Термодинамика

Термодинамика и динамика Эйнштейна

Касаясь вопросов термодинамики, я ещё раз хочу подчеркнуть, что преобразования Лоренца в термодинамике не решают задачь принципа относительности. После того, как в угоду преобразованиям Лоренца, в жертву принесли механику Ньютона, настала очередь термодинамики. Первыми, кто попытался привязать термодинамику к преобразованиям Лоренца, стали Планк и Хазенорль. Авторы повидимому не до конца разобрались в сути теории относительности, поэтому они сделали допущения, которые делать как раз нельзя. Например, из тензора натяжений они нашли, что давление от скорости ИСО не меняется и остаётся постоянным, т.е. р = р'. Здесь преобразования Лоренца натолкнулись на непреодолимые трудности, ещё раз подтвердившие их ошибочность. Начну, как это сделал В.А.Угаров, с постановки вопроса. Здесь я буду приводть цитаты из его книги «Специальная теория относительности».

Постановка вопроса.

«Осталось выяснить, как ведут себя при переходе от одной ИСО к другой основные уравнения, описывающие тепловые явления, т.е. основные уравнения макроскопической термодинамики. Пересмотр законов термодинамики в связи с появлением принципа относительности был произведен сразу же после появления основной работы Эйнштейна 1905 г. Планком и Хазенорлем. Их работы появились в 1907 г. В этом же году появилась обзорная статья Эйнштейна, которая присоединилась к полученным результатам. Схема рассуждений была единая. Хорошо известные законы термодинамики (первое и второе начала) безусловно справедливы в той системе отсчёта, в которой рассматриваемая термодинамическая система покоится. Далее задача ставилась следующим образом. Можно ли сохранить оба начала термодинамики в той же форме, в какой они выражены в «собственной» системе отсчёта, и во всех других ИСО? Если бы оказалось возможным сохранить оба начала при преобразовании Лоренца, то это означало бы, что некоторые термодинамические величины – количество теплоты и температура тела – должны преобразовываться при переходе от одной ИСО к другой по определённому закону, который следовало установить. Если бы правил преобразования для перечисленных величин найти не удалось, то уравнения термодинамики пришлось бы пересмотреть, так же как пришлось поступить с законами Ньютона. Фактически оказалось, что уравнения, выражающие первое и второе начала, можно сохранить в одинаковом виде для всех ИСО, и дело свелось к установлению правил преобразования для количества теплоты, передаваемого системе, и температуры системы.

Выпишем оба начала термодинамики в «собственной» системе отсчёта К¢; это означает, что рассматриваемая термодинамическая система покоится в К¢. Система (тело) предполагается в состоянии термодинамического равновесия. Мы ограничимся устойчивыми состояниями и обратимыми переходами между равновесными состояниями.

Согласно первому началу полная энергия системы (тела) в К', которую мы обозначим через E', является однозначной функцией термодинамического состояния системы. Если система (тело) участвует в некотором процессе, вызывающем изменение состояния тела, то изменение энергии определяется выражением

DЕ¢ = DQ¢ + DA¢ (1)

где DQ¢ - количество теплоты, переданное системе в течение процесса, а DA' - механическая работа, совершенная над системой со стороны окружающих её тел. Разумеется, в работу механических сил может входить и работа сил электромагнитного поля, если такие силы действуют на систему. Подразумевается, что все величины, входящие в (1), измеряются в системе К¢.

Первое начало представляет собой закон сохранения энергии, и его общий вид целесообразно сохранить во всех ИСО. Поэтому в любой инерциальной системе должно быть справедливо равенство:

DЕ = DQ + DA (2)

Сразу отметим, что переход от (1) к (2) в значительной мере определён тем, что из релятивистской механики сплошных сред вытекают формулы преобразования для DЕ и DA, так что вопрос сведётся к определению преобразования для DQ.»

Здесь я прерву цитирование, чтобы прокомментировать вопрос и последнее замечание.

Естественно, сама постановка вопроса: - подчиняется ли термодинамика принципу относительности, или нет? – не лишена физического смысла. Скорее наоборот, преобразования, которые должны преобразовывать термодинамические процессы, должны подчиняться принципу относительности. И здесь нужно проверять не сам принцип относительности, а преобразования – соответствуют они принципу относительности или нет. Принцип относительности гласит: «Во всех инерциальных системах все физические процессы происходят одинаково!». Что значит «одинаково» - применительно к термодинамике? Это означает, что во всех ИСО должны действовать все законы термодинамики: это закон Бойля – Мариота, закон Гей-Люссака, закон Шарля. Численные значения всех констант термодинамики, таких как: универсальная газовая постоянная, постоянная Больцмана, Авогадро, коэффициент перевода тепла в механическую энергию Джоуля – во всех ИСО должны быть одинаковы. Вот с этих позиций мы должны и будем рассматривать преобразования Лоренца. Сохранение общего вида уравнений первого и второго начала термодинамики вообще не решают упомянутой задачи.

