Термодинамика эфира

Светлой памяти моей дочери Анастасии посвящаю

Истинное знание есть знание причин.

Френсис Бэкон

Принимая за факт [1] наличие во Вселенной эфира - единой квазиизотропной, несжимаемой и упругой среды, являющейся исходной материей - носителем всей энергии, всех процессов, происходящих во Вселенной, и беря за основу представлений о нем рабочие модели [2,3,4], представляющие его в виде двухкомпонентной среды - корпускулярного и фазового, рассмотрим некоторые термодинамические эффекты, характеризующие внутреннее состояние эфира и движение его частиц.

Понятие температуры

При статистическом изучении теплового хаотического движения частиц материи, представляющего собой форму кинетической энергии в микромасштабе, мы обращаемся к понятию температуры, являющейся наиболее доступной для измерения и исследования характеристикой такого движения.

Понятие температуры является основополагающим в термодинамике благодаря его инвариантности по отношению к конкретным формам материи, позволяющей исследовать энергетику этих форм, сравнивать их термодинамические параметры и получать информацию о свойствах этих форм материи даже если они недоступны прямому наблюдению.

В то время как энергия и энтропия являются распределенными и аддитивными характеристиками материи, температура является точечным локальным параметром, характеризующим интенсивность энергоинформационного обмена в данной точке [5]:

T = dQ/dS  [J/nit] = dQ/kdS [^oK],

где dQ – приращение тепловой энергии [J];

       dS – приращение энтропии [nit].

       k – постоянная Больцмана, коэффициент пересчета температуры из [J/nit] в градусы Кельвина, 1 ^oK = 1.38∙10^-23 [J/nit] = 2.0∙10^-23 [J/bit].

В свою очередь тепловая энергия как кинетическая энергия частиц определяется общей формулой

Q = S m_iV_i²/2  [J],

где m_i – масса i - той частицы;

       V_i – скорость i - той частицы.

Энтропия этого же множества частиц определяется выражением

S = - S p_j ln p_j [nit] = - S p_j log₂p_j [bit], S p_j = 1,

где p_j – вероятность j-того состояния системы частиц.

Так как частицы материи могут быть совершенно различной  массы, а при их столкновениях выполняются законы сохранения количества движения и энергии, то одинаковой температуре соответствуют совершенно различные скорости частиц.

Масса электрона на четыре порядка меньше массы молекулы, эффективная масса фотонов (hn/c²) обычно на много порядков меньше массы электрона, а присоединенная масса частиц эфира - много порядков меньше эффективной массы фотонов. Такая разница влечет за собой явление существования различных и существующих в одном и том же месте температур: температуры вещества, температуры электронов, температуры излучения, температуры эфира. Только по прошествии значительного времени эти температуры могут уравновеситься в результате энергоинформационного обмена.

В результате термодинамического взаимодействия все виды материи обмениваются кинетической энергией частиц и энтропией. Термодинамические параметры вещества, электронов и электромагнитного поля физики измеряют без проблем. Можно ли измерить те же параметры эфира? Покажем, что  это возможно.

Температура корпускулярного эфира

Корпускулярный эфир, также как и другие виды материи, образованные им, находится в термодинамическом равновесии с электромагнитным излучением. Как показано в [1], он поглощает излучение звезд и является источником чернотельного излучения, спектр которого соответствует 2.723 ±0.003 ^oK.

История попыток измерения температуры эфира имеет столетнюю давность. Самое первое прецизионное измерение, насколько это известно автору, было сделано профессором Эрихом Регенером (Штуттгарт, Германия) в 1933 году [6]. Полученное им значение 2.8 ^oK практически совпадает с современным значением, полученным с помощью дорогостоящей электронной и космической аппаратуры.

Согласно закону смещения Вина длина волны максимума энергии чернотельного излучения корпускулярного эфира равна

λ = b / T = 0.002878 / 2.723 = 1.057∙10^-3  [m]                                  (1)

Излучательная способность эфира при его температуре 2.723 ^oK очень низка. Как определено в [1] постоянная Хаббла есть коэффициент затухания электромагнитного излучения в эфире и  соответственно коэффициент его излучательной способности (закон Кирхгофа). Энергия кванта

W_q = hν = hν_o e ^{–H t} ,  [J]                                                                   (2)

где h – постоянная Планка,

       ν_o– частота излученного кванта,

       ν – частота принятого кванта,

       H – постоянная Хаббла (коэффициент поглощения эфира),

       t = R/c - время между излучением и приемом на расстоянии R.

