Скачать полную версию книги (3 Мб): "Начала и основы теории представления"

Ниже приведены отрывки из книги д.т.н. Ханджяна О.А. "Начала и основы теории представления". Книга вышла в начале 2000 года в издательстве "Вузовская книга".

 

       О.А. ХАНДЖЯН

 

 
НАЧАЛА И ОСНОВЫ                
ТЕОРИИ
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
 

 


 

 

 

 
 
МОСКВА

2000

 


 

«Только дополняя друг друга несовместимости дают истинную картину явления, события, бытия… В физике и биологии, психологии и лингвистике, истории, философии и культуре… И в самой жизни

                                                                   Д. Данин

 

          Как альтернатива единственному принятому в науке и технике количественному подходу при моделировании, в книге предложен подход и развиты методы качественного математического моделирования, ориентированные на время. Новый подход носит всеобъемлющий характер. Его применение позволило автору:

    - разработать новую теорию сигналов и систем;

    - предложить модель движения в вакууме;

    - выработать новый взгляд на теорию живописи;

    - создать модель музыкальной шкалы, основанную 

      на интервалах;

    - раскрыть содержание и тайну книги Перемен.

  

Об авторе

Ханджян Олег Аршавирович – доктор технических наук. Родился в 1937 г., москвич. Выпускник Московского государственного инженерно-физического института.  Последние двадцать пять лет работает в области медицинского приборостроения.


 

 

 


ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОСТЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ АБСТРАКЦИИ

Глава 2. ПРОСТРАНСТВЕННОПОДОБНАЯ (КЛАССИЧЕСКАЯ) ТЕОРИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

2.1. Представление сигналов и преобразований

2.2. Cвойства моделей классического представления

2.3. Пространственно-временной феномен как всеобщая форма координации физических явлений

2.4. Принципы пространственноподобного способа представления

2.5. Принципы времениподобного способа представления

2.6. Алгебра множеств и живопись

Глава 3. ВРЕМЕНИПОДОБНЫЙ (ИНТЕРВАЛЬНЫЙ) СПОСОБ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

3.1. Основные начала и понятия в асимметрии

3.2. Линейные интервальные преобразования и их модели

3.3. Сравнение двух способов выполнения операции сложения

3.4. Представление периодических сигналов с помощью последовательности признаков

Глава 4. ВРЕМЕНИПОДОБНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ

4.1. Задача времениподобного представления последовательностей импульсов

4.2. Линейное пространство последовательностей импульсов и его модели

4.3. Свойства асимметричного линейного пространства последовательностей импульсов

4.4. Частный случай асимметричного линейного пространства последовательностей импульсов

4.5. Преобразования и их свойства

Глава 5. ВРЕМЕНИПОДОБНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВАКУУМА

5.1. Модели базовых устройств в двух системах представления

5.2. Живопись как единство двух систем представления

5.3. Вакуум, изображение, движение

5.4. Музыкальная гамма

5.5. “Книга Перемен”

Глава 6. ПРИМЕРЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

6.1. Линейные интервальные фильтры

6.2. Электронная линза

6.3. Интервальные фильтры для импульсов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Словарь основных терминов

Литература

“Вся наука в целом – это космология, и все известные нам цивилизации старались понять мир, в котором мы живем, нас самих, а также наше знание как часть этого мира” К. Поппер

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Если говорить о задаче науки в самом общем виде, то это - научное представление или просто представление физического мира, объективной реальности. Данная книга посвящена исследованию этой задачи.

Представление как таковое развивается в науке по отношению только к такому реальному объекту, который воспринимается нами как нечто определенное, ограниченное какими-то рамками существования и какой-то совокупностью свойств. Представление в науке формируется путем построения адекватной модели явления. Коль скоро модель построена, она образует знание, которое и обеспечивает связь между физическим миром и результатами опыта.

Основной вопрос представления, - вопрос об элементарной структуре явления и его элементарных свойствах, - уходит своими корнями в античную эпоху. На протяжении развития мышления человечества многократно было показано, что его можно считать в целом либо дискретным, либо непрерывным, либо количественным, либо качественным, либо симметричным, либо асимметричным.

Все перечисленные выше характеристики в определенной комбинации являются на самом деле синонимами и одна из частных задач книги это наведение порядка и выявление связи между этими характеристиками.

Выработанный в книге подход можно рассматривать, как утверждающий существование двух образцов, двух способов представления. Тем самым он совпадает с подходом И. Канта, полученного им при исследовании возможностей познания. Именно ему принадлежит доказательство ограниченности познания. В тоже время каждый из двух способов представления это те "узкие ворота", через которые открыт доступ к освоению действительного мира.

В связи с этим, и в рамках основной задачи книги, в ней рассмотрены три области деятельности человека: техника, физика и живопись. Все они в течение последнего столетия претерпели значительные перемены, обеспечившие их существенное развитие и расширение. Тем не менее, по отношению к поставленной задаче скорее возник узел противоречий, чем понимание. Этот узел противоречий, безусловно, является в настоящее время основным препятствием для дальнейшего продвижения.

Что касается техники, то вся методология технического знания исходит из существования не двух, а только одного образца знания, соответствующего ньютонову обратимому времени. Еще более сложная и противоречивая ситуация возникла в физике. С одной стороны, здесь введен принцип дополнительности, а, с другой стороны, симметрия объявлена более фундаментальным первичным свойством физического мира, чем асимметрия. И тут же, несмотря на последнее утверждение, эйнштейновская физика необратимого времени считается более общей, чем ньютоновская. И только в живописи, правда, без ясного понимания глубинного содержания и глубинных свойств, было выработано два подхода: классический подход, основанный на разделении пространственной и временной компонент, и новый подход, рассматривающий пространство, время и цвет только в их неразрывном единстве. Новый подход вполне соответствует подходу в теории относительности, объединившей пространство и время в четырехмерный континуум.

Основная задача книги решается путем построения основ второго образца знания и распространения его на рассматриваемые области деятельности. Для этого в качестве объекта для анализа выбраны сигналы, т.е. выбран простейший случай объектов, существующих в рамках одномерной пространственной и временной компонент. Кроме сигналов, в книге частично рассмотрены также двумерные изображения.