Что значит сохранить общий вид уравнений? Можно просто постулировать, как это сделано со скоростью света, что во всех ИСО общий вид уравнений одинаков. Но тогда не будет никакой разницы между покоящимися и движущимися ИСО.

Преобразования Лоренца требуют сокращения размеров движущихся тел в направлении движения. Это требование относится ко всем телам начиная от электрона и протона, и кончая молекулами и макротелами. Причём, поперечные размеры этих тел не должны меняться. Второе требование, вытекающее из преобразований Лоренца, это замедление времени в движущихся ИСО. Что такое – замедление времени? Это значит, что все взаимодействия между частицами в атомах и молекулах происходят в замедленном темпе. А что значит замедление темпа взаимодействия? Это может означать только одно: уменьшение силы взаимодействия между частицами. Эффект замедления времени вытекает из преобразований Лоренца и подтверждён, в отличие от первого, во многих опытах. Но на этом отличия между покоящимися и движущимися ИСО не кончаются. Механика Эйнштейна утверждает, что массы всех тел в движущихся ИСО увеличиваются пропорционально их скорости. Как всё это вместе отражается на термодинамических системах в движущихся ИСО? Как сохранить одинаковые численные значения одинаковых опытов? Проведём небольшое исследование.

2. Результат преобразования Планка и Хазенорля и его обсуждение

Сначала посмотрим на результаты Планка и Хазенорля и каким образом они решили поставленную себе задачу.

Здесь я остановлюсь на одном очень важном и принципиальном вопросе. Каким образом необходимо решать задачу?

Прежде всего её необходимо решить у себя, в покоящейся ИСО, поскольку мы имеем возможность всё измерить. Если мы рассматриваем цилиндр с поршнем, то мы измеряем давление, количество теплоты, температуру газа под поршнем, можем измерить работу, если перемещаем поршень. И только потом переходить к движущейся ИСО, определяя в какой пропорции к нашей находится тот или другой параметр формул в той ИСО. Так, чтобы численные значения одинаковых действий сохранились.

Планк, Хазенорль и Эйнштейн умнее нас, поэтому они поступили наоборот: этот цилиндр они поместили в движущуюся ИСО и затем, не зная как преобразовывать компоненты термодинамического состояния газа под поршнем «там», пытаются нас убедить, что так и должно быть. Это всё равно, что гланды надо удалять через задний проход. Причём их абсолютно не волнует получение численно одинаковых результатов одинаковых действий. Им главное сохранить общий вид уравнений. При этом термодинамика должна удовлетворять только преобразованиям Лоренца. Но преобразования Лоренца это лишь преобразования координат и времени. Зачем нам координаты в термодинамике, если давление газа и жидкости должно быть во все стороны одинаковым. Если повышение температуры газа на один градус должно приводить к повышению давления или объёма на 1/273 своей величины. И эти непреложные истины должны соблюдаться во всех ИСО.

2.1 Как Планк и Хазенорль решили поставленную задачу?

2.1.1. Второе начало термодинамики

Здесь я вновь начну с цитаты из В.А.Угарова:

«Прежде чем переходить к обсуждению второго начала, заметим, что из самых общих соображений энтропия системы должна быть инвариантом преобразований Лоренца. Что значит переход от одной ИСО к другой? В К' термодинамическая система покоится, относительно любой другой ИСО движется с постоянной скоростью. С точки зрения классической термодинамики переход от покоя к движению может быть произведен адиабатически (т.е. с бесконечно малым ускорением и без теплообмена); это означает, что внутреннее состояние системы при таком переходе не изменяется....Таким образом, можно написать

S = S’ »

Это утверждение было бы правильным, если бы не было сокращения объёма системы. Сокращение объёма системы, которое следует из преобразований Лоренца, меняет картину термодинамической системы. С ростом скорости системы молекулы должны превратиться в диски и их хаотическое движение во все стороны должно смениться колебаниями целых колонн, выстроеных в направлении движения. В качестве примера, наполним цилиндр шариками. Их давление на боковые стенки будет зависеть от толщины слоя, если считать от верха. Теперь поменяем шарики на пятаки, уложенные строго друг на друга. Их давление на боковые стенки станет равным нулю. То же самое должно происходить и в движущихся ИСО, если следовать преобразованиям Лоренца. Такая перегруппировка должна приводить к уменьшению энтропии, если следовать преобразованиям Лоренца.

Вернёмся немного назад и посмотрим на выражение: «из самых общих соображений энтропия системы должна быть инвариантом преобразований Лоренца.» Здесь уместно задать вопрос – каких преобразований? Инвариантами преобразований Лоренца являются скорость света и интервал. И у него есть формулы, пусть и неправильные, доказывающие, что эти величины не меняются при переходе от одной ИСО к другой. Написав, что S = S’, мы всего лишь делаем предположение, что так должно быть. Но это предположение абсолютно не связано с преобразованиями Лоренца, поскольку из его преобразований такого инвариата получить нельзя. Предположив, что S = S’, мы сразу получаем: P₀V₀/T = P’₀V’₀/T. Нам не надо ничего преобразовывать. Ничего не меняется.

