Эфир
Понятие об эфире исходит из глубокой древности – в древнеарийскую эпоху оно относилось к особому состоянию материи, называемому «акаша» (пятый элемент материальной природы). Вот как понятие «акаша» освещено в трактате С. Вивекананды «Раджа-йога»: «Это всюду находящееся и все проникающее нечто. Все, что имеет форму, все, что представляет собою результат соединений, все развилось из этой Акашы. Акаша это то, что стало воздухом, жидкостями, твердыми телами. Она сама не может быть замечаема, так как настолько тонка, что находится вне всех обыкновенных восприятий и может быть видима только тогда, когда станет грубою, примет форму. При начале творения существует только эта Акаша; при конце цикла твердые тела, жидкости и газы, все разложатся опять в Акашу».
Две с половиной тысячи лет назад древние греки подхватили и развили это понятие под именем αιυηρ (эфир, небо). В 1618 г. французский философ, физик и математик Рене Декарт предложил рассмотреть эфир в качестве материального переносчика света. По его представлениям, свет является сжатием, распространяющимся в идеально упругой среде (эфире), которая заполняет все пространство. С тех пор идея эфира прочно вошла в научный оборот, особенно в трудах Ньтона, Френеля, Максвелла, Лоренца . Эфирная концепция достигла кульминации в XIX веке, когда Максвелл, опираясь на созданную им модель эфира, получил фундаментальные уравнения электродинамики.
К началу XX в. сложились два взгляда на эфир: либо он увлекается движением тел, либо не увлекается (неподвижен). Из концепции неувлекаемого эфира следовало неравноправие инерциальных систем и существование привилегированной (связанной с эфиром) системы отсчета называемой абсолютной. Эксперименты, призванные выявить такую систему отсчета и скорость относительно нее, были выполнены Майкельсоном (1881 г.), Морли и их последователями, и продолжались на протяжении всего столетия . Эксперименты дали нулевой результат: движение Земли относительно эфира не выявлено. Это интерпретировалось, как доказательство отсутствия эфира, несмотря на попытки Лоренца объяснить нулевой результат сокращением размеров тел вдоль движения . Ожидаемый результат в этих опытах рассчитывался по законам классической механики, поскольку научная общественность не имела другого аппарата (иной механики) для оценки опыта, на момент его проведения. Однако следует подчеркнуть некорректность применения этих законов для случая распространения света в эфире. Главная особенность классической механики – это требование мгновенности распространения взаимодействий, т.е. законы этой механики справедливы только при условии малости скоростей движения по сравнению со скоростью света. Следовательно, все скорости движений, входящие в Ньютоновскую формулу сложения скоростей (v + c ), также должны удовлетворять этому условию. При расчете опыта Майкельсона – Морли это условие оказалось выполненным только для скорости Земли (v ), второе слагаемое – скорость света (c ) – этому условию явно не удовлетворяет. Таким образом, применение механики Галилея – Ньютона незаконно, поскольку нарушает границы её применимости. Для расчета опыта нужна иная механика , отличная от классической и релятивисткой. Основу этой новой механики составляют существование абсолютной системы отсчета, связанной с эфиром, и вытекающее отсюда неравноправие инерциальных систем. В итоге некорректной интерпретации опытов Майкельсона – Морли , завершившейся построением специальной теории относительности (СТО), был теоретически оформлен отказ от концепции эфира, а вместо эфира, с развитием квантовой теории поля, появился термин «физический вакуум».
Физический вакуум
Вакуум (по-латински vacuum) – пустота, т.е. пространство без материи и энергии. Физический вакуум – пространство, не содержащее реальных частиц и энергии, поддающейся непосредственному измерению. Согласно современным физическим представлениям, это наиболее низкое энергетическое состояние любых квантованных полей, характеризующееся отсутствием реальных частиц. Возможность виртуальных процессов в физическом вакууме приводит к ряду эффектов взаимодействия реальных частиц с вакуумом, регистрируемых экспериментально. Физический вакуум представляет собой множество всевозможных виртуальных частиц и античастиц, которые в отсутствии внешних полей не могут превратиться в реальные. По современным представлениям в вакууме непрерывно образуются и исчезают пары частиц–античастиц: электрон–позитрон, нуклон–антинуклон... Вакуум наполнен такими «не вполне родившимися», появляющимися и исчезающими частицами. Они не поддаются регистрации и называются виртуальными. Однако при определенных обстоятельствах виртуальные частицы становятся реальными. Так, например, столкновения частиц высоких энергий или сильные поля рождают из вакуума снопы различных частиц и античастиц. Т.е. вакуум может быть представлен, как особый, виртуальный тип среды. Виртуальность среды проявляется, в частности, в невозможности выявить факт движения относительно неё никакими экспериментальными методами, что равносильно проявлению принципа относительности. Концепция равноправия инерциальных систем, называемая принципом относительности, является фундаментом теорий породивших понятие о физическом вакууме. Т.е. представления о физическом вакууме были логически получены из принципа относительности. Согласно с данными представлениями, свет не нуждается в материальной среде-носителе, а совокупность фотонов образует свободное электромагнитное поле. Самое низкое энергетическое состояние этого поля называют «вакуумом электромагнитного поля» .
