Текст книги "Природа света. Основы информационной оптики"

Природа света
Основы информационной оптики
Гульмира Жамантикова

© Гульмира Жамантикова, 2016

© André Sousa Freeimages.com, фотографии, 2016

ISBN 978-5-4483-0892-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

Почему зеркало или отполированная поверхность отражает окружающий мир? Почему одни тела прозрачны, а другие – нет? Чем отличается излученный свет от отраженного? Почему изображение в фотоаппарате получается перевернутым?

Подобные детские вопросы покажутся многим банальными, давно изученными и не стоящими внимания. Но они не так просты, как кажутся на первый взгляд, и ответы на них могут дать совершенно удивительную картину бытия, более глубокое понимание сути природных процессов.

Отражение – фундаментальное явление природы

Начнем с понятия отражение. Что это такое, и как оно возникает?

Надо сказать, что отражение – слово многозначное, поскольку обозначает самое фундаментальное (универсальное, распространенное) явление в природе. Оно обозначает не только отражение видимого света, но и любых других волновых процессов: звуковых, тепловых, радиоволн.

Закон отражения одинаково применим и к волновым явлениям, и к механическим взаимодействиям. Угол падения равен углу отражения. Это справедливо и для луча, отраженного от зеркальной поверхности, и для мячика, отскочившего от стены, и для молекулы в модели идеального газа, отскочившей от препятствия.

Слово отражение часто применяется и в повседневной речи, и в художественной литературе. Например, когда мы говорим, что данное произведение прекрасно отражает красоту природы, что жена является отражением мужа, что окружающий мир является отражением мира внутреннего или наоборот. Здесь речь идет об отражении информации.

В геометрии и в математике вообще понятие отражения тесно связано с понятием симметрии и лежит в основе множества закономерностей, разделения чисел на положительные и отрицательные, четные и нечетные и т. д.

Таким образом, мы видим, что отражение – это универсальное явление, а значит и законы отражения должны быть универсальными, независимо от того, в какой области применяются.

По-видимому, это и есть тот самый фундаментальный закон, который связывает волновые, информационные, энергетические и механические процессы воедино.

Что мы знаем об отражении?

Отражение возникает на границе двух сред.

Закон отражения звучит так:

«На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается, а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется».

Обратите внимание на слова, выделенные жирным шрифтом: «если эта граница раздела значительно превышает длину волны». Понятие границы имеет очень важное значение и требует пояснений.

Граница между средами

Каждый объект (или система) в природе имеет свои границы. Это то, что отделяет внутреннюю среду объекта от внешней среды. Через эту границу происходит обмен с окружающей средой (энергией или веществом). Именно на границе происходят явления отражения и поглощения. Какую-то часть энергии (материи) система поглощает, а какую-то отражает по закону отражения.

Соотношение между поглощенной и отраженной энергией и есть информация, которая дает представление об объекте, о его цвете, структуре, форме, например.

Изучая какой-либо объект, мы познаем его на разных уровнях организации материи.

Если объект имеет размер, сопоставимый с нашим, то мы можем его потрогать, толкнуть, т.е. вступить с ним в физическое взаимодействие. Изучением таких взаимодействий занимается механика.

Мы также можем почувствовать холод, тепло. Это энергетическое взаимодействие, которое изучает термодинамика.

И наконец, мы можем его увидеть на расстоянии, оценить его формы, цвет, степень прозрачности, заметить излучение, свечение, идущее от него. Это волновое взаимодействие, которое изучают оптика, электродинамика и другие разделы физики.

Но когда речь идет о взаимодействии объектов, масштабы которых существенно различаются, мы можем наблюдать переход малого объекта из одной среды в другую, т.е. переход через границу. Это всегда сопровождается преломлением, т.е. изменением характеристик самого объекта. С точки зрения человеческого восприятия это означает изменение сознания, мировоззрения, переход на новый уровень развития, восприятия. Хотя физика процесса довольно проста. И это позволяет понять природу света.