Практический опыт деятельности человека показывает, что сигналы, как объекты физического мира, безусловно существуют, причем в разных проявлениях, и существует также явление сложения сигналов, обеспечивающее образование более сложного, чем один сигнал, объекта. Этих двух утверждений оказывается вполне достаточно для проведения всеобъемлющего исследования.

Принятое в книге сужение области физических объектов оправдано также тем, что общий случай многомерных пространственных объектов обеспечивается в математике заменой линейных математических выражений на матрицы. Сигнал же в данном контексте обладает преимуществом, которое обычно обеспечивается, когда выбирается простейший объект. Это же можно сказать и о связанной с ним теории.

В книге много внимания уделяется сопоставлению двух подходов, что лучше обеспечивает выявление их свойств и особенностей. С этой же целью для второго образца знания приведены примеры технической реализации в тех областях использования, где оно имеет заметное преимущество.

Во второе издание включены два новых раздела. Раздел по моделированию новыми средствами музыкальной шкалы и раздел по анализу “Книги Перемен”, как оказалось описывающей первый пример системы, построенной по второму образцу знания.

2.3 Пространственно-временной феномен как всеобщая форма координации физических явлений

Физика в процессе своего развития сформировала научное знание о физическом мире и его основах. В частности в ней было развито представление о пространственно-временном феномене (ПВФ) как о всеобщей форме координации физических явлений [6-10].

Как было оговорено ранее, главным образом будет рассмотрена задача представления для простейшего двумерного случая ПВФ, который отвечает физическим явлениям, известным как всевозможные сигналы и одномерные движения на плоскости.

На первоначальном этапе развития в физике утвердился подход, при котором первичными были объявлены компоненты пространства и времени, выступившие в ней как независимые ключевые составляющие, как простейшие физические абстракции. Образование ПВФ обеспечивается путем их взаимодействия. Затем ему на смену пришел другой подход, выработанный в теории относительности. Факт относительности одновременности совершения событий в ПВФ приводит к возможности как замедления времени, так и изменения размеров в направлении движения. "Отныне пространство само по себе и время само по себе уходят в мир теней, и сохраняет реальность лишь их своеобразный союз", так обобщил возникшее в физике новое представление Г. Минковский. Тем самым теория относительности привела к образованию второго подхода, при котором пространственная и временная координаты уже не считаются первичными.

Основная трудность здесь образовалась в том, что новый подход в нарушение принципа дополнительности был объявлен более широким, охватывающим старое представление как некоторый частный случай. Однако правильной, на наш взгляд, является другая точка зрения, которая объявляет ПВФ более сложным объектом, чем любое представление о нем. В этих условиях каждый из двух подходов в физике возможен, независим и по-своему справедлив. Если это же сформулировать более детально, то в ПВФ можно считать первичными компоненты пространства и времени, а можно считать, что они вторичны по отношению к ПВФ. ПВФ можно рассматривать как дискретный феномен и как непрерывный феномен, считая, что на самом деле ПВФ, как объект физического мира, является носителем и того и другого. И, наконец, что особенно важно для данного исследования, ПВФ выступает как носитель двух противоположных фундаментальных свойств: симметрии и асимметрии. Отметим, что свойство симметрии ПВФ проявляется при рассмотрении пространства, для всякого направления, в котором можно мыслить противоположное направление, а свойство асимметрии проявляется через время, в котором существует направленность течения [9].

Несмотря на двойственный характер свойств и сущности ПВФ, в современном представлении ПВФ и физических явлений в ПВФ главным образом находит отображение та часть их содержания, которая обладает симметрией. Все время создается впечатление, что это свойство является доминирующим. Укажем для примера на такие глобальные вещи, как установленную симметрию (инвариантность) всех законов физики относительно пространственно- временных преобразований сдвига и поворота физической системы как целого в пространстве, а также сдвига физической системы во времени.

Установлены также симметрии, отвечающие дискретным преобразованиям: изменению знака времени (обращение времени), пространственной инверсии (так называемая зеркальная симметрия природы), зарядовому сопряжению - операции замены всех частиц, участвующих в каком-либо взаимодействии, на соответствующие им античастицы [6]. И, наконец, в основе специальной теории относительности, лежат постулат о постоянстве скорости света в вакууме во всех инерциальных системах отсчета и постулат об инвариантности четырехмерного интервала , обусловленные также симметрией ПВФ. В целом же приведенные факты, отражают однородность и изотропность пространства - свойств, непосредственно вытекающих из симметрии ПВФ.

2.4 Принципы пространственноподобного способа представления

Сложившееся положение явилось следствием тех особенностей научного представления, основы которого были заложены Галилеем и Ньютоном, а еще ранее Аристотелем, создавшим философское учение, провозгласившее, что пространство и время суть различные компоненты опыта. Это представление мы и называем классическим представлением.

Математика в те времена в основном была развита как геометрия и счет, тесно связанные с формулами и функциями. Анализируя движение тел, Галилей отчетливо осознал, что если отказаться от выяснения причин возникновения и протекания движения, то его моделирование можно осуществить с помощью существующих математических средств. Он получил замечательные результаты в виде первых математических формул, связанных с движением [11].

Ньютон развил этот подход, сделав понятия об абсолютном пространстве и абсолютном времени главным в науке, что обеспечило окончательное разделение представления сигналов и движений на две полностью независимые друг от друга составляющие, каждая из которых обладает своей специализацией [9].

Математической моделью ПВФ в этом случае является прямоугольная система координат, образованная перпендикулярными друг к другу и продолженными в обе стороны бесконечно осями координат. Вертикальная ось относится к пространственной переменной, а горизонтальная ось к временной переменной. Движение и сигнал рассматриваются как результат перемещения в пространстве, при этом время при моделировании выступает как независимая переменная. Движение и сигнал отождествляются здесь с их траекторией.

Дальнейшее развитие математики этого направления в части анализа бесконечно малых величин привело к векторно-дифференци-альному описанию, завершившему создание математических средств классической системы моделирования Галилея- Ньютона. Эта математическая система в полной мере отвечает способу представления, при котором пространству отводится роль среды для размещения объектов.

Таким образом, особенность математических средств классической системы моделирования состоит в том, что они выбраны исходя из ориентации на пространственную компоненту и ее свойство симметрии. Именно это определяет не только возможности, но и ограничения математических средств направления, а вместе с этим и всего пространственноподобного способа представления.

