ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ Текст научной статьи по специальности «Физика»

lb

Vbe

It is easy to see that the same value of the input current is achieved by increasing the input voltage by an almost constant increase in the input voltage by an amount equal to 0.2 volts. The constancy of this value is an additional argument in the erroneous interpretation of the input voltage jump from the appearance of the collector voltage. Of course, the accepted interpretation of the effect creates additional computational difficulties, since apart from the properties of the transistor itself, the properties of the metal used for contact with the terminals of the transistor must be taken into account.

Studying the characteristics of p-n-p transistors, one can notice manifestations of the opposite effect -when the collector current appears, the absolute value of the input voltage decreases.

This phenomenon is also easily interpreted within the framework of the proposed analysis and is associated with contact phenomena that arise when the transistor is actually turned on in the working circuit.

Conclusions

1. Conditions have been formulated under which contact potential differences in branched electrical circuits can be neglected.

2. The error of the classical interpretation of the input voltage jump when the collector current appears is shown.

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ

Кошман В.С.

канд. техн. наук, доцент, Пермский государственный аграрно-технологический университет,

Пермь, Россия

PHYSICAL FEATURES OF THE COSMOLOGICAL EVOLUTION OF THE UNIVERSE

Koshman V.

Cand. Tech. Sci., Associate Professor, Perm State Agrarian and Technological University,

Perm, Russia

3. A physical interpretation of the effect of a step change in the input voltage of bipolar transistors is carried out.

4. The ways of analyzing the operating mode of bipolar transistors are discussed, which make it possible to eliminate the shortcomings of the existing calculation models.

References

1. Ioffe, A. F. Semiconductor Thermoelements and Thermoelectric Cooling [Text] / A. F. Ioffe. - London: Infosearch,

2. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов / В. Г. Гусев, [Ю. М. Гусев. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2004. - 790 с.

3. Быстров, Ю. А. Электронные цепи и микросхемотехника: учеб. Ю. А. Быстров, И. Г. Миро-ненко. - М.: Высш. шк., 2002. - 384 с.: ил.

4. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П.

5. Степаненко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. - 488 с.: ил.

6. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл: пер. с англ. - 6-е изд. - М.: Мир, 2003. - 704 с., ил.

АННОТАЦИЯ

Отмечена существенная роль законов физики в становлении научной картины мира. Приведены аргументы тому, что на смену эпохи Планка пришла эпоха ядерных реакций.

ABSTRACT

The essential role of the laws of physics in the formation of the scientific picture of the world is noted. Arguments are given that the Planck era was replaced by the era of nuclear reactions.

Ключевые слова: теплофизические свойства металлов, реликтовое излучение, спектр излучения абсолютно черного тела, закон Стефана - Больцмана, закон Вина, эпоха Планка, большой взрыв, энергия космического вакуума, квант действия, принцип наименьшего действия.

Keywords: thermophysical properties of metals, relict radiation, blackbody radiation spectrum, Stefan-Boltz-mann law, Wien's law, Planck epoch, big bang, cosmic vacuum energy, quantum of action, principle of least action.

«...стремление проследить историю Вселенной

назад к самому началу непреодолимо» Стивен Вайнберг

Известна та большая роль, которая отводится наблюдениям, опытам, натурным экспериментам, а также законам физики на пути изучения глубинных проявлений природы. Остановимся на примере изучения температурных зависимостей таких теплофи-зических свойств твердых веществ как их удельная теплоемкость ср, плотность р и теплопроводность X. К настоящему времени теория теплофизических свойств веществ отсутствует, Единственным источником необходимых для тепловых расчетов данных является натурный эксперимент. Экспериментом охвачена весьма широкая область температур от криогенных до плавления и выше. Особой противоречивостью отличаются данные по температурным кривым теплопроводности твердых тел. Данные по теплопроводности X рассеяны по различным публикациям. Даже для монокристаллов с фиксированным количеством примесей справочные значения X от источника к источнику информации существенно различаются не только количественно, но и по ходу температурных кривых. Общая картина такова, что построенные по результатам опытов температурные кривые теплопроводности Х(Т) при желании могут подтвердить любую из вновь предлагаемых теорий переноса теплоты электронами проводимости. Объективные критерии истинности результатов исследования теплофизических свойств к настоящему времени отсутствуют. Однако есть определенные ориентиры.