Следовательно, энтропия системы никак не связана с преобразованиями Лоренца и не может быть инвариантом этих преобразований.

2.2. Однако вернёмся к Планку и Хазенорлю. Я не буду утомлять вас выводами и их рассуждениями, остановлюсь на конечной формуле для теплоты:

DQ = (DE’ - DA’)/Г = DQ’/Г (1) Г = 1/ B=v/c

Обратите внимание как написана эта формула. Вначале вычислили количество теплоты «там» и только потом определяется количество теплоты «здесь».

Из этой формулы преобразований следует: одна наша калория в Г раз меньше той калории, которая движется относительно нас. Следовательно, чтобы нагреть 1см³ воды там на 1°, необходимо затратить в Г раз больше тепла. А где его взять? Это влечёт за собой увеличение теплотворной способности всех химических реакций для получения тепла. Повидимому авторы, уверовав в правильности динамики А.Эйнштейна, рассуждали так: масса растёт с увеличением скорости в Г раз, следовательно, все реакции по выделению тепла должны выделять его больше в Г раз.

Рассмотрим следующую ситуацию, которая помогла мне доказать ошибочность преобразований Лоренца и механики Эйнштейна в теории относительности:

В последние годы среди научного мира утвердилась гипотеза о расширении вселенной и самые дальние галлактики удаляются от нас со скоростью 240000 км/сек. Для удобства вычислений добавлю к этой скорости ещё пару десятков тысяч, так, чтобы = 0,5. Для наблюдателей «там» мы удаляемся от них с этой скоростью. Возьмём деление урана «там»: масса атома урана «там», согласно утверждению Эйнштейна, вдвое больше нашей. Согласно первому постулату, наблюдатель «там» должен получить такое же численное значение энергии от деления, что и мы, т.е. порядка 200 Мэв на один атом. Другое значение явилось бы нарушением принципа относительности, поскольку мы имели бы показатель абсолютной скорости. Энергия деления урана состоит из кинетической энергии осколков и энергии гамма-кванта. Можно допустить что, масса атома урана «там» увеличилась вдвое, энергия деления также должна возрасти вдвое, вдвое должна возрасти и частота гамма-кванта. Каким образом наблюдатель «там» должен измерять энергию всех компонентов деления, чтобы общая энергия составила 200 Мэв? Допустим, что кинетическая энергия осколков численно одинакова, хотя это тоже под вопросом. А вот с частотой гамма-квантов ничего поделать нельзя, поскольку она всё равно должна быть вдвое больше. Уменьшение частоты компенсируется увеличением длительности секунды!

Итак, расчёт Планка-Хазенорля, основанный на преобразованиях Лоренца и динамике Эйнштейна, оказался неверным, поскольку приводит к нарушению самого принципа относительности.

Вернёмся к энтропии – второму началу термодинамики. Это термодинамическое состояние системы, когда тепло идёт от более нагретых тел к менее нагретым и никогда наоборот. Энтропия не имеет численного выражения и второе её определение – это стремление от порядка к беспорядку. Порядок – это когда молекулы газа в цилиндре все переместятся к днищу и поршень самопроизвольно опустится к днищу. Такое состояние считается самой низкой энтропией или самой маловероятной. Беспорядок – это наиболее вероятное состояние, когда молекулы газа в цилиндре заполняют объём равномерно. При этом считается, что изменение температуры, давления или объёма газа изменяют энтропию. Естественно, энтропия никак не может быть инвариантом преобразований Лоренца. У Лоренца только два инвариата: скорость света и интервал. Поэтому энтропию не преобразовывали, а приняли S = S’, вот и весь инвариат. И здесь возникает вопрос: как сохранить энтропию, если объём от скорости сокращается? В предельном случае поршень самопроизвольно достигает дна, поскольку молекулы газа должны превратиться в диски, не имеющие продольных размеров. Сам цилиндр должен превратиться в диск. Энтропия при этом должна стать самой низкой. Поэтому, если мы принимаем Лоренцево сокращение продольных размеров тел, то ни о каком равенстве энтропий речи быть не может.

Расчёт Мёллера

«Шестьдесят лет спустя развернулась оживлённая дискуссия вокруг выводов, предложенных Планком. Многим результат Планка показался ошибочным. Эта дискуссия очень поучительна. Поэтому полезно воспроизвести результаты Планка и Эйнштейна, затем вывести формулы, полученные другими авторами, и указать причину расхождения в результатах.» Цитата из В.А.Угарова.

Попытку улучшить результат Планка – Эйнштейна предпринял Мёллер. Он также анализировал цилиндр с поршнем, находящийся в термодинамическом равновесии, в движущейся ИСО. Его результат оказался прямопротивоположным результату Планка-Эйнштейна.

