 |
Нетривиальные следствия энергодинамики (незамеченная революция).
|
|
|
|
Литература
1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 1. Механика. – М. Наука. Изд. 3-е., 1973.
2. Эткин В. А. Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии) – СПб.; “Наука”, 2008. - 409 с.
3. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. с лат. А. Н. Крылова, Петроград, 1916.
4. Эткин В. А. Нетривиальные следствия системного подхода в физике. // Системные исследования и управление открытыми системами, 2006. – Вып. 2. – С. 39–44.
Дата публикации: 19 июня 2013
Источник: SciTecLibrary. ru
Нетривиальные следствия энергодинамики (незамеченная революция).
Эткин В. А.
|
Введение. Современное развитие естествознания характеризуется нарастанием ряда негативных тенденций. Стало более предпочтительным, по образному выражению Р. Фейнмана, " угадывать уравнения, не обращая внимания на физические модели или физическое объяснение" того или иного явления. Ученые перестали тяготиться тем, что их теории не проясняют реальности, они уже не ставят задачей понимание причинно-следственных связей в проявлениях тех или иных законов. Объяснение явлений перестало быть основной функцией науки. В этих условиях появляются, как грибы после дождя, эффектные " теории всего и вся", обещающие возможность двигаться вспять во времени, преодолевать световой барьер скорости, извлекать энергию из " пустоты" или использовать всю энергию покоя тела, мгновенно перемещаться в пространстве, переходить в " параллельные миры" и т. п. Они будоражат воображение и богаты на сенсации, однако от них бессмысленно ждать отдачи, поскольку объекты их фантазии находятся далеко за пределами современных возможностей их обнаружения и изучения. Все ярче проявляется тенденция уложить с помощью всевозможных гипотез и постулатов новые опытные факты в " прокрустово ложе" старой квантово-релятивистской парадигмы, и крайне болезненное восприятие любых (в том числе и конструктивных) попыток вернуться к классическому пути построения теоретической физики на феноменологический (базирующийся на опыте) основе. Поэтому на такие попытки решаются, как правило, лишь те, кому, как говорится, " терять уже нечего". Автор этих строк принадлежит к их числу. В ряде книг и большей части статей автор пытался исправить создавшееся положение, доказывая целесообразность перехода на путь неоклассицизма с учетом новых опытных данных и использованием методологических принципов естествознания, подтвердивших свою эвристическую ценность в течение многих столетий. Такими принципами автор считает системный и междисциплинарный подход к объектам исследования (по принципу " от целого к части" ); исключение гипотез и постулатов из оснований теорий; отказ от идеализации процессов и систем вне рамок условий однозначности; интеграцию знаний. Основная цель, преследуемая при этом - перенести по возможности на другие фундаментальные дисциплины основное достоинство феноменологического и дедуктивного термодинамического метода - непреложную справедливость его следствий. Последовательная реализация этих принципов, заложенных в докторской диссертации автора " Синтез и новые приложения теорий переноса и преобразования энергии" (Москва, МЭИ, 1998), осуществлена в ряде книг: " Термодинамика неравновесных процессов... " (1991), " Основы энергодинамики" (1992), " Термокинетика" (1999), " Энергодинамика" (2008) и их зарубежных изданиях " Thermokinetics" (Haifa, 2010) и " Energodynamics" (New York, 2011). В них осуществляется дальнейшее обобщение термодинамики необратимых процессов переноса на процессы полезного преобразования любых форм энергии и синтез фундаментальных основ современного естествознания. Эта теория позволяет вывести основные принципы, законы и уравнения классической и квантовой механики, классической и неравновесной термодинамики, теории тепло-и массообмена, гидро-и аэродинамики, электростатики и электродинамики как её непосредственные математические следствия. Благодаря этому её справедливость подтверждена не одним-двумя " решающими" экспериментами, а всем массивом вытекающих из этих дисциплин следствий. Однако изучение этой теории - далеко не развлекательное чтение. Поэтому вдохновить на этот труд может, пожалуй, только необычно большое число нетривиальных следствий, которые получены на основе предлагаемой теории практически в каждой области её приложения. Ниже мы приводим эти следствия, особо выделяя те из них, которые допускают возможность их экспериментальной проверки.