Второе начало термодинамики накладывает ограничение на температурный ход теплоемкости металлов. Наиболее хорошо изучена область комнатных температур. Здесь установлены правило (закон) Дюлонга и Пти для теплоемкости, а также закон (правило) Видемана - Франца - Лоренца. Есть попытки однозначно охватить данным законом всю доступную измерениям область температур, но это не встречает единодушное одобрение. Есть предложения и с нашей стороны. Так, в теоретических построениях предложено учесть наличие внутреннего фотонного излучения в объеме твердых тел. В пользу этого свидетельствует простейший по Берману эксперимент - загадка [1]. Решению загадки способствует опора на закон Стефана - Больцмана, что позволяет выйти на интегральный комплекс теплофизических свойств К = Л1/3срр.

Внешне комплекс свойств не представляется физически ясным, но его изменчивость для химически чистых веществ в пределах таблицы Д.И. Меделе-ева, а также с температурой представляет определенный интерес [2]. Так же есть свидетельства [3,4 и др.] тому, что число Лоренца Ьо для металлов в действительности является функцией Лоренца. Установлен [4] явный вид функции Ьо = / (срм), где срм - молярная изобарная теплоемкость как чистого металла, так и сплава; здесь известное решение для числа Лоренца Ьо наблюдается при комнатной температуре. П. Дэвис [5, с. 259] справедливо отмечает, что «человеческий ум чрезвычайно склонен усматривать порядок в хаосе многочисленных данных». Идет активный поиск объективных закономерностей поведения изучаемых физических систем. Со временем, «копнув глубже», физические законы как переноса теплоты, так и аккумуляции энергии в условиях постоянства массы при изменении объема металлов и их сплавов будут установлены в полной мере, и перед нами возникнет целостная картина.

В общей теории относительности Вселенная мыслится как единое целое - пространство-время [6]. Но в безоблачном ночном небе мы видим россыпи как оказалось эволюционирующих звезд, а приборы реально регистрируют реликтовое излучение с присущим ему планковским спектром. Это позволяет рассматривать Вселенную и как физическую систему. В данной связи естественно возникает вопрос: а какова роль надежно подтвержденных в земных лабораториях физических законов в познании движения Вселенной?

В астрофизике в отличие от физики твердого тела, невозможно поставить эксперимент. Все более новые данные можно получить только за счет введения в строй новых более совершенных телескопов и приемной аппаратуры, усовершенствования методов наблюдений, обработки и анализа данных. Дальнейшее развитие экспериментальной базы - это дорогостоящий путь, однако он наиболее перспективен для изучения ранее недоступных исследователям и космических объектов, и тонких физических эффектов, наблюдаемых в космосе [7]. Все это направлено на более глубокое познание природы, на уяснение механизмов формирования и эволюции весьма удаленных от Земли планет, звезд и их скоплений. Вместе с тем, методами наблюдательной астрономии получены результаты, имеющие непосредственное отношение к космологиче-

ской эволюции Вселенной. Достоверно установлены и факт расширения нашей Вселенной, и факт наличия космического микроволнового фонового излучения, а также факт чернотельности спектра регистрируемого космического фона.

Тем самым, имеются надежные свидетельства в пользу «горячего» начала мира. На повестке дня (с 1922 года, когда А.А. Фридман опубликовал свою пионерскую работу «О кривизне пространства») стоит вопрос реконструкции космологического прошлого эволюционирующей Вселенной. Используемая до настоящего времени методика моделирования космологического прошлого во многом основана на предположении, что геометрия и динамика Вселенной описывается уравнениями общей теории относительности. Данная теория объяснила аномальную прецессию перигея Меркурия, отклонение света вблизи Солнца во время затмения, подтверждена результатами многих наблюдений, но её не удается переформулировать как классический предел квантовой теории [8].

Для исследования ранней Вселенной с учетом чернотельности спектра реликтового излучения, на наш взгляд, особый интерес представляют хорошо известные физические законы чернотельного излучения, а также допущение о том, что на смену план-ковской эпохе пришла космологическая эпоха (период) ядерных реакций. В наши дни роль физических законов в изучении эволюции физической Вселенной учитывается не в полной мере, а вне космологии их расширенный поиск однозначно увязывается с задачей дальнейшего уточнения научной картины мира.

