Пособие по физике, в двух частях

Качественное различие времени излучения и времени движения состоит в том, что время движения есть время трансляции тела в пространстве, а время излучения есть время существования тела в том или ином состоянии, которые и составляют то, что мы называем временем его жизни. Поэтому классическое описание движения требует полагания материи как материальной точки, имеющей массу самого тела, но не имеющей времени жизни. Она представлена как некая вечно существующая сущность. В квантовой механике этой материальной точкой по отношению к излучению является квант. Говорить о движении кванта также бессмысленно, как говорить о покоящейся материальной точке. Поэтому принцип неопределённостей, применяемый к описанию движения кванта, это одно, а применяемый к самому кванту – это уже совсем другое. Именно на это указывает невозможность сведения времени излучения к времени движения кванта. Применяя его к самому кванту, мы можем сказать, что местоположение кванта определяется его координатой, масса – количеством материи в нем, а его время существования – энергией излучения, которое не может быть меньше значения постоянной М. Планка. Отсюда следует, что квантовая постоянная есть не что иное, как некое ограничение на существования материи в форме кванта.

В принципе неопределённостей равенство означает то, что материя находится в квантовом состоянии, в состоянии оформленности, поэтому это состояние материи мы и называем частицей. Это есть локализованное состояние материи, или её квантовое состояние. Поэтому квант есть локализованная энергия, которая занимает определенное пространство, имеющее определенную массу и время своего существования. Вследствие того, что пространство, занимаемое им, и пространство его движения отождествлены, локализация кванта при движении в пространстве также невозможна. Поэтому при своём движении квант “расползается” в пространстве, и мы не можем зафиксировать в какой точке пространства он находится в тот или иной момент времени. Но, кроме этого, квант есть и энергия определенного, занимаемого им места в пространстве, поэтому говорят о нем как о волновом пакете. В статическом состоянии мы имеем квант, а в динамическом – волновой пакет. Все это, конечно хорошо, но давайте рассмотрим случай, когда величина, стоящая в левой части принципа неопределённостей, будет меньше постоянной М. Планка. В этом случае мы имеем дело с внутренней областью кванта, а потому можем говорить о его строении или составе. Физическая наука совершает попытки проникновения в эту область, но с другой стороны; со стороны строения материи и вещества. Мы уже указывали на это, когда говорили о строении элементарных частиц и о их кварковой структуре. Но, как оказалось, не все частицы состоят из кварков. Есть и такие, которые не имеют внутреннего строения. Эти частицы назвали истинно элементарными частицами, к которым относятся электрон, фотон и нейтрино. Для объяснения структуры и строения элементарных частиц вводится понятие взаимодействия кварков, которое осуществляется посредством глюонных полей. Своего собственного движения кварки не совершают. Именно это говорит нам о том, что понятие протяжённости при рассмотрении структуры и строения элементарных частиц просто не имеет смысла и потому полностью себя исчерпало. Это связано и с размерами самих кварков, а также с размерами элементарных частиц. Ничего существенного в наше понимание мироздания данный подход не внёс.

Такое представление о кванте потребовало пересмотра математического аппарата объяснения его движения. Поэтому, как и ранее, снова возникла проблема, связанная с пересмотром представлений о пространстве и времени. Пространство и время квантовой механики стало вероятностным, а геометрия пространства стала разворачивается на пространстве Д. Гильберта. Хотя, как мы уже говорили, вероятность лежит ещё в лоне классической механики, но проявляет себя в более общем и явном виде в световой механике.

Анализ принципа неопределённостей на пространстве и времени приводит к вероятности не в её качественном, а в количественном смысле. Неопределённость положения и импульса тела не может быть меньше постоянной М. Планка. Поэтому проанализируем принцип неопределённостей с этих позиций, используя для этого формулу, выражающую принцип неопределённостей через импульс и координату. Если устремить изменение импульса к нулю, то получим неопределённость координаты. Это означает, что мы не можем определить, в каком месте пространства находится квант. Но устремление импульса кванта к нулю означает не что иное, как полагание его неподвижным. Квант в этом случае просто не движется, а потому может находится в любой месте пространства. В этом случае он обладает полной пространственной свободой. Определённость его в пространстве возникает только в момент его взаимодействия или излучения. Возможно его определение через рождение других квантов. Если провести “негацию” пространства в соотношении неопределённостей, то тогда происходит актуализация движения кванта. Квант в этом случае постоянно изменяет своё состояние, которое мы не можем зафиксировать. Ведь в импульсе все равно присутствует пространство, а потому мы и его не можем зафиксировать. Именно поэтому в принципе неопределённостей отражён вероятностный способ описания квантовой материи.