Причины, побуждающие вернуться к концепции эфира
На основе принципа относительности была создана специальная теория относительности. Эта теория объяснила накопившиеся к тому времени экспериментальные данные и стала фундаментом современной физики высоких энергий. Ее с успехом применяют при проектировании ускорителей элементарных частиц и в экспериментах с релятивистскими частицами. Тем не менее, есть серьезные основания для того, чтобы отказаться от принципа относительности, лежащего в основе СТО:
- Специальная теория относительности содержит внутреннее противоречие, известное как парадокс двух близнецов. Предпринимались попытки разрешить этот парадокс привлечением общей теории относительности (ОТО), но это имело успех лишь для малых скоростей движения . В общем случае релятивистских скоростей парадокс остается неустранимым. Наиболее отчетливо нарушения причинно следственных связей между событиями выявляются в «парадоксе трех близнецов» (рассмотренном в ), являющимся развитием мысленного эксперимента с близнецами.
- Существуют современные эксперименты, устанавливающие зависимость скорости света от направления распространения волны. Серия таких экспериментов была выполнена Стефаном Мариновым, в опытах было выявлено направление распространения световой волны, в котором имеет место превышение скорости света с на величину 360 ± 40 км/с. Результаты экспериментов Маринова вступают в противоречие с постулатом СТО об инвариантности скорости света.
Изложенные причины явились основанием для отказа от принципа относительности, что естественным образом приводит к идее возрождения концепции эфира, для которой характерны неравноправие инерциальных систем, с одной стороны, и зависимость скорости света от направления распространения волны с другой. Концепция эфира заставляет по иному взглянуть на взаимодействие реальных частиц с виртуальными (представляемое в рамках концепции физического вакуума). Указанное взаимодействие есть не что иное, как взаимодействие реальных частиц с реальным эфиром, исключающим необходимость введения искусственных посредников, каковыми являются виртуальные частицы.
Теоретическое обоснование концепции эфира
Не касаясь конкретных моделей эфира, выделим два его свойства, необходимые для дальнейшего изложения: свойство среды-носителя взаимодействий и его неувлекаемость движущимися телами (неподвижность). Таким образом, электромагнитная волна представляет собой распространение возбуждения неподвижной среды-эфира.
Альтернативная интерпретация опытов Майкельсона – Морли
Опыт Майкельсона – Морли в момент становления СТО был проинтерпретирован в соответствии с принципом относительности, а именно: скорость света в любой системе координат имеет одинаковую величину «с » и не зависит от направления распространения волны (т.е. изотропна). Однако из опытов Майкельсона – Морли такой результат не вытекает. В экспериментах Майкельсона – Морли, установлен факт изотропии времени двустороннего распространения света (t + + t – = const) здесь t + ; t – – интервалы времени одностороннего распространения света на отрезке оптической линии длиной L в прямом (от начала отрезка к концу – t +) и обратном (от конца к началу – t –) направлениях. Сторонники принципа относительности, не имея возможности измерить указанные времена раздельно (ввиду отсутствия соответствующей техники и технологии) и опираясь на принципиально неверный расчет опыта, трактовали его результат, как равенство времен t + и t – , отбросив очевидную альтернативную версию: «t + не равно t – , при условии t + + t – = const ». Если ввести величину, называемую скоростью двустороннего распространения света и определяемую как: c = 2L /(t + + t – ) , то для этой величины (а вовсе не для скорости одностороннего распространения света) из опытов Майкельсона – Морли действительно вытекает инвариантность и изотропность (см. подробнее в ).
Такое, казалось бы, незначительное отличие в интерпретации опыта Майкельсона – Морли приводит к диаметрально противоположному результату: к отказу от принципа относительности и к возрождению концепции эфира.
Теория светоносного эфира (СЭТ)
Альтернативная, корректная интерпретация опытов Майкельсона – Морли позволила построить теорию на следующих постулатах:
- О существовании среды распространения взаимодействий (эфира, не увлекаемого движущимися телами) и связанной с ней абсолютной системы отсчета; свет в указанной среде распространяется прямолинейно и изотропно со скоростью с = 299792458 ± 1,2 м/с.
- Об инвариантности скорости двустороннего распространения света в инерциальных системах отсчета. Из постулатов вытекают преобразования координат и времени для двух систем отсчета (OX 1 Y 1 Z 1) и (OX 2 Y 2 Z 2), движущихся относительно абсолютной системы с разными скоростями v 1 и v 2 (называемыми в дальнейшем абсолютными) (см. ):
| x
2 = (x
1 – u
01 t
1)/γ; y
2 = y
1 ; z
2 = z
1 ; t 2 = γ t 1 ; u 02 = –u 01 /γ 2 ; | (1) |
Здесь u 01 – относительная скорость системы (OX 2 Y 2 Z 2), измеренная в (OX 1 Y 1 Z 1), а u 02 – скорость системы (OX 1 Y 1 Z 1 ) относительно (OX 2 Y 2 Z 2 ). Следует отметить, что u 01 не равно u 02 , в отличие от СТО, в которой относительные скорости систем отсчета имеют одинаковую величину. Из формулы t 2 = γt 1 вытекает зависимость скорости течения времени (темпа хода часов) от абсолютной скорости движения инерциальных систем. Системы, имеющие разные абсолютные скорости v 1 и v 2 , не равноправны: темп хода часов выше в системе отсчета, имеющей меньшую абсолютную скорость.
Важным следствием приведенных преобразований является абсолютный характер понятия одновременности событий. События одновременные в одной инерциальной системе отсчета (dt 1 = 0) будут одновременны в любой другой системе (dt 2 = 0), что принципиально отличается от СТО. Соответственно сокращение размеров тел, вытекающее из преобразований (1), является отражением сближения атомов и молекул, составляющих тела вдоль направления движения. В СТО сокращение размеров тел имеет совершенно иной характер, а именно, является следствием неодновременности событий (события, произошедшие одновременно в одной системе отсчета, в другой инерциальной системе отсчета одновременными не являются).