Эпоха Планка с ее продолжительностью tpl — 10-43 с была весьма кратковременной, а сменивший ее период ядерных реакций продолжался, скорее всего, не более 100...300 секунд. Эти временные промежутки являются весьма малыми на фоне общей продолжительность расширения Вселенной порядка десяти тысяч миллионов лет. Однако роль и планковской эпохи, и эпохи (периода) ядерных реакций в формирование той картины мира, которую мы сегодня наблюдаем и с помощью мощнейших современных телескопов, огромна, поскольку является определяющей.

Заменяя порой по тексту при описании эволюции Вселенной яркий термин «ядерные реакции» на менее приметный термин «нуклеосинтез», мы часто забываем отметить, что именно для ранней Вселенной благодаря наличию в ней ядерных реакций и было предсказано присутствие в космическом пространстве остаточного фотонного излучения. Данное излучение, не случайно названное реликтовым, - суть естественное эхо первичного природного взрыва, На Земле накоплен определенный опыт наземного испытания ядерного оружия. В данной связи в целях доказательства наличия жесткой связки «Большой взрыв - фотонное излучение» вряд ли есть необходимость в проведении каких -либо вычислений.

Легко проверить, что справедливый именно для чернотельного спектра закон (уравнение) Стефана - Больцмана для объемной плотности энергии фотонного излучения можно записать в виде

= Hl = и^-пЕ= ü-*L(±-Y (1)

V £ £ Vpl \TpLJ v '

или

^Щ1И)п = 1. (2)

иЕр1 V \т )

Здесь безразмерные планковские величины и£ _ V т

энергии-, объема — и температуры — изменя-

иЕр1 Ур1 Тр1

ются каждая в своих естественных пределах. Уже здесь мы выходим за пределы современных представлений [6], согласно которым за поведением Вселенной нельзя наблюдать с наружи (так как этого самого «с наружи» в природе не существует). Мы видим, что на определенном этапе энергия фотонного излучения возрастает от планковской величины иЕр1 = 109 Дж до современной 11ЕП. Вселенная расширяется с охлаждением. Действительно, если

на

планковский

момент

времени

tpi =

10 43 с объем Вселенной был весьма малым и равным Ур1 = 10-105м3, то в настоящее время он достиг величины Уп. В то же время температура Вселенной понизилась от планковской Тр1 = 1032 К до температуры, близкой к абсолютному нулю и (как известно из астрономических измерений) равной Тп = 2.725 градусов кельвина. Здесь решим не сложную задачу.

Задача. Оценить величину объема Ц1 современной Вселенной. Число ныне реликтовых фотонов НЕП принять равным 1087.

Решение. Следуя простому мнемоническому правилу [9, с. 81], среднюю энергию единичного

фотона UE ) определяем через постоянную Больц-

мана к как и( ' = к Т. При иЕр1 = к •Тр1 согласно уравнению (1) выходим на объемную концентрацию газа фотонов п£ = —= —( —

\£ 1 I I \ ~

— = — I —) . Это для

V Ур1 \TpiJ

объема V Вселенной позволяет записать V = УрI МЕ. Тогда имеем космологически огромную искомую величину объема VI современной Вселенной, равную

.105 (ММЕ)3 1007= Ш77М3.

V 2,73 )

Она превышает объем Вселенной на момент окончания эпохи Планка в 10182 раз. Полагаем, что в деле производства ныне реликтовых фотонов в «каскаде естественных распадов нестабильных радиоактивных атомов» [10, с. 179] весомую роль играет энергетика космического вакуума.

Если цикл расширения Вселенной последовал за циклом ее предыдущего сжатия, то на условно начальный момент времени / = 0 секунд объём V мира, его температура Т и внутренняя энергия и = к Т, а также частота квантов V были близки к нулю. Последовало расширение чрезмерно сжатого сгустка материи, что сопровождалось естественным ростом отмеченных выше величин параметров состояния первичной материи Вселенной. Поскольку здесь речь идет об эпохе Планка, то предельно возможные для нее величины параметров нам известны. На планковское мгновение времени Ьр1 величина отношения энергии материи к частоте стала равной постоянной Планка к:

и

Neu = 10

— = h.

