Искусственные тела можно понимать как технические устройства или приборы, предназначенные для изучения некоторых общих свойств упругих тел. Как и тела естественные, они тоже имеют размеры, к которым относится всё, что говорит современная физика о размерах тел вообще. Но отличаются тем, что созданы хорошо известными полями и силами, от которых зависят размеры этих тел, поэтому здесь размеры не могут определяться постулатом. Эти тела могут быть погружены в такие среды, где электромагнитные волны, создающие целостность тел, движутся медленнее, чем в пустоте. Длины волн и размеры стоячих полей при этом уменьшаются, потому уменьшаются расстояния между элементами и размеры тел. Приводя среду в движение относительно погруженного в нее тела, можно также наблюдать сокращение размеров. При этом можно физически или мысленно повторить эксперимент Майкельсона - Морли и убедиться, что размеры этого тела зависят от скорости относительно среды точно так же, как и длины стоячих волн рядом с этим телом.
Читая историю физики, мы узнаём, что классическая школа оказалась не способной объяснить результат этого эксперимента. Тогда физики полагали, что размеры тел определяются размерами атомов (по модели Томсона), которые, образуя тела, вплотную примыкают друг к другу. Постоянство размеров атомов, а потому – и тел, тогда казалось несомненным, что и привело к победе теории относительности над классическими представлениями. Но уже в 1911 году Резерфорд обнаружил, что размеры тел определяются устойчивыми расстояниями между атомными ядрами, относительно далеко отстоящими друг от друга. Следовательно, они зависят от свойств расстояний, от способов построения этих расстояний, от межатомных полей и сил, скрытых в микромире.
С 1911 года о постоянстве размеров судят интуитивно. Представители классической школы заявили, что размеры тел зависят от скорости, поскольку это логично. Их оппоненты, тоже не имея аргументов, назвали это смешным, нелепым, попыткой спасти теорию. Изучением свойств расстояний и способов их построения (а их не так уж и много) ни те, ни другие не занимались. Так решился самый важный во всей истории физики вопрос - о смене научной парадигмы, о дееспособности классической физики, “обычных” логики и здравого смысла. Новая физика просто перекричала старую, взяв под контроль научную печать и сделав ее рупором революции. Страсть к революции оказалась сильнее здравого смысла, логики и всей физики века великих открытий, вместе взятых. Для объективного решения нужен был, как минимум, сам объект - хотя бы один предмет, размеры которого созданы хорошо известными, не скрытыми в микромире полями и силами, и желательно – как результат самоорганизации. Но физика не обратилась ни к такой постановке вопроса, ни к поискам такого предмета, хотя все предпосылки для этого имелись: вибраторы Герца, пригодные для построения искусственных тел, были испытаны в 1888 году, а излучаемые ими поля полностью рассчитаны в 1903 году. Естественно, такие поиски были бы не в пользу научной революции.
Здесь впервые такой предмет рассмотрен, и впервые за сто лет мы получили возможность объективно изучать свойства размеров самоорганизующихся тел, движущихся произвольным образом в различных условиях – в средах и вне сред. Естественно, объект, построенный средствами классической теории, имеет свойства, не противоречащие этой теории. Однако, зависимость размеров тел (и процессов в телах) от скорости меняет классический принцип относительности движений.
Изучение свойств самоорганизующихся тел не даёт оснований для критики частной теории относительности, но позволяет понимать ее иначе - с классических позиций, как небольшой частный раздел классической теории. Несложно догадаться, что СТО фактически описывает некоторые свойства самоорганизующихся систем, и может быть понята как первая и своеобразная теория таких систем. Она принимает твердые тела - фактически гибкие самоорганизующиеся системы - в качестве меры пространства-времени, заведомо постоянной, а гибкие свойства самоорганизующейся меры относит к свойствам измеряемого объекта. Однако это мы рассмотрим в разделах 5 и 6.
Самоорганизующиеся модели упругих тел
Для того, чтобы искусственные тела могли служить достаточно полными моделями тел естественных, нужно бы решить вопрос об энергетической устойчивости таких моделей. Раньше (а может быть и поныне) физики полагали, что электромагнитные волновые поля тотчас же излучаются из микромира, в нем не задерживаются, потому не создают и силовых связей. Так и кажется на первый взгляд. Однако теоретически возможны электромагнитные динамические системы, которые содержат излучатели, но не излучают энергию в пространство. Источники волновых полей, каждый из которых излучает энергию в пространство, в принципе могут составлять систему, в пространство не излучающую, даже если находятся на расстоянии друг от друга.
