О работах К.Э. Циоковского по термодинамике и строению вещества

 

Термодинамика

Строение вещества

 

 

Термодинамика

 

В работе «Второе начало термодинамики» Циолковский утверждал, что второй закон термодинамики не имеет всеобщего характера и может нарушаться. Он отметил несколько странные оговорки в формулировке этого закона его первооткрывателями и сторонниками, а именно, «теплота не может переходить от более холодных тел к более горячим» сама собой (Клаузиус), или при помощи неодушевлённой материи (У. Томпсон). Основная же аргументация Циолковского в критике этого закона заключалась в замечании, что сила всемирного тяготения постоянно совершает работу по сжатию звёзд и других небесных тел, которая преобразуется в теплоту, и таким образом, является потенциально бесконечным источником энергии – что противоречит второму закону термодинамики, постулирующему «тепловую смерть Вселенной».

Статья Циолковского была написана до 1905 г., напечатана в Калуге в 1914 г.

Неявно это положение содержалось и в его более ранней работе «Тяготение как источник мировой энергии» (1893 г.). Циолковский в этой работе использовал теорию Гельмгольца-Кельвина, по которой гравитационное сжатие Солнца (и планет) является источником его нагревания и излучения. Хотя излучение Солнца, как ныне известно, является, в основном, результатом термоядерных реакций, но положение, что сжатие представляет собой источник тепловой энергии, признаётся наукой. Так, Юпитер излучает примерно на 60% больше энергии, чем он получает от Солнца, и этот факт объясняется его гравитационным сжатием.

Проделанный Циолковским в этой статье подсчёт энергии, выделяемой при работе тяготения, даёт дополнительную аргументацию к его (более поздней) критике второго закона термодинамики. А именно: этот закон был установлен при определённых идеализациях физических условий – но при тех же идеализациях тело может сжиматься, под действием тяготения, в точку, что повлечёт за собой, по приведённым у Циолковского расчётам, выделение бесконечного количества энергии – и, значит, о "тепловой смерти Вселенной" придётся забыть. Если же ограничить эти идеализации – например, некоторым (новым) физическим законом, запрещающим телам сжиматься на расстояние меньше некоторого кванта l, то нет никакой уверенности, что эти ограничения или этот новый закон не повлияют на второй закон термодинамики. Кстати, так и происходит в реальности, когда новые физические явления, подчиняющиеся новым физическим законам – типа взрывов сверхновых звёзд, или излучения квазаров – дают новые мощные источники энергии.

Следует добавить, что эти аргументы (производство работы- выделение энергии) можно распространить и на другие виды взаимодействий тел, помимо гравитационного; например, на электрическое. Которые, т.о. также являются (потенциально бесконечными) источниками энергии, опять-таки, в противоречии с предположением о «тепловой смерти Вселенной». Видимо, любой фундаментальный закон природы, отвечающий определённому классу явления/ взаимодействий, «порождает» некоторый новый класс источников энергии.

На труды Циоковского в области взаимопревращения разных форм энергии было обращено особое внимание в конце 1940-х начале 50-х гг. в работах П.К. Ощепкова (позже директора Научно-исследовательского института интроскопии). И.И. Гвай, сотрудник возглавляемой тогда П.К. Ощепковым лаборатории, исследовал, по его поручению, архив К.Э. Циолковского. По итогам этой работы были опубликованы книги «К.Э. Циолковский о круговороте энергии» (1957 г.), «О малоизвестной гипотезе К.Э. Циолковского» (1959 г.).

 

Строение вещества

 

В статье "Кинетическая теория света" Циолковский рассчитал свойства эфира, рассматривая его как чрезвычайно разрежённый газ, заполняющий Вселенную и отвечающий за распространение световых (электромагнитных) волн. Полученное им значение для плотности эфира совпало со значением, которое вывел ранее У. Томсон (лорд Кельвин) из других соображений.

В статье "Гипотеза Бора и строение атома" Циолковский предложил модель атома, альтернативную квантовой, введённой Бором. В её основе лежало оригинальное предположение автора об изменении закона тяготения на микроуровне (внутри атома) с обратно пропорционального квадрату (как в обычном пространстве), на обратно пропорциональный кубу расстояния. Гипотеза Циолковского была, по сути, эквивалентна предположению об изменении на микроуровне геометрии пространства (с 3-х мерного на 4-х мерное) и отчасти пересекалась в этом с созданной в те же 1920-е годы теорией Калуцы, выводившего законы электромагнетизма с помощью 4-й пространственной координаты. Эвристическое применение этой гипотезы Циолковского даёт возможность представлять добавление новых измерений в физике элементарных частиц как изменение характера закона притяжения при спуске во всё более малые области пространства, А экстраполяция этой гипотезы вверх, на множество метагалактик, позволяет предположить, что это "мегапространство" является почти двумерным, точнее, протяжение 3-го измерения (возможно, замкнутого) очень мало по сравнению с двумя другими, и что в нём, т.е. на сверхдальних расстояниях, действует ультраслабое поле тяготения, сила которого обратно пропорциональна первой степени расстояния между телами. На ещё более дальних расстояниях (в сверхбольшом масштабе) пространство является почти линейным, и в нём действует некоторая постоянная сила тяготения, независимая от расстояния. Наконец, в гипердалёком масштабе вся наша Вселенная представляет собой точечный объект.