 

рис. 5. Представление ПВФ, движений и сигналов: а) пространственноподобный способ б) времениподобный способ

Оценка положения объекта в пространстве, сопоставление объектов производится в классической теории путем измерения координаты (амплитуды). Любые реально проводимые измерения, простейшим примером которых служит поштучный счет, осуществляются дискретно и на основе арифметических операций. В связи с этим математическая абстракция вертикальной пространственной оси координат А в классической теории - это множество действительных чисел, примененных как цифры, рис. 5а.

В модели это реализуется следующим образом. Сперва пространственная ось координат должна быть размечена с помощью некоторого масштабного отрезка. Это позволяет обозначить в модели размещение целых положительных и отрицательных чисел. А далее считается, что возможно бесконечное дробление отрезков, что позволяет проводить измерение с любой требуемой точностью. Тем самым для моделирования пространства в классической теории использовано только прерывное многообразие, содержащее в зависимости от задачи конечное, счетное или более чем счетное число элементов. Именно элементы являются первичными при образовании здесь множества, а не наоборот.

Этот же основополагающий подход был использован Ньютоном при рассмотрении любой системы. Им было введено фундаментальное понятие состояния системы, и именно он предложил считать, что поведение системы полностью определяется поведением элементов ее составляющих.

С математической точки зрения классический подход можно рассматривать как моделирование в рамках алгебраической структуры <М,Оп1,Оп2,...>, где М - множество элементов, Оп1,Оп2,...- различные арифметические операции, сопутствующие счету.

Взятая за основу ориентация предопределила в классической теории подход в отношении времени. Если специализация пространства определяется тем, что предложено к нему относиться как к среде для размещения объектов, то специализация времени состоит в рассмотрении его как совокупности меток, отделяющих одно положение объекта от другого. Последнее и создает необходимые предпосылки для использования выбранных математических средств для отображения движений и сигналов. Эта точка зрения предполагает ориентацию при моделировании на свойство времени, которое можно определить, как возможность выражения его через дискретные длины временных интервалов, свойство, реализуемое в рамках счета, также как и для пространственной переменной. В этом случае знак промежутка времени совершенно не играет роли и может быть произвольным. Время тем самым сводится к симметричной категории Т, имеющей два противоположных бесконечных продолжения, а все пространство - к декартову произведению двух симметричных множеств М = А´ Т [10].

Таким образом, общепринятые в классической теории термины непрерывный и дискретный не точно отражают ситуацию. Было бы более правильно говорить, соответственно, о дискретных и выборочных дискретных значениях при том, что количество дискретных значений может возрастать до более чем счетного числа.

В этих условиях указание положения движущегося объекта или сигнала обеспечивается исключительно с помощью пространственной координаты, которую в технике называют мгновенным значением амплитуды. Это предопределяет представление их с помощью траектории, представляющей собой линию, образованную множеством точек, отвечающих значениям амплитуды в различные моменты времени. Ориентация на траекторию является ключевым моментом в моделировании и приводит далее к использованию функции, описывающей эту траекторию математически.

Значения функции f: Т ® А, как средства связывания двух разных множеств, одного для пространства А и другого для времени Т, могут быть как положительными, так и отрицательными. Это математическое средство идеально отвечает задаче отображения симметричных явлений, поскольку математическое выражение само по себе при изменении знака не меняется.

Исследование рассматриваемой математической структуры, показало, что ключевое место в ней занимает структура группы < М,Оп >. Группа это математическое образование, которое в абстрактной форме определяет симметричное множество из любых произвольных элементов, независимо от связывающей их операции, является математической абстракцией симметрии в ее простейшей форме. Достигается это через симметричную конструкцию для группы, которая содержит всегда элементы трех типов: нейтральный элемент, элементы и противоположные им или обратные элементы. Группа замечательна также тем, что задает всегда определенную систему, поскольку она замкнута относительно групповой операции.

Конструкция группы использована во всех основных понятиях и подходах системы моделирования, отвечающей классическому способу представления. Укажем на определение линейного пространства сигналов, являющегося абелевой группой относительно сложения элементов, на множество линейных обратимых операторов, являющихся группой относительно умножения операторов, на определение линейной системы, в которой пространства входных сигналов, выходных сигналов и состояний являются конечномерными или бесконечномерными абелевыми группами над полем действительных чисел [4].

Использование прерывных многообразий с конечным или бесконечным числом элементов, симметричных структур на базе арифметических операций составляет основу классического метода, как системы понятий и моделей, и, так или иначе, определяет свойства физических и всех других теорий, построенных с помощью этих математических средств, придает им общие черты и создает преемственность.

Не только в классической механике Ньютона, но и во всех последующих физических теориях понятие состояния, как первичного элемента по отношению к системе, остается ключевым. Рассмотрим, например, механику сплошных сред. Их теория также была построена как теория систем, образованных из элементарных масс и объемов, состояние и поведение которых определяло свойства сплошной среды. Термодинамика и статистическая физика предполагали знание состояния и поведения молекул газа. Электродинамика также была выведена Максвеллом из концепции состояния. Все они обладают преемственностью. Механика сплошных сред имеет в основе классическую механику, термодинамика, статистическая физика и электродинамика имеют в основе механику сплошных сред [6].

Несмотря на очевидные успехи физических теорий со временем также все более стали обращать на себя внимание их объективные ограничения. Например, это имеет место в квантовой теории поля, где требования целостности частицы, релятивистской инвариантности и причинности выступили как противоречивые. Очень часто это выражается в форме появления лишенных физического смысла бесконечно больших значений для некоторых физических величин - так называемых расходимостей. Накопленная неудовлетворенность физиков вылилась в продолжающийся неустанно поиск новых теорий, призванных преодолеть ограничения используемых подходов [33].

В рамках данной работы, рассматривающей главным образом сигналы, показано, что в определенных случаях сигналов и систем средства классической теории также не обеспечивают точные модели. Это вызвано исключительно определенной ориентацией классической теории и проявляется, в частности, при моделировании ЧМ сигналов и систем с вырожденными преобразованиями.

