vladyur

Category:

ЛЮДВИГ БОЛЬЦМАН - злой гений физики

                                      Вековой позор физики


Уже целый век продолжается одно из самых удивительных и вопиющих заблуждений физики.

Скажите, видел ли кто-нибудь на Земле, в космосе, на звездах изотемпературное распределение по высоте? Ничего похожего не встречается нигде. Всегда с высотой или глубиной температура среды  газообразной, жидкой, твердой, плазменной или еще какой меняется в самой сильной степени. 

Везде, но только не в теоретической физике. В ней в качестве равновесного термодинамического распределения в гравитационном поле фигурирует именно изотемпературное распределение.

И столь фантастическое расхождение наблюдений и теории никого до сих пор не смущает. 

Людвиг Больцман  злой гений термодинамики.

 Кто же ввел в физику изотермическое термодинамически равновесное распределение в гравитационном поле? Увы, выдающийся немецкий ученый Людвиг Больцман полтора века  назад. И это его «доказательство» переписывается из одного учебника в другой, не замечая всей его ошибочности.

Газовая динамика в настоящее время достигла поразительнейших успехов. И вот в газовой термодинамике сначала тоже было введено предположение, что адиабатное (без притока тепла извне) газовое течение является изотермическим. Но механики очень быстро сообразили всю ошибочность этого утверждения и ввели представление об изэнтропическом характере адиабатного газового течения. И после этого газовая динамика стала буквально королевой классической механики, столько прекрасных и глубоких результатов в ней получено, на основе которых  конструируются паровые и газовые турбины, реактивные двигатели и многое другое.

Но разве неподвижность не есть частный случай движения, движения с нулевой скоростью? Ясно, что при этом не могут перестроиться законы природы. Значит, и при неподвижном состоянии газа или жидкости вдиабатное термодинамическое состояние должно быть изоэнтропическим.

В отдельных случаях изоэнтропическое состояние совпадает с изотермическим. Например, если газ расположен вне гравитационного поля, либо им можно пренебречь.  Но там, где влиянием гравитационного поля нельзя пренебречь, там, естественно, термодинамически равновесным будет изоэнтропическое, неизотермическое распределение. Казалось бы самые простые соображения.

Увы, в начале века Людвиг Больцман «открыл» свое так называемое распределение в гравитационном поле, приняв его изотермический характер. При этом он исходил из так называемого микроканонического распределения Гиббса, которое касается только распределения молекул, которые интенсивно взаимодействуют друг с другом. Но скажите, какое взаимодействие может иметься между молекулами в атмосфере на расстоянии километров, когда свободный пробег молекул равен микронам? Микроканоническое распределение и макроканоническое распределение совершенно разные вещи. Фактически из распределения Гиббса следует, что в объеме свободного пробега молекулы (на расстояниях нескольких микронов) температура должна быть постоянна, а в применении ко всей атмосфере это означает всего лишь непрерывность этого распределения.

Таким образом, правильное распределение в адиабатной атмосфере (а в первом приближении атмосфера адиабатична, тепловыми потоками можно пренебречь) есть изоэнтропическое распределение. А распределение Больцмана является ошибочным.

Легко проверить это утверждение на нашей атмосфере, точнее, на ее нижнем слое  тропосфере. В метеорологии давно пользуются так называемой стандартной атмосферой, т.е. усредненным распределением давления и температуры в атмосфере.

На рисунке 1 показано три распределения давления и температуры по высоте для стандартной, изотермической и изоэнтропической атмосфер. Мы видим, как близко совпадают кривые температурного распределения для стандартной и изоэнтропической атмосфер, причем имеющееся расхождения легко интерпретируются отсутствием в ней полного термодинамического равновесия, ведь через нее идут тепловые потоки, прежде всего от Солнца сверху вниз (тепловые потоки от поверхности Земли в комическое пространство существенно меньше). И ничего близкого не видно для изотермической атмосферы.

А вот сравнение распределений давлений для всех трех моделей показывают, что все они очень близки друг к другу. Это совершенно случайное совпадение распределения давления в случае изотермической и стандартной атмосфер сыграло свою провоцирующую роль в том, что никто не решился отвергнуть в течение целого века распределение Больцмана.

Может ли тепло распространяться от холодного тела к теплому?

