Направления развития новых фундаментальных знаний

1. Исследование взаимодействия систем, их иерархической структуры и дальних корреляций

Принцип «природа не делает скачков», доминировавший в представлении о физической картине мира, сменяется в последний период принципом дискретности. С.И. Вавилов писал: «Новая физика в некоторых пунктах отказалась от идеи непрерывности, идеи автомизации, скачков, прерывностей глубоко проникла в современную науку». Достижением исследований последних лет является осознание квантовых характеристик мира на всех уровнях его организации, проявленных во всех физических переменных. При этом наряду с механизмами квантования типа арифметических прогрессий, когда реализуются только кванты с вполне определенным значением характеристики («кирпичи» определенного размера) все больший интерес вызывают иерархии квантов, определяющие дискретные последовательности критических характеристик систем (например, это значения доминирующих размеров природных структур, представленные геометрической прогрессией с постоянным модулем, которые экспериментально выявлены для диапазона размеров от нанометров до тысяч километров). Такие последовательности установлены сегодня для всех основных физических величин. В физике такие явления представлены эффектом дробного квантования, когда передается не «полная порция» — квант, а некоторая его часть типа 19/7 — «порция». Таким образом, существуют закономерно повторяющиеся в природе доминирующие критические значения физических величин, иерархически упорядоченные по рангу значимости и единые для всех природных объектов.

Эти исследования приводят к иерархической структурной картине мира, единой для микро- и макроуровней, позволяют определять естественные границы реализации физических эффектов определенной природы, использовать знание точных значений границ классифицирующих диапазонов для выявления новых эффектов и технологий на их основе. Одновременно это позволяет получать информацию об эффективных комбинациях критических значений физических величин для технических приложений.

2. Исследование механизма синхронизации систем при слабых связях и управление резонансными эффектами

Синхронизация систем при слабых связях является механизмом выработки единой ритмически согласованной структуры взаимодействий систем и среды и формирования целостных систем, что характеризует принцип синхронизации для приобретения системой т. н. эмерджентных (целостных) свойств, которые реализуются при согласовании характеристик среды, системы и ее элементов.

Синхронизация динамических систем является одним из основных механизмов их самоорганизации. Синхронизацией называют явление согласования частот колебаний элементов при наличии даже слабых взаимодействий между ними. При отсутствии взаимодействия между системами они могут иметь различные частоты колебаний или вращаться с различными угловыми скоростями. Введение слабого взаимодействия между элементами приводит к тому, что они начинают развиваться с одинаковыми, кратными или соизмеримыми частотами.

Эффект синхронизации был впервые детально описан Г. X. Гюйгенсом на опытах с маятниковыми часами, которые при прикреплении к легкой балке, вместо стены, движутся синхронно [11]. В настоящее время явление синхронизации детально изучается и его проявления установлены в электрических, электромеханических, акустических, электромагнитных процессах, в радиотехнике, радиофизике, астрономии и биологии. В связи с этим возникают соображения об универсальности этого явления как фундаментального свойства колеблющихся систем [1, 2]. Автор теории биологического резонанса А. Е. Щербак отмечал, что «одни и те же виды энергии действуют как внутри, так и вне организма. Организм же с самых ранних ступеней развития неизбежно должен был приспосабливаться к внешней среде, т. е. именно к воздействию на него различных видов энергий, иначе самая жизнь стала бы невозможной, а это приспособление, этот важнейший биологический факт и есть, в сущности, то, что соответствует рабочей гипотезе о резонансе клетки и тканей. В то же время, это есть тот путь, посредством которого организм и может черпать нужную ему энергию из внешнего мира, ибо поглощается телом лишь та энергия, которая находит в теле свой резонанс. Преимущественному действию подвергаются те физиологические приборы, резонанс которых с наибольшей точностью совпадает с колебаниями внешнего раздражителя» [41].

Согласование, аналогичное частотным резонансам, на уровне пространственных структур определяется принципом П. Кюри, в соответствии с которым дисимметрическое явление вызывается только такой же дисимметрической причиной [26]. В связи с этим, наблюдая доминирующие пространственные структуры природных систем, можно изучать характеристики среды, вызывающие дисимметрическое развитие, и на этой основе задавать пространственные структуры технических систем, которые будут резонансными, а значит высокоэффективными.

В. И. Вернадский считал: «Можно допустить, что реальность геометрически неоднородна и что в разных явлениях могут проявляться разные геометрии и что мы с этим должны считаться в нашей работе» [6]. В связи с этим возникает необходимость исследования резонансных свойств пространственных структур с положительной, нулевой и отрицательной кривизной (пространств Римана, Евклидам, Лобачевского) как природных резонансных контуров.

В связи с эффектом синхронизации динамических систем при слабых связях между ними в природе реализуются единые закономерные системы ритмов и ритмической активности с доминирующими резонансными эффектами на основных частотах и пространственных структурах, формируемых природой. Именно резонансные частоты использует физиотерапия для регуляций состояния организма.