Сопряженное кратковременное выделение энергии нуль-точки вакуума при мощных электрических разрядах

проф. Ф. Винтерберг

Невадский университет, Рено, Невада 89557, США, E-mail: winterbe @ physics.unr.edu

Аннотация

Представляется гипотеза, что необъясненные большие продольные напряжения, наблюдаемые вдоль распространения мощных электрических разрядов вызваны кратковременным выделением энергии нуль-точки вакуума, так же, как в теории звуколюминисценции Швингера. Однако, это можно также объяснить как излучение рентгеновских лучей высокой энергии во взрывающихся проводах.

1. Введение

В последние годы множество авторов пришло к выводу, что при мощных электрических разрядах в направлении электрического тока возникают большие механические силы. Эти силы трудно объяснить в соответствии с законом Био-Савара классической электродинамики, но они могут быть легко смоделированы использованием закона Ампера - пред-максвелловского закона электродинамики [1-3]. Подтверждением существования этих сил являются цитируемые ниже их наблюдения при электрических разрядах через тонкие провода или стекловолокна, или же непроводящие жидкости. Эксперименты Насиловского [4], и Лохте-Хольтгревена [5], показали, что тонкие провода или волокна изломаны на малые твердые части прежде, чем они могли быть испарены электрическим током.

Как показано (рис. 1) на фотографии, взятой из статьи Грано и Грано [6], а также на рисунке. 2, взятом из статьи Лохте-Хольтгревена [5], образование трещин в проводах наблюдаемое на нерегулярных интервалах, предполагает, что оно происходит в случайно распределенных слабых точках проводов.

Поскольку результат этих экспериментов может быть смоделирован действием закона Ампера, потому что этот закон, в отличие от закона Био - Савара (который может быть получен из закона Лоренца), находится в противоречии специальной теории относительности, Рэмбо и Вигьер [7, 8] пробовали получить силу Ампера из закона Лоренца статистическим усреднением по стохастически распределенным электронным траекториям внутри проводника. К сожалению, как видно, никакие эксперименты не сделаны со сверхпроводниками, где такая усредняющая процедура не будет работать, потому что электрический ток, несущий электроны там высоко коррелирован, и они движутся параллельно друг другу в направлении электрического тока.

Продольные силы Ампера также требуются для объяснения водных дуговых разрядах, где Фрюнгель [9], и Грано и Грано [2], наблюдали быстрое увеличение давления воды до 50,000 атм, при небольшом нагреве воды, трудно объяснимом в горячей паровой модели.

Рис. 1.

Рис. 2.

В этом сообщении я предлагаю радикально различное объяснение этих явлений, которое берет начало от попытки Швингера объяснить плохо понятое явление звуколюминисценции как "отжимание" энергии нуль-точки вакуума во время коллапса пузырька в диэлектрике, в частности в воде [10].

2. Швингеровская теория звуколюминисценции и уравнения состояния для энергии нуль-точки вакуума

Швингер [10] показал, что напряженность энергии нуль-точки u в диэлектрике относительно напряженности энергии нуль-точки вакуума есть

где ε - диэлектрическая постоянная.

Уравнение состояния для энергии вакуума следует из первого начала термодинамики для адиабатического процесса

где u - плотность энергии, V - объем и p - давление, следовательно

Согласно соотношению неопределенности Гейзенберга плотность энергии нуль-точки вакуума не изменяется в объеме V, что означает du/dV=0, и вследствие чего

Это есть уравнение состояния для энергии нуль-точки вакуума. Следовательно, если в (1) u - отрицательно, то p = -u - положительно и наоборот. Уравнение состояния для энергии вакуума имеет фундаментальное значение в космологии для моделей расширяющихся вселенных, описанных в общей теорией относительности [11]. В то время как для ε > 1, как в воде на оптических частотах, u - отрицательно и p - положительно, а для пузырька, поглощаемого в воде - наоборот.

