Совместное применение четырех главных законов.
1. Энергия идеального тела.
Решение различных практических задач связано с составлением и решением (включая интегрирование) соответствующих дифференциальных уравнений, в основе которых лежат уравнения основных законов. Некоторые аспекты вопроса о решении уравнений состояния второго порядка рассмотрены в § 23. В общем виде этот вопрос обсуждается в § 78. Здесь же говорится о некоторых возможностях использования уравнений первых четырех главных законов.
В общем случае проинтегрировать дифференциальное уравнение состояния первого порядка (8) нельзя, если не известна связь, существующая между зарядами и потенциалами. В классической термодинамике принято задаваться простейшими условиями, при которых некоторые заряды или потенциалы остаются постоянными. В более сложных случаях надо сочетать дифференциальные уравнения состояния различных порядков.
Очень простые результаты получаются, если систему можно считать идеальной. При этом свойства третьего порядка типа А, К и т.д. суть величины постоянные. Например, для идеального тела с одной внутренней степенью свободы (n = 1) из уравнений (2) и (103) [точнее (2), (140) и (141)] получаем:
dU = АЕdЕ дж; (169)
U = (1/2)АЕ2 = (1/2)РЕ = (1/2)КР2 дж. (170)
|
|
|
Именно в таком виде в физике определяется энергия применительно к различным степеням свободы. Например, так находится кинетическая энергия движущегося тела [формулы (33) и (36)], энергия сжатого или растянутого упругого тела и т.д. Исключение составляет лишь термическая форма движения, для которой ошибочно принимается, что энергия пропорциональна температуре в первой степени.
Для идеального тела при n = 2 из уравнений (5) и (142) находим:
dU = А11Е1dЕ1 + А22Е2dЕ2 + А12Е2dЕ1 + А21Е1dЕ2 дж. (171)
Применение соотношения взаимности (124) четвертого закона позволяет переписать это уравнение в виде
dU = А11Е1dЕ1 + А22Е2dЕ2 + А12(dЕ1Е2) дж. (172)
После интегрирования имеем:
U = (1/2)А11Е12 + (1/2)А22Е22 + А12Е1Е2 дж; (173)
U = (1/2)Р1Е1 + (1/2)Р2Е2 дж; (174)
U = [(1/2)А22Р12 + (1/2)А11Р22 - А12Р1Р2 ]/(А11А22 – А122) дж. (175)
Как видим, энергия идеального тела зависит не только от основных коэффициентов, но и от перекрестных, которыми определяется взаимное влияние внутренних степеней свободы. Проще всего выглядят уравнения типа (174), выраженные через заряды и потенциалы одновременно. В этих уравнениях взаимное влияние степеней свободы завуалировано. Аналогичную форму имеют уравнения, определяющие энергию идеального тела при большом числе степеней свободы.
|
|
|
Идеальный микроскопический ансамбль.
Большой интерес представляет возможность определить методами общей теории энергию ансамбля в условиях микромира. Если соответствующий микроансамбль («элементарную» частицу) можно рассматривать как идеальное тело, тогда при n = 1 (гипотетический случай) получается уравнение типа (170):
U = Аекв2 = Рекв = КР2 дж (176)
или (для k квантов)
U = А k2екв2 = Р kекв = КР2 дж. (177)
Здесь опущены множители 1/2 по соображениям, которые подробно изложены в § 9. Коэффициенты А и К могут быть легко вычислены, если известны заряд и потенциал микроансамбля.
Если идеальная микрочастица состоит из двух различных зарядов (n = 2), тогда расчетные формулы имеют вид уравнений (173) – (175). Удобнее всего пользоваться соотношением (174), записанным следующим образом:
|
|
|
U = Р1 k1екв1 + Р2 k2екв2 дж, (178)
где k1 и k2 - количества квантов первого и второго зарядов.