Отсюда интенсивность поглощения света в эфире

dW_q /dt = Hhν, [J/s]                                                                   (3)

Величина 1/H = 13.5 ·10⁹ лет является временем затухания кванта в e раз. Таким образом термодинамическое равновесие между излучением и эфиром в обычных условиях устанавливается миллиарды лет.

Энергия кванта (2) представляет собой две в среднем равных друг другу в пустом эфире компоненты

W_q = ε_oE²/2+ μ_oH²/2 ,  [J]                                                                   (4)

где ε_o – диэлектрическая проницаемость эфира, 8.8542∙10^-12  [F/m],

      μ_o – магнитная проницаемость эфира, 4π ∙10^-7  [H/m],

       E – напряженность электрического поля кванта [V/m],

       H – напряженность магнитного поля кванта [A/m].

В то время как электрическая компонента является формой потенциальной энергии эфира, магнитная компонента представляет собой кинетическую энергию. Именно последнюю можно ассоциировать с тепловой энергией эфира, излучающего эти кванты.

Для длины волны (1) эта энергия будет равна

W_k = hc / 2λ  = 9.3989∙10^-23 [J]                                                     (5)

где c – скорость света в эфире.

Представляя равновесное излучение эфира как фотонный бозе-газ, можно определить тепловую энергию кванта из той же температуры

Q = nkT / 2  = 5 ∙1.38066∙10^-23 ∙2.723 / 2 = 9.3989∙10^-23 [J],                                 (6)

где n = 5 – число степеней свободы фотонного бозе-газа,

      k – постоянная Больцмана,

      T – температура.

Таким образом, как из спектра чернотельного излучения, так и из тепловой энергии  получается одна и та же величина, характеризующая кинетическую энергию корпускулярного эфира для межзвездного пространства.

Эфирные домены

Потенциальная энергия корпускулярного эфира определяется его гравитационным потенциалом φ = c². Таким образом скорость света является квантовой скоростью элементов корпускулярного эфира, то есть ее значения могут быть только вблизи 0 и c. Подставляя значения (5) или (6) в формулу кинетической энергии для массы, можно получить эффективную массу элементарного объема корпускулярного эфира, который ведет себя как целое, колеблясь относительно смежных объемов со скоростью c

W_k = m_d c² / 2 = 9.3989∙10^-23 [J],  m_d  = 2.092∙10^-39 [kg],                                 (6)

Этот объем корпускулярного эфира назовем эфирным доменом. Попробуем определить его размер и свойства.

 Ранее [2] автором был найден фиктивный модуль Юнга для корпускулярного эфира E_o = 7.5983∙10¹⁷ [kg/ms²]. Зная, что корпускулярный эфир в обычном состоянии является жидкокристаллической анизотропной средой, имеющей коэффициент Пуассона μ=0.5, используя значение модуля Юнга можно найти модуль сдвига для быстрых движений в корпускулярном эфире

G = E_o / 2(1+ μ) = 2.533∙10¹⁷ [kg/ms²].

Отсюда легко найти плотность эфира, определяемую инерционными свойствами этой среды

ρ = G / c² = 2.818 [kg/m³].

Зная плотность и считая, что эффективная масса эфирного домена (6) на самом деле является присоединенной массой его объема, можно найти полупериметр последнего и его эффективный радиус соответственно [7]

πR_d = ³√(3m_d /2πρ)                                                         (7)

Для спокойного эфира, то есть в условиях пустого пространства радиус домена равен

R_d = 2.253∙10^-14 [m],

что составляет около 8 классических радиусов электрона.

Имея своеобразную оболочку из подвижных частиц фазового эфира, включающую квантовые электрические диполи «позитрино» и «негатрино», описанные в [3], эфирный домен является легко электрически поляризуемым, подобно доменам сегнетоэлектриков. Состоя из амеров, являющихся идеальными волчками, о которых более столетия назад писал лорд Кельвин,  эфирный домен подобен домену ферромагнетика.

Эти свойства создают условия для существования электромагнитной волны в эфире, где его диэлектрическая ε и магнитная μ проницаемости есть погонные емкость [F/m] и погонная индуктивность [H/m], которые определяются свойствами доменов, подобных LC-ячейкам электрической линии задержки, показанной на рисунке 1.