2.5 Принципы времениподобного способа представления

Теория относительности, покончившая с понятием абсолютного времени, показала также, что главная специфика этой физической абстракции совершенно в другом. Она обусловлена изначальным его свойством направленности или хода, устанавливающего отличие причин от следствий. Кроме того, в теории относительности пространство и время стали выступать как равноправные части единого целого. Это предопределяет возможность альтернативного подхода к развитию представления о движениях и сигналах, ориентированного на время и его свойство асимметрии [10]. Отметим сразу, что в математике теперь уже имеются все необходимые для этого средства моделирования.

Альтернативным образом будем считать, что независимой переменной является пространственная переменная, а сигналы и движения будем рассматривать как результат изменения не амплитудных значений, а временных интервалов. Чтобы замена пространства на время не свелась к замене переменных, в новом подходе должны быть использованы другие средства моделирования, отличающиеся тем, что они должны отвечать свойству асимметрии времени. Для этого необходимо, прежде всего, изменить тип применяемого для моделирования многообразия.

Также как ориентация на симметрию приводит к необходимости использования прерывного многообразия (симметрия является основным свойством этого типа многообразия), точно также свойство асимметрии обеспечивается при использовании непрерывного многообразия.

Непрерывное многообразие является первичным по отношению к своим частям, оно не образовано своими частями, а может делиться на части. Для части, в отличие от элементов, нет представления об обратной или противоположной части, а есть представление о дополняющей ее части до целого многообразия. Сравнение объектов в случае непрерывных многообразий можно осуществить не путем измерения, а с помощью установления различных отношений, т.е. на качественном уровне. Речь может идти о "больше" или "меньше", а не о "сколько" так определил это различие в своей работе Б. Pиман [1].

Среди всех отношений наиболее важными являются отношения порядка и эквивалентности. Пусть I - некоторое непрерывное многообразие из W, содержащее части x, y, z,... , связанные бинарным отношением @ со свойством рефлексивности (x@x для всех частей), симметричности (из x@y следует y@x) и транзитивности (из x@y и y@z следует x@z). Тогда I разбивается на попарно непересекающиеся классы w , w , w , ... такие, что части из одного и того же класса связаны отношением @, а части из различных классов - не связаны.

В этом находит отражение весьма общий принцип, применяемый в математике, который заключается в том, что объекты не измеряются, а сравниваются путем сопоставления свойств. Для них важна не величина, а принадлежность к некоторому классу эквивалентных объектов, обладающих теми же свойствами. Тем самым здесь применяется не вычисление, а происходит распознавание объекта. Этот принцип ориентирован на косвенное задание объектов с помощью их свойств и, тем самым, на задание не одного объекта, а совокупности эквивалентных объектов [2].

В классической теории используемые математические средства базируются на существовании предела отношения при D t ® 0, что обеспечивает возможность выполнения дифференцирования и интегрирования. Здесь же должно быть результативно сравнение величин по критерию больше или меньше, что обеспечивает возможность выполнения логических операций.

Подобные случаи частей x, y, z,...Î I в силу их природы относятся к другому направлению в математике, к направлению решеток, отвечающей структуре <I ,Ú ,& >, где Ú и & - знаки логических операций "ИЛИ" и "И".

Несмотря на то, что и функции и логические уравнения изучаются в настоящее время в математике, в дальнейшем будем раздельно говорить о математике и логике, придав им изначально самостоятельный смысл. Это обеспечит более ясное изложение принятой в книге позиции.

Если рассмотреть решетку по каждой из ее двух логических операций, то это будет полугруппа. Полугруппа, с одной стороны, является математической абстракцией более общего вида, чем группа: как известно в полугруппе содержатся элементы только двух типов, это нейтральный элемент и все остальные элементы, и она также замкнута относительно своей операции, благодаря чему всякая группа является одновременно и полугруппой. Hо, с другой стороны, полугруппа, как математическое образование, содержит случаи, которые принципиально нельзя расширить до группы. Эти случаи и обеспечивают возможность математического абстрактного анализа совокупностей с асимметричными свойствами.

Долгое время считалось, что полугруппа не имеет самостоятельного значения. Положение коренным образом изменилось, после того как было доказано, что существуют полугруппы с нейтральным элементом не вложимые в группы, т.е. существуют полугруппы, принципиально независимые от группы. Это, в частности, позволило строго доказать невозможность преобразования друг в друга булевой алгебры и арифметики, т.е. теории решеток и теории линейной алгебры, или, в самом общем виде, логики и математики [12].

Детальный анализ полугрупп решетки показывает, что ее полугруппы не удовлетворяют закону сокращения, т.е. из x&y= x&z или xÚ y = xÚ z не следует, что y = z. Такие полугруппы не обладают свойством вложения в группу (расширения до группы) и, следовательно, представляют собой совершенно самостоятельное математическое образование, которое нельзя свести к симметричному случаю. В силу этого решетка в целом является базовой структурой с асимметричной конструкцией.

Приведенные выше соображения относительно выбора математических средств моделирования находят применение при соответствующем задании среды для представления сигналов, адекватной новому подходу. Для этого первоначально вводится в рассмотрение бинарная поверхность I , например, в виде прямоугольника в размере стандартного листа страницы. Началом поверхности можно считать левый нижний угол. Системы координат в виде прямоугольной пары линий здесь нет, вместо этого рассматривают два унарных направления с общим началом: горизонтальное или временное и вертикальное или пространственное, направленные вправо и вверх, рис. 5б. Направление для времени и направление для пространства это части меньшей размерности от целого - непрерывного многообразия в виде поверхности I . Тем самым между ними нет того принципиального различия, которое придается им в классическом представлении.

При таком подходе, например, направление для времени это непрерывная совокупность интервалов времени одного знака с общим началом, упорядоченных по длине. Чем дальше от начала, тем больше промежуток времени.

С сигналом или движением в этом случае связывается не функция, а часть поверхности I , которую в некоторых разделах математики называют областью. Очевидно, что при этом способе отсутствует понятие полярности сигнала, очевидно также, что этот способ применим для любых периодических движений и сигналов.

Если уже на этом первоначальном этапе сравнить этот способ представления с классическим способом, то нельзя сказать, что новый способ лучше или хуже представления с помощью функции. Каждый из них имеет свою область применения. Например, при использовании функции не обеспечивается представление многозначных объектов, а здесь это не вызывает трудностей.

