О ПРИРОДЕ ЧАСТИЧНОГО УМЕНЬШЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТВЕРДОГО ГЕЛИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ

Гневко А.И.¹, Соловов С.Н.², Янушкевич В.А.³

¹доктор технических наук, профессор, ²кандидат технических наук, доцент,

³доктор физико-математических наук, профессор,

ВА РВСН им. Петра Великого.

О ПРИРОДЕ ЧАСТИЧНОГО УМЕНЬШЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТВЕРДОГО ГЕЛИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ

Аннотация

В работе показана принципиальная возможность объяснения природы снижения момента инерции твердого гелия при охлаждении на основе твердотельной модели физического вакуума МСВ. Обнаруженное явление вызывается тем, что часть гелия переходит в состояние, при котором энергия, необходимая для перемещения этой части в любом направлении, черпается из энергии вакуума. Поэтому не требуется перемещения гелия относительно твёрдого тела, в котором он содержится, для того, чтобы тело как бы утратило часть своей исходной массы. Проявляется уменьшение массы тела в изменениях частоты колебаний крутильного маятника, изготовленного из твёрдого тела, содержащего гелий в капиллярах.

Ключевые слова: снижение инерции твёрдого гелия, охлаждение.

Gnevko A.I.¹, Solovov S.N.², Yanushkevich V.A.³

¹ PhD in Engineering, professor, ² PhD in Engineering, assosiate professor,

³ PhD in Physics and Mathematics, professor,

Peter the Great Strategic Missile Troops Academy

ON NATURE OF PARTIAL DECREASE OF INERTIA MOMENT OF SOLID HELIUM INERSION AT COOLING

Abstract

The paper shows the possibility in principle of explaining the nature of the reduction of inertia moment of solid helium at cooling based on the solid-state model of the physical vacuum of MSV. The observed phenomenon is caused by the fact that part of the helium passes into a state in which the energy needed to move this part in any direction is drawn from the energy of the vacuum. Therefore, it is not necessary to move helium with respect to the solid body in which it is contained, in order for the body to loose some of its original mass. There is a decrease in body weight in changes in the vibration frequency of a torsion pendulum made of a solid body containing helium in the capillaries.

Keywords: decrease of inertia of solid helium, cooling.

Сравнительно недавно было обнаружено, что момент инерции твёрдого гелия частично уменьшается при охлаждении [1], [2]. Ничего удивительного для жидкого гелия, часть которого превращается в сверхтекучую фазу, в таком уменьшении нет. Считают, что сверхтекучая часть в жидком гелии не реагирует на ускорение или замедление вращения, свободно перемещаясь внутри жидкости. Но в твёрдом гелии такое перемещение невозможно.

Вместе с тем, объяснение обнаруженного явления возможно с позиций модели, основанной на аналогиях в поведении физического вакуума и сжатого твёрдого тела – МСВ [3], [6], [7]. Модели физического вакуума, основанные на аналогиях с твёрдым телом, рассматривались, например, в работах [4], [5]. Отличительной особенностью МСВ от этих моделей является предположение о том, что окружающий нашу Метагалактику вакуум сжат до наступления микропластических деформаций. В твердотельных моделях вещество представляется в виде дефектов структуры вакуума, отвечающих вакансиям в структуре твёрдого тела. Антивещество отвечает межузельным атомам. Микропластические деформации приводят к генерации и лавинообразному нарастанию излучения продольных упругих волн частицами вещества и антивещества. Похожие процессы, но для поперечных (электромагнитных) волн, наблюдаются в лазерах. Таким образом, и бозоны и фермионы служат генераторами продольных волн, преобразуя энергию сжатия вакуума в энергию волн и другие виды энергии. Обладая скоростью, многократно превышающей скорость света, продольные волны образуют стоячую картину, определяющую квантовые свойства микрочастиц.

Основными следствиями, вытекающими из модели, служат дополнения к закону гравитации Ньютона, ускорения тел, движущихся по инерции, и очень высокая скорость продольных волн. Особенности гравитации по МСВ позволяют объяснить, например, проявления тёмной материи для галактик.

