Доклад к дискуссии на тему: Общая термодинамическая теория и ее экспериментальные подтверждения



Скачать 357.63 Kb.
страница1/3
Дата08.05.2016
Размер357.63 Kb.
  1   2   3
Доклад к дискуссии на тему:

Общая термодинамическая теория и

ее экспериментальные подтверждения.
Вейник А.И.
Минск, 07 января 1974 года.

1. Общие положения.
Мною развита общая термодинамическая теория природы, охватывающая все различные формы движения материи (астаты) на определенном уровне наших знаний [1-7]. В основу общей теории (ОТ) положен постулат, согласно которому любая элементарная фора движения (элата) может быть с качественной и количественной стороны однозначно определена особой физической величиной Е, названой экстенсором (фактор интенсивности, или обобщенный заряд [1-3]. К числу экстенсоров относятся электрический заряд (электриор) , масса (кинетиор) m, объем V, энтропия (термиор, или вермиор ), перемещение (метриор) Х, время (хронор) t и т.д. Например, элементарная электрическая форма движения (электриата) с качественной (фактом присутствия именно электрического заряда) и количественной (величиной заряда) стороны характеризуется электриором. Аналогично кинетическая форма движения (кинетиата) однозначно определяется массой и т.д.

Следует обратить внимание на свойства этого постулата, являющегося исходной посылкой всей ОТ. Постулат оперирует не какими-либо отвлеченными и трудно интерпретируемыми понятиями, а предельно четкими и ясными физическими величинами; он обобщает широко известные опытные факты. Если согласиться с этим постулатом, а не согласия я не вижу никаких разумных оснований, тогда можно с «железной» логической последовательностью аналитически развить все здание ОТ, каждый этаж которого столь же четко и ясно определяет явления природы, как и сам исходный постулат.

С помощью принятого постулата математически выводятся семь главных законов ОТ, справедливых для любого качественного и количественного уровня мироздания [1-4]. Из законов ОТ при соответствующих допущениях и упрощениях вытекают все известные теории и законы, в том числе теория относительности, квантовая механика и т.д. [1-2]. Это обстоятельство я хочу особо подчеркнуть: ОТ не отвергает известные теории и законы, а выводит в виде определенных частных случаев. При этом четко обозначаются границы их применимости.

Необходимо отметить, что главные законы общей теории относятся к числу фундаментальных принципов природы, стоящих на одном уровне с законом сохранения энергии. С их помощью должна проверяться правильность любых теорий и результатов. Вместе с тем надо помнить, что эти законы могут применяться для практических расчетов не только сами по себе, но и с модельными гипотезами о микроструктурном строении вещества. В последнем случае достоверность полученных результатов целиком определяется достоверностью модельных гипотез. В ОТ я формулирую общие принципы и избегаю апеллировать к модельным гипотезам, за исключением одного случая, когда речь идет о структуре элементарных частиц. Но и здесь я ограничиваюсь лишь общими соображениями принципиального характера.

Использование аппарата ОТ приобретает определенную специфику в зависимости от качественного и количественного уровня обобщенного движения (астаты), в виде которого существует эволюционирующая материя. Качественная классификация астаты включает в себя элементарные формы движения (элаты), ансамбли этих форм, взаимодействие тел, термодинамическую пару, биологическую астату, общество и т.д. Каждая более сложная астата объединяет в себе все предыдущие. Но для каждой данной астаты характерны и свои специфические законы. Количественная классификация подразделяет мироздание на субмикромир, или наномир (электрическое и гравитационное поля, или нанополя), микромир (элементарные частицы, атомы, молекулы), макромир, мегамир и т.д. [1, 3]. Законы ОТ справедливы для всех перечисленных уровней мироздания и астат.

Из ОТ получается огромное количество прогнозов и следствий. Многие из них не могут быть объяснены на базе существующих теоретических представлений. Экспериментальное обнаружение таких предсказанных ОТ и необъяснимых известными методами явлений следует рассматривать как подтверждение справедливости основных положений ОТ.

К настоящему времени накопилось уже большое число фундаментальных опытных фактов, полученных различными учеными, а также мною, подтверждающими правильность ОТ. Теперь, обсуждая ОТ, уже невозможно обходить молчанием эти факты. Ниже я упоминаю многие из них и считаю, что они должны находиться в центре внимания.
2. Главные законы ОТ.
Согласно основному постулату, каждая элементарная форма движения (элата) определяется экстенсором Е. Следующая более сложная астата – ансамбль элат (ансор) состоит из определенной совокупности экстенсоров, которые однозначно характеризуют все его свойства. На этом основании аналитически выводятся семь главных законов ОТ, описывающих свойства ансора – законы энергии, экстенсора, состояния, взаимности, переноса, увлечения и экранирования (диссипации) [1-4].

