Lampochka fizika qonunlariga zid ravishda yonadi

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Lampochkalarning ishlash tamoyillari bizga shunchalik aniq va ravshan ko'rinadiki, deyarli hech kim ularning ish mexanikasi haqida o'ylamaydi. Shunga qaramay, bu hodisa hali to'liq hal qilinmagan ulkan sirni yashiradi.

Birinchidan, ushbu maqola qanday paydo bo'lganligi haqida so'zboshi.

Taxminan besh yil oldin men talabalar forumida ro'yxatdan o'tdim va u erda bizning akademik fanimiz ko'plab asosiy qoidalarni talqin qilishda qanday xatolarga yo'l qo'yishi, bu xatolar muqobil fan tomonidan qanday tuzatilishi va akademik fan muqobillikka qarshi qanday kurashishi, yorliq yopishtirish haqida maqola chop etdim. unga "soxta fan" va uni barcha o'lik gunohlarda ayblash. Mening maqolam jamoat mulki bo'ylab taxminan 10 daqiqa davomida osilib turdi, shundan so'ng u suv omboriga tashlandi. Men darhol noma'lum taqiqga yuborildim va ular bilan birga bo'lishni taqiqlashdi. Bir necha kundan keyin men ushbu maqolani chop etish bilan yana urinib ko'rish uchun boshqa talabalar saytlarida ro'yxatdan o'tishga qaror qildim. Ammo ma'lum bo'lishicha, men bu saytlarning barchasida qora ro'yxatda bo'lganman va ro'yxatdan o'tishim rad etilgan. Men tushunganimdek, talaba forumlari o'rtasida istalmagan shaxslar haqida ma'lumot almashinuvi mavjud va bitta saytning qora ro'yxatiga tushish barcha boshqalardan avtomatik parvozni anglatadi.

Keyin maktab o‘quvchilari va universitet talabalari uchun ilmiy-ommabop maqolalarga ixtisoslashgan “Kvant” jurnaliga borishga qaror qildim. Ammo amalda ushbu jurnal maktab auditoriyasiga ko'proq yo'naltirilganligi sababli, maqolani juda soddalashtirish kerak edi. Men soxta fanga oid hamma narsani u yerdan chiqarib tashladim va faqat bitta jismoniy hodisaning tavsifini qoldirdim va unga yangi talqin berdim. Ya'ni, maqola texnik jurnalistikadan sof texnik mavzuga aylandi. Lekin iltimosimga tahririyatdan hech qanday javob kutmadim. Va oldin jurnallar tahririyatlaridan javob har doim menga kelardi, hatto tahririyat mening maqolamni rad etsa ham. Bundan xulosa qildimki, tahririyatda men ham qora ro‘yxatdaman. Shunday qilib, mening maqolam hech qachon yorug'likni ko'rmadi.

Besh yil o'tdi. “Kvant” tahririyatiga yana murojaat qilishga qaror qildim. Ammo oradan besh yil o‘tib, iltimosimga javob bo‘lmadi. Bu men hali ham ularning qora ro'yxatida ekanligimni anglatadi. Shuning uchun, men endi shamol tegirmonlari bilan kurashmaslikka qaror qildim va bu erda saytda maqola chop etishga qaror qildim. Albatta, maktab o'quvchilarining aksariyati buni ko'rmasligi achinarli. Lekin bu erda men hech narsa qila olmayman. Demak, maqolaning o'zi…

Nega chiroq yoqilgan?

Ehtimol, bizning sayyoramizda elektr lampalar bo'lmagan bunday aholi punkti yo'q. Katta va kichik, lyuminestsent va halogen, cho'ntak mash'alalari va kuchli harbiy projektorlar uchun - ular bizning hayotimizga shunchalik mustahkam o'rnashib oldiki, ular biz nafas olayotgan havo kabi tanish bo'lib qoldi. Lampochkalarning ishlash tamoyillari bizga shunchalik aniq va ravshan ko'rinadiki, deyarli hech kim ularning ish mexanikasi haqida o'ylamaydi. Shunga qaramay, bu hodisa hali to'liq hal qilinmagan ulkan sirni yashiradi. Keling, buni o'zimiz hal qilishga harakat qilaylik.

Keling, ikkita quvurli hovuzga ega bo'laylik, ulardan biri orqali suv hovuzga oqadi, ikkinchisi orqali esa undan quyiladi. Faraz qilaylik, basseynga har soniyada 10 kilogramm suv kiradi va hovuzning o'zida bu o'n kilogrammdan 2 tasi sehrli tarzda elektromagnit nurlanishga aylanadi va tashqariga tashlanadi. Savol: boshqa quvur orqali hovuzdan qancha suv chiqadi? Ehtimol, hatto birinchi sinf o'quvchisi ham soniyasiga 8 kilogramm suv oladi deb javob beradi.

