Женщина из старой
притчи о Бенджамине Франклине спросила… “Но, профессор Франклин, какое же этому
применение?”, на что Франклин ответил: “Мадам, а какое применение
новорожденному?”
С.Пауэл
Мы уже отмечали, что концентрация энергии сама по себе еще недостаточна для получения термодинамических (или механических) движущих сил. Для последнего необходимо, чтобы энергия теплового движения превратилась в какую-нибудь другую форму энергии. Мы не будем взывать к интуиции или догадливости читателя, скажем сразу, что для этой цели великолепно подходит тот “котел”, который получается (см. гл. 9) вблизи сильного гравитационного центра. Известно, что для ядерных превращений необходима довольно большая энергия и что радиоактивные ядра часто имеют весьма значительное (до нескольких миллиардов лет) время жизни.
Таким образом, общая схема возникновения термодинамических неравновесностей выглядит так: гравитационный центр притягивает из окружающего холодного пространства наиболее энергичные частицы (охлаждая холодное), которые вблизи центра набирают дополнительную энергию (отбирая ее, опять же, у выталкиваемых холодных объектов); эти частицы вступают затем в ядерные реакции, в результате которых высокотемпературная тепловая энергия преобразуется в ядерную. Поскольку радиоактивные ядра имеют значительное время жизни, в процессе диффузии (или при других процессах переноса) они уходят в окружающее пространство, снабжая его так называемым “ядерным горючим”, которое в дальнейшем служит источником всех движущих сил в природе.
Этот результат можно получить даже из термодинамических соотношений при грамотном их использовании, однако надежнее в этом случае применить более общие научные принципы, в том числе – из теории вероятности. Мы же получим его проще – из компьютерного эксперимента.
В модель, построенную в гл. 9, внесем некоторые дополнения. Можно, например, ввести частицы разного сорта (протон и электрон) и промоделировать образование нейтрона, но на данном этапе положите просто, что, при достижении частицей определённой энергии, с определенной вероятностью из нее образуется новая частица с большей энергией покоя, в которую переходит часть энергии движения. В соответствии с принципом детального равновесия с той же степенью вероятности при тех же условиях возможен обратный переход.
При подходящем подборе параметров задачи Вы увидите, что новые частицы образуются вблизи притягивающего центра, но затем диффундируют по всему объёму и за его пределы (если Ваша модель позволяет последнее).
Обратим внимание, что изложенный механизм
действует вследствие зависимости массы частиц от скорости в соответствии с
формулой m=m0/(1-V2/c2)1/2. В
условиях слабых гравитационных полей, в частности - поля Земли, этот эффект
практически невозможен.
Поскольку новые частицы неравновесны, то они могут создавать источники энергии вдали от того места, где образовались (например, в звёздах).
Изложенный механизм на первый взгляд
подтверждает догадку, высказанную Д.Н.Зубаревым в "Физической
энциклопедии"
Наша модель генерирует “радиоактивные” частицы в условиях термодинамического равновесия. Реальные системы, очевидно, не обязаны дожидаться равновесия, процессы концентрации и организации энергии идут параллельно со всевозможными другими процессами, создавая богатые возможности для самых разнообразных явлений и ассоциаций материальных объектов.
Вокруг статистического обоснования 2-го закона термодинамики написано колоссальное количество работ. Некоторые из них настолько подробно объясняют, почему этот закон всегда и всюду справедлив, что неискушенные обыватели находятся в состоянии полнейшего удивления, отчего это у кого-то до сих пор еще имеются сомнения. Но что интересно, все эти теоретики в своих рассуждениях обходят молчанием, каким образом их необычайно умные абстракции приводят к отмеченным выше грубым ляпсусам? Мы не можем здесь выполнить огромную, и к тому же неблагодарную работу, сначала разъясняя все эти доказательства, а потом их опровергая, тем не менее сделаем некоторые общие замечания.
Здесь уже неоднократно отмечалось, что в основе упомянутых доказательств лежало представление о носителях теплового движения как о каких-то неизменных шариках наподобие бильярдных. Считалось, что статистическая система таких шариков консервативна, а равновесие в малых частях этой системы достигается быстрее, чем в больших. Подсознательно подразумевалось, что взаимодействия можно привести к потенциальному виду. В квантовых системах неявно предполагалось, что система “знает” о всех своих состояниях и, в соответствии с этим “знанием” строит частоту нахождения в том или ином состоянии, в том числе, во всех взаимных потенциальных ямах.
Начнем с последнего. И теория Лоренца и, в особенности, теория относительности не предполагают бесконечной скорости передачи взаимодействий, поэтому какого-то общего для системы расположения и даже определенности в количестве энергетических уровней не существует и поэтому-то распределение Гиббса замкнутой системы, посчитанное без учета этого факта, приводит к парадоксальному заключению, что ее энтропия не может ни увеличиваться, ни уменьшаться. На самом деле, вследствие конечности скорости передачи взаимодействий, энтропия и другие термодинамические функции однозначный смысл могут иметь только в качестве локальных величин, их аддитивность должна каждый раз доказываться отдельно. В частности, для описанного нами “котла” энтропия явно зависит от непотенциальных взаимодействий, приводящих к объединению носителей теплового движения в новые группы с неким согласованным резонансным движением. При тепловом соударении с третьими частицами эти резонансы выступают как единое целое, уменьшая таким образом энтропию. Особенно заметным рассматриваемое уменьшение энтропии окажется при выносе резонансов в область пониженных тепловых энергий, где ничтожно мало частиц, способных разрушить резонанс.Обратим внимание, что в классических потенциальных полях ничего подобного происходить не может. В потенциальных полях любое, самое незначительное изменение внешней температуры вызывает немедленное изменение энергии взаимного движения частиц рассматриваемого комплекса.
