До питання про облік ефектів причинного механіки в
геофізичних завдання
Арушанов Михайло Львович, Горячев Анатолій Михайлович
Облік
ефектів причинного механіки [12,13] в геофізичних завданнях дозволяє пояснити
ряд феноменів, що не знайшли пояснення з класичних позицій. На підставі
обліку ефектів причинного механіки в гідродинамічних моделях дано суворе
пояснення особливостям розподілу геофізичних полів, що не піддаються
фізичній обгрунтування в рамках класичної механіки.
Вперше
у світовій практиці показано, що введення сили причинності в просту
баротропную гідродинамічну модель прогнозу погоди призводить до результатів,
які, з одного боку, в принципі не можуть бути описані з позицій
класичної гідротермодінамікі, з іншого боку, до реально існуючої в
природі картині.
Передмова
Гідрометеорологія,
і в цілому геофізика, як один з розділів прикладної фізики, концептуально
цілком залежить від ідеології, яка склалася в результаті теоретичних і
експериментальних досліджень у фундаментальної фізики. Зворотне вплив майже
відсутня, в результаті дослідники-геофізики розглядають своє коло завдань
тільки, як приватні застосування давно усталених (у разі гідрометеорології --
понад сто років тому) фізичних теорій в конкретній природній обстановці.
Вся геофізична специфіка зводиться до складності природних систем, неповноту
інформації про них і, як правило, до неможливості активного експерименту, тобто в
заміні експерименту, у фізичному розумінні цього слова, пасивним спостереженням.
Відсутність зворотного зв'язку приводить до великої інерційності геофізики до
сприйняття кола нових загальних концепцій фундаментальної фізики. Звичайно, не
будь-яка нова загальнофізичної ідея повинна обов'язково зробити який-небудь вплив
на геофізику. Тим не менше, важко дати універсальний, негативну відповідь, не
провівши в кожному конкретному випадку роботу з перевірки того, що дає деяка
нова (зазвичай не загальноприйнята, а іноді незадовільно формалізована)
фізична ідея в конкретних, геофізичних умовах.
З
іншого боку, в багатьох розділах геофізики, і в гідрометеорології в
Зокрема, склався певний набір фактів, які не піддаються поясненню в рамках
прийнятої парадигми. Простий приклад, - чому Північна півкуля тепліше Південного?
Цей та інші подібні питання звичайно "обходять" в тріумфальному марші
гідрометеорології, заснованому на технологічному, але аж ніяк не ідейному
прогрес. На згадане питання, або не відповідають взагалі, або роблять невиразну
посилання на нелінійність взаємодії океан-атмосфера. Тим часом, облік цієї
нелінійності веде до висновку про те, що океанічна (Южне) півкуля має
бути тепліше континентального (Північного) - в діаметрально суперечності з
контрольоване фактом. У порівнянні з іншими розділами прикладної фізики --
астрофізикою, біофізики та ін, саме в геофізиці загальновживана
парадигма найбільш консервативна і, як наслідок, все частіше не здатна
відповісти на виклики сучасності. Передбачувана увазі робота представляє
важливий крок з виходу на новий рівень розуміння атмосферних процесів за рахунок
програми ідей нового фізичного напрямку - причинного механіки до Землі,
як природної дисипативної гіроскопічний системі.
Доля
самої причинного механіки, як і її засновника - російського астрофізика Миколи
Олександровича Козирєва склалася драматично. Її ідеї виникли в пошуках відповіді
на корінні проблеми астрофізики і зачіпають найбільш фундаментальну
фізичну проблему природи часу. Чудово, що ці ідеї не залишаються
умоглядними, а призводять до цілком конкретних, що перевіряється в експерименті,
наслідків. Але першою державною нагородою їх автору було 10 років таборів,
причому, до стандартних для всіх порядних людей звинуваченнями в антирадянській
діяльності, було ще додано "шкідництво в галузі зоряної астрономії".
Н.
