Метод побудова аеродінамічного спектра спутного потоку при закінченні газу в вільну атмосферу. // Зб. «Реактивний рух». - М: Оборонгиз, - 1938. - № 3. - с. 1 - 53.
10. Дмитрієв В.Ф., Сергєєва В.В., Розрахунок просторового дії ГС на дно ПУ. // Боєприпаси. - 1999. - № 11 - 12.
11. Єрохін Б.Т., Ліпанов А.І., Нестаціонарні і квазістаціонарних режими роботи РДТТ. - М: Машинобудування, 1977. - 200 с.
12. Колмогоров А.Н., Рівняння турбулентного руху нестисливої ​​рідини. // Известия АН, серія фізична. - 1942. - т. 5, № 1 - 2. - с. 56 - 58.
13. Кондратьєв В.М., Константи швидкості газофазних реакцій: Довідник. - М: Наука, 1970. - 351 с.
14. Дмитрієв В.Ф., Єрохін Б.Т., Розрахунок параметрів тривимірної надзвуковий ГС. - М: Праці МГАПІ. - 1996.
15. Дмитрієв В.Ф., Дослідження спільного просторового руху твердих тіл і оточуючого їх газу. - Тула: Известия ТулГУ. - 1996.
16. Ландау Л.Д., Ліфшиц Е.М., Теоретична фізика. - М: Наука, 1964, 1971, 1983. - т. 1. - 203 с., Т. 4. - 624 с., Т. 5. - 567 с., Т. 6. - 736 с.
17. Дмитрієв В.Ф., Фізичні системи. - Тула: ДНВП «Сплав», 2000. - 64 с.
18. Habble E. // Proc. Nat. Acad., 1929. - v. 15. - P. 168.
19. Дмитрієв В.Ф., Єрохін Б.Т., Розрахунок взаємодії тривимірного нестаціонарного газового потоку з перешкодою. // Праці ТомГУ. - 1990.
20. Жариков В.Г., Про стійкість течії рідини в просторі. // Проблеми аналітичної механіки: Збірник. - Новосибірськ: Наука, - 1991. - с. 68 - 73.
21. Дмитрієв В.Ф., Розрахунок параметрів ГС в середовищі зі зміною тиску. // Боєприпаси. - 2000 - № 4.
22. Сєдов Л.І., Механіка суцільного середовища. - М: Наука, 1976. - т. 1.- 535 с., Т. 2. - 584 с.
23. Темам Р., Томассо Ф., Рішення рівнянь Нав'є-Стокса методом кінцевих елементів. // Чисельне рішення задач гідромеханіки: Збірник. - М: Наука, 1977. - с. 157. - 162.
24. Тихонов А.Н., Самарський А.А., Про збіжність різницевих схем в класі розривних коефіцієнтів. // Доповіді АН СРСР. - 1959. - 124, № 3. - с. 529 - 532.
25. Чаплигін С.А., Вибрані праці з механіки і математіке.- М .: ГІТТЛ, 1954. - с. 9 - 89.
26. Бакулін П.І., Кононович Е.В., Мороз В.І., Курс загальної астрономії. - М .: Наука, 1983. - 560 с.
27. Розенталь І.Л., Архангельська І.В., Геометрія, динаміка, Всесвіт. - М .: УРСС, 2003. - 199.
28. Gamov G. // Phys. Rev., 1946. - V. 10. - P. - 572.
29. Bardeen JM, Steinhardt PJ, Turner MS // Phys. Rev. D, 1983. - V. 28. - P. - 679.
30. Linde AD Hep-th / 0211048, 2002.
31. Дмитрієв В.Ф., Програма розрахунку на ЕОМ тривимірного нестаціонарного потоку газу з урахуванням тертя і теплопровідності / Звіт по НДР. - ФГУП «ДНВП« СПЛАВ »», Тула, 1986. - 20 с.
32. Хокінг, Чорні діри і молоді галактики. М .: Наука, 2003. - 200 с.
33. Дмитрієв В.Ф., Елементарні системи. - Тула: «ДНВП« СПЛАВ »», 2003. - 66 с.
34. Дмитрієв В.Ф., Фундаментальні системи. - Тула: «ДНВП« СПЛАВ »», 2004. - 66 с.
35. Deutsch R., Jozsa R., Rapid solutions of problems by quantum computation. - Proc. Roy Soc. London. Ser. A, 449, 1992. - p. 553 - 588.
36. Тюняєв А.А., Організміка - фундаментальна основа всіх наук. Том I. - М .: Ін, 2000. - 368 с.
37. Тюняєв А.А., Теоретичні основи науки «Організміка». // Міжнародний науковий журнал «Організміка», 2005. - № 2, № 3.

ПОСИЛАННЯ по темі:

• В.Ф. Дмитрієв. « Еволюція парадигми фізики »,« Organizmica », № 4 [8], 2006, стор. 12 - 13.
• А.А. Тюняєв, В.Ф. Дмитрієв. « Організмічний підхід у фізиці »,« Organizmica », № 7, 2006, стор. 2-7.
• В.Ф. Дмитрієв. « Фізичний носій інформаційної форми руху матерії »,« Organizmica », 2006, № 6.
• А.А. Тюняєв. « температура », Цикл статей. 18.04.05 р
• А.А. Тюняєв. « абсолютний вакуум », 05.01.05 р
• А.А. Тюняєв. « ентропія », 28.05.04 р
• А.А. Тюняєв. « Зв'язок між організмом і ентропією », 14.11.03 р
• А.А. Тюняєв. « Переміщення частинок і хвиль », 09.11.03 р