Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций

Прохоров Игорь

Трансформатор тока в данном эксперименте создавал внутри провода резко колеблющееся электрическое поле. И оно заставляло электроны диодного мостика также колебаться. А так как электроны могут идти через диоды только в одном направлении, в мостике возникал электрический ток и лампа загоралась. Энергия для свечения лампы поступала из физического вакуума, как и в случае любой электрической лампы. А по проводу никакая энергия в соседнее помещение не поступала. По этой причине провод всегда оставался холодным: невозможно нагреть предмет, если к нему не подводить энергию. Поэтому выражение «передача энергии по одному проводу» применительно

к данному эксперименту мне кажется крайне неудачным.

Надо сказать, что если предположение об ошибочности потенциальной и кинетической энергии соответствует факту, тогда при решении задач на преобразование потенциальной энергии в кинетическую и обратно должны появляться всякие нелепости в форме нарушения закона сохранения энергии, закона сохранения импульса и т. д. Анализ показал, что это действительно так. Чаще всего такие нелепости возникают в предельных случаях (при нулевой или бесконечной массе, при нулевой или бесконечной скорости и т. д.). Поэтому если взять какую-нибудь задачу на преобразование потенциальной энергии в кинетическую и рассмотреть все ее мыслимые варианты и частные случаи, могут быть найдены нелепости в форме нарушения законов сохранения.

Для примера рассмотрим простенькую задачку о скатывании санок с горы. Когда санки находятся на горе, они имеют потенциальную энергию E = mgh. Скатившись вниз, они будут иметь кинетическую энергию E = mv;/2. А теперь перейдем в систему отсчета, которая движется относительно горы со скоростью v и в том же направлении, куда покатятся санки. В этой новой системе отсчета находящиеся на горе санки движутся в обратном направлении со скоростью -v, следовательно они обладают кинетической энергией E = mv;/2 (положительной энергией, а не отрицательной, т. к. скорость входит в формулу энергии в квадрате). И при этом они имеют потенциальную энергию E = mgh, как и раньше. Значит, суммарная энергия санок на вершине горы будет E = mgh + mv;/2. Но когда санки оказываются внизу под горой, их энергия равна нулю. Тогда куда девается энергия санок в новой системе отсчета?

Эту задачу я взял из школьного учебника физики. Составители учебника стараются выпутаться из нелепой ситуации следующим образом. Они заявляют, что более правильным будет решать задачу не в системе отсчета, связанной с горой или движущимися санками, а в системе отсчета общего центра масс, поскольку не только Земля притягивает к себе санки, но и санки притягивают к себе Землю и заставляют ее двигаться, пусть даже с микроскопически малой скоростью. И, мол, если в первом случае еще можно получить математически правильный результат, то во втором это оказывается уже невозможным. Если же оставаться в системе общего центра масс, тогда все проблемы исчезают. Я полностью согласен с авторами учебника физики насчет того, что более правильным подходом будет решение в системе общего центра масс. А вот со всем остальным не согласен.

Когда мы решаем задачу, находясь в системе отсчета горы, это равносильно допущению бесконечной массы Земли. Конечно, в реальности такого не будет, но мы же можем задать любые начальные условия. То есть вначале мы делаем (молчаливо) допущение о бесконечно огромной массе Земли и потому у нас появляется возможность рассматривать преобразование энергии только для санок, не впутывая в это дело саму планету. Однако, когда мы переходим в новую систему отсчета, все ранее сделанные допущения и предположения

надо сохранить, иначе мы будем иметь другую задачу с новыми начальными условиями. А в этой иной системе отсчета мы получаем явно неверный результат. И получаем его как раз в предельном случае бесконечно огромной массы. Но если мы заменим в формулах скорость v на изменение скорости ;v, а высоту h на изменение высоты ;h, тогда во всех случаях и во всех системах отсчета мы будем иметь одинаковый результат.

1.4 Энергия гравитационного поля

(гравитационная энергия)

Для вычисления энергии гравитационного поля выполним следующий мысленный опыт. Разделим все вещество некоторого космического тела на ряд сферических оболочек и будем каждую оболочку удалять в бесконечность. При удалении одной оболочки совершается работа

(1.4.1)

где m=4;r;;;r – масса оболочки, M=4;r;;i/3 – масса остатка, r — текущий радиус, ;i – средняя плотность остатка. Изменение плотности по глубине можно представить как

(1.4.2)

где ;0 — плотность в центре, R – радиус объекта, n — показатель степени. Когда n;;, ;/;0;1, то есть плотность одинакова во всех точках небесного тела (случай мелких космических тел и астероидов). При n=1 плотность линейно меняется по глубине от нуля на поверхности до ;0 в центре (случай крупных космических тел, звезд и планет). При n=0 почти все вещество собрано в центре, а на поверхности его количество исключительно мало (случай гигантских газовых туманностей с массой в миллионы раз больше солнечной).

Чтобы определить среднюю плотность ;i, рассчитаем массу М путем интегрирования всех сферических оболочек

(1.4.3)

Вследствие того, что M = 4;r;;i/3, мы получаем

(1.4.4)

Подстановка масс и плотностей в формулу (1.4.1) и ее интегрирование от r=0 до r=R дает

(1.4.5)

где ; = 0.6(n+3)(2n+11)/(n+5)/(2n+5) – численный фактор, определяющий распределение вещества внутри космического объекта. Минимальное значение ;=0.6 и минимальная работа имеют место для n;;. При n=1 фактор ; =0.743. Максимальное значение ;=0.792 наблюдается для n;0, то есть для случая гигантских газовых туманностей.

Зададимся вопросом: во что преобразуется работа, вычисляемая по формуле (1.4.5)? Ответ будет следующим: эта работа тратится на уничтожение гравитационного поля космического объекта. Когда мы разделяем объект на ряд сферических оболочек и удаляем каждую из них в бесконечность, мы фактически уничтожаем объект, то есть уничтожаем его гравитационное поле. Так как поле обладает энергией Е, мы должны для его уничтожения затратить работу, равную сумме гравитационной и кинетической энергий всех оболочек на бесконечно большом удалении. Когда кинетическая энергия равна нулю, вычисляемая по формуле (1.4.5) работа даст энергию гравитационного поля

(1.4.6)

Для расчета плотности гравитационной энергии (содержание энергии в единице объема) выполним другой мысленный эксперимент. Будем уменьшать среднюю плотность вещества космического объекта от ;1 до ;2 при его постоянной массе. В этом случае радиус тела меняется от R1 до R2.. Разность гравитационных энергий

(1.4.7)

дает величину гравитационной энергии внутри тонкого слоя толщиной ;R между двумя сферами с радиусами R1 и R2.. Разделив эту разность на объем слоя, мы будем иметь плотность гравитационной энергии