А. Козирєв виявився єдиним з опинилася у сталінських катівнях, плеяди
Пулковських астрофізиків, які зуміли вижити. Вижити не зламані, що захистив
через 2 місяці (!!!) після звільнення докторську дисертацію, присвячену, за
суті, астрофізичні введення в причинний механіку. Після цього їм були
побудовані основи теорії причинного механіки, основний постулат якої простий --
спостерігається асиметрія часу є властивість самого часу, а не приватних
систем. З теорії випливало, як один із самих простих наслідків, існування
в дисипативної гіроскопічний системі сил, спрямованих уздовж осі обертання,
які були названі силами причинності. Серія лабораторних експериментів
підтвердила існування цих сил і дозволила Н. А. Козирєва далі поставити
дослідження більш складних наслідків теорії, що стосуються принципово нового
типу взаємодії дисипативних процесів.
В
даній роботі розглядається з безлічі явищ, передбачає причинного
механікою, тільки сила причинності. Це цілком виправдано, оскільки саме
цей ефект допускає ясну полуклассіческую трактування, не викликає
принципових труднощів у додатку до досить складної природної
системі. Результати виявляються важливими, як для розуміння фізики атмосфери,
так і для практичних прогностичних додатків. Авторам вдалося отримати
відповіді на ряд принципових питань формування атмосферної циркуляції і
клімату, показати, яким чином сила причинності включається в систему
рівнянь гідродинаміки і в моделі чисельного прогнозу. Отриманий висновок, що
таке розширення рівнянь практично найбільш важливо саме для довгострокових
прогнозів погоди. Є всі підстави думати, що розвиток цих робіт зіграє
серйозну роль, як в теоретичній, так і в практичній метеорології. З
іншого боку, отримані результати становлять інтерес і для дослідників
у фундаментальної фізики, представляючи хороший приклад перевірки нових фізичних
ідей в умовах натурного експерименту.
Всі
це стосується результатів програми лише однією з граней причинного механiки. У
Загалом же, в останні роки виявлена дивна конвергенція результатів
трьох фізичних напрямків, що зародилися і довгі роки розвивалися
незалежно: причинного механіки, теорії прямого межчастічного взаємодії та
квантової нелокальності. Гранично коротко намічаються картина така.
Незворотність (дисипативної) процесів може не тільки вести до декогеренції
і руйнування квантових нелокальних кореляцій, але в певних умовах,
навпаки, грати конструктивну роль. У цьому випадку квантові кореляції
виходять на макрорівень, проявляючись, як новий тип взаємодії дисипативних
процесів. Ця взаємодія принципово відрізняється від всіх відомих,
саме нелокальності, відрізняється настільки, що в англомовній літературі
замість терміна interaction воліють інший термін - transaction. У цього
взаємодії відсутні локальні переносники (бозони), його здійснює
комбінація запізнілих та випереджаючого полів прямого межчастічного
взаємодії. Асиметрія часу (основний постулат причинного механіки)
виражається через асиметрію поглинання запізнілих та випереджаючого полів:
запізнілих поглинається повністю, випереджаюче - ні. У підсумку, випереджальний
поле неконтрольованих (природних) дисипативних процесів - джерел,
виявляється, наблюдаемо через випереджальну реакцію пробних дисипативних
процесів. Цей висновок нещодавно був підтверджений в експерименті. Зокрема,
спостерігалася реакція пробних процесів - детекторів на процеси синоптичної
активності з випередженням до 3 місяців. Тому, майбутні програми причинного
механіки в метеорології можуть бути ще більш важливі.
Здається,
що дана робота послужить стимулом для нових ідей та досліджень.
Завідувач
лабораторією Інституту геоелектромагнітних досліджень РАН, доктор
фізікоматематіческіх наук, професор С. М. Коротаєв.
Незважаючи
на сучасний високий науковий і технічний потенціал у геофізиці визначився
досить великий ряд фактів, не розмов із звичайних позицій. Дійсно,
геоїд в третьому наближенні має вигляд кардіоідального еліпсоїда з западиною на
Південному полюсі і підняттям на Північному. Коефіцієнт асиметрії h ~ 105 [25].
