С.В. Кукалев
Теория решения изобретательских задач и физика
(опыт создания физического языка ТРИЗ).
Часть 2. Основные положения. Связь.
Истина не рождается из истины, истина рождается из ошибок.
П.Л. Капица
Сперва личное заблуждение становится общим,
а затем уже общее заблуждение становится личным.
М. Монтень
Аннотация
С целью повышения согласованности ТРИЗ с официальной наукой уточнен ряд терминов, позволяющих углубить физический смысл существующих инструментов ТРИЗ, обоснованно вводить новые и облегчить при постановке и решении задач переход непосредственно к точным оценкам. Рассмотрены свойства (параметры) каждого из предлагаемых понятий. Дается критическая оценка некоторых привычных положений физики. Вводятся новые понятия «Коэффициент передачи силы» и «Скрытая энергия связи», позволяющие увеличить эффективность системного и функционального анализа. С учетом этого дается краткое описание основных моделей ТРИЗ, используемых при постановке и решении задач.
Содержание
Часть 1.
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Элемент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Сила . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Часть 2.
1.3. Связь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Часть 3.
1.4. Функция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Процесс и поток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6. Система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7. Ресурс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.8. Подведение итогов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Часть 4.
2. Базовые принципы (постулаты) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Основные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Алгоритмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Связь
Совершенно очевидно, что элементы — носители силы, как правило взаимодействуют между собой не случайным образом, а образуя какую-то структуру, имеют какое-то взаиморасположение. И здесь нам понадобится ввести еще одно понятие, позволяющее построить модель этой структуры, перевести это понятие из неосознаваемого, скрытого, хотя и постоянно используемого, в явный, формализованный вид. Ведь без него нам трудно будет правильно поставить задачу, а значит и хорошо решить затем ее.
Def. Связь — это модель структурной основы для возникновения и действия сил, обеспечивающей согласованное взаимовлияние компонентов и приводящей к ограничению в изменении их состояния и направления действия сил.
Поясним: сила может действовать только между материальными компонентами, точнее их моделями, она не может быть направлена в никуда. А компоненты (любые) не смогут взаимодействовать, если между ними не будет связи (которая, увы, ни в классической физике, ни в ТРИЗ до сих пор не рассматривалась как отдельная составляющая триады взаимодействия). Именно поэтому нам необходимы связи, которые образуют и поддерживают (на уровне модели) структуру элементов, а значит и сил в некоторой части пространства.
Ну и заодно уж дадим еще одно определение.
Def. Канал (линия) связи – последовательность нескольких связей, обеспечивающая согласованные изменения входящих в нее компонентов.
Пояснения
Опознавать окружающий нас мир (строить модели его частей) мы всегда начинаем с выделения форм материальных предметов [1] или выполняемых ими операций за счет связей с ними наших органов чувств [2]. После чего мы ищем связи между компонентами, воссоздаем структуру части этого мира. Сил в нашей модели пока еще нет. Только после появления структуры, то есть обнаружения связей между компонентами, мы выделяем, включаем в нашу модель действия одних частей этой модели на другие (модели этих действий — функции будут рассмотрены в 2.4). Ведь не понимая характера связей мы не сможем правильно определить направление и параметры действия сил, их передачи от одного компонента к другому. Поэтому только построив модель связей мы можем начать оценку действующих сил, включая их в наши модели.
Собственно, когда речь идет о связи, она чаще всего идет об уравновешивании сил. И для практического использования рассматриваемого нами понятия этого бывает достаточно. Но при этом надо понимать, что акт взаимодействия реально осуществляется (или по крайней мере описывается) именно связью. Один объект (компонент) всегда действует на другой объект (компонент) через связь. Не будет ее — не будет и взаимодействия. При моделировании связи мы будем использовать модель функции.
Связи создаются полями, в том числе материальными, действующими между материальными компонентами (их моделями) или в случае, если в качестве компонентов выступают операции, фиксируются на материальном носителе. Иначе говоря, мы будем считать, что основой связи как правило являются поле, понимаемое расширенно, то есть включая материальные (химические, электромагнитные, слабые, сильные и т.д.), ментальные и все возможные поля. Говорят же, например, что нечто находится в зоне (в поле) нашего внимания, или о едином поле группы людей. Конечно, в таких случаях трудно указать физические носители таких полей, но в таких случаях это, как правило, и не обязательно делать.
При этом из соображений общности непосредственный контакт объектов (компонентов) условно будет рассматриваться тоже как полевое взаимодействие (механическое поле). По аналогии с так называемыми «техническими» полями, традиционно используемыми в ТРИЗ для связи между компонентами, обозначаемыми в вепольном анализе как «Вещество».
Впрочем, сюда не включаются (нами не рассматриваются) опосредованные (непрямые) связи явлений во времени, которые обычно оцениваемые через степень их корреляции (от лат. Correlatio, т.е. соотношение). Учет таких косвенных взаимовлияний через различные надсистемы сильно усложнил бы наши модели.
И конечно очевидно, что связь не может быть представлена (описана) без указания компонентов, которые она связывает (нельзя связывать ничто) [3]. Именно благодаря связям во всей их полноте (или, уходя от модели на материальный уровень — полям, в том числе тем, о которых мы еще мало знаем, а то и не знаем вообще ничего) любой компонент «висит» в создаваемом ими пространстве, получает свое положение относительно других компонентов.