Keling, misolni biroz o'zgartiraylik. Quvurlar o'rniga elektr simlari, hovuz o'rniga elektr lampochkasi bo'lsin. Vaziyatni yana bir bor ko'rib chiqing. Lampochkaning bitta simi, masalan, soniyada 1 million elektronni o'z ichiga oladi. Agar bu millionning bir qismi yorug'lik nurlanishiga aylanadi va chiroqdan atrofdagi bo'shliqqa chiqariladi deb faraz qilsak, unda kamroq elektronlar chiroqni boshqa sim orqali tark etadi. O'lchovlar nimani ko'rsatadi? Ular zanjirdagi elektr toki o'zgarmasligini ko'rsatadi. Oqim - bu elektronlar oqimi. Va agar elektr toki ikkala simda ham bir xil bo'lsa, bu chiroqni tark etadigan elektronlar soni chiroqqa kiradigan elektronlar soniga teng ekanligini anglatadi. Yorug'lik nurlanishi esa mukammal bo'shliqdan kelib chiqa olmaydigan, faqat boshqa turdagi materiya turidir. Va agar bu holda elektronlardan yorug'lik nurlanishi paydo bo'lmasa, u holda materiya yorug'lik nurlanishi shaklida qaerdan keladi?

Elektr lampochkasining porlashining bu hodisasi elementar zarralar fizikasining juda muhim qonunlaridan biri - lepton zaryadining saqlanish qonuniga ham zid keladi. Ushbu qonunga ko'ra, elektron gamma kvantning chiqishi bilan faqat uning antizarrasi - pozitron bilan annigilyatsiya reaktsiyasida yo'qolishi mumkin. Ammo lampochkada antimateriya tashuvchisi sifatida pozitronlar bo'lishi mumkin emas. Va keyin biz tom ma'noda halokatli vaziyatga duch kelamiz: lampochkaga bitta sim orqali kiradigan barcha elektronlar lampochkani boshqa sim orqali hech qanday yo'q qilish reaktsiyalarisiz tark etadilar, lekin ayni paytda lampochkaning o'zida yorug'lik nurlanishi shaklida yangi materiya paydo bo'ladi.

Va bu erda simlar va lampalar bilan bog'liq yana bir qiziqarli effekt. Ko'p yillar oldin taniqli fizik Nikola Tesla energiyani bir sim orqali uzatish bo'yicha sirli tajriba o'tkazdi, bu bizning davrimizda rus fizigi Avramenko tomonidan takrorlangan. Tajribaning mohiyati quyidagicha edi. Biz eng oddiy transformatorni olamiz va uni birlamchi o'rash bilan elektr generatoriga yoki tarmoqqa ulaymiz. Ikkilamchi o'rash simining bir uchi oddiygina havoda osilib turadi, biz ikkinchi uchini keyingi xonaga tortamiz va u erda biz uni o'rtada elektr lampochka bilan to'rtta diodli ko'prikka ulaymiz. Biz transformatorga kuchlanish qo'llaymiz va chiroq yondi. Ammo, oxir-oqibat, unga faqat bitta sim cho'ziladi va elektr davri ishlashi uchun ikkita sim kerak bo'ladi. Shu bilan birga, ushbu hodisani o'rganayotgan olimlarning fikriga ko'ra, lampochkaga boradigan sim umuman qizib ketmaydi. U shunchalik qizib ketmaydiki, mis yoki alyuminiy o'rniga juda yuqori qarshilikka ega bo'lgan har qanday metall ishlatilishi mumkin va u hali ham sovuq bo'lib qoladi. Bundan tashqari, simning qalinligini inson sochining qalinligigacha kamaytirish mumkin va baribir o'rnatish muammosiz va simda issiqlik hosil qilmasdan ishlaydi. Hozirgacha hech kim energiyaning bir sim orqali uzatilishining bu hodisasini hech qanday yo'qotishlarsiz tushuntira olmadi. Va endi men ushbu hodisa haqida o'z tushuntirishimni berishga harakat qilaman.

