Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций
Шрифт:
Чтобы выпутаться из этой нелепой ситуации, академическая наука утверждает, будто потенциальная энергия действительно не обладает статусом реальности (то есть не имеет физического смысла), но реальностью обладает разность этих энергий Е1 — Е2. На первый взгляд такое объяснение кажется приемлемым, т. к. разность энергий Е1 — Е2 не зависит от уровня отсчета и потому одинакова для всех уровней. Но совершенно не ясно, откуда берется физический смысл у разности двух величин, если сами величины такого смысла не имеют. Ведь это аналогично ситуации, когда мы от одного безразмерного числа отнимаем другое безразмерное число, а в итоге получаем размерную величину.
С кинетической энергией наблюдается схожая ситуация. Кинетическая энергия зависит от скорости, а скорость будет различной в зависимости
Рассмотрим пример с потенциальной и кинетической энергиями, в котором наблюдаются явные несуразности: свободное течение воды сверху вниз в вертикально поставленной трубе постоянного проходного сечения. Согласно академической точке зрения, потенциальная энергия некоторого выделенного элементарного объема воды при падении с уровня h1 до уровня h2 уменьшается на величину mg(h1 – h2) или mg;h и трансформируется в кинетическую энергию mv;/2, что должно проявляться в форме увеличения скорости воды. Но вследствие того, что проходное сечение трубы неизменно, скорость воды в ней также одинакова на всех уровнях. Следовательно, кинетическая энергия не меняется. Тогда куда уходит потенциальная энергия?
Иногда можно услышать от оппонентов, что потенциальная энергия тратится на преодоление гидравлического сопротивления трубы, то есть на преодоление трения.
Даже если полагать, что такой ответ правилен (а в реальности он ошибочен, т. к. в данном случае трение преодолевается без затрат энергии и ниже это будет показано), все равно не ясно, куда уходит потенциальная энергия. Если мы предположим, что она преобразуется в тепло, это очень легко проверить экспериментально. Например, при падении воды с высоты 100 метров и пребразовании потенциальной энергии в тепло температура воды будет повышаться на 0.24 градуса, что легко фиксируется приборами. Если кому-то интересно провести подобные опыты, пусть выполнит их и убедится, что температура воды не изменится.
С другой стороны, теплота трения должна зависеть от коэффициента трения: чем больше трение, тем больше выделится тепла. Однако, коэффициент трения не зависит от высоты падения, он определяется только нашими субъективными усилиями в ходе изготовления трубы. Мы можем использовать в своих экспериментах трубу с очень грубо обработанной внутренней поверхностью, то есть высоким трением. Или можем использовать трубу с исключительно гладкой внутренней поверхностью. В этом случае количество выделяемого тепла должно зависеть от степени обработки внутренней поверхности и меняться для разных труб. Но если высота падения для всех труб неизменна, тогда потенциальная энергия снижается также на одну и ту же величину и оказывается одинаковой для всех труб. Как тогда быть?
Наконец, такое объяснение перехода потенциальной энергии в тепло противоречит самым основным положениям и формулам физики. Для выделения тепла в воде над ней необходимо произвести работу. Вспомним, как записывается формула выполняемой работы: A = FL. Расписывая силу через второй закон механики, получаем A = maL. Откуда мы видим, что работа выполняется лишь в том случае, если ускорение а не равно нулю. А в нашем случае оно в точности равно нулю, т. к. скорость течения в трубе постоянного сечения не меняется. И если утверждать, что потенциальная энергия текущей в трубе воды
Невозможно найти ключ к разгадке этих парадоксов, если исходить исключительно из старых представлений и концепций. Но настоящие феномены легко объясняются с помощью замены потенциальной энергии на энергию гравитационного поля, а кинетической энергии — на энергию физического вакуума. И затем, как развитие данной концепции, появятся объяснения для многих других феноменов и парадоксов.
Начнем с самого начала: с энергетического анализа прямолинейного равномерного движения. Пусть на столе лежит неподвижно некоторый предмет. Его кинетическая энергия равна нулю (относительно стола, конечно). Начнем толкать предмет ладонью в горизонтальном направлении. Теперь его скорость и кинетическая энергия не равны нулю. Вопрос: откуда появилась энергия у предмета? Наверное, всякий ответит, что она появилась за счет нашей мускульной энергии. На строгом языке физики это будет звучать так: энергия движущегося предмета растет за счет энергии того объекта, который заставляет данный предмет двигаться. В рассмотренном примере — наша рука. А может ли быть такая ситуация, когда мы двигаем предмет, но его кинетическая энергия росла бы не за счет нашей мускульной энергии, а за счет собственной энергии химических связей? Ясно, что нет. Здравый смысл подсказывает, что установленное только что правило должно быть универсальным и не иметь никаких исключений (в точных науках вообще исключения из правил отсутствуют, на то они и называются точными).
Теперь перейдем от горизонтального движения к вертикальному. Пусть наш предмет свободно падает сверху вниз. Объектом, который заставляет предмет двигаться, является в данном случае гравитационное поле Земли. Если следовать только что сформулированному правилу, тогда кинетическая энергия падающего предмета должна расти за счет энергии гравитационного поля. Но академическая точка зрения состоит в том, что кинетическая энергия падающего предмета растет за счет собственной потенциальной энергии. Налицо противоречие между строгой логикой и традиционными представлениями.
Понятие потенциальной энергии было выдвинуто Галилеем, когда он сбрасывал различные предметы с наклонной Пизанской башни и задался вопросом: откуда падающее тело черпает свою энергию? Галилей заметил, что прежде чем сбросить тело с башни, он должен тело на башню поднять и при этом выполнить некоторую работу. Поэтому он вполне закономерно предположил, что выполняемая работа тратится на увеличение некоторой скрытой энергии, которая в процессе дальнейшего падения трансформируется в явную кинетическую энергию. Позже ее назвали потенциальной (хотя во времена Галилея понятие «энергия» еще не использовалось, а говорили о «живой силе», но физический смысл «живой силы» был именно энергетическим). Но Галилей ошибся. В его случае сработал стереотип слепоты, о котором упоминалось в самом начале данной книги. Результаты Галилея можно объяснить с двух различных позиций: 1) при подъеме материального тела выполненная работа тратится на увеличение скрытой энергии данного тела, а дальнейшее падение тела сопровождается переходом этой скрытой энергии в энергию явную, связанную с движением; 2) при подъеме материального тела выполненная работа тратится на увеличение энергии некоторой среды, взаимодействующей с телом, а дальнейшее падение тела сопровождается переходом энергии этой среды в энергию движения тела. Галилей выбрал первую точку зрения, которая стала официальной позицией классической науки.
Вторую ошибку допустил Ньютон, дав неправильный вывод формулы потенциальной энергии. Он рассуждал следующим образом: «… пусть я имею тело массой m, неподвижно лежащее на моей ладони. Буду поднимать ладонь вверх крайне медленно и равномерно, так чтобы кинетическая энергия предмета практически отсутствовала, а подъемная сила F была бы равна силе веса FG. Выполненная работа равна A = ;FG ;h = mgh. Куда она исчезла, если кинетическая энергия практически отсутствует? Она пошла на увеличение скрытой потенциальной энергии, которая в свою очередь может перейти в кинетическую энергию, если позволить телу свободно падать...».