И здесь, поскольку про элементы (компоненты) мы уже говорили, возникает естественное желание уточнить, что же представляет из себя «поле». А это вопрос до сих пор спорный, точнее до конца неопределенный в современной науке. Впрочем, этот очевидный изъян предлагаемого здесь языка в подавляющем большинстве случаев не мешает постановке и решению задач. Будем надеяться, что со временем ответ все же как-то проясниться. А пока небольшое отвлечение, всего лишь гипотеза.
Отвлечение (гипотеза).
По одному из определений под физическим полем (в быту поле — это просто обширное однородное пространство) понимают «область — (то есть часть) пространства — «каждая точка которого характеризуется определённым (постоянным или переменным во времени) значением физической величины». Т.е. поле — это пространство, точнее некоторая его часть. При этом поле считают вполне материальным. Но материя и пространство — это не одно и тоже. Материя в традиции существует в пространстве и времени, но ими не является. Да и «значения физических величин» неизвестно откуда взявшиеся… Впрочем, об этом мы уже говорили выше.
Видимо, чтобы избежать очевидного парадокса, поле в последнее время стали определять не как часть пространства, а как сплошную среду, некий физический объект. При этом также возникают очевидные вопросы, связанные с происхождением и характером действия этих полей.
Современная квантовая физика тоже не дает четкого ответа на эти вопросы, т.е. считает поле неким фундаментальным, не разделяемым на составляющие понятием, просто «особой формой материи». Или отсылает к надсистеме (активному вакууму, эфиру [4], или, стесняясь говорить об эфире, который так привыкли отрицать после Эйнштейна, говорят о «сетке»). И хотя такой подход в качестве сверхэффекта объясняет причину активности всего окружающего нас мира, обеспечивающей его развитие, вопросы остаются. В основном к этой самой надсистеме, вакууму (сетке).
Да и имеющиеся ответы на них более чем странны. Ведущие все к тому же парадоксу, но на новом уровне. Поля образуются частицами. А частицы — это некие особые формы поля. Все, круг замкнулся. Если образующие поля частицы — это возбужденные поля, то что значит возбужденные? А если эти частицы постоянно излучаются веществом, то откуда и сколько? И до сих пор о физической сущности поля, насколько мы знаем, идут споры. Или мы просто мало чего знаем.
Чтобы попытаться ответить на все эти вопросы у нас есть только один выход, каким бы странным он ни казался вначале. Однако логика заставляет нас опереться на третий компонент в знаменитой тройке: вещество — пространство — время. Найти «третью силу». Т.е. предположить, что поле — это не искривление пространства (как сделал Эйнштейн), а «искривление» времени.
Ведь в самом деле, нет взаимодействия — нет и времени. А в формуле любого взаимодействия время есть всегда — оно происходит во времени… (ну и конечно, в пространстве). И в графике любого взаимодействия время (t) — это как координаты в пространстве, х или y в любом другом графике. Лишать время (хотя бы одно его измерение) возможности воздействуя на вещество создавать в нем силы кажется несправедливым.
Мы не знаем, что такое время, но уверены — это не только, и наверно даже не столько то, что мы измеряем, «прикладывая» к нему свои часы. Причем все субстанциональные его модели мы отметаем сразу, они все суть пространственные. Да и реляционный подход мало что дает. К ответу на этот вопрос ближе всего, с нашей токи зрения, подобрался Н.А. Козырев, показавший, что термоядерных реакций в звездах совершенно недостаточно для обеспечения их светимости и экспериментально доказавший мгновенность передачи информации во Вселенной.
Не будем подробно излагать здесь идеи Николая Александровича [5], рассматривать доказывающие их обоснованность эксперименты, как и делать выводы о времени, как связывающей все со всем исходной сущности, формирующей принципиальную нелокальность любого взаимодействия, вводить параметры направления и плотности исходного поля (очень неудачное слово, но другого пока не подобрать) времени, и рассуждать о его связи с переменными гравитационными полями. Как и предполагать, что время не просто имеет направленность (никакие события нельзя повернуть вспять) [6], но что оно к тому же дискретно. И что возможно, именно эта дискретность и создает то постоянное «встряхивание» пространства (вакуума, сетки), которое порождает его (пространства) активность. Это увело бы нас слишком далеко в сторону от выбранной темы. Мы просто хотели показать перспективы развития заявленного подхода.
Свойства связи:
1. Любая связь (поле) создается телом, т.е. элементом [7].
2. Связь всегда соединяет одно или несколько тел (входящих в ее описание).
3. Связь задает направление действия сил тех тел, которые она соединяет.
4. Степень связи (связанности) зависит от расстояния между связанными объектами и времени. При этом и то, и другое не всегда поддается фо́рмульному определению.
При этом сама связь скорее всего устанавливается и разрывается мгновенно [8]. Другое дело — передача сигнала, воздействия по каналу (линии) связи, здесь все зависит от ее, связи, типа.
5. Параметры связи… описаны ниже — эта не простая тема требует отдельного рассмотрения.