ΔQ = ГΔQ’ (2)

Из расчёта Мёллера следует: одна калория «там» в Г раз меньше одной калории «здесь». Чем объяснили такое расхождение в результатах Планка и Мёллера? А объяснили разным подходом Планка и Мёллера к вычислению импульса, приобретаемого системой за счёт работы механических сил. Приведу конечный результат этого анализа из В.А.Угарова: «Теперь уже совсем ясно, в чём различие между выражением для работы, полученным Мёллером:

ΔA_m = ГB²[Δ(p’β’) + ΔA’] = ΔJV,

И выражением для работы, полученным Планком и др.:

ΔA_p = ГB²[Δ(p’β’) + ΔE’] = ΔGV»

Эти выражения отличаются друг от друга только двумя компонентами: Мёллер использует в своём выражении ΔА', а Планк ΔЕ'.

Для полноты счастья я покажу, что эти выражения для работы абсолютно идентичны.

Расшифруем обозначения в этих формулах: Г = 1/; B = v/c ; p’- давление; β’- объём; A’- работа;

Е' – общая энергия термодинамической системы; V – скорость ИСО.

Теперь напишем формулу первого начала термодинамики:

ΔE’ = ΔQ’ + ΔA’

Эта формула однозначно утверждает: на сколько меняется ΔА', на столько же меняется и ΔЕ'. И поскольку в выражениях Мёллера и Планка используются приращения работы и энергии Δ, то по сути эти оба выражения идентичны. Ладно, если бы речь шла о каких-то там поправках в результатах Планка-Хазенорля. Но здесь получен прямопротивоположный результат. Однако, «корефаны» от физики не решились сделать окончательный выбор, кто же прав Планк или Мёллер.

В заключение этого обзора я приведу цитату из того же В.А.Угарова: «В результате дискуссий о формулах преобразования для температуры и количества теплоты выяснилось следующее. Сам по себе принцип относительности не приводит однозначно к понятию о температуре, отнесённой к произвольной системе отсчёта. Закон преобразования температуры зависит от того, какие соотношения термодинамики, справедливые в собственной системе отсчёта, сохраняются неизменными при преобразовании Лоренца. Кроме того, все приведенные соотношения относились к частному случаю однородного изотропного тела; в общем случае весь вопрос осложняется. Таким образом, формулы преобразования температуры и количества теплоты зависят от сделанных предположений.»

Не иначе, как полный крах потерпели попытки преобразовывать термодинамику с помощью преобразований Лоренца. Впечатляет последняя фраза: «Таким образом, формулы преобразования температуры и количества теплоты зависят от сделанных предположений.» Не чёткая зависимость, а кто какие предположения сочтёт нужными сделать.

Формулы новых преобразований в термодинамике

Формулы преобразований в термодинамике должны прежде всего подчиняться принципу относительности, а не преобразованиям, которые могут быть ошибочными. И сами преобразования, их правильность, должны соответствовать принципу относительности. Только после этого их можно считать правильными.

Что означает принцип относительности применительно к термодинамике? Это выполнение первого и второго начала термодинамики, выполнение всех газовых законов, получение одинаковых численных значений газовой постоянной, постоянной Больцмана, переводного коэффициента Джоуля.

Преобразования Лоренца дали нам только одно полезное и подтверждённое свойство движущихся инерциальных систем – эффект замедления времени. В остальном они наряду с динамикой Эйнштейна - ошибочны. Поэтому при рассмотрении вопросов термодинамики мы будем использовать только эффект замедления времени. Это единственное и достаточное условие для сохранения принципа относительности, когда не надо выдумывать никаких допущений.

Начнём с первого начала термодинамики. Энергия термодинамической системы Е, количество тепла Q, работа внешних сил A – имеют одну и ту же размерность работы г·см²/сек². Это упрощает нашу задачу, так как в эту размерность нужно поставить к каждому компоненту коэффициенты, зависящие от скорости ИСО. Твёрдо установленную зависимость от скорости ИСО имеет только один компонент - длительность секунды. Она в движущихся ИСО в Г раз длиннее, чем в покоящихся: t’ = Гt. Подставим этот коэффициент в размерность: г·см²/Г²сек².

Рассматривая размерность работы в движущейся ИСО А' - г·см²/Г²t², мы видим, что, если массу г и длину см оставить без коэффициентов, то принцип относительности не нарушается. Коэффициент Г в каждой ИСО равен единице, потому что каждый наблюдатель считает себя покоящимся, а остальных движущимися.

По аналогии можно было бы расставить коэффициент Г и к массе, и к длине, как того требует теория относительности. Ведь в ней масса увеличивается в Г раз, длина уменьшается в Г раз. Посмотрим, какая абракадабра получается: Гг·см²/Г⁴сек² = г·см²/Г³сек². Хотя Г в каждой ИСО равняется единице, размерность вроде соблюдается, меняется физический смысл происходящего. В своё время Лейбниц сказал: «При переходе от математики к физике требуется дополнительный принцип, а именно, принцип достаточного основания. По которому то или иное действие должно происходить именно таким, а не каким-либо другим образом.»