При звуколюминисценции интенсивные звуковые волны в воде создают малые пузырьки кавитации, которые в ходе их коллапса становятся источником голубого свечения. Согласно Швингеру [10] это есть внезапное исчезновение пузырьков через их коллапс, так что положительная энергия нуль-точки внутри пузырьков излучается в виде световой вспышки.

Без дисперсии диэлектрическая проницаемость ε - постоянна, и из dk = 4πk2 dk из (1) можно получить внутри пузырька

Выбрав

для показателя преломления воды, и для kmax ~ 3·105 cm-1, с граничной частотой в воде ωmax = ckmax ~ 1016 s-1, приблизительно равного плазменной частоте воды, но также и приблизительно равного частоте, выше которой свет в воде поглощается, можно получить u ~ 103 erg/cm3, достаточное для объяснения звуколюминисценции.

Здесь необходимо подчеркнуть разницу между статическим эффектом Казимира энергии нуль-точки и динамическим выделения энергии в нуль-точке согласно Швингеру [10]. Принимая во внимание, что статический (Казимира) эффект в данном случае мал, этого нельзя сказать о влиянии динамики, длящейся хотя только в течение краткого момента.

Из механической энергии звуколюминисценции в макроскопическом масштабе образуется энергия электромагнитного поля в микроскопическом масштабе. Такая, согласно Швингеру [10], противоположность может иметь место: эквивалентность энергии электромагнитного поля в малом -механической энергии в макроскопическом масштабе.

3. Местонахождение отрицательного давления энергии нуль-точки при электрических разрядах

Мы теперь обращаемся к выше цитируемым экспериментам Насиловского [4] и Лохте-Хольтгревена [5], которые показывают фрагментацию тонких проводов или стекловолокон на малые твердые сегменты, как будто давление ниже атмосферного действовало на провода или стекловолокно.

Для частот выше электронной плазменной частоты можно получить ε < 1, с ε, данным по дисперсионному соотношению электромагнитных волн

где ωp - плазменная частота. Подставив (6) в (5) мы получим в моменты прерывания тока, момент, когда ток прерван расходом электронов проводимости,

Подавляющий вклад в этот интеграл исходит из областей, где ck -> ωp, и может с достаточной точностью быть представлен квадратным корнем в (7) с получением при этом

Поскольку u - здесь положительная величина, p = -u - отрицательная. Для kmax мы устанавливаем, что

что означает, что это самая маленькая длина волны, для которой (6) является допустимой величиной, равной порядка радиуса самой внутренней электронной орбиты вокруг Z-раз заряженного атомного ядра.

Заметим, что принятая проницаемость в отношении рентгеновских лучей - особенно справедливо для тонких проводов и больших волновых чисел, при которых u достигает максимума. Для металлических кабелей Z = 26, и kmax ~5·109 см-1. При ωp ~ 1016 с-1 можно найти, что u ~ 1012 erg/cm3 и p ~ — 1012 dyn/cm2 ~ — 106 атмосфер, достаточно сильно разрушают железо, которое имеет предел прочности на растяжение ~ 1010 dyn/cm2. Для урана с Z = 92, плотность энергии - u ~ 1013 erg/cm3, и давление p ~ — 1013 dyn/cm2 ~ — 107 атмосфер.

Это может быть примером преобразования энергии электромагнитного поля в механическую энергию, согласно Швингеру [10] через промежуточное кратковременное преобразование энергии электромагнитного поля в энергию нуль-точки вакуума.

4. Дуговые взрывы в воде

Явление, очевидно связанное с механическим разрывом проводов может быть наблюдаемо при больших давлениях при подводных дуговых взрывах. Как мы упомянули выше, эти давления трудно объяснить в горячей паровой модели.