Мы говорим, что свет – это волна, но оптика изучает его как луч. Почему так? Все дело в точке зрения. Если мы представим себя на месте излучающего тела, то наше излучение направлено во все стороны, то есть представляет собой сферические волны, исходящие от нас. Если же мы наблюдаем со стороны излучатель и приемник, то мы мысленно соединяем их прямой линией, которую и называем лучом света.

На поверхности (границе) объекта, которого коснулся луч, происходят различные явления (оптические, термодинамические, химические). И для того чтобы объяснить эти явления, физики вынуждены считать свет потоком частиц (фотонов). Для нас это противоречие, которое не укладывается в сознании, и которое мы назвали корпускулярно-волновым дуализмом. Является ли свет волной или частицей? Или и тем и другим одновременно? Как это понять?

Преодоление корпускулярно-волнового дуализма

С корпускулярной точки зрения, движение и энергия – это есть результат взаимодействия твердых, точечных тел. То есть, тело, точка – это некая первичная статика, от которой отталкивается любой процесс. В этом случае движение носит строго закономерный, детерминированный (причинно-следственный) характер.

С точки зрения волновых процессов, любой объект в природе – есть результат повторяющегося движения, некой функции, имеющей значение для системы. Именно эта необходимая функция формирует некий «орган» – свое материальное воплощение (в виде анатомического органа, атома или космического явления – неважно). То есть движение первично, а статика – есть лишь некий застывший слепок, срез истории, момент общего, единого процесса.

Истина в том, что оба эти мировоззрения представляют собой крайности, границы, между которыми разворачивается процесс жизни и её эволюции.

И больше всего человека беспокоит то, что происходит на границе двух сред, двух «миров». Поскольку без этого понимания мы живем в квантовом, скачкообразном мире. Согласитесь, что не очень спокойно засыпать в одном мире, зная, что завтра проснешься в совершенно другом, и неизвестно каком.

Для того чтобы это понять, необходимо строго определить, что из себя представляет информационное взаимодействие.

С точки зрения механики, это обмен импульсом. С точки зрения термодинамики, это обмен энергией. В электродинамике – это обмен зарядами. В физиологии – обмен веществ. В повседневной жизни – это словесный обмен, и т. д.

С точки зрения оптики – это совокупность отражения и поглощения волн. И это определение наиболее близко к формулировке универсального определения информационного взаимодействия.

Независимо от того, что мы понимаем под словом информация (волна, энергия, момент импульса, вещество или что-то еще), оно представляет собой некий посыл окружающему миру, пусть даже такой элементарный как «Я есть!».

Этот посыл может быть воспринят другими объектами по-разному. Говоря иначе, отражен под разными углами или поглощен – полностью или частично.

Представьте себе, что Вы послали информационный сигнал другому объекту. Если этот объект отразил Ваш сигнал, то Вы можете сравнить свой, испущенный сигнал с полученным, ответным.

В этом и состоит суть информационного обмена: в сравнении собственного, излученного сигнала с отраженным. Разница в значениях и дает представление об объекте.

Вы посылаете сигнал объекту. Часть сигнала будет поглощена, часть отражена.

Разница между исходным и отраженным сигналами показывает соотношение между вами и объектом по какому-либо признаку, а это и есть количественная характеристика, которую можно использовать как объективную информацию.

Определение:

Информация – это соотношение между излученным и отраженным сигналом.

Данное нами универсальное определение информационного обмена замечательно тем, что оно связывает между собой источник и приемник информации. Иными словами, для возникновения информации необходимо минимум два объекта, отношение между которыми и составляет информацию.

Если же объект один или не испускает никаких сигналов, то он невидим, неизмерим. Но это не означает, что его нет. Если у вас нет информации о каком-либо объекте, это не значит, что нет самого объекта. Если Вы считаете иначе, то Вы слишком высокого мнения о себе.