Fizikada shunday tushuncha bor - fizik vakuum. Buni texnik vakuum bilan aralashtirib yubormaslik kerak. Texnik vakuum bo'shliq bilan sinonimdir. Barcha havo molekulalarini idishdan olib tashlaganimizda, biz texnik vakuum hosil qilamiz. Jismoniy vakuum butunlay boshqacha bo'lib, u hamma narsani qamrab oluvchi materiya yoki muhitning o'ziga xos analogidir. Bu sohada ishlaydigan barcha olimlar jismoniy vakuumning mavjudligiga shubha qilmaydi, chunki uning voqeligini ko'plab taniqli faktlar va hodisalar tasdiqlaydi. Ular undagi energiya mavjudligi haqida bahslashadilar. Kimdir juda oz miqdordagi energiya haqida gapirsa, boshqalari juda katta energiya haqida o'ylashga moyil. Jismoniy vakuumning aniq ta'rifini berish mumkin emas. Ammo uning xususiyatlari orqali siz taxminiy ta'rifni berishingiz mumkin. Masalan, bu: jismoniy vakuum - bu koinotning makonini tashkil etuvchi, materiya va vaqtni hosil qiluvchi, ko'plab jarayonlarda ishtirok etadigan, ulkan energiyaga ega bo'lgan, ammo zarur bo'lmaganligi sababli bizga ko'rinmaydigan maxsus har tomonlama qamrab oluvchi vosita. sezgi organlari va shuning uchun bizga bo'sh ko'rinadi. Buni alohida ta'kidlash kerak: jismoniy vakuum bo'shliq emas, u faqat bo'shliq kabi ko'rinadi. Va agar siz ushbu pozitsiyani egallasangiz, unda ko'plab jumboqlarni osongina echish mumkin. Masalan, inertsiya topishmoqlari.

Inertsiya nima ekanligi hali aniq emas. Bundan tashqari, inersiya hodisasi hatto mexanikaning uchinchi qonuniga zid keladi: harakat reaktsiyaga teng. Shu sababli, inertial kuchlar ba'zan hatto xayoliy va xayoliy deb e'lon qilishga harakat qilishadi. Ammo agar biz keskin tormozlangan avtobusda inersiya kuchlari ta'siriga tushib qolsak va peshonamizga zarba tushsak, bu zarba qanchalik xayoliy va uydirma bo'ladi? Haqiqatda, inertsiya jismoniy vakuumning bizning harakatimizga reaktsiyasi sifatida paydo bo'ladi.

Biz mashinaga o'tirib, gazni bosganimizda, biz notekis (tezlashtirilgan) harakat qilishni boshlaymiz va tanamizning tortishish maydonining bu harakati bilan biz o'zimizni o'rab turgan jismoniy vakuumning tuzilishini deformatsiya qilamiz va unga biroz energiya beramiz. Vakuum bizni tinch qo'yish uchun bizni orqaga tortadigan inertial kuchlarni yaratish va shu bilan undan kiritilgan deformatsiyani bartaraf etish orqali bunga javob beradi. Inertial kuchlarni engish uchun juda ko'p energiya talab qilinadi, bu esa tezlashuv uchun yuqori yoqilg'i sarfiga aylanadi. Keyingi bir tekis harakat jismoniy vakuumga hech qanday ta'sir qilmaydi va shuning uchun u inertial kuchlarni yaratmaydi, shuning uchun bir tekis harakat uchun yoqilg'i sarfi kamroq bo'ladi. Va biz sekinlasha boshlaganimizda, biz yana notekis (sekinroq) harakat qilamiz va jismoniy vakuumni notekis harakati bilan yana deformatsiya qilamiz va u bizni bir tekis to'g'ri chiziqli harakat holatida qoldirish uchun bizni oldinga tortadigan inertial kuchlarni yaratish orqali yana bunga reaksiyaga kirishadi. vakuum deformatsiyasi bo'lmaganda. Ammo endi biz energiyani vakuumga o'tkazmaymiz, balki uni bizga beradi va bu energiya avtomobilning tormoz prokladkalarida issiqlik shaklida chiqariladi.

Mashinaning bunday tezlashtirilgan-bir tekis-sekinlashtirilgan harakati past chastotali va ulkan amplitudali tebranish harakatining yagona tsiklidan boshqa narsa emas. Tezlanish bosqichida energiya vakuumga kiritiladi, sekinlashuv bosqichida vakuum energiya beradi. Va eng qiziq tomoni shundaki, vakuum bizdan ilgari olganidan ko'ra ko'proq energiya berishi mumkin, chunki uning o'zi juda katta energiya zaxirasiga ega. Bunday holda, energiyaning saqlanish qonunining buzilishi sodir bo'lmaydi: vakuum bizga qancha energiya beradi, biz undan xuddi shunday energiya olamiz. Ammo jismoniy bo'shliq bizga bo'sh bo'lib tuyulishi sababli, energiya yo'q joydan paydo bo'ladigandek tuyuladi. Energiya saqlanish qonunining aniq buzilishi, energiya tom ma'noda bo'shlikdan paydo bo'lganda, fizikada uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan (masalan, har qanday rezonansda shunday ulkan energiya ajralib chiqadiki, rezonansli ob'ekt hatto qulashi mumkin).

