Электростатический движитель. Часть I.

Опубликовано 27.11.2015
Станислав Ордин   |   просмотров - 2307,   комментариев - 1
Электростатический движитель. Часть I.
Обращение к читателям     

Введение.

Электростатические силы очень велики и ранние попытки их использования людьми заканчивались нередко трагедией. Но отвернулись от них люди не столько из-за страха, сколько из-за той же болячки современной фрагментированной науки, а конкретно – физики. Опирающаяся на результаты чисто макроскопических экспериментов удобная абстракция – формальное введение электростатического поля – фактически подменило надёжно установленный закон Кулона на теорему Остроградского-Гаусса. При таком формальном подходе было облегчено решение большинства электростатических задач, НО! в рамках предположения, что вся электростатика «умещается» в простейший частный случай электродинамики на базе уравнений Максвелла при устремлении частоты поля в ноль. Как постараюсь показать в статье, это не так – некоторые базовые канонизированные электростатические решения справедливы лишь в определённых макроскопических условиях.

Как следствие, самую мощную, превосходящую на 40 порядков гравитационную, силу природы люди практически не используют, а тратят мега- и гигаватты фактически на использование косвенных эффектов.

Как следствие, сами уравнения Максвелла описывают лишь фрагмент электродинамики. И именно поэтому, на мой взгляд, квантовая электродинамика ушла в дебри «непредставимых» голых фантазий, недоступных «пониманию» не только обывателя, но и большинства физиков - сами теоретики там не считают нужным что-то понимать, кроме того, что там «частица Бога».

Сама жизнь на Земле возникла в мощном электростатическом поле, и мы продолжаем в нём жить. Но чтобы получить 220 В мы строим атомные станции и втыкаем вилку в розетку, когда это напряжение можно в прямом смысле достать рукой – просто надо научится его использовать. И нанотехнологии, в принципе, уже позволяют сделать и это, и многое другое.

В первой части этой разбухшей статьи я коснусь общих проблем, сопряжённых с электростатикой. А во второй её части приведу конкретные оценки, анализ электродинамических проблем электростатики и анализ собственно электростатических проблем с формулами, графиками и схемы возможных электростатических устройств.

ЧАСТЬ 1.

О незавершённых исследованиях Николы Тесла.

Хотя человечество познакомилось с электричеством уже давно (некоторые найденные в древних раскопках банки, датирующиеся парой тысяч лет тому назад, по конструкции очень похожи на примитивные аккумуляторы) фантастических успехов эксперименты с электричеством достигли в конце позапрошлого - в начале прошлого века. И с именем Никола Тесла (1856-1943 гг.) связаны многие достижения в области электричества. С его именем связывают, в основном, различные изобретения в области переменного тока и электродинамики. Даже единица измерения магнитного поля названа Тесла.

Но описание ряда его экспериментов прямо указывает на то, что он не «брезговал» и конструированием устройств на базе электростатики. А вернее, в серебряный век науки он воспринимал любимый ему раздел физики не по кусочкам, а целиком. Не случайно его настольной книгой была «Теория натуральной философии» Руджера Бошковича. И при таком общем подходе он быстро достигал многого, что только теперь начало входить в «достижения» современного технического прогресса. В частности – беспроводная передача электроэнергии.

Интересуясь самыми общими представлениями физики и до конца жизни оставаясь сторонником ЭФИРА, как особой формы материи, он и приборы создавал на базе общих принципов. Не знаю, понял ли он, что из принципа относительности Эйнштейна следует, что эксперимент Майкельсона некорректен, но он предпринял немало попыток получения энергии из этого самого эфира. На тему этих его экспериментов удивительно много технически неграмотных домыслов и легенд, но очень мало технически грамотных описаний используемых им методик. Известно лишь то, что он всё-таки стал называть свои попытки получения энергии получением энергии из атмосферы. И если учесть, что отсутствие данных основных экспериментов касается человека, который описал всему человечеству КАК ОДНОЗНАЧНО ОПРЕДЕЛИТЬ ВЕЛИЧИНУ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, то ситуация, когда результаты его экспериментов с атмосферой (вакуумом) до сих пор не опубликованы, выглядит более чем странно. В том числе версию, что к закрытию и сокрытию этих экспериментов Николы приложил кто-то руку, и скорее это не ФБР, а нефтяные компании, чтобы не лишиться сверхприбылей от выкачивания из Земли нефти, считаю весьма вероятной. Тем более что и умер он «вовремя» - в результате осложнений после того, как его сбила машина, когда он строил новую башню-приёмник электростатической энергии атмосферы.

С другой стороны, подтвердить существования эфира Никола Тесла не смог, а вот выделения большого количества энергии из атмосферы, судя по всему, уже добился и в предшествующих экспериментах. А для получения большого количества энергии на Земле достаточно, как видно невооружённым глазом, закачать энергию одной молнии. И судя по тому, что Тесла использовал в экспериментах сконструированный им прибор для определения электростатического потенциала, электростатика в его экспериментах была прямо задействована: раскачивал он «длинные волны» переменным полем как бы вызывая молнию «наоборот», у которой, как следствие мощного импульса постоянного тока был уже обнаружен электромагнитный высокочастотный шум. Но раскачивал, как я теперь представляю, параметрически продольные волны в атмосферной плазме, и раскачивать параметрически ему удавалось именно потому, что, как будет показано ниже, вблизи нулевой частоты в плазме есть резонанс, на который до сих пор не обращают внимания.

