Теории, приведшие к мыслям об
электромагнитной термодинамике

Практически никогда и ничего не возникает на пустом месте. Это касается и различных идей. Если присмотреться, у любой из них найдутся предшественники, полемизируя с одними положениями которых и развивая другие, новые воззрения достигают той стадии, чтобы стать самостоятельными и самодостаточными.

На этой странице я хочу сказать несколько слов о тех теориях и предположениях, которые заставили меня глубже задуматься о природе тепла и давления, оказав главное влияние на формирование моих собственных взглядов на этот предмет, в конце концов оформившихся в виде электромагнитной термодинамики (ЭМТ).

Квантовая физика
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)
Теория физики по Базиеву и Андрееву
Теория тепловой энергии Сопова
Теория тепла Померанцева
Чего нет нигде?

Квантовая физика

Вся окружающая нас материя состоит из атомов. Поэтому важнейшими взаимодействиями, влияющими на всё вокруг, являются взаимодействия между атомами, а также составляющими их элементарными частицами. В начале XXI века нельзя считать атомы неделимыми электрически нейтральными объектами, нельзя не учитывать их механизмы поглощения и излучения энергии, нельзя забывать и о квантовых механизмах передачи энергии между атомами. Именно этим и занимается квантовая физика.

К сожалению, классическая квантовая физика, как правило, рассматривает поведение лишь изолированных атомов или взаимодействие очень небольшого их числа. Только в некоторых областях она вынуждена рассматривать «коллективы» атомов, но и там преимущественно изучается не их взаимодействие между собой, а их одновременное поведение под воздействием внешних факторов (например, накачка и излучение лазеров или различные процессы в полупроводниках). И, конечно, квантовая физика традиционно далека от термодинамики, где до сих пор практически безраздельно царствует молекулярно-кинетическая теория.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)

Да-да, эта та самая классическая молекулярно-кинетическая теория, изучаемая в школе и в ВУЗах, которая преподносится как теоретическая база современной «официальной» термодинамики. Очень красивые базовые положения уже почти два века заставляют многих физиков мириться со всё более очевидными её недостатками — так иногда муж-рогоносец готов простить изменившую ему в очередной раз красавицу-жену за один её мимолётный взгляд, напоминающий ему об упоительном медовом месяце... Тем не менее, я считаю, что в настоящее время всерьёз относиться к классической версии МКТ также нелепо, как 100 лет назад, в период её расцвета, нелепо было рассуждать о теплороде. Правда, к сожалению, никакой достойной замены МКТ, получившей хотя бы мало-мальски заметное распространение, пока не видно.

Что в ней мне нравится?

Гениальная простота основного тезиса: энергия (тепло) — это движение! И не вводится никаких дополнительных сущностей.

Замечательная и новаторская для своего времени идея использовать статистический подход к описанию процессов с очень большими количествами очень малых элементарных объектов, точные параметры каждого из которых принципиально неизвестны.

Что не нравится?

При попытках описать реальные физические процессы в широком диапазоне условий сразу появляется куча эмпирических поправок и нюансов — начиная от двух типов теплоёмкостей и кончая константами Ван-дер-Ваальса и множеством их аналогов, хотя из базовых постулатов МКТ такие сложности совсем не вытекают. Кроме того, МКТ даже на качественном уровне не может объяснить элементарные явления природы — скажем, почему облака в небе являются весьма устойчивыми обособленными образованиями или почему звук может распространяться на большие расстояния без ощутимого размытия. Наоборот, из постулатов данной теории следует принципиальная невозможность обоих этих явлений.

Наконец, все опыты, подтверждающие МКТ, являются косвенными. Единственный прямой опыт — это наблюдение броуновского движения. Однако Ю.В.Сопов весьма убедительно показал, что подобное движение может быть и следствием неравновесности среды, а как только мы включаем подсветку микроскопа, в препарате с броуновскими частичками априори создаются неравновесные условия — явления фотофореза и термофореза известны уже многие десятки лет.

Ещё один принципиальный вопрос. Если считать, что температура — это главным образом движение атомов и молекул как более-менее цельных объектов, то как быть со спектрометрией вообще и с широко используемой методикой определения температуры по спектру излучения в частности? Ведь в настоящее время в физике общепризнано то, что тепловое излучение вызывается не межмолекулярными, а внутримолекулярными и внутриатомными процессами и не зависит от частоты механических столкновений, то есть от давления по МКТ. Механистическое объяснение природы температуры и давления газа скрывает принципиальную разницу между этими понятиями, со всей очевидностью проявляющуюся в реальной жизни.