Мы привыкли, что тепло самопроизвольно переходит от теплого тела к холодному. Оказывается, все не так. В гравитационном поле тепло может распространяться от холодного тела к теплому. Действительно, если, к примеру, на некоторой высоте равновесная температура равна

–60 градусов Цельсия, а на эту высоту вторглась «теплая» воздушная масса с температурой –40 градусов, то она будет свое избыточное тепло отдавать во все стороны, в том числе и к поверхности, где равновесная температура, к примеру, 20 градусов. И это хорошо известный метеорологический факт. Ведь когда наступает жара в 30 градусов и метеорологи говорят о вторжении теплых масс воздуха, то эти массы занимают фронт по высоте километры и смешно думать, что на высоте десять километров температура этих «теплых масс» равна пятидесяти градусов. Нет, их температура может быть –30, но если это на двадцать градусов выше равновесной, то на поверхности будет ужасная жара именно от этих «теплых масс» с температурой тридцать градусов мороза.

Три вида температурных распределений в гравитационном поле

Анализ изоэнтропического распределения в гравитационном поле показывает, что характер этого распределения целиком определяется, так называемым, температурным коэффициентом сжимаемости.

Обычно при повышении температуры (при постоянном давлении) тела расширяются и их плотность, соответственно уменьшается. Такие среды дают нормальное распределение температуры в гравитационном поле  с ростом высоты температура падает, с падением высоты температура растет. Так происходит в нижнем слое атмосферы.

Если же с ростом температуры плотность возрастает, то имеем инверсное распределение температур, с повышением высоты температура будет возрастать. Так, к примеру, происходит в ионосфере. 

Но существует и аномальное распределение температуры. Это когда температура не зависит от высоты, постоянна по высоте. Это происходит в том случае, когда температурный коэффициент сжимаемости нулевой. Здесь имеет место больцманово распределение, но именно в качестве аномалии. Этот случай имеем в стратосфере и во внутренних областях океанов и морей, в которых основная масса воды имеет постоянную температуру 4 градуса Цельсия, температуру нулевой температурной сжимаемости.


Вихревые теплогенераторы и холодильники

Изменение температуры при вихревых движениях было впервые обнаружено французским инженером Джозефом Ранке. И в 1931 году им была подана заявка на изобретение под названием «Тепловая труба». Увы, во Франции ему патент не выдали. Французские ученые и академики все в один голос утверждали, что такого эффекта быть не может, что это противоречит второму началу термодинамики, что это, фактически, «демон Максвелла» и т.д.

Но с тех пор тепловые приборы по нагреву и охлаждению воздуха и жидкостей стали разрабатываться во многих странах, они используются в технике. Но широкому использованию их препятствует отсутствие теории. Существует множество различных гипотез, объясняющих эти теплогидравлические эффекты. Например, кавитацией и т.д.

На самом деле это обычный гравитационно-термодинамический эффект. Если во вращающейся среде перейти в систему отсчета, вращающуюся вместе со средой, то мы имеем в этой системе отсчета, фактически, искусственное гравитационное поле. Только ускорение свободного падения в этой системе направлено от центра к периферии и пропорционально квадрату радиуса. И в этой системе также имеем неизотермическое (изоэнтропическое в первом приближении) распределение температур с повышением температуры от центра к периферии. Таким образом, отказ от больцмановского принципа изотермизма позволяет дать объяснение принципам действия вихревых труб. В природе мы постоянно наблюдаем вихревые трубы. Это атмосферные циклоны, вихри и тайфуны. Объяснение их термодинамических свойств будет иметь большое значение для метеорологии.


История борьбы с Больцманом

Больше ста лет в физике идет борьба с больцмановскими представлениями. Первым против Больцмана-аспиранта выступил его учитель знаменитый в то время физик Лошмидт (число Лошмидта). С тех пор периодически выступали против больцмановской теории множество физиков. Увы, авторитет Больцмана оказывался выше простой очевидности. И это удивительно.

Именно представления Больцмана полностью блокировали создание такого раздела физики как гравитационная термодинамика. Все, что есть в этой области − это весьма малосодержательные соображения размерности и теория подобия (представим, что вместо законов Ньютона в механике нам бы довелось пользоваться лишь соображениями подобия и размерности. Мы бы до сих пор ездили на лошадях и ослах). То же самое происходит в настоящее время в области тепловых явлений в гравитационном поле. Даже тривиальную дымовую трубу современная наука не способна рассчитать, а использует исключительно  эмпирические соображения.  

Преодоление больцманизма есть актуальнейшая задача современной физики и техники.

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.