Рассмотрим это сначала в общем виде. Здесь и дальше будем говорить только о периодических полях и процессах одной частоты.
Излучения двух разных источников могут в дальнем пространстве взаимно погашаться, для чего они должны быть там всюду равными и противофазными. Такое равенство возможно, в чем можно убедиться с помощью математической теории электромагнитного поля, чем и займемся. Читателю, не знакомому с этой теорией, придется пропустить три абзаца.
Всё множество возможных излучений, исходящих от источников, расположенных внутри сферы радиуса R с центром в начале координат, описывается вне этой сферы общим решением однородного волнового векторного уравнения U + k2U = 0 в сферических координатах. Это общее решение для каждой из трех компонент вектора U может быть записано в виде двойной суммы функционального ряда, членами которого являются все частные решения Unm = Rn(r) Фm( ) nm( ) уравнения U + k2U = 0, с неопределенными коэффициентами knm при них. Каждое частное решение Unm описывает поле излучения, исходящего из начала координат, во всем пространстве, кроме начала координат, т.е. поле, излучаемое неким источником, расположенном в бесконечно малой окрестности начала координат. Решение задачи об излучении из сферы для каждого конкретного случая находят в виде суммы knmUnm , определяя коэффициенты knm из граничных условий на сфере или иных заданных условий.
Пусть в нашем случае некий источник излучения находится в локальной области, лежащей внутри сферы R, но на некотором отдалении от начала координат. Пусть решение для этого случая вне сферы уже найдено в виде функционального ряда с уже определенными коэффициентами knm. Внутри сферы этот ряд не является решением данной задачи, т.к. там есть источники поля, т.е. исходное уравнение там не однородно. Он остаётся решением однородного уравнения и внутри сферы во всех случаях, когда сходится, однако описывает излучение не данного источника, а какого-то другого, расположенного в другом месте, ближе к началу координат, например, внутри сферы меньшего радиуса. Он-то нам и нужен. Значит возможен еще один источник поля, который расположен в другом месте, на расстоянии от первого, но излучает за пределы сферы R точно такое же поле. Зная поле, можно задать для него граничные условия, т.е. систему токов на какой-либо поверхности вокруг начала координат, произвольно ее выбрав, а значит, можно построить бесконечное множество различных источников нужного нам излучения.
Нетрудно догадаться о том же, ознакомившись с теоремой единственности решения той же внешней краевой задачи. Любое из ее решений вне сферы R однозначно задаётся граничными условиями на поверхности сферы в виде произвольной функции точек поверхности. А всё множество возможных источников излучения (токов), расположенных внутри сферы, может быть описано произвольной функцией точек в объеме, т.е. множеством более высокого порядка. Проще говоря, разнообразие возможных источников поля больше, чем разнообразие возможных полей, поэтому есть бесконечное множество разных по устройству, но одинаково излучающих источников излучений. И каждая пара источников, излучающих "в бесконечность" равно и противофазно, становится неизлучающей системой. Поля вблизи этой системы могут быть неравными, тогда не погашаются, и остается ближнее поле системы, но оно не уносит энергию в пространство.
Простейшие случаи неизлучающих систем общеизвестны. Например, любой источник излучения, окруженный сплошным электропроводным экраном, не излучает во внешнее пространство. Теория объясняет это тем, что излучение источника гасится вне экрана токами, наведенными на внутреннюю поверхность экрана. В экране под действием излучения наводятся токи, чем и исчерпывается здесь роль экрана. Если экран удалить или сделать прозрачным, но сохранить наведенные токи, то излучений в пространство тоже не будет, т.е. получится не излучающий в пространство источник волнового поля. Наведенные токи и первичный источник составят систему, в пространство не излучающую. Они изучают поля, которые вне системы равны и противофазны, их векторная сумма равна нулю.
Эта неизлучающая система (как и прочие) может быть представлена как разделенная на произвольные части, каждая из которых излучает. Но при любом разделении суммарное излучение частей в дальнем пространстве равно нулю.
Конечно же, из небольшого числа простых излучателей невозможно сложить неизлучающую систему. Однако далее мы будем иметь в виду системы достаточной для этого сложности, состоящие отчасти или целиком из объёмных электромагнитных или электромеханических резонаторов, подобных, например, каплям ферромагнитной жидкости или кристаллам кварца, внутренние колебания в которых описываются уравнениями в частных производных, т.е. из резонаторов, простых по устройству, но с весьма богатыми спектрами форм резонансов и излучений.