Критику МКТ можно развивать очень долго. В частности, все упомянутые на данной странице авторы альтернативных теорий посвятили этому немало места в своих работах. Не буду повторять их аргументы и отсылаю любопытных к первоисточникам.

В оправдание классической МКТ должен заметить, что она начала создаваться в середине XIX века и окончательно сформировалась к его концу, с тех пор практически не изменившись. В то время не было известно о существовании элементарных частиц с положительными и отрицательными электрическими зарядами, и атомы полагались неделимыми электрически нейтральными объектами, не содержащими никаких зарядов, а не ассоциациями пространственно разнесённых взаимно скомпенсированных зарядов, да к тому же находящихся в движении друг относительно друга. Тем более не было известно о внутренней энергии атомов и об их механизмах её поглощения и излучения. Поэтому вполне логичным было и рассмотрение атомов как единых неделимых механических объектов, и отсутствие в МКТ любых «электрических» аспектов, дистанционного взаимодействия частиц, квантовых механизмов энергообмена, и многого другого. Однако в том, что это заблуждение продержалось столь долго, вина не гениальных создателей МКТ, а последующих поколений термодинамиков, упорно игнорировавших вновь открывшиеся обстоятельства из «чужих» областей физики. Но природа не знает деления на научные направления!

Теория физики по Базиеву и Андрееву

Это одна из наиболее проработанных и непротиворечивых современных альтернативных физических теорий, не связанная жёстко с одним разделом физики, а пытающаяся представить физическую картину мира в целом. Теоретические и некоторые экспериментальные положения Д.Х.Базиева были развиты и переведены в практическую плоскость Е.И.Андреевым. Для первого ознакомления я рекомендую книгу Е.И.Андреева «Естественная энергетика». Теория весьма убедительно описывает явления, изучаемые во многих разделах физики и химии.

Что в ней мне нравится?

Весьма удачная попытка построить картину мира, основываясь всего на двух «кирпичиках» — общеизвестном электроне с отрицательным электрическим зарядом и вновь постулированной частичке «электрино», имеющей положительный заряд, на несколько порядков меньший, чем заряд электрона, и очень малую массу, также на порядки меньшую массы электрона. В результате всё многобразие физического микромира сводится всего лишь к двум этим частицам — не надо вводить как самостоятельные сущности «нейтроны», «протоны», «нейтрино», «фотоны», не говоря уже о прочей экзотике. Нетрадиционная, но весьма интересная концепция построения нейтронов и атомов, в общем случае даже дающая некоторые надежды свести к электромагнитным взаимодействиями то, что традиционная ядерная физика вынуждена объяснять с помощью «сильных» и других экзотических видов взаимодействий, абсолютно никак не показывающих себя в соразмерном нам масштабе и потому совсем неочевидных. В рамках этой концепции можно предпринять попытку обойтись без них.

Ниже я привожу параметры электрино, как их определил Базиев, в сравнении с электроном и нейтроном (существование и свойства электрино являются краеугольным постулатом этой теории). Невзирая на имеющиеся у меня претензии к методике вычисления этих значений, несомненный интерес представляет качественное соотношение их параметров. Параметры нейтрона приведены лишь для сравнения, поскольку в данной концепции он не является элементарной частицей, а состоит из трёх электронов и примерно 242 миллионов электрино, заряд которых в точности нейтрализует друг друга. Протоны по данной теории вообще не существуют как самостоятельные частицы, а представляют себой нейтрон без одного структурного электрона.

Следует заметить, что хотя диаметр электрона больше диаметра электрино всего в 6 раз, масса электрона превышает массу электрино на 5 порядков, а их удельная плотность и удельный заряд различаются одинаково — в 611 раз. Отсюда, по Базиеву, следует вывод об одинаковой максимальной концентрации заряда на единицу массы вне зависимости от его знака.

Кроме электрино, Базиев вводит понятие о глобулах, как о «личном пространстве» атомов и молекул. Считается, что «хозяин» глобулы, называемый «осциллятором», мечется в её границах под влиянием электродинамического взаимодействия с соседями.