|
|
|
|
|
|
I. Новые результаты:
1. 1. В области методологии естествознания и синтеза фундаментальных дисциплин:
- Предлагает более общий подход к исследованию разнообразных реальных процессов, не исключающий из рассмотрения какую-либо (обратимую или необратимую) их составляющую и внутренние процессы структурообразования, протекающие на всех уровнях мироздания [1], [17], [27], [40], [63], [73];
- Показывает, что традиционный индуктивный метод исследования неоднородных систем " от части к целому" приводит к утрате системообразующих свойств объекта исследования [40], [78], [130];
- Обосновывает необходимость перехода в связи с этим к исследованию пространственно неоднородных сред как целого с включением в это понятие всей совокупности участвующих в процессе материальных объектов (включая изолированные системы) [27], [38], [40], [74];
- Выявляет необходимость расширения пространства переменных при переходе к исследованию неоднородных систем с введением специфических параметров пространственной неоднородности, характеризующих их отклонение в целом от равновесия [27], [40], [74], [130];
|
|
|
- Предлагает альтернативный подход к определению понятия энергии системы как наиболее общей функции её состояния, позволяющий вернуть ей простой и ясный смысл меры работоспособности системы [27], [40], [34], [132];
- Дает обобщение закона сохранения энергии на внутренние процессы энергопревращения, позволяющее осуществить дедуктивное построение фундаментальных дисциплин по принципу " от общего к частному" [27], [40], [34], [130];
- Предлагает развернутую форму закона сохранения энергии, содержащую члены, ответственные за внутренние процессы переноса и переориентации [27], [40], [47], [49], [115];
- Осуществляет построение ряда фундаментальных дисциплин (классической и квантовой механики, классической и неравновесной термодинамики, теории тепло-и массообмена, гидроаэродинамики, электростатики и электродинамики), не прибегая к каким-либо гипотезам и постулатам [2], [17], [27], [40], [73], [130];
- Показывает возможность исключить из оснований энергодинамики идеализацию процессов и систем, заключенную в понятиях " квазистатический", " равновесный", " обратимый" и т. д. процесс; " точечный", " однородный", " равновесный", " изотропный" и т. п. объект [2], [27], [35], [40], [54], [67];
- Дает логико-математическое обоснование основных принципов, законов и уравнений указанных дисциплин, исходя из закона сохранения энергии, дополненного экспериментально найденными уравнениями состояния и переноса [27], [35], [38], [40], [73], [102];
- Образует внешне и внутренне непротиворечивая, логически последовательная и чрезвычайно компактная форма систематизации знаний, добытых многовековым опытом [17], [25], [27], [36], [40], [41], [43], [44], [54];
- Сокращает число исходных понятий, необходимых для освоения каждой из перечисленных дисциплин, и унифицируется система общефизических понятий [2], [17], [27], [33], [40], [44], [69], [73];
- Обеспечивает кратчайший путь к пониманию их специфики и места в современном естествознании [27], [33], [40], [43], [73];
- Дает описание множества процессов на стыках научных дисциплин, " перекидывая мостик" между ними и укрепляя междисциплинарные связи [27], [33], [40], [73];
|
|
|
- Формирует целостность научного мировоззрения, стимулируя отход от узкой дисциплинарности и интеграцию научного знания [27], [35], [40], [41], [43], [69], [76];
- Вскрывает резервысокращения сроков освоения той или инойфундаментальной дисциплины [27], [33], [40], [73];
- Обнажает необходимостьвнесения корректив в ту или иную из них [27], [36], [40], [73];
- Распространяет основное достоинство классического термодинамического метода - непреложнe. справедливость его следствий - на другие фундаментальные дисциплины [27], [36], [40], [44], [48], [54], [57].
