Լամպը այրվում է ֆիզիկայի օրենքներին հակառակ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Լամպերի շահագործման սկզբունքները մեզ այնքան պարզ և ակնհայտ են թվում, որ գրեթե ոչ ոք չի մտածում իրենց աշխատանքի մեխանիկայի մասին: Այդուհանդերձ, այս երեւույթը թաքցնում է մի հսկայական առեղծված, որը դեռ ամբողջությամբ բացահայտված չէ։

Նախ՝ նախաբան այն մասին, թե ինչպես է առաջացել այս հոդվածը։

Մոտ հինգ տարի առաջ ես գրանցվեցի ինչ-որ ուսանողական ֆորումում և այնտեղ հոդված հրապարակեցի այն մասին, թե ինչ սխալներ է թույլ տալիս մեր ակադեմիական գիտությունը բազմաթիվ հիմնական դրույթներ մեկնաբանելիս, ինչպես են այդ սխալները ուղղվում այլընտրանքային գիտության կողմից և ինչպես է ակադեմիական գիտությունը պայքարում այլընտրանքի դեմ՝ պիտակ կպցնելով։ դրան «կեղծ գիտություն» և նրան մեղադրելով բոլոր մահկանացու մեղքերի մեջ: Հոդվածս մոտ 10 րոպե կախված մնաց հանրային սեփականությունում, որից հետո այն նետվեց ջրամբարը։ Ինձ անմիջապես ուղարկեցին անժամկետ արգելանքի և արգելեցին ներկայանալ նրանց հետ։ Մի քանի օր անց ես որոշեցի գրանցվել այլ ուսանողական կայքերում, որպեսզի նորից փորձեմ այս հոդվածի հրապարակումը: Բայց պարզվեց, որ ես արդեն բոլոր այս կայքերի սև ցուցակում էի, և իմ գրանցումը մերժվեց։ Որքան հասկանում եմ, ուսանողական ֆորումների միջև տեղի է ունենում անցանկալի անձանց մասին տեղեկատվության փոխանակում, և մեկ կայքում սև ցուցակում հայտնվելը նշանակում է ավտոմատ թռիչք բոլոր մյուսներից:

Հետո որոշեցի գնալ «Կվանտ» ամսագիրը, որը մասնագիտացած է դպրոցականների և համալսարանականների համար գիտահանրամատչելի հոդվածների մեջ: Բայց քանի որ գործնականում այս ամսագիրը դեռ ավելի շատ ուղղված է դեպի դպրոցի լսարանը, հոդվածը պետք է շատ պարզեցվեր։ Ես այնտեղից շպրտեցի կեղծ գիտության մասին ամեն ինչ և թողեցի միայն մեկ ֆիզիկական երևույթի նկարագրությունը և տվեցի նոր մեկնաբանություն։ Այսինքն՝ հոդվածը տեխնիկական լրագրողականից վերածվել է զուտ տեխնիկականի։ Բայց ես իմ խնդրանքին խմբագրությունից ոչ մի պատասխանի չսպասեցի։ Իսկ նախկինում ամսագրերի խմբագրություններից պատասխանը միշտ գալիս էր ինձ, նույնիսկ եթե խմբագրությունը մերժում էր իմ հոդվածը։ Սրանից եզրակացրի, որ խմբագրությունում ես էլ եմ սեւ ցուցակում։ Այսպիսով, իմ հոդվածը երբեք լույսը չտեսավ:

Անցել է հինգ տարի։ Որոշեցի նորից կապ հաստատել «Կվանտի» խմբագրության հետ։ Բայց հինգ տարի անց իմ խնդրանքին ոչ մի արձագանք չեղավ։ Սա նշանակում է, որ ես դեռ նրանց սեւ ցուցակում եմ։ Ուստի որոշեցի այլևս չկռվել հողմաղացների հետ և հոդված հրապարակել այստեղ՝ կայքում։ Իհարկե, ափսոս, որ դպրոցականների ճնշող մեծամասնությունը դա չի տեսնի։ Բայց այստեղ ես ոչինչ չեմ կարող անել: Այսպիսով, ահա հոդվածն ինքնին…

Ինչու է լույսը վառվում:

Հավանաբար, մեր մոլորակի վրա չկա այնպիսի բնակավայր, որտեղ էլեկտրական լամպեր չլինեն։ Մեծ և փոքր, լյումինեսցենտ և հալոգեն, գրպանի ջահերի և հզոր ռազմական լուսարձակների համար. դրանք այնքան ամուր են հաստատվել մեր կյանքում, որ դարձել են նույնքան ծանոթ, որքան մեր շնչած օդը: Լամպերի շահագործման սկզբունքները մեզ այնքան պարզ և ակնհայտ են թվում, որ գրեթե ոչ ոք չի մտածում իրենց աշխատանքի մեխանիկայի մասին: Այնուամենայնիվ, այս երեւույթը թաքցնում է մի հսկայական առեղծված, որը դեռ ամբողջությամբ բացահայտված չէ։ Փորձենք ինքներս լուծել։

Եկեք երկու խողովակով լողավազան ունենանք, որոնցից մեկով ջուրը լցվում է լողավազան, մյուսով դուրս է թափվում։ Ենթադրենք, որ ամեն վայրկյան 10 կիլոգրամ ջուր է մտնում լողավազան, իսկ հենց լողավազանում այս տասը կիլոգրամից 2-ը կախարդական եղանակով վերածվում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ու դուրս շպրտվում։ Հարց. որքա՞ն ջուր կթողնի լողավազանից մեկ այլ խողովակով: Հավանաբար, նույնիսկ առաջին դասարանցին կպատասխանի, որ վայրկյանում 8 կիլոգրամ ջուր կպահանջվի։

Մի փոքր փոխենք օրինակը. Թող խողովակների փոխարեն էլեկտրական լարեր լինեն, իսկ լողավազանի փոխարեն՝ էլեկտրական լամպ։ Դիտարկենք իրավիճակը կրկին. Լամպի մեկ լարը պարունակում է, ասենք, 1 միլիոն էլեկտրոն վայրկյանում: Եթե ենթադրենք, որ այս միլիոնի մի մասը վերածվում է լույսի ճառագայթման և լամպից արտանետվում շրջակա տարածք, ապա ավելի քիչ էլեկտրոններ կթողնեն լամպը մյուս մետաղալարով: Ի՞նչ ցույց կտան չափումները: Նրանք ցույց կտան, որ էլեկտրական հոսանքը շղթայում չի փոխվում: Հոսանքը էլեկտրոնների հոսք է: Իսկ եթե երկու լարերում էլ էլեկտրական հոսանքը նույնն է, դա նշանակում է, որ լամպից դուրս եկող էլեկտրոնների թիվը հավասար է լամպի մեջ մտնող էլեկտրոնների թվին։ Իսկ լույսի ճառագայթումը նյութի մի տեսակ է, որը չի կարող գալ կատարյալ դատարկությունից, այլ կարող է առաջանալ միայն մեկ այլ տեսակից: Իսկ եթե այս դեպքում լույսի ճառագայթումը չի կարող առաջանալ էլեկտրոններից, ապա որտեղի՞ց է առաջանում նյութը՝ լույսի ճառագայթման տեսքով։

Էլեկտրական լամպի փայլի այս երևույթը հակասության մեջ է մտնում նաև տարրական մասնիկների ֆիզիկայի մի շատ կարևոր օրենքի՝ այսպես կոչված լեպտոնի լիցքի պահպանման օրենքի հետ։ Համաձայն այս օրենքի՝ էլեկտրոնը կարող է անհետանալ գամմա քվանտի արտանետմամբ միայն իր հակամասնիկի՝ պոզիտրոնի հետ ոչնչացման ռեակցիայի ժամանակ։ Բայց լամպի մեջ չեն կարող լինել պոզիտրոններ՝ որպես հակամատերիայի կրողներ։ Եվ հետո մենք ստանում ենք բառացիորեն աղետալի իրավիճակ. մի մետաղալարով լամպ մտնող բոլոր էլեկտրոնները լամպը թողնում են մեկ այլ մետաղալարով առանց ոչնչացման ռեակցիաների, բայց միևնույն ժամանակ լամպի մեջ նոր նյութ է հայտնվում լույսի ճառագայթման տեսքով:

Եվ ահա ևս մեկ հետաքրքիր էֆեկտ՝ կապված լարերի և լամպերի հետ: Շատ տարիներ առաջ հայտնի ֆիզիկոս Նիկոլա Տեսլան խորհրդավոր փորձ է կատարել մեկ մետաղալարով էներգիա փոխանցելու վերաբերյալ, որը մեր ժամանակներում կրկնել է ռուս ֆիզիկոս Ավրամենկոն։ Փորձի էությունը հետեւյալն էր. Մենք վերցնում ենք ամենասովորական տրանսֆորմատորը և այն միացնում ենք առաջնային ոլորուն էլեկտրական գեներատորին կամ ցանցին: Երկրորդական ոլորուն լարերի մի ծայրը պարզապես կախված է օդում, մյուս ծայրը քաշում ենք կողքի սենյակ և այնտեղ միացնում ենք չորս դիոդներից բաղկացած կամրջին, որի մեջտեղում էլեկտրական լամպ է: Մենք լարում ենք կիրառում տրանսֆորմատորին, և լույսը վառվեց: Բայց չէ՞ որ դրան ձգվում է միայն մեկ լար, իսկ էլեկտրական շղթայի աշխատանքի համար անհրաժեշտ է երկու լար։ Միաժամանակ, այս երեւույթն ուսումնասիրող գիտնականների կարծիքով, դեպի լամպ գնացող լարը ընդհանրապես չի տաքանում։ Այն այնքան չի տաքանում, որ պղնձի կամ ալյումինի փոխարեն օգտագործվի շատ բարձր դիմադրողականություն ունեցող ցանկացած մետաղ, և այն դեռ սառը կմնա։ Ավելին, կարելի է նվազեցնել մետաղալարերի հաստությունը մինչև մարդու մազի հաստությունը, և այնուամենայնիվ մոնտաժը կաշխատի առանց խնդիրների և լարում ջերմություն առաջացնելու։ Մինչ այժմ ոչ ոք չի կարողացել առանց կորուստների բացատրել մեկ լարով էներգիայի փոխանցման այս երեւույթը։ Եվ հիմա ես կփորձեմ իմ բացատրությունը տալ այս երեւույթին։

Ֆիզիկայի մեջ կա այսպիսի հասկացություն՝ ֆիզիկական վակուում։ Այն չպետք է շփոթել տեխնիկական վակուումի հետ։ Տեխնիկական վակուումը հոմանիշ է դատարկության հետ: Երբ անոթից հեռացնում ենք օդի բոլոր մոլեկուլները, ստեղծում ենք տեխնիկական վակուում։ Ֆիզիկական վակուումը բոլորովին այլ է, այն ամենատարբեր նյութի կամ միջավայրի մի տեսակ անալոգ է։ Այս ոլորտում աշխատող բոլոր գիտնականները չեն կասկածում ֆիզիկական վակուումի գոյությանը, քանի որ դրա իրականությունը հաստատվում է բազմաթիվ հայտնի փաստերով ու երեւույթներով։ Նրանք վիճում են դրա մեջ էներգիայի առկայության մասին։ Ինչ-որ մեկը խոսում է չափազանց փոքր քանակությամբ էներգիայի մասին, մյուսները հակված են մտածելու չափազանց հսկայական էներգիայի մասին: Անհնար է ֆիզիկական վակուումի ճշգրիտ սահմանում տալ։ Բայց դուք կարող եք մոտավոր սահմանում տալ նրա բնութագրերի միջոցով։Օրինակ, սա. ֆիզիկական վակուումը հատուկ համատարած միջավայր է, որը կազմում է Տիեզերքի տարածությունը, առաջացնում է նյութ և ժամանակ, մասնակցում է բազմաթիվ գործընթացների, ունի հսկայական էներգիա, բայց մեզ համար տեսանելի չէ անհրաժեշտության բացակայության պատճառով: զգայական օրգանները և, հետևաբար, մեզ դատարկություն է թվում: Հատկապես պետք է ընդգծել՝ ֆիզիկական վակուումը դատարկություն չէ, այն միայն դատարկություն է թվում։ Եվ եթե դուք վերցնեք այս դիրքը, ապա շատ հանելուկներ կարող են հեշտությամբ լուծել: Օրինակ՝ իներցիայի հանելուկը։

Ինչ է իներցիան, դեռ պարզ չէ։ Ավելին, իներցիայի երեւույթը նույնիսկ հակասում է մեխանիկայի երրորդ օրենքին՝ գործողությունը հավասար է ռեակցիայի։ Այդ իսկ պատճառով իներցիոն ուժերը երբեմն նույնիսկ փորձում են պատրանքային ու հորինված համարվել։ Բայց եթե կտրուկ արգելակված ավտոբուսում ընկնենք իներցիոն ուժերի ազդեցության տակ և մեր ճակատին բախվենք, ապա որքանո՞վ պատրանքային և մտացածին կլինի այս բախումը։ Իրականում իներցիան առաջանում է որպես ֆիզիկական վակուումի արձագանք մեր շարժմանը:

Երբ նստում ենք մեքենան և սեղմում գազի վրա, սկսում ենք շարժվել անհավասար (արագացված) և մեր մարմնի գրավիտացիոն դաշտի այս շարժումով մենք դեֆորմացնում ենք մեզ շրջապատող ֆիզիկական վակուումի կառուցվածքը՝ տալով նրան որոշակի էներգիա։ Եվ վակուումն արձագանքում է դրան՝ ստեղծելով իներցիոն ուժեր, որոնք մեզ հետ են քաշում, որպեսզի մեզ հանգիստ թողնեն և դրանով իսկ վերացնի դրանից առաջացած դեֆորմացիան։ Իներցիալ ուժերը հաղթահարելու համար մեծ էներգիա է պահանջվում, ինչը վերածվում է արագացման համար վառելիքի բարձր սպառման: Հետագա միատեսակ շարժումը որևէ կերպ չի ազդում ֆիզիկական վակուումի վրա և, հետևաբար, այն չի ստեղծում իներցիոն ուժեր, հետևաբար, վառելիքի սպառումը միատեսակ շարժման համար ավելի քիչ է: Եվ երբ մենք սկսում ենք դանդաղել, մենք նորից շարժվում ենք անհավասար (դանդաղ) և նորից դեֆորմացնում ենք ֆիզիկական վակուումը իր անհավասար շարժումով, և այն կրկին արձագանքում է դրան՝ ստեղծելով իներցիոն ուժեր, որոնք մեզ առաջ են տանում, որպեսզի մեզ թողնեն միատեսակ ուղղագիծ շարժման վիճակում։ երբ վակուումային դեֆորմացիա չկա. Բայց հիմա մենք այլեւս էներգիա չենք փոխանցում վակուումին, այլ այն տալիս է մեզ, և այդ էներգիան ջերմության տեսքով արտազատվում է մեքենայի արգելակման բարձիկներում։

Մեքենայի նման արագացված-միատեսակ-դանդաղեցված շարժումը ոչ այլ ինչ է, քան ցածր հաճախականության և հսկայական ամպլիտուդի տատանողական շարժման մեկ ցիկլ: Արագացման փուլում էներգիան ներմուծվում է վակուում, դանդաղման փուլում վակուումը էներգիա է տալիս։ Եվ ամենահետաքրքիրն այն է, որ վակուումը կարող է ավելի շատ էներգիա արձակել, քան նախկինում ստանում էր մեզանից, քանի որ. նա ինքն ունի էներգիայի հսկայական պաշար: Այս դեպքում էներգիայի պահպանման օրենքի խախտում չի լինում՝ որքան էներգիա կտա մեզ վակուումը, ճիշտ նույնքան էներգիա, որը մենք կստանանք դրանից։ Բայց քանի որ ֆիզիկական վակուումը մեզ դատարկություն է թվում, մեզ կթվա, թե էներգիան ոչ մի տեղից է առաջանում։ Եվ էներգիայի պահպանման օրենքի ակնհայտ խախտման նման փաստերը, երբ էներգիան հայտնվում է բառացիորեն դատարկությունից, վաղուց հայտնի են ֆիզիկայում (օրինակ, ցանկացած ռեզոնանսում այնպիսի հսկայական էներգիա է թողարկվում, որ ռեզոնանսային առարկան կարող է նույնիսկ փլուզվել):.

Շրջանային շարժումը նույնպես անհավասար շարժման տեսակ է, նույնիսկ հաստատուն արագությամբ, քանի որ այս դեպքում փոխվում է արագության վեկտորի դիրքը տարածության մեջ։ Հետևաբար, նման շարժումը դեֆորմացնում է շրջակա ֆիզիկական վակուումը, որն արձագանքում է դրան՝ ստեղծելով դիմադրողական ուժեր կենտրոնախույս ուժերի տեսքով. դրանք միշտ ուղղված են այնպես, որ ուղղեն շարժման հետագիծը և այն դարձնեն ուղղագիծ, երբ վակուում չկա։ դեֆորմացիա. Եվ կենտրոնախույս ուժերը հաղթահարելու համար (կամ պտտման հետևանքով առաջացած վակուումը պահպանելու համար) պետք է էներգիա ծախսել, որը գնում է հենց վակուում։