На эту тему и мне пришлось подумать-посчитать, когда астрофизики, занимающиеся зондированием электромагнитным излучением атмосферы, попросили меня прислать на конференцию доклад по применению для диагностики зарядов в облаках разработанной мной спектральной методики диагностики плазмы. После того как я предоставил им обещанный доклад, в оргкомитете их конференции попросили меня добавить какой-нибудь «приклад». Я тогда, 15 лет назад, дал им «приклад»: использовать атмосферное электричество в народном хозяйстве. Поначалу, они меня обозвали «кремлёвским мечтателем», хотя я просто показал, на какую точку тучи или облака оптимально направить «эксперимент Тесла». Но я указал учёному секретарю астрофизиков, где стоит конденсатор, уже способный выдерживать грозовые гигавольты и где стоит лазер, с помощью которого мы достигали пробоя атмосферы и с помощью которого, естественно, не было никаких проблем создать управляемый стример. И доклад опубликовали.

Но то, что доклад человека, известного ранее своим профессионализмом лишь относительно узкому кругу профессионалов (правда в разных областях) и известного своим негативным отношением к научным чиновникам, «скромно» обошли стороной – это естественно для современного состояния обюрократившейся науки. А вот, то, что в серебряный век науки обошли молчанием основные результаты экспериментов человека, чьё имя по праву вписали во все буквари по физике и которому присудили медаль Эдисона (и без всяких научных званий номинировали на нобеля) – это не естественно. К этим мыслям о давно обнаруженной и до сих пор неиспользуемой людьми энергии, неиспользуемой даже там, где традиционными способами практически энергию не получить, я и вернулся, прочитав пост о «разработках» космических двигателей http://nnm.me/blogs/ni_figa/10-vozmozhnyh-resheniy-problem-mezhzvezdnyh-puteshestviy/#cut.

Космическая подсказка фрагментированной физике.

Космос, по своей природе всеобъемлющ и по мере его освоения даёт на выходе не только новое знание, но и помогает устранять противоречия и ошибки, накопившиеся в нашем описании Природы. Но Никола Тесла мог опираться лишь на эксперименты на Земле. Эти доступные ему эксперименты, в какой-то мере, ограничивали и его возможности по исследованию фундаментальных «космических» вопросов физики, типа того же эфира. Это ограничивало его и в определении постановки самой решаемой задачи. Сейчас люди научились заглядывать в самые далёкие уголки нашей видимой вселенной, хотя с учётом искривления пространства-времени, как уже писал, остаётся открытым вопрос об эквивалентности наблюдаемой и истинной её геометрии (даже на уровне самого определения истинной геометрии).

Но освоение людьми космического пространства сейчас на самой начальной стадии и упирается в ряд нерешённых принципиальных проблем. При освоении человечеством космоса одной из основных задач стала задача обеспечения длительной автономной, без всякой подпитки за счёт той же атмосферы Земли, работы двигателя. Решение, найденное Циолковским, является частным, т.е. упирается в асимптотический предел: либо полезная масса стремится к нулю, либо «бесполезная», выбрасываемая масса и энергия стремится к бесконечности при увеличении дальности полётов. И большинство часто обсуждаемых оригинальных идей перемещения в космосе на большие расстояния, типа перечисленных в посте, нисколько не преодолевают этот предел и содержат логическую дыру в их научном обосновании. Фактически они все содержат предположение, не имеющее ни теоретического, ни экспериментального обоснования. В таких «идеях» всегда заложена «отмазка» типа – требуется неограниченное (в смысле недостижимое) количество энергии, в расчёте на то, что ещё какой-нибудь новый фрагментик физики найдётся в будущем. Некоторые из таких идей даже финансируются, как это делает, например, американской ДАРПА - так, на всякий случай, а вдруг что-то получится.

Фактически такие идеи – чистой воды прикладная фантастика и не сильно отличаются от сценариев фантастических кинофильмов. И использование в подобных публикациях наукообразия лишь скрывает (от обывателя), что разработка таких идей очень далека от развития фундаментальных основ физики. Доходит и до анекдота-инверсии: представления в сериале «Нано-любовь» оказываются более научными, чем в публикации на тему НАНО в научном физическом журнале с высокими индексами цитируемости. В своё время это обстоятельство и подвигло меня и на альтернативное алфёровско-ковальчуковскому интервью РБК и, когда их статья с моим интервью получила международную премию за лучшее научное расследование, начать публиковаться на сайте НОР. И написанию этой статьи «способствовало» то, как уже отметил выше, что беспочвенные, содержащие откровенные дыры в научном обосновании фантазии не только представляются как последний писк человеческой мысли (ссылка выше), но и активно разрабатываются (http://nnm.me/blogs/madrabbitt/nasa-protiv-emdrive-raund-vtoroy-i-vse-taki-on-rabotaet/). Но в этой статье, я постараюсь остановиться больше на позитиве, т.е. на том, как отбрасывая необоснованные ограничения, «научные» и практические и заполняя некоторые феноменологические дыры в физике, можно выйти на новое РЕШЕНИЕ и приложение хорошо известного, но дающее принципиально новое качество. И не только в научно-технической сфере.