При водном пробое дуговые взрывы начинаются в малом канале по стримерному механизму, который походит на разряд сквозь тонкий провод или стекловолокно. Поэтому здесь также, то же самое превращение энергии электромагнитного поля в энергию нуль-точки, и оттуда в механическую энергию кажется наиболее вероятным. При применении уравнений (8-9) для воды с Z = 8 можно получить u ~ — 1011 dyn/cm2, которое является здесь отрицательным, потому что канал разряда действует подобно цилиндрическому пузырьку. Поэтому p ~ 1011 dyn/cm2 ~ 100,000 атмосфер, - того же самого порядка величины, что 50,000 атм, измеренных Фрюнгелем [9].

5. Аномальное рентгеновское излучение при взрыве проводов

Электрическая импульсная мощность создаваемая при взрывах металлических проводов, как известно, является источником интенсивных рентгеновских лучей, которые трудно объяснить исключительно резистивным нагреванием проводов. Магнитное удержание матрицы из множества проводов показало, что энергия, излучаемая рентгеновскими лучами в два раза больше, чем кинетическая энергия ускоренных магнитным полем проводов, при их взаимном столкновение, обращающем их кинетическую энергию в чернотельное излучение [12]. Очевидно, что энергия, испускаемая рентгеновскими лучами должна исходить радиально по направлению вектора Пойнтинга, но механизм того, как эта энергия преобразуется в рентгеновские лучи до 100 keV, неизвестен. Существует предложение, что преобразование энергии электромагнитного поля в рентгеновские лучи, идущего по механизму турбулентного магнитного переключения, может дать только частичное объяснение магнитогидродинамикой, разрушением на длинах волн меньших чем дебаевская длина, для взрывающейся проводящей плазмы при температуре T ~ 106 K, на длине порядка ~ 10-7 см. Поэтому, магнитное переключение может объяснить keV-рентгеновские энергии, но не намного выше рентгеновской энергии фактически наблюденной в [13]. Именно здесь кратковременная разрядка энергии нуль-точки вакуума может предложить по крайней мере частичное объяснение.

До продольного измельчения проводов на множество твердых фрагментов, энергия нуль-точки в проводах относительно энергии нуль-точки окружающего вакуума положительна. Для проводов вольфрама, часто используемых в этих экспериментах, Z = 74, kmax ~ 1.5·1010 см-1, и Emax = hckmax ~ 100 keV, с u ~ 6·1012 erg/cm3. Немедленно за выделением энергии нуль-точки следует измельчение проводов на твердые фрагменты в момент, когда между внезапно созданными проводящими несбалансированными остатками фрагментов, как в теории Швингера, возникает давление из вакуума и излучение в форме рентгеновских лучей, с максимальной энергией ~ 100 keV.

Данная ситуация фактически повторяет то, что происходит с энергией вакуума при звуколюминесценции, где ε > 1, и где выход энергии следует из внезапного схлапывания диэлектрика с ε > 1, в то время как во взрывающихся проводах, где ε < 1, выход энергии следует из внезапного появления промежутков между неповрежденными сегментами провода.

6 Понижение кулоновского барьера ядерного синтеза

Нужда в высоких температурах в термоядерной реакции диктуется высотой и шириной кулоновского барьера. В синтезе катализируемом мюонами, ширина барьера понижена меньшим боровским радиусом для большей мюонной массы, приводя ширину с коэффициентом mµ/m ~ 200 (m - масса электрона, mµ - мюонная масса), от rB ~ 6·10-9 см (для водорода) к rB ~ 3·10-11 см.

С соотношением неопределенности Гейзенберга, определяющим и величину энергии нуль-точки, и Боровский радиус, кратковременное уменьшение энергии нуль-точки в диэлектрической среде должно быть эквивалентно к кратковременному изменению h. С u, данных в (4) как разность энергии нуль-точки между диэлектриком и его окружением. Это означает что, отрицательное значение u подразумевает уменьшение энергии нуль-точки, и вместе с этим уменьшение кулоновой силы. В классической электродинамике это соответствует уменьшению Кулоновой силы от F = e2/r2 к F ' = e2/εr2, с F ' < F для ε > 1. В пузырьке или пустоте, внедренной в среду с ε > 1, можно получить ε<1 и F ' > F. Для большинства материалов ε > 1, если ω << ωp, но если ω > ωp каждый имеет ε < 1, с положительным u, где в недействительности u отрицательно.