Очевидно, что замечание предыдущего абзаца показывает ограниченность представлений о консервативности статистической системы и вытекающей из нее теоремы Лиувилля. Теорема Лиувилля и в классическом варианте неприменима к отдельной частице, в случае же непотенциальности взаимодействий основные события происходят именно на уровне отдельной частицы.
Заметим, что дискретность состояний и наличие потенциальных барьеров в
квантовых системах – результат непотенциальности взаимодействий, ответственных
за квантовомеханическое поведение. Поскольку внутренние квантовомеханические
движения могут совершаться со скоростями, большими скорости света, то силы,
зависящие от скорости, начинают превалировать над статическими силами.
Например, магнитные силы токов в электроне становятся больше электростатических
сил, что позволяет электрону сохранять целостность при всей “размазанности”
своего квантового “облака”. Очевидно, что, без привлечения представлений о
непотенциальных взаимодействиях невозможно объяснить само существование
элементарных частиц.
При выводе уравнений Максвелла используются представления о непотенциальных взаимодействиях, и в этом отношении Максвелл продвинулся значительно дальше, чем теория относительности, для которой процессы в электромагнитной волне – темный клубок запретов и неясностей (к слову, здесь уже отмечалось, что Максвелл был весьма близок к разгадке парадоксов 2-го закона термодинамики). Другой замечательной особенностью уравнений Максвелла является то, что они используют представление о многообразии материи, представленной в данном случае взаимодействием электричества и магнетизма. В уравнении Дирака, описывающем электрон, число образов материи достигает восьми – 4 комплексные функции.
Во многих учебниках квантовой механики даже
не упоминается, что запись волновой функции в комплексном виде означает
взаимодействие не каких-то мнимых призраков, а 2-х вполне материальных
сущностей.
Характерной особенностью непотенциальных взаимодействий является их способность образовывать специфические “взрывные” комплексы. Действительно, представим, что в описанный выше резонанс случайно попала какая-то третья частица и затормозила движение одного из участников резонанса. Ввиду зависимости непотенциальных сил от скорости, притяжение между ними (участниками) резко ослабеет, и под действием других сил (в том числе, и потенциальных) резонанс развалится, в некоторых случаях – с колоссальной энергией. Этим механизмом могут вызываться многие явления – от радиактивного распада до “Большого взрыва”. Им же, кстати, могут быть вынесены и термодинамические неравновесности (которые в нашем компьютерном эксперименте выносились диффузией). Очевидно, он лежит в основе философской концепции о чередуемости эволюциоонного развития и революционных взрывов, вне зависимости от того, нравятся кому-то последние, или не нравятся.
Из анализа вышеизложенного выясняется действительный физический смысл классических формулировок 2-го закона термодинамики. Стремление классических статистических систем к рассеиванию своих подсистем является следствием того, что в таких системах, мельчайшие подсистемы (носители теплового движения) при максимальном сближении (“дно” взаимодействия) отталкиваются друг от друга. Противоположный случай – отсутствие “дна” – приводит к другой крайности – проваливанию материи в “черную дыру”.
Одновременно выясняется, почему при
статистических обоснованиях 2-го закона эклектичное, на первый взгляд, вклинивание
методической по своему существу, связанной с недостатком информации, почти субъективной,
теории вероятности в задачу строго детерминированной механики, симметричной по
отношению к изменению знака времени, приводит к объективно достоверному
результату, несимметричному к упомянутому знаку. Все дело оказывается в том,
что классический 2-й закон термодинамики рассматривает системы, изначально
поставленные в такие объективные условия, что самый строгий
детерминированный расчет приведет к тем же результатам, что и теория
вероятности.
Гипотетически процесс образования все новых и новых резонансов может как будто привести к тому, что вся тепловая энергия перейдет в организованную ядерную форму и энтропия обратится в нуль. Это – как бы антипод “тепловой смерти”. В качестве общественного аналога можно представить, что все мы выстроились в одну шеренгу и дружно прыгнули в какую-нибудь пропасть. Такую же перспективу сулит нам сваливание в “черную дыру”. Утешает лишь то, что в реальности мир не находится ни в “черной дыре”, ни при “тепловой смерти”.
Последовательные сторонники принципа однородности времени ожидают от нас с Вами, дорогой читатель, такой модели вселенной, в которой при увеличении концентрации и организованности энергии усиливались бы процессы рассеяния термодинамических неравновесностей с их дальнейшей диссипацией, и наоборот - рассеянные состояния интенсифицировали бы процессы концентрации. Непотенциальность реальных фундаментальных взаимодействий дает все основания утверждать, что такие модели существуют. Явления гравитационной неустойчивости и космических магнитных "динамо" с уверенностью можно отнести к упомянутым процессам.