Эткин Валерий Абрамович : другие произведения.

Альтернатива "Великому объединению" (Alternative to "Great Union")

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Тщетность попыток 'Великого объединения' на основе единой теории поля побуждает к поиску альтернативных путей. Показано, что такой альтернативой может стать единый метод нахождения явно различимых сил

      Введение.   Известно, что А.Эйнштейн посвятил последние 30 лет своей жизни неудачному поиску "единой теории поля", которая объединила бы ОТО (его теорию пространства-времени и гравитации) с теорией электромагнетизма Максвелла. Продвижение к объединению было сделано позже, но в другом направлении. Теперешняя теория элементарных частиц и сил, известная как Стандартная Модель, достигла сближения электромагнетизма со слабыми взаимодействиями, управляющими взаимопревращением нейтронов и протонов в радиоактивных процессах и в недрах звезд.Она дает также схожее описание сильного взаимодействия, удерживающего протоны и нейтроны вместе внутри атомных ядер. Стандартная Модель - квантово-полевая теория. Основные объекты такой теории - поля, в том числе электрические и магнитные поля электродинамики 19-го века. Колебания таких полей переносят энергию и импульс с одного места пространства в другое. При этом квантовая механика утверждает, что эти волны собираются в пакеты, или кванты, которые наблюдаются в лаборатории как элементарные частицы. В частности, квант электромагнитного поля - частица известная как фотон. Эта модель предполагает существование специфического поля для каждого типа элементарных частиц, наблюдаемых в лабораториях физики высоких энергий. Помимо нейтрона, электрона и фотона, к ним относятся пи-мезоны, мюоны, тяжелые лептоны, нейтрино, "странные" частицы, резонансы, "очарованные", "красивые" частицы и т.п. Число таких частиц в настоящее время превышает 350 и продолжает быстро расти. Это обстоятельство делает создание единой теории поля (часто называемое "Великим Объединением") чрезвычайно сложной и до конца не решаемой задачей. Нельзя забывать и о том, что такое объединение требует включения гравитации, для которой не известны не только частицы, ответственные за данное взаимодействие, но и принципы, которые могли бы лежать в основе объединения квантовой теории поля с общей теорией относительности. В этих условиях становится в высшей мере целесообразным поиск альтернативы "суперобъединению", которая позволила бы дать иную классификацию очевидно различимых сил, ответственных за упомянутые взаимодействия. Такой альтернативой может явиться термодинамика, обобщенная на объекты мега-и микромира. Один из вариантов такого обобщения - термодинамическая теория скорости и производительности реальных процессов переноса и преобразования энергии, названная нами для краткости энергодинамикой [1]. Эта теория изучает энергетические процессы независимо от их принадлежности к той или иной области знания и акцентирует внимание на общих закономерностях, присущих различным различным формам энергии. В соответствии с этими задачами объектом исследования энергодинамики являются пространственно неоднородные среды, в элементах которых отсутствует равновесие и потому происходят процессы взаимопревращения энергии, в том числе скалярные и векторные процессы релаксации (химические реакции, процессы переноса, реструктуризации и т.п.). При этом энергодинамика обобщает термодинамический метод исследования на нестатические (протекающие с конечной скоростью) процессы и нетепловые формы движения. Одной из наиболее привлекательных черт этого метода всегда была его универсальность и возможность сведения огромного множества явлений к нескольким основным идеям. Будучи последовательно феноменологическим (т.е. опирающимся на опыт), этот метод позволяет выявить основные закономерности разнообразных процессов, не вскрывая их молекулярного механизма и не прибегая к модельным представлениям о строении и структуре исследуемой системы. Последнее придает термодинамическому методу чрезвычайную общность. К достоинствам этого метода следует отнести также непреложную справедливость следствий, вытекающих из законов сохранения энергии. Это обусловливает исключительную эвристическую ценность и могущество термодинамического метода исследования. Именно эти достоинства позволили А.Эйнштейну утверждать, что термодинамика - "единственная физическая теория общего содержания, относительно которой я убежден, что в рамках применимости ее основных понятий она никогда не будет опровергнута (к особому сведению принципиальных скептиков)". Стремление сохранить эти достоинства и обусловило построение энергодинамики на тех же методологических принципах при максимально бережном отношении к классическому термодинамическому наследию [1].
     