Энергия ансора (системы) U является функцией всех экстенсоров, т.е. (для сокращения записи при выводе главных законов ограничиваемся двумя степенями свободы системы).



U = f1; Е2).

Путем дифференцирования этой функции получаем уравнение первого закона – сохранения энергии, или просто энергии, -



dU = Р11 + Р22 дж (1)

где Р1 и Р2 – интенсиалы (факторы интенсивности, или обобщенные потенциалы);



Р1 = (U/Е1)Е2 ; Р2 = (U/Е2)Е1

Интенсиалами служат электрический потенциал (электриал) , химический потенциал (химиал) , квадрат скорости (кинетиал) 2, давление р, Абсолютная температура Т, сила Рх, хрональный интенсиал (хронал) Рt и т.д. Интенсиал характеризует активность данной элаты – интенсивность, или скорость, распространения экстенсора. Формула (1) говорит о том, что изменение энергии системы равно сумме работ, совершаемых над нею. Работы совершаются в процессе переноса экстенсоров через контрольную поверхность системы.

Дифференциальное уравнение второго закона – сохранения экстенсора, или просто экстенсора, - выводится с помощью первого закона и записывается следующим образом:

- dЕС = dЕ, (2)

где dЕС - экстенсор, вышедший из окружающей среды; dЕ - экстенсор, вошедший в систему.

Закон гласит, что общее количество любого данного экстенсора при любых процессах и превращениях, происходящих в системе, остается неизменным.

Согласно постулату, каждый интенсиал также является функцией всех экстенсоров. Отсюда получается уравнение третьего закона – состояния –



dР1 = А111 + А122 (3)

dР2 = А211 + А222 (3)

Это уравнение характеризует всеобщую связь явлений природы: каждый интенсиал изменяется от всех экстенсоров сразу. Коэффициенты взаимности А12 и А21 определяют влияние данного экстенсора на сопряженный с ним интенсиал, например влияние электрического заряда на температуру и энтропии (термиора, или вермиора) на электрический потенциал. Согласно основному постулату коэффициенты состояния А суть функции всех экстенсоров.

Уравнение четвертого закона – взаимности -

А12 = А21 (4)

Выражает симметричный характер взаимного влияния элат: электрический заряд влияет на температуру в количественно отношении точно так же, как вермиор влияет на электрический потенциал.

Пятый закон – переноса – выводится из третьего и определяется уравнением

I1 = 11X1 + 12X2 (5)

I2 = 21X1 + 22X2 (5)

Которые связывают потоки экстенсоров I1 и I2 с разностями интенсиалов Х1 и Х2 и коэффициентами переноса . Из формулы (5) видно, что каждый данный поток зависит от всех разностей интенсиалов одновременно, например сила тока определяется разностями электрических потенциалов и температур. Эти же разности определяют поток вермиора. Согласно основному постулату, коэффициенты переноса (проводимости) суть однозначные функции всех экстенсоров.

Симметрия во взаимном увлечении потоков характеризуется уравнением шестого закона – увлечения -

12 = 21 (6)

которое получается из четвертого. Согласно уравнению (6), первый поток влияет на втором в количественно отношении точно так же, как второй влияет на первый.

Наконец, седьмой закон – экранирования, или диссипации, - характеризуется уравнением

dQд = dPдdE (7)

Количество экранированного тепла (диссипации) пропорционально разности интенсиалов и количеству перенесенного экстенсора.

Выведенные дифференциальные уравнения семи главных законов представляют собой замкнутую систему уравнений, необходимую и достаточную для определения всех свойств ансора. Отсутствие какого-либо из уравнений делает невозможным всестороннее (достаточно полное) рассмотрение проблемы. Из найденных законов вытекают все известные законы физики и химии, а также много новых. К числу новых производных законов принадлежат законы отношения проводимостей [1-4], отношения потоков [1, 3], силового взаимодействия экстенсоров [1], тождественности [1, 3], минимальной диссипации [1, 3], сохранения термиора (вермиора) [1, 2], распространения вермиора [1, 3-5], движения вязкой жидкости [1, 3, 4], термоупругости [3, 4], теорема интенсиалов [1, 2], теорема о нулевом значении интенсиала [1, 3] и многие другие. Более сложные астаты подчиняются тем же законам, но каждая из них руководствуется еще и своими дополнительными специфическими принципами, характерными только для данной астаты. В настоящее время достаточно подробно изучены лишь простейшие виды астат, включая термодинамическую пару [1].
3. ОТ и известные теории.
Из общей теории (ОТ), как уже отмечалось, при определенных допущениях и упрощениях выводятся все известные теории и законы. Например, классическая термодинамика Клаузиуса (1865) базируется на уравнении (1), записанном для частного случая термической и механической степеней свободы системы. Имеем

dU = dQS – pdV дж (8)