Закон преобразования энергии (E ) и импульса (p ) при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, согласно СЭТ, имеет вид:
p x 2 = γp x 1 , p y 2 = p y 1 , p z 2 = p z 1 , E 2 = (E 1 – u 01 p x 1)/γ.
Связь энергии и импульса в инерциальной системе отсчета, имеющей абсолютную скорость v 0 , определяется соотношением:
(1 – v 0 2 /c 2)E 2 /c 2 + 2(v 0 /c )p x E /c – p 2 = m 2 c 2 .
При v 0 /c 1 формула переходит в известное выражение СТО :
E 2 /c 2 – p 2 = m 2 c 2 .
Пространство и время оказываются взаимосвязанными, однако по иным, чем в СТО, законам. Метрику пространства-времени в инерциальной системе отсчета определяют коэффициенты инвариантной квадратичной формы:
ds 2 = c 2 dt 2 – (1 – v 0 2 /c 2)dx 2 – 2v 0 dtdx – dy 2 – dz 2 .
Важным следствием такой метрики является анизотропия пространства инерциальных систем. Из такой анизотропии вытекают нарушение закона сохранения момента импульса (отметим, что отклонение от закона сохранения момента для систем отсчета, абсолютная скорость которых мала v 0 /c uv 0 /c 2 , где u относительная скорость вращательного движения), а также зависимость скорости света от направления (α") распространения волны:
с "(α") = с –1 .
Асимптотика преобразований (1):
- Преобразования (1) переходят в классические преобразования Галилея – Ньютона при малых относительных скоростях частиц (u 01 /c v 1 /c
- Преобразования (1), примененные к частицам, абсолютная скорость которых (v 2) близка к c , переходят в преобразования Лоренца СТО , если мала абсолютная скорость лабораторной (земной) системы отсчета (v 1 /c
- Преобразования (1) теряют смысл при v ≥ c , что имеет простое физическое объяснение: материя, состоящая из частиц, связанных силами электромагнитного взаимодействия, не может существовать при скоростях, превышающих скорость распространения взаимодействия (частицы материи распадутся, если v ≥ c , поскольку при этом условии волна взаимодействия между элементами, составляющими частицы, не успевает за движением этих элементов).
Таким образом, СЭТ представляет собой более общую, чем СТО, механику и позволяет установить границы применимости последней.
Экспериментальное обоснование концепции эфира
Явление анизотропии скорости распространения света в движущихся системах отсчета позволяет экспериментально установить факт движения инерциальной системы отсчета относительно абсолютной. Однако существуют проблемы и закономерности (доказательство которых дано в ), ограничивающие выбор измерительных методик:
- Невозможность определения абсолютной скорости объекта интерференционнымиметодами (на оптических линиях, неподвижных в лабораторной системе координат).
- Проблема синхронизации часов, разнесенных в пространстве, без предварительного знания величины и направления абсолютной скорости системы отсчета.
Опыты С. Маринова
Серия экспериментов по определению абсолютной скорости Земли, отвечающих вышеуказанным закономерностям, впервые была выполнена Стефаном Мариновым (Австрия). В 1984 г. он поставил эксперимент , являющийся развитием опыта Физо с зубчатым колесом по измерению скорости света. Измерялась разность световых скоростей в двух противоположных направлениях (рис. 1).
Рис. 1. Схема опыта С. Маринова
Свет от лазера разделялся на два луча 1 и 3 (процесс разделения на рисунке не показан) и проходил путь в противоположных направлениях между двумя синхронно вращающимися дисками. Диски с отверстиями по периферии, жестко закрепленные на общей оси, выполняли роль синхронизированных затворов, формирующих импульсы света, проходящие к фотодетекторам 2 , 4 . Абсолютная скорость Земли определялась по формуле:
где ∆I 1 , ∆I 2 – разность токов, регистрируемых в детекторе тока 5 при двух различных частотах вращения оси N 1 и N 2 . Проблема синхронизации затворов решена применением жесткой, механической связи между дисками посредствам вала. Значение абсолютной скорости Земли, определенное в эксперименте, составило 362 ± 40 км/с . Вариант эксперимента на связанных зеркалах, выполненный тем же автором , дал близкий результат.
Описанный опыт Маринова не мог быть выполнен до появления лазерной технологии, позволяющей получать достаточно узкий пучок света. Так, несмотря на то, что идея подобного опыта была предложена еще Майкельсоном и Морли, осуществить его во времена становления СТО было невозможно.
Интерференционный способ определения абсолютных скоростей
Альтернативный способ измерения абсолютных скоростей непосредственно вытекает из закона преобразования (1): t 2 = γt 1 , по которому относительное замедление времени в двух инерциальных системах зависит от их абсолютных скоростей v 1 , v 2 . Рассмотрим двое часов, одни из которых движутся вдоль вектора абсолютной скорости Земли, а вторые в противоположном направлении, соответственно абсолютная скорость одних будет больше абсолютной скорости Земли, а других меньше. Следствием такого движения, как видно из (1), станет замедление темпа хода одних часов и ускорение темпа других по сравнению с часами, неподвижными относительно Земли. Роль часов в описанной ниже идее эксперимента выполняют линии задержки светового сигнала, движущиеся в противоположных направлениях относительно земной системы (рис. 2).