Այժմ մենք կարող ենք վերադառնալ լամպի փայլի երեւույթին։ Իր աշխատանքի համար էլեկտրական գեներատորը պետք է ներկա լինի միացումում (նույնիսկ եթե կա մարտկոց, այն դեռ մեկ անգամ լիցքավորվել է գեներատորից):Էլեկտրական գեներատորի ռոտորի պտույտը դեֆորմացնում է հարևան ֆիզիկական վակուումի կառուցվածքը, ռոտորում առաջանում են կենտրոնախույս ուժեր, և այդ ուժերի հաղթահարման էներգիան թողնում է առաջնային տուրբինը կամ ռոտացիայի այլ աղբյուրը ֆիզիկական վակուում: Ինչ վերաբերում է էլեկտրական միացումում էլեկտրոնների շարժմանը, ապա այս շարժումը տեղի է ունենում կենտրոնախույս ուժերի ազդեցության ներքո, որոնք ստեղծվում են վակուումով պտտվող ռոտորում: Երբ էլեկտրոնները մտնում են լամպի թելքի մեջ, նրանք ինտենսիվ ռմբակոծում են բյուրեղային ցանցի իոնները, և նրանք սկսում են կտրուկ թրթռալ։ Նման թրթռումների ընթացքում ֆիզիկական վակուումի կառուցվածքը կրկին դեֆորմացվում է, և վակուումը դրան արձագանքում է լույսի քվանտա արձակելով։ Քանի որ վակուումն ինքնին նյութի տեսակ է, նյութի ոչ մի տեղից հայտնվելու նախկինում նշված հակասությունը վերացվում է. նյութի մի ձևը (լույսի ճառագայթումը) առաջանում է իր տեսակի մյուսից (ֆիզիկական վակուում): Էլեկտրոններն իրենք նման գործընթացում չեն անհետանում և այլ բանի չեն վերածվում։ Հետևաբար, քանի էլեկտրոն մի լարով մտնում է լամպ, ճիշտ նույն քանակությունը դուրս կգա մյուսի միջով։ Բնականաբար, քվանտների էներգիան նույնպես վերցվում է ֆիզիկական վակուումից, այլ ոչ թե թելիկ մտնող էլեկտրոններից։ Էլեկտրական հոսանքի էներգիան ինքնին շղթայում չի փոխվում և մնում է հաստատուն:

Այսպիսով, լամպի լյումինեսցենցիայի համար անհրաժեշտ են ոչ թե իրենք էլեկտրոնները, այլ մետաղի բյուրեղային ցանցի իոնների սուր թրթռումները։ Էլեկտրոնները պարզապես գործիք են, որը ստիպում է իոններին թրթռալ։ Բայց գործիքը կարող է փոխարինվել: Իսկ մեկ մետաղալարով փորձի ժամանակ հենց դա է տեղի ունենում։ Մեկ մետաղալարով էներգիա փոխանցելու մասին Նիկոլա Տեսլայի հայտնի փորձի ժամանակ նման գործիք էր մետաղալարի ներքին փոփոխական էլեկտրական դաշտը, որն անընդհատ փոխում էր իր ուժը և դրանով իսկ ստիպում իոնները թրթռալ: Հետևաբար, «էներգիայի փոխանցում մեկ մետաղալարով» արտահայտությունն այս դեպքում հաջողված չէ, նույնիսկ՝ սխալ։ Լարով ոչ մի էներգիա չէր փոխանցվում, էներգիան լամպի մեջ ազատվում էր շրջապատող ֆիզիկական վակուումից: Այդ պատճառով մետաղալարն ինքնին չի տաքացել. անհնար է տաքացնել առարկան, եթե նրան էներգիա չի մատակարարվում:

Արդյունքում, էլեկտրահաղորդման գծերի կառուցման արժեքի կտրուկ նվազման բավականին գայթակղիչ հեռանկար է ստեղծվում: Նախ, դուք կարող եք յոլա գնալ երկուսի փոխարեն մեկ մետաղալարով, ինչը անմիջապես նվազեցնում է կապիտալ ծախսերը: Երկրորդ, համեմատաբար թանկ պղնձի փոխարեն կարելի է օգտագործել ամենաէժան մետաղից, նույնիսկ ժանգոտ երկաթը։ Երրորդ, դուք կարող եք նվազեցնել մետաղալարն ինքնին մինչև մարդու մազի հաստությունը, իսկ մետաղալարի ամրությունը թողնել անփոփոխ կամ նույնիսկ մեծացնել այն՝ փակելով այն դիմացկուն և էժան պլաստիկի պատյանով (ի դեպ, սա նաև կպաշտպանի մետաղալարը մթնոլորտային տեղումներից): Չորրորդ, մետաղալարի ընդհանուր քաշի նվազման շնորհիվ հնարավոր է մեծացնել հենարանների միջև հեռավորությունը և դրանով իսկ նվազեցնել ամբողջ գծի համար հենարանների քանակը: Իրատեսակա՞ն է դա անել: Իհարկե, դա իրական է: Կլինի մեր երկրի ղեկավարության քաղաքական կամքը, և գիտնականները ձեզ հուսախաբ չեն անի.