Во времени квант проявляет себя как волна, которая есть некая геометрическая “форма” энергии, которую он излучает. Поэтому на пространстве, квант проявляет себя как частица, имеющая массу, во времени, как волна, несущая определенное количество энергии. Пространственно – временные состояния кванта возвели в физической науки в ранг основного принципа, который называют квантово – волновым дуализмом. Для объяснения дуализма кванта была использована идея воздействия прибора на его состояние. Именно это воздействие прибора переводит квант из состояния частицы в состояние волны и наоборот. Так в лоне квантовой механики проникла идея механического представления материи, которая проявила себя в том, что на её поведение оказывает влияние механическое воздействие прибора. Но объяснить, как он на неё воздействует, так и не удалось. Ведь квант есть не что иное, как идеальный носитель поля. Реальные кванты, которыми являются электрон, протон, нейтрон, фотон и другие частички материи, непосредственно связаны с миром и тем, почему он такой, каким мы его видим, так и остались лежать в лоне своей потаённости. Об этом говорит хотя бы то, что все стремления объяснения и определения внутренней структуры и строения электрона так и не увенчалось успехом. Ни один из них не привёл к какому – либо результату в понимании его внутреннего строения.

Квантовая механика только заостряет проблему мироздания, которую мы описываем и познаем как в идеальном, так и реальном плане. Идея только “схватывает” мир в определенном единстве, порождая наше представление о нем, как о идеальном, модельном мире. Но реальный мир порождён множеством материальных сущих, которыми являются природные реальности, а также происходящими с ними явлениями. Чем отличается реальный мир от построенного нами идеального мира? До сих пор эта проблема является для нас как познающих, камнем преткновения, который пока нам не по силам не только раскусить, но даже расколоть силой своего разума. И это связано скорее с тем, что сам разум представляется нами как нечто механическое и идеальное, а не природное, порождённое всем ходом эволюции нашего развития и изменений, которые происходили ещё и с нами. Предельная формализация природы привела к тому, что мы постоянно вращаемся вокруг одних и тех же идей и понятий, хотя изменяем их, придавая им статус новых, ранее неизвестных нам понятий и идей, осуществляя это путём изменения имён, которые не есть изменение понимания самой их сущности.

Анализ принципа неопределённостей указывает нам на то, что также, как и в классической механике, в ней сконцентрированы в некое единое целое наши представления о материи, пространстве и времени. Так в квантовой механике этим единым является квант, а в классической механике – материальная точка. Квантовая механика показывает, что колебание этих мер имеет границу, которая выражается величиной постоянной М. Планка. При значениях меньших постоянной М. Планка мы ничего не можем сказать ни о пространстве, ни о времени, ни о самой материи. Поэтому мы говорим, что основным инвариантом квантовой механики является постоянная М. Планка, а саму теорию называем ”h – теорией”. Ведь именно через неё можно воспроизвести все наши представления о мире квантов.

1.4. Тепловая механика, или k – теория.

Тепловая механика включает в себя термодинамику, МКТ – теорию и статистическую механику. Их единство проявляется в том, что все они предназначены для изучения и объяснения тепла.

Мы проведём анализ тепловой механики в целом, а не отдельный анализ каждой составляющей её части. Для этого выделим и объясним основные моменты учения о тепле. Анализ начнём с основного понятия тепловой механики, которым является количество тепла, или количество теплоты. Количество тепла, теплоты определяется по следующей формуле:

      Q=cmT       (25)

Где: c – удельная теплоёмкость, m – масса тела, а T – изменение температуры.

Эта формула определяет количества тепла, которое можно передать телу, изменив его температуру в результате нагревания. Но его считают ещё и тем теплом, которое может отдать тело при изменении своей температуры, но уже путём его охлаждения. Температура в соотношении (25) есть характеристика не самого тела, а его состояния, хотя многие считают её характеристикой самого тела, и определяют её по отношению к состоянию уже некого другого тела. В этом случае тепло выступает в качестве характеристики одного тела по отношению к другому, а потому это их отношение понимают как тепловое взаимодействие тел. Если мы разрушим тело, то оно отдаёт свою энергию, а потому эту энергию можно назвать собственной энергией тела. Поэтому мы не говорим о взаимодействии, как о передачи тепла, которую фиксируем с помощью понятия температуры, а об изменении состояния тела или же о изменении его формы. Тепловое взаимодействие тел, точнее, переход тепла от одного тела к другому мы характеризуем их температурой, которая определяет их состояния по отношению друг к другу, как тепловые состояния, что приводит к появлению и возникновению понятий более горячего и менее горячего тела. Введение этих понятий приводит к тому, что тепло может течь от более горячего тела к менее горячему, и это происходит до тех пор, пока температуры тел не сравняются.