Кризис фрагментированной современной науки, которая сама не в состоянии даже чётко указать на существующие в ней феноменологические дыры (а тех, кто указывает на них – отправляет на «костёр»), открывает широкую дорогу научно-техническому «творчеству» там, где уже имеется корректное, но не до конца осмысленное и обобщённое описание Природы. Т.е. фантазии идут не столько в феноменологических пустотах (между разноцветными кругами-феноменологиями на рис.1), а и внутри известной, описывающей один раздел физики, феноменологии без серьёзного анализа её противоречий с сопряжёнными разделами (области пересечения разноцветных кругов на рис.1а). Нередко встречается в фрагментированной физике, что и внутри одного раздела используются разнообразные модели, работающие на определённом масштабе, но приводящие к взаимоисключающим результатам, т.е. имеется феноменологическая масштабная дыра (белая полоса между цветными кольцами на рис.1б).

Классический пример такой дыры между уже имеющимися высокочастотным и низкочастотным описаниями излучения абсолютно чёрного тела, приводящими к ультрафиолетовой и инфракрасной «катастрофе», «заткнул» Планк. Расширил феноменологию термодинамики, сняв ряд приписываемых ей из макроскопических представлений ограничений (запретов) на наномасштабе, Илья Пригожин. Но нередко используют модели, которые вообще не проверили на асимптотиках: при устремлении параметра к нулю и к бесконечности. 

Рис.1. а - пересечение разноцветных кругов, демонстрирующее пересечение разных феноменологий. Пустота между кругами демонстрирует отсутствие в этой области параметров моделей, корректно описывающих эффекты в стартовом приближении, б – феноменологические масштабные пробелы в одном разделе физики.

Это отражено на рис.1б - тем, что в центре и снаружи разноцветных кругов бело. Поэтому при использовании многих моделей надо внимательно смотреть, где их границы применимости, а не тупо оптимизировать подгоночные параметры.

Приведу несколько примеров, где этого в физике не было сделано ранее, но построенное с феноменологическими дырами описание до сих пор приводится в качестве базовой модели во многих книгах.

Так, как уже писал, для графита и его диэлектрического аналога нитрида бора использовали Ван-дер-Ваальсовые силы для описания связи атомных слоёв, хотя это противоречило и данным по теплоёмкости, и просто здравому смыслу: кристаллы при малейшем нагреве просто саморасщеплялись бы на атомные слои без всякой липкой ленты.

Прямо касается поднятой электростатической темы, как будет показано ниже, и то, что для описания зависимости отражения электромагнитных волн свободными электронами в области низких частот используют две модели, которые дают взаимоисключающие результаты: плазменная модель на пределе минимальных частот даёт стопроцентное отражение, а теория скин-эффекта – стопроцентную прозрачность.

Но совсем «странные» вещи наблюдаются в, казалось бы, элементарном электростатическом описании, и эти «странности» не могли пройти мимо внимательного «взора» Николы Тесла. И они его заинтересовали ещё в начале прошлого века.

Но об этом подробнее напишу ниже. А пока лишь отмечу. Таких масштабных феноменологических пробелов я обнаружил в физике за 40 лет работы в АН немало и уже давно начал работу над книгой: «Физика пропущенных масштабов». Надеюсь когда-нибудь её закончить. Но жизнь подбрасывает всё новые примеры феноменологических нарушений описания природы, и каждый раз возникает дополнительная необходимость их устранения. Конечно, причесать только всю современную физику не по силам одному человеку. А вообще науку – тем более. Поэтому я лишь акцентирую внимание на наиболее ярких противоречиях и ограничиваюсь часто лишь качественным их устранением в популярных статьях. Хотя руки чешутся каждый раз применить серьёзную, строгую математику, но доходят эти руки лишь до отдельных вопросов. Но жизнь отдельного человека коротка, а условия существования учёных в России не способствуют завершению распухающего труда.

А что уж говорить о внедрении «исправленных» идей, когда все силы бюрократической науки направлены на внедрение слов, типа инновации. Когда бюрократически «грамотно» оформленный бизнес-проект с наукообразным обоснованием для научных чиновников настолько превышает значимость реально работающих уникальных установок, что их ликвидируют «грамотным» списанием. Руководитель ФАНО «грамотей» Котенков, чтобы лично убедиться в «грамотности» списания установок и станков, посещал недавно наш филиал. Смешно было бы ожидать, что его пониманию доступны проблемы физики и науки вообще, задачи сохранения остатков науки, видимо ему и не ставили. Если старшие «товарищи» Фурсенко с Ливановым с докторскими степенями ни хрена не смыслят в физике, то ему не смыслить сам бог велел. Так что основной целью визита к нам Котенкова было внедрение бизнес-плана, а не внедрение принципиально новых идей в производство, хотя бы в малое, внутри РАН. Для внедрения новых идей я ездил по организациям в поисках реально работающих фрагментов в разных корпорациях, а курируемый Котенковым бизнес-план нацелен на уничтожение последних таких фрагментов российской науки.