Мы привыкли раскладывать информацию по полочкам, выстраивать в иерархические пирамиды, выяснять, кто больше, а кто меньше, кто выше, кто ниже, кто главнее, а кто в подчинении, что причина, а что следствие. Но объективный взгляд на вещи показывает, что все явления взаимозависимы. Целое так же зависит от частей, как и части от целого (как говорили мушкетеры, «Один за всех, и все за одного!»). Движение так же влияет на свойства объекта, как свойства влияют на характер движения. Будущее так же зависит от прошлого, от предыстории, как и прошлое зависит от того, к какому будущему было устремлено. И полное, глубокое постижение этого факта приводит либо к состоянию прострации (у людей слабых, неуверенных, ищущих опоры вне себя), либо к ощущению полной свободы и своей связи со всем миром, с космосом (у людей с сильным нравственным стержнем и высокой степенью самосознания).

Различие излученного света и отраженного

На примере света мы будем рассматривать универсальный механизм распространения информации, потому что свет – наиболее наглядная иллюстрация этого механизма.

Свет излученный и свет отраженный – это очень разные понятия. Так в чем их коренное отличие?

Излученный свет исходит из глубины нашего Я (или любого иного излучающего объекта, например, Солнца). Если сравнить это с информацией, то излученный свет – это собственное чистое намерение человека по отношению к окружающему миру, это его радость от существования, любовь, которой он делится с окружающим миром, его индивидуальное отношение к миру, к Богу.

Отраженный свет – это полученный и переданный дальше. Пример – лунный или дневной свет, разлитый в атмосфере Земли. Таким же образом распространяется и всякая информация. Мы что-то услышали от кого-то и рассказали другим. Такая передача сопровождается рассеиванием света и постепенным его угасанием, поглощением и преобразованием в тепло.

Поглощение света

Если свет полностью отражен от поверхности тела, то он распространяется дальше без потерь. Такую игру света, многократно отраженного от граней, мы можем наблюдать в бриллиантах и других кристаллах.

Вещество, обладающее таким свойством отражать свет, является прозрачным. Каждое прозрачное вещество, в зависимости от своей структуры и свойств, обладает собственным коэффициентом преломления света.

Если сравнить это с информацией, то можно сказать, что в прозрачных средах информация передается без искажений и потерь («за что купил, за то и продал»).

Но если полученная информация, передается дальше не в полном объеме, а лишь частично, то среда становится всё более мутной и непрозрачной, вплоть до абсолютно черного цвета.

Почему черные объекты сильно нагреваются? Потому что они поглощают солнечный свет (информацию), но не передают её дальше. Таким образом свет преобразовывается в тепловую энергию.

Что значит поглощение? Это означает, что полученная информация (свет) используется для собственного потребления и движения. Например, человек, получивший ценную информацию (идею), использует её для разворачивания бурной предпринимательской деятельности и получения прибыли. Но при этом секрет своего успеха держит в секрете, чтобы другие не воспользовались.

Цветные объекты частично поглощают свет и частично передают дальше. Соотношение поглощенной и отраженной энергии уникально для каждого цвета и каждого оттенка. Например, человек, получивший ценную информацию (истину, идею), не только использует её для своей выгоды, но и делится этой информацией с другими, способствуя её распространению, но только в своей области деятельности. Если он медик, то он распространяет медицинские знания, если строитель, то знания в области строительства и т. п. То есть знание распространяется в узком диапазоне.

Если же человек способен охватить все области знания, во всей полноте, во всем их единстве, и передать их дальше, то это подобно белому, дневному свету, который освещает мир объективно, как есть, без искажений.

Как совершаются научные революции?

Великий русский физиолог Алексей Алексеевич Ухтомский писал в своей книге «Доминанта»:

«Итак, в чем же исключительное своеобразие Гарвея в истории мировой науки и что, собственно, такого, совсем оригинального в его трудах, чего действительно до него не было в физиологии, что им внесено в дело и что заставило последующую физиологическую мысль в самом деле отправляться от него как от родоначальника?

