Термодинамика Реальных Процессов

14. Условно простое волновое явление.

В 1924 г. Л. де Бройль в своей диссертации на соискание ученой степени доктора философии предположил, что все тела способны излучать определенные волны, которые впоследствии были названы волнами де Бройля. Это послужило основанием, чтобы ввести понятие дебройлевской формы явления и определить ее с помощью особых экстенсора и интенсиала [18, с.58; 21, с.119].

Однако следует сразу же оговориться, что самостоятельной волновой формы явления, обеспеченной своим специфическим родным веществом, в природе не существует. Речь может идти лишь об условно простом волновом явлении, при этом надо различать два наиболее характерных типа волновых процессов.

К первому относятся процессы, в которых решающее значение имеют такие явления, как метрическое, например в лице перемещательного, и вибрационное, например в лице планковского. В ходе одновременно происходящих перемещения с определенной скоростью и колебания с определенной частотой движущийся таким образом ансамбль (например, элементарная частица, в том числе фотон, или так называемая электромагнитная волна) описывает траекторию в виде волны и способен оставить соответствующий волновой след. Отсюда и возникло представление о волновой форме движения. Однако в действительности волна - это результат наложения двух различных самостоятельных явлений: перемещательного и колебательного. Именно это делает волновую форму сугубо условной, несамостоятельной, зависящей от большого числа всевозможных факторов, определяющих составляющие ее основные явления.

Кстати, при такой постановке вопроса легко и наглядно объясняются все известные эффекты, такие, как дифракция, интерференция, поляризация и т.д. Становятся понятными и многие другие вызывавшие недоумение факты: например, каким образом «электромагнитная радиоволна» длиной в несколько километров умещается в микроансамбле ничтожных размеров? Оказывается, все определяется только скоростью движения и частотой колебания ансамбля (частицы) как целого.

Ко второму типу относятся процессы, в которых взаимное наложение метрического и вибрационного явлений решающего значения не имеет, при этом главную роль играют любые другие явления. Например, при периодическом тепловом воздействии на поверхность можно наблюдать распространение внутри тела температурной (тепловой) волны. Аналогичный волновой процесс возникает при соответствующем воздействии на тело электрическим зарядом. Упругие деформации среды с частотой ω вызывают продольные колебания, описываемые формулами (255)-(257). Распространение поперечной волны на поверхности жидкости имеет похожий механизм. Процессы второго типа рассматриваются в соответствующих дисциплинах по принадлежности, здесь мы на них останавливаться не будем. Весьма существенно, что в перечисленных примерах обязательно фигурирует определенная среда - твердая, жидкая или газообразная. В отличие от этого процессы первого типа могут происходить и в вакууме.

Правильно понять процессы первого типа можно только в том случае, если учесть влияние на них хронального и метрического явлений. С этой целью прежде всего надо обратить внимание на разницу в количественном определении спинового и планковского явлений, с одной стороны, и кинетического, кинетовращательного и колебательного, с другой. В первом случае в выражении для энергии, определяемой как произведение интенсиала на экстенсор, интенсиалом служит частота, взятая в первой степени (см. формулу (253)). Аналогичным образом выражается энергия и для многих других явлений, например для хронального, вермического, электрического и магнитного (см. формулы (236), (262), (264) и (266)), куда величины  , Τ ,  и Р_м , играющие роль интенсиалов, входят тоже в первой степени. Во втором случае интенсиалом служит квадрат частоты или скорости (см. формулы (244), (251) и (255)).

Нетрудно сообразить, что в имеющейся разнице повинны хрональное и метрическое явления. О вторжении метрического явления в кинетовращательное достаточно подробно говорилось в параграфе 10 гл. XV. Совместно с хрональным оно не позволяет использовать в качестве экстенсоров количество и момент количества движения (см. формулы (242) и (249)), ибо эти величины не подчиняются второму началу ОТ - закону сохранения. В результате интенсиалами для кинетического и кинетовращательного явлений становятся квадраты прежних интенсиалов, то есть квадраты скорости и частоты вращения (см. формулы (244) и (251)). Очевидно, что то же самое происходит и с колебательным явлением, у которого интенсиал представляет собой скорость в квадрате (см. формулу (257)). Следовательно, любое отдельно взятое истинно простое явление вполне может оцениваться по общей формуле, которую можно записать в виде

Q = ζ = U (258)

где ζ - интенсиал; η - сопряженный с ним экстенсор. При такой постановке вопроса смело можно говорить о существовании перемещений метрического вещества, вращений ротационного вещества и колебаний вибрационного вещества внутри ансамбля, не связанных с перемещением, вращением и колебанием частицы как целого. Хорошим примером служит известное ныне понятие спина. В частном случае при ζ =  и η = h из общего уравнения (258) получается формула Планка (253).