     

Обобщенная форма закона сохранения энергии как основа классификации взаимодействий

     
      Подобно термодинамике, энергодинамика классифицирует процессы не по причинам, их вызывающим (в отличие, например, от физической кинетики или теории необратимых процессов, различающих, в частности, концентрационную диффузию, термодиффузию и бародиффузию), и не по механизму переноса энергии (в отличие от теории теплообмена, которая разделяет его на кондуктивный, конвективный и лучистый), а по их последствиям, т. е. по особым, феноменологически  отличимым и несводимым к другим изменениям состояния,  которые они  вызывают. Такие процессы мы будем называть независимыми. Возможность выделять такие процессы с помощью всего арсенала экспериментальных средств позволяет обосновать одно довольно очевидное, но нередко нарушаемое положение, согласно которому число независимых параметров (координат), определяющих состояние любой (равновесной или неравновесной) системы (т.е. число ее степеней свободы), равняется числу независимых процессов, протекающих в них. Последнее означает, что любому независимому процессу соответствует единственная независимая координата состояния, т.е. параметр, изменение которого является необходимым и достаточным признаком протекания этого процесса.Число таких координат конечно, что принципиально отличает термодинамику от полевых теорий, объектом которых являются континуальные среды с бесконечным числом степеней свободы. Независимые процессы можно подразделить на несколько категорий. Наиболее простая из них состоит в равномерном изменении физико-химических свойств системы во всех ее элементах (повышении или понижении в них температуры T, давления p, концентрации ck k-х веществ и т.д. или же плотности ρiо = θi/V таких известных "термостатических" параметров θi, как энтропия S, масса k-го вещества Mk , компоненты его импульса Mkvkα (α =1,2,3), электрический заряд системы θе, и т.д. Мы будем называть такие изменения процессы равномерными.
      В неравновесных химически реагирующих средах к параметрам θi добавляются координаты θr r -х гомогенных химических реакций (r=1.2,...,R), выражаемые произведением массы реагентов Мr на степень полноты реакции. Общее число n степеней свободы соответствует числу феноменологически различимых форм энергии, которыми располагает данная система. Это соответствует пониманию параметров θi как количественной меры материального носителя данной формы энергии (энергоносителя).
      В пространственно неоднородных системах можно выделить также специфический класс процессов переноса, которые обусловлены перераспределением параметров θi или их плотностей ρi = dθi/dV между отдельными частями или элементами dV объема системы V при неизменной величине параметра θi для системы в целом. Координатами таких процессов являются радиус-векторы Ri центра какой-либо переносимой экстенсивной величины θi. Если Ri отсчитывать от ее положения Riо в однородной (внутренне равновесной) системе (где ρi = ρiо),приняв Riо =0, они будут характеризовать отклонение системы в целом от однородного состояния, т.е.  будут представлять собой параметры неоднородности данной системы. Наряду с этим удобно ввести экстенсивные параметры Zi = θiRi , имеющие смысл моментов распределения величины θi. Применительно к процессам поляризации и намагничивания такие параметры имеют смысл векторов поляризации и намагничивания системы в целом, а для единицы объема диэлектрика и магнетика - смысл векторов электрической D или магнитной В индукции.
      Это позволяет представить энергию системы Е в функции моментов распределения или их составляющих Е = Е(Zi) = Е(θi,Ri) и записать ее полный дифференциал dЕ = Σi(∂Е/∂Zi)dZi в виде тождества:
     
      dЕ ≡ ΣiΨi dθi - Σi Fi dRi. ( 1 )
     