И раньше я лично сталкивался с проблемой внедрения идей. Иногда со «смешными» проблемами. Когда наладчики и сотрудники ЛОМО, собирали и юстировали, естественно, с моим активным участием, последнюю нашу совместную разработку ИКС25М в моей комнате, то мы по ходу работы делали немало переделок в заводском макете, в том числе и «внедряли», в прямом смысле, мои запатентованные изобретения. Но когда сотрудники ЛОМО рассказали, что ряд наших переделок уже использованы в серийно выпускаемом приборе, я пригласил к себе заведующего Лабораторией Спектральных Приборов ЛОМО Сергея Воронова для разговора. Сергей извинился передо мной, но объяснил, что они, поняв значимость «переделок», сами вынуждены были внедрять их тайком – тайком, ночью подменять в цеху кальки и схемы на переделанные во внеурочное время. Иначе бюрократическая машина затянула бы процесс их внедрения на годы.

Сейчас ситуация с внедрением новых идей и технических решений гораздо хуже. Доведённый, совместно с ЛОМО, до предельных возможностей дифракционный спектрометр обещают после Нового года бульдозером вытолкнуть на помойку (чтобы на месте комнат с работающими установками сделать офисы). Станки в цеху, в том числе и уникальные, типа карусельного, уже распилили на металлолом, в чём приезжавший руководитель ФАНО лично убедился, с удовлетворением осмотрев пустой цех. А выживающая за счёт того, что мы довели до работающего железа лет 30-40 тому назад, оборонка, будучи не в состоянии заниматься принципиально новыми устройствами, можно сказать враждебно относится к новациям. Приезжавший ко мне эксперт нашей ДАРПА прямо мне сказал: «Зачем вы поехали со своим устройством в московский «Орион» - они давно уже занимаются лишь модернизациями на зарубежной элементной базе и являются прямыми конкурентами предлагаемому вами новому устройству». И лишь когда, как говорится, припрёт, то оборонка прислушивается к новым идеям. Как в случае, когда американский спецназ захватил под донецким аэропортом наш бывший хорошо защищённый Центр Управления баллистическими ракетами. Когда я подсказал, как дёшево и сердито их от туда «выкурить», прислушались. Руководство ФАНО видимо пока не припёрло, иначе бы не уклонились бы от встречи и не принимали бы «зачётные» решения, не посоветовавшись с учёными.

Но космос может припереть не только руководителя ФАНО, но и всё человечество – эпизодически появляются сообщения, типа http://ytro.ru/articles/2015/11/06/1260077.shtml о гигантских астероидах, угрожающих жизни на Земле. И традиционные обсуждаемые идеи сродни тем, что в посте о космических движителях. И если для космических двигателей основная проблема – ограничение времени их работы, то для борьбы с теми же астероидами проблема – точка опоры, с помощью которой «можно перевернуть мир». И обе эти проблемы, в принципе, позволяет решить электростатика.

О запутанных «квантово-механических» состояниях ума.

Но в статье речь не о чиновниках в науке (распутывать их пакостные мысли противно и неинтересно), а о тех кто, несмотря на господство рынка (типичная шизофрения общественного сознания), продолжает заниматься наукой. Правда общая атмосфера оказывает давление и на них, что приводит к чисто формальному подходу и к возведению путаницы в степень. К такой, возведённой, по крайней мере, в квадрат путанице можно отнести «запутанные квантовые состояния», о которых ещё более путанно рассказали в посте – http://nnm.me/blogs/BOLT_M12/kvantovye-novosti (вот и путаница в третьей степени получилась).

А запутанность этих квантовых состояний касается, как кому-то не покажется странным, неполноты описания электростатического базиса. При описании плазменных колебаний используется простенькая модель – смещение всех электронов относительно кристаллической решётки как целого. О погрешностях такой модели я расскажу ниже. Сейчас же лишь отмечу, что данное смещение можно представить себе как мгновенную передачу воздействия, приложенного к одному концу абсолютно жёсткого стержня к другому концу. Эта модель плазменных колебаний худо-бедно работает, а эту «абсолютную жёсткость обеспечивают кулоновские силы – электростатика. И это относится к сопутствующим «запутанным состояниям» разговорам о переносе информации со скоростью выше скорости света. На определённых частотах при возбуждении колебаний зарядов, в том числе и плазменных, действительная часть диэлектрической проницаемости (и, соответственно, коэффициент преломления) проходит через ноль, что означает бесконечную фазовую скорость.

Относительно же собственно «запутанных квантовых состояний» просто приведу свой комментарий к упомянутому выше посту.

