4

КУЛЬТУРНОСТЬ – МЕРА ПОЛЕЗНОСТИ ДЛЯ ЖИЗНИ

Часть 3 работы «О КУЛЬТУРЕ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ В ФИЗИЧЕСКОЙ ТРАКТОВКЕ», со сквозной нумерацией разделов

7. Эффективность, интенсивность и культурность

для биообъекта плодовое дерево

31. Эффективность - это параметр (введенный мною ранее в формуле 1 Абакумова), характеризующий биологическую продуктивность [производство энергетической биомассы, определяемой количеством химической энергии, содержащейся в биомассе прироста) данного типа кроны или симметричной корневой системы) в единицы времени (в секунду… год) и пространства (в метре кубическом воздушной или почвенной среды, или, упрощенно, с единицы площади сада)].

Т. о. параметр эффективность (кроны, корневой системы, или в целом плодового дерева данного сорта) определяется скоростью (правильнее - интенсивностью) производства химической энергии (содержащейся в биомассе прироста) в единице пространства (упрощенно с единицы поверхности сада, площади проекции кроны).

Или, в более глубоком смысле: эффективность (кроны, всего дерева, сорта данной кроны) определяет скорость (интенсивность, мощность) процесса преобразования «дикой» (энтропийной, неорганизованной, апериодической, «простой») энергии и массы в организованную материю (органическую «биомассу»), «сложную», «волновую», «резонансную», являющуюся формой Жизни (попросту – в Жизнь). А также плотность этого процесса в пространстве.

Или, совсем кратко выражая суть: Эффективность (плодового дерева данного типа кроны, корневой системы, сорта) характеризует его интенсивность преобразования (во времени и пространстве) «мертвой» (неорганизованной, «дикой», «простой») материи (массы и энергии) «хаоса» в организованную «органическую» материю («энергетическую массу») объектов Жизни, на основе процесса фотосинтеза. (Выходит – яблоко или нефть, газ – тоже объекты жизни, следуя этой логике? Но так получается. Не зря отечественный гений химии Дмитрий Менделеев считал, что сжигать углеводороды – это тоже, что ассигнации, /бумажные деньги/. А я бы добавил – уничтожать жизнь.).

Эффективность (в принятом у меня в работах по моделированию давно определении и смысле) – параметр, характеризующий концентрированность (процесса) Жизни (во времени и пространстве). Т. о. она учитывает экономичность (процесса создания Жизни, приращения, прирождения ее, отсюда – «природа») в использовании пространственно-временных ресурсов, но не учитывает (напрямую, хотя косвенно отчасти учитывает) коэффициент полезного действия по преобразованию массо-энергетических ресурсов из «дикой», энтропийной формы в организованную (органическую), т. е. экономичность в использовании массо-энергетических ресурсов.

Прим. от 10.04.12. Здесь я, когда писал раздел, подводил к мысли, что параметр «эффективность» (кроны, дерева) в прежних моих работах, отражал в основном «интенсивность» (сорта и кроны дерева), и не учитывал его «экономичность», в потреблении массо-энергетических ресурсов. Хотя на самом деле был не прав, как я теперь понимаю, поскольку нормированный параметр «эффективность», (определяемый по формулам 1 и 2 Абакумова), все-таки учитывал, пусть косвенным образом, и экономичность процесса биосинтеза дерева в целом – через, во-первых, введенный параметр Кбс – коэффициент биосинтеза, сортовой параметр, и, во-вторых – через нормировку прироста биомассы к исходной массе, а также при сравнении деревьев между собой тоже при равной массе. Если еще при этом чуть скорректировать мою «пространственную модель» и заменить массу на «энергетическую массу» - измеряемую в ее энергетическом эквиваленте, а не сыром и даже сухом – то учет «экономичности» обменных процессов биосинтеза (дерева в целом, с учетом потерь в его элементах конструкции) будет полным (как КПД преобразования получаемой энергии солнца в конечную, биомассы). И тогда параметр «эффективность» (в принятом выше определении, в модели) фактически сравняется по смыслу с параметром «культурность». Но здесь, в данном разделе – менять ничего не буду.

ххх

Поэтому параметр эффективность (почти интенсивность) удобно и правильно использовать (для оценки главного качества растения, определяющего его общую продуктивность и экономическую ценность для человека) в условиях «перенасыщенной» массо-энергетическими ресурсами внешней среды, (что, заметим, обычно соответствует началу возникновения жизни, когда, например, маленькое беззащитное семечко попадает в благоприятную почвенную и внешнюю солнечную/воздушную среду, намного превышающую по объему и наличию массо-энергетических ресурсов его потребности, на начальной фазе жизни). Для более взрослых растений такие условия «перенасыщенности» внешних массо-энергетических ресурсов - по отношению к необходимому их уровню – имеют место быть в южных районах страны, где плодородные земли (черноземы) сочетаются с избытком почвенной и воздушной влаги, а также солнечной и тепловой энергии (измеряемой количеством тепловых температур за сезон, которые примерно в 1,5- 2,5 раза превышают температурные условия Московской области).

Забегая вперед, скажем, что растение (плодовое дерево, конкретно здесь) с высокой эффективностью, но невысокой «культурностью», «добротностью» (культурой формы кроны и корневой системы, определяющей ее уровень качества и экономичность) ведет себя по отношению к внешней среде чисто потребительски, расточительно-незаботливо, как волк, забравшийся в овчарню (подобно тому, как «дикий» капитализм вел и ведет себя по отношению к Земле и ее природе, ставя целью только скорость развития «экономики» без учета «цены вопроса»). В частности, для конкретного примера к иллюстрации, о чем идет речь, отметим, что колонновидные спуровые деревья с клоновыми стержневыми линейными корнями, с большой плотностью листьев в кроне и корневых всасывающих окончаний в земле – обладающие высокими способностями и возможностями по «высасыванию» массо-энергетических ресурсов из окружающей среды - эффективны только для «перенасыщенных» массой питательных веществ и энергией внешних сред, т. к. не обладают достаточной экономичностью (определяемой параметром «культурность», добротность), для выживания в бедных (малонасыщенных, «малокультурных») условиях окружающей среды. [Уровень культуры, измеряемый параметрами «культурность», «добротность», «база» биообъекта, характеризующими уровень качества, внутренней сложности, «насыщенности» объекта независимыми элементами – в данном случае для единицы объема дерева или окружающей среды – определяется количеством в ней элементов системы – корневых волосков или листьев, соответственно в подземной и надземной частях.].