Мы привыкли измерять связь в основном только через ее длину, продолжительность и, на бытовом уровне, через силу связи. Однако, понятие «сила» уже имеет у нас другой смысл, о котором мы говорили выше. Поле же, носитель связи, может быть правильнее характеризовать давлением или напряжением (натяжением)? Но этот параметр тоже не совсем нам подходит. Ведь
Напряжение… Обычно, когда говорят «напряжение», сразу вспоминается параметр электрического тока — т.е. разность потенциалов между двумя точками электрической сети (для чего, конечно, эти самые потенциалы должны быть заранее созданы на структурной основе), численно равная работе по переносу некоторого заряда. Т.е. речь в любом случае придется вести о выполнении некоторой силой работы. Несмотря на то, что эта оценка будет осуществляться по-разному в зависимости от характера связи, формы и способа передачи силы.
Тогда выходит, что нам придется все же рассмотреть и такие показатели, как работа, а значит и энергия, в принципе не существующие вне связей между собой компонентов с их силами. Ну и конечно, при рассмотрении линий (каналов) связи нам не избежать понятия «информация». Что же, приступим к неизбежному…
4.1. Работа и энергия. Вот что пишут на сайте, направленном на подготовку учеников к сдаче ЕГ (https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/energiya/?utm_num_popup=3): «Каждый вид энергии представляет собой некоторое математическое выражение». А чуть раньше там же говорилось: «Опыт показывает, что энергия не появляется ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь переходит из одной формы в другую». Т.е. речь идет о том, что математическое выражение не появляется ниоткуда и не меняется во времени, а только переходит из одной формы в другую? Что, конечно, справедливо, только это ли имелось ввиду? Странные люди учителя этой физики. Да порой и сами физики тоже. Так что же такое на самом деле энергия?
Термин «энергия» был введен в конце XIX века У. Томпсоном (бароном Кельвином) на основании работ Джеймса Прескотта Джоуля и Майкла Фарадея при переходе от субстанциональных представлений о тепле (теплороде) к современной термодинамике. Причем первоначально речь шла о «количестве единиц работы».
Пожалуй самое простое определение энергии мы нашли на страничке https://deep-review.com/articles/emr-2/: «Энергия — это простое число, которое показывает сколько работы может быть сделано». А если кого-то не устраивает такое отношение к энергии (как просто к числу), то мы все же попробуем дать более развернутое определение:
Def. Энергия — это оценка выполнения конкретным объектом (элементом) определенной работы за счет имеющейся у этого объекта силы, мера ее (силы) движения, а значит ее (силы) способности эту работу производить в конкретных условиях (в заданных связях).
Где
Def. Работа — это произведенные силой изменения (то есть строго говоря не способность производить изменения, а только сами эти изменения).
Напомним, что способность выполнять работу, то есть сила — реальна, как и сама выполненная работа. Но сила — только свойство тела (настоящего или виртуального), не существующее вне его связи с другими телами. Как и работа — только процесс, вполне реальный, хотя и нематериальный.
Энергия и работа измеряются в одних и тех же единицах — джоулях, равных силе, помноженной на расстояние. Все это используется столетиями.
Но посмотрим внимательнее. Ведь получается, что в процессе выполнения работы сила одного элемента может полностью или частично (с учетом коэффициента передачи силы) быть передана по имеющейся связи (определенному маршруту) другому элементу. Совершая при этом работу. При этом очевидно, что вне связи никакая сила не может выполнить никакой работы, а значит и проявить хоть какую-то энергию.
А поскольку мы уже решили, что сила связана с телом (компонентом), то все, что мы можем теперь сделать, это оставить энергию самой связи, т.е. полю. Вспомнив классическое определение поля как пространства, «каждой части которого можно сопоставить значение некоторой физической величины», то есть по сути, какое-то «простое число», в том числе энергию, как один из основных параметров связи (силу, напоминаем, мы уже использовали для тела) [9].
При этом мы отталкиваемся не только от традиции классической физики, в которой, например, «…попарное взаимодействие между молекулами характеризуется некоторой энергией связи…» [10], но и традиции ТРИЗ, где, скажем в вепольном анализе: «В сущности, «поле» в веполе – это энергия, прикладываемая к инструменту» [11].
Вот и выходит, что сила, принадлежащая телу, и только телу (при наличии связи, т.е. поля) выполняет свою работу по ходу связи, которая (работа) оценивается численно как энергия… этой связи. Сила просто не сможет проявить себя в виде работы (а значит и энергии), если не будет связи, по которой эта работы выполняется. Так что давайте просто примем, что связь оценивается через энергию. Ведь после передачи силы телу других вариантов у нас просто не остается.
Вспомним: согласно Ньютону, некая метафизическая сила, действуя на тело, вызывает изменения, которые оцениваются как работа силы (всегда куда-то направленной). А эти изменения не могут идти в никуда, они могут идти только по связи. И значит энергия, т.е. оценка объема изменений, «количество единиц работы» принадлежит именно связи.
Мы просто расставили все по своим местам: сила, как способность выполнять работу — это свойство тела (элемента), а энергия — это параметр связи. Всего лишь убрали некую мистическую силу в материальное тело, а энергию, нематериальную оценку выполненной силой работы (произведение вектора сила на величину перемещения по этой самой связи) оставили там, где она и была — за невещественной связью, структурной основой, объединяющей отдельные компоненты вместе. При всем нашем понимании все возрастающей условности деления материи на вещество и поле. Больше того, исходя из всего сказанного можно утверждать, что энергия не просто «заключена» именно в связях, но что именно связь останавливает силу или заставляет компонент (передав ему силу) выполнять работу. Работу, которая оценивается энергией следующей связи. Если следующий компонент (под действием следующей связи) не препятствует этому.