1. 2. В области классической механики:
- Возвращает массе её изначальный смысл меры количества вещества [27], [40], [131];
- Вскрывает необходимость коррекции математического содержания понятий поступательной и вращательной скорости и ускорения [40], [103];
- Заменяет постулирование законов механики их выводом из первых принципов энергодинамики [40], [43], [85], [103];
- Обобщает принцип инерции (1-й закон Ньютона) на вращающиеся системы и на процессы немеханической природы [40], [43], [97], [103];
- Предлагает единое математическое выражение силы (2-го закона Ньютона), не связанное с процессом ускорения и обобщающее это понятие на явления любой природы [40], [43], [103];
- Обобщает принцип действия и противодействия (3-й закон Ньютона) на случай сил, направленных не по одной линии [40], [43], [103];
- Обобщает принцип парности (противонаправленности) сил и их моментов на явления любой природы [40], [43], [103];
- Обнаруживает возможность взаимопревращения энергии поступательно и вращательного движения в изолированной системе тел и возможность изменения положения центра масс такой системы за счет её внутренних сил [36], [40], [43], [103];
- Показывает, что силовые поля порождены не массами, зарядами или токами, а их неоднородным распределением в пространстве [40], [41], [43], [85], [96];
- Открывает возможность теоретического вывода закона тяготения Ньютона на принципиально новой основе неоднородного распределения масс [40], [43], [85];
- Обобщает закон тяготения на случай наличия сторонних масс [40], [43], [85];
- Устраняет расходимость закона тяготения, вызванную пренебрежением конечными размерами любых материальных тел [40], [43], [85];
- Дает отсутствующее теоретическое обоснование принципа наименьшего действия Мопертьюи из общих критериев эволюции энергодинамики [40], [43];
- Обнаруживает существование специфического ориентационного взаимодействия, вызывающего упорядочивание ориентации осей симметрии и угловых моментов вращения тел [40], [43], [45], [46], [47], [49], [70], [110], [115].
|
|
|
1. 3. В области классической и неравновесной термодинамики:
- Осуществляет синтез технической термодинамики, термодинамики при конечном времени и теории тепло-массообмена [27], [40], [59], [65], [69];
- Закладывает в фундамент термодинамики изначально чуждые ей понятия движущей силы, скорости и производительности процесса [1], [17], [18], [27], [40];
- Излагает классическую термодинамику, не прибегая при этом к постулатам в виде её начал [40], [43], [130];
- Исключает необходимость идеализации процессов и систем (типа идеальные газы, идееальные циклы, равновесные системы и т. п. ) при построении математического аппарата термодинамики [40], [43], [130];
- Распространяет методы термодинамики на изолированные системы, в которых протекают только внутренние процессы [40], [43], [130];
- Кладет в основу классификации процессов общефизический принцип их различимости,
позволяющий установить число степеней свободы исследуемых систем и избежать их " недоопределения" или " переопределения" [40], [43], [130];
- Вводит неизвестные ранее экстенсивные параметры пространственной неоднородности неравновесных систем, отражающие протекающие в них векторные процессы перераспределения энергоносителя по объему системы [9], [40], [43], [61], [72], [86], [129];
- Обосновывает принципиальное различие упорядоченных и неупорядоченных работ как количественных мер соответственно энергопереноса и энергопревращения [11], [40], [43], [129];
- Позволяет различать количественные и качественные стороны понятия энергии системы в зависимости от её способности совершать упорядоченную и неупорядоченную работу и выражая превратимую и непревратимую части энергии как функцию различных групп переменных [16], [21], [23], [40], [43], [62], [86], [102], [107];
- Предлагает аналитическое выражение закона сохранения энергии, остающееся справедливым во всем диапазоне реальных процессов - от квазиобратимых до предельно необратимых [40], [43], [54];