Выше мы рассмотрели пример деления атома урана в движущейся со скоростью 0,866с ИСО. Из-за того, что наблюдатель «там» примет массу атома урана за единицу, сама масса от этого не изменится и составит две единицы. К чему это приводит? К удвоению энергии гамма-кванта, т.е. к нарушению принципа относительности! Уже этот пример доказывает, что вывод Эйнштейна об увеличении массы от скорости является грубейшей ошибкой. Сюда следует добавить и аннигиляцию электрона с позитроном, которая также должна давать двойное увеличение частоты гамма-квантов.

В кинематике оптических явлений я привёл доказательство недопустимости сокращения размеров тел в направлении движения. Поэтому коэффициент Г к длине также ставить нельзя.

Таким образом, подстановка коэффициента Г к массе и к длине приводит к нарушению принципа относительности.

Теперь можно написать зависимости энергии, количества тепла, работы от скорости движения ИСО. Чем они отличаются от покоящихся ИСО?

Если в покоящейся ИСО энергия термодинамической системы Е, то в движущейся Е' = Е/Г², аналогично – Q’ = Q/Г², A’ = A/Г². Физический смысл коэффициента Г заключается в следующем: численно одинаковая работа выполняется в покоящейся ИСО за единицу времени, в движущейся – в Г² раз дольше. Заостряю внимание на слове «численно», потому что это не одна и та же работа. Для разъяснения сути вернёмся к примеру с распадом урана: массы осколков деления численно остаются одинаковыми во всех ИСО; наблюдатель в движущейся ИСО, измеряя скорость этих осколков, пользуется своим эталоном длины и своими часами. Так как размеры линейки от скорости не меняются, а длина секунды увеличивается, то измеряя скорость, он получит такое же численное значение скорости, что и в покоящейся ИСО. На самом деле скорость осколков у него будет в два раза меньше, но и длина секунды в два раза больше. Поэтому численное значение скорости сохраняется. Это сразу приводит к тому, что численное значение кинетической энергии осколков будет одним и тем же. Аналогично и с частотой гамма-кванта: она уменьшится в два раза, но из-за увеличения длительности секунды в два раза, численное значение частоты будет одинаковым. Следовательно, энергия деления атомов урана во всех ИСО будет иметь одно и то же значение – около 200 Мэв. Этот вывод относится и ко всем химическим и физическим процессам.

Таким образом, первое начало термодинамики сохраняет свой вид во всех ИСО и не только внешне, но и количественно.

ΔE’ = ΔQ’ + ΔA’

ΔE/Г² = ΔQ/Г² + ΔA/Г²

ΔЕ = ΔQ + ΔA

Таким образом, мы получили инвариантное выражение для первого начала термодинамики во всех движущихся и покоящихся ИСО.

Перейдём к рассмотрению микроскопической теории теплоты. Здесь я буду пользоваться книгой Дж.Б.Мэриона «Физика и физический мир».

Микроскопическая теория теплоты

Давление

«Если приложить силу F к плоской поверхности площадью А, то эта сила передаётся веществу, например, газу, находящемуся с противоположной стороны поверхности. При этом наиболее существенна не сама сила, а сила, приходящаяся на единицу площади поверхности, передающей действие силы на газ; эта величина называется давлением:

P = F/A»

Напишем размерность давления: г·см/сек²·см² = г/сек²·см. Это размерность давления в «покоящейся» ИСО. В «движущейся» ИСО она будет отличаться коэффициентом Г²:

г/Г²сек²·см.

Таким образом, давление в «движущейся» ИСО P’ = P/Г².

Численно одинаковое давление в «движущейся» ИСО на самом деле в Г² раз меньше, чем в «покоящейся». Почему так происходит? Массы молекул не меняются, молекулы газа уменьшают свою скорость в Г раз, число их соударений со стенкой сосуда также уменьшается в Г раз, но из-за увеличения длительности секунды, происходит выравнивание численного значения и скорости молекул, и числа соударений со стенкой. Равенство чисел не означает равенства самого давления, как это якобы вытекает из какого-то тензора!

В теории относительности любят щеголять тензорами, не вдаваясь в физическую суть описываемых явлений, считая их применение залогом непогрешимости самой теории. Но, тензорное исчисление есть всего лишь математический аппарат, который даёт правильные результаты только в случае правильной модели. В случае отсутствия таковой, из этих тензоров можно получить всё, что угодно.

Законы Бойля и Гей-Люссака

Дж.Б.Мэрион истинный англичанин, поэтому он не упоминает француза Мариотта в качестве соавтора закона Бойля – Мариотта, которые обнаружили, что объём газа, заключённого в цилиндрический сосуд, обратно пропорционален давлению, оказываемому на него поршнем, при условии, что температура газа не меняется. Более того, это правило соблюдается независимо от формы сосуда, площади поршня или природы газа.

PV = const (при Т = const)

Размерность выражения PV следующая: ( г/сек²·см)×см³ = г·см²/сек², т.е. размерность работы или энергии.