Что радикально нового внес Гарвей в физиологическую, мысль? Я думаю, что мы будем совершенно объективны, когда скажем, что там, где Гарвей подбирает эмпирическую основу для своих умозаключений, он является продолжателем того, что сделано до него. Существенно новое у него там, где он обращает внимание и подчеркивает среди фактов то, что для людей, в чистом эмпиризме витавших, терялось в пестроте прочих наблюдений.

Но и не в этом еще, конечно, исключительное значение Гарвея. Значение его в той, беспримерной до него количественной четкости и доказательности, с которой он разрешает проблему кровообращения, в той легкости, с которой решение этой проблемы воспринимается с тех пор всяким желающим.

Всякое великое открытие именно таково. Оно настолько натурально, убедительно и естественно, что люди последующих поколений, говоря потом, что и загадки в сущности тут нет никакой, все тут ясно само собою и всегда, конечно, естественно было так думать, как предложил думать Галилей, или Гарвей, или Гельмгольц, или Эрмит.

Вот великое дело, когда удается человеку с такой простотой и доступностью для всех показать закономерности и связи бытия, которые очевидно, давным-давно имелись налицо, но для которых нужны были глаза Гарвея, чтобы их увидеть и чтобы показать их другим с такой убедительной простотой, с какой он это сделал. В конце концов, дело в методе. А метод Гарвея был для физиологии в самом деле новый. И он создал то принципиально новое, что дало и усвоило Гарвею положение «отца физиологической науки», хотя она была и задолго до этого…

Вспоминаем, как просто он подошел к делу.

Он измерил объем систолы, измерил количество систол за определенный интервал времени, узнал приблизительное общее количество крови в организме и из сопоставления этих величин смог с арифметической прозрачностью доказать: за полторы-две минуты все содержимое крови успевает пройти через сердце, а это делает невероятным старое предположение, будто все новая и новая кровь притекает к сердцу из производящих ее органов с тем, чтобы безвозвратно уходить из сердца в центробежные каналы.

Не может быть обеспечено столь быстрое и непрерывное производство крови, приносимой в сердце, необходимо допустить возвращение одной и той же крови к сердцу через посредство замкнутого цикла. Такова теорема Гарвея, которая носит характер точных достижений физики и геометрии».

Хотелось бы добавить, что всякое великое научное открытие подобно прозрению. Оно всегда способствует устранению противоречий, существовавших до этого, их объединению и замыканию в единое целое.

В случае Гарвея это представление о кровеносных сосудах и сердце, как замкнутой системе. До него полагалось, что кровь уходит из сердца в органы «безвозвратно», а поступает к нему из органов уже новая. И гениальность Гарвея заключалась не только в простоте подхода, с которой он убедил в невозможности этого, но и в том, что он обнаружил замкнутость цикла кровообращения, увидел целое там, где другие видели разрозненные факты.

Земля считалась раньше бесконечной плоскостью, уходившей в неопределенную даль. Но развитие научной мысли позволило понять, что она есть нечто конечное и целостное по форме. Изобретение космической ракеты и выход в космос только подтвердил эту догадку.

Как только накопившийся объем информации сливается в нашем сознании в некую замкнутую, простую и понятную систему, к ней могут быть применены количественные измерения. Кроме того, становится ясной её основная функция, её положение и роль в этом мире.

Всё гениальное просто – это давно известно. А простота заключается в целостности, в отсутствии разрывающих противоречий, сомнений, неопределенности, необходимости выбора между двумя крайними вариантами решения.

Гравитация в природе

Является ли теория относительности Эйнштейна гениальной?

Она является, безусловно, очень смелой. Эйнштейн не побоялся бросить вызов классической физике, поставить под сомнение многие «очевидные» аксиомы. Но разрешить конфликт противоречий, найти новый, простой и красивый метод не сумел. Его теория так и осталась теорией относительности, неопределенности – между нулем и бесконечностью, между да и нет, быть или не быть. Вопрос остался открытым…

Главной преградой для понимания истинных природных процессов в науке является негласное правило давать определение объекту через другие объекты. Например, в науке обязательно надо сказать материя – это…, энергия – это, информация – это… и т. д. То есть надо обязательно выразить один предмет через другие, через сравнение, сопоставление, связь.