где


dQS = TdS дж.

Эти формулы выражают первое и второе начала термодинамики. Гиббс (1874) добавил в уравнение (8) работу



dQХ = dm дж.

для химической системы, которая также охватывается законом (1). Теорема Нернста (третье начало термодинамики) есть следствие теоремы о нулевом значении интенсиала ОТ [1, стр.131; 3, стр.111]. Принцип максимального значения энтропии при равновесии химической реакции вытекает из уравнения (7) [1, стр.173; 3, стр.271]. Известный принцип Ле Шателье есть следствие законов состояния и переноса [1, стр.174; 3, стр.272]. Аналогично выводится уточненный и дополненный закон Гесса [1, стр.175; 3, стр.273] и т.д. В целом классическая термодинамика справедлива только для равновесных состояний (обратимых процессов) [1, 3-5].

Термодинамика необратимых процессов Онзагера (1931), за которую он в 1968 г. был удостоен Нобелевской премии, включает в себя уравнения классической термодинамики (8) и уравнения законов переноса (5) и увлечения (6). Принцип минимального возникновения энтропии Пригожина есть следствие закона минимальной диссипации [1, стр.131; 3, стр.355]. Следует заметить, что теория Онзагера выведена для неравновесных систем, бесконечно мало отклоняющихся от состояния равновесия [1, 3, 4]. При этом потоки и силы в уравнении (5) Онзагер выбирает из формальных соображений, которые не приводят к успеху [1, стр.204; 3, стр.351; 4, стр.111].

Теория теплообмена базируется на законах теплоотдачи Ньютона, теплопроводности Фурье и излучения Стефана-Больцмана. Все эти законы суть частные случаи законов ОТ [1, стр.198; 3, стр.348].

Из уравнений переноса (5) вытекают также законы электропроводности Ома, диффузии Фика и фильтрации Дарси [1, 3, 4]. Первый и второй законы электролиза Фарадея, а также правило Трутона суть следствия закона отношения потоков ОТ [1, стр.188; 3, стр.337 и 345].

Классическая механика основывается на трех законах Ньютона и его же законе всемирного тяготения. Все законы Ньютона аналитически выводятся из законов ОТ путем применения последних к кинетической форме движения (кинетиате) [1, стр.206 и 251; 3, стр.420]. Уточненная теорема удара Карно вытекает из закона диссипации (7) [1, стр.218 и 222]. Из закона минимальной диссипации ОТ получаются также принципы наименьшей кривизны пути Герца [1, стр.172], наименьшего действия [1, стр.174] и т.д. Таким образом, классическая механика есть частный случай ОТ.

В основе классической электродинамики лежат уравнения Максвелла. Эти уравнения выводятся из ОТ применительно к процессу распространения – в соответствии с уравнениями (5) и (6) – нанополей [1, стр.253; 2, стр.271]. Из закона сохранения экстенсора получается уточненная теорема Остроградского-Гаусса [1, стр.51 и 246]. Следовательно, классическая электродинамика прямо вытекает из ОТ.

Если допустить, что в обобщенных уравнениях Максвелла, выведенных в ОТ, проводимость, обратная скорости света, есть величина постоянная (согласно законам состояния и переноса, все коэффициенты состояния и переноса – проводимости в принципе являются величинами переменными), тогда для движущихся систем получаются преобразования Лоренца, из которых вытекает специальная теория относительности Эйнштейна (СТО) [1, 3]. При этом знаменитое отношение для полной энергии тела



U = mC2 дж (9)

есть частный случай уравнения (1) ОТ, записанного для одной кинетической степени свободы системы. Имеем



dU = dQm = 2dm дж (10)

или (при = С = const)



U = Qm = mC2 дж

Согласно закону (10), если система обменивается с окружающей средой массой, то в расчетную формулу надо обязательно подставлять фактическую скорость , с которой масса покидает систему или присоединяется к ней. Как видим, если принять постулаты о постоянстве скорости света С в вакууме и о существовании обобщенного принципа относительности, согласно которому пространство, время, масса и скорость суть величины не абсолютные, а относительные (о втором постулате говорится ниже), тогда из ОТ прямо вытекает СТО.

Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) базируется на постулате об эквивалентности инерционной и гравитационной масс, которые входят во второй закон Ньютона и его закон всемирного тяготения. Справедливость этого постулата строго доказывается в ОТ [1, стр.252]. Следовательно, вся теория относительности Эйнштейна (ТО) вытекает в качестве определенного частного случая из общей теории (ОТ).

Польский ученый Збигнев Огжевальский из обобщенных уравнений Максвелла ОТ, введя понятие объемной плотности электромагнитной энергии и рассматривая тороидальную модель элементарной частицы, получил все уравнения квантовой механики, в том числе соотношение Гейзенберга [1, стр.258] и уравнения Клейна-Гордона [1, стр.261], Дирака [1, стр.262] и Шредингера [1, стр.263]. Из ОТ получаются также законы Планка и Вина [1, стр.120], соотношения де Бройля [1, стр.121] и т.д. Это значит, что квантовая механика есть определенный частный случай ОТ.

Кроме того, из ОТ выводятся многие другие известные законы, теоремы и соотношения [1-7]. Это свидетельствует о предельной общности принципов ОТ, которые справедливы для любых состояний и процессов и любых качественных и количественных уровней движения (астаты). Отсюда следует также вывод о том, что не может быть неверной теория, строго получающая все общеизвестные теории и законы, которые принято считать верными. Отбрасывая ОТ, по логике вещей необходимо одновременно забраковать и вытекающие из нее общепринятые взгляды. Этот довод требует ответа по существу.

Благодаря общности ОТ, анализ с ее позиций допущений и упрощений, использованных при выводе известных теорий и законов, позволяет четко определить границы применимости последних. При этом ясно, что существующие теории из семи главных принципов ОТ фактически опираются в основном только на один – первый, иногда еще на пятый и шестой. Четыре других – второй, третий, четвертый и седьмой – были неизвестны. В результате эти теории не могут претендовать на достаточную полноту. Отсюда понятны те трудности, которые сейчас наблюдаются в физической теории и широко обсуждаются в печати. Я попытался разрешить эти трудности не методом угадывания математических уравнений, как это рекомендуют некоторые авторы, а методом угадывания физической картины мира [1, стр.19].


4. Прогнозы ОТ.
Естественно ожидать, что наибольшее число весьма интересных и важных для науки теоретических прогнозов можно вывести из неизвестных ранее принципов ОТ. Анализ проблемы начнем с обсуждения исходного постулата ОТ, согласно которому предполагается существование бесчисленного множества различных элементарных форм движения материи (элат).

Ранее были открыты перемещательная, вращательная, электрическая, магнитная, термическая, механическая, химическая и т.д. элаты. В рамках ОТ впервые сформулированы хрональная, дебройлевская, или волновая, вибрационная, дислокационная, информационная и некоторые другие. Для метрической, термической, гидродинамической, кинетической, гравитационной и т.д. элат в ОТ даны новые качественные или количественные определения. Всего в работе [1, стр.96-125] описаны более 20 элат, что составляет солидный фундамент и подтверждает справедливость основного постулата ОТ.

Каждая элата самостоятельна, специфична, неповторима и не может быть подменена никакой другой. Например, электрический заряд невозможно подменить пространством, временем, массой и т.д. Поэтому логично предположить, что и теплота, представляющая собой термическую форму движения (термиата, или вермиата), не есть беспорядочное кинетическое движение микрочастиц, т.е. не может быть подменена кинетической формой движения (кинетиатой), которая также самостоятельна и специфична. Согласно этому прогнозу, теплота есть самостоятельная элата, характеризуемая особым термическим экстенсором – термиором, или вермиором, который подобен электрическому заряду в электрических явлениях. Эта гипотеза была высказана мною в 1950 г. (впервые опубликована в работе [5, стр.142-144]), она послужила основанием для ОТ. Таким образом, термическая элата была отделена от кинетической. Энтропия, характеризующая тепловое состояние тела в условиях равновесия и покоя, должна быть частным случаем вермиора, который определяет вермиату в любых условиях – равновесных и неравновесных, стационарных и нестационарных.