Но для объяснения уменьшения момента инерции твёрдого гелия может быть использовано ускоренное движение по инерции. Природа возникающего при движении ускорения определяется так называемым эффектом дождя. На движущееся относительно вертикально падающего дождя тело капли падают не вертикально, а под некоторым углом, вызывая действие некоторых сил в направлении движения. Согласно МСВ в результате излучения всеми частицами вещества и антивещества продольных волн в нашей Метагалактике существует мощный фон этих волн.

Движение микрочастиц вещества относительно фона приводит к дополнительному их усилению, что отражает выражение

d (mv)/dt = 2yI₀vmА/c_г                                   (1)

где c_г – фазовая скорость продольных волн (ПВ)  в вакууме;

v – скорость движения нуклона относительно фона продольных волн;

m – масса нуклона с учетом его скорости;

y – безразмерный коэффициент, учитывающий особенности пространственного распределения сил (»2p);

I₀ – интенсивность фона продольных волн;

А – коэффициент усиления продольных волн (ПВ).

Выражение (1) аналогично уравнению реактивного движения с тем отличием, что масса частицы не расходуется, а ускорение достигается за счёт усиления излучения ПВ в направлении, противоположном направлению её движения. Приращение импульса и энергии является одним из механизмов диссипации энергии сжатия вакуума (источник энергии – вакуум). Отмеченное приращение очень мало и не превосходило точности измерения приращений энергии в подавляющем числе экспериментов, что маскировало эффект.

Сдерживает неограниченное увеличение скорости сила инерции, вызываемая рассеянным излучением ускоряющимся телом ПВ на собственных для тела и его частей частотах (аналог действия сил трения в твёрдом теле) и тем, что переходы на новые скорости (соответствует новым относительно  устойчивым положениям) требуют квантов действия.

Для оценок изменений скорости нуклона массой m₀ и соответствующих изменений мощности излучения ПВ при движении воспользуемся, в первом приближении, зависимостями специальной теории относительности (СТО). Следует отметить, что применительно к перемещению дислокаций в твёрдом теле зависимость, подобная зависимости СТО, также установлена. Тогда из (1) следует

m₀v’v² /с²(1– v²/c²) + m₀v’= 2vm₀I₀yA/с_г  = m ₀v¢c²(с²–v²)    (2)

Общее решение

v = v₀  [ (v₀²  c²) + ( 1 – v₀²  c² ) exp (–2 H_гt) ] ¹²

Здесь v – скорость нуклона в инерциальной системе отсчета.

Для случая v<<c получаем

v’/v ≈ 2I₀yA/c_г                                               (3)

откуда v ≈ v₀e^Hгt,  где H_г ≈ 2I₀yA/c_г – постоянная «сверхкинетики»,v₀ – начальное значение v. Интегрирование приводит к выражению, которое аналогично закону Хаббла, что позволяет предполагать одной из причин ускоренного расширения Вселенной выявленную закономерность.v₀ – начальное значение v.

Для случая v → c  уравнение (2) принимает вид

v’с² /v(c² – v²) =  H_г                              (4)

Следовательно, т. к. v ¹ ≠0, с ¹ ≠0, H_г ¹≠ 0, v’→0.

Таким образом, ускорение с ростом скорости возрастает от нуля до некоторого максимума ( v_max = 13¹²с, v¢_max ≈ 0,385 H_гс ) в соответствии с (3), а затем, при приближении к скорости света, снова падает до нуля, что определяется общим увеличением продольного излучения частицы (иногда его называют увеличением массы) и соответствующим увеличением доли ПВ, не поддерживающих ускорение, а излучаемых под углом к скорости движения. В первом приближении H_г принимаем равной постоянной Хаббла H ≈ 3^.10^-18с^{- 1}.

Малая величина такого ускорения мешала его обнаружению при движении макроскопических объектов на Земле. Вместе с тем, при длительном времени действия ускорения на большие массы, оно проявляется, например, в повышенной угловой скорости движения жидких планет и Солнца на экваторе в сравнении с полюсами [7], концентрации момента количества движения солнечной системы в планетах [7], высокой энергии космических лучей и гамма всплесков в окрестностях Земли [7], росте удаления Солнца от центра Галактики [7] и других многих явлениях.

На микроскопическом уровне это ускорение обнаруживается в самопроизвольном распаде частиц, состоящих из нескольких составляющих [7], явлениях сверхпроводимости, сверхтекучести [7] и других явлениях.

Рассмотрим случай [1], [2], когда уменьшается момент инерции тела при охлаждении твёрдого гелия. Часть микрочастиц, из которых состоит твёрдый гелий, при охлаждении приобретает (в соответствии с МСВ) способность, двигаясь по инерции, увеличивать свою скорость. В обычных температурных условиях увеличение скорости приводит к столкновению с окружающими частицами. Поэтому получаемая добавочная энергия распределяется между всеми микрочастицами и быстрые частицы тормозятся. Но, с понижением температуры, передача энергии от частицы к частице путём столкновений замедляется, поскольку уменьшается интенсивность собственных колебаний микрочастиц. Поэтому движение в любом направлении части микрочастиц, для которых обмен энергией с окружающими микрочастицами затруднён, не будет требовать затрат энергии. Такие микрочастицы теряют инерцию. Они перемещаются вместе с твёрдым телом в произвольном направлении, не меняя взаимного расположения составляющих тело микрочастиц.

При этом дополнительной энергии для компенсации инерции не требуется, поскольку необходимая энергия для движения в любом направлении берётся из вакуума. Таким образом, часть микрочастиц, оставаясь в составе твёрдого тела, теряет инерционные свойства и приобретает свойства аналогичные сверхтекучести в жидком гелии. Для «сверхтекучей» части твёрдого гелия энергия, затрачиваемая на хаотические колебания микрочастиц и взаимодействие с внешней средой, (при достаточном охлаждении) становится меньше, чем энергия, приобретаемая из вакуума за счёт коллективного, согласованного, упорядоченного движения микрочастиц.

Обладающие «сверхтекучестью» микрочастицы входят в образующийся в твёрдом теле квантовый конденсат. Сверхтекучее состояние приобретают не все частицы, а те для которых направление собственных (нулевых) колебаний совпадает с направлением перемещения твёрдого тела. Перемещение части частиц, обладающих «сверхтекучестью», не требует затрат энергии, поэтому уменьшается момент количества движения и всего твёрдого тела, состоящего из твёрдого гелия. В ходе такого процесса согласованного движения атомы гелия, перешедшие в «сверхтекучее» состояние, могут оставаться в областях узлов кристаллической решётки движущегося тела, сохраняя дальний порядок, свойственный твёрдой фазе.

Таким образом, оценка изменений момента инерции твёрдого гелия при охлаждении может производиться на основе МСВ. Следует также ожидать ступенчатого уменьшения момента инерции при дальнейшем охлаждении твёрдого гелия, что свойственно явлениям, имеющим квантовую природу.

Существенно, что непротиворечивое объяснение обнаруженного явления на основании стандартной физической модели, а также известных новых моделей «теорий всего» [8], [9], [10] затруднительно в связи с относительно большим количеством не наблюдаемых в природе теоретических предположений.

Следует также отметить, что МСВ не противоречит стандартной модели в тех областях, где результаты экспериментов и наблюдений согласуются со стандартной моделью. Поэтому хорошо отработанный математический аппарат, применяемый в стандартной модели, может использоваться и в МСВ. Отличия в предсказаниях моделей обнаруживаются только в области очень больших масс, больших пространств и промежутков времени, где стандартная модель недостаточно проверена и, поэтому, предлагается использовать новый математический аппарат МСВ.