Для ученого не достаточно констатации факта, а необходимо его объяснение, оправдание его целесообразности, нужности, установление причины его появления, его классификация.

Эта особенность научного мышления является серьезной помехой в изучении объективной реальности, такой, какая она есть, а не такой, какой она должна быть согласно каким-то теориям.

Именно поэтому минимальным объемом информации считается двоичный код, то есть ученым необходима хотя бы минимальная возможность сравнения, сопоставления информации.

Революционность же моей идеи состоит в том, чтобы принять за информацию единицу. Это означает умение принимать факт как данность, без долгих объяснений и формальных определений. Например, понятие «Я» не нуждается для меня в определениях. Сам факт моего самосознания очевиден и не нуждается ни в объяснении, ни в оправдании, ни в поиске причин.

Удивительно еще и то обстоятельство, что единица не является ни минимальным, ни максимальным количеством, она является и тем, и другим одновременно. Она выражает полноту и целостность, единство и понимание, принятие и объективность.

Рассматривая информационный обмен, мы должны отметить и такое свойство, как направленность или адресация.

Это очень важная характеристика.

Когда объект находится в состоянии самодостаточности и довольства текущим состоянием системы, он не нуждается ни в чем. И в этом случае количество информации в нем равно единице. Если перевести это на человеческий язык, то он как бы транслирует: «Мир!» На самом деле он ничего специальным образом не транслирует, а просто довольствуется фактом своего существования, а мир, в свою очередь, вполне доволен его состоянием. Это ненаправленная, непроизвольная трансляция. И это даже нельзя назвать действием. Но именно такое состояние воспринимается всеми объектами вокруг и всюду, как нечто естественное. С точки зрения информатики, это можно назвать состоянием по умолчанию. С точки зрения акустики – тишиной или фоном.

Если же объект не доволен состоянием системы и своим внутренним состоянием, то он стремится что-то изменить в себе и вокруг. В этом случае он излучает другую информацию, направленную на поиск и устранение причины дискомфорта, на преобразование системы и своего внутреннего состояния. Он бросает вызов другим объектам и самой системе, вызывает волны возмущения в среде и получает ответную реакцию, информацию, которую использует для своего внутреннего развития, а заодно способствует развитию, эволюции всей системы.

Чем сложнее уровень развития системы, тем целенаправленнее бывает в нем излучение и приём информации.

От равномерного распространения электромагнитных волн, материя, эволюционируя и усложняясь, переходит к термодинамическим явлениям, к образованию структур различной плотности, затем объектов классической физики, реагирующих друг с другом по законам механики. Но это все те же явления отражения и поглощения, т.е. информационного взаимодействия, только более выраженные и сконцентрированные, скомпонованные в массу.

Кстати, откуда берется масса, гравитация? И что она на самом деле обозначает?

Гравитация – это соотношение движения и покоя.

Эйнштейн считал, что движение и покой – понятия относительные. И в этом заключалась его главная ошибка.

Чтобы преодолеть противоречие Эйнштейна, мы должны признавать индивидуальное существование каждого объекта и рассматривать его не в сравнении с другими объектами, не относительно других тел, а независимо. Т.е признавать его существование даже в том случае, если никаких объектов вокруг нет.

Каждый объект может находиться в состоянии покоя или движения, возмущения. Чем спокойнее, статичнее объект, тем больше его гравитация. Чем подвижнее, беспокойнее объект, тем меньше его гравитация.

Поэтому и получается, что тела статичные оказываются ближе к центру и мощнее по дальности своего влияния, а тела более динамичные двигаются вокруг них на различных расстояниях, по различным траекториям, в зависимости от своих индивидуальных характеристик.