Проанализируем соотношение (25), предварительно представив её в следующем виде:

      Q/Т =cm       (26)

Анализ проведём, используя метод “негации”. При “негации” температуры мы получаем количество тепла, которое имеет само тело. Это тепло выражено в виде произведения удельной теплоёмкости тела на его массу. Произведение этих величин, положенное в лоно меры, даёт нам не что иное, как ёмкость (вместимость) тепла, точнее, указывает на то, сколько тепла может запасти в себе тело, имея массу равную – m. “ Негация” температуры означает, что количество тепла есть некая ёмкость тепла в теле, которая выражает себя через массу тела и тепло, которое в нем содержится. Это тепло связано с наличием в теле составляющих его носителей частиц, которые называются молекулами. Молекулярный состав тела стали называть веществом. Поэтому можно сказать, что по отношению к теплу тело проявляет себя как некое “вмести-ли-ще”, а потому чем больше масса тела, тем большее количество тепла оно может в себе содержать. Если мы проведём “негацию” вместимости тепла, то получим, что изменение температуры тела есть количество тепла. А это уже есть движение тепла, которое связано с изменением температуры тела. Именно такое представление о тепле привело к тому, что под движением тепла стали понимать особую форму движения материи, называемую теплородом. Так тепло было вынесено из лона тела и положено в пространство. Поэтому появилась возможность говорить о нем как ещё об одном виде движения материи. Одно тело передаёт тепло другому телу, тем самым осуществляется взаимодействие между ними. Тепло ведёт себя аналогично поведению света. Но в отличие от тепла, свет имеет конечную скорость передачи своего взаимодействия, чего мы не можем сказать относительно тепла. Направленность передачи тепла очень сходна с направленностью распространения света. Материальным носителем света является фотон, а материальный носитель тепла так и не выявлен, хотя им считают саму молекулу. Это связано с тем, что введение молекул как материальных носителей вещества не позволило использовать их в качестве носителей тепла, а потому тепло стали связывать не с молекулами, а с их движением. В связи с этим температуру трактуют как среднюю кинетическую энергию всех молекул тела. Она является средней статистической величиной, а потому усредняется по всем имеющимся в теле молекулярным скоростям. Молекула является носителем минимальной массы и не является носителем тепла. Тела под действием тепла достигая критического значения температуры изменяют не только своё состояние, но изменяют и свою форму, переходя в другие так называемые агрегатные состояния. Тепло становится тем, что изменяет вещество, переводя его из жидкого состояния в газообразное, из твёрдого в жидкое и т.д. Модель молекулярного строения тел стала одним из необходимых средств в изучении тепла, которая позволила выявить различные состояния материи и открыла путь к изучению её изменений. Все это следует только из анализа формулы количества теплоты – основного соотношения термодинамики.

Изучение внутреннего строения тел потребовало необходимости объяснения тепловых процессов с точки зрения пространства и времени. Наиболее очевидно это проявляется на примере изучения газа, существование которого связано с его молекулярными движениями, осуществляемыми в “пространстве” тела. А потому нам необходимо обратиться к движению молекул и проанализировать понятие скорости их движения. Скорость теплового движения молекул определяется как средний квадрат скорости или как среднеквадратичная скорость движения всех молекул тела. Причём оказалось, что скорость движения молекул изменяется в огромных пределах.