Aylana harakati ham notekis harakatning bir turi, hatto doimiy tezlikda ham, chunki bu holda tezlik vektorining fazodagi holati o'zgaradi. Binobarin, bunday harakat atrofdagi jismoniy vakuumni deformatsiya qiladi, bu esa markazdan qochma kuchlar shaklida qarshilik kuchlarini yaratish orqali reaksiyaga kirishadi: ular doimo harakat traektoriyasini to'g'rilaydigan va vakuum bo'lmaganda uni to'g'ri chiziqli qiladigan tarzda yo'naltiriladi. deformatsiya. Va markazdan qochma kuchlarni engish uchun (yoki aylanish natijasida paydo bo'lgan vakuumni saqlab qolish uchun) siz vakuumning o'ziga kiradigan energiya sarflashingiz kerak.

Endi biz lampochkaning porlashi fenomeniga qaytishimiz mumkin. Uning ishlashi uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr generatori bo'lishi kerak (hatto batareya bo'lsa ham, u generatordan bir marta zaryadlangan). Elektr generatorining rotorining aylanishi qo'shni jismoniy vakuumning tuzilishini deformatsiya qiladi, rotorda markazdan qochma kuchlar paydo bo'ladi va bu kuchlarni engish uchun energiya birlamchi turbinani yoki boshqa aylanish manbasini jismoniy vakuumga qoldiradi. Elektr zanjiridagi elektronlarning harakatiga kelsak, bu harakat aylanadigan rotordagi vakuum tomonidan yaratilgan markazdan qochma kuchlar ta'sirida sodir bo'ladi. Elektronlar lampochkaning filamentiga kirganda, ular kristall panjaraning ionlarini intensiv ravishda bombardimon qiladilar va ular keskin tebranishni boshlaydilar. Bunday tebranishlar jarayonida fizik vakuumning tuzilishi yana deformatsiyalanadi va vakuum bunga yorug`lik kvantlarini chiqarish orqali reaksiyaga kirishadi. Vakuumning o'zi materiya turi bo'lganligi sababli, materiyaning yo'q joydan paydo bo'lishining ilgari qayd etilgan qarama-qarshiligi yo'q qilinadi: materiyaning bir shakli (yorug'lik nurlanishi) boshqa turdagi (fizik vakuum) dan kelib chiqadi. Bunday jarayonda elektronlarning o'zi yo'qolmaydi va boshqa narsaga aylanmaydi. Shuning uchun lampochkaga bir sim orqali qancha elektron kirsa, ikkinchisi orqali aynan bir xil miqdorda chiqadi. Tabiiyki, kvantning energiyasi ham filamentga kiradigan elektronlardan emas, balki jismoniy vakuumdan olinadi. Zanjirdagi elektr tokining energiyasi o'zgarmaydi va doimiy bo'lib qoladi.

Shunday qilib, chiroqning yorqinligi uchun elektronlarning o'zi emas, balki metallning kristall panjarasi ionlarining o'tkir tebranishlari kerak. Elektronlar shunchaki ionlarni tebranadigan vositadir. Ammo asbobni almashtirish mumkin. Va bitta sim bilan tajribada aynan shunday bo'ladi. Nikola Teslaning energiyani bir sim orqali uzatish bo'yicha mashhur tajribasida bunday asbob simning ichki o'zgaruvchan elektr maydoni bo'lib, u doimo o'z kuchini o'zgartirdi va shu bilan ionlarni tebrandi. Shuning uchun, bu holda "bir sim orqali energiya uzatish" iborasi muvaffaqiyatli emas, hatto noto'g'ri. Sim orqali energiya uzatilmadi, energiya lampochkaning o'zida atrofdagi jismoniy vakuumdan chiqarildi. Shu sababli, simning o'zi qizib ketmadi: agar unga energiya berilmasa, ob'ektni isitish mumkin emas.

Natijada, elektr uzatish liniyalarini qurish narxining keskin pasayishining juda jozibali istiqboli paydo bo'ladi. Birinchidan, ikkita o'rniga bitta sim bilan olishingiz mumkin, bu esa kapital xarajatlarni darhol kamaytiradi. Ikkinchidan, nisbatan qimmat mis o'rniga har qanday eng arzon metalldan, hatto zanglagan temirdan ham foydalanishingiz mumkin. Uchinchidan, siz simning o'zini inson sochining qalinligigacha qisqartirishingiz va simning mustahkamligini o'zgarishsiz qoldirishingiz yoki uni bardoshli va arzon plastmassadan yasalgan qobiq bilan o'rash orqali oshirishingiz mumkin (aytmoqchi, bu simni ham himoya qiladi. atmosfera yog'inlaridan). To'rtinchidan, simning umumiy og'irligining kamayishi tufayli tayanchlar orasidagi masofani oshirish va shu bilan butun chiziq uchun tayanchlar sonini kamaytirish mumkin. Buni qilish realmi? Albatta, bu haqiqiy. Mamlakatimiz rahbariyatining siyosiy irodasi bo‘lardi, olimlar esa sizni tushkunlikka solmaydilar.