Пусть имеется произвольный периодический сигнал, определяемый областью x класса w (х). Значения независимой переменной - это разные по величине уровни электрического напряжения вдоль вертикального направления . Каждому такому уровню соответствует слой области x , представляющий собой периодически следующие друг за другом интервалы в горизонтальном направлении одинаковой длины. Все эти интервалы обладают общим свойством - одинаковым периодом и тем самым принадлежат к одному и тому же классу w (х). Такие интервалы являются унарными частями, но обычно их называют симплексами, а всю область x сигнала рассматривают как некоторый симплициальный комплекс.

Будем использовать характеристическую функцию, которая будет равна единице в пределах длины интервала симплекса и нулю в промежутке между интервалами. Очевидно, что симплексы, расположенные ниже направления , всегда тождественно равны единице, а выше наибольшего отклонения сигнала - тождественно равны нулю. С учетом этого класс сигнала x запишется как

w (x) = 1 # x # 0, (2.10)

где # знак совокупности, а x принимает значения 1 и 0 с определенной периодичностью.

Выражение этого типа может быть использовано в качестве основы для выведения аналитического выражения для описания сигнала. Как было отмечено, оно рассматривает сигналы как однополярные. Для сравнения укажем, что в классической теории однополярный сигнал, как самостоятельный объект представления, вообще отсутствует. Аналитические средства классической теории определяют такой сигнал как сумму двух функции, одна из которых является функцией, задающей смещение уровня, а другая определяет переменную составляющую сигнала. Тем самым при таком представлении для каждой составляющей сохраняется возможность получения противоположного значения.

Теория решеток, как математическое средство само по себе, в настоящее время хорошо разработана, и, в принципе, позволяет ставить задачу сравнения объектов по их свойствам и, в конечном счете, разбивать их на классы определенным образом. При этом преобразования, выполняемые над объектами в этой теории, базируются на логические операции. Они являются интервальными преобразованиями, поскольку, в конечном счете, результатом их действия становится изменение длины симплексов. Отметим, что изменение длины симплексов может, вообще говоря, повлечь за собой изменение их количества, т.е. амплитуды сигнала. Это происходит, например, при преобразовании симплекса в симплекс тождественно равный нулю или единице. Но это здесь вторичное явление, сопровождающее процесс преобразования [9,11].

В отличие от классического случая линейного пространства, непрерывное многообразие I в каждый данный момент должно иметь определенные размеры. Благодаря этому при представлении движений и сигналов с помощью областей всегда можно образовывать для них области, являющиеся их дополнениями в размере всего непрерывного многообразия. Это обстоятельство позволяет перейти к более узкой разновидности решетки, а именно, к булевой структуре. Последнее позволяет в новой теории ориентироваться на булеву структуру, как на своеобразное асимметричное линейное пространство.

Такое пространство существенно отличается от классического линейного пространства. Прежде всего оно является структурой, содержащей не одну, а две операции, и, кроме этого, в нем используется другой способ линейного изменения объектов. Оно осуществляется не путем их растяжения или сжатия в какое-нибудь число раз, а путем удлинения или укорочения на некоторую величину.

Поскольку булева алгебра содержит два предельных элемента, - ноль и единицу, - то преобразование объектов, вообще говоря, может привести к их потере как в процессе укорочении так и в процессе удлинения их симплексов. Происходит это тогда, когда преобразование приводит к образованию объектов, соответственно, тождественно равных нулю или единице. В классической же теории это допускается только при умножении на ноль.

Что касается собственно процессов преобразования, то времениподобному способу представления отвечают, вообще говоря, всевозможные процессы накопления. Объясняется это тем, что в них в качестве основного параметра всегда присутствует временной интервал, задаваемый, как правило, с помощью линии задержки. По существу же этот временной интервал определяет интересующий класс объектов, подлежащих обнаружению. Такое обнаружение можно обеспечить путем сопоставления текущего класса объектов с заданным интересующим классом, что является ни чем иным как сравнением по порядку в направлении времени.

5.2 Живопись как единство двух систем представления

Окружающий мир для художника подобен лаборатории, а его эксперименты в нем это завершенные живописные полотна. Сегодня трудно сказать, что древнее - искусство живописи или искусство математики и логики. Во всяком случае, и то и другое за последнее столетие претерпели значительное развитие. При этом, несомненно, одно - развитие живописи шло через осмысление самых глубинных основ мира, и можно без преувеличения сказать, что на этом пути живописцы совершили серьезные открытия.

Особенностью математики и логики является то, что в них принята аксиоматическая форма мышления. Фиксация результата обеспечивается в виде различных формализованных выражений математики и логики. В живописи мышление протекает на интуитивно-чувственном уровне, которое можно выразить с помощью языковых понятий. Результатом живописного мышления является определенный вид изображения. Удивительно то, что, несмотря на это казалось бы принципиальное различие, развитие и углубление познания в живописи и математике, логике идет одним и тем же путем. Чтобы раскрыть этот тезис обратимся к истории живописи.

На протяжении с самых древних времен и затем в периоды античности, средневековья, Нового времени художники осваивали реальность. Еще в средние века была установлена система искусства, основанная на чувстве пространственной бездонности и временной бесконечности мира. При этом искусство сосредоточились исключительно на пространственных измерениях, отбросив временные [23].

Человек созерцает, переживает, постигает неизменное, а потому статичное, пространственно- предметное явление мира. Этот процесс нашел выражение в виде системы жанров и стилей живописи, обеспечивших, как тогда казалось, охват всех сторон жизни и реальности.

Итак, в живописи установился пространственноподобный подход, завершившийся созданием в эпоху Возрождения прямой геометрической и воздушной перспективы. Использование перспективы обеспечивало измеримость, достижение пространственного единства, возможность изображения бесконечности как некоторой глубинности, как последовательности предметов, равномерно уменьшающихся в размерах, теряющих четкость очертания.

Далее было обнаружено несоответствие, вызванное полным приглушением фактора времени. В XIX веке развитие пошло в русле ликвидации этого несоответствия. Возникает импрессионизм, реализовавший некоторые открывшиеся элементарные закономерности временного бытия.