Именно за счет энергии связи сила одного компонента передается другому или удерживается от внешнего ее проявления. В последнем случае можно говорить о СКРЫТОЙ ЭНЕРГИИ СВЯЗИ (СЭС). В физике обычно ее называют потенциальной (от лат. Лат. Potentia, т.е. возможной), а лучше сказать условной. Содержащейся в той связи, которая удерживает тело от возможности выполнить работу
Задумаемся: разрыв прочной уравновешивающей связи всегда порождает мощные силы в связанных прежде даже относительно пассивных объектах. Что такое ядерный взрыв, как не одномоментный разрыв огромного количества связей? А супружеская измена в быту? Ведь чем более прочная связь при этом рвется, тем более сильные реакцию мы видим в прежде связанных (и часто совершенно пассивных) объектах. Реакцию, т.е. силы, направленные порой по совершенно случайным связям. Увы, приписывая энергию объектам (элементам) мы во многих практических ситуациях лишаем себя инструмента, позволяющего должным образом оценить эту скрытую энергию связи [12].
Если не будет связи, то сила просто не сможет проявить себя в виде работы (а значит энергии). Именно благодаря связям «функционирует» весь окружающий мир, в котором компоненты и связи образуют нерасторжимое единство. И здесь уместно предложить такую оценку связи, как
Def. Уровень (величина) связи (или просто Связность между двумя компонентами) — интегральная оценка работы, которая была (которая может быть, которую необходимо) выполнить для создания связи. Естественно, за вычетом работ, совершившихся затем по ее ослаблению).
Однако, напомним: сама энергия — это только оценка (мера) совершенной работы (или возможности работу совершить). Она (в отличие от силы) не является величиной, наблюдаемой напрямую. Больше того, это величина договорная, все зависит от того, что принято за нулевой уровень энергии. И оценивается она по-разному в зависимости от характера взаимодействия, той связи, по которой это взаимодействие осуществляется. А поскольку для правильного понимания того, что происходит, нам (в ТРИЗ) необходимо строить правильные модели, то полезно помнить, что энергия, как мера (число) не может быть представлена, скажем, в виде «сгустка энергии», как и не может (с нашей точки зрения) вообще куда-то передаваться. Разве что следующей связи.
При этом сила всегда имеет направление и поэтому ее оценка — величина векторная, в то время как энергия — это скаляр. Возможно именно поэтому в современной физике чтобы не заморачиваться с векторными переменными предпочитают не говорить на языке сил, описывая через энергию как связи, так и силы.
Служители современной науки, следуя за Ньютоном, до сих пор живут в некоем иллюзорном метафизическом мире, где силы возникают ниоткуда, заставляя тела (элементы) выполнять работу, направленную по неизвестным или вообще не существующим связям. Где оценка этой работы — энергия, то есть число, свободно (без какого-либо канала связи) передается от одного объекта к другому никуда не исчезая и проявляется как в компонентах, так и в связях (химических) в зависимости от их, служителей, удобства.
Только не говорите: «Но ведь все это работает». Геоцентрическая система Птолемея прекрасно работала (надо было лишь внести ряд поправок) почти полторы тысяч лет, хотя была в корне неверна. А в Европе в средние века считалось, что вши заводятся от грязи. И работало — заводились. Любая ложь, если она продумана, может «работать» весьма длительное время. Но когда-то все же наступает пора сказать правду.
Ученые просто привыкли «свертывать» последовательность: выполняющий работу объект — другой измененный в результате этого объект, в котором появилась новая сила, осуществляющая другую работу, до простой передачи энергии [13], перенося энергию связей на соединяемые этими связями компоненты (с учетом внутренних связей элемента, которые, конечно, тоже могут порождать энергию, например, тепловую всего компонента, суммарно оценивающую работу тела по нагреву окружающего его пространства).
С нашей точки зрения, все было бы понятнее, если бы речь шла об активности тела (элемента)… ну да, оцениваемой по формулам энергии. Для сохранения строгости изложения определим:
Def. Активность — это суммарная мера всей работы, которая выполняется и (или) может быть выполнена компонентом при отсутствии сдерживающих его связей.
Говорить же, что энергией вместо связей, которые удерживают тело или по которым оно выполняет свою работу, обладает само тело — значит, с нашей точки зрения, просто не уважать себя как физика, ученого. Или ты физик, стремящийся описать и понять реальную картину происходящего, или ты математик, привыкший писать формулы и делать расчеты, не задумываясь о соответствии их действительности. Передается всегда активность (свойство), а не энергия (оценка, число). Что и приводит к изменению силы. Вспомним: свойство (в нашем случае активность) согласно общепринятым представлениям — это признак, отличительная особенность предмета. В отличие от параметра, числа, получившегося в результате измерения этого свойства.
Именно понимание характера связей между компонентами системы и действующих в них сил позволяет правильно поставить задачу и помогает хорошо (с привлечением минимума ресурсов) ее решить.