В противоположность этому дружная хронально-метрическая пара явлений может поставить данное, например кинетическое, кинетовращательное и колебательное, в исключительные условия, выделив их в особую группу, подведомственную механике (так называемая группа механических явлений). В этих условиях энергию ансамбля придется определять уже по новой формуле, имеющей следующий общий вид:

dQ = ζ²dH = dU (259)

где Η - экстенсор, отличный от η .

В данном случае речь должна идти о перемещении, вращении и колебании микроскопического или макроскопического ансамбля как целого. При этом для кинетического явления интенсиал ζ²  ² и экстенсор Н  m , для кинетовращательного ζ²  ² и Н  I (см. формулы (244) и (251)). Чтобы и колебательное явление соответствовало рассматриваемому случаю, надо при выборе интенсиала и экстенсора отправляться не от уравнения (255), а от (253). В результате для частного случая колебания ансамбля как целого из формулы (259) получаем

dQ_k = ²dH = dU (260)

Здесь величина  имеет тот же смысл, что и в уравнении (253), а экстенсор Н существенно отличается от h .

Из сказанного должно быть ясно, что в формулу Планка (253) заложен принцип колебания вибрационного вещества внутри частицы без участия в этом колебании самой частицы как целого (наглядной аналогией служит спин). Это может происходить, например, в условиях, когда в частице отсутствует метрическое вещество, либо когда универсальным взаимодействием между вибрационным и метрическим веществами можно пренебречь - вспомним закон тождественности (см. параграф 4 гл. XVI). В общем виде такая идея заложена в формулу (258).

В отличие от этого формула (260) отражает колебание вибрационного вещества вместе с частицей как целого. При этом связью между вибрационным, метрическим и хрональным веществами пренебречь уже нельзя. Например, по этому принципу колеблются частицы, оставляющие дифракционные следы при прохождении через малое отверстие или щель, а также макротела. К подобным частицам формулу Планка надо применять с большой осторожностью, для них более подходит уравнение (260), если в нем отбросить знаки дифференциала.

Как видим, наличие хронального и метрического веществ наделяет наш хронально-метрический мир многими весьма специфическими свойствами, в частности связанными с перемещениями, вращениями и колебаниями. Еще более интересные свойства должны проявляться у бесхрональных, безметрических и бесхронально-безметрических ансамблей, .это можно обнаружить с помощью рассуждений, аналогичных приведенным выше, из такого рода экзотических ансамблей построены особые тонкий и сверхтонкий миры (см. параграфы 9 и 10 гл. XXVII).

В свете изложенного напрашивается вывод о необходимости дополнить известные законы сохранения количества и момента количества движения аналогичным новым законом, а именно законом сохранения количества вибродвижения. Под количеством вибродвижения можно понимать, например, произведение массы на некоторую среднюю скорость колебательного движения тела. При различных взаимодействиях вибрирующих тел суммарное количество вибродвижения должно сохраняться неизменным.

Однако новый закон, как и два предыдущих, нарушается в определенных условиях - при разном ходе времени на взаимодействующих телах. Поэтому все перечисленные три закона, относящиеся к группе механических явлений, заслуживают наименования квазизаконов (от латинского guasi - как бы, якобы, мнимый).

Интересные варианты движения и нарушения квазизаконов сохранения возникают при соответствующем взаимном наложении перечисленных механических явлений. О суммировании кинетического и колебательного явлений уже говорилось. Кинетическое может сочетаться также с вращательным, а вращательное - с колебательным. Наиболее сложная картина взаимодействия получается при одновременном участии всех трех явлений.

Что касается волн де Бройля, то уравнение его имени выводится путем приравнивания энергий, соответствующих кинетическому и планковскому условно простым явлениям. Из выражений (244) и (253), приняв во внимание, что длина волны  и частота  связаны равенством

 = 

находим искомое соотношение де Бройля

 = h/P = h/(m) (261)

где Р - импульс, равный количеству движения системы К = m (см. формулу (242)).

В связи с этим необходимо сказать, что в общем случае кинетическая и планковская составляющие энергии системы (частицы, тела) могут изменяться независимо друг от друга в широких пределах, поэтому у нас нет никаких оснований считать их одинаковыми и делать из этого далеко идущий вывод о существовании волн де Бройля. Приходится также признать, что не существует и волн информации, которые определялись бы соотношением (261), как иногда думают. Кстати, замечу, что информацию о всех телах природы - живых и неживых - несут в себе частицы хрононы, но это особый вопрос, требующий специального рассмотрения (см. гл. XVIII и XXVI) [ТРА, стр.265-269].

Содержание