   Члены первой суммы этого выражения находятся в условиях постоянства Ri, т.е. в отсутствие процессов переноса и переориентации. Такого рода изменения состояния напоминают равномерное выпадение осадков на неровную (в общем случае) поверхность. При этом производные Ψi ≡ (∂Е/∂θi) характеризуют так называемые обобщенные потенциалы системы. В частном случае однородных систем такие производные определяют абсолютную температуру системы Т, абсолютное давление р, химический потенциал k-го вещества μk , электрический φ, гравитационный ψg и другие потенциалы. В более общем случае неоднородных систем эти производные характеризуют среднемассовое значение этих потенциалов. Отсутствие равновесия в неоднородных системах приводит к самопроизвольному изменению некоторых из параметров θi (в частности, объема V, масс k-х веществ Mk, энтропии S вследствие соответственно расширения в пустоту, химических превращений, трения и других необратимых изменений состояния). Поэтому члены первой суммы уже не описывают внешний энергообмен (теплообмен, объёмную деформацию, диффузию k-х веществ или работу ввода свободного заряда или массы), как это было в равновесных системах. Для этого необходимо перейти к представлению внешнего энергообмена через потоки энергоносителя [1]. Такова цена, которую приходится платить за необратимость реальных процессов.
      Вторая сумма (5), обязана своим происхождением пространственной неоднородности исследуемых систем. При этом производные Fi ≡ -(∂Е/∂Ri) находятся в условиях постоянства параметров θi , т.е. в отсутствие процессов теплообмена, объёмной деформации, диффузии k-х веществ или работ ввода свободного заряда или массы. Они определяют глобальные (действующие на систему в целом) силы в их обычном (ньютоновском) понимании. Члены этой суммы соответствуют процессам взаимного превращения одних видов энергии в другие (в том числе в тепловую энергию). Количественной мерой таких процессов является так называемая "техническая" работа, определяемая произведением силы i - го рода Fi на вызванное ею перемещение dRi объекта ее приложения. Эта работа носит векторный (направленный, упорядоченный) характер и совершается исключительно за счет внутренней неоднородности рассматриваемой системы. Она отличается противоположным по знаку изменением каких-либо свойств в различных частях системы (например, повышением температуры, давления, концентрации k-х веществ, заряда, импульса и т.п. в одних частях системы, и их пониженении - в других) и напоминает перекачку жидкости из одной части сосуда в другую.В общем случае эта работа может быть как внешней, так и внутренней, т.е. связана с преодолением как внешних, так и внутренних сил Fi. Далее, она может быть как полезной, так и диссипативной, в зависимости от того, относятся ли эти силы к полезным силам или к силам рассеяния. Во всех этих случаях она остается количественной мерой процесса энергопревращения. Таким образом, члены второй суммы (1) характеризуют процессы взаимопревращения энергии независимо от того, чем они вызваны - внешними или внутренними причинами.В отсутствие процессов перераспределения (когда положение центра какой-либо термостатической величины θi остается неизменным), dRi=0, так что совершать полезную внешнюю работу могут только пространственно неоднородные системы. Именно по этой причине равновесная термодинамика при рассмотрении процессов преобразования энергии вынуждена рассматривать "расширенные" системы, включая в них окружающую среду. Равновесные системы такую работу совершать не могут - для них вторая сумма (1) обращаются в нуль.
     Таким образом, спецификой тождества (1) является то, что его члены описывают процессы в системе независимо от того, чем они вызваны - внешним энергообменом или релаксацией системы. Это делает его применимым не только к системам, обменивающимся веществом и энергией с окружающей средой, но и к изолированным (замкнутым) системам, таким как Вселенная. При этом характер тождества делает это уравнение применимым как для обратимых, так и необратимых процессов. Последнее позволяет выйти за рамки задач, решаемых классической термодинамикой. К слову сказать, последняя вытекает из нее как частный    случай для однородных систем, когда Fi = 0. В таком случае выражение (1) переходит в основное уравнение равновесной термодинамики открытых систем в форме обобщенного соотношения Гиббса.
     
      Специфика энергодинамики. Уравнение (1) получено путем перехода от функций распределения ρi к параметрам системы в целом и в одинаковой мере применимо как к континуальным, так и прерывным (дискретным)системам. Оно является наиболее общим и в то же время наиболее детальным из известных математических формулировок закона сохранения энергии. Помимо известных классов физико-химических процессов, протекающих в макросистемах, оно предсказывает существование наряду с равномерными процессами процессов переноса и переориентации для каждого нового вида энергоносителя θ и тем самым допускает обобщение на новые, неизвестные доселе степени свободы исследуемых систем. В частности, таким энергооносителем может быть сам физический вакуум в его возбужденном состоянии, рассматриваемый в качестве одного из материальных компонентов системы.
      Все остальные сведения о частных свойствах объекта исследования энергодинамика привлекает "со стороны" в качестве условий однозначности, не допуская их, однако, в основание теории. К числу таких условий однозначности относятся:
     