Здесь возникает вопрос оптимального согласования растения (плодового дерева) по уровням эффективности и культуры с уровнем культуры (культурностью) окружающей среды.

Относительная эффективность кроны (определяемая «формулой 1 Абакумова») выражается в ней введенным «коэффициентом жизненной силы», Кжс, который находится практически как относительный годовой прирост биомассы (энергетической массы) дерева, т. е. как отношение массы годового прироста к исходной массе дерева.

32. Параметр «культурность» Ук (отражающий количественно «уровень культуры», потому обозначенный Ук) определяет продуктивность - количество полученной плодовой продукции – или всей биопродукции (правильнее - содержащейся в них химической энергии и массы, «энергетической органической массы») на единицу затраченной массы и энергии (энтропийной), и при том в единицы времени и пространства. Т. о. физическая суть понятия «культурность» Ук включает понятия – параметры «интенсивность» (Рмакс) и «относительная экономичность» Эо (она же добротность Q), которая отражает коэффициент полезного действия (КПД) преобразования энтропийной материи - хаоса (энергии и массы) в организованную энергию и массу «Жизни».

ххх

33. Эффективность (в «простом», узком понимании, в «капиталистическом» смысле) характеризует только (прямым образом, хотя косвенным и величину минимума, ибо зависит от него) величину максимума функции какого-то параметра (например, производства), в садоводстве – производства биомассы, Р макс, древесной и плодовой в единицу времени и пространства, на единицу массы биообъекта (обычно без учета потребленной энергии и массы из окружающей среды, естественной и искусственно созданной) - или максимума интенсивности ростового процесса. [Эти максимумы мощности (интенсивности) процессов роста или развития (сдвинутые на полпериода) дерева в сезоне, имеют место в моменты пика восходящей волны сокодвижения, ¼ Т, роста кроны, и симметрично нисходящей волны сокодвижения, через полпериода, в момент ¾ Т – соответствующий пику развития – тоже для кроны, (заметим, что для корневой системы они противоположны - по фазе сдвинуты на полпериода, то есть пик роста кроны соответствует пику развития корневой системы и наоборот)]. Безотносительно к величине минимума этой функции Рмин, имеющего место в моменты покоя колебательной биосистемы - 0Т, Т/2 и Т, характеризующие экономичность биообъекта, как способность существовать/выживать с минимумом энергии, или, по другому – степень «выкладываться» биообъекта, глубину его «выдоха», до минимума. Тогда как максимальная интенсивность определяет величину его «вдоха», в физиологических понятиях.

Эффективность часто, (обычно, как правило), употребляется в «простом» понимании, только как интенсивность процесса, (например, как производительность труда в экономике, или интенсивность плодовых деревьев в садоводстве), без учета (прямого) уровня потребления материальных ресурсов – массы и энергии из окружающего пространства, (т. е. они, если и учитываются, то только на втором плане, как фон). Такой подход вполне оправдан, например, в южном садоводстве, где источники материальных ресурсов внешние, природные – дармовые (солнечное облучении и тепло, и, в основной части, почвенное питание – от богатых черноземов - и атмосферная влага). (Другой пример можно привести из сталинской экономики, периода ее «количественного» роста, когда превыше всего был «план» по производству и времени выполнения, но качество почти не учитывалось, было на третьем плане, лишь как «минимально-достаточный» уровень, чтобы регистрировать количественные показатели).

Экономичность (введем такой параметр) характеризует только величину минимума мощности (интенсивности) ростовых процессов растения (Рмин), имеющего место в моменты «пауз» «двигательной» активности 0Т, Т/2 и Т, когда ток (в модели, аналог сокодвижения в биообъекте) становится равным нулю. Экономичность биообъекта – определяет его способность существовать/выживать с минимумом энергии, или, по другому – степень «выкладываться» биообъекта, глубину его «выдоха» до минимума.

Культурность (параметр) Ук характеризует отношение максимума мощности действия биообъекта (Р макс) в активной фазе роста к минимуму этой функции (Р мин) в периоды (или моменты в многопериодных процессах) «пауз» жизнедеятельности, соответствующие моментам (интервалам) перехода биообъекта от полупериода роста к полупериоду созревания и наоборот (0Т, Т/2 и Т). Это первое определение параметра культурность.

Т. о. параметр культурность (как уровень культуры) Ук наиболее полно, двусторонне, характеризует растение (как и другие объекты или явления, процессы), учитывая как его предельную максимальную интенсивность Рмакс (в моих формулах, в прежних работах, определяемых параметром «эффективность» - кроны или корневой системы), так и предельную минимальную интенсивность, определяемую его экономичностью, через их произведение. Он (параметр «культурность») определяется как произведение максимальной относительной интенсивности процесса (Жизни) на его экономичность (Э=1/Рмин), и лучшим образом отражает общее качество биообъекта. Это второе определение для параметра культурность Ук – как произведение интенсивности Рмакс на экономичность Э=1/Рмин. (Результат тот же, но получен по-другому, подробности в следующих разделах).

Точно так же, как глубина дыхания или пульсации сердца отражают уровень физической культуры, (здоровья) человека, (или другого биообъекта фауны, животного), так и параметр «культурность» отражает общее качество (или его функционирования) биообъекта флоры, того же многолетнего плодового дерева. В технике этот параметр называют добротностью (для аналоговых колебательных систем), базой (сигнала, объекта - для дискретных сложных систем), динамическим диапазоном; в экономике – параметром эффективность/стоимость и т. п. (Здесь важно правильно вначале ввести определения, поскольку у расхожего понятия «эффективность» есть множество пониманий, в разных областях и в разных головах. Я и сам долго не понимал разницу между понятиями – теперь определенными в тексте – эффективность /кроны, корневой системы, плодового дерева/, интенсивность, продуктивность, культура, культурность, экономичность, выносливость, устойчивость – к погодным аномалиям).

ххх

34. Параметры интенсивность и экономичность жизни, (в равной степени, хотя и с разных полюсов - определяющие уровень культуры Жизни - в форме биообъекта, ее качестсво) имеют принципиально противоположный – для проявления Жизни – смысл.