Рис. 2. Интерференционный опыт на движущихся оптических линиях
Свет от источника 1 (лазера) после расщепления 2 проходит через линии задержки 4 и 5 (катушки с намотанным световодом длиной L и показателем преломления n ), с выхода которых световые сигналы поступают на фазовый дискриминатор 3 , регистрирующий сдвиг фаз (∆φ) в момент, когда катушки занимают определенное положение в пространстве. Фазовый дискриминатор и катушки жестко крепятся к цилиндру. Цилиндр со световодами вращается с угловой скоростью ω, так что направление вектора линейной скорости катушек (u ) меняется (u = ωr, где r – радиус цилиндра). Абсолютная скорость Земли определяется по формуле:
Приведем параметры эксперимента, описанного в для длины световой волны λ = 0,5 мкм: высота цилиндра 1,2 м, радиус r = 16 см, скорость вращения ω = 3600 об/мин (u = 60 м/с). Необходимая длина световода L составит 2,5 км, при расчетной точности измерения абсолютной скорости Земли dv = 3 км/с (что на порядок точнее, чем в опыте Маринова).
Эфир и космология
Результаты опытов Маринова позволяют выдвинуть гипотезу о том, что т.н. реликтовое излучение Вселенной является собственным шумом эфира, поскольку значение скорости, измеренное в опытах , близко к скорости Земли (Солнечной системы) по отношению к фону реликтового излучения, полученной из астрономических наблюдений. В этом случае «реликтовое» излучение не является собственно реликтовым, а значит, не служит доказательством происхождения Вселенной по теории Большого взрыва. Другой аргумент сторонников теории Большого взрыва состоит в объяснении красного смещения спектра далеких звезд эффектом Доплера, вследствие разлета галактик. Однако существуют альтернативные объяснения. Например, причинами смещения спектра могут являться: неоднородность эфира – изменение его свойств от центра Вселенной к периферии (в предположении, что наша Галактика находится в центральной области Вселенной), или уменьшение энергии электромагнитной волны вследствие прохождения гигантского расстояния в среде-носителе, при этом поглощенная эфиром доля энергии впоследствии может излучаться в виде шума (предполагается, что процент поглощенной энергии зависит только от пройденного расстояния и не зависит от частоты волны). Концепция эфира позволяет обосновать более естественный взгляд на Вселенную. Вселенная, как и эфир, является вечной, и, следовательно, не нуждается в объяснениях своего происхождения. Составляющие её структурные элементы (галактики) непрерывно обновляются, на смену погибающим, старым рождаются новые, молодые. Иного взгляда на эволюцию Вселенной придерживаются последователи концепции физического вакуума, объясняющие возникновение Вселенной путём взрыва, связанного с рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов в вакууме. Вселенная, в соответствии с теорией Большого взрыва, не вечна, её ожидает гибель либо в результате разлета галактик («холодная смерть» – модель расширяющейся Вселенной), либо в результате коллапса («горячая смерть» – модель осциллирующей Вселенной). Соответственно галактики гибнут либо в одиночестве (первая модель), либо коллективно (вторая модель). В истории науки еще не было теории более «оптимистичной», чем теория Большого взрыва.
О том, что теория Большого взрыва является крайне спорной в современной науке, свидетельствуют многочисленные работы ученых – физиков и астрономов. Так шведский астрофизик, лауреат Нобелевской премии Х. Альфвен говорит: «Эта космологическая теория представляет собой верх абсурда – она утверждает, что вся Вселенная возникла в некий определенный момент подобно взорвавшейся атомной бомбе, имеющей размеры с булавочную головку. Похоже на то, что в теперешней интеллектуальной атмосфере огромным преимуществом космологии «Большого взрыва» служит то, что она является оскорблением здравого смысла: credo, quia absurdum («верую, ибо это абсурдно»)! Когда ученые сражаются против астрологических бессмыслиц вне стен «храмов науки», неплохо было бы припомнить, что в самих этих стенах подчас культивируется еще худшая бессмыслица.» .
Заключение
Концепция эфира, возрожденная на основе СЭТ, и экспериментально подтвержденная в опытах Маринова принципиально отличается от концепции физического вакуума, представления о котором развились из принципа относительности. Основные различия двух концепций заключаются в следующем:
- Согласно эфирной концепции электромагнитная волна представляет собой распространение возбуждения неподвижной среды-эфира. В инерциальных системах отсчета имеет место зависимость скорости света от направления распространения волны. Альтернативный взгляд сложился в современной физике: свет не нуждается в среде носителе и движется как корпускула, а скорость распространения света изотропна и инвариантна в инерциальных системах.
- Все, что нас окружает, находится в эфире. Структура и динамика свойств его элементов определяют такие фундаментальные физические понятия, как пространство и время. Таким образом, эфир, с которым можно связать абсолютную систему отсчета координат и времени, это и есть Абсолютное пространство-время вечной Вселенной. В отличие от эфира, с физическим вакуумом невозможно связать систему отсчета, а возникающая из вакуума Вселенная имеет конечное время жизни.
- Эфирной среде присущи все атрибуты материального объекта: она шумит в радиочастотном диапазоне («реликтовое» излучение), является переносчиком электромагнитных волн, относительно эфира можно экспериментально выявить скорость тел и частиц. Физический вакуум в этом смысле – объект виртуальный (не поддающийся непосредственной регистрации).