При n зарядах (степенях свободы) энергия идеального микроансамбля находится с помощью выражения:
U = 
дж. (179)
Частными случаями этого уравнения являются известные в физике формулы, определяющие энергию микрочастиц (имеются в виду, например, уравнение закона Планка, уравнение, определяющее энергию электрона через его заряд и потенциал внешнего электрического поля, и т.д.). Теперь ясно, что эти формулы справедливы только для идеальных условий.
Фотон.
1. Энергия фотона.
Как уже отмечалось, фотон представляет собой обычную микроскопическую частицу, принципиально не отличающуюся от всех остальных микроансамблей зарядов. Случилось так, что первоначально были обнаружены волновые свойства фотона. С тех пор физики считают фотон волной и удивляются его корпускулярным свойствам. В противоположность этому у электрона-частицы первоначально были обнаружены корпускулярные свойства. Это послужило основанием считать электрон частицей и удивляться его волновым свойствам. На самом деле и фотон и электрон-частица являются обычными микроансамблями зарядов. В их состав входят кванты волнового заряда – дебройлены, поэтому обе частицы наряду с корпускулярными проявляют также волновые свойства. Принципиальной разницы между этими (как и всеми прочими) частицами нет.
|
|
|
В состав фотона входят кванты термического, дебройлевского, субстанциального, метрического, хронального, импульсного, спинового, магнитного, гравитационного и бесчисленного множества других зарядов. В соответствии с этим энергия фотона, если его рассматривать как идеальное тело, может быть определена с помощью уравнения (179):
U = k1T t + k2 n h + k3Рсб mкв + k4Рххкв + k5Pttкв +
+ k 6 w Ркв + k7 v Мкв + k8Рмгемг + k9Ргр mкв.гр + ... дж. (180)
Обозначения заимствованы из § 10. Общее число слагаемых в этом уравнении равно бесконечности. У известных сейчас фотонов количества термонов и дебройленов равны единице (k1 = k2 = 1). Количества других квантов (субстанционов, метронов, хрононов, магнитонов, гравитонов и т.д.), как и их величины, пока неизвестны.
Частным случаем уравнения (180) является известная формула (77) закона Планка. Она предполагает, что фотон обладает только одной – дебройлевской (волновой) – формой движения.
Уравнение состояния фотона.
Общее дифференциальное уравнение состояния второго порядка (110) определяет связь между зарядами и потенциалами. Применительно к фотону это уравнение имеет вид:
dPi = 
, (181)
где i =1,2, ... , n;
А ir = А ri.
Левые части первых девяти строчек этого уравнения соответствуют потенциалам Т, n, Рсб, Рх и т.д., содержащимся в формуле (180). Первые девять слагаемых в правой части каждой из n строчек уравнения (181) содержат заряды k1 t, k2h, k3mкв, k4хкв и т.д., входящие в ту же формулу (180). Из уравнения (181) видно, что потенциалы фотона суть величины переменные, поскольку переменными являются заряды, изменяющиеся вследствие изменения висла квантов k, которые входят в состав микроансамбля. Температура Т, частота n, скорость w фотона и т.д. являются потенциалами, поэтому все они претерпевают изменения под действием любого заряда.
Если фотон рассматривать как идеальное тело, тогда уравнение (181) легко интегрируется. Имеем (А ir = const):
Pi = 
, (182)
где i =1,2, ... , n;
А ir = А ri.
Уравнениями состояния (181) и (182) можно пользоваться для расчета свойств фотонов.
Коэффициенты А ir представляют собой величины, обратные емкостям фотона по отношению к соответствующим квантам зарядов. В общем случае они могут быть выражены через заряды с помощью дифференциальных уравнений третьего порядка типа (117). При этом емкости должны обладать квантовыми (дискретными) свойствами. В идеальных условиях емкости суть величины постоянные.
Изменение мировых констант.