Первый определяет предельную концентрацию Жизни в единице объема пространства в единицу времени, (и борьба – в эволюционном или искусственном, определяемом человеком, развитии - за этот показатель характеризует только стремление к безграничному росту интенсивности Жизни, без ограничений на потребление массо-энергетических ресурсов).

Второй показатель определяет предельную минимизацию потребления (при необходимости его сверх ограничения) внешних массо-энергетических ресурсов - при сохранении жизнеспособности (или сохранении возможности в дальнейшем восстановления активной жизнедеятельности, в более благоприятных условиях, как, например, у семечка), т. е. способность к предельной рассредоточенности (разреженности) жизни в пространстве и времени (т. е. при отсутствии ограничений на потребление пространственно-временных ресурсов).

Отсюда и разные механизмы/способы приспособления растения к этим противоречивым требованиям. В первом случае – это минимизация размеров (переход к карликовым размерам), упрощение формы кроны и корневой системы (от объемной до линейной, как наиболее эффективной в относительном приросте при неограниченном потреблении массо-энергетических ресурсов и отсутствии физических ограничений) – колонновидные формы деревьев, уплотнение активных конечных элементов кроны (листьев) и всасывающих волосков (для корневой системы) – спуровые виды деревьев, с укороченными междоузлиями и уплотненными листьями и клоновые подвои, «линейно-стержневые», с их большим количеством мелких всасывающих корневых окончаний (волосков, аналогов листьев - при моделировании – в корневой системе.)

Во втором – наоборот, максимизация размеров (в пределах физических ограничений - при нахождении в поле притяжения земли и, в меньшей степени – из-за роста внутренних потерь на перемещение соков линейно с увеличением расстояния); с учетом уровня наличия массо-энергетических ресурсов в окружающей среде – их плотности, т. е. «насыщенности», уровня ее культуры, «культурности», сложности (от «сложенности», их количества в единице объема): чем уровень «культуры» окружающей среды ниже, тем больше требуется объем захваченного пространства слабо представленных массо-энергетических ресурсов, чтобы «накормить» ими дерево – т. е. тем больших габаритов оно должно достигать.

ххх

35. Оба эти параметра биообъекта, интенсивность и экономичность, при фиксированном среднем уровне потребления внешних массо-энергетических ресурсов – связаны отношением пространственно-временных ресурсов следующим образом, через параметр культурность (и его аргументы «добротность», «база»). Для простоты рассмотрим более понятную временную («импульсную») модель процесса функционирования биообъекта, но для пространственной модели, описывающей состояние – форму, конструкцию объекта – конечный результат будет тот же, только моделирование надо будет делать в области пространственных частот, а не временных).

Интенсивность = Рмакс/Ро (относительная), или Рмакс – абсолютная. Она проявляется в краткий импульс длительностью «тау».

Экономичность = Ро/Рмин (относительная), или 1/Рмин – абсолютная. Она проявляется на интервале продолжительности пауз (покоя) между импульсами, равном (Т - тау).

Энергия в импульсе [Еи = (Рмакс – Ро)тау ], превышающая линию средней мощности Ро за период, равна энергии «провала» Еп в паузе между ними, относительно средней составляющей мощности (при периодической их последовательности), Еп = (Ро-Рмин)(q-1) х (Т-тау). (Где q =Т/тау – скважность импульсов).

Поэтому отношение Рмакс/Рмин, равное произведению интенсивности на экономичность, или параметру «культурность», (для импульсной модели скважность q, «малое ку», «база» N, динамический диапазон - в технической терминологии, в модели), будет равно отношению (Т-тау)/тау = q-1, или, примерно, при больших «ку», просто отношению Т/тау; т. е. отношению времени всего интервала процесса (накопления) к длительности импульса пиковой отдачи накопленной мощности. Этот параметр в цифровой технике называют «скважностью» импульсов и обозначают малой латинской буквой q (ку), он и по физическому смыслу близок к параметру Q (большое Ку), используемом в аналоговой технике для обозначения добротности контуров.

Прим. Более строгий вывод параметра «культурность» Ук приводится в конце данной работы, в п. …, где получено следующее выражение для определения Ук, в общем случае q гораздо больше 1:

Ук = (Рмакс/Рмин) (q-1) (8.4)

Таким образом, при общей средней энергии на периоде процесса, увеличение его (временного процесса, отражающего свойства биообъекта) «культуры» происходит за счет перекачки части энергии из временной области «покоя» в краткий временной интервал пиковой отдачи, максимального проявления накопленной в период пауз мощности. При этом растяжение процесса во времени (за счет увеличения скважности импульсов, равно как и уменьшения частоты синусоидального процесса) приводит к более быстрому росту культурности, за счет ее составляющей «экономичности», в квадрате раз, относительно скорости роста культурности за счет ее количественной компоненты – увеличения максимальной (пиковой) мощности в «активном» импульсе. (См. подробности в последующих работах из серии «О физике культуры плодового дерева»).

36. Уровень организованности, культуры, (параметр «культурность» Ук) во временной области – при трактовке процессов, можно определить как отношение частоты колебаний периодической функции к ширине спектра, или полосе, временных частот основного лепестка спектра, определяемого по уровню половинной мощности (от всей средней мощности сигнала на всем спектральном интервале). Если представить дерево колебательным контуром, как это был сделано в моей «временной модели» (см. мою работу «Волновые процессы в жизни плодового дерева»), то его «культурность» - это аналог параметра «добротность», (обычно обозначаемого в радиотехнике латинской заглавной буквой Q /Ку/ в русской транскрипции, произношении) – с коэффициентом 2: Ук=2 Q (поскольку контур – двухполюсная колебательная система, с уровнем сложности в два раза большим, чем ее величина добротности).

37. Уровень «культуры» объекта в пространственной области равен, аналогично вышерассмотренному во временной области, обратной величине от относительной ширины основного лепестка пространственного спектра частот (величины, равной отношению пространственного периода – размера элемента разной крупности одного «семейства» - к величине «разброса», среднеквадратичного отклонения этого параметра, равного квадратному корню из его дисперсии). Например, для плодового дерева, в упрощенной предложенной модели, уровень культуры определяется отношением среднегодового прироста ветвей, заложенного в структуре дерева в качестве расстояний между разветвлениями ветвей, к среднеквадратичной величине разброса этого параметра. Или (а также) среднему расстоянию листовых междоузлий по отношению к величине СКО «разброса» этой величины (в структуре более мелких элементов). Или относительным «разбросом» (отношение величины СКО к длинам этих волокон) общих длин волокон от листьев до корневой шейки, (где происходит их синфазное сложение сил листьев в годовом цикле перемещения соков из кроны в корни). (Только здесь надо взять обратную величину - от относительного разброса).