Конечно, поскольку энергия в замкнутой системе считается всегда постоянной, то это дает удобную почву для расчетов [14]. Чего нельзя сказать о силе как величине векторной и трудно поддающейся оценке активности. С чем видимо прежде всего и связано столь широкое использование понятия «энергия» в жизни. Но передается, конечно же, не энергия, а сила, что и приводит к выполнению некоторой работы [15].
Во всем этом, наверно, нет ничего страшного, ведь тела (компоненты) и связи между ними составляют некое единство, а точка приложения сил иногда (в механике) все же задается… Только видеть истинную картину взаимодействий в мире, с нашей точки зрения, всегда полезно.
Одним словом, понимая смысл таких понятий как сила и связь мы можем, используя известные инструменты ТРИЗ правильно ставить задачи, т.е. строить простые интуитивно понятные модели, дающие понимание физической сущности происходящих вокруг нас (и в нас самих) процессов. Ведь как уже говорилось, нас всегда интересует сила, обеспечивающая выполнение нужных нам операций (совершающая нужную нам работу). А значит, чтобы управлять ей нам необходимо видеть те внутренние силы и связи, которые эту нужную нам силу порождают. Понимая при этом, что сила может быть статической (потенциальной, пассивной), сдерживаемой другой силой за счет какой-то связи, или динамической (активной), создаваемой телом тогда, когда другое тело его не сдерживает. «Передача» же энергии происходит только во втором случае, когда сила выполняет какую-то работу. Которую мы уже и оцениваем через энергию… но после того, как поняли (смоделировали) действующие в интересующей нас части пространства в нужное нам время структуру связей и сил находящихся там тел.
Примеры.
С некоторых пор меня настораживает, когда говорят, что «при выполнении телом работы тратится энергия». Ведь энергия — это оценка выполненной работы, а значит при ее выполнении энергия должна не тратиться, а появляться. Не будет работы — не будет и энергии, нечего будет оценивать. Другое дело, что при выполнении телом (элементом) работы могут быть разорваны какие-то его связи (и конечно, созданы новые), и тогда появление энергии вполне закономерно. Если Вы, для примера, убрали с дорожек много снега, то какое-то количество энергии — разорванных связей молекул АТФ в Вашем теле — на это, конечно ушло.
А если вы читаете что-то типа: «Частицы темной материи, пронзая детектор, изредка сталкиваются с ядрами рабочего вещества и передают им часть своей энергии. Эта энергия выделяется в детекторе и может быть зарегистрирована датчиками» [16], то понятно, что на самом деле речь идет о передачи сил от одной частицы к другой. Однако замена здесь слов «энергия» на слово «сила» приведет к необходимости указания направлений действия этих сил, что в данном случае затруднительно. Вот в описании процесса и говорится не о работах, которую эти частицы выполнили в детекторе, а об оценках связей между частицами темной материи и ядрами рабочего вещества детектора. Об энергии именно этих связей (насколько мы поняли) и шла речь. Именно по этим связям сила частиц передается рабочему веществу детектора, производя в нем изменения (работу), которые и оцениваются исследователями.
Или вот представьте, что вы залили фундамент, построили на нем дом. Дом будет действовать на фундамент с силой (весом), задаваемым земным притяжением. Но никакой работы выполнять не будет, а значит и говорить об энергии… Ну разве что потенциальной, или попросту условной энергии (как бы заключенной в связях нашего дома с его фундаментом). Только при этом все будет зависеть от некоторого условного уровня, выбранного за начало отсчета.
А теперь вы купили шкаф и передвигаете его по комнате, ища для него достойное место. Т.е. прикладываете к нему силу, порождаемую вашими молекулами АТФ (за счет электрической энергии связей в этой молекуле) в механическую силу ваших рук. Передавая таким образом шкафу какую-то ее часть силы (частично разорвав при этом связь шкафа с полом, т.е. преодолевая ту самую скрытую энергию связи, о которой мы говорили выше)? Конечно, ведь он перемещается, сметая все на своем пути. Где была в это время энергия? С нашей точки зрения в связях молекулы АТФ и затем в связи вас и шкафа.
Но вот он встал на место, вы перестали на него давить. Уже знакомая нам ситуация, что и с домом. Сила есть, а энергии как-то не наблюдается (не считая той самой, условной, т.е., простите, возможной).
Или вот вы поссорились утром с женой (мужем) — чего не бывает даже в счастливых семьях — и пошли на работу. Как это описать? На языке сил здесь все понятно: в вас, в результате воздействия жены (мужа), связь с которыми несомненна, появилась некая деструктивная сила, которой раньше не было (система была уравновешена). И при столкновении с другим объектом (в транспорте, дорожном заторе) вы легко можете передать эту силу или ее часть другому объекту. Если установите с ним связь и выполните при этом некоторую работу. Попробуйте теперь описать все это на языке энергий. Ведь «энергии» (как ее обычно понимают) в вас после ссоры, стало, быть может, не больше, а намного меньше: вам возможно вообще было трудно дойти до остановки транспорта или своей машины. И вести ее тоже было труднее. А сколько «энергии» (связей в молекулах АТФ) вы потратили, объясняя этому «другому объекту», что он неправ (хотя неправы были скорее всего сами)? И сколько ему «передали»? Как эту энергию подсчитать? Так не проще ли все же использовать язык сил?