      а) Уравнения баланса координат
     
      dθi = deθi + duθi ( 2 ) ; dRi = deRi + duRi ( 3 ),
     
      где deθi, deRi - изменения координат θi и Ri, обусловленные внешним энергообменом; duθi, duRi - самопроизвольные изменения тех же параметров, обусловленные протеканием внутренних (релаксационных) процессов. Примером таких соотношений являются уравнения баланса энтропии, устанавливающие существование "источников" энтропии, т.е. возрастание энтропии изолированной системы при любых самопроизвольных процессах в них. Это положение известно как 2-е начало термодинамики для необратимых процессов.
     
      б) Уравнения состояния:
     
      Ψj = Ψj (θi, Ri) ( 4 ); Fj = Fj(θi, Ri) ( 5 ),
     
      где i,j = 1,2,...,n. Примером таких соотношений являются уравнения состояния идеального газа, закон Гука для упругих тел, уравнения состояния диэлектриков и магнетиков и т.д.
     
      в) Уравнения процесса переноса:
     
      vj = fj (F1, F2,..., Fn); ( 6 )
     
        где vj =dRj/dt - скорость j-го процесса переноса. Примером таких соотношений являются законы Фурье, Ома, Фика и т.д. или более общие законы Онсагера, согласно которым обобщенная скорость какого-либо j-го процесса (поток Jj) линейно зависит от всех действующих в системе термодинамических сил Xi :
     
      Jj = Σi Lji Xi , ( 7 )
     
   где Jj = θi vj - потоки j-го энергоносителя; Xi = Fi/θi - удельные движущие силы в их "энергетическом" представлении.
      Закон сохранения энергии (1) совместно с условиями однозначности (2...7) составляе основу математического аппарата энергодинамики, который базируется на свойствах полного дифференциала ряда параметров и функций состояния. Если при этом условия однозначности(2...7) найдены опытным путем, следствия энергодинамики приобретают характер непреложных истин (как это имело место в классической термодинамике). Если же при их составлении использовались гипотезы, соображения статистико-механического характера или модельные представления, эти следствия подлежат, естественно, экспериментальной проверке.
     Таким образом, особенность энергодинамики состоит в том, что она относит частные свойства систем к условиям однозначности. Таковы, в частности, законы сохранения массы, заряда, импульса и момента количества движения, отражающие отсутствие у них внутренних источников. К условиям однозначности относит энергодинамика и второй закон термодинамики, отражающий наличие у энтропии внутренних источников, т.е. стремление систем, обладающих термической степенью свободы, к тепловому равновесию). Однако энергодинамика не приписывает всем системам без исключения наличие термической степени свободы и стремление к тепловому равновесию или к однородному состоянию. Это делает её применимой к изучению не только биологических или космологических систем, развивающихся минуя состояние равновесия, но и к обычным гравитирующим объектам, проявляющим тенденцию к неоднородному распределению масс, а также к микрообъектам, вообще не располагающим термической степенью свободы. Все это позволяет рассматривать энергодинамику как дальнейшее обобщение термодинамики неравновесных систем. Ниже мы покажем, как это может быть использовано в поиске альтернативы сложившемуся в физике положению.
     
     
      Энергодинамическая классификация сил и взаимодействий.
     