Признание существования эфира – это окончательный отказ от принципа относительности и переход к представлению о единстве божественного мира, объединяемого всепроникающей средой – эфиром. Эта среда определяет абсолютную систему отсчета пространственных координат и времени. В социальной и духовной сферах, в которые принцип относительности проник в форме либерализма и политеизма, отказ от относительности морально-нравственных ценностей означает абсолютизацию понятий добра, морали и справедливости.
Обухов Юрий Алексеевич,
Захарченко Игорь Иванович,
e-mail: [email protected] .
Источники информации:
- Калитеевский Н.И. Волновая оптика. – М.: Высшая школа, 1995.
- Лоренц Г.А., в сб. Принцип относительности. – М.: Атомиздат, 1973.
- Обухов Ю.А., Захарченко И.И., Светоносный эфир и нарушение принципа относительности , 2001.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Квантовая электродинамика. – М.: Наука, 1989.
- Паршин Д.А., Зегря Г.Г. Лекция 27 .
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. – М., Наука, 1988.
- Маринов С. Физическая мысль России. Т. 2, 1995.
- Marinov S. General Relativity and Gravitation. 12, p. 57, 1980.
- Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М.: Наука, 1983.
- Захарченко И.И., Обухов Ю.А. Заявка на изобретение №2001114292, 2001.
- Будущее науки. Международный ежегодник. Вып. 12. – М., стр. 64, 1979.
См. также:
- Об эфирном ветре . , 1999.
- Петров В.В. Опыт Майкельсона – Морли и гипотеза Френеля. , 2001.
- Эстерле О.В.
И технике под ним подразумевают среду, в которой газ содержится под давлением меньше атмосферного. Что такое разреженные газы, когда о них узнали впервые?
Страницы истории
Идея пустоты на протяжении многих веков была предметом спора. Разреженные газы пытались анализировать древнегреческие и древнеримские философы. Демокрит, Лукреций, их ученики считали: если бы между атомами не было свободного пространства, их движение было бы невозможно.
Аристотель и его последователи опровергали эту концепцию, по их мнению, в природе не должно быть «пустоты». В средние века в Европе идея «боязни пустоты» стала приоритетной, ее использовали в религиозных целях.
Механики Древней Греции при создании технических устройств основывались на К примеру, водяные насосы, которые функционировали при создании над поршнем разрежения, появились во времена Аристотеля.
Разреженное состояние газа, воздуха, стало основой для изготовления поршневых вакуумных насосов, которые широко применяются в настоящее время в технике.
Их прототипом был знаменитый поршневой шприц Герона Александрийского, созданный им для вытягивания гноя.
В середине семнадцатого века была разработана первая вакуумная камера, а спустя шесть лет немецкому ученому Отто фон Герику удалось изобрести первый вакуумный насос.
Этот поршневой цилиндр легко откачивал воздух из герметичной емкости, создавал там вакуум. Это позволило изучить основные характеристики нового состояния, проанализировать его эксплуатационные свойства.
Технический вакуум
На практике разреженное состояние газа, воздуха именуют техническим вакуумом. В больших объемах невозможно получать такое идеальное состояние, так как при определенной температуре материалы имеют ненулевую плотность насыщенных паров.
Причиной невозможности получения идеального вакуума также является пропускание стеклянными, металлическими стенками сосудов газообразных веществ.
В небольших количествах вполне можно получать разреженные газы. В качестве меры разряжения используют длину беспрепятственного пробега молекул газа, которые хаотично сталкиваются, а также линейный размер используемого сосуда.
Между высоковакуумным насосом и атмосферным воздухом ставится форвакуумный нанос, который создает предварительное разрежение. В случае последующего понижения в камере давления наблюдается увеличение длины пробега частиц газообразного вещества.
При показателях давления от 10 -9 Па создается сверхвысокий вакуум. Именно такие разреженные газы используют для проведения экспериментов с применением сканирующего
Получить такое состояние в порах некоторых кристаллов удается даже при атмосферном давлении, так как диаметр пор намного меньше длины пробега свободной частицы.
Приборы на основе вакуума
Разреженное состояние газа активно применяется в приборах, которые называются вакуумными насосами. Для всасывания газов и получения определенной степени вакуума применяют геттеры. Вакуумная техника также подразумевает многочисленные приборы, которые необходимы для контроля и измерения данного состояния, а также для управления предметами, проведения различных технологических процессов. Самыми сложными техническими устройствами, в которых применяются разреженные газы, являются высоковакуумные насосы. Например, диффузионные приборы функционируют на основе движения молекул остаточных газов под действием потока рабочего газа. Даже в случае идеального вакуума при достижении конечной температуры существует незначительное тепловое излучение. Это объясняет основные свойства разреженных газов, например, наступление теплового равновесия через определенный временной промежуток между телом и стенками вакуумной камеры.
Разреженный одноатомный газ является отличным термоизолятором. В нем перенос тепловой энергии осуществляется только с помощью излучения, теплопроводность и конвекция не наблюдаются. Данное свойство применяется в (термосах), состоящих из двух емкостей, между которыми располагается вакуум.
Вакуум нашел широкое применение и в радиолампах, например, магнетронах кинескопов, микроволновых печей.
Физический вакуум
В квантовой физике под таким состоянием подразумевают основное (низшее) энергетическое состояние квантового поля, которое характеризуется нулевыми значениями
В таком состоянии одноатомный газ не является абсолютно пустым. Согласно квантовой теории, в физическом вакууме систематически появляются и исчезают виртуальные частицы, что вызывает нулевые колебания полей.