Да, кстати, даже в политике важно прежде всего видеть какие силы задействованы в процессе и по каким связям они направлены.
Но вернемся опять к физике и приведем еще один пример из указанного выше источника (с. 39): «В экспериментах на большом адронном коллайдере частицы разгоняются до очень больших энергий сталкиваясь лоб в лоб и порождают множество вторичных частиц, разлетающихся в разные стороны. Вокруг точки столкновения установлены огромные многослойные детекторы…».
Давайте не обращать внимание на «точку столкновения» (точка не имеет размеров). Но согласитесь, говорить о том, что нечто разгоняется не до больших скоростей, а до больших энергий немного странно.
Ведь мы уже договорились, что сила принадлежит телу. А из школьной физики знаем, что тело (за счет своей силы) выполняет работу, объем которой оценивается параметром «энергия». Физики же упорно помещают энергию в тело (маму, атлета, слона), забывая про выполняемую этим телом работу. Чем не позволяют силе получить точку опоры, место, откуда она исходит. И делая всю физику чем-то мистическим, когда сила появляется ниоткуда, а энергия сидит в телах, не выполняющих никакой работы. Особенно это касается квантовой физики, где энергия тела, точнее частицы, всегда важнее его массы. И это при том, что размеры тела (частицы) и его плотность при взаимодействиях не меняются. Однако их, тел (частиц), масса постоянно претерпевает изменения. Не странно ли это?
И там же, на следующей странице читаем: «Пусть протон на БАК потерял после столкновения 1% своей энергии…». Снова речь идет об энергии.
На языке классической ТРИЗ описанная выше ситуация выглядела бы как простая формулировка функции: протон разрушает (другой) протон. И дальше ТРИЗ уже не пошла бы.
Но чтобы пойти дальше совсем не обязательно помещать энергию в тело (частицу). Ведь протоны разгоняются не сами по себе. Их разгоняют до очень больших скоростей магниты за счет связи этих частиц с ними через создаваемым ими поле, в котором и сидит та самая энергия. И возникшая в протонах сила (произведение их массы на скорость) в момент их столкновения, естественно передается, с учетом КПС (коэффициента передачи силы), тем самым разлетающимся частицам. Которые, разлетаясь, выполняют работу по изменению детекторов. Работу, которая оценивается энергией их связи с этим детекторами. Может так будет хотя и длиннее, но правильнее? Хотя, возможно, придется определять также скорости, а не только результаты выполненных работ.
Но тогда мы можем продолжить формулировку по ТРИЗ: протон разделяет (другой) протон (на частицы, передавая этим частицам часть свой силы). И приступить, наконец, к расчетам.
Не получается ли, что, упрощая жизнь себе, физики далеко ушли от того, с чего начали, и заблудились в образованных ими самими потоках энергии. Ну или в этих потоках заблудились мы сами.
Конечно, нельзя не признать, что расширенный (за счет неявных правил сокращения) язык принадлежащих телу энергий современной физики во многом удобнее исходного языка сил (с учетом наших предложений). К тому же, не поместив силу в тело и не выделив связь в отдельный необходимый компонент системы у физиков в общем то и не было другой возможности. Но не пора ли уже учиться делать то, что правильнее, а не то, что легче.
Впрочем, мы не готовы переделывать всю существующую ныне физику. Мы просто задаем сами себе вопросы в поисках языка, который помог бы моделям ТРИЗ продвигаться дальше того, до чего они традиционно доходят, соединить их с языком физики.
И значит, традиционно классифицируя в ТРИЗ компоненты системы по их функциональному назначению (если это кому-то в чем-то поможет) вместо «Источника энергии» правильнее будет говорить об «Источнике сил». Которые (силы) затем по трансмиссии будут передаваться рабочему органу, чтобы он и передал затем требуемую силу нужному нам компоненту.
4.2.
Def. Мощность — это скорость, с которой выполняется работа.
4.3. Информация. Приведем сначала несколько определений, найденных нами в разных источниках. Исходя из них информация — это:
— в обиходе: любые данные или сведения…;
— в технике: сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов…;
— в кибернетике: часть знаний [17], используемая для управления (Н. Винер)…;
— осознанные сведения (знания, выраженные в сигналах, сообщениях, известиях…);
— отражение реального (материального, предметного) мира в виде сигналов, знаков…
— отрицание энтропии (Леон Бриллюэн)…;
— мера сложности структур (Моль)…;
— отраженное разнообразие (Урсул)…;
— содержание процесса отражения (Тузов)…;
— вероятность выбора (Яглом)…
— снятая неопределенность (Шеннон, его «Математической теории связи»)…
С точки зрения здравого смысла самым странным кажется последнее определение (по крайней мере нам). Однако именно на этой идее построена так называемая Теория информации.
Исторически все началось с Ральфа Хартли который, исходя из теоретико-множественных соображений выбора нескольких вариантов из всех возможных, т.е. считая, что информация в объекте (сообщении) уже есть и надо лишь посчитать сколько ее там [18], предложил (в 1928 г) свою формулу для такого подсчета. Полагая видимо, что если подсчитать количество информации, то станет сразу понятно и что такое информация.