Список литературы / References

1. Kim, E. Probable observation of a supersolid helium phase [text] / E. Kim, M. H. W. Chan // Nature. – 2004. – Vol. 427 (6971). – P. 225-227.
2. Beamish, J. Condensed-matter physics: supersolid helium [text] / J. Beamish // Nature. – 2004. – Vol. 427 (6971). – P. 204–205.
3. Гневко, А. И. О построении «теории всего» на основе аналогий в поведении физического вакуума и твердого тела [Текст]: монография / А. И. Гневко, С. Н. Соловов, В. А. Янушкевич. – М.: Буки Веди, 2017 – 126 с.
4. Дубровский, В. А. Упругая модель физического вакуума [Текст] / В. А. Дубровский // Доклады АН СССР, т. 282, 1985, №1, С. 83–88.
5. Дмитриев, В. П. Упругая модель физического вакуума [Текст] / В. П. Дмитриев // Известия РАН. Механика твердого тела, 1992, № 6, С. 66–79.
6. Гневко, А. И. Гравитационное притяжение к центру полости шарового слоя вещества [Текст] / А. И. Гневко, С. Н. Соловов, В. А. Янушкевич // Международный научно-исследовательский журнал. Екатеринбург – 2016. – №9 (51), ч. 2. С. 121–123.
7. Гневко, А. И. Способ прогнозирования движения вещества [Текст] / А. И. Гневко, М. В. Мукомела, С. Н. Соловов, В. А. Янушкевич // Международный научно-исследовательский журнал, Екатеринбург: 2017, № 1 (55) ч. 2. С. 90–92.
8. Пенроуз, Р. Новый ум короля. О компьютерах, мышлении и законах физики [Текст] / Р. Пенроуз. – М.: УРСС: Издательство ЛКИ, 2011. – 400 с.
9. Вайнберг, С. Мечты об окончательной теории. Физика в поисках самых фундаментальных законов природы [Текст] / С. Вайнберг. – М: Издательство ЛКИ, 2008. – 256 с.
10. Грин, Б. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности [Текст] / Б. Грин. – М.: УРСС: ЛЕНАНД, 2015. – 608 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kim, E. Probable observation of a supersolid helium phase [text] / E. Kim, M. H. W. Chan // Nature. – 2004. – Vol. 427 (6971). – P. 225-227.
2. Beamish, J. Condensed-matter physics: supersolid helium [text] / J. Beamish // Nature. – 2004. – Vol. 427 (6971). – P. 204-205.
3. Gnevko, A. I. O postroenii «teorii vsego» na osnove analogij v povedenii fizicheskogo vakuuma i tverdogo tela [About building a "theory of everything" based on the analogies in the behavior of the physical vacuum and the solid body] [text] / A. I. Gnevko, S. N. Solovov, V. A. YAnushkevich. – M.: Buki Vedi, 2017 – 126 P. [in Russian]
4. Dubrovskij, V. A. Uprugaya model' fizicheskogo vakuuma [Elastic model of physical vacuum] [text] / V.A. Dubrovskij // Doklady AN SSSR [Reports of the USSR Academy of Sciences], V. 282, 1985, №1, P. 83–88. [in Russian]
5. Dmitriev, V. P. Uprugaya model' fizicheskogo vakuuma [Elastic model of physical vacuum] [text] / V. P. Dmitriev // Izvestiya RAN. Mekhanika Tverdogo Tela [Izv. Solid mechanics], 1992, № 6, P. 66–79. [in Russian]
6. Gnevko, A. I. Gravitacionnoe pritjazhenie k centru polosti sharovogo sloja veshhestva [The gravitational attraction to the center of the hollow spherical layer of matter] [text] / A. I. Gnevko, S. N. Solovov, V. A. Janushkevich // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. Ekaterinburg – 2016. – №9 (51), part 2. P. 121–123. [in Russian]
7. Gnevko A. I., Sposob prognozirovanija dvizhenija veshhestva [A method of predicting movement of matter] [text] / A. I. Gnevko, M. V. Mukomela, S. N. Solovov, V. A. Janushkevich // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal], Ekaterinburg: 2017, № 1 (55) part 2. P. 90–92. [in Russian]
8. Penrouz, R. Novyj um korolja: O komp'juterah, myshlenii i zakonah fiziki. [The new king mind: On computers, minds and the laws of physics] [text] / R. Penrouz.– M.: URSS: Izdatel'stvo LKI, 2011. – 400 P. [in Russian]
9. Vajnberg, S. Mechty ob okonchatel'noj teorii: Fizika v poiskah samyh fundamental'nyh zakonov prirody. [Dreams of a final theory: Physics in search of the most fundamental laws of nature] [text] / S. Vajnberg. – M: Izdatel'stvo LKI, 2008. – 256 P. [in Russian]
10. Grin, B. Tkan' kosmosa: Prostranstvo, vremja i tekstura real'nosti. [The fabric of the cosmos: Space, time and the texture of reality] [text] / B. Grin. – M.: URSS: LENAND, 2015. – 608 P. [in Russian]