Подборка забавная, но скорее отражает запутанность наших представлений о природе, а не квантовых состояний. Но беда не столько в том, что эти представления запутаны, а в том, что их не распутывают. Эйнштейн мысленно смешал квантовые состояния, чтобы показать, что принцип неопределённости Гейзенберга приводит к противоречиям. И сам факт признания существования квантовых запутанных состояний большинством голосов, а не теоремой, говорит о том, что со времён дискуссии Эйнштейна с Бором принципиальных продвижений в распутывании проблемы – нахождении границ применимости принципа Гейзенберга и обобщении принципа неопределённости – нет. Идёт лишь экспериментальная проверка гипотезы Белла: «Если состояния двух запутанных частиц определены в момент разделения, то должно выполняться одно неравенство Белла. Если состояния двух запутанных частиц не определены до измерения состояния одной из них, то должно выполняться другое неравенство». И эта проверка фактически точности измерений. Хотя сама жизнь недавно «поставила эксперимент» для проверки – полное лунное затмение, которое можно было бы использовать для проверки интерференции лучей с диаметрально противоположных сторон Луны, но мы этим не воспользовались.

Фрагментированная физика вообще сейчас находится в запутанном состоянии. Даже в тех областях, которые уже давно нашли практическое применение, часто идёт чисто эмпирический подбор (компьютерный перебор) параметров. Если заглянуть в научно-исследовательские отчёты Intel, то хорошо видно: спекли, изменив параметры (уменьшив), новый элемент и тупо исследуют в рамках узких ремесленнических представлений – что же получилось? А то, что за ремесленнические работы деньги платят, а за распутывание, как во времена Бора и Эйнштейна, не только не платят, но и выгоняют с работы, как с тем же Гришей Перельманом случилось. И данный пост наглядно демонстрирует чисто ремесленнический подход физиков-теоретиков, что лишь усугубляет «запутанность» наших представлений + добавляется запутанность при их пересказе в посте – из принципа локальности следует не то, что пишется в посте, а с точностью до наоборот. А касательно чисто теоретических современных представлений, то по фрагментированности они близки к тому, что в медицине относят к патологии – к шизофрении, когда кусочек сознания доминирует над полным сознанием. Это в какой-то мере даже произвело отбор в чистые теоретики, которые свысока смотрят на экспериментальные данные и делают из них лишь выборки, подходящие под их мысли (а часто – измышления – сам наблюдал подобные сцены на семинарах теоретиков).

В этом плане наиболее яркий и противоречивый пример – личность выдающегося теоретика Ричарда Фейнмана (если не считать собирательный пример в фильме «Игры разума»). Ландау, сам будучи приличным шизофреником (пока с помощью автомобильной катастрофы его не превратили в овощ), поставил Р. Фейнмана в таблице его звёзд выше себя. И действительно Р. Фейнман очень много сделал в развитии абстрактных методов квантово- механических расчётов: чего стоят одни лишь фейнмановские диаграммы. Но Ричард, как бы сам себя оправдывая ироничными изречениями типа «Философы это люди, которые учат нас думать», «Некоторые пытаются понять квантовую механику, а надо просто знать квантово-механические формулы», тем не менее, попытался поискать физический смысл в формулах, написав десятитомник своих лекций. Но не редко и в нём, рисуя правильные формулы, до сути их не дошёл, и «причесать» описываемый раздел физики не смог. И путаница в этих разделах осталась, а написанные формулы соответствуют лишь частному случаю. Более глубокую попытку он предпринял в книге «Характер физических законов», но он сам уже был под гнётом им же самим выделенного фрагмента, когда в книге «Физика фундаментальных процессов» к фундаментальным отнёс лишь теорию элементарных частиц. Тем самым выбросив из разряда фундаментальных инварианты разных масштабов в науке в целом.

Но те, кто, почему то ещё пытаются распутать наши представления, ещё не вымерли и, вклиниваясь, глубоко, не по ремесленнически в частную проблему, не отбрасывают связи конкретного явления с общими, фундаментальными законами на разных масштабах и уровнях. Именно так фактически и родилась квантовая механика – само понятие квант энергии было подтверждено фундаментальной константой Планка в уравнении Планка, обобщившим две взаимоисключающие теории. Подобные распутывания дают на выходе новый независимый инвариант, расширяющий наши представления о природе. В таком ключе постараюсь, насколько смогу, распутать и элементарную электростатику. По крайней мере, выделю найденные противоречия в электростатике и нарисую примерные схемы их экспериментальной проверки.

Значение элементарного базиса.

Возвращаясь к проблемам самой науки, приходится констатировать, что в кризисной науке нефеноменологический подход стал скорее правилом, чем исключением. Классический пример: «открытие» нового слова графен. В такой ситуации в околонаучных публикациях, как говорится «Сам бог велел» заниматься голой, ни чем не подкреплённой фантастикой. А фрагментированная наука часто даёт лишь запреты. И технический прогресс идёт по накатанной дороге канонизированных идей, а «наука» лишь их обсчитывает и подавляет любые попытки даже поиска альтернативных научно обоснованных решений: они не укладываются в рамки канонизированных представлений.

Конкретно для электростатики книга «Основы теории электричества» Игоря Евгеньевича Тамма, в которой, казалось бы рассмотрено всё и вся, внесла в своё время огромный вклад в детальное описание природы электрических явлений. НО! Как говорится: «Лучшее – враг хорошего». Доведённое до «совершенства» умопостроение на базе неполной аксиоматики тормозило развитие представлений, несмотря на ряд явных феноменологических дыр.