Уровень культуры (внутренней организации) плодового дерева, в частности, определяется степенью выраженности его «резонансности», синхронности, которая максимально проявляется при равных размерах входящих элементов разных уровней (общей длины скелетных ветвей, по макушкам, примерно; ветвей, характеризующих годовой прирост; расстояний между листьями на ветвях и пр. конструктивных параметров, кроны и корневой системы). Эти входящие конструктивные элементы должны быть либо максимально выровнены в размерах, либо быть кратны определенным величинам (в последнем случае образуется аккорд чистых спектральных линий – в области пространственных частот). Важно, чтобы ширина каждой такой линии была минимальна, тогда общий «звук» от такого биообъекта будет максимально чистым, прозрачным, как звучание скрипки Паганини, или северных сосен, из которых сейчас делают стены Большого театра при его реставрации.

Резонансность, (когерентность, согласованность) - при взаимодействии разных элементов - позволяет им складывать усилия в фазе, и т. о. получать преимущества перед асинхронным, случайным воздействием стихийных сил природы (называемых в радиотехнике «шумами») в N раз, где N – число взаимодействующих элементов (получать выигрыш в отношении полезный сигнал/шум, на языке радиотехники). Такая суммарная сила, (например, от многих листьев ветки, образующих осмотическое давление в клетке, необходимое для преодоления «порога» ее открытия и работы по пропусканию соков при сокодвижении по сосудам) позволяет перемещать соки при очень малых внешних воздействиях, т. е. малом потреблении энергии от окружающей среды. В результате дерево работает как резонансный усилитель для «правильным» частот (или их спектров) природных воздействий (совпадающих, согласованных по частоте /или частотному спектру/ – с частотными характеристиками биообъектов – деревьев, которые сформированы генетически и адаптацией за предыдущие годы жизни в среднему «нормальному» природному сезонному циклу).

38. Что дает дереву такая «культура» - отражаемая (и определяемая в модели) в области пространственных и временных частот? Она позволяет обходиться минимальными средствами для достижения максимальных результатов (размеров и даже скорости роста, при минимальных массо-энергетических ресурсах окружающей среды, а также качества – плотности древесины), за счет большего периода накоплений, определяемого продолжительностью жизни дерева; т. е. обходиться минимальными средствами для выживания. Например, сосны на севере растут (и живут) в три раза дольше, чем в средней полосе, а древесина у них прочнее. Размеры деревьев (высота) тоже необходимы в борьбе за выживание, в диких условиях, путем захвата воздушного пространства, откуда берется энергия и основной элемент для жизни – углерод. Такие «высокодобротные» деревья могут обходиться минимальным потреблением внешних ресурсов, что очень важно - при малых возможных природных (умеренных) отклонениях от «правильных» для данной зоны – обеспечивающих своевременное обеспечение материальными ресурсами (теплом, влагой, отчасти питанием в почве – пока растущие корни не вышли на новые питающие слои или элементы). В таких случаях дерево может прожить больший срок за счет накопленных внутренних резервов.

Однако у высокодобротных биосистем есть и свой недостаток, (как у всех сверхсложных систем), который заключается в том, что она очень чувствительна к отклонениям периодичности воздействий (частоты колебаний) внешней среды. (Подобно тому, как высокодобротный контур чувствителен к отклонению частоты полезного принимаемого сигнала от его собственной резонансной частоты. Когда она – частота принимаемого сигнала - выходит за пределы полосы его – контура – пропускания, последний перестает ее принимать и усиливать, и т. о. поступающая извне энергия «пропадает» зря.). И к тому же плохо адаптируется (из-за ее инерционности) как к таким медленным изменениям годового периода, так и к погодным «импульсным» отклонениям, выбросам (плохо улавливает энергию таких «широкополосных» импульсных модулирующих сигналов, поскольку большая часть их спектра, находящегося по краям полосы частотного спектра сигнала /природного воздействия/, может оказаться за пределами частотной характеристики – «полосы пропускания» фильтра).

Таким образом, высокодобротное дерево способно очень эффективно принимать почти всю энергию «правильного» внешнего воздействия («сигнала»), (коэффициент полезного действия переработки внешних материальных ресурсов предельно велик и равен КПД=Q/(1+Q) = примерно = 1–1/Q), но может совсем оказаться беспомощной («ненадежной», в технических применениях и определении) при больших отклонениях частоты воздействия внешней среды. (Например, при изменении годовых погодных циклов от нормальных, слишком ранней теплой весне или затяжной теплой осени, или при длительных летних засухах, дождливых периодов или холодов, или при зимних продолжительных оттепелях; а также и проявлять неустойчивость к прочим, относительно кратковременным, стрессовым ситуациям, «выкусывающим» периоды времени из нормального годового цикла развития, нарушающим его нормальную и плавную цикличность).

ххх

39. Другая смысловая физическая трактовка культурности – как адаптивная способность к согласованию с окружающей средой – определяемая степенью использования ее ресурсов. Первым фактором такого согласования является (по аналогии с антенной в радиотехнике, с высоким коэффициентом направленности действия, КНД) коэффициент внешнего согласования (пространственной избирательности для полезных сигналов и их усиления). А вторым фактором является внутренний коэффициент полезного действия такого преобразования, усиления, уже принятого полезного сигнала. Общая культурность дерева (биообъекта) будет равна произведению КНД (коэффициента направленности действия, отражающего согласование с внешним пространством), на КПД самого биообъекта (отражающий потери такого преобразования хаотической дикой энергии в «упакованную» химическую энергии Жизни биообъекта).

Вторая трактовка культурности – это через согласование (степень готового соответствия) культурностей (сложностей, насыщенностей) внешней и внутренней структур (объектов субъекта и объекта, биообъекта и окружающей примыкающей среды), которая при их равенстве соответствует максимальной отдаче мощности («из генератора в нагрузку», в терминах электротехники, в соответствии с законом «согласования генератора и нагрузки»).

(А возможно, надо ввести понятие, что требуется некоторое небольшое – на голову – превосходство культуры субъекта над объектом, чтобы она плавно перетекала от одного к другому?)

Когда у молодого деревца с высокой эффективностью (или взрослого колонновидного карлика «спура»), или интенсивностью, внутренняя насыщенность (культурность) много ниже, чем насыщенность /культурность окружающей среды, то оно может без ограничений на рост усиленно потреблять эти «культурные ресурсы». (Заметим, что культурная насыщенность – это аналог внутренней проводимости среды, так что высококультурная среда эквивалентна источнику ЭДС с малым внутренним сопротивлением, а низкокультурная, малонасыщенная полезными элементами массы или энергией – эквивалентна источнику тока с большим внутренним сопротивлением.) Оно может постоянно уменьшать свое внутреннее сопротивление (увеличивать структурную сложность), и тем «безнаказанно»/беспредельно увеличивать «отсос» энергии из перенасыщенной внешней среды.

Если же внешняя среда структурно малонасыщена («малокультурна»), обладая (эквивалентно в модели) малой проводимостью (большим сопротивлением), то увеличивать структурную сложность биообъекту – для получения больших массо-энергетических ресурсов из окружающей среды – бесполезно, потому что в этом случае внутренние потери – на лишнее массо-образование лишних «голодающих» элементов начинают превышать внешние приобретения массы/энергии и неоправданны/нецелесообразны. Это можно представить следующей аналогией.

Корневая система подобна осьминогу с большим числом щупалец, каждый из которых должен схватить свой кусок пищи (отдельный элемент структуры почвы, определяющий её сложность, насыщенность, культурность). Поэтому, очевидно, количество щупалец оптимально такое, чтобы захватить все элементы почвы, но не более того, т. е. в идеале быть равным им по количеству в захватываемом объеме почвы. Если оно – количество щупалец (в единице объема почвы, т. е. структурная сложность, культурность, в нашем определении) - будет больше, оставшиеся щупальцы останутся без пищи и погибнут, или станут бременем для всего осьминога, и он со временем погибнет от длительного голодания (если не догадается вовремя отгрызть свои лишние щупальца, вроде того, как вырезают лишние ветви из кроны старых деревьев, на которые все равно не хватает энергетических ресурсов окружающей среды - света и тепла).

Это можно трактовать в электрической модели как согласование источника тока с большим внутренним сопротивлением, или малой культурностью, (которым представлена внешняя среда, обеспечивающая поступление массо-энергетических ресурсов) с внутренним сопротивлением биообъекта, которое должно возрастать, чтобы обеспечить максимальное согласование генератора с нагрузкой, для обеспечения максимальной отдачи мощности от источника в нагрузку. Это означает, что биообъект должен тоже уменьшить свою культурность, (сложность, добротность, базу), чтобы оптимизировать согласование с источником (массы или энергии) – т. е. уменьшать плотность элементов в единице объема среды обитания (листьев или корневых окончаний), т. е. стать / быть более разреженной структурой, но занимающей больший (максимально) габаритный объем (ограниченный лишь внутренними потерями и физическими факторами, их определяющими). Увеличение линейных размеров такого дерева целесообразно потому, что объем кроны – определяющий количество охватываемой тепловой энергии - возрастает пропорционально кубу от длины «радиуса» дерева (его линейных размеров в высоту и ширину), а масса такого дерева нарастает несколько медленнее, хотя и тоже в кубической степени (благодаря прочности волоконной конструкции ствола и ветвей).

ххх

40. Исследование и вычисление культурности плодового дерева (как и любого объекта или явления) следует проводить в спектральных областях – временных частот для динамических процессов (во времени), и пространственных частот – для оценки формы/конструкции статических объектов, в данном случае кроны и корневой системы (на предмет выделения степени ее резонансных, «избирательных», свойств – к воздействию внешней среды - характеризующих ее внутреннюю сложность, или качество). Такой объект (в т. ч. биообъект многолетнее дерево) можно представить колебательным контуром (или набором, в системе, таких контуров разных порядков, уровней, «этажей»), настроенным, прежде всего, на сезонную периодичность (цикличность) изменения условий внешней среды (годовой цикл природы и климата), а также суточный цикл (который мы нигде не рассматриваем и не учитываем) и отчасти цикл жизни (который учитываем, но только для определения внутренних обще возрастных фаз дерева, но не для определения согласованности с окружающей средой, для повышения своей эффективности функционирования).

(С последним сложнее, т. к. у единичного биообъекта, элемента общей жизни вида в ее «потоке», имеется всего один период колебаний в течение продолжительности жизни. Поэтому цикл Жизни одного биоэлемента надо рассматривать только в потоке общей жизни вида – например, сада или общества, если рассматривать в качестве биообъекта человека. Тогда получается периодический процесс, поддающийся такому же анализу, как и многолетний периодический процесс в жизни единичного многолетнего биообъекта. Кстати, тут можно просчитать и фазы развития обществ, приливы и отливы разных превалирующих течений, левых и правых, в общественных взглядах; революционных подъемов и застойных спадов и т. п. - что, в определенном роде, предложил сделать еще Чижевский, наш знаменитый соотечественник, физиолог, одним из первых почувствовавший волновой характер развития материи, в том числе «живой». Здесь же и ключ к пониманию объектной необходимости – а значит и «ценности», смерти /естественной/ отдельных элементов для цикличного развития общего потока Жизни. Но это отдельная тема, и о ней поговорим в другом месте).

Такая резонансная «настройка» биообъекта «дерево» на сезонную волну (частоту с периодом один год) позволяет ему легче отзываться (реагировать) на поступающие от природы сигналы (в виде тепла, света) и усиливать их за счет совместного взаимодействия всех/или групп элементов, а также накапливать такую поступающую энергию, в течение многих лет жизни, число которых, напомним, равно добротности колебательной системы. (Как инерционная машинка, детская игрушка, маховик которой, инерционное колесо, раз за разом раскручивают, проводя по полу, а потом отпускают ехать. Так и дерево накапливает по «капле» силы в течение сезона, в основном в первой половине сезона /или жизни в жизненном цикле, или суток в суточном цикле/, чтобы во второй половине периода колебаний, волны, их тратить – на плодоношение и рост: корневой системы и плодовых образований кроны для плодоношения на следующий год, а также для накопления запасов питательных веществ, «жиров» условно – на «черный день» в древесине, центральной части ветвей и особенно штамба.). В результате такого синхронного, «когерентного» объединения элементов дерева оно получает способность более эффективно расходовать поступающие массо-энергетические средства для развития и достигать больших размеров, прежде всего высоты, побеждая тем в борьбе за внешние ресурсы природы с низшими формами жизни – однолетними растениями, травой и «малолетними» (по продолжительности жизни) кустарниками.

ххх

41. Для определения уровня культуры, параметра «культурность» плодового дерева, удобно воспользоваться технической аналогией с фазированной антенной решеткой (ФАР) - сложной антенны, состоящей из набора многих малых отдельных самостоятельных элементов, имеющих фазовращатели - для управления диаграммой направленности, /ее «лучами», «лепестками»/, которые расположены на определенных, фиксированных расстояниях друг от друга, задаваемых по разным законам, что влияет на исходную диаграмму направленности ФАР. [Не смейтесь, это не бред сумасшедшего – как даже отчасти мой брат думает, ибо не все понимает (он антеннами не занимался, так много), но только потому, что не хочет вникать в мои «заморочки», т. к. у него своих хватает (он тоже «сумасшедший», который «замахнулся» аж (!) на моделирование процессов самого человеческого общества – в частности, составив модели для всех общественных систем, от рабовладельческого до капиталистического и коммунистического! См. его работы … на сайте conception.my1.ru].

Коэффициент усиления такой ФАР как раз и есть аналог «культурности» плодового дерева, в моей физической модели. Коэффициент усиления антенны, как известно из радиотехники, равен произведению коэффициента направленного действия (КНД) на коэффициент полезного действия антенны (КПД).

При этом КНД характеризует пространственную избирательность («резонансность») такой сложной антенны и определяется численно как отношение амплитуды напряжения (или мощности) главного лепестка ДН к уровню ненаправленного (изотропного) излучателя, который имеет равномерную во всей сфере ДН, или уровень излучения. Величина КНД антенны (величина, обратная относительной ширине главного лепестка её ДН) рассчитывается как отношение величины раскрыва (апертуры) антенны к длине волны (принимаемого/излучаемого сигнала); однако, форма ДН и уровень разных боковых лепестков – средний и максимальный, в общем случае их неравенства – сильно зависит от расстановки элементарных антенн (расстояний между этими элементами). Наиболее «хорошая» ДН (ее «картинка») – т. е. когда имеют место равномерные и минимальные по величине боковые лепестки – получается при кратной расстановке антенн, например, по закону натуральных чисел: 1- 2 -3 -4 … и т. д.

***

42. [Отступление. Открываю «ужасную» «военную тайну» - когда-то, в 1967-68 годах, мы, в лаборатории, моими руками - под «чутким руководством «шефа» - так мы звали нашего начлаба, В.В.Лебедева – моделировали антенный «крест» для космических ракет, изучали экспериментально оптимальные расстановки антенн в ФАР, обеспечивающие наилучшие параметры пространственной избирательности – относительной ширины главного лепестка, обеспечивающие максимальную точность наведения, при минимальном уровне боковых лепестков, обеспечивающем максимальную надежность ФАР, по отказу элементов и нечувствительность к ложным помеховых сигналам с боковых направлений. Исследовали многие законы расстановок – логарифмические, показательные с разными основаниями и степенями, геометрические и пр., но лучшими оказались «простые» расстановки по закону нарастающих натуральных чисел. При этом наиболее оптимальным образом использовалось имеющееся бортовое пространство, и получались наиболее высокие технические характеристики.

Теперь такие антенны рассчитываются по типовым компьютерным программам, но тогда и компьютеров практически не было, только появлялись, и то уже в конце нашей проведенной практической работы – в главном корпусе института стояла огромная ламповая ЭВМ, куда была очередь бегающих сотрудников из разных отделов со всего института, и давали машинного времени по минутам. Так что макетировали больше вручную, для чего я делал своими руками макет пару месяцев, где имитировали сигналы антенны сбиванием радиочастот, а потом я снимал ДН на фото с осциллографа. Та ракета на испытаниях в 1971 году, перелетев пол шара, попала в баржу-макет корабля-цели, пробив борт (при достаточной точности даже пол км при «спец» заряде). Я был тогда (младшим техником) включен в группу изобретателей в заявку на изобретение, вместе с начальником лаборатории, сектора, отдела. Но потом туда стали включать замдиректров, начальников комплексных отделов, директора института – и когда число заклинило за семь – больше в заявку не включали – меня выкинули из неё и список закрыли. По результатам испытаний начальники стали лауреатами государственных премий, получили «авторские». Об этом я узнал лет через двадцать, когда уже работал в аппарате министерства МРП, ведущим инженером в области космической электроники и систем. Но я вовсе не в обиде, такие были правила игры, пишу просто для рассказа, с большой ностальгией – я рад, что мне посчастливилось жить именно в то время и работать с самого начала на интересной творческой работе, с хорошими людьми и учителями по Жизни, чего и всем хочу пожелать.] ххх

41. (Продолжение). Здесь важно отметить, что КНД антенны, или оптимальная форма ее пространственно-частотной спектральной характеристики, может разрушаться при отклонениях (разбросе, случайных флюктуациях) значений баз (расстояний) между антенными элементами от твердо кратных значений минимальной базе. В этом случае возникают потери в «резонансности» (добротности) пространственной структуры (фильтра пространственных частот), которые можно назвать потерями на пространственное рассогласование (расположение) элементов, или «конструктивными» потерями, из-за несовпадения форм окружающей среды (в случае дерева – «нормального» «сигнала» внешнего гармонического сезонного воздействия природы) и биообъекта (его структуры и параметров, например, расположения ветвей дерева). В итоге падает коэффициент усиления данного биообъекта «дерево» по приему положительных энергетических воздействий природы. (Подобно тому, как падает коэффициент усиления антенны и общая чувствительность РЛС, с такой ФАР, при отклонениях в конструктивных параметрах последней от оптимальных, строго дискретных и «правильно» организованных.) Это потери первого рода, которые вносят вклад в потери общего итогового параметра «культурность».

КПД такой антенны (ФАР) определяется внутренними «омическими» потерями в ее элементах, (в самих антенных элементах, проводниках, фазовращателях), которые «убивают» часть приходящего (или излучаемого) сигнала. Тем самым, (внося активные потери), уменьшается уровень «резонансности» («организованности», сложности) пространственно фильтровой системы (определяемый параметром «добротность» в радиотехнике), а значит – и расширяется главный спектральный лепесток ДН и уменьшается отношение его амплитуды к уровню боковых лепестков (который определяет уровень мощности в периоды «пауз», «покоя»). Другими словами, это равносильно снижению «уровня культуры», или параметра «культурность» - ФАР (в модели, и ее аналога – плодового дерева – в реальной жизни).

Активные внутренние потери в ФАР, приводящие к уменьшению КПД, назовем потерями второго рода, на внутреннее рассогласование, «трение» (непродуктивные потери на «ссоры» и столкновения) между элементами. (Сопротивление току вызвано столкновением электронов и, в основном, нерегулярных добавок к проводящему материалу, помимо столкновений с ядрами кристаллической решетки основного материала).

Оба эти виды потерь – «конструктивного» и «внутреннего» вида – приводят к одинаковому результату – «размыву», разрушению «резонансности», «избирательности» пространственно-колебательной системы, т. е. к снижению ее добротности, или культурности, к ее упрощению, приближению к апериодической (нерезонансной) пространственной «хаотичной», «случайной» структуре.

По сути такая ФАР является фильтром пространственных частот, и ее пространственно-частотная характеристика (аналогично частотной характеристике «обычного» радиочастотного фильтра, работающего в области «обычных» частот – в смысле не пространственных, многим не привычных) характеризует пространственную избирательность и является диаграммой направленности антенны (ДН). По проведенной аналогии плодовое дерево тоже можно представить пространственным фильтром, согласованным (в разной степени, количественно определяемой параметром «культурность») с периодическими колебательными внешними воздействиями (окружающей среды).

ххх

43. Степень возможной адаптации биообъекта к окружающей среде будет определяться как, во-первых, параметром «культурность» - отражающим точность возможной настройки (и, соответственно, как экономичность Э, в потреблении массо-энергетических ресурсов, с одной стороны, так и устойчивость /отражаемой параметром Ууст в модели/ к аномальным отклонениям погоды, с другой, которые обратно пропорциональны); так и, во-вторых, степенью согласования по уровню культуры (по «культурности») биообъекта и окружающей среды, которые должны максимально совпадать, для того чтобы биообъект мог извлекать из неё максимальную мощность энергии и количество поступающих веществ.

Однако «культурность» (этот параметр) биообъекта важна, главным образом, для расширения границы адаптации в сторону «бедных» (ограниченных) ресурсами окружающих сред, где отдельные полезные элементы (питания в почве или света/тепла в воздушном пространстве) разрежены в пространстве. [Т. к. «культурность», прежде всего, определяется своей способностью к экономичности существования при минимуме потребляемых ресурсов (т. е. знаменателем дроби, равной отношению достижимой пиковой интенсивности в производстве биоматерии /энергетической биомассы/ к минимуму потребляемых массо-энергетических ресурсов); и только в гораздо меньшей степени максимальной интенсивностью биопроцессов – синтеза биомассы и прочих, т. е. числителем указанной дроби].

Прим. 10.04.12. Хотя это положение можно и оспорить, поскольку высокая культурность (по компоненте «интенсивность/мощность») малорослых клоновых деревьев - «спуров» (как по кронам, насыщенными листвой, так и по корневой системе – перенасыщенной корневыми оконечными всасывающими волосками) столь же им необходима для максимальной самореализации в богатых условиях внешней среды (по избыточному теплу, свету и питанию), как и высокая культурность громоздких сильнорослых деревьев (по компоненте «экономичность») необходима для них в бедных массо-энергетическими ресурсами средах северных зон - для кроны и корневой системы дерева.

Для «насыщенных» ресурсами сред (с плотным и даже сплошным расположением элементов питании/массы (для корневой системы) и/или энергии - световой/тепловой (для кроны дерева) - большая культурность биообъекта (в данном случае плодовое дерево) может оказаться избыточной и вредной. Например, структурная перенасыщенность большим количеством малых листьев или корневых волосков в единице объема, имеющая место быть у спуровых клоновых минидеревьев, что может привести к увеличению внутренних потерь в растении, на лишнее массо-образование избыточно-лишних элементов – листьев и корневых волосков, тогда как в этом случае может быть вполне достаточно и меньшего их количества, но более крупных элементов (т. е. более простой – и потому более «внутренне» экономичной - конструкции растения). А оставшиеся резервы массы пустить на дополнительный рост дерева – для захвата новых массо-энергетических ресурсов.

8. О культуре окружающей среды. ЗАКОН СООТВЕТСТВИЯ КУЛЬТУРНЫХ УРОВНЕЙ БИООБЪЕКТА И СРЕДЫ ОБИТАНИЯ.

44. Целесообразно, по-видимому, ввести параметр «культурность» и для внешней среды, в которой функционирует биообъект, аналогично введенному таком параметру для самого биообъекта. Такой параметр «культурность» среды должен отражать структурную сложность (детерминированность, закономерность) расположения элементов (массы для питания или энергии для потребления) в окружающей среде, а именно количество (независимых) элементов в единице объема, (определяемую введенным параметром структурная «насыщенность») и их структурную взаимосвязь (корреляцию) в пространстве.

Максимальная эффективность пары «биообъект» и «окружающая среда» - измеряемая уровнем «отдачи» энергии и массы из окружающей среды к биообъекту при минимальной его сложности и количестве затрачиваемых им при этом средств – массы и энергии, будет при согласовании биообъекта и окружающей среды по уровню культуры (по параметру «культурность»). Для аналогии приведем образное сравнение. Биообъект представим осьминогом с большим количеством щупалец, которые способны захватить по одному элементу питания (рыбку). Так вот, количество рыбок в единице объема воды, (т. е. культурность среды обитания) контролируемом осьминогом, оптимально должно быть равно количеству его щупалец; в этом случае осьминог полностью потребляет всю окружающую биомассу для своего развития. Если количество щупалец (а вместе с ними масса и необходимая для их функционирования энергия) превысило бы количество рыбок, то «часть осьминога» осталась бы без пищи, и он – в целом – стал бы голодать и «угасать» (медленно умирать), вместо роста и развития. (Т. е. оказалась бы недоиспользованной часть «культурности» биообъекта.) А если бы, наоборот, количество рыбок было больше числа щупалец, то оказались бы недоиспользованы часть ресурсов окружающей среды, по причине «недотяга» уровня культуры биообъекта (его сложности, измеряемой количеством щупалец) до «культурности» окружающей среды.