В целом художественное восприятие окружающего мира кристаллизовалось в четко определенные основы, систему пространственно-предметного видения, открытие которой история живописи связывает с Джотто, жившего в XIV веке. В дальнейшем эти основы были последовательно доведены до строгой, практически канонической формы усилиями живописцев - перспективистов XV века. Следующий шаг в развитии живописи был совершен в эпоху Возрождения, открытием законов перспективы, и затем в XVII - XIX веках ее основы углублялись и усложнялись до тех пор, пока в искусстве импрессионистов живопись не дошла до своего логического конца, не столкнулась с неразрешимыми в ее рамках противоречиями, не исчерпала своих возможностей [22]. Тем самым было завершено создание пространственноподобной системы живописи, которую можно определить также как классическую систему, или как систему линии и рисунка, или как систему "дубликатов" по образному выражению Малевича [21].

Стало ясно, что динамическая действительность во всем своем многообразии никак не умещается в статичные по своей природе формы классической живописи. В сложившейся ситуации П. Сезанн был тем художником, который в полной мере сумел оценить место и свойства классической живописи, почувствовал необходимость нового искусства. Начав эту работу, он поставил, и решил задачу создания второй системы живописи, обеспечил разработку основ этого нового способа художественного творчества.

Основной мотив его деятельности состоял в убежденности, что ограничения классической системы носят объективный характер и преодолевать их надо не усовершенствованием, а путем коренного пересмотра, выхода за пределы границ традиционного искусства. Он считал также ошибкой отождествление традиционного искусства и природы. Природа фундаментальнее и глубже, поэтому выход надо искать не в игнорировании природы, а в углублении ее изучения. В природу надо вглядываться с таким напряжением, от которого начинают "кровоточить глаза", - писал Сезанн.

Собственно это изучение и вывело его на путь обнаружения и утверждения новой художественной системы, и может быть именно теперь, когда удалось доказать существование двух систем представления чисто математическим и логическим путем, становится ясной и понятной та огромная аналитическая работа, которую совершили живописцы, решая, по существу, ту же самую задачу. Становятся понятными их действия и результаты.

Прежде всего, П. Сезанн дерзнул решительно пересмотреть взгляд на пространство, время и цвет. Это уже не самостоятельные, а крепко связанные между собой категории. Впервые в истории искусств пространственное существование было соединено с существованием во времени. Ради художественного эффекта Сезанн начинает свободно манипулировать формами пространства, времени и цвета в их сочетании, заставляет эти формы решать задачи как бы на первый взгляд им несвойственные, добиваясь эффекта не порознь, а за счет их взаимодействия. Интенсивность цвета определяется у него не только степенью реальной освещенности предмета, но и мерой его статики и динамики, мерой его внутреннего напряжения. Цвет предмета начинает зависеть и от внутреннего противоборства материи и формы. В рамках одного полотна художник использует сочетание перспектив, например, сфероидное с элементами прямой и обратной перспектив. Пространство у него может округляться, может применяться несколько точек схода в пределах одного полотна. Предметы могут внезапно увеличиваться, вместо того чтобы уменьшаться, организовываться по разному: то по принципу прямой, то обратной перспективы. Картина в новых основах может строиться не только от зрительной плоскости в глубину, а наоборот от глухого и непрозрачного фона к зрителю. Не только даль и близь, но и верх и низ превращаются у Сезанна в относительные категории и т.д.

Приведем пример восприятия его творчества художественной критикой по его картине "Горшок и фрукты"[29]. " Блюда с фруктами опрокидываются в сторону зрителя, плоды чудом удерживаются на покатых поверхностях, повинуясь законам живописного тяготения, очевидно, отличным от ньютоновских. Они занимают большую часть поверхности стола, не оставляя, казалось бы, места реальной глубине, а все же круглясь, демонстрируя всю свою полновесную объемность вне зависимости от местоположения - на первом плане или в глубине, утверждая свою прочную устойчивость, непререкаемую убедительность своего места в пространстве.

Характерное для классической живописи противопоставление предметов в пространстве здесь отсутствует. Предметы не столько расположены в пространстве, сколько сами строят его, отсчитывая его протяженность точно также, как мазки кисти отсчитывают пространственную объемность самих предметов, и поэтому они неразрывно связаны с пространством, сделаны из одного с ним "красочного теста".

Пространство становится здесь функцией объема, объем - функцией цвета, цвет формируется из сложного взаимодействия холодных и теплых тонов, а мазки кисти подобны клеточкам универсальной материи, посредством которых Сезанн строит царственно богатый мир. ...прогибается и ломается поверхность стола в местах ее соприкосновения с предметом, сохраняя в тоже время плоскостность и прямизну своих граней. Натюрморт … был своего рода лабораторией художника, в которой он разрабатывал закономерности живописного пространства,... осуществляя идеи построения картины как целостного организма.

Знаток искусства Н.Н. Пунин говорил: "Возьмите натюрморт голландского мастера ХII века и попробуйте мысленно вынуть из него какие-нибудь предметы, - лимон, блюдо или бокал, - и они тотчас же окажутся в Ваших руках. Но если Вы попытаетесь снять с натюрморта Сезанна хоть один персик, то за ним потянется весь холст." (П. Сезанн, Натюрморт; Х. Миро, Стол с перчаткой).

Главная ошибка восприятия произведений новой системы живописи состоит в том, что от них требуют, чтобы они выполняли ту же задачу в изображении мира и предметов, какую выполняют произведения классической системы. Отсюда непонимание, пренебрежение и, в конечном счете, отторжение направления, но это абсурд: свои основы - свои возможности, ориентация на изображение других сторон действительности. Трудами не только П. Сезанна, но и трудами многих других художников, последовавших за ним, эти возможности были установлены.

Новая система изменила предметную область приложения живописи. Например, новый взгляд на перспективу предоставил право художнику двигаться вокруг предмета, включать в его живописный облик информацию, почерпнутую из предшествующего опыта или знания.

Возникающая при этом красота носит глубинный характер, в отличие от красоты зримой вещи [24]. Новые методы предоставили возможность проникать в сущность вещей, минуя чувственную видимость, обеспечивают господство концепции над непосредственным зрением.