Позднее французские физики Шарль и Гей-Люссак открыли соотношение между температурой газа и занимаемым им объёмом (при постоянном давлении) и тем самым расширили закон Бойля. Найденное ими соотношение гласит, что объём газа пропорционален его температуре:

V/T = const (при P = const)

Здесь Т - абсолютная температура по шкале Кельвина.

Объединив оба закона, получили уравнение состояния идеального газа:

PV/T = R (для одного моля идеального газа)

R – константа, называемая универсальной газовой постоянной, не зависящая от конкретных свойств используемого газа.

Получилось следующее экспериментальное значение: R = 8,314·10⁷эрг/(моль·К). Основное свойство газовой постоянной: при изменении температуры на один градус меняется либо давление, либо объём на 1/273 своей величины, так, что R остаётся постоянной.

Все эти прописные истины я привёл с одной целью, чтобы перейти к преобразованию температуры в движущихся ИСО. Работу, энергию и теплоту мы преобразовали. Осталась температура. Дело в том, что температура, как таковая, в уравнении состояния идеального газа стоит «особняком». И хотя по утверждению Дж.Б.Мэриона: «Уравнение состояния идеального газа является одним из важнейших термодинамических соотношений. Оно связывает механические понятия давления и объёма с термодинамическим понятием температуры. В самом деле, уравнение состояния можно рассматривать как фундаментальное физическое определение температуры: T = nPV/R (n – число молей газа).» Всё было бы хорошо, если бы в R температура не входила. Тогда мы действительно имели бы независимое определение температуры. Как определили R? Взяли давление 760мм рт.ст., объём 22,4 литра, один моль газа. Всё это поместили в сосуд с тающим льдом, т.е. задали температуру 273˚К. Всё это перемножили, разделили и получили значение R.

Теперь представим себе, что вся эта установка по определению R медленно ускоряется до скорости v = 0,866c. Что произойдёт с нашим газом? Объём от скорости не меняется, число молекул в объёме не меняется, численное значение давления также сохраняется. Следовательно, произведение PV численно не меняется. Нам остаётся допустить только одно, что температура тающего льда имеет там такое же значение = 273˚К. И здесь нам на помощь придёт рассуждение из В.А.Угарова: « Термодинамическую систему можно разгонять без теплообмена (адиабатически) с бесконечно малым ускорением. Тогда её состояние не должно измениться.» Т.е. закон Шарля и Гей-Люссака в движущихся ИСО соблюдается. Тогда численное значение R и постоянной Больцмана k также от скорости не меняются. А если равны числа, то и энтропия системы также не меняется, т.е. S = S’. Вот, собственно, и вся релятивистская термодинамика.

Такое упрощённое рассмотрение проблемы было бы не полным, если мы не ответим на вопрос: что и как всё же меняется от скорости ИСО?

Что меняется от скорости ИСО

Главное, что меняется, это скорость света. Скорость света определяет ритм времени, т.е. длительность секунды. Каждый наблюдатель считает себя покоящимся и определяя скорость света находит, что она у него по всем направлениям равна с. У всех остальных, движущихся относительно него, скорость света равна с, В = v/c. Движущийся наблюдатель определяет скорость света как путь, делённый на время, т.е. l/Гt = c/Г. Поскольку Г присутствует в обеих знаменателях равенства, численное значение скорости света во всех ИСО будет одинаковым, т.е. численное значение скорости света является инвариантной величиной. Длина линейки как произведение скорости света на время во всех ИСО будет одинаковой. Никакого сокращения в природе нет! Эталон метра как определённое количество длин волн криптона во всех ИСО одинаков не только численно, но и абсолютно. Меняется скорость света – меняется частота! Длина волны остаётся постоянной. Поперечный эффект Доплера даёт наглядную картину изменения частоты от скорости ИСО. И эта картина показывает, что частота уменьшается! Я не случайно выделил эту фразу. Частота определяет энергию кванта. С ростом скорости ИСО эта энергия уменьшается. Это доказанный в опытах факт. Частота уменьшается, но её уменьшение компенсируется увеличением длительности секунды. Поэтому для наблюдателя в движущейся ИСО численное значение частоты какого-то перехода атома остаётся таким же, что и у покоящегося наблюдателя. Таким образом, численное значение энергии сохраняется, но не сама энергия. Энергия излучения из ИСО в окружающую среду уменьшается.!

Одинаковость численных значений всех мировых констант не даёт возможности определить состояние движения внутри ИСО ни практически, ни теоретически, не выглядывая наружу. В этом и заключается принцип относительности.

Поэтому преобразования должны быть направлены именно на получение численно одинаковых результатов. А для этого мало сказать, что результаты во всех ИСО должны быть одинаковы. Необходимо ещё, чтобы преобразования позволяли это делать. Тогда не надо об этом и говорить.

Отбросив эфир, как не нужную субстанцию, Эйнштейн оставил в качестве основных преобразований преобразования Лоренца. Преобразования Лоренца основаны на продольном сокращении размеров тел в направлении движения и абсолютности скорости света. Если откинуть продольное сокращение, то опыт Майкельсона должен дать положительный результат! Если оставляем размеры тел неизменными, тогда скорость света должна быть относительна! В этом случае при полном увлечении опыт Майкельсона даёт отрицательный результат!