Математично цей факт формулюється наступним чином. У розкладі
гравітаційного потенціалу (за даними траєкторії польоту штучних супутників
Землі) в ряд по полінома Лежандра
, (1)
де
G-постійна, що входить до закону всесвітнього тяжіння, M-маса Землі, r-радіус
кола з центром у початку координат, 
доповнення до
широти, коефіцієнт J3 при несиметричного щодо направлення северюг
полінома P3 
виявляється
негативним і не дуже малим (J2 = 10826 · 107; J3 = 24 · 107 - E. Кодзай, 1969
[27]; J2 = 10821 · 107; J3 = 23 · 107 - М. Л. Арушанов, 2000 [3 ]).
На
Північному полюсі (
) потенціал V
за рахунок цього члена дещо збільшується, а на Південному ( = p)
зменшується. Таким чином, геоїд несиметричний щодо площини
екватора. Навряд чи це можна пояснити випадкової концентрацією мас в північному
півкулі, тому що після виявлення асиметрії у фігурах інших планет [12]
стало ясно, що вона викликається деякими закономірними асиметричними силами,
діючими вздовж осі обертання. При цьому виявилося, що коефіцієнт асиметрії
прямо пов'язаний зі швидкістю обертання планети. Проте в класичній механіці
відсутні пов'язані з обертанням асиметричні сили.
Зональна
розподіл суші і моря також асиметрично [22] і характеризується кардіоідой
зворотної геодезичної. Відомо [9], що цей розподіл не дивлячись на
процеси дрейфу материків і переміщення полюса при осредненіі за період часу
порядку сотень млн. років, в цілому збереглася.
В
атмосфері спостерігається теплова асиметрія півкуль: північну півкулю на »3О
тепліше південного [21], асиметрія внутрітропіческой зони конвергенції (ВЗК) і
інші показники асиметрії.
В
Наприкінці 50-х років вийшла книга найбільшого астрофізика Н. А. Козирєва "Причинний
або несиметрична механіка в лінійному наближенні "[12]. Механіка Н.А.
Козирєва викликала великий резонанс у наукових колах, але, в цілому, через низку
положень, неукладивающіхся в рамки існуючої парадигми фізики, негативну
реакцію. Проте наприкінці 80х, початку 90х років ряд положень причинного механіки
був успішно підтверджено експериментально М. М. Лаврентьєвим з співробітниками
[16,17,18] та японськими [24] фізиками. Один з основних висновків причинного
механіки, підтверджений експериментально - це те, що в гіроскопічний
системі за певних умов виникає додаткова сила, що діє
уздовж осі гіроскопа і названа Козирєвим силою причинності [12,13]:
, (2)
де
u - лінійна швидкість обертання гіроскопа, кут між
ортом 
, що визначає
напрям сили 
дії однієї
матеріальної точки на іншу в гіроскопічний системі і ортом обертання
гіроскопа 
, С2 = ac, де
a постійна тонкої структури Зоммерфельда, з швидкість світла у вакуумі.
В
роботі [23], розглядаючи планету як гіроскопічних систему, нами отримано
вираз для козирєвськими сили стосовно до Землі й атмосфері, що залежить від
широти:
. (3)
В
Відповідно до теорії причинного механіки, розглянута сила має
протилежний знак для причин і наслідків. Якісні міркування
вказують, що причину і наслідок можна визначити за напрямком потоку
вільної енергії: потік енергії завжди спрямований від причини до слідства.
Тверде тіло Землі віддає тепло в навколишній простір. Отже, його
можна вважати що знаходяться в "області причин". Розглядаючи ж систему, Земля атмосфера,
аналогічним чином приходимо до висновку, що атмосфера знаходиться в "області
наслідків ". Ці якісні міркування були підтверджені кількісно з
використанням апарату причинного аналізу [1,2,14]. Для цього було розглянуто
радіаційний баланс системи Земля-атмосфера, а саме, ефективне випромінювання
Землі і власне випромінювання атмосфери в напрямку земної поверхні. Результати
причинного аналізу (ентропійних параметри) "випромінювання Землі-протівоізлученіе
атмосфери "(a = H (Y)/H (X) = 0,541; b = H (Y/X)/H (X/Y) = 0,421; ix