После чего, озабоченный неопределенностью Клод Шеннон [19] показал (1948 г), как можно численно оценить работу канала связи, выбирая с определенной вероятностью единичное сообщение из множества всех возможных с учетом вероятности появление каждого из них [20]. Это всегда было важно для улучшения связи. Хотя так и не раскрыло существа самого явления.
Но ни тот, ни другой так и не пошли дальше и не попробовали оценить конечный результат, изменение уже не в линии связи, а в том объекте, элементе, на который было направлено действие — подсчитать количество таких изменений (как результат действия на этот объекта через линию связи с другими телом). Это сделал только в 1970 г (т.е. уже более 50 лет назад)
М. Мазур [21], до сих пор фактически забытый. А ведь нас то, как правило, интересует именно последнее.
Ведь такая «Теория информации», которая развилась на базе идей Хартли-Шеннона на практике, т.е. в конкретных условиях постановки и решения различных задач за пределами оценки работы канала связи, мало что дает, а точнее в огромном числе случаев просто не работает. Позволим себе объемную цитату из М. Мазура: «Например, программы обучения истории в школе охватывают большее или меньшее число исторических фактов, при этом для учителя очевидно, что чем более обширна программа, тем больше ученик получит информации. Однако для количественного описания этой разницы учитель на сможет воспользоваться принятой в теории информации мерой «количества информации», ибо едва ли кто-либо сможет указать полное количество всех исторических фактов. Да и как приписать каждому из них вероятность, если каждое из них уже произошло? По этим же причинам невозможно выразить «количество информации» заключенной, например, в утверждении, что сейчас 1970 год. К какому множеству лет принадлежит этот год? Как можно говорить о вероятности наступления этих лет, особенно минувших, то есть тех лет, которые уже не могут произойти ни с какой вероятностью? А как применить понятие «количество информации», например, к географической карте? Ведь карта содержит самую различную информацию: например, можно узнать, что Стокгольм расположен севернее Будапешта, что от Мадрида до Белграда 2000 км, а расстояние от Лондона до Рима вдвое больше, чем до Женевы. О каких вероятностях может здесь идти речь? Ведь каждый элемент карты, как и каждый элемент территории, существует, а не «происходит» с какой-то вероятностью. А как описать количество информации в геометрии, например в утверждении, что один угол составляет половину другого. Ведь каждый элемент геометрии вообще не «происходит» с какой-то вероятностью…».
Мы не будем здесь подробно описывать подход М. Мазура, рассматривающего процессы информирования в цепях управления. Но мы призываем читателя прислушаться к самому слову «ин-формирова́ние» (не забудьте поставить ударение там, где мы указали). Разве и без сложной теории не очевидно, что речь идет о формирова́нии чего-то в чем-то другом. Скажем только, что информация, по Мазуру, в отличие от энергии как раз передается. Вот какое ее определение он предлагает: информация — это преобразование одного сообщения информационной ассоциации в другое сообщение этой же ассоциации.
Здесь под информационной ассоциацией понимается ассоциация сообщений из поперечного множества сообщений, т.е. совокупность изменений в определенном месте канала связи цепи управления (продольное множество сообщений по Мазуру — это код). А ее подсчет может вестись практически по той же формуле Хартли, только с другим смыслом входящих в нее переменных.
В практике решения задач, мы уверены в этом, полезно только одно понимание:
Def. Информации, как меры изменения в объекте информирования, оценка именно такого параметра результата этого процесса.
По аналогии с энергией — оценкой того, сколько работы было (или может быть) сделано. Понимая, что любой физический процесс, в результате которого меняются какие-то параметры компонентов, всегда энергоинформационный, просто энергия оценивает работу самой связи, а информация — результат этой работы, поскольку при этом всегда происходит появление информации в объекте воздействия.
Классический подход к информации, идущий от Хартли-Щеннона почти во всех важных для ТРИЗ случаях, просто не работает. Или заводит в такие дебри философствования, из которых потом уже практически невозможно выбраться.
Пример.
Пусть у нас есть выключатель, подсоединенный к сети переменного тока 220 в (он пока в положении «Выкл») и провод [22], идущий от него к лампочке. Все это объекты. Где здесь связи? Очевидно, они все пока чисто механические — работает то самое гипотетическое «механическое поле» между выключателем и проводом, проводом и лампочкой.
А теперь переведем выключатель в положение «Вкл» (превратим его во включатель). Тогда он вместе с проводом создадут новую связь. Провод, который до этого ни хрена не делал, превратится в источник связи, электрической, между включателем и лампочкой — он создаст поле [23]. В нем появится напряжение и сила, которую он начнет постепенно передавать лампочке (эту силу будут создавать якобы свободные электроны, которые станут не спеша передвигаться внутри провода, точнее ближе к его наружной оболочке). А значит он (провод) начнет выполнять работу, делая это постепенно, небольшими «количествами единиц работы». Эту работу можно будет оценить энергией, принадлежащей как раз связи (как мы и говорили). А это позволит нам посчитать мощность, которая будет зависеть от того, какую лампочку мы изначально установили 20 или 100 вт.
Что до информации, то ее здесь будет немного: сколько изменений произойдет в нити накаливания лампы в данном случае посчитать несложно. Ведь все это время, пока выключатель находится в положении «Вкл» происходит одно и тоже, т.е. этой информации будет всего 1 бит. Понятно, что таких подсчетов обычно не делают в силу малости получающегося значения.