Электростатика- раздел электродинамики, изучающий взаимодействие покоящихся электрических зарядов и действия на них электромагнитных полей.

Со школьной скамьи в головы закладывалось, что в электростатике уже всё понято и ничего ПРЕДСТАВЛЯТЬ не надо.

Отсутствие истинного прогресса в научных представлениях сказывается на общественном сознании в целом. И, как обычно, наиболее остро чувство неудовлетворённости возникает от непонимания/неприятия происходящего вокруг них у молодых. Но самостоятельно они могут обычно предложить в качестве выхода из этой ситуации лишь эмпирическую обработку эклектичной научной информации с использованием компьютерных технологий (http://kadets.net/1902-27-letnyaya-kira-radinski-v-spiske-veduschih-molodyh-izobretateley-planety.html). Возникло целое направление поиска компьютерными технологиями фактически эмпирических закономерностей и в самой физике. В какой-то мере это прогресс для фрагментированной физики. Но, на мой взгляд, это не более чем новый инструмент. А сила науки, и физики, в частности, в человеческом факторе - в эвристике, на базе самых общих представлений о природе.

Насколько это сложно сделать программно могу продемонстрировать на примере одной из лучших математических программ Wolfram Mathematica. Эпизодически выуживая ошибки в расчётах, я посылал её разработчикам не только анализ возникновения конкретной ошибки, но и некоторые общие рекомендации. Самой общей была рекомендация алгоритмизировать принципы математики и использовать их хотя бы как проверочные инварианты. Но работа в этом направлении вышла за рамки математической программы – в создание Стефаном Вольфрамом новой математической среды и математического языка. Но даже такую «эвристику», которую позволил себе увлечённый программой руководитель фирмы, бюрократизация науки подавляет в исследователе.

Однако, отталкиваясь именно от установленных фундаментальных законов и инвариантов, можно сконструировать что-то принципиально новое и реально работающее, то, что даст принципиально новое качество при принципиальной простоте решения. Но для этого надо относиться к основам науки серьёзно, а не использовать их лишь как рекламу научности, скажем, книги. Сейчас, к сожалению, можно найти не только самиздатовские книги по физике, но и академические издания, содержание которых вступает в прямое противоречие с научными декларациями на первых страницах. Тем более, что сами используемые «научные» декларации не являются истинным теоретическим базисом, а тоже декларативно получены якобы из первых принципов лет сто тому назад и многократно просто переписаны из одной книги в другую (без всякой проверки и уточнения/развития).

И в условиях, когда в России наука стала продажна, одной комиссии РАН по борьбе с лженаукой явно не достаточно. Да и деятельность этой комиссии скорее бюрократическая: анализом причин она не занимается, а мечет громы и молнии по некоторым следствиям. А бюрократический подход в науке, в принципе, запрещает признание открытий, «подрывающих» основы. И, как следствие, роль открытий заняли бюрократически проталкиваемые весьма скромные, не сопоставимые по значимости с открытиями Ломоносова, Менделеева, Эйнштейна технические находки, никак не расширяющие наши представления о природе.

Дошло уже до того, что японцу за то, что он передал фирме Cree ноу-хау по легированию нитрида галлия, вручили предпоследнюю нобелевскую премию по физике. В физике, по большому счёту он ничего не сделал, а стал «ориентиром» по физике для поколения молодых учёных. Моему поколению ещё удалось застать (в живых) действительно выдающихся учёных, на которых и я старался ориентироваться в молодости. Теперь же ситуация для молодых учёных гораздо хуже. Ставшие по бюрократическим алгоритмам «светилами» науки – часто просто клерки закостеневшей научной структуры, которые физически не в состоянии освещать молодёжи путь в науке, основные их силы ушли на карабканье по бюрократической лестнице.

Но возвращаясь к упомянутым, в начале статьи, космическим движителям, учитывая большую длительность их предполагаемой работы, требуется попробовать сконструировать двигатель, который используя силы природы, обеспечит движение космических кораблей, потребляя минимум энергии, а не закладывать в расчёты «отмазку» из недостижимого количества энергии. И, слава богу, что в возможных для космоса решениях нефтью и не пахнет. И это можно и нужно сделать именно на базе основополагающих представлений физики. Надо просто понять КАК? Но для этого как раз и необходимо вернуться к фундаментальным основам физики и, во-первых, подумать, что мы упустили в их применении, а во-вторых, в чём они неполны и даже противоречивы.

Опыт и перспективы использования сил природы.

Технический прогресс, можно сказать, начался, когда люди начали использовать не только свою физическую силу и силу животных, а и силы неживой природы. Так что путь от простого наблюдения до использования сил природы на Земле люди уже проходили и не раз. Начали с использования законов статической механики в рычаге, с помощью которого «можно перевернуть весь мир». И при создании колеса большую часть работы совершали, лишь когда одевали колесо на ось и когда грузили телегу. В поездке работу на преодоление трения о землю не совершали, держа без всяких усилий телегу на высоте, равной радиусу колеса за счёт статики. На самом деле, не без усилий, т.к. и в полированной ступице ось хорошо трётся. Вот и вернулись назад, заменив статику фактически динамикой - магнитным полем, чтобы трение было поменьше, но при этом совершая работу для СТАТИЧЕСКОГО удерживания состава над поверхностью.