- Обобщает закон сохранения энергии на процессы, связанные с внутренним превращением различных составляющих собственной энергии неравновесных систем [40], [43], [54];
- Обнаруживает противоположную направленность процессов в различных областях неоднородных систем и существование специфического класса векторных процессов перераспределения энергии, массы, заряда, импульса и т. п. по объему системы [40], [43], [54];
- Показывает, что истинная " линия водораздела" проходит не между теплотой и работой, а между упорядоченными и неупорядоченными видами работ [11], [40], [43], [129];
- Показывает целесообразность отнесения теплообмена как своего рода " микроработы" к категории неупорядоченных работ с целью унификации последних [11], [40], [43], [129];
- Вскрывает недостаточность деления энергии на " внешнюю" и " внутреннюю", " свободную" и " связанную", " эксергию" и " анергию", заменяя их подразделением энергии на упорядоченную и неупорядоченную как функцию различных групп координат состояния [40], [43], [62], [102];
- Обосновывает преимущества упорядоченной энергии (инергии) перед энтропией в качестве критерия эволюции, равновесия и устойчивости поливариантных систем [40], [43], [84], [89], [128];
- Предлагает новый подход к обоснованию принципа существования энтропии, придающий ей смысл " термоимпульса" [27], [39], [40], [43];
- Устанавливает связь источников и стоков разнородных экстенсивных параметров состояния неравновесных систем, позволяя выразить скорость возрастания энтропии через измеримые параметры системы [40], [43], [102];
- Позволяет найти точные аналитические выражения теплобмена и работы в открытых неравновесных системах [10], [11], [27], [39], [40], [43];
- Обобщает принцип исключенного вечного двигателя 2-го рода на нетепловые циклические машины [5], [40], [43], [81];
- Устанавливает универсальность 3-го начала термодинамики, вскрывая асимптотический характер приближения к абсолютному нулю любых потенциалов [40], [43], [83];
- Показывает, что возникновение термодинамических неравенств является следствием попыток учесть необратимость, не учитывая ее причины - неравновесности исследуемых систем [27], [40], [43], [83];
- Устраняет парадокс Гиббса, показывая, что скачок энтропии при смешении невзаимодействующих газов обусловлен лишь смещением начала её отсчета и противоречит 3-му началу термодинамики [3], [27], [40], [43], [55];
- Закладывает основы термодинамической теории процессов смешения, позволяющей находить тепловые и объемные эффекты смесеобразования [27], [40], [43], [55];
- Восполняет утрату свободной энергией своих потенциальных свойств в открытых неравновесных системах введением более общего понятия упорядоченной энергии [31], [40], [66], [101];
- Обнажает несостоятельность концепции отрицательных абсолютных температур, порожденной отождествлением спин-спинового взаимодействия с теплообменом [3], [27], [40], [43], [45];
- Дает решение парадокса релятивистского цикла Карно, показывая, что неинвариантность его кпд является следствием некорректного обобщения термодинамики на случай быстро движущегося источника тепла [3], [27], [40], [43], [117];
- Показывает недопустимость отождествления термодинамической, статистикой и информационной энтропии и вскрывает различие в их отношении к необратимости и диссипации [27], [39], [40];
- Вскрывает неприменимость принципа возрастания энтропии к процессам, не связанным с превращением упорядоченных форм энергии в теплоту, в том числе к установлению условий материального равновесия, нахождению эффектов наложения необратимых процессов, к отысканию движущих сил биологических процессов, к обоснованию соотношений взаимности и к эволюции Вселенной и т. д. [27], [39], [40], [84], [89];
- Предлагает более общие " неэнтропийные" критерии эволюции, равновесия и устойчивости термодинамических систем, основанные на понятии упорядоченной энергии [27], [39], [40], [84], [89].
|
|
|