      Представление закона сохранения энергии в форме (1) открывает новые возможности феноменологической классификации полей, сил и взаимодействий. Говоря о поле, физики обычно имеют в виду поле удельных (отнесенных к переносимой ими величине θi) сил Xi = Xi(r,t), рассматриваемых как функция точки поля r и времени t. Такие силы называются обычно напряженностями соответствующего поля. В стандартной модели принимается, что число таких силовых полей соответствует числу независимых элементарных частиц. Выражение (1) позволяет добавить к ним поля так называемых "термодинамических" сил: "термодвижущей" силы Xq = -gradT, обусловленной неоднородным распределением температуры, гидродинамической силы Xр = -gradр, обусловленной неоднородным распределением давления (плотности), силы избирательного взаимодействия Xk = -gradμk, обусловленной неоднородным распределением k-го вещества (диффузионной силы) и т.д.
   Аналогичным образом соотношение (1) позволяет ввести поля механических сил инерции Xm = - Gradvm, обусловленных неоднородным распределением скорости vm = drm/dt (наличием вектор-градиента скорости Gradvm). Это непосредственно вытекает из (1) для случая θm = Mv и Xm = -Fm/θm и соответствует 2-му закону Ньютона Fm = Mdvm/dt = M(∂vm/∂r)drm/dt = Mvm Gradvm.  Таким образом, механические, электрические, магнитные, гравитационные, термодинамические, гидродинамические и т.п. силы Fi получают в энергодинамике единый смысл, единое математическое выражение и единую размерность. Тем самым открывается возможность методологически и математически единого подхода к нахождению таких сил. Вместе с тем число найденных таким образом сил может быть существенно меньшим числа открытых к настоящему времени типов элементарных и виртуальных частиц. Прежде всего, их число не может превышать числа степеней свободы исследуемых систем, т.е. числа n независимых процессов, протекающих в них. Более того, оно может быть меньше числа таких степеней свободы, поскольку далеко не все энергоносители в системе распределены неравномерно, создавая градиенты потенциалов. Еще меньше число категорий таких сил, каждая из которых объединяет силы одной природы. Таковы, например, силы диффузии k-х веществ Xk, кулоновские силы Xе и т.д. Все это открывает возможность как дальнейшей детализации явно различимых сил, ответственных за разнообразные явления природы, так и упорядочивания их классификации. Это обстоятельство может послужить альтернативой "Великому объединению" и поиску "единой силы" как свонго рода аналога "философского камня".
     
     
      Реализация системного подхода к объектам исследования
     
      Уравнение (1) совместно с уравнениями баланса координат (2) и (3) позволяет установить наличие и общий вид взаимосвязи между источниками энтропии и других координат состояния и их стоками. Рассматривая их совместно и учитывая, что внутренние процессы в системе не могут изменить ее энергии, найдем:
     
      ΣiΨi duθi - Σi Fi duRi = 0. ( 8 )
  