Энергия движения молекул связана с температурой, которая в свою очередь связана с теплом, передаваемым одним телом другому. Эту передачу тепла мы фиксируем через изменения температуры тела по отношению к другому телу. Если нет другого тела, то говорить о передаче тепла вообще не имеет смысла. Переход от изучения передачи тепла одним телом другому, к тому, что порождает тепло приводит к отождествлению тепла и внутренней энергии тела. А это в свою очередь приводит к тотальному полаганию тела, внутренняя составляющая которого порождается движением его молекул. Но для движения молекул необходимо пространство, в котором они могли бы совершать своё движение. Так в тело внедряется пространство, которое качественно не отличается от внешне положенного пространства. Введение в лоно тела пространства приводит к тому, что его уже можно моделировать молекулами, материальными точками, которые и совершают в нем своё движение. Так рождается модель идеального газа. Идеальный газ есть множество материальных точек – молекул, которые движутся и взаимодействуют между собой. Эта модель очень схожа с тем, что мы видим невооружённым глазом, направляя свой взор на звёздное небо, которое представляется нам в виде множества светящихся звёзд – точек. Различие их в том, что эти светящиеся точки движутся, мы же их видим неподвижными. Точно такую же модель мира использовал Р. Декарт при введении и объяснении понятия протяжённости. Материальные точки – молекулы взаимодействуют с другими точками – молекулами в результате чего происходит обмен энергией, и температура тела изменяется. Отсюда делают заключение о том, что энергия движения есть кинетическая энергия молекул, которая проявляет и выражает себя через температуру тела. Соотношение, связывающее кинетическую энергию тела с его температурой, имеет следующий вид:

mv/2=3kT/2       (27)

В соотношении (27) кинетическая энергия молекул есть ещё и внутренняя энергия тела, объяснить которую можно только через введение в лоно тела пространства. Ведь только по отношению к нему мы можем говорить о скорости движения молекул. В качестве этого пространства берут не внутреннее пространство самого тела, а среду, которой и замещают это внутреннее пространство тела. Самой подходящей средой для этого случая является воздушная среда или газ, а потому именно ею и моделируют пространство самого тела. Твёрдые тела и жидкости невозможно наделить пространством, потому для этого они просто не подходят. С точки зрения учения о движении молекул, мы ничего не можем сказать ни о твёрдых телах, ни о жидкостях. Поэтому мы говорим о них как о состояниях вещества.

Соотношение (27) связывает кинетическую энергию движения молекул, на что указывает средний квадрат их скорости, с внутренней энергией, которая выражается через температуру и степени свободы молекулы. Коэффициент, стоящий перед произведением постоянной Л. Больцмана на температуру, указывает на то, что молекулы имеют в пространстве три степени свободы, а на каждую их них приходится половина kT. Скорость является характеристикой всех молекул, а потому является усреднённой по их количеству. Если происходит изменение кинетической энергии, то мы фиксируем его через изменения температуры. Температура становится не характеристикой процесса передачи тепла, а характеристикой самого тела.

В физической науке считают, что отдельная молекула не является носителем тепла, но обладает степенями свободы в отношении к своему движению. Но мы же говорим о степенях свободы молекулы, которые входят в скорость, а через неё и саму температуру.

Скорость в тепловой механике определяют, используя следующее соотношение:

v= 3kT/m (28)

Где: m – масса молекулы, k – постоянная Л. Больцмана, T – температура.

Масса молекулы имеет порядок величины равной десять в минус двадцать шестой степени килограмм. Понятие скорости в тепловой механике отличается от её определения в классической механике. Скорость в тепловой механике не определяется через пространство и время, как это имеет место в классической механике. Проанализируем определение скорости путём подведения под него пространства и времени. Для этого представим соотношение (28) в следующем виде:

m =3kT t / x (29)

Если в соотношении (29) произвести “негацию” пространства, то получается, что предельное значение массы молекулы становится бесконечным. Но мы показали, что масса молекулы, наоборот, очень мала и к тому же определяется через температуру и среднее время движения всех молекул. В этом случае молекула есть некое динамическое образование, которое выражает себя через динамические характеристики, которыми являются тепло и время. Но само понятие массы требует статики и определённости в том или ином месте пространства.

Если же в соотношении (29) произвести “негацию” скорости, то мы получаем, то же самое: о чем уже говорили выше. Но в этом есть и некоторое отличие, состоящее в том, что исчезает среднее время движения всех молекул, что приводит к тому, что масса просто отождествляется с температурой: масса сама становится температурой. Вот почему мы можем, говорим о том, что тело есть “вместилище” тепла.

