Термодинамика реальных процессов
Шрифт:
Необходимость при выборе экстенсора отправляться от наблюдательных фактов сильно усложняет проблему и вносит в нее серьезный творческий элемент. Правильно выбрать экстенсор - это значит обнаружить в природе новую форму вещества и его поведения, то есть фактически открыть новое неизвестное ранее явление, что представляет собой крупное научное достижение исключительной принципиальной важности. О трудности проблемы можно судить хотя бы по тому, какими длительными промежутками времени отделены друг от друга моменты открытия различных экстенсоров. Экстенсор для перемещения под действием силы был открыт 2200 лет тому назад (Архимед), экстенсор для вращения под действием момента силы - около 500 лет (Леонардо да Винчи), кинетический и гравитационный
Следовательно, выбрать новый экстенсор не так-то легко и просто. Общая теория не может дать стандартного рецепта для обнаружения экстенсоров, но она может сформулировать четкие правила проверки безошибочности их выбора [18, с. 231; 21, с. 96]. Подозрение о существовании некоторой новой формы вещества может возникнуть, например, в том случае, если системе приписывается определенное число степеней свободы, но полученные с их помощью теоретические результаты заметно отличаются от экспериментальных. Это может указывать на то, что не учтено влияние какой-то дополнительной степени свободы. При выборе экстенсора для этой степени должны приниматься во внимание особые правила. Наличие таких правил, а также многих весьма характерных свойств, присущих только данному экстенсору, сильно облегчает выбор и делает его однозначным. Последующее применение найденного экстенсора позволяет убедиться в правильности (или ошибочности) сделанного выбора. Рассмотрим кратко указанные правила [ТРП, стр.215-216].
2. Применение правила своеобразия.
Любое простое вещество, как и его меры, должно обладать целым рядом специфических свойств, отличающих его от всех остальных веществ. Вместе с тем всем простым веществам должны быть присущи также некие общие свойства, допускающие единый подход при их изучении, то есть фактически дающие возможность создания единой, общей теории природы. При выборе экстенсора по необходимости придется использовать оба эти свойства вещества - его неповторимость и одновременно способность неукоснительно следовать единым законам и правилам.
Согласно правилу своеобразия (см. параграф 5 гл. IV), каждое простое явление специфично и неповторимо. Это значит, что специфичными и неповторимыми должны быть его главные количественные меры, кроме энергии, которая есть универсальная характеристика, определяющая количество поведения любого простого вещества. Следовательно, экстенсор, однозначно характеризующий данное явление с качественной и количественной стороны, также должен быть качественно и количественно своеобразным и отличным от всех остальных экстенсоров, в частности, указанное отличие должно распространяться и на размерность экстенсора. Это в принципе не оставляет никакой свободы для выбора экстенсора: каждому данному простому явлению отвечает только один вполне определенный специфический экстенсор, с этим экстенсором могут быть сопряжены только единственные вполне определенные специфические меры структуры вещества (коэффициенты А и Ар) и качества его поведения (интенсиал Р). Понятно, что такая определенность должна способствовать правильному выбору экстенсора.
С другой стороны, имеющиеся своеобразие и неповторимость экстенсора могут крайне затруднить его выбор, если мы предварительно не располагаем соответствующими понятиями и терминами, отражающими это своеобразие с качественной и количественной стороны. Например, для открытия перемещательного явления надо было иметь понятия перемещения и силы, вращательного явления - угла поворота и момента силы, кинетического - массы и скорости, электрического - электрических заряда и потенциала, термического - энтропии и абсолютной температуры и т.д. Иными словами, выбор экстенсора для нового явления всегда требует выработки соответствующих новых понятий, терминов, размерностей и т. д., а это представляет собой нелегкую задачу. Именно поэтому правильный выбор экстенсора равносилен открытию нового
3. Применения начал.
От специфики перейдем к обсуждению общих свойств, которых у простых явлений великое множество. Главными из них надо считать те свойства, которые вытекают из начал ОТ. Следовательно, в качестве основных правил, облегчающих выбор или открытие нового экстенсора, по необходимости должны служить уравнения семи начал ОТ.
Если «кандидат» в экстенсоры уже намечен, то, согласно первому началу, переход вещества через контрольную поверхность должен сопровождаться совершением работы, определяемой формулой (34), при этом скорость изменения энергии с экстенсором должна быть равна сопряженному с ним интенсиалу (см. уравнение (33)), а произведение экстенсора на интенсиал должно иметь размерность энергии.
Согласно второму началу ОТ, экстенсор должен удовлетворять принципу сохранения. Связь между экстенсором и интенсиалом определяется уравнением (54) или (58) третьего начала. Влияние выбранного экстенсора на другие подчиняется закону симметрии (четвертое начало, уравнение (85)). Вещество, определяемое экстенсором, должно обладать способностью распространяться под действием сопряженного с ним интенсиала (пятое начало, уравнение (114) или (124)), а также увлекать за собой другие вещества ансамбля по закону симметрии (шестое начало, уравнение (173)). При подводе и отводе этого вещества система должна изменять сопряженный с ним интенсиал, а распространение вещества под действием разности значений этого интенсиала должно сопровождаться выделением или поглощением экранированного термического вещества (седьмое начало, уравнение (225)) [ТРП, стр.218].
4. Правило аддитивности.
В сомнительных случаях, чтобы быстро отличить экстенсор от интенсиала - такая необходимость иногда возникает, - можно воспользоваться так называемым правилом аддитивности: при мысленном дроблении системы ее вещество, а следовательно, и экстенсор также должны дробиться. Например, свойством аддитивности обладают объем, масса, электрический заряд, мера количества термического вещества и т.д.
В противоположность экстенсору интенсиал не обладает свойством аддитивности, то есть при мысленном дроблении системы он не дробится вместе с нею, а сохраняет одно и то же значение у всех частей раздробленной системы. Это относится, например, к давлению, скорости, электрическому потенциалу, температуре и т.п. [ТРП, стр.218].
5. Применение характерных свойств нано-, микро- и макромиров.
Наконец, при выборе экстенсора для проверки правильности этого выбора большую помощь может оказать знание определенных весьма характерных общих свойств простого вещества на различных количественных уровнях мироздания. Каждое простое вещество обязано присутствовать на всех уровнях и проявлять все необходимые общие свойства. Если этого не наблюдается, то соответствующее явление не может быть истинно простым. Здесь мы ограничимся только тремя количественными уровнями: нано-, микро, и макромирами, а также обратим внимание лишь на некоторые наиболее характерные общие свойства простого явления.
Главная особенность нановещества (нанополя) заключается в том, что оно обладает ярко выраженными силовыми свойствами, то есть представляет собой вещество взаимодействия. Примерами нанополей могут служить гравитационное и электрическое (электростатическое).
Наиболее характерная особенность микровещества состоит в его дискретности: на уровне микромира вещество имеет дискретную, зернистую, квантовую структуру (вспомним такие микроансамбли, как электрон, позитрон, протон, нейтрон и т.д., состоящие из определенного набора порций различных простых веществ). Дискретность вещества является причиной дискретности и его количественной меры - экстенсора: для каждого простого вещества всегда можно найти некую минимальную меру е, на которую скачкообразно изменяется экстенсор микроансамбля.