Потенциалы фотона, как и любой другой частицы, могут изменяться не только из-за изменения числа квантов k, но также из-за изменения величины самих квантов. Кванты, или мировые постоянные, излучают и поглощают поле (квантино). Согласно закону сохранения заряда, это должно сопровождаться изменением величин еквr.
Количественная сторона изменения потенциалов, обусловленного изменением мировых постоянных, определяется прежними уравнениями (181) и (182). При этом переменными являются не коэффициенты kr, а величины еквr.
Необходимо отметить, что характер изменения квантов еквr зависит от многих факторов и прежде всего от расстояний между излучающим и поглощающим объектами (например, звездами) и скорости распространения поля. Чем меньше расстояния между звездами и выше скорости распространения квантино, тем незначительнее изменяются мировые константы. Более подробно об этом говорится в § 62.
Фотонный газ.
Большое число фотонов, как и любых других частиц, образует макроскопический ансамбль, который представляет собой фотонный газ (свет, или так называемые электромагнитные волны). Нам неизвестны условия, при которых в фотонном газе происходят фазовые превращения. Однако можно с уверенностью утверждать, что все эти процессы строго подчиняются законам общей теории.
Энергия фотонного газа, если его рассматривать как идеальное тело, определяется уравнением состояния первого порядка типа (174), (179) и (180).
U = (1/2)Т Q + (1/2) nЕдб + (1/2)Рсб m + (1/2)Рхх + (1/2)Р t t +
+ (1/2) w Р + v Мв + (1/2)РмгЕмг + (1/2)Ргрm + (1/2)р V + ... дж. (183)
Сюда входят макроскопические заряды. При этом существенную роль играет механическая и некоторые другие формы движения.
Уравнение состояния второго порядка, связывающее заряды и потенциалы, имеет вид, аналогичный уравнениям (110) и (182):
dPi = 
, (184)
Pi = 
, (185)
где i =1,2, ... , n;
А ir = А ri.
Здесь заряды и потенциалы соответствуют уравнению (183). Первые десять из них расшифрованы в этом уравнении. Коэффициенты А ir обратны емкостям фотонного газа по отношению к соответствующим зарядам.
Из формул (184) и (1850 видно, что температура и давление фотонного газа, его частота, скорость распространения, гравитационный потенциал и т.д. существенно зависят от термического заряда, объема, плотности излучения (дебройлевского заряда), импульса, массы и т.д. Эти выводы относятся к числу основных следствий общей теории и поэтому должны выполняться с такой же необходимостью, с какой выполняется, например, закон сохранения энергии или заряда. Они имеют особо важное значение для понимания теории относительности, основной постулат которой утверждает постоянство и независимость от каких бы то ни было факторов скорости распространения света в вакууме.
Некоторые из сделанных выводов уже имеют экспериментальное подтверждение, другие ждут своего часа. Например, факт влияния на частоту n света гравитационного поля Земли был установлен экспериментально на основе применения известного эффекта Мессбауэра. Отклонение луча света вблизи Солнца свидетельствует о наличии у фотонного газа определенной массы и гравитационного потенциала и имеет ту же природу, что и упомянутое выше изменение частоты n. Что касается зависимости скорости w света от различных факторов, то соответствующие измерения не производились. Согласно закону состояния, скорость света в вакууме есть функция величин термического заряда, плотности излучения, массы и т.д. Все эти выводы при существующей технике измерений вполне поддаются экспериментальной проверке.
В заключение хочется обратить внимание на следующие обстоятельства.
Существует метрическая форма движения, которая характеризует свойства пространства и определяется метрическим зарядом, представляющим собой количество метрического движения. Фотоны суть микроскопические частицы движения, в состав которых входит бесчисленное множество квантов различных зарядов, в том числе метроны. Поэтому совершенно лишено смысла отождествление луча света или фронта его волны с направлением пространства. На конфигурацию луча света влияет бесконечное число зарядов. Но метрическая форма движения (пространство) существует независимо от фотонного газа и ни в коем случае не подчиняется законам его распространения. Фотоны и метроны – это принципиально различные вещи.