Теоретически одновременно могут существовать несколько разнообразных вакуумов, которые отличаются между собой плотностью энергии, а также иными физическими характеристиками. Эта идея стала основой в инфляционной теории огромного взрыва.
Ложный вакуум
Под ним подразумевается состояние поля в квантовой теории, не являющееся состоянием с минимальной энергией. Оно стабильно на протяжении определенного временного промежутка. Есть вероятность «туннелирования» ложного состояния в истинный вакуум при достижении необходимых значений основных физических величин.
Космическое пространство
Рассуждая над тем, что значит разреженный газ, необходимо остановиться и на понятии «космического вакуума». Его можно считать близким к физическому вакууму, но существующему в межзвездном пространстве. У планет, их естественных спутников, многих звезд существуют определенные силы притяжения, которые удерживают на определенном расстоянии атмосферы. По мере удаления от поверхности звездного объекта, меняется плотность разреженного газа.
Например, существует линия Кармана, которая считается общим определением с космическим пространством границы планеты. За ней резко снижается величина изотропного давления газа в сравнении с солнечным излучением и динамическим давлением солнечного ветра, поэтому трудно интерпретировать давление разреженного газа.
В космическом пространстве много фотонов, реликтовых нейтрино, которые сложно обнаружить.
Особенности измерения
Степень вакуума принято определять тем количеством вещества, которое осталось в системе. Основной характеристикой измерения этого состояния является абсолютное давление, кроме того, учитывается химический состав газа, его температура.
Важным параметром для вакуума является среднее значение длины пробега газов, оставшихся в системе. Существует подразделение вакуума на определенные диапазоны в соответствии с технологией, которая необходима для проведения измерений: ложный, технический, физический.
Вакуумная формовка
Это изготовление изделий из современных термопластичных материалов в горячем виде с помощью воздействия низкого давления воздуха или действия вакуума.
Вакуумную формовку считают способом вытяжки, в результате которой происходит нагревание листового пластика, находящегося над матрицей, до некоторого температурного значения. Далее происходит повторение листом формы матрицы, это объясняется созданием между ней и пластиком вакуума.
Электровакуумные приборы
Ими являются устройства, которые предназначены для создания, усиления, а также преобразования электромагнитной энергии. В таком приборе из рабочего пространства удален воздух, а для защиты от окружающей среды используется непроницаемая оболочка. Примерами подобных устройств являются электронные вакуумные приборы, где электроны подходят в вакууме. Лампы накаливания также можно считать электровакуумными приборами.
Газы при низких давлениях
Газ называют разреженным, если величина его плотности незначительна, и длина пробега молекул сравнима с размерами того сосуда, в котором находится газ. В подобном состоянии наблюдается уменьшение количества электронов пропорционально плотности газа.
В случае сильно разреженного газа практически отсутствует внутреннее трение. Вместо этого появляется внешнее трение перемещающегося газа о стенки, которое объясняется изменением величины импульса молекулами при сталкивании с сосудом. В подобной ситуации существует прямая пропорциональность между скоростью движения частиц и плотностью газа.
В случае низкого вакуума наблюдаются частые столкновения между частицами газа в полном объеме, которые сопровождаются стабильным обменом тепловой энергией. Это объясняет явление переноса (диффузию, теплопроводность), активно используется в современной технике.
Получение разреженных газов
Научное изучение и развитие вакуумных приборов началось в середине семнадцатого века. В 1643 году итальянцу Торричелли удалось определить величину атмосферного давления, а после изобретения О. Герике механического поршневого насоса со специальным водяным уплотнителем, появилась реальная возможность для проведения многочисленных исследований характеристик разряженного газа. Одновременно исследовались возможности воздействия вакуума на живые существа. Опыты, проводимые в условиях вакуума с электрическим разрядом, способствовали открытию отрицательного электрона, рентгеновского излучения.
Благодаря теплоизолирующей способности вакуума появилась возможность объяснить способы передачи тепла, использовать теоретические сведения для развития современной криогенной техники.
Применение вакуума
В 1873 году был изобретен первый электровакуумный прибор. Им стала лампа накаливания, созданная русским физиком Лодыгиным. Именно с этого времени расширилось практическое использование вакуумной техники, появились новые методы получения, а также изучения данного состояния.
За незначительный временной промежуток были созданы различные виды вакуумных насосов:
- вращательный;
- криосорбционный;
- молекулярный;
- диффузионный.
В начале двадцатого века академику Лебедеву удалось усовершенствовать научные основы вакуумной промышленности. До середины прошлого века ученые не допускали возможности получения давления меньше 10-6 Па.
В настоящее время создают цельнометаллическими, чтобы избежать утечки. Вакуумные криогенные насосы применяют не только в научно-исследовательских лабораториях, но и в различных сферах промышленности.
Например, после разработки специальных откачных средств, которые не загрязняют используемый объект, появились новые перспективы использования вакуумной техники. В химии такие системы активно используются для качественного и количественного анализа свойств разделения смеси на компоненты, анализа скорости протекания различных процессов.
Про букмекерскую контору 1xbet не слышал только ленивый. Грамотная рекламная компания и огромный перечень событий для ставок сделали свое дело. На сегодняшний день 1xbet — это один из самых пропиаренных и крупных букмекеров по всей стране. По проведенным статистическим данным, 1xbet является самой узнаваемой букмекерской конторой. Уже сотни тысяч пользователей выбрали эту контору. И их число возрастает с каждым днем.