Таким образом, без продольного сокращения преобразования Лоренца теряют всякий смысл. И какими постулатами их не снабжай, они приводят к нарушению принципа относительности. Перейдём к массе.

Зависимость массы от скорости

Исследование быстрых электронов, получаемых в результате ß-распада некоторых атомов, показало, что их масса превышает значение массы, если вычислять её по формулам Ньютоновской механики. Отсюда Эйнштейн сделал вывод, что масса растёт с ростом скорости. Естественно, для сохранения величины ускорения, на тело должна действовать всё возрастающая сила. Увеличение массы он подкрепил следующим рассуждением: постоянная сила, хотя бы и маленькая, за длительный промежуток времени может сообщить телу скорость превышающую скорость света с. Что не допустимо! Рост массы при постоянной силе делает невозможным получение такой скорости. Конечно, такое рассуждение имело бы смысл, если бы в природе такие силы были! Теория относительности утверждает: все взаимодействия между частицами в телах происходят со скоростью света. Это требование относится к электрическим и магнитным полям. Более того, Эйнштейн распространил его и на гравитационные поля. Это означает, что на электрон или протон электрическое или магнитное поле действуют как ветер на парусник. Парусник не может двигаться быстрее ветра, поскольку при равенстве скоростей сила действия ветра на парус равна нулю, равно нулю и ускорение. Аналогично и электрическое и магнитное поля действуют на заряженное тело. При приближении скорости тела к скорости света ускоряющая сила стремится к нулю, какой бы по величине эта сила не была! Этот очевидный факт нельзя отрицать, не отвергая саму теорию. Однако господа релятивисты с упорством продолжают доказывать недоказуемое. Вот что по этому поводу говорит Дж.Б.Мэрион: «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЛЯТИВИСТСКОГО ВОЗРАСТАНИЯ МАССЫ. Существуют два способа проиллюстрировать чрезвычайно наглядным путём справедливость формулы теории относительности для возрастания массы. В первом из них рассматривается частица, скажем электрон, проходящая некоторую разность потенциалов и приобретающая высокую скорость. Если эту частицу пропустить через магнитное поле, то обнаруживается, что радиус её траектории больше вычисленного по простой формуле Ньютоновской динамики, если под массой понимать её значение m₀. Поэтому измерения радиуса траектории можно использовать для определения массы частицы. Результаты измерений, выполненных таким методом, показали, что теоретические предсказания и экспериментальные результаты находятся в прекрасном согласии.» Здесь я прервал цитату, чтобы обсудить этот метод и результаты экспериментов. Во-первых, противоречат ли эти результаты нашему утверждению о конечности силы? Нет, не противоречат, а всего лишь подтверждают его. Чем больше скорость частицы, тем меньше отклоняющая сила воздействует на частицу. Ньютон не имел дело с такими скоростями, поэтому он и не рассматривал конечность силы. И тот факт, что эта сила убывает по закону F, вовсе не говорит об увеличении массы. По этому закону уменьшается скорость света. Для электрона или протона это означает, что сила взаимодействия с другим полем уменьшается как если бы заряд частицы уменьшался бы по этому закону. Величина заряда при этом не меняется. Меняется радиус действия этого заряда. Таким образом, причина отклонения траектории частицы от ньютоновской заключается не в увеличении массы, а в конечности величины силы, действующей на частицу. Рассмотрим второй способ.

«Чтобы познакомиться со вторым способом, рассмотрим упругое столкновение между движущейся и такой же покоящейся частицами. Мы знаем, что согласно ньютоновской динамике, векторы скоростей обеих частиц после столкновения должны быть направлены под прямым углом друг к другу. Однако, когда были исследованы столкновения быстрых электронов или протонов с покоящимися электронами или протонами, выяснилось, что углы между векторами их скоростей после столкновения меньше 90°. Это свидетельствует о том, что налетающая частица имеет большую массу, чем частица-мишень.» Этот вывод требует детального рассмотрения. Автор считает, что сталкивающиеся частицы подобны биллиардным шарам, которые действительно при соударении разлетаются под прямым углом. Автор считает, что уменьшение угла разлёта происходит только вследствие увеличения массы налетающей частицы. Чтобы развеять это заблуждение, достаточно взять два шара одинакового диаметра, например, биллиардный шар и стальной. Массы их будут отличаться в три раза. Ударим тяжёлым шаром по лёгкому. Угол разлёта так и останется 90°. Ударим лёгким по тяжёлому – будет то же самое. Следовательно, причина уменьшения угла разлёта кроется совсем в другом. Для иллюстрации этой причины возьмите два футбольных мяча. Один нормально накачанный и второй послабее. Ударьте слабым по первому и вы убедитесь, что угол разлёта будет меньше 90°. Так вот, быстрая налетающая частица приобретает свойства слабонакачанного мяча. Столкновение частиц происходит на уровне электрических полей отталкивания. Если взять кулоновское поле покоящейся частицы на расстоянии r₀ от центра, то у быстролетящей частицы такое же по величине поле будет на расстоянии r₀ . И если взять поля одинакового радиуса, то налетающая частица и будет как раз слабонакачанным мячём.

