Геннадий Ершов - Как рождается гравитация

Из вышеприведенных виртуальных опытов можно сделать основополагающий вывод: энергия от внешнего источника увеличивает (уменьшает) энергию опытного тела (вещества). В результате возникает сила гравитационного смещения по вектору, направленному в сторону более энергонасыщенного источника. Данная сила и есть сила притяжения, сила гравитации. На энергетическом уровне Е 1> Е 2(рис. 2.12, с) .

Разница ΔЕ между поступившей энергией и энергией самого тела – это энергия, которая тратится на тяготение данного тела к источнику энергии.

2.9.2. Эффект Пельтье, Томсон и температура

В 1856 г. У. Томсон (лорд Кельвин) выдвинул гипотезу, что теплота, аналогичная теплоте эффекта Пельтье, должна выделяться (поглощаться) при прохождении тока по однородному проводнику, вдоль которого имеется градиент температуры [10, с. 268]. Эффект Пельтье заключается в том, что при протекании электрического тока через разнородные спаи (соединения) двух металлов в одном спае происходит выделение теплоты, а в другом – поглощение. Предсказанный Томсоном эффект впоследствии был подтвержден экспериментально и получил название «явление Томсона», которое записывается следующим выражением:

Q – количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в проводнике длиной dl.

I – сила тока, dΘ/dl – градиент температуры, τ – коэффициент, называемый коэффициентом Томсона.

Последуем за лордом Кельвином так же, как он в свое время последовал за Пельтье, и используем вышеприведенную формулу для наших целей, но значение ее будет совершенно иным. Для чего заменим линейный размер тела на его объем:

k – коэффициент пропорциональности.

Сила тяготения dF , действующая в единицу времени в элементе вещества с объемом dV , пропорциональна интенсивности излучения I и градиенту температуры dΘ/dV .

Гравитация – это взаимообмен квантами энергии.

2.9.3. Тепловая машина

Приведенные выше примеры показывают, что мы фактически создали тепловую машину, работающую по циклу Карно 7 7 Карно Сади (1796—1832) – французский физик и математик. ( рис. 2.13 ).

В начале процесса кубик имел комнатную температуру, точка (А). Затем мы его привели в контакт с охладителем (ВС ), который изотермически (при постоянной температуре) отнял у него некоторое количество теплоты. При этом объем кубика уменьшился. Далее мы вынули кубик из охладителя и нагрели до комнатной температуры ( DA ). Цикл закончился.

В начале второго цикла кубик привели в контакт с нагревателем ( EF ), который изотермически передал ему порцию теплоты. Кубик расширился. Закончили цикл, охладив кубик при комнатной температуре ( DA ).

Рис. 2.13. Кубик Рубика и тепловая машина.

Если данный кубик заранее соединить, например, с поршнем, то он бы совершил работу. Но что это за работа – хуже вышивания!

Для того чтобы возникло тяготение, направленное по какому-либо результирующему вектору, необходимо нарушить тепловое равновесие или относительно земли совершить работу по увеличению потенциальной энергии (поднять тело на высоту).

2.10.1. Perpetuum mobile (вечный двигатель) в кристаллах

Кристалл, состоящий из n атомов, является системой с 3n колебательными степенями свободы. Открыв страницу любой энциклопедии, справочника или книги с заголовком «Колебания кристаллической решетки», Вы там найдете сложные математические выкладки, всевозможные графики и много всякого материала и про колебания атомов, и про вечное движение, и про фононы. Но! Вы не найдете ответ на главный вопрос: откуда эти колебания возникают? Кто или что эти колебания генерирует? Откуда это вечное движение?

Прежде чем ответить на поставленные вопросы о причине колебаний атомов в кристаллической решетке, немного о самом процессе колебаний.

Колебания атомов, ионов или молекул, входящих в кристалл, около положений равновесия узлов кристаллической решётки дальше в тексте будут обозначаться как колебания атомов. В физике данные колебания связывают с температурой вещества кристалла и взаимовлиянием соседних атомов друг на друга – тепловые, упругие и пр.

При повышении температуры происходит повышение частоты и амплитуды этих колебаний. В случае если амплитуда достигает некоторого критического значения, кристаллическая решетка может разрушиться, иначе произойдет плавление вещества и оно перейдет в жидкое состояние. При понижении температуры до абсолютного нуля амплитуда падает тоже практически до нуля, но незначительные колебания присутствуют (нулевая энергия колебаний).

Оказывается, законами квантовой механики полное прекращение колебаний запрещено! А мы же понимаем, что природа законопослушна, вот поэтому нулевые колебания в кристаллической решетке не прекращаются! На самом деле абсолютный нуль температуры в условиях земного тяготения не достижим, поэтому и колебания не прекращаются.

В кристалле одновременно могут присутствовать всевозможные нормальные колебания, причем каждое протекает как будто без присутствия остальных. Там могут возникать и звуковые, и оптические волны, и волны суперпозиции нормальных колебаний кристалла.

В какой-то момент могут возникать гармонические колебания, но это как исключение, в основном это ангармонические колебания. Слово плохо выговариваемое, но атомам это безразлично, у них свой язык. И этот язык до сих пор физиками не расшифрован. Может быть, атомы плохо слышат, поэтому, чтобы сделать какое-то сообщение своему соседу, пытаются приблизиться к нему и прокричать на ухо. А может, хотят получше разглядеть друг друга, но для нас все атомы на одно лицо, как аборигены в джунглях Амазонки. Так или иначе они не прекращают свои телодвижения ни днем, ни ночью, perpetuum mobile, да и только!

Колебания атомов в кристаллической решетке – один из основных видов внутренних движений в твердых телах.

Упругие волны рассматриваются в физике как распространение неких квазичастиц – фононов.

В данной работе я не касаюсь теории теплоемкости кристаллических тел (квантование колебательной энергии), предложенной Эйнштейном и впоследствии усовершенствованной Дебаем. Данная теория описана во всех учебниках по физике твердого тела.