Вне законов

on 08 May 2008.

   Нет идеальных процессов, поэтому и нельзя, используя формулы, совершенно точно описать поведение какой-либо системы во времени и пространстве. Иной раз наложение нескольких факторов дает столь удивительный результат, что предсказать его кажется просто невозможным, результат выглядит еретично, парадоксально, нереально. Но проходит время, а с ним и привыкание, и тогда мы недоумеваем, почему кому-то еще приходится доказывать очевидное.

   Автор предлагает вниманию читателей несколько таких первоначально-парадоксальных явлений.

   Не может соблюдаться ни один классический газовый закон в потенциальном поле.

  

Давление не передается во все стороны без изменения. Например, вверх оно передается по барометрической формуле. Поэтому при достаточной высоте сосуда в гравитационном поле вполне можно зафиксировать разницу с классическими формулами.

   И изменение температуры в замкнутом сосуде влечет отнюдь не те следствия, какие бы следовало ожидать по классическим законам. Дело в том, что термодинамическое равновесие, которого требует классические законы, есть настолько длительный процесс, что установление его можно ожидать только в бесконечно далеком будущем и в отсутствие потенциальных полей. В любой же конкретный момент времени и в конкретных земных условиях мы видим, фиксируем, измеряем отклонения от равновесия. Мало того, мы не можем найти или создать такую систему, воздействие внешних факторов на которую было бы равно нулю и где могло бы реализоваться термодинамическое равновесие. Собственно, это то же самое, что и вопрос об инерциальной системе: законы Ньютона соблюдаются в инерциальной системе, но мы никогда не сможем найти такую идеальную систему. Следовательно, они никогда точно не соблюдаются.

   Потенциальное поле способствует разделению смесей газов и разнонагретых (имеющих разные скорости!) молекул одного и того же газа. То есть оно есть универсальный сепаратор по свойствам.

   И именно это качество используют, например, при разделении изотопов урана в центрифугах. Инерционное поле (читай, ускорение) в таких установках значительней, чем все известные нам гравитационные поля, поэтому и эффект вполне измерим.

   И труба Рэнка, в которой происходит завихрение потока, а затем разделение внутренних и внешних вращающихся слоев использует это качество. Внешний и внутренний потоки могут отличаться по температуре на десятки градусов! И это при том, что на вход подавался однородно нагретый газ!

   Поэтому утверждение о том, что потенциальное поле способствует разделению веществ не только по массе, но и по энергии можно считать не просто обоснованным, но многократно подтвержденным. Тысячи промышленных установок используют это явление.

  Многие классические утверждения сделаны несколько веков назад. Они основывались на измерениях, которые были доступны для того времени. Малость эффектов в гравитационных полях (уж надо говорить точно: в гравитационном поле Земли) делало крайне затруднительным зарегистрировать их. Но ведь Людвиг Больцман предсказал почти все ожидаемые эффекты теоретически. И, в принципе, можно было и сто лет назад зафиксировать их: ведь когда знаешь, что ищешь, гораздо легче определиться и в способах и в средствах измерений.

   Из теоретических предпосылок Больцмана как раз и следует, что давление в вертикально поставленном сосуде передается по барометрической формуле, а не по закону Бойля - Мариотта или Клапейрона - Менделеева. То есть, если поршень внизу сосуда сдвинулся, то это отнюдь не означает пропорционального изменения давления по всему сосуду. По экспоненте, по экспоненте по высоте! По барометрической формуле! На верхнюю стенку давление изменится на меньшую величину, чем на нижнюю.

Р=Р(0)е-mgh/kT

где Р(0)- давление на поршне внизу сосуда,

е - основание натурального логарифма,

m - масса молекулы,

g - ускорение свободного падения,

h - высота над поршнем в точке, где производится измерение давления,

k - постоянная Больцмана,

Т - температура в Кельвинах.

   И барометрическая формула неточна: газ в потенциальном поле разделяется на слои с разными температурами, давление же зависит от температуры, поэтому и не может точно соблюдаться эта формула. И даже уточнение Максвелла не может спасти от еретичного вывода: термодинамическое равновесие для газа, находящегося в потенциальном поле, невозможно. В малых сосудах эффект практически неизмерим, но в сосудах, имеющих значительную высоту, он давным-давно мог бы быть обнаружен.

   Автор представляет опыт так. Высокая труба заполняется каким-либо газом, герметизируется и термостатируется. Ведется постоянный контроль температуры газа на всех уровнях. Чем выше труба, тем большая разница температур будет зафиксирована. Можно взять небольшой сосуд, но поместить его в центрифугу, где силы инерции можно рассматривать как потенциальное поле значительной величины. Есть ли у кого-нибудь сомнение, что будет зафиксирована разница температур различных слоев?

   И это есть не полный учет всех факторов! Дело в том, что на движущееся в гравитационном поле тело действует и центробежная сила. Следовательно, суммарное ускорение есть векторная сумма ускорений - гравитационное + центростремительное (W(ц))

a=g+W(ц) (векторно!)

   Тогда общая формула будет Р=Р(0)е-mah/kT, то есть эта экспонента НИКОГДА не совпадет с Больцмановской! А теперь ударим еще одним козырем: если для покоящегося газа мы не может толком сказать о распределении давления, то что можно сказать о газе, который движется в сосуде, образовав, например, вихрь? То есть для газа, движущегося в замкнутом сосуде ни одна формула неверна!

  Как красиво звучит: угол падения равен углу отражения! Проверено миллионами экспериментов, это есть факт...

   Но угол падения не равен углу отражения при движущемся зеркале! Мало того, и частота отраженного от движущегося зеркала сигнала изменится согласно закону Доплера. Причем зеркало может и не иметь поступательной скорости, а, например, вращаться. Или иметь массу, соизмеримую с массой налетающей частицы.

  При вращающемся зеркале падающий и отраженный луч перестают находиться в одной плоскости! А ведь и это звучит еретично! Собственно, падающий луч никогда не будет находиться в одной плоскости с отраженным лучом, если направление движения зеркала не будет совпадать с направлением распространения луча (например, если скорость зеркала перпендикулярна направлению распространения луча или отличается от него хотя бы на несколько градусов). То есть классический закон есть закон для одного единственного случая: когда зеркало покоится.

  Во всех учебных пособиях утверждается, что ускорение свободного падения одинаково для всех без исключения тел. Это ересь!

   Что такое падение? Сближение с поверхностью Земли? Но тела разных масс сближаются с Землей по-разному: ведь с какой силой притягивает Земля тело, с такой силой и тело притягивает Землю. Поэтому в момент, когда тело начало "падать" на Землю, и Земля стала "падать" на тело, ничтожно сместилась навстречу телу. То есть, мы имеем суммарное ускорение! Рассчитать это ускорение можно, измерить - нельзя. По крайней мере, для тел малых масс, с которыми приходится иметь дело. И для тех скоростей, с которыми нам приходится иметь дело в «нормальных» условиях. Утверждение, что все тела падают с одинаковым ускорением неверно. Но ведь именно сближение пробного тела с поверхностью Земли измеряется современными приборами! И эти измерения корректны, утверждаются за эталон?!

   Тело малой массы не может лететь по орбите вокруг Земли как тело с большей массой. Дело в том, что обращение тел вокруг Земли стоило бы называть "обращением Земли и тела вокруг общего центра масс". Конечно же, разница в траекториях будет столь неуловима, что зафиксировать ее инструментально представляется для малых масс (например, космических кораблей) практически невозможным. Но для таких тел, как Луна эта величина уже вполне измерима.

   Вывод из всего сказанного следует такой: большинство физических законов применимы лишь для конкретного случая. Утверждать их как абсолютную истину не стоит, для разных условий существуют свои законы, подчас идущие в разрез с аксиомами.

  Иногда неприступность законов мешает нам взять колоссальные вершины. Законы все есть законы для данного случая и только! В других условиях, под другим углом зрения они проявляют себя так парадоксально, что выглядят как другие сущности.  Никогда не стоит быть на 100% уверенным даже в самых простых утверждениях, будь то: угол отражения равен углу падения, угол отражения лежит в одной плоскости с углом падения, все тела падают на Землю с одинаковым ускорением, закон Бойля-Мариотта соблюдается в замкнутых сосудах, или?...