   Это соотношение описывает внутренние процессы превращения энергии в системах с любым конечным числом степеней свободы. В отличие от классической термодинамики, оно позволяет рассматривать замкнутые системы, не подверженные действию каких-либо внешних сил (Fj = 0), а также изолированные системы, не обменивающиеся энергией с окружающей средой.
   Это имеет особое значение в связи с тем, что именно для таких классов систем и были сформулированы законы сохранения.
   Возможность изучать изолированные и замкнутые в целом системы в наибольшей степени соответствует системному подходу, поскольку в качестве объекта исследования в этом случае можно выбрать в качестве объекта исследования всю определяющую данное явление совокупность взаимодействующих (взаимно движущихся) частей, областей, элементов и частиц. В этом отношении энергодинамика принципиально отличается от полевых теорий, имеющих дело с объектами, обладающими бесконечным числом степеней свободы и потому вынужденных ограничиться изучением бесконечно малых элементов объема в предположении, что свойства системы в целом можно описать подходящими интегралами. Такой подход далеко не всегда оправдан, поскольку экстенсивные свойства неоднородных систем в общем случае не являются суммой свойств ее существенно более однородных элементов (т.е. аддитивны). Таково, например, свойство неоднородных систем совершать полезную работу, которого нет у любой их локально однородной части. В отношении тепловых машин это положение было осознано еще С. Карно (1824) и заложено им в исторически первой формулировке 2-го начала термодинамики. Согласно ей, "живой силой", т.е. способностью к совершению полезной работы, обладают лишь термически неоднородные среды. О том, насколько важно рассматривать такие среды как единое целое, свидетельствует само понятие "вечного двигателя 2-го рода", как системы, в структуре которой отсутствует приемник тепла. Другим неаддитивным свойством является способность неоднородных систем к "самоорганизации", отсутствующая у любой ее однородной части. О неаддитивности некоторых свойств свидетельствуют также явления "синергетизма", возникающие лишь на определенном иерархическом уровне организации системы. Сказанное относится вообще к любым структурированным системам, специфические свойства которых исчезают при расчленении объекта исследования на отдельные функционально обособленные элементы. Многие из таких систем (как, например, макромолекулы и клетки, диполи и атомы) остаются локально неравновесными даже при их микроскопических размерах, что требует к ним такого же подхода, как и к пространственно неоднородным системам в целом.
      Наконец, неаддитивна сама внешняя энергия тел или элементарных частиц, принадлежащая, строго говоря, всей совокупности взаимодействующих (взаимно движущихся) тел или частей тела. Лишь в некоторых частных случаях она может быть "приписана" одному из них, как бы находящемуся "в поле" других. Для этого необходимо быть уверенным, что "пробное" тело или заряд не вносят искажений в это поле. Когда такой уверенности нет, возникает необходимость учета коллективных взаимодействий путем рассмотрения всей совокупности взаимодействующих тел. Насколько это актуально, свидетельствует такой пример. Когда исследуют движение отдельного тела или заряженной частицы, считается, что магнитное поле не совершает работы, поскольку магнитная составляющая силы Лоренца направлена по нормали к направлению движения заряженной частицы. Однако в силу закона сохранения импульса изменение импульса одной из частей замкнутой системы неизбежно сопровождается равным по величине и противоположным по знаку изменением импульса остальных ее частей. Это означает, что в такой системе действует не сила, а момент силы, который и совершает работу при переориентации импульса. Другой пример касается "разбегающейся" Вселенной, отдельные массы которой Mm перемещаются со скоростью vm. При этом положение центра импульса Вселенной К = Σ Mmvm , определяемое выражением R = Σrm Mmvm , меняется, поскольку в системе центра масс при rm< 0 и vm< 0, т.е. R всегда положительно. Это означает, что в процессе "разбегания" на замкнутую, казалось бы, Вселенную действуют силы неизвестной природы, что вынуждает скептически отнестись к концепции "Большого взрыва". В подобных случаях уравнение (14) предлагает альтернативный подход, сводя процессы к внутренним (не изменяющим интегралов движения).
     
     От относительного - к абсолютному
  
   Стремление энергодинамики к детализации взаимодействий и выявлению новых, не сводимых к известным процессов соответствует общей тенденции развития естествознания "от простого к сложному". Эта тенденция проявилась, в частности, в возникновении целого ряда новых научных дисциплин и в обнаружении на стыках этих наук целого пласта термомеханических, термоэлектрических, термохимических, термомагнитных, электрокинетических, гальваномагнитных и т.п. явлений. С этих позиций попытка теории относительности свести все многообразие явлений к геометрии пространства-времени выглядит по меньшей мере странной. Это же можно сказать и о поиске систем отсчета (инерциальных и неинерциальных), в которых большая часть полей (в том числе электрическое, магнитное или гравитационное) исчезает, позволяя тем самым свести их к "единому полю". Этот поиск уже лишил физику былой ее ясности и наглядности. Он породил ту степень схоластичности мышления, за которой порой невозможно отличить здравомыслие от болезни.
   Энергодинамика, требующая учета коллективного взаимодействия и позволяющая изучать процессы в замкнутых и изолированных системах, в состоянии изменить это положение. Своими условиями однозначности она указывает на преимущество тех систем отсчета, для которых и были установлены известные законы сохранения.
   Принципиальным отличием энергодинамики от СТО или ОТО является требование отыскания абсолютных шкал отсчета любых параметров состояния. Впервые эта необходимость была осознана еще в механике жидкостей и газов для атмосферного давления. С возникновением термодинамики такая необходимость появилась и в отношении температуры T. Действительно, если бы в ходе становления термодинамики не стала ясной необходимость измерять температуру Т в абсолютной шкале, нуль которой соответствует полному исчезновению теплового движения, то принимая за начало ее отсчета температуру окружающей среды То, мы немедленно пришли бы к выводу о достижимости 100%-ного термического КПД и возможности создания вечного двигателя второго рода!
   С переходом к исследованию открытых систем возникла, как известно, необходимость знания абсолютной величины энтропии S, что потребовало введения 3-го начала термодинамики.   Энергодинамика лишь обобщает это положение. С позиций энергодинамики необходимость знания абсолютного нуля отсчета любого обобщенного потенциала Ψi обусловлена самим законом сохранения энергии системы. Поскольку энергия Е изолированной системы как функция ее состояния не должна изменяться при протекании в окружающей среде каких бы то ни было процессов, параметры состояния этой среды не может служить началом отсчета любых параметров системы. Отсюда - необходимость измерения потенциалов в универсальной шкале, не зависящей от природы взаимодействующих тел, а также требование нахождения так называемых абсолютных шкал любого потенциала, еще не ставшее очевидным для химических, гравитационных и ряда других параметров. В частности, не осознана необходимость отсчета от абсолютного нуля всех составляющих химического потенциала k-го компонента μk, что относится не только к входящим в его выражение потенциалам Ψi, но и к сопряженным с ними координатам θi.
   Необходимость знания абсолютных шкал отсчета предъявляет дополнительные требования к параметрам, заимствуемым энергодинамикой из других дисциплин. В особенности это касается таких параметров, как координата процесса объемной деформации системы θp. Требование обращения ее в нуль вынуждает принять за нее не объем системы V, а разность между объемом системы Vo при нулевом давлении и текущим значением объема V. Такой подход приемлем для любых сжимаемых сред, в том числе газов, для которых с изменением среднего расстояния между молекулами сила межмоле-кулярного взаимодействия меняет, как известно, знак, переходя через нуль. При этом dθp = - dV, что обеспечивает в дальнейшем единство знака всех потенциалов системы. Другим примером является требование модернизации гравитационного потенциала ψg, вытекающего из закона Ньютона для тяготеющих масс с радиусами R1 и R2 :
  