Изложенное выше позволяет увеличить скорость реакции ядерного синтеза, размещая термоядерное горючее в металлических капиллярах, сделанных из материала с высоким Z. Выбирая Z = 92, можно получить боровский радиус равный rB/Z = 6·10-11 см, что вдвое меньше, чем мюонный атом боровского радиуса, приведя ширину кулоновского барьера в 100, а не 200 раз меньшую, что достаточно много для значительного расширения скорости реакции термоядерного синтеза. Однако, так как изменение энергии нуль-точки - переходный процесс, он может длиться только короткое мгновение времени, в течение которого продолжается высокий токовый разряд, до превращения капилляра, содержащего термоядерное горючее в горячую плазму.

По всей видимости, имеется некоторое экспериментальное доказательство для процесса, подобного этому, происходящего при электрических разрядах, когда ядерные реакции в основных чертах, как сообщают, наблюдаемы при условиях, где такие реакции, как ожидается из имеющихся теорий, не должны происходить [14-16]. Наконец, имеется доказательство для DD-ядерных реакций при звуколюминисценции [17], говорящее в пользу первоначальной догадки Швингера.

Заключение

Звуколюминисценция, объясненная Швингером как кратковременное выделение энергии нуль-точки вакуума - довольно слабый эффект, главная причина ограничения в слабой интенсивности звуковых волн. По контрасту, сопряженная инверсия этого эффекта, вызванного мощными электрическими разрядами должна быть соответственно на порядок большей, что может быть проверено или опровергнуто довольно недорогими экспериментами. Если реальность этого процесса будет доказана, то это будет без сомнений иметь большое значение.

Ссылки

  1. P. Graneau: Physics Letters A 97, 253, (1983)
  2. P. Graneau and P. Neal Graneau: Appl. Phys. Lett. 46, 468, (1985)
  3. R. Azevedo et al.: Phys. Lett. A 117, 101, (1986)
  4. J. Nasilowski: Exploding Wires, Vol. 3, eds. W.G. Chase and H.K. Moore, Plenum Press, New York, 1964, p. 295
  5. W. Lochte-Holtgreven: Atomkernenergie 28, 150 (1976)
  6. P. Graneau and N. Graneau: Physics Letters A 165, 1 (1992)
  7. M. Rambaut and J.P. Vigier: Physics Letters A 142, 447, (1989)
  8. M. Rambaut: Physics Letters A 154, 210 (1991)
  9. F. Fr¨ungel: High Speed Pulse Technology Vol. 1, p. 477, Academic Press, New York (1965)
  10. J. Schwinger: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 2105, 4505, 7285, (1993), Physics
  11. E.W. Kolb and M.S. Turner: The Early Universe, Addison-Wesley Publishing Co., 1990, pp. 48-49
  12. C. Deeney et al.: Phys. Rev. E 56, 5945 (1997)
  13. V.L. Kantsyrev, D. A. Fedin, A.S. Shlyaptseva, S. Hansen, D. Chamberlain, and N. Ouart: Physics of Plasmas 10, 2519 (2003)
  14. L.I. Urutskoev, V.I. Liksonov, V.G. Tsinoev, Annales Fondation Louis de Broglie, 27, 701 (2004)
  15. L.I. Urutskoev, Annales Fondation Louis de Broglie, 29, 1 (2004)
  16. S.V. Adamenko, V.I. Vysotskii, Foundations of Physics Letters, 17, 203 (2004)
  17. R.P. Taleyarkhan, J.S. Cho, et al., Phys. Rev. E, 69, 036109 (2004)
перевод на русский Карима Хайдарова, 12 февраля 2005, Bourabai Research