Другое замечание касается известных в физике попыток отождествления фотонов с энергией. Из предыдущего ясно, что фотоны, являющиеся определенными совокупностями зарядов, ничего общего не имеют и не могут иметь с энергией, являющейся обобщенной (обезличенной) количественной мерой всех без исключения форм движения. Квантов энергии не существует.
В связи с изложенным полезно также отметить, что бессмысленно через массу определять количество материи. Масса представляет собой лишь количество субстанциального движения, материя же существует в виде бесчисленного множества движений различного рода. О количестве материи можно было бы судить по полной энергии тела, поскольку она характеризует все формы движения. Однако полная энергия не может быть известна, так как невозможно определить все формы движения, присущие телу на всех уровнях мироздания.
Из предыдущего должно быть ясно, что существует только одна масса, определяющая субстанциальную форму движения на любом уровне мироздания. Поэтому нет никаких оснований подразделять массу на массы покоя и движения. Следовательно, по признаку массы нельзя различать, как это обычно делают, вещество и поле. Не имеет смысла также отождествление массы и энергии: это понятия, относящиеся к совершенно различному кругу идей. Аналогично нет никаких оснований думать, что энергия порождает гравитацию. Элементарная гравитационная форма движения самостоятельна, своеобразна и ничего общего не имеет с обобщенной количественной характеристикой любого движения – энергией.
Наконец, следует остановиться еще на одном вопросе, имеющем принципиальное значение. По существующим представлениям фотон и антифотон суть одна и та же частица, т.е. фотон совпадает со своим антифотоном. Согласно общей теории, должны существовать два вида фотонов: один положительный и другой отрицательный (антифотон), которые различаются знаками некоторых из своих зарядов (в принципе частица и античастица не обязательно должны различаться знаками всех зарядов ансамбля, некоторые из их зарядов могут быть одного знака). Различие зарядов имеет своим следствием различие в знаках сопряженных с зарядами потенциалов (см. рис. 3). В результате фотон и антифотон должны обладать способностью аннигилировать разноименными зарядами.
Вывод общей теории о существовании разноименных фотонов может быть проверен экспериментально.
Электрон-частица.
1. Энергия частицы.
В состав электрона-частицы входят кванты электрического, термического, волнового, субстанциального, метрического, хронального, импульсного, спинового, магнитного, гравитационного и многих других зарядов. Его энергия (в идеальном случае) определяется уравнением типа (180):
U = k1 j е + k2Т t + k3 n h + k4Рсб mкв + k5Рххкв + k6Pttкв +
+ k 7 w Ркв + k8 v Мкв + k9Рмгемг + k10Ргр mкв.гр + ... дж. (186)
У известных сейчас электронов-частиц количество квантов электрического заряда (электронов) равно единице (k1 = 1). Количество термонов может быть различным, поэтому электроны-частицы могут быть горячими и холодными. Волновые свойства электронам-частицам придают дебройлены, магнитные – магнитоны, гравитационные – гравитоны и т.д.
Уравнение состояния частицы.
Общее дифференциальное уравнение состояния электрона-частицы имеет вид (181), причем первые десять зарядов и потенциалов соответствуют тем, которые приведены в равенстве (186). Если электрон-частицу рассматривать как идеальное тело (А ir = const), тогда после интегрирования получится уравнение состояния типа (182). В этих уравнениях коэффициенты А ir суть величины, обратные емкостям электрона-частицы по отношению к квантам соответствующих зарядов.
Изменения потенциалов электрона-частицы происходят вследствие изменения количества квантов kr различных зарядов, составляющих микроскопический ансамбль. Вековые изменения потенциалов обусловлены изменениями самих квантов еквr. Все эти изменения с качественной и количественной стороны определяются уравнениями состояния типа (181) и (182).
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 167; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!