Далее в ОТ был высказан и подтвержден прогноз о том, что экстенсором для кинетиаты служит не количество движения, а масса, причем инерционная и гравитационные массы – это одно и то же [1, стр.106, 222, 252].

Согласно ОТ, должна существовать также самостоятельная магнитная элата, отличная от электрической [1-5]. Аналогично было предсказано существование многих других элат. Некоторые из подтверждающих экспериментов обсуждаются ниже.

Для системы, обладающей перечисленными элатами, уравнение (1) закона ОТ имеет вид



dU = Td - pdV + dm + 2dm + d + PмгdEмг + dEв + Рхdх + Рtdt + ... (11)

где Pмг и Eмг - магнитный интенсиал (магнитал) и экстенсор (магнитор); - частота (дебройлеал); Eв - волновой экстенсор (дебройлеор). Элементарным квантом (порцией) дебройлеора служит постоянная Планка. Из уравнения (11) видно, что полная энергия тела фактически должна определяться не только массой (кинетиатой), но и всеми другими элатами. С учетом различных элат и количественных уровней мироздания полная энергия тела должна быть неизмеримо больше той, которую дает формула (9) Эйнштейна.

Следующий прогноз из уравнения (1), или (10), касается гипотезы Паули о существовании нейтрино. При бета-распаде ядер вылетающая бета-частица (электрон или позитрон) уносит с собой массу со скоростями, находящимися в пределах от нуля и до скорости света С. Но при расчете совершаемой работы пользуются не формулой (10), в которую входит фактическая скорость частицы, а формулой (9), как если бы частица всегда обладала скоростью света С. В результате возникает воображаемый избыток энергии, который был записан на счет нейтрино. Кроме того, в опытах обнаружено, что количества и моменты движения ядра отдачи и бета-частицы не равны между собой. Предполагается, что эту разницу тоже уносит нейтрино. Но, согласно теореме интенсиалов ОТ [1, чтр.176; 2, стр.240], закон сохранения количества (и момента количества) движения нарушается при взаимодействии тел, сильно различающихся по массам, скоростям, ускорениям и т.д., что имеет место в случае бета-распада. Следовательно, для нейтрино не остается избыточных ни энергии, ни импульса, ни спина.

Согласно второму закону ОТ, экстенсоры представляют собой единственные субстанции в природе, подчиняющиеся принципу сохранения. Частными случаями этого общего принципа служат известные законы сохранения массы и электрического заряда. Естественно предположить, что и термическая субстанция (вермиор) должна также подчиняться закону сохранения. Экспериментальное подтверждение этого прогноза имеет важное научное и философское значение в связи с этими выводами, которые в свое время были сделаны применительно к свойствам энтропии.

Третий закон ОТ – состояния – позволяет сделать очень много принципиально важных прогнозов. Например, уравнение (3), записанное для элат, которые фигурируют в формуле (11), устанавливает органическую связь, существующую между пространством, временем, массой, скоростью и всеми остальными экстенсорами и интенсиалами системы. При этом изменение одной величины вызывает реальное (а не кажущееся!) изменение всех остальных. В частности, изменение массы тела должно сопровождаться фактическими изменениями его скорости, температуры, электрического потенциала, частоты и т.д.

Согласно уравнению состояния, при стремлении величин экстенсоров к нулю в нуль обращаются также и все интенсиалы тела, включая скорость (2). Система, интенсиалы которой равны нулю, представляет собой абсолютный вакуум, или парен [1, 2]. Парен должен служить абсолютной системой отсчета для всех интенсиалов, в том числе скорости. Этим самым утверждается факт существования абсолютной системы отсчета для таких величин, как скорость, пространство, время, масса и т.д.

Далее с неограниченным возрастанием величин экстенсора неограниченно возрастают также и интенсиалы. Поэтому кинетиал тела (2) в принципе может приобретать любые значения – от нуля и до бесконечности [1, 3]. Этим прогнозом утверждается отсутствие предела для скорости движения материального объекта, в том числе фотона.

Перечисление прогнозов, вытекающих из третьего закона, можно было бы продолжить, однако, для краткости я ограничусь лишь замечанием, касающимся теорий, которые используют постулаты о существовании предельной (постоянной) скорости света и об относительности пространства, времени, массы и скорости. В свете изложенного эти постулаты сильно сужают границы применимости соответствующих теорий.

Весьма любопытные прогнозы можно сделать из четвертого закона ОТ, уравнение (4) которого нужно переписать в виде

Р1/Е2 = Р2/Е1

или

  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница