Читать книгу "Лорд Кельвин. Классическая термодинамика - Антонио М. Лальена Рохо"

Томсон изучал происхождение тепла, испускаемого Солнцем, и предположил, что время, в течение которого оно освещает Землю, и возраст нашей планеты должны быть одного и того же порядка. В соответствии с данными, доступными к 1850 году, было возможно вычислить (по крайней мере приблизительно) норму выработки тепла Солнцем. Но задача состояла в том, чтобы выяснить, обладает ли Солнце невозобновляемым источником тепла, ресурс которого истощается с момента образования светила, и, кроме того, может ли какой-то внешний процесс увеличивать этот запас тепла так, чтобы тепловая радиация могла поддерживаться в течение большего или меньшего времени.

За несколько лет до этого, в 1843 году, Джоуль экспериментально установил механический эквивалент тепла, доказав, что энергия тела, которое падает и сталкивается с другим, может быть трансформирована в тепло. На основе этой идеи некоторые ученые предположили, что возможный механизм производства солнечного тепла состоит в постоянном воздействии на Солнце метеоритов. Томсон вычислил, что в соответствии с солнечным теплом, измеряемым на поверхности Земли, норма материи, которая должна была действовать на Солнце, составляла бы примерно 5 кг в час (примерно 45 тонн в год), а поскольку масса светила - примерно 2 х 1030 кг, этот поток материи, влияющей на Солнце, мог бы сохраняться в течение миллионов лет. При этом изменение размера звезды было бы с Земли незаметно.

Следует отметить, что оценка Томсона о норме материи, воздействующей на Солнце, недостаточно учитывала реальное значение произведенной им энергии, поскольку, с одной стороны, значительная часть солнечного тепла отражается, прежде чем достигнуть земной поверхности, а с другой стороны, большая часть солнечной энергии испускается в виде света, ультрафиолетового излучения, радиоволн и так далее.

ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ

В научной методологии «воспроизводимость» — это свойство повторяемости, то есть то, что может быть воспроизведено с теми же результатами. Чтобы проиллюстрировать важность этой характеристики в науке, можно упомянуть два показательных примера. Ускоритель БАК (Большой адронный коллайдер) был построен для дополнения так называемой стандартной модели, открытия бозона Хиггса и изучения его свойств. Через некоторое время после его запуска, 4 июля 2012 года, было объявлено, что получены признаки существования этой частицы, обладающей характеристиками, которые предположил британский физик Питер Хиггс в 1964 году. БАК — это ускоритель огромных размеров (он занимает круглый туннель радиусом 27 км) и стоимости (несколько миллиардов евро), что несколько снижает воспроизводимость экспериментов. Чтобы преодолеть это ограничение, для сопоставления результатов были разработаны два детектора, ATLAS и CMS.

Установки БАК в Европейской организации по ядерным исследованиям в Женеве (Швейцария).

Холодный ядерный синтез

В 1989 году два авторитетных электрохимика, американец Стэнли Понс и британец Мартин Флейшман, сообщили, что во время простого электролиза тяжелой водой с палладиевыми электродами был получен избыток тепла, который можно объяснить только в рамках реакций ядерного синтеза, поскольку ученые наблюдали появление нейтронов и трития (радиоактивного изотопа водорода, имеющего в своем ядре протон и два нейтрона) — типичных продуктов для процессов данного типа. Холодный ядерный синтез — как был назван наблюдаемый процесс — в одночасье породил надежды на новый, практически неисчерпаемый источник дешевой энергии. Понс и Флейшман сообщили эту новость напрямую СМИ, не пропустив ее через фильтр, необходимый, когда речь идет о публикации любого научного открытия. Многие лаборатории мира попытались воспроизвести результаты, полученные этими учеными, и хотя вначале некоторые опыты показались положительными, через несколько месяцев было доказано, что эксперимент невоспроизводим, и его результаты были признаны недействительными.

Возмущения планетных орбит

Самая простая модель, необходимая для изучения орбиты планеты, вращающейся вокруг Солнца, - это предположение о том, что существует только Солнце и рассматриваемая планета. В этом случае планета следует вокруг Солнца по орбите, характеристики которой были впервые описаны немецким астрономом и математиком Иоганном Кеплером (в 1609 и 1618 годах), а затем в 1685 году выведены Ньютоном на основе его законов о движении и закона всемирного тяготения. Траектории - это эллипсы, большая (а) и меньшая (Ь) оси которых зависят от массы Солнца и планеты. Солнце находится в одном из двух фокусов эллипса, расстояние между которыми равно

εa = √(a2 - b2)

от центра О, где ε - эксцентриситет. Траектории планет имеют не очень большой эксцентриситет: для Земли ε = 0, 017, в то время как у Меркурия, с его наибольшим эксцентриситетом, ε = 0, 21. Однако на орбиту каждой планеты влияет присутствие остальных планет, поскольку все они взаимно притягиваются. Именно это возмущение позволило Леверье предположить существование неизвестной планеты: для объяснения отклонений, наблюдаемых в орбите Урана, в 1846 году он сделал вывод о существовании Нептуна. Леверье сообщил о своем предположении астроному Иоганну Гопфриду Галле, который открыл планету менее чем в одном градусе от вычисленного положения. Леверье также заметил еще одну аномалию - в орбите Меркурия: происходило незначительное смещение перигелия его орбиты (на несколько десятков угловых секунд на век), что можно было объяснить с помощью законов классической механики. Воодушевленный успехом с Нептуном, Леверье предположил в 1859 году существование кольца материальных частиц между Меркурием и Солнцем — новой планеты, которую он назвал Вулканом. Хотя многие астрономы уверяли, что различили новую планету, другие наблюдения, произведенные во время солнечных затмений, дали отрицательные результаты, и после смерти Леверье в 1877 году существование Вулкана было отвергнуто. С объяснением упомянутой аномалии Меркурия пришлось ждать до 1915 года. Эйнштейн осуществил расчет в рамках своей недавно предложенной общей теории относительности. Таким образом, смещение перигелия Меркурия оказалось одним из первых подтверждений новой теории.

Оправданием Томсону может быть то, что в его время об этом еще не было известно.

Хотя сам Томсон был убежден в полученных результатах, он практически сразу же заметил некоторые проблемы, связанные с влиянием, которое такое количество материи, скопившейся на Солнце, могло оказывать на орбиты планет. Так, он заметил, что если бы метеориты падали на Солнце из более далеких точек, чем Земля, гравитационное взаимодействие между нашей планетой и Солнцем постепенно изменилось бы, и только за последние 2000 лет период вращения Земли вокруг Солнца увеличился бы, что привело бы к сокращению года на полтора месяца — количество времени, которым нельзя пренебречь.