Рис. 1. Электрическая модель среды эфирных доменов.

 Соответственно этому скорость распространения волны в эфире определяется

c = 1 / √(ε_o μ_o) [m/s]

где ε_o = 1 / (R_w c),  μ_o = R_w /c ,

     R_w = 376.730 [Ом] – волновое сопротивление эфира.

Последняя величина, незаслуженно забытая физиками-теоретиками, является одной из немногих действительно фундаментальных величин, определяющих лик Вселенной.

В связи с изложенным становится ясно, что если размеры эфирных доменов по каким-либо причинам  изменяются, то изменяется локальная скорость света. В числе этих причин могут быть как термодинамическая – изменение температуры корпускулярного эфира, так и пондеромоторная – изменение формы и ориентации доменов.

Для того, чтобы читателю было понятно дальнейшее изложение термодинамики эфира остановимся на фундаментальных физических величинах, где наведем частичный порядок после столетней мистификации в физике.

Фундаментальные константы Вселенной

Действительно фундаментальных констант совсем мало. Кроме рассмотренных модуля Юнга эфира E_o и волнового сопротивления R_w атором использовались следующие независимые константы, которые не меняются во времени и пространстве.

1.         Постоянная Хаббла H = 73.2 ±0.7[km/s Mps], найденная по красному смещению удаленных объектов внегалактической астрономии, и обратная ей константа Анастасии A = 13.36 ±0.13[млрд. лет], найденная автором в работе [4] из результатов обработки гравитационных вариаций на поверхности Земли без использования данных дальней астрономии. Эти константы определяют постоянную времени корпускулярного эфира в абсолютном, равномерно текущем, одномерном времени Вселенной, скорость установления термодинамического равновесия в эфире.

2.         Скорость света в отсутствии гравитационного поля c_o = 299792963 ±10[m/s]. Определена автором в работе [2], превышает скорость света в вакууме на поверхности Земли на 507 ±10[m/s]. Является квадратным корнем гравитационного и, следовательно, энергетического потенциала корпускулярного эфира Вселенной. Эту константу нельзя путать с локальной скоростью света, которая, как показано многочисленными экспериментами в специальных средах может изменяться от единиц [m/s] до многих миллионов [m/s].

3.         Радус амера – элемента корпускулярного эфира R_a = 1.61606∙10^-35 [m], найденного автором в работе [3], соответствующего фундаментальной длине Планка.

4.         Масса Планка - эффективная (энергетическая) масса амера, m_a=2.17673∙10^-8 [kg].

Из этих констант можно вывести следующие, зависимые от них, но также независимые от времени и пространства фундаментальные физические константы.

1. Энергия амера E_a = m_a c_o² = 1.95635∙10⁹ [J]. Эта энергия определяет плотность потенциальной энергии корпускулярного эфира на единицу объема

                                         D_e = 3E_a / 4πR_a³ = 1.11066∙10¹¹³ [J/m³].

2. Гравитационный потенциал корпускулярного эфира, описанный в [2,3,4], определяющий свойства гравитационного поля

φ_o = c_o² = E_a / m_a  = 8.98758∙10¹⁶ [J/kg], [m²/s²].

3. Энергетический момент эфира E_h = E_a R_a = 3.16159∙10^-26 [J m], характеризующий квантово-динамические свойства эфира, и в отличие от постоянной Планка, не зависящий от локальной скорости света.

4. Гравитационный момент h_o = m_a R_a = 3.51773∙10^-43 [kg m], определяющий квантовые взаимодействия, не зависящий в отличие от постоянной Планка от локальной скорости света.

5. Гравитационная проницаемость эфира γ_o = m_a /R_a = 1.34693∙10²⁷ [kg/m], определяющая макроскопическое гравитационное взаимодействие, не зависящее локальной скорости света в отличие от гравитационной постоянной Ньютона.

6. Предельная температура эфира T_k = E_a /k = 1.41697∙10³² [^oK], где k – постоянная Больцмана, введенная Планком и имеющая смысл лишь пересчетного коэффициента термодинамической температуры [J/nit] в  градусы Кельвина. Этой температуры корпускулярный эфир достигает, когда его домены полностью разрушатся и каждый амер будет двигаться свободно.

7. Динамическая плотность эфира ρ = E_o / 3φ_o = 2.818 [kg/m³] – величина, определяющая инерционные свойства корпускулярного эфира при движении в нем частиц со скоростями, соизмеримыми со скоростью света.