О зеркале 1xbet
Перейти на зеркало
Многие пользователи до сих пор не знают, что такое зеркала. На самом деле это распространенное понятие среди пользователей букмекерской конторы. Зеркало — это просто-напросто копия официального сайта букмекера. Не случайно дано название «Зеркало БК». По сути, это полное копирование основного сайта со всем функционалом и возможностями. Практику создания зеркал используют многие игорные заведения.
Подобные копии называются «Зеркала БК», поскольку они являются полным отражением основного сайта. Зеркала используют не только букмекерские конторы, но и другие игровые ресурсы.
Рабочее зеркало 1xbet находится всегда в свободном доступе. Оно не скрыто от глаз пользователя. Ссылок на рабочие зеркала очень много. Администрация конторы выпускает новые домены чуть ли не каждый день, словно из-под конвейера. Поэтому дефицита в зеркальных сайтах нет.
Почему блокируют основной сайт букмекерской конторы 1хбет
Блокировка букмекерских контор и прочих игорных сайтов происходит периодически. Вследствие ужесточения российских законов, многие сайты были заблокированы интернет-провайдерами. Роскомнадзор старается массово ограничить доступ к игровым сайтам. Причем доступ к букмекеру не запрещен. Блокируется только домен, а ограничений к самому ресурсу 1xbet нет.
От этих законов страдают многие заведения. И 1xbet не стал счастливым исключением. Поэтому администрация 1xbet провела вынужденные меры. Этими мерами и являются зеркальные сайты.
Зеркала также постоянно блокируются. Именно поэтому так часто администрация создает новые зеркала. Таким образом, пользователь не потеряет доступ к сайту и сможет делать ставки в любое время, несмотря на запреты российских провайдеров.
Регистрация на зеркале 1хбет
Процесс регистрации на зеркале схож с регистрацией на основном сайте. Существует несколько способов заведения учетной записи на сайте 1xbet
- По электронной почте. Данная форма регистрации является расширенной. И, помимо адреса электронного ящика, пользователь должен указать свой город, имя, рабочий номер телефона, индекс и придумать надежный пароль.
- По номеру мобильного телефона. Очень простой и быстрый способ регистрации. Пользователю достаточно указать свой номер, на который придет смс-сообщение с последующими данными, необходимыми для регистрации
- Привязка аккаунта к страничке в соц.сетях. Самый популярный метод регистрации на многих сайта. 1xbet также предлагает такой способ обзавестись учетной записью на их сайте. Необходимо указать логин и пароль от выбранной соц.сети и аккаунт на бк будет создан.
Если учетная запись на официальном сайте 1xbet уже имеется, то нет нужды создавать новую для зеркала. Достаточно ввести свои старые данные, актуальные для основного сайта.
В квантовой теории поля – низшее энергетическое состояние квантовых полей, характеризующееся отсутствием реальных частиц, называют физическим вакуумом . Все квантовые числа физического вакуума равны нулю. При взаимодействии реальных частиц с вакуумом рождаются виртуальные процессы. В случае спонтанного нарушения симметрии вакуумное состояние становиться вырожденным.
Вакуум можно представить наглядно. Это область пространства, из которой удалены все реальные частицы поля и волны. Это идеализированный вакуум. Достичь абсолютного вакуума практически невозможно. Даже в космическом пространстве присутствует разряженный газ, реликтовое излучение и т.д.
Квантовая теория поля показала, что физический вакуум – это не пустое безжизненное пространство, лишенное вещества. Согласно квантовой физике, квантовые эффекты могут приостанавливать действие закона сохранения энергии на очень короткое время. Причиной такого явления является принцип неопределенности Гейзенберга. В течение этого промежутка времени, энергия может быть взята «взаймы» на различные цели, в том числе на рождение частиц. Все возникающие при этом частицы будут короткоживущими, т.к. израсходованная на них энергия должна быть возвращена спустя ничтожную долю секунды. Тем не менее, частицы могут, возникнуть из ничего, обретая мимолетное бытие, прежде чем снова исчезнуть. В пространстве всегда будет присутствовать рой мимолетных частиц, возникновение которых «субсидируется» соотношением неопределенностей Гейзенберга.
Эти частицы - призраки нельзя наблюдать, хотя они могут оставить следы своего кратковременного существования. Они представляют собой разновидность «виртуальных » частиц, аналогичных реальным переносчикам взаимодействий, но не предназначенных для получения или передачи сигналов. Возникнув из пустоты, они снова вернутся в нее. Следовательно, в пустом пространстве в действительности виртуальные частицы кишат. Вакуум не «безжизнен», а полон энергии .
Электрон, перемещаясь в пространстве, оказывается в окружении частиц-призраков: лептонов, кварков и других переносчиков взаимодействия. Своим присутствием они оказывают воздействие на электрон . Даже в состоянии покоя электрон не знает покоя: со всех сторон его непрерывно штурмуют другие частицы, появившиеся из вакуума. Из вакуума виртуальные частицы рождаются парами типа электронно-позитронной пары , которые вскоре вновь «сливаются» в фотон . Следовательно, пространство вокруг электрона в действительности не пусто, а заполнено виртуальными частицами всевозможных сортов, в том числе виртуальными электронами и виртуальными позитронами. Электрон, помещенный в физический вакуум «узнает» о существовании виртуальных частиц, т.к. они влияют на него. Виртуальные позитроны будут притягиваться к электрону, а виртуальные электроны – отталкиваться. Тем самым происходит поляризация вакуума, что нетрудно измерить экспериментально.