Затем люди перешли к использованию динамических законов. В неравновесной системе, в которой мы живём, всегда существует макроскопический хаос и, как следствие, всегда существуют хаотические «локальные» термодинамические силы и хаотические потоки. И люди научились использовать хаотические движения в природе как движитель, работу которого описала неравновесная термодинамика. Как движитель люди научились использовать многие неравновесные потоки на Земле.

В частности, и когда задолго до создания первых паровых машин и двигателей внутреннего сгорания создали корабли под парусами, на которых и покорили океан. Люди тогда ещё не задумывались о формулировке принципа относительности. Но почувствовали и интуитивно поняли, что под парусом ты как бы в статике с ветром. И если, используя колесо не надо напрягаться, неся кого-то или чего-то, то используя парус не надо напрягаться, чтобы двигаться и по ветру, и даже, упираясь в воду, галсами против ветра. Или когда построили первые ветряные мельницы – тоже поняли, что при оптимальном угле поворота лопастей, мельница, опираясь на землю, забирает у ветра много энергии. В двигателе внутреннего сгорания тоже используется неравновесность, но неравновесность состояния нагретого за счёт химического превращения топлива, превращаемого в равновесные ингредиенты.

Но в космосе, помимо выхлопа ракеты, пока что почти ничего не используется. В «фантастических» предложениях в «космическом» посте используют лишь статические силы, да и то не все и не всегда правильно. И чаще с ними борются, чем используют. Так, и в одном из перечисленных в посте проектов, в космической «рогатке» - гравитационное притяжение планет используют для коррекции траектории. Но потребляющее основную часть энергии само задание космической траектории объекта - это преодоление гравитационного притяжения Земли и других планет.

Гравитационные силы слабы и для того, чтобы парить в воздухе не тратя энергии, достаточно неравновесных воздушных потоков и дельтаплана. С другой стороны, из-за их слабости требуется очень близко подойти к их источнику – планете. Но для выхода в космос как раз и требуется сейчас основная энергия на преодоление этих слабых сил. А для полётов в космосе энергию неравновесных воздушных потоков не используешь, т.к. она экспоненциально падает по мере удаления от Земли. Поэтому надо отталкиваться от других термодинамических сил, которые, как известно, определяются градиентами полей. И до настоящего времени люди используют в основном только слабые силы, определяемые давлением газов, и на Земле, и в космосе.

При попытке описать всё и вся слабыми силами многие достаточно часто наблюдаемые и на Земле природные явления оказались просто отнесены в разряд аномалий. Так, максимально возможный за счёт нормального атмосферного давления подъём воды составляет всего 12 метров, тогда как, например, вблизи Черноморского побережья нередко на глазах у многих поколений гуляют смерчи – столбы воды диаметром почти сто метров и высотой несколько километров. В советское время специальные корабли их расстреливали, теперь же они «спокойно» крушат побережье и прибрежные постройки. Я не хочу сейчас отвлекаться на анализ этого явления, так и не получившего непротиворечивого чисто аэродинамического описания и не используемого пока человеком, т.к. и чистой электростатикой для его описания не обойтись, но то, что электрический заряд на тучах есть, общеизвестно.

А то, что электростатические силы, по своей природе очень велики хорошо известно. Их видимая слабость в Ван-дер Ваальсовых взаимодействия на малых расстояниях, по сравнению с химическими связями, связана исключительно со слабой, очень малой наведённой поверхностной взаимной поляризацией двух эквивалентных по составу плоскопараллельных поверхностей. Если бы на каждый атом одной поверхности приходился один избыточный электрон, а на каждом атоме другой поверхности одного электрона не хватало, то сила, сжимающая поверхности была бы гораздо больше, чем у любой химической связи. Такую плёнку толщиной в несколько атомов далеко не каждая пуля пробьёт.

Просто по порядку адиабатического разложения кулоновская сила соответствует более глубокой силе – силе, удерживающей электроны внутри атома, а не силе, удерживающей атом возле другого атома. Но эта, электростатическая сила дальнодействующая – медленно спадает при удалении от её источника – заряда. Поэтому эта «сильная» сила и «вылезает» из микромира и проявляется как макроскопическая «сильная» сила, превосходящая гравитационную, как пишет тот же Ричард Фейнман «в миллион биллионов биллионов биллионов раз». И приводит для макроскопического представления масштаба электростатической силы наглядный пример: «Если бы в нашем теле электронов оказалось бы больше на 1% чем протонов, то на расстоянии вытянутой руки от нас сила равнялась бы весу Земли». Возможно, этот ужасающий пример и сыграл свою «запрещающую» роль в представлениях о возможности существования электростатических сил и в космосе, и на Земле. Но на Земле мы часто с ними сталкиваемся, хотя пока их не используем.