8. Постоянная излучения Стефана-Больцмана

a = π² k⁴ / 15E_h³ = 7.56558∙10^-16 [J / m^{3 o}K⁴].

Термодинамическая модель эфира

Большинство других «физических констант» являются зависимыми от локальной температуры эфира, возрастание которой ведет к «разжижению» эфира, уменьшению размеров эфирных доменов и, соответственно увеличению локальной скорости распространения света.

Рассмотрим подробнее термодинамические явления в эфире и их влияние на «старые» физические константы.

В предыдущих работах автора [2,3,4] рассматривалась рабочая модель эфира, состоящая из одинаковых элементов – амеров и двух компонент его среды:

-                      корпускулярного эфира, псевдо-жидкой, практически неподвижной  среды, состоящей из амеров;

-                      фазового эфира, псевдо-газа, состоящего из «вакансий» корпускулярного эфира, непрозрачных для электромагнитных волн и являющихся заторможенными до второй космической скорости гравитонами.

Теперь, в свете квантовой термодинамики, можно уточнить эту модель, еще более ее упростив. Для этого введем следующий постулат, вытекающий из правильности предыдущего вычисления температуры эфира (космической фоновой радиации).

Постулат квантовой скорости эфира.

Для элементов эфира существует только 2 значения скорости: ноль и локальная скорость света. То есть скорость амеров есть квантовая величина.

В случае справедливости данного постулата отпадает необходимость в физическом наличии «вакансий» фазового эфира как иной физической сущности, нежели амеры корпускулярного эфира. Понятие «вакансия фазового эфира» может использоваться далее как синоним амеров, движущихся по поверхностям эфирных доменов со скоростью света.

Движение потоков фазового эфира от одного небесного тела к другому со скоростью порядка второй космической для локальной гравитационной ямы есть не что иное, как перераспределение движущихся амеров между эфирными доменами под воздействием гравитационных сил. При этом их индивидуальная скорость остается равной скорости света.

Таким образом, коррекция  рабочей модели эфира будет следующей.

Эфир представляет собой идентичные квантовые частицы - амеры двух скоростей: нулевой и скорости света. При этом можно выделить следующие типы его состояний:

-                корпускулярный эфир, представляющий собой сверхтекучую псевдо-жидкость, собранную в отдельные домены и практически неподвижную;

-                фазовый эфир, представляющий собой амеры световой скорости, движущиеся по границам доменов корпускулярного эфира, являющийся разделителем доменов;

-                гравитоны – амеры, движущиеся через эфир радиально от гравитирующих тел, независимо от границ  доменов.

Термодинамика эфирных доменов

Так как в равновесном состоянии тепловая энергия эфира пропорциональна объемной энергии излучения

ρ c_t² ~ aT ⁴ ,

где ρ – независящая от температуры динамическая плотность эфира;

     c_t  - локальная скорость света при температуре эфира T,

    a – постоянная Стефана-Больцмана.

то локальная скорость света зависит от температуры эфира квадратично.

Таким образом, все физические «константы», зависящие от локальной скорости света зависят от температуры эфира в соответствующей степени. На физическом уровне это легко объяснимо изменением свойств эфира как среды, несущей и формирующей все физические процессы.

С повышением температуры, как видно из (6) и (7), а также из приведенной электрической модели доменной структуры эфира, размеры доменов, являющихся носителями поляризационных свойств эфира, уменьшаются, и соответственно этому увеличивается локальная скорость света для нагретой области эфира

R_d(t) = R_do T_o/T .

где R_do – радиус домена для температуры космоса T_o = 2.723 ^oK,

      T – локальная температура эфира.

Соответственно этому погонные емкость и индуктивность эфира, то есть диэлектрическая и магнитная проницаемости уменьшаются квадратично от роста температуры эфира.

Термодинамически зависимые физические константы

В связи с изложенным следующие физические константы, зависящие от локальной скорости света, то есть от температуры эфира, не являются постоянными в условиях отличных от космического вакуума.

1.      Локальная скорость света  c_t  = c_o (T/T_o)² [m/s].

2.      Постоянная Планка h_t = 2π h_o c_t ;  h_t=2.7 = 6.62619∙10^-34 [J s].

3.      Гравитационная постоянная Ньютона γ_t = c_t²/γ_o; γ_t=2.7 = 6.6726∙10^-11 [m³ kg^-1 s^-2].