В первом случае, пользуясь аналогиями из электротехники, можно уподобить осьминога генератору с более высоким внутренним сопротивлением (источником тока) по отношению к нагрузке (в виде окружающей среды). Здесь «генератор» работает с перегрузкой, ибо его внутренние потери (энергии) начинают превышать отдачу в нагрузку (генератор как бы в значительной мере работает на самого себя, на потери во внутреннем сопротивлении). Во втором случае генератор (внешняя среда) подобен источнику ЭДС, с относительно (нагрузки) малым внутренним сопротивлением (ибо проводимость среды, обратная сопротивлению величина, определяется плотностью рыбок в объеме воды), поэтому его более высокоумная нагрузка (осьминог) не в состоянии поглотить всю возможную имеющуюся энергию.

ххх

45. Насыщенность (структурная) элементами - их количество в единице объема – приводит к уменьшению внутреннего сопротивления биообъекта (для процесса усвоения и переработки энергии и массы окружающей стебы в собственную энергетическую биомассу, с определенны КПД). (Аналогично тому, как количество электронов или «дырок» в единице объема проводника приводит к уменьшению его удельного внутреннего сопротивления или увеличению проводимости, ее обратной величине). Именно поэтому у более культурных биообъектов более высокая добротность («культурность»), подобно тому, как у контура с более высокой добротностью по сравнению с контуром с ее меньшей величиной.

Наличие высокой культуры (культурности) у биообъекта предполагает его высокий потенциал по возможности усвоения/переработки больших массо-энергетических ресурсов - из окружающей среды - для своего развития (включая отдачу для продолжения жизни вида). Это означает, что если «насыщенность» (аналог «культурности») среды будет возрастать, то примерно во столько же раз будет и возрастать интенсивность процессов жизнедеятельности растения.

Однако, если уровень культуры (культурность) окружающей среды будет мала или ограничена – по сравнению с культурой самого биообъекта, то его возможности по био производительности (интенсивности развития) не только не будут полностью реализованы, но и будут уступать интенсивности более простых (менее культурных) видов или конструкций (крон, корневых систем, например, в нашем случае), но более согласованных по уровню культуры.

[Например, если посадить (выращивать) карликовые деревья «спуры» на клоновых подвоях (с их высокой плотностью листьев у кроны и мелких корневых всасывающих окончаний/волосков у корневой системы) в условиях бедных массой питательных веществ землях Севера, при малой тамошней солнечно-тепловой активности воздушной среды, то они окажутся в этих условиях менее эффективны, чем менее культурные (по параметру интенсивность, то есть менее насыщенные элементами на единицу объема пространства) крупные деревья с объемными кронами, с их разреженной листвой, но которые при этом лучше согласованы по параметру культурности – и они имеют выигрыш в общей культурности, прежде всего за счет больших размеров, позволяющих охватывать значительно большие объемы распределенных ресурсов, при большей их «экономичности» (экономической составляющей общей «культурности»). «Малокультурные» деревья (с разреженной кроной и корневой системой) при этом выигрывают в эффективности перед высококультурными (с плотной листвой и всасывающими волосками у корневой системы), даже при равном объеме/размерах – за счет того, что не содержат – в заданном объеме - лишних внутренних элементов, которым не достанется питания, и тем снижают расходы на самоподдержание (а до этого – на лишнее массо-образование). Если же они при этом еще и увеличивают свои размеры, благодаря которым в кубе (третьей степени) возрастают приобретения внешних ресурсов, вместе с количеством мелких исходных «трудовых» элементов – листьев и всасывающих корневых окончаний - то их преимущества становятся огромными.]

46. Поэтому можно сформулировать закон «соответствия уровней культуры биообъекта и окружающей среды», который необходимо соблюдать для получения наибольшей эффективности использования (выращивания) биообъекта (например, плодового дерева).

[Кстати, как понятно любому думающему, этот закон соответствует не только растительным и другим относительно простым формам Жизни, но и для человека и общества. Из него, в частности, следует, что максимальная отдача от человека (в конечном итоге для общества и Жизни вообще) получается не при его высокой культуре только, но более при его соответствии с уровнем культуры окружающей среды! Тогда как избыточная для своего времени культура может не только быть неиспользованной, но и «истощить» человека (реально – сгубить, и даже не внешними агрессивными силами или просто голодом, что в современном обществе не обязательно, сколько внутренними «самопоеданиями» и неудовлетворенностью, просто «не нахождением своего места под солнцем», «невостребованностью» временем, как сейчас модно выражаться. Тем, что метко подметил А.П. Чехов фразой: «Чем культурнее – тем несчастнее».]

Для пояснения приведем один пример из техники. Сравним два автомобиля. Первый – «высококультурный», «высокодобротный», облегченный, имеющий большую мощность двигателя, ускорение и при том экономичность, но предназначенный для отличных дорог и топлива, масел, обслуживания. А второй – с более примитивным двигателем, требующим более простого бензина, малоэкономичный, но имеющий более прочный кузов и высокую подвеску. В хороших (точнее – отличных) условиях первый на порядок будет лучше по всем основным показателям – скорости, приемистости, экономичности, малому массо-потреблению в конструкции. Однако в плохих условиях (перечисленных выше) второй автомобиль окажется лучше – производительнее, быстрее придет к цели (тогда как первый вообще может просто застрять или сломаться, т. е. оказаться вообще «недееспособным»).

***

Конец части 3 работы «КУЛЬТУРА ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ В ФИЗИЧЕСКОЙ ТРАКТОВКЕ», окончание в части 4.

Абакумов А. П. д. Тельма ноябрь и апрель 2012 г

Т. 8 – 919 722 60 97, 8 – 916 018 05 41, 8 499 200 58 44