Подкупает то, что авторы не замыкаются в рамках одной лишь ядерной физики или термодинамики, а развивают введённые положения и стараются логически проследить их последствия во всех возможных разделах физики и химии.

Интересной и плодотворной оказалась концепция так называемых «фазовых переходов высшего рода» (ФПВР).

Очень изящно рассматриваются механизмы химических реакций, катализа, магнетизма и многих других явлений. При этом многие объяснения вполне механистичны и интуитивно понятны. Постулируется полный детерминизм, предлагаемый математический аппарат прост и не использует высшую математику (дифференциальное и интегральное исчисление).

На более глубоком уровне организации материи высказываются догадки о механистическом характере образования зарядов и обусловленной этим их принципиальной униполярности, а также о такой же природе гравитации и существовании «гравитационных струн», построенных из гравитонов — механических торообразных вихрей элементарных прачастиц. Впрочем, на микро- и наноуровне (в масштабах молекул и атомов) эти нюансы никак не проявляются и потому не рассматриваются.

Что не нравится?

К сожалению, теоретическая красота и цельность теории не сопровождается приемлемым объяснением многих фактов, экспериментально установленных с высокой степенью достоверности, а иногда выводы этой теории прямо противоречат им. В частности, никак не объясняется экспериментально установленный факт весьма быстрого распада свободных электрически нейтральных нейтронов и феноменальной стабильности положительно заряженных протонов. По логике данной теории должно быть наоборот — протон в течении короткого времени должен либо распадаться (по крайней мере, хотя бы терять лишние электрино), либо захватывать электрон и превращаться в нейтрон или в атом водорода. Это главное возражение, и оно принципиально, поскольку демонстрирует неувязки с экспериментальными данными самих основ построения вещества по Базиеву. На его фоне всё остальное уже не столь существенно. Весьма сомнительно, что многие поколения экспериментаторов упорно путали протон, обладающий весьма сильным положительным зарядом строго определённой величины, с «нейтроном со слегка разбалансированным зарядом», заряд которого по такому определению не имеет чёткого значения, а колеблется в довольно широких пределах. Разница слишком велика и вопиюща! Поэтому основополагающее эффектное утверждение о том, что протонов не существует, а существуют лишь нейтроны, которые почему-то могут очень легко терять один электрон, но не хотят терять остальные, да ещё в таком состоянии они неизмеримо стабильнее, чем в «комплектном» электрически нейтральном, представляется, мягко говоря, весьма спорным...

Да и электрино, масса которых по Базиеву почти в 20 раз превышает массу электронного нейтрино, определённую официальной наукой, да к тому же обладающие хоть и малым, но зарядом, по своим свойствам должны заметно отличаться от нейтрино и вряд ли до сей поры остались бы необнаруженными.

Постулированные свойства «электронных лучей», служащих направляющими для распространения света и обеспечивающих взаимодействие нейтронов и атомов, слишком идеальны и потому также представляются малореальными (мгновенное распространение в пространстве на бесконечно большое расстояние). К тому же если у электронов, находящихся в составе атомов и нейтронов и утопленных в массу электрино, может существовать «особая точка», где слой электрино наиболее тонок или отсутствует, и потому «электронный луч» в данной теории привязывается именно к ней, то остаётся неясным, в какую сторону должен излучать этот луч свободный электрон. Впрочем, можно допустить, что электронный луч формирует именно неоднородность окружения электрона, утопленного в электрино. С учётом предположений о механистической природе формирования электрических зарядов, будет логично заключить, что здесь могла бы иметь место некая направленная организация прачастиц, осуществляемая с очень высокой скоростью (некий отдалённый аналог кристаллизации, наблюдаемой в нашем масштабе мира). При этом скорость распространения такого луча может быть равна скорости распространения гравитации — очень высокой, но конечной (Е.И.Андреев, ссылаясь на В.С.Попова, называет порядок 10⁴⁹м/с).

Также представляется сомнительным постулированный механизм перемещения атомов внутри своих глобул — от границы до границы с неизменной скоростью, мгновенной остановкой, замиранием и последующим отскоком обратно, при этом взаимодействие между соседними атомами является бесконтактным и осуществляется с помощью излучаемых ими электрино, масса которых по сравнению с массой атомов ничтожна. Всё это весьма сомнительно как с точки зрения бытового опыта, так и с точки зрения физики. Как правило, любые механические колебательные процессы сопровождаются достаточно плавным изменением скоростей, а резкое и неоднократное изменение скорости ведёт к быстрому разрушению объектов (такое изменение скоростей происходит, например, при непосредственном соударении). К тому же далее именно резкие механические ускорения и торможения атомов и молекул Андреев рассматривает в качестве инициирующих воздействий для фазовых переходов высшего рода (ФПВР), ведущих к изменению вещества и выделению энергии, хотя несомненно, что любое изменение скорости конечной длительности вызовет меньшие нагрузки по сравнению с мгновенной остановкой, которую атомы якобы испытывают на каждом такте своих колебаний внутри глобул. Очевидно, это какие-то отголоски некоторых постулатов квантовой физики, введённых на ранних этапах развития теории, да так и оставшихся там.

Есть и другие не менее серьёзные претензии, прежде всего в части отождествления таких термодинамических параметров, как давление и температура, с конкретными характеристиками механического движения осцилляторов.

Ещё один нюанс. Несмотря на декларируемый полный детерменизм, уже на начальном этапе теории, когда речь идёт о «средней линейной скорости осциллятора» (а следовательно, и о средней энергии осциллятора), а также о «среднем угле отражения осциллятора от осциллятора», неявно используется статистический подход. Впрочем, при манипуляции с большим количеством маленьких неопределённостей в самом деле без статистики не обойтись, но тогда нельзя говорить о полном детерменизме.

Наконец, Е.И.Андреев приводит достаточно убедительную, на мой взгляд, причину различия между жидкой и твёрдой фазами вещества, но не даёт столь же убедительного объяснения различия между газом и состояниями с фиксированным объёмом (жидкостями и твёрдыми телами), а ведь поведение жидкости гораздо более похоже на поведение газа, чем на поведение твёрдых тел.

Подводя черту, должен сказать следующее. На данный момент я считаю, что эта теория при всей своей внешней убедительности и непротиворечивости имеет весьма отдалённое отношение к реальности — именно в силу слишком «революционных» основополагающих постулатов, противоречащих результатам хорошо известных и многократно воспроизведённых экспериментов и измерений. В таком разрезе успех практических разработок Е.И.Андреева, если они изначально основывались именно на теории Базиева, во многом выглядит как счастливая случайность. Однако у меня сложилось впечатление, что эта теория была сопряжена Андреевым с уже полученными практическими результатами.

Теория тепловой энергии Сопова

На мой взгляд, это весьма спорная и неоднозначная теория. Однако... Выдвинутая концепция способна объяснить очень многое из того, что является «твёрдым орешком» для традиционной МКТ и других теорий. Кроме того, в своей книге «Физика — где правда, а где вымысел. (Две физики в сравнении)» Ю.В.Сопов приводит весьма развёрнутую и аргументированную критику МКТ, хотя в некоторых случаях в полемическом задоре он использует и не слишком весомые аргументы. Но и «убийственных» вопросов к МКТ более чем достаточно.

Что в ней мне нравится?

Вводится и подробно рассматривается концепция глобул, прежде всего в газах. Интересно разделение вещества на «материальную» (точнее было бы сказать «массивную») и «тепловую энергетическую» составляющие. При этом «энергетическая» составляющая тоже материальна, однако запас энергии на единицу массы у неё на много порядков больше, чем у «массивной» составляющей. В ходе дальнейшего изложения автор убедительно объясняет многое из того, что традиционная МКТ объяснить не способна, в том числе и присутствие на небе облаков в известном каждому виде — как достаточно чётко ограниченных и весьма долгоживущих образований. Считаю очень правильным подход автора к оценке справедливости теорий — хорошая теория прежде всего должна объяснять естественные явления природы. Если же теория не может объяснить такие явления, а зиждится лишь на специально организованных лабораторных опытах и весьма узком классе технических примеров, то такая теория как минимум сырая и применима лишь к частным случаям, а скорее всего вообще мало связана с реальностью.

Концепция глобул Сопова как бы сама собой увязывается с глобулами из теории Базиева-Андреева, при этом в роли материальных носителей тепла естественным образом оказываются базиевские электрино, выступающие в роли тепловых фотонов. Однако при внимательном рассмотрении всё оказалось отнюдь не так просто и не так гладко.

Зато выдвинутые Соповым предположения о глобулярном строении газов оказались весьма близки к полученным мною выводам. Я объясняю это именно правильным подходом автора к критериям жизненности теории.

Что не нравится?

Автор говорит о том, что «материальная составляющая» (МС) вещества — это общеизвестные атомы и их частицы, но он абсолютно не пытается конкретизировать, что же такое провозглашённые им «элементы тепловой энергетической составляющей» (ЭТЭС), с чем из известного официальной науке это можно сопоставить (или в каком направлении «копать»?). Из-за этого свойства «составляющих» вещества сформулированы в самом общем виде, и потому дают простор для воображения, но не дают возможности конкретных расчётов, проверок и разработок. К тому же ЭТЭС, как особые «носители тепла», являются новой физической сущностью, которая, кстати, до сих пор нигде явно и самостоятельно так не проявилась, хотя и должна бы быть уже давно замечена. Я же очень скептически отношусь к введению новых сущностей без крайней на то необходимости. А в данном случае я такой крайней необходимости не вижу.

Теория тепла Померанцева

Для меня книга И.В.Померанцева «Тепло, работа и физический вакуум» хронологически была первой, заронившей аргументированные сомнения в непогрешимости основ традиционной МКТ (ощущение, что там что-то не так, было со школьной скамьи, но в силу того, что в ту пору этот вопрос для меня был мало актуален, дальше дело не шло). Как и Сопов, Померанцев также приходит к выводу о наличии материального тепла, несводимого к собственной кинетической энергии атомов и молекул.

Что в ней мне нравится?

Подкупает серьёзный и основательный подход автора, глубокая проработка решаемых проблем и постоянная сверка с результатами широко известных экспериментов. Весомым аргументом является разработанное автором и опробованное на практике устройство, действие которого основано на преломлении потока вещества в потоке тепла, явно указывающее на материальность тепла и независимость его от атомов и молекул. Объяснение приведённых им фактов было одной из самых трудных проблем при предварительной «проверке на прочность» ЭМТ. Однако, на мой взгляд, некоторые теоретические разработки Померанцева могут быть использованы и в ЭМТ при минимальных модификациях.

Что не нравится?

По сути, эта теория модернизирует и развивает МКТ. В силу унаследованного от МКТ механистического подхода к движению частиц среды Померанцев исключает из анализа возможность динамического перехода части их кинетической энергии в потенциальную и обратно в процессе такого движения. А игнорирование этого обстоятельства в условиях больших концентраций частиц газа (т.е. больших давлений) приводит к заметным отклонениям экспериментальных результатов от авторской теории, которые сам автор был вынужден списать на якобы слишком большие погрешности измерений.

Чего нет нигде?

И наконец, есть «детские» вопросы, на которые не даёт убедительного ответа ни одна из вышеупомянутых теорий. Например, почему газ стремится занять весь отведённый ему объём независимо от своего количества (массы), а объём того же самого вещества в жидком и твёрдом состояниях строго ограничен и связан с их массой весьма жёстко, хотя свою форму стремятся сохранить лишь твёрдые вещества? Какие качественные изменения во взаимодействии молекул одного и того же вещества вызывают столь разное его поведение в различных агрегатных состояниях? Практически все теории весьма убедительно объясняют то или иное из этих различий, зато объяснение другого даётся скороговоркой и получается при этом весьма невнятным и натянутым. Камнем преткновения здесь обычно являются жидкости. В самом деле, если предположить хоть небольшое преобладание сил притягивания, то вещество должно стремиться сохранить свою форму (как в твёрдой фазе), если же предположить минимальное преобладание сил отталкивания — оно должно разлететься по всему объёму (как газ). Точный баланс притяжения и отталкивания теоретически возможен, но поддерживать его в столь широком диапазоне условий, как это мы наблюдаем в природе, нельзя — скажем, вода при нормальном давлении остаётся жидкой в диапазоне температур от 273 до 373 К, а при давлении более 220 атм — от 273 до 647 К. Невозможно объяснить относительную стабильность механических свойств жидкой воды в столь широком диапазоне температур лишь простым соблюдением очень точного баланса сил притяжения и отталкивания (особенно с учётом явной зависимости этих сил от температуры, в частности, проявляющейся в процессах плавления и испарения, когда механические свойства вещества, наоборот, кардинально меняются при мизерных изменениях его температуры)! ♦