Таким образом, наглядная иллюстрация зависимости массы от скорости, а вернее релятивистского возрастания массы, экспериментами не подтверждается! Более того, она противоречит принципу относительности. Принцип относительности говорит нам, что во всех ИСО массы электрона, протона, нейтрона и всех атомов менделеевской таблицы должны быть одинаковыми. Это означает, что один литр воды во всех ИСО должен весить 1 килограмм, один метр как определённое количество длин волн криптона во всех ИСО должен быть одинаковым. У нас есть только одна относительная величина – это длительность секунды.

Проведём мысленный эксперимент. Соорудим небольшую экспериментальную установку, состоящую из плоского стола, пружины с регулируемой степенью сжатия и шарика массой в один килограмм. Разумеется, что силы пружины достаточно для того, чтобы после отпускания пружины, шарик прокатывался по столу длиной 1 метр за одну секунду. После того, как мы отрегулируем степень сжатия пружины и шарик будет кататься с нужной скоростью, измерим время рассжатия пружины без шарика. Это время нам тоже понадобится. Разумеется, что мы для этих измерений используем фотодатчики и хорошие электронные часы. Установка поворотная с возможностью изменения ориентации направления относительно движения. Перенесём нашу установку в ИСО, движущуюся со скоростью 0,866с. Мы знаем, что длительность секунды «там» в два раза больше нашей. Однако, наблюдатель «там» считает, что длительность секунды у него нормальная. Прежде всего наблюдатель «там» должен измерить массу шарика и убедиться, что она равна массе 1 литра воды. Затем он начнёт измерение импульса шарика. Согласно принципу относительности он должен получить ту же скорость шарика, что и в покоящейся ИСО, т.е. 1метр за 1 секунду. Но!- за свою секунду. Причём, эта скорость должна быть одинаковой по всем направлениям! Мы, находясь в покоящейся ИСО, знаем, что «там» всё происходит в замедленном темпе. Скорость раccжатия пружины (или её упругость) должна быть в два раза меньшей, чем у нас. Согласно механике Эйнштейна масса всего относящегося к ИСО, движущейся со скоростью 0,866с, должна увеличиться вдвое. Это и масса пружины, и масса шарика.

Теперь мы немного порассуждаем. Если мы оставим массу шарика «там» неизменной, а силу пружины уменьшим вдвое, так как скорость раccжатия её уменьшилась вдвое, то и скорость шарика получим вдвое меньшую. Удовлетворяет такое условие принципу относительности для наблюдателя «там»? Удовлетворяет! Секунда у него в два раза длиннее, поэтому он получит скорость в два раза большую, чем мы. Т.е. 1 метр за 1 свою секунду. Увеличим массу шарика вдвое. Тогда мы должны силу пружины оставить без изменения. Только при этом условии шарик «там» пройдёт 1 метр за 1 секунду. Что такое оставить силу пружины без изменения? Тогда пружина должна раccжиматься без шарика в два раза быстрее по часам «тамошнего» наблюдателя. Парадокс здесь следующий. Твёрдые тела, их физические и механические свойства целиком зависят от электрических сил взаимодействия между атомами и молекулами. Скорость взаимодействия этих сил принято считать равной скорости света. При приближении скорости тела к скорости света сила взаимодействия между атомами и молекулами падает за счёт уменьшения скорости света и, следовательно, всех электрических сил. Эйнштейн сказал, что во всех ИСО скорость света не меняется и равна с. И эту глупость нам вдалбливают на протяжении целого столетия под соусом гениального творения Эйнштейна. Взгляните на описание опыта Майкельсона. Когда Лоренц сократил продольные размеры тел, чего он достиг? Он всего-лишь уравнял времена движения света туда и обратно в продольном и поперечном направлении. Но в поперечном направлении скорость света относительна, относительна она и в продольном направлении. Поскольку электрические силы взаимодействия основаны на принципе «послал сигнал – получил обратно», то мы вынуждены признать следующее: электрические силы взаимодействия между атомами и молекулами в телах с ростом скорости тел уменьшаются. Следовательно, и механические свойства тел изменяются в ту же сторону. Следовательно, упругость пружины никак не может оставаться постоянной.

Главная страница

Л и т е р а т у р а

1. В.А Угаров «Специальная теория относительности»

Москва, Изд. «Наука», 1969 г.

2. «Эйнштейновский сборник» 1978 - 1979 г.

Москва, Изд. «Наука», 1983 г.

3. Л. Бриллюэн «Новый взгляд на теорию относительности»

Москва, Изд. «Мир», 1972 г.

4. «Таблицы физических величин» Справочник под редакцией И.К.Кикоина, Москва «Атомиздат» 1976 г.

5. Дж.Б.Мэрион «Физика и физический мир»

Изд. «Мир» М, 1975 г.