Представленный выше анализ показывает, что скорость в тепловой механике несёт в себе классический смысл. Более того, она определяется на основе механической модели, которую ввёл в физическую науку ещё Р. Декарт. Поэтому мы можем говорить не о скорости молекулы, а о скоростях всех молекул, т.к. только в этом случае, мы можем ввести в тепловую механику пространство и время. Укажем, что скорость в учении о теплоте несёт в себе некую проблему, которая проявляет себя в том, что качество пространства и времени в тепловой механике остаются просто неопределёнными. Поэтому в её лоно вводят качество пространства и времени квантовой механики, осуществляя тем самым отождествление этих двух механик. Введение классической скорости в различные теории приводит к тому, что все они строятся по аналогии с классической механикой, а сами модели опять – таки являются классическими моделями.

Проанализируем далее соотношение связи энергии и температуры, которое называют формулой Л. Больцмана.

E=kT (30)

Соотношение (30) связывает энергию и температуру тела. Коэффициент, называемый постоянной Л. Больцмана, играет роль “переводчика” температуры тела в его энергию. При “негации” температуры тепловая постоянная играет роль внутренней энергии тела, называемой ещё удельной энергией тела. Если произвести “негацию” энергии, то тепловая постоянная начинает играть роль температуры, которая связана с числом молекул, находящихся в теле. Это число молекул называют числом Авогадро, или числом Лошмидта. Оказывается, что величина, обратная тепловой постоянной, даёт число молекул в данном теле, точнее, в определенной мере его массы. Такое положение дел в учении о тепле приводит к тому, что в основе её построения лежит что – то отличное от тех оснований, которые использовались при построении классической механики. Но даже если ими являются пространство и время, то нам необходимо проанализировать тепло уже именно на них. Пространство и время тепловой механики являются статистическими. На это указывает тот факт, что мы рассматриваем тепло через движения множества молекул, являющихся его носителями. Если говорить точнее, то это означает, что мы просто не имеем носителя тепла, а потому идём на полагание и на отождествление носителя массы и носителя тепла. Вследствие того, что материальный носитель тепла так и не был выявлен, мы не можем говорить о пространстве и времени, в котором этот носитель может совершать своё движения, порождая через это движение тепло. Тепло в этой связи сходно с гравитацией в том смысле, что носитель гравитации также до настоящего времени так и не выявлен. Это означает, что статистический метод описания тепла в физической науке пока ничем не обоснован, а потому требует своего обоснования. То, что он есть и мы можем им пользоваться, это, конечно, хорошо, но понять сам переход и найти основания, а также обосновать идею статистики физическая наука в настоящее время просто не может. Но, быть может, он связан с вероятностью, и поэтому мы идём на отождествление квантовой и тепловой механик. Поведение большого количества частиц мы не можем описать с точки зрения вероятности, т.к. она имеет отношение не только к коллективному поведению частиц, но также к их индивидуальному поведению, а потому пришлось бы описывать множество отдельных частиц, а затем брать от них нечто среднее. Но можно не описывать индивидуальность, а брать вероятность этого огромного числа частиц. Оказывается, именно так и поступают в статистической механике. Вот отчего такое поведение частиц выделили в отдельную механику, которую и назвали статистической механикой. Вероятность и статистика, поэтому есть одно и то же в лоне количественного описания и представления тепловой материи. Оказывается, что качественного различия статистики от вероятности до настоящего времени просто нет. Это связано с тем, что мы не понимаем качество вероятности, точнее, не понимаем, откуда и какие основания нас привели к этому понятию. В лоне качества, они есть просто различные способы описания одного и того же, того, что мы и называем теплом. Поясним это на следующем примере. Тела состоят их множества маленьких частичек, которые называют тепловыми частицами – молекулами, или элементарными частицами, – квантами. Оказывается, что молекула состоит из квантов. Молекула есть целое, а квант – её часть. Поэтому описание целого и части ничем не отличается друг от друга, а потому разделив это целое на части, мы уже имеем дело с количественным рассмотрением этого целого. Мы описываем эту самую, но уже минимизированную целостность, которая и представляет собой как её некие части, используя для этого уже количественный подход. Поэтому в физической науке мы постоянно сталкиваемся с однообразность описания, как целого, так и его частей. В случае тепловой механики мы, как говорится, имеем это на лицо.

Основным инвариантом в тепловой механике является тепловая постоянная или как её ещё называют постоянной Л. Больцмана. Она является универсальным инвариантом тепла, с помощью которого мы можем воспроизвести все имеющиеся у нас знания о нем. Поэтому в качестве четвёртого инварианта мы возьмём тепловую постоянную, которая задаёт тепловую механику. Теорию, построенную на ней, мы называем k – теорией.