Второй источник ошибок – мкт

Одной из самых «забытых Богом» теорий является термодинамика со своими скрытыми возможностями. Одной из ошибок является МКТ (молекулярно-кинетическая теория). Мы начнем проверку с МКТ, поскольку именно здесь «рождается» утверждение о «тепловой смерти Вселенной». Согласно материалистическому миропониманию материя существует вечно и находится в непрерывном движении. Движение материи это не только перемещение материальных объектов в пространстве, но и различного рода взаимные переходы различных видов энергии друг в друга и от одного объекта к другому.

 МКТ возникла, как и другие рассматриваемые здесь ошибки, в середине 17 века. Основным стержнем, вокруг которого строится объяснение тепловых явлений, является понятие «идеальный газ». Рассмотрим его свойства.

Идеальный газ. Молекулы идеального газа имеют следующие свойства:

1. молекулы идеального газа есть материальные точки;

2. потенциальная энергия взаимодействия молекул столь мала по отношению к их кинетической энергии, что ее можно не учитывать;

3. взаимодействие молекул сводится к их упругим соударениям друг с другом и со стенками сосуда, где они находятся;

4. длительность по времени соударения много меньше по сравнению с промежутком временем между соседними столкновениями;

5. взаимодействие молекул с внешней средой (или со стенками сосуда, удерживающего этот газ) отсутствует;

6. молекулы движутся хаотически.

Мы сейчас проверим свойства идеального газа на внутреннюю непротиворечивость. Рассмотрим пример.

 

Пример. Пусть имеется сосуд (прямоугольный ящик), разделенный пополам перегородкой на две равные части [2]. Левая часть сосуда заполнена частицами газа, а в правой части частиц нет (вакуум).

Опираясь на перечисленные выше свойства идеального газа, газ в сосуде, мы можем рассматривать, как замкнутую консервативную систему. Пункт 6 о хаотическом движении это постулат, который мы сейчас временно отбросим. Стенки сосуда мы будем считать теплонепроницаемыми, т.е. не передающими тепло от внешней среды к частицам. Молекулы взаимодействуют со стенками и между собой, испытывая только абсолютно упругие соударения.

Предположим, что мы убрали перегородку, и газ заполнил весь объем. В новом объеме молекулы продолжают движение. В начале процесса образуются колебания газа, которые постепенно затухают. В МКТ предполагается, что в конце процесса должно наступить равновесное состояние с хаотическим движением молекул. 

Мы зададим вопрос: могут ли частицы в какой-то момент времени вновь все собраться в левой части объема, как до открытия перегородки?

Ответ с точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ). Этот вопрос неоднократно обсуждался в литературе, и специалисты пришли к однозначному выводу. Во-первых, вероятность подобного события практически равна нулю. Во-вторых, хотя вероятность близка к нулю, но она, все-таки, отлична от нуля. Теоретически такое состояние может быть реализовано. Специалисты установили, что время ожидания события, когда все частицы соберутся в исходном объеме, будет стремиться к бесконечности, т.е. практически это событие не достижимо во времени.

Ответ с точки зрения классической механики. Газ представляет собой замкнутую консервативную систему. В ней действуют законы сохранения энергии и импульса, поскольку все соударения являются абсолютно упругими. Когда мы удалим перегородку, объем увеличится, но система останется замкнутой и консервативной.

Отличительными признаками системы являются (см. свойства идеального газа) абсолютно упругие соударения между молекулами и отсутствие энергетического взаимодействия с внешней средой, поскольку столкновения со стенками сосуда также абсолютно упругие.

В замкнутой консервативной системе все законы сохранения классической механики строго выполняются. В такой системе невозможно существование хаотического движения молекул. Движение частиц строго детерминировано. Согласно законам классической механики в системе реализуются нормальные колебания, амплитудно-частотный спектр которых строго детерминирован начальными и граничными условиями задачи.

В частном случае, если частоты нормальных колебаний кратны частоте самого низкого (по частоте) колебания f ₀, тогда частицы будут периодически возвращаться в начальное состояние через периоды, кратные Т = 1/ f ₀.

Обсуждение. Конечно, мы можем априори дополнить перечень характеристик идеального газа утверждением, что все молекулы идеального газа движутся хаотически для «спасения МКТ».  Но это утверждение будет выглядеть, как необоснованная гипотеза ad hoс. Чтобы дать обоснование хаотическому движению, мы должны описать механизм, который преобразует начальное детерминированное движение частиц замкнутой системы в хаотическое движение. Такой механизм принципиально не вписывается в свойства идеального газа.

Механизм перехода к хаосу должен опираться на отказ от упругих соударений. Во-первых, мы должны считать соударения частиц (взаимодействия частиц при ударе) неупругими. При таких соударениях часть кинетической энергии превращается в тепловую энергию (потенциального характера, например).

Во-вторых, если будет выполняться только это условие, то частицы будут постепенно терять скорость и свою кинетическую энергию. Их движение прекратится. Поэтому необходим второй механизм, который бы пополнял кинетическую энергию частиц системы. Таким механизмом может служить взаимодействие частиц с окружающей средой, и, в частности, передача энергии от окружающей среды и от стенок сосуда частицам газа. Итак, теория «идеального газа» противоречит не только основам классической механики. Она противоречит физическим явлениям термодинамики.

Ученые того времени были хорошо знакомы с основами классической механики. Вызывает удивление обнаруженный нами факт возможного существования нормальных колебаний. Возможно, ученых привлекла новая идея использовать хаос (как основу для объяснения детерминированных явлений). Хаотическое движение им представлялось «очевидным». Возможно, из-за «очевидности беспорядочного движения частиц» идея привлечь для анализа классическую механику не приходила им в голову!

Этот результат существенно ограничивает пределы применимости канонического распределения Гиббса, распределения Максвелла и разрушает существующую молекулярно-кинетическую теорию (МКТ).

Действительно, основной постулат МКТ следующий. Считалось, что внутренняя энергия идеального газа есть сумма только кинетических энергий молекул. Теперь же мы должны включить во внутреннюю энергию потенциальнуютепловую энергию силового взаимодействия молекул и потенциальную энергию взаимодействия молекул с окружающей средой! Но что это такое? – мы пока не знаем, но она должна существовать!

Небольшая информация к размышлению. А теперь мы приведем небольшой пример. Кто знаком с авиацией, знают, что передняя кромка крыла сверхзвукового истребителя выполняется из тугоплавкого титана. Скорость набегающего потока воздуха порядка, например, 400 – 600 м/сек. Это сверхзвуковая скорость (скорость звука 330 м/сек).

Теперь вы видите сидящую на летней скамейке старушку. Она даже не подозревает, что, согласно МКТ, к ее лицу подлетают и бьют по нему частицы воздуха, имеющие средне квадратичную скорость 460 м/сек! Парадокс? Такие частицы могут:

Упруго отскочить от молекул кожи;

Застрять между молекул и потерять свою кинетическую энергию;

Оторвать часть молекул и утащить с собой!

Я не знаю: что вам больше нравится? Но уж больно далеки эти результаты от реальности! Бабушка не сверхзвуковой истребитель. В противном бы случае старушки вынуждены были бы носить титановые «намордники», как сейчас носят маски от COVID.

Взмахните легонько ладонью у лица, и вы почувствуете движение молекул воздуха. Их скорость несколько миллиметров в секунду, а не 460 м/сек! Неужели у ученых нет здравого смысла, нет чувства реальности? Я даже не говорю об определении понятия «температура» по скорости движения молекул, которое вообще не пригодно для твердых тел и жидкостей.

Это далеко не все вопросы, и позже мы вновь вернемся к термодинамике.