Конечно отказ от гегемонии пространства, от обособленной линейной перспективы ограничивает возможности в изображении бесконечного. Объем пространства в картине становится конечным, ограниченным по своему размеру, а изображение бесконечного заменяется на изображение глубинного, которое может углубляться сколь угодно. Возникает возможность качественного, структурного анализа. В результате этого очевидным образом усиливается роль поверхности, особенно окрашенной поверхности, что хорошо заметно в произведениях этой живописи.

Картина в этой системе не рисунок натуры, поэтому живопись отходит от конкретного предмета, поэтому в ее изображении предмета всегда присутствует некоторое обобщение. Теряя в конкретности, художественная форма обретает качество общности. Основной задачей картины становится поиск и изображение групповых черт объекта (К. Малевич, Крестьянин в поле).

Очень хорошо уловил возможности новой живописи Бердяев, который говорил, "что это изображение более начальной стадии, чем законченный предмет", что это возможность "еще дальше пойти вглубь, где нет уже никакой материальности - там уже внутренний слой природы, иерархия духов".

Живопись "как бы ведет к выходу из физической, материальной плоти в иной высший план". При этом "искусство есть своя собственная реальность; оно есть раскрытие или создание объективного мира, а не изображение" [26].

Очень точно оценил новую систему живописи А. Глез. "Время - форма" встало на место "пространство - форма", написал он еще в 1924 году [25]. Все сказанное выше, а также сопоставление с математическими моделями "устройства" второй системы живописи, позволяет именовать ее времениподобной системой.

Итак, П. Сезанн, освободив живопись от изображения натуры, создал основы второй системы живописи, которая, как и первая применялась, как предметная. Совершив этот эстетический скачок, Сезанн как бы указал дорогу, открыл дверь для творческих исканий.

Одно из таких совершенно новых направлений - это исследование структуры формы, которое выполнили кубисты. Вот некоторые исходные установки для кубистической живописи.

"Кубист стремится проникнуть в строение объективных вещей, изобразить их в анатомическом разрезе, создать наглядную модель их микроструктуры".

"Не нужно только изображать предметы, нужно проникнуть в них".

"Кубизм хочет обеспечить зрителю нечто прочное, опирающееся не на иллюзию, а на знание".

"Только плоское достоверно".

Результатом кубистических исследований формы стало открытие роли простых геометрических форм, - треугольников, квадратов, окружностей, полуокружностей и т.д., - как основы формообразования. Многочисленные живописные эксперименты показали, что применение этих простых форм обеспечивает формирование любой фигуры. Кубистические конструкции это демонстрация безграничных возможностей созидания во взаимодействии простых форм. (П. Пикассо, Натюрморт)

На математическом языке это не что иное, как утверждение существования базовой системы признаков, возможность разложения изображения в этом базисе. За этим, как известно, стоит решение вполне актуальных и конкретных технических задач по распознаванию, по сжатию изображения.

У кубистов, а также во многих других направлениях нового искусства заметно возникновение ощущения неоднородности пространства. Выражается оно через использование множества контрастных по окраске плоскостей, пересекающихся под разными углами друг с другом, через изображение изломов и деформаций формы.

Другое направление исследования это поиск предельно простой формы времениподобной системы живописи. То что она должна быть, следует из развитой выше математической теории времениподобного подхода. Основное влияние на развитие событий в этом направлении по-видимому оказал Кандинский, пришедший к идее ухода от зримой предметности к беспредметности. Сложность этой как и всякой другой эволюции не на математическом, а на чувственном уровне в том, что все время надо обеспечивать сохранение на интуитивном уровне тех внутренних законов, тех граней, которые отличают художественное произведение от всего остального.

Рассмотрев в качестве начала в искусстве исключительно его духовное содержание, Кандинский пришел к убеждению, что средством выражения этого содержания является комбинация беспредметных форм. Завершил эту эволюцию К. Малевич созданием супрематизма. Это был решающий скачок в беспредметность. Суть его в отделении непрерывности как таковой от всего остального, в представлении ее в виде поверхности, окрашенной в цвет - абсолютный носитель качественного начала. Объектами супрематического мира стали, как известно, части поверхности. В возникшем разнообразии центральное место занял черный квадрат. Безусловно это был точный и главный шаг к позиции, которая приблизила художественное восприятие к самым основам мироустройства, к позиции, поставившей художника и зрителя перед лицом Ничего и Всего.

Этот краткий анализ показывает, что развитие живописи привело к утверждению той же самой идеи существования двух форм представления. Ее основы предстали в живописи в завершенном виде, как совокупность двух форм со свойствами симметрии и асимметрии.

Таким образом, приходится констатировать, что живопись смогла пройти тот путь развития, который оказался не под силу ни математике, ни физике, ни тем более технике. В отсутствии теории, на интуитивном уровне мышления, усилиями лучших своих представителей в живописи была создана законченная система представления, включающая две основные части, два независимых начала. Эта система в полной мере соответствует позиции, принятой в книге и развитой выше теории.

 

5.3 Вакуум, изображение, движение

Материал этого параграфа во многом следует не только фактам, но и интуиции, объединяет элементы расчета и догадки и тем самым в большой степени смыкается со способом мышления в искусстве и, конечно, в живописи.

В основу теории представления, развиваемой в книге, положен принцип двух начал, хорошо известный в физике как принцип дополнительности Бора, выступающий в ней как некий абсолют, как основополагающий принцип физического мира. И если следовать неумолимой логике всего предыдущего материала, то вакуум как электромагнитное или гравитационное поле это лишь один способ его представления. Равноценно с этой физической моделью должна рассматриваться некоторая вторая его модель.

Напомним, что первая модель была предложена в процессе объективизации физического мира усилиями представителей математического направления в науке. Эта модель не может претендовать на абсолют по очень многим причинам и хотя бы потому, что математический взгляд на природу пространства обеспечивает только количественное описание, а сущности понятий остаются при этом вне досягаемости [31,32].

Логическое направление объективизации физического мира, развитое в данной книге, приводит ко второй модели вакуума, совсем по-другому обеспечивающей описание его сущности и, в частности, процесса движения. Вторая модель вакуума представляет его как цифровое поле информации, это уже не электромагнитный, а цифровой ячеистый вакуум.