Поляризация вакуума приводит к тому, что вокруг электрона возникает своего рода экран. Вследствие экранирования эффективный заряд электрона издалека кажется меньше реального. Введя зонд внутрь облака, мы обнаружили бы, что «голый» электрон имеет больше заряда, чем экранированный электрон.
Квантовая электродинамика (КЭД) предсказала, что энергетический уровень атома водорода должен быть слегка смещенным относительно положения, которое он занимал бы, если бы не существовали виртуальные частицы. Теория очень точно предсказала величину этого смещения . Эксперимент, по обнаружению смещения, осуществил Уиллис Лэмб из Университета штата Аризона. Опыты показали правильность теоретических вычислений. Кроме того, КЭД нашел поправку к магнитному моменту электрона . Чтобы обнаружить расчетную поправку, экспериментаторы сначала усовершенствовали прибор, поднимая точность более чем на девять знаков после запятой, а затем они обнаружили экспериментально указанную КЭДом поправку к магнитному моменту электрона.
Вопросы для самоконтроля
1. Как называют в теории, поле низшего квантового энергетического состояния?
2. Чему равны все квантовые числа в физическом вакууме?
3. Можно ли взять энергию «взаймы» с вакуума для рождения частиц-призраков?
4. Откуда появляются частицы призраки или же виртуальные частицы?
5. Каким образом, доказывается существование виртуальных частиц?
6. Возникновения, каких частиц субсидируется, соотношением неопределённостей Гейзенберга?
7. Чем доказывается, что вакуум не «безжизнен», а полон энергии?
8. Почему электрон в состоянии покоя не будет находиться в покое?
9. Как рождаются виртуальные частицы из вакуума: парами или поодиночке?
10. Почему эффективный заряд экранированного электрона кажется меньше реального, т.е. «голого»?
11. Как называется наука, которая предсказала, энергетический уровень атома водорода слегка смещенного, в присутствии виртуальных частиц?
12. Кто экспериментально измерял смещение энергетического уровня атома водорода в присутствии виртуальных частиц?
13. Чтобы экспериментально обнаружить поправку, к магнитному моменту электрона, экспериментаторы поднимали точность прибора, до какого знака после запятой?
В науке и технике под вакуумом понимается состояние газа, плотность которого меньше плотности, соответствующей состоянию воздуха на уровне земли. Чем значительнее уменьшение плотности газа, тем лучше вакуум. Вакуум обладает многими полезными свойствами, которые находят широкое применение в различных областях науки и техники. Например, в вакууме резко снижается химическая активность кислорода в процессе окисления металлов.
Другими словами, в вакууме можно сохранять различные химические вещества и использовать их специфические свойства. При очень высоких степенях разрежения поверхности остаются чистыми (без адсорбции хотя бы монослоя газа) в течение нескольких часов, что позволяет проводить исследования таких поверхностей, а также различных явлений, связанных с адсорбированными молекулами газа. Малочисленность молекул остаточного газа в условиях вакуума приводит к тому, что различные частицы могут проходить в таких условиях без столкновений большие расстояния.
Особенно это важно для заряженных частиц - элект ронов, ионов и протонов, траекториями движения которых в вакууме можно управлять с помощью электрических и/или магнитных полей. Такие физические явления, как распространение звука, тепло- и массопере-нос, которые при атмосферном давлении определяются процессами взаимодействия молекул газа, существенно изменяются с уменьшением давления вплоть до того, что роль таких взаимодействий в механизме переноса становится второстепенной.
Упомянутые эффекты, очевидно, зависят от степени разрежения . Таким образом, плотность остаточного в объеме газа является непосредственной мерой вакуума. Однако еще из работ Бойля было известно, что плотность газа прямо пропорциональна давлению, поэтому сложилась общепринятая практика определять степень вакуума по давлению остаточного газа.
Современная вакуумная техника позволяет создавать вакуум, характеризующийся давлением, в 1015 раз меньшим атмосферного. Для удобства весь диапазон достижимых величин разрежения делят на несколько поддиапазонов. Схематично это деление представлено на рис. 1.1, где давление измеряется в Паскалях. На этом рисунке также показаны основные области применения вакуума в зависимости от степени разрежения. Использование вакуума, например в прессах и подъемных механизмах, обусловлено значительными силами, возникающими вследствие разности давлений по обе стороны поршня, а не каких-то особенностей вакуума.
Использование упомянутых выше свойств вакуума предусматривает обеспечение соответствующей степени разрежения, что, в свою очередь, требует применения правильно подобранного оборудования вакуумной системы. Чтобы сконструировать вакуумную систему, обладающую оптимальными характеристиками, необходимо знать не только параметры оборудования, но и все те факторы, которые могут влиять на них. Например, совершенно недостаточно знать, что насос имеет скорость откачки, равную 10 -1 м 3 *с -1 , и позволяет достигать предельного давления 10 -6 Па.
В неудачно сконструированных вакуумных системах параметры оборудования могут оказаться значительно хуже (на порядок величины) по сравнению с оптимальными. Поэтому для достижения оптимальных характеристик оборудования необходимо понимать основные принципы работы вакуумной техники. Это особенно важно для сверхвысокого вакуума (ниже 10 -6 Па), когда число молекул газа, адсорбированных поверхностями вакуумной камеры, может значительно превышать число молекул, находящихся в объеме. В данной главе в конспективной форме рассмотрены основные законы и понятия, относящиеся к вакуумной технике. Более подробные сведения читатель может получить3" из книги П. Редхеда с соавторам