      ψg = GM1M2/(1/ro - 1/r), ( 9 )
  
      где ro = R1+R2 - расстояние между тяготеющими массами, соответствующее предельно возможному их сближению. Для электрических зарядов такое уточнение не требуется, поскольку нуль электрического потенциала уже соответствует бесконечному удалению зарядов (бесконечно малой плотности заряда).
      Для координат Ri аналогичное требование обращения их в нуль в состоянии внутреннего равновесия системы вытекает из отсутствия процессов перераспределения в однородных системах. Это означает, что за начало их отсчета может быть принято положение центра массы исследуемой системы. Для скорости vm какой-либо части замкнутой системы нуль отсчета соответствует прекращению их относительного движения, что, как известно, не изменяет скорости центра её инерции. При этом энергодинамика исходит из признания того обстоятельства, что существование инерциальных систем отсчета, в которых на исследуемую систему тел не действовали бы никакие силы, не может быть заложено в основание теории, и должно быть принято лишь как одно из допущений с последующей проверкой вытекающих отсюда следствий. Справедливость такого требования тем более очевидна, что в природе не существует способа экранирования от гравитационных сил, от воздействия нейтрино и некоторых других проникающих излучений. Такой подход требует отказа от воображаемых систем отсчета и переход к такой системе координат, в которой выполнение законов сохранения гарантировано. В этом отношении энергодинамика является шагом к "теории абсолютного".
   Плодотворность такого подхода подтверждена нами путем последовательно феноменологического (не опирающегося на гипотезы, постулаты и соображения статистико-механического характера) обоснования всех основных положений теории необратимых процессов, которая сближает термодинамику с теорией тепломассообмена, гидродинамикой, электродинамикой и механикой сплошных сред (Здесь), в обобщении этой теории на процессы полезного преобразования энергии (Здесь),в получении таким путем ряда уравнений квантовой механики (Здесь),в термодинамическом выводе уравнений электродинамики Максвелла (дополненных членами, ответственными за поляризацию и намагничивание) (Здесь), а также в устранении ряда трудностей в термодинамике, физической химии и биофизике (Здесь), и т.д. Во всяком случае, такой подход оправдывает высказанную И. Пригожиным в его нобелевской лекции надежду на то, что термодинамические концепции будут играть в физике все возрастающую роль.
     

ЛИТЕРАТУРА

      1. Эткин В.А. Основы энергодинамики.Тольятти, 1992.
  
   Естественно, это означает отказ от модельных представлений об идеальном газе как системе, в которой отсутствуют силы взаимодействия между молекулами.
  
  
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"