Откуда же берётся эта «сильная» сила, которая, именно благодаря своей «сильности», должна была бы просто быстро приводить к электронейтральности пространства и среды и самообнуляться на масштабах больше атомного? Но то, что она не обнуляется и на микромасштабах, и на макромасштабах – это факт. В общих словах ответ прост – из термодинамики. Даже в среде из «голых» (свободных) электронов возникают нарушающие однородность их плотности плазменные колебания. При высокой плотности свободных электронов в полупроводниках частоты плазмонов именно из-за большой кулоновской силы могут быть очень высокие – называемый плазменной частотой высокочастотный край этих колебаний может быть выше 1015 Гц. В атмосфере, в облаках концентрации зарядов ниже, а масса иона в тысячи раз больше электронной, и соответственно ниже и плазменная частота. Но она тоже достаточно высокая и может достигать 1010 Гц. Плазмоны в облаках обеспечивают отражение радиоволн и наблюдение облаков на экранах радаров. Самому приходилось «удалять» их с экрана с помощь СДЦ – системы селекции движущихся целей, чтобы они не мешали сопровождать самолёт. То, что в тех же облаках не нейтральная (состоящая из зарядов противоположного знака) плазма, а заряженная, демонстрирует любая молния.

Т.е. помимо локальных высокочастотных нарушений электронейтральности существуют и крупномасштабные, медленно меняющиеся отклонения от электронейтральности, как в атмосфере, так, по мнению некоторых астрофизиков, и в космосе. И что первично, скажем в атмосфере, то ли действие слабой силы воздушного давления в доли 1 атмосферы, то ли действие «сильной» электростатический силы на крупномасштабные отклонения от электронейтральности, пусть и имеющие относительно небольшой заряд, но передающие взаимодействие со скоростью света (хотя – это вопрос), как говорится, бабка надвое сказала. По крайней мере, было бы странно, если бы одноимённые заряженные тучи не расталкивались. А в сообщаемом нам ежечасно прогнозе погоды о напряжённости электрического поля и о его ориентации - ни слова. А ведь ещё Михайло Ломоносов разработал прибор «Громовая машина», но видимо трагическая гибель от молнии во время эксперимента его коллеги тоже академика Г. В. Рихмана настолько напугала метеорологов, что многие боятся проводить электростатические измерения атмосфере уже почти 300 лет (Только Никола Тесла не боялся).

Когда-то физики проводили электростатические измерения атмосферы зондами и получили среднюю напряжённость вблизи поверхности Земли порядка 130 В/м (за счёт избыточного отрицательного заряда на поверхности Земли относительно положительного ионного слоя на высоте несколько десятков километров). Но многие полученные тогда результаты вызывают большое сомнение. И элементарные оценки показывают, что в грозовую погоду напряжённость электрического поля достигает 100 В/мм! Но об этом прогноз погоды не сообщает. Прямо по пословице: пока гром не грянет – молнии не сверкнут (в другом варианте – пока огненный петух не клюнет), мужик-метеоролог не перекрестится.

Но, к сожалению, в современной деградировавшей науке торжествует обывательское отношение к новым идеям: раз это ранее не учитывалось (либо было запрещено учитывать – даже доклад Ломоносова после гибели Рихмана пытались запретить), то это не существенно. И лишь создав работающий макет принципиально нового устройства можно проломить негативное отношение «теоретиков», зациклившихся на особенностях математических функций и «частицах бога», а не на том, что у них под носом.

В молодости мне лично удалось преодолеть негативное отношение к идее использования первых принципов в конструировании прибора, за что, за первое же изобретение мне присвоили звание «Изобретатель СССР» и повесили на груд медаль. В кругу моих приятелей в тоже время был и более разительный пример. Один мой товарищ подал проект «Солнце», и когда мы с ним беседовали через месяц в такой же, как у меня тесной квартирке, тоже с двухъярусной детской кроваткой, под его окнами уже строился новый корпус по проекту «Солнце». Теперь же в России, как описывал в статьях «Колыбельная от Ковальчука или поминки по российской науке» и «Сколько нужно денег для ликвидации остатков науки», ситуация иная. Бизнес ориентирует общество на обывательские ложные ценности. Но надеюсь эта «детская болезнь» когда-нибудь у нас пройдёт и «ребёнок» несмотря на бизнес вырастет. И новые, а не инновационные идеи станут снова и у нас востребованы.

Заключение первой части.

Люди стали использовать более «сильные» силы лишь перейдя на микроскопический, сначала атомный, а затем ядерный уровень. Хотя выделяемая и при ядерных реакциях энергия – это энергия электростатического расталкивания протонов (слегка раздвинутых избыточным нейтроном и разорвавших короткодействующие ядерные силы). Но самая «сильная» в природе макроскопическая сила – электростатика практически пока не используется. Она используется лишь в самых чувствительных приборах. Хотя, как будет показано ниже, нет особых проблем уже её использовать там, где прилагаются большие усилия: для достижения, например эффекта скольжения. И можно надеяться, что современные нанотехнологии позволят расширить сферу применения людьми и этой «сильной» силы. 

Предложение спонсорам 


Комментарии:

Цитировать Имя
Станислав Ордин, 12.08.2016 23:18:02
Как то выпало из ума одно явление, доказывающее существование мощных электростатических полей и за пределами атьмосферы, о котором мне напомнил прекрастный пост http://nnm.me/blogs/X-Hunter777/voshodyashie-molnii/