4.      Диэлектрическая проницаемость эфира ε_t  = ε_o (T_o/T)² [F/m].

5.      Магнитная проницаемость эфира μ_t  = μ_o(T_o/T)² [H/m].

6.      Локальный модуль Юнга эфира E_t = Eo (T/T_o)⁴  [kg/ms²].

7.      Локальный динамический модуль сдвига эфира G_t = Go (T/T_o)⁴  [kg/ms²].

Экспериментальные подтверждения термодинамической модели эфира

Как уже было написано в начале, температура эфира практически не зависит от температуры молекул вещества в связи с большим различием размеров амера и молекулы. Однако эфирный домен соизмерим по размерам с электроном. Поэтому, воздействуя на домены с помощью электронов можно изменить локальную температуру эфира. Это облегчается тем, что эфирные домены поляризуемы подобно доменам сегнетоэлектриков и  магнитовосприимчивы подобно доменам ферромагнетиков.

Четыре десятилетия физикам-лазерщикам известен факт превышения скорости света в активных средах – в объеме оптически активного вещества, электронные оболочки которого подвергнуты «накачке» энергией стороннего источника света [8].

При этом возникает инверсия населенности электронных уровней, то есть создается термодинамически неравновесное состояние, соответствующее запредельным значениям температуры электронов. Это состояние приводит к активному нагреванию эфира в межоболочечном пространстве атомов, то есть разрушению эфирных доменов.

В результате этого падают электрическая и магнитная проницаемости эфира, окружающего атомы. Последнее ведет к соответствующему возрастанию локальной скорости света.

Для примера рассмотрим известный опыт Вонга-Кузмича-Догарью [9], в котором была достигнута групповая (корпускулярная) скорость 310 c_o . Согласно предлагаемой теории эфира это соответствует нагреву эфира по трассе луча до температуры

T = To√310 = 50 ^oK.

Иная картина наблюдается при магнитном охлаждении вещества, когда электроны нулевого импульса способствуют охлаждению эфира. Рассмотрим известный эксперимент Хо-Харриса-Даттона-Бехрузи [10], в котором групповая (корпускулярная) скорость света, пропускаемого через бозе-конденсат, падала до значения 17 [m/s]. Температура эфира в этом случае равна

T = To√ (17/c_o ) = 0.00065 ^oK.

Выводы

Экспериментально доказанная автором в [1] несостоятельность релятивистских взглядов на природу космоса, разработанная рабочая модель эфира и гравитационного взаимодействия в нем [2] позволили пролить свет на природу материи [3] и объяснить необъяснимые до тех пор явления гравитационных вариаций [4].

Подготовленный теоретический базис позволил развить в настоящей работе рабочую модель эфира до возможности применения термодинамики в теории эфира.

Предлагаемая термодинамическая модель эфира позволяет объяснить эксперименты, выявившие изменение групповой скорости света как в большую, так и в меньшую от обычной сторону.

Выявлены настоящие фундаментальные физические константы, свойтвенные Вселенной. Определены рамки применимости существующих физических констант.

Определена потенциальная энергия эфира, величина которой не оставляет сомнений в том, что все вещественные физические процессы являются лишь ничтожной пеной на поверхности этого океана.

Ссылки

1.      Хайдаров К.А. Вечная Вселенная. - Боровое, 2003.

2.      Хайдаров К.А. Гравитирующий эфир. - Боровое, 2003.

3.      Хайдаров К.А. Эфир светоносный. - Боровое, 2003.

4.      Хайдаров К.А. Дыхание эфира. - Боровое, 2003.

5.      Смородинский Я.А. Температура. – Москва, Наука, 1981, 159 с.

6.      Assis A.K.T., Neves M.C.D. History of the 2.7 K Temperature Prior to Penzias and Wilson, - Apeiron V2, N3, July 1995.

7.      Риман И.С., Крепс Р.Л. Присоединенные массы тел различной формы, Москва, 1947.

8.      Басов Н. Г., Амбарцумян Р. В., Зуев В. С., и др. ЖЭТФ, 50, 23, 1, 1966.

9.      Wang L.J., Kuzmich A., Dogariu A. Gain-assisted superluminal light propagation. –Nature, 406, 277 – 279,  2000.

10.  Hau L. V., Harris S. E., Dutton Z., Behroozi C. H. Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas. – Nature, 18, Vol. 397, 1999.