5. Графически связь лучше изображать пунктирными линиями удобной для конкретного случая формы и толщины, оставив сплошные линии-стрелки за силами.
[1] Формы, имея порой решающее значение, увы, до сих пора крайне ограниченно отражаются в моделях этих предметов — элементах (компонентах).
[2] Кроме случаев стремительного, неожиданного и возможно опасного для нас самих движения предметов (а значит и еще не распознанных форм), пусть даже их связь с нами пока неясна.
[3] К сожалению, в вепольном анализе допускалось не показывать в веполе источники полей, что лишало веполь однозначности, а вместе с его жесткой структурой существенно ограничивало использование на практике.
[4] Как это делает, например, так называемая Полевая физика.
[5] До сих пор не признаваемые (если не считать: «в этом что-то есть»), не рассматриваемые официальной наукой в силу прежде всего мощности потока ее (этой науки) развития, не готовности к глубокому физическом поиску новых смыслов (недостаточность математических моделей идей Козырева — всего лишь отговорка). Несмотря на наличие неопровержимых, многократно повторенных экспериментальных данных его (Козырева) правоты.
[6] Быть может как раз в этом причина невозможности его, времени, серьёзного изучения сегодня. Ведь в любую физическую формулу время на самом деле должно входить как величина векторная. Беда в том, что эта величина входит в формулы как правило в знаменатель дроби (любой расчет ведется на единицу времени), а делить на вектор математика не умеет. Вот и решили все упростить, не лезть в эти дебри, безгранично сужая наше представление о мире…, но зато и существенно упрощая (хотя и искажая) используемые модели.
[7] Увы, мы не знаем пока как.
[8] Есть даже мнение, что вся наша Вселенная едина и в ней не происходит локальных изменений, т.е. все и всегда связано между собой.
[9] Встречающийся в литературе подход к полю, как «физической величине, представленной скаляром, вектором или тензором, которая имеет значение в каждой точке пространства и времени» по факту отрицающий реальное существование полей, кажется нам противоестественным.
[10] Иванов И. Как ломаются спагетти и другие задачи по физике /Игорь Иванов. — М.: Альпина нон-фикшн. 2022. — 320 с. — (Серия «Научно-популярные задачи) — С. 227).
[11] Альтшуллер Г.С. и Селюцкий А.Б. «Крылья для Икара», стр. 60
[12] За исключением тех случаев, когда действие нужной нам силы тела задается суммарным действием множества внутренних связей его частей (частиц, молекул, атомов), например сила тепла (изучение которой, собственно, и породило понятие энергии). Что с некоторой натяжкой в принципе позволяет приписывать энергию самому телу, как бы суммирующему энергию своих внутренних связей.
[13] А в квантовой механике вообще «часто используются так называемые естественные единицы измерения, в которых все размерные величины выражаются через энергию». Цит. по Иванов И. Как ломаются спагетти и другие задачи по физике /Игорь Иванов. — М.: Альпина нон-фикшн. 2022. — 320 с. — (Серия «Научно-популярные задачи) — С. 312. Что с нашей точки зрения вообще противоестественно, поскольку энергия — величина условная.
[14] То же относится и к моменту импульса для вращающихся объектов.
[15] Конечно, наше описание здесь несколько механистично, при взаимодействиях других типов появятся специфические отличия. Но суть то остается той же.
[16] Взято из Иванов И. Как ломаются спагетти и другие задачи по физике /Игорь Иванов. — М.: Альпина нон-фикшн. 2022. — 320 с. — (Серия «Научно-популярные задачи) — С. 286
[17] Хотя с более поздней точки зрения той же кибернетики знания — это не просто информация, а информация активная, ассоциативная и целостная, т.е. такая, которая так изменила приемник сигнала, что стала его неотъемлемой частью и в силу этого проявляет свою активность вовне.
[18] Хартли оценивает информацию как количество выбранных элементов из всего множества их возможных сочетаний, т.е. как алгоритм по основанию 2 от числа букв в алфавите помноженный на количество выбранных букв в сообщении. Жаль, что на практике мы редко делаем такой выбор.
[19] К. Шеннон, написавший за свою жизнь всего две статьи «Математическая теория связи» и «Теория связи в секретных системах» по факту стал отцом «Теории вероятности». Хотя, фанатично увлекаясь жонглированием, он большую часть оставшейся жизни создавал уникальные уничтожающие неопределенность жонглирующие автоматы. А по легенде даже сделал машинку для 100% выигрыша в рулетку.
[20] Формула Шеннона выражает энтропию (здесь — логарифм числа доступных состояний) множества n разных вероятностей, приравнивая количество информации и неопределенность, возможность выбора.
[21] Мазур М. Качественная теория информации — М.: Мир, 1974. — 239 с.
[22] Точнее два провода, чтобы не заморачиваться с также вполне возможной «передачей энергии» по одному проводу или вообще без проводов.
[23] Официально считается, что поле возникает при движении заряда по проводнику в результате его соударений с электронами проводника. Но интересно, что такое движение зарядов начинается сразу по всему проводнику. Это, скажем, как наш волос, который седеет сразу весь, целиком, чего никто до сих пор объяснить не смог.