Сама по себе эта идея достаточно давно возникла как гипотеза в физике. Своим появлением она обязана квантовой теории. По мере осознания роли и свойств квантовой теории стало ясно, что квантовая механика не может быть выведена из классической механики. Причина этого одна, - они основываются на разных постулатах. Из квантовой теории следует, что энергия излучателей или волновая функция меняется скачком. Поскольку подобное возможно только в случае информации, то предположение о существовании модели в виде поля информации кажется естественным и логичным[32].

Того же самого, вообще говоря, требует принцип дополнительности, имеющий множество примеров его справедливости. В соответствии с этим принципом возможны два класса экспериментальных установок: первый класс допускает определение имульсно - энергетических соотношений, а второй - пространственно-временных. Одновременное применение обеих типов установок исключается.

Кажется, что все ясно, однако приходится констатировать, что физики не нашли средства реализации этой идеи. Ее развитие пошло по другому пути, - по пути применения квантовой теории к электромагнитному полю. Физики несмотря ни на что тем самым признали де-факто подчиненную роль методов квантовой теории. Последнее вынудило физиков объявить, что симметрия является более общим и главным свойством объективной реальности, а асимметрия возникает только в результате частичного нарушения симметрии. Это заблуждение и составляет основу всей методологии современной физики, и это несмотря на то, что ее развитие в ХХ веке свелось к доказательству существования волновых свойств у частицы, т.е. протекало в духе утверждения дуализма волна- частица.

Рассмотрим движение объекта, на который действует статическая сила тяжести (гравитационное поле). Если объект находится на некотором расстоянии от массивного тела, создающего гравитационное поле, то в направлении к границе движения, т.е. к поверхности массивного тела, объект движется равноускоренно, при этом движение в обратном направлении от границы движения к начальному положению является равнозамедленным.

Шар весом в 2 Кг падает также быстро как шар весом в 1 Кг. Вес тела не влияет на характер движения, поэтому при исследовании движения можно переходить к двумерному изображению объектов на плоскости, где такой объект определяется своим сечением или проекцией, образующих определенную форму или фигуру (круг, прямоугольник и т.д.).

Закон тяготения, сформулированный Галилеем в рамках классического пространственно- временного представления вакуума, не использует понятие массы и звучит следующим образом:

"Пространства, проходимые падающим телом за равные промежутки времени, относятся между собой как последовательные нечетные числа".

Альтернативным образом будем считать, что вакуум квантован в направлении перпендикулярном к направлению движения. Движение объекта происходит путем последовательных мгновенных перескоков с текущего уровня на более низкий при свободном падении и на более высокий уровень при подъеме. Теперь характер движения определяет не скорость или ускорение, а время пребывания на уровне.

Как ранее было показано, объект в этом случае

 

5.5 “Книга Перемен”

Есть несколько причин, заставляющих обратиться в нашем исследовании к этому древнейшему памятнику человеческой культуры. Во-первых, китайская “Книга Перемен” (“И цзин”, “Чжоу и”) представляет собой первую известную попытку создания целостной системы описания Вселенной, которая была названа в ней Великим Пределом. Сотни лет в далеком прошлом, потраченные на создание и отработку системы, обеспечили, в конце концов, ее основательность и совершенство. Возникло Великое учение, но вместе с тем и Великая загадка, смысл которой мы и попытаемся раскрыть.

При написании данного материала я ориентировался на последние издания перевода и комментариев к “Книге Перемен”, изложенные в [35,36]. Как известно, базис системы бытия “Книги Перемен” образуют восемь триграмм. Комбинирование триграмм приводит к шестидесяти четырем гексаграммам, которые потом уже являются самостоятельными единицами, а не просто результатом механического соединения. Шестьдесят четыре гексаграммы объемлют все, что нас окружает. Выражено это в образах, сопоставленных гексаграммам. Образы это сгустки свойств, описывающих объекты бытия, их качественные модели.

Картина мира предстает перед нами, как образованная совокупностью частей с ясно обозначенной упорядоченностью. В системе бытия использовано конечное число частей, бесконечное возникает здесь тогда, когда с гексаграммами связываются все новые и новые объекты, число которых неограниченно.

Во-вторых, теория системы бытия “Книги Перемен” является по своему смыслу качественной, опирается на свойства времени, а не пространства. “В то время как в Европе все сводится к категории чистого бытия, в китайской мысли решающую роль играет концепция изменения”. [36] Если в Европе за основу принимается единое, т.е. количественное по своей природе, то в китайской философии за основу принимается противоположное. Сделать это можно, если поставить во главу угла движение, а не пространственный объект. “Когда встречаются два несовместимых условия, они могут сосуществовать, следуя друг за другом. Это и есть главная идея “Книги Перемен”: время порождает одновременно противостояние и соучастие”. [36]

В глубочайшей древности было установлено, что если принять за основу противоположное, то таким образом, оказывается, можно объять все, что нас окружает. Эта точка зрения замечательным образом сформулирована в книге “Дао де цзин”, написанной в ІV в до н.э.: “Когда в Поднебесной узнали, что красота – это красота, появилось и уродство. Когда узнали, что добро – это добро, появилось и зло. Вот почему бытие и небытие друг друга порождают, трудное и легкое друг друга создают, короткое и длинное друг другом измеряются, высокое и низкое друг к другу тянутся, звуки и голоса друг с другом гармонируют, предыдущее и последующее друг за другом следуют”.

Как система бытия это картина образов, которая и была создана, отточена и составляет содержание “Книги Перемен”. Эта система включает также философию функционирования общества, отдельного человека. Она представляет жизнь как поток перемен, превращений, структурных перестроек.

Зададимся вопросом: “Случайно ли, что такая система возникла в таком виде, а не как европейская система единого?” Ответ, как мне кажется, здесь может быть дан однозначный: “Для этого есть серьезные причины. Они кроются в существовании связи с общим историческим процессом развития мышления”.

Историческая наука считает, что система “Книги Перемен” создавалась в период самой ранней стадии развития мышления. Это был период, когда проходило или заканчивалось формирование основных понятий, обеспечивших, собственно, язык мышления и возможность накопления знаний. В это время использовался исключительно качественный способ анализа, поскольку мышление было основано на здравом смысле и интуиции.

Хотя начинает складываться понятие числа для объектов и понятие арифметических операций, устный счет, возникают примитивные представления о равенстве слагаемых, но на первом месте здесь не счет и арифметические отношения, а отношения эквивалентности и порядка. Скорее всего&