Vpl

(3)

С другой стороны, из установленного в земных лабораториях закона смещения Вина для частоты утах = • Т (где коэффициент Ь1 = 5,879 • 1010 с-1^-1) в его записи через планковские величины [11]:

,, . -,„43

(4)

= Ъ^Т = ^T = Tpl

vviT_10__T -

T = 1011 • т

следует отношение планковских величин —

Тр1

а поскольку между планковскими величинами существует связь ир I = к ^Тр1 [12], то можно записать

и соотношение —— = h. Тем самым, мы вышли на

Ур1

формулу (3) также и со стороны, обратной направлению полета космологической стрелы времени. По данным работы [13], постоянная Планка h (или квант действия И) - это основная константа квантовой теории, основным предназначением которой считается связывание двух систем единиц - квантовой и традиционной. Автор работы [14] высказывает мнение, что и в теоретической механике, и в квантовой механике действие и принцип наименьшего действия не имеют единого физического смысла. В то же время А. Эддингтон выражает принцип наименьшего действия как принцип наибольшей вероятности. По Эддингтону, при выходе «на действие, измеряемое числом.. .оно может быть, например, атомом действия, т. е. таким количеством действия, меньше которого уже не существует»: «Закон природы сводится к тому, что то состояние мира, которое осуществлено в действительности, является наиболее вероятным состоянием» [15, с. 177].

Если следовать физическим законам (однозначно регистрируемого аппаратурно чернотель-ного) фотонного излучения (2) и (4), то в эпоху Планка излучение от первичного сгустка материи в окружающее его космическое пространство отсутствовало. Если следовать принципу наименьшего действия в его непосредственной связи с «элементарным квантом действия» (3), то неизбежно должно произойти рубежное Событие. И если вспомнить об истоках теоретического предсказания остаточного фотонного излучения крупным специалистом по атомной и ядерной физике Г.А. Гамовым, то, пожалуй, вряд ли может возникнуть сомнение в том, что на смену эпохе Планка пришла эпоха (период) ядерных реакций. Эпиграф принят по данным работы [9, с. 11].

Литература

1. Берман Р. Теплопроводность твердых тел / пер. с англ. М.: Мир. 1979. - 288 с.

2. Кошман В.С. К вопросу оценки температурного состояния тугоплавких металлических элементов конструкций летательных аппаратов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 57. С. 45 - 54.

3. Вейник А. И., Прилепин В.И., Ефимов Л.М. Метод определения теплофизических свойств металлов и сплавов // Теплофизические свойства твердых веществ. М.: Наука. 1976. С. 44 - 49.

4. Кошман В.С. О методе оценки текущего технического состояния агроинженерных систем с использованием закона Видемана - Франца - Лоренса // Пермский аграрный вестник. 2017. № 1. С. 73 - 78.

5. Девис П. Суперсила / пер. с англ. М.: Мир. 1989. - 272 с.

6. Вселенная как целое. Большой взрыв [Электронный ресурс]. URL: vladimirgavryu-sev.ru/thoughts/universe-and-big-band/ (дата обращения 08.02.2021).

7. Романюк И.И. Магнитные поля химически пекулярных и родственным им звезд. V1. Основные результаты 2019 года и анализ ближайших перспектив // Астрофизический бюллетень. 2020. Т. 75. № 4. С. 504 - 517.

8. Общая теория относительности - Википе-дия [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipe-dia/org/wiki/Общая_теория_относительности (дата обращения 07.02.2021).

9. Вайнберг С. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной / пер. с англ. М.: Энергоиздат. 1981. - 208 с.

10. Дирак П.А.М. Космология и гравитационная постоянная // Воспоминания о необычной эпохе / пер. с англ. М.: Наука. 1990. С. 178 - 188.

11. Кошман В.С. Физические законы излучения как основа энергетической модели космологической эволюции Вселенной // Sciences of Europe. 2020. № 57. Vol. 1. pp. 32 - 36.

12. Единицы измерения Планка - Planck units [Электронный ресурс]. URL: wikichi.ru/wiki/Planck_units (дата обращения 08.02.2021).

13. Планковские единицы [Электронный ресурс]. URL: light-science. ru/fizika/plankov-skie_edintsy.html (дата обращения 08.02.2021).

14. Яковлев Б.В. Физический смысл принципа наименьшего действия // Вестник СВФУ. 2019. № 2(70). С. 51 - 60.

15. Эддингтон А. Пространство, время и тяготение / пер. с англ. Одесса: Matezis. 1923. - 218 с.