4. Температура и вакуум

Температурой абсолютного вакуума считают Т = 0 К. В настоящее время достигнуты температуры 2,65·10^-3… …2,5·10^-4 К и возможности не исчерпаны. Но абсолютного нуля вряд ли можно достичь, так как при нем ожидается неподвижность материи.

Поскольку (см. ранее) , то температура есть способ косвенного измерения частоты.

Величина как коэффициент пропорциональности между температурой и частотой была получена М. Планком в 1900 году при анализе уравнения Вина по распределению энергии излучения черного тела. С тех пор она не использовалась: теперь ее второе рождение. Для гелия при :

;

;

.

Как видно является частотной ценой одного градуса; а в непосредственной близости от осцилляторы обладают еще колоссальной частотой колебания. При достижении будет , но если принять некоторую , то получим (для гелия ) – это близкая к минимальной температура, при которой еще существует частотная форма движения в микромире (всего 1 Гц).

Поскольку максимально зафиксированная температура (в плазме)

,

то максимальная частота осциллятора будет

.

При абсолютном нуле царит абсолютный покой. При других температурах может быть относительный покой. Так в нейтроне давление составляет , при котором подвижность частиц электрона и электрино невозможна.

Определение температуры. Из формулы следует, что , то есть частоте осцилляторов вещества при температуре . Подставим в общее уравнение , из которого следует: . Это и есть определение температуры: «температура есть отношение реальной частоты осцилляторов вещества к нормированной частоте (при )».

Умножив числитель и знаменатель на , получим другое, но аналогичное, определение температуры

: «температура есть отношение реальной энергии осциллятора вещества к нормированной энергии (при )». Хотя порознь частота и разные для разных веществ, но их отношение одинаково для разных веществ при одной и той же температуре, так как температурная шкала является единой для любого вещества.

Мысленно представим единственную глобулу с единственным осциллятором гелия, изолированную при нормальных условиях. Тогда линейная скорость осциллятора , а его амплитуда равна диаметру глобулы . Получим ряд важнейших термодинамических характеристик абсолютной глобулы:

(23,6 км);

;

;

;

.

Эти данные должны быть ориентиром, в том числе, для понимания значения абсолютного вакуума, который достигается (мысленным) исключением последнего осциллятора, когда вышеперечисленные значения обращаются в нуль. Кстати космический вакуум имеет порядок , то есть – далеко не абсолютный.

5. Термодинамика

В природе не существует замкнутых термодинамических систем. Термодинамические процессы непременно сопровождаются фазовыми переходами вещества, так как даже у гелия – самого инертного из газов – имеются в нормальных условиях 0,08196% молекул, которые находятся в динамическом равновесии с атомами . То есть коэффициент конденсации–диссоциации не равен единице. Именно из-за фазовых переходов не все равно каким путем система переходит из одного состояния в другое.

Неравновесность системы определяется градиентом частоты ее осцилляторов; система стремится к равновесию – равенству частот. Энергия распространяется только от большей частоты к меньшей. Обратный процесс возможен через третье тело, испытывающее фазовый переход.

Теплопроводность – это есть энергопроводность, когда осцилляторы с большей частотой передают ее осцилляторам с меньшей частотой путем конвективного перемешивания. Энергопередача в системе стенка – пристенный слой осуществляется только частотным механизмом.

Расчет показывает, что за период контакта глобулы осциллятора пристенного слоя со стенкой порядка ~10^-7 с путь, проходимый глобулой, составляет , а путь самого осциллятора . Несмотря на то, что этот путь равен по протяженности полрасстояния до Луны, он является абсолютно беззатратным, так как в объеме глобулы осциллятор является единственным телом, движущимся в истинном вакууме. В то же время перемещение глобулы относительно соседних происходит с трением и поэтому является энергетически затратным процессом.

Коэффициент теплопередачи (энергопередачи) при естественной, например, конвекции у стенки пропорционален частоте осцилляторов пристенного слоя, шероховатости стенки, критическому расстоянию взаимодействия осцилляторов и обратно пропорционален объему глобул газа вдали от стенки:

.

Механизм возникновения конвективного тока газа логично представить следующим образом. Пусть (мысленно) одна глобула на дне получает приращение частоты и энергии. Объем глобулы возрастает, плотность становится меньше окружающих и она всплывает, расталкивая соседей. Ее место занимает другая глобула и затем направляется вверх ровно вслед первой. Так возникает элементарный восходящий ток конвекции. Всплывающую глобулу тормозит взаимодействие с соседями по всему периметру глобулы .

Это торможение пропорционально частоте осциллятора, то есть количеству взаимодействий с соседями в единицу времени, его массе и коэффициенту :

–

такая совокупность тормозящих факторов есть вязкость газа.

Диффузия происходит в сплошной среде и без градиента концентрации, как это ныне принято. Диффузия обусловлена блужданием глобулы. В равновесной системе, где нет никаких градиентов полей, скорость блуждания обусловливает диффузию – беспрерывное перемешивание осцилляторов. В этом случае все шесть ( ) направлений равновероятны и средняя скорость диффундирования молекулы составляет одну шестую скорости блуждания .

Теплоемкость, в частности изобарная, является суммой следующих энергетических статей расхода: на конденсацию – диссоциацию, на изменение частоты осцилляторов, на заполнение пространства, на перемещение глобул. Эти статьи, например, для кислорода, находятся в отношении ( ) . Несмотря на малый процент энергозатрат на конденсацию – диссоциацию, само наличие малой доли более мелкой фазы способствует возникновению начала различных, в том числе, химических реакций, так как реакции на мелких фазах легче преодолевают активационный энергетический барьер.