"Математика - это единственный совершенный метод водить себя за нос" (Эйнштейн)... и других математиков - тоже.
Эйнштейн якобы много думал и мало читал: дескать, именно поэтому он и делал великие открытия чуть ли не на каждом шагу. Вот и броуновское движение, как и подъёмную силу крыла самолётов и птиц, к примеру, открыл тоже он. «Не зная, что наблюдения над «броуновским движением» давно известны, я открыл, что атомистическая теория приводит к существованию доступного наблюдению движения микроскопических взвешенных частиц», - пишет Эйнштейн в своих воспоминаниях. «Вот что может случиться с человеком, который много думает, но мало читает» - это тоже его слова.
В 1905 году вышла в свет первая научная работа Эйнштейна - «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требующем молекулярно-кинетической теории теплоты». И начиналась она так: «В этой работе будет показано, что согласно молекулярно-кинетической теории теплоты взвешенные в жидкости тела микроскопических размеров должны совершать движения такой величины, что легко могут быть обнаружимы под микроскопом… Если же, наоборот, предсказание этого движения не оправдается, то это будет веским аргументом против молекулярно-кинетического представления о теплоте».
Однако Эйнштейн явно лукавил и, конечно же, знал о броуновском движении. А пугал он научный люд лишь для придания своей статье особой значимости. «Возможно, что рассматриваемые движения тождественны с так называем броуновским молекулярным движением, однако доступные мне данные столь неточны, что я не смог составить об этом определённого мнения», - говорилось в этом же предисловии к той же статье. Выходит, что он не предсказал «броуновское поведение» взвешенных частиц, а просто справился с поставленной перед собой задачей: сделал броуновское движение теоретически возможным и вывел уравнение для среднего перемещения броуновской частицы за время t. И теперь каждый школьник обязан знать, что «Броуновское движение – это беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием случайных ударов хаотических молекул окружающей среды». Но…
Попытаемся представить физику броуновского движения на конкретном примере. Частичка тумана – самая, пожалуй, большая «атмосферная» броуновская частица, замысловатые движения которой при определённых условиях освещения можно наблюдать даже визуально, то есть без помощи оптических приборов. Её диаметр около 10 мкм и масса 6,25 на 10 в -11 степени кг. Однако это ещё далеко не самая тяжёлая броуновская частица. Например, частички гранита в опытах ботаника Роберта Броуна, вооружённого лишь двояковыпуклой линзой, могли иметь массу в разы больше.
Воздушная среда на 78,9 % состоит из молекул азота. Масса молекулы азота 0,465 на 10 в -25 степени кг. Можете посмотреть в Википедии. Вот и выходит, что частичка тумана весит в квадриллион (число с 15 нолями) раз больше частички воздуха. Из этого следует, что число молекул азота в пограничном с частицей тумана слое примерно равно числу капелек росы, поместившихся бы на бортах, палубах и палубных надстройках "Титаника". Отсюда, безоговорочный вывод: хаотическое движение огромного количества несоизмеримо малых частиц среды в пограничном с взвешенной частицей слое не может быть причиной легко наблюдаемого движения броуновских частиц, и точка.
Современники Эйнштейна броуновское движение с позиций молекулярно-кинетической теории теплоты и строения жидкостей и газов объяснить не смогли, да и не пытались. Эйнштейн же вывод формулы для единичного смещения броуновской частицы S начинает с математического жульничества, а именно – «нуль в квадрате не эквивалентен нулю».
У математиков «нуль в квадрате» - это такой особый нуль, какого никогда и не было; стало быть, то, что этой величиной характеризуют, реально существует, но бесконечно мало по величине. Поэтому S, обозначающее среднее смещение частицы за время t при её хаотическом движении под равными ударами со всех сторон, логично равно нолю (частица в лучшем случае якобы только «дрожит» на месте), а S в квадрате якобы уже нолю не равно… и частица смещается, как ей это и следует делать согласно наблюдаемых данных. Теперь уже в числителе формулы для S в квадрате можно поставить всё то, что этому смещению может способствовать (это у Эйнштейна только температура среды, то есть кинетическая энергия хаотических частиц), а в знаменателе формулы – всё то, что этому смещению может препятствовать (это у него вязкость среды, масса частицы и число Авогадро). Если же полученный по этой формуле результат будет сильно отличаться от реального смещения частицы, то его всегда можно будет разделить или умножить, скажем, на шестнадцать...
Сам Эйнштейн к своей формуле для S в квадрате мог относиться как к "пробному шару" - авось прокатит, ведь это была первая его опубликованная статья. Вот и заканчивает он свою «научную работу» именно так: «Если бы какому-либо исследователю удалось вскоре ответить на поднятые здесь вопросы!». Но никто из математиков к этой работе критически не отнёсся. Более того, считалось, что эта его работа была достойна Нобелевской премии по физике...
Могу предложить вам совсем другое объяснение наблюдаемого броуновского движения, изложенное в форме древнегреческого трактата. Пусть это будет
Трактат "О мути и пыли"
Аксиома 1. "Невесомые вещества - это вещества с хаотическим движением частиц, то есть "хаосы" (или газы)" (Левкипп и Демокрит).
Древние греки считали воздух невесомым хаосом: мол, если нет веса у беспорядочно мечущейся частицы, то нет его и у целого. И мы теперь знаем только один пример хаоса - это плазмы. Правда, и плазмы бывает двух видов - "неорганизованная", то есть собственно хаос, и "самоорганизованная", то есть находящаяся под давлением и состоящая из равноудалённых частиц. Речь о таком известном современным физикам явлении как "мгновенная самоорганизация высокотемпературной плазмы", приводящему к разрыву самых прочных оболочек. К примеру, самоорганизация перегретого пара стала причиной "теплового взрыва" на четвёртом энергоблоке Чернобыльской АЭС в 1986 году, когда чудовищным давлением пара сорвало крышку прямоточного котла-реактора. А у хаоса - правы греки - действительно нет ни существенного веса, ни сколь-нибудь значительного давления. Самый яркий пример невесомого хаоса - это оторванная от поверхности плазменная атмосфера Солнца. Кроме того, неорганизованная плазма непрозрачна ни для эл. магнитных колебаний, ни для звука. Например, неорганизованная плазма, окружающая гиперзвуковую ракету, не позволяет ею управлять посредством командных импульсов.
Аксиома 2. Все жидкости и газы на Земле имеют вес и находятся под давлением веса собственных и выше расположенных слоёв (Архимед).
Уже Архимед мог сравнить плавание пыли в воздухе с плаванием мути в воде и сделать вывод: у воздуха есть вес; воздух - это не хаос. Примерно через 1800 лет Галилей пытался взвесить воздух в объёме сосуда, но рычажные весы - это не тот прибор, с помощью которого можно взвесить воздух. Ещё немного позже Торричелли взвесил-таки столб атмосферы с помощью изобретённого им ртутного барометра. И ещё чуть позже Паскаль доказал, что выше атмосферы - пустота.
Теорема 1. Все прозрачные жидкости и газы состоят из одинаковых, равноудалённых и условно неподвижных (колеблющихся или дрожащих) частиц, находящихся в состоянии взаимного отталкивания и относительного (или чуткого) равновесия и взаимно отталкивающихся в газах на расстояниях много больших, чем в жидкостях.
Теорема 2. Давление в любой точке водоёма или атмосферы равно напряжению взаимного отталкивания равноудалённых частиц и равно суммарному весу всех частиц, расположенных над этой точкой. (Уберите атмосферное давление, и капля воды тут же исчезнет, разлетевшись на молекулы, а аквариум с водой словно взорвётся. Причиной этого как раз и будет напряжение взаимного отталкивания частиц в сдавленной и упругой жидкости.
Теорема 3. Малые твёрдые тела (или взвешенные частицы) могут некоторое время плавать в жидкостях и газах по причине сдавленности этих сред и их упругости, ибо упругость газов равна давлению в них.
Теорема 4. Взвешенные частицы могут совершать заметные движения, когда давление среды на них становится асимметричным, то есть большим или меньшим с одной из сторон.
Это знание уже позволяет щёлканьем пальцами управлять взвешенными частицами в капле воды под микроскопом.
Теорема 5. Звук передаётся в сдавленных упругих жидкостях и газах посредством очень быстро бегущих фронтов повышенного или пониженного давления.
Наглядный пример прохождения звука в сдавленных и упругих средах - так называемые "Шары Ньютона". Это гаджет-антистресс из подвешенных соприкасающихся стальных шариков.
Теорема 6. Единичное смещение броуновской частицы может происходить в момент прохождения через неё звукового фронта.
Теорема 7. Наблюдаемое хаотичное движение взвешенных частиц может быть результатом почти одновременного прохождения через них как прямых звуковых фронтов, идущих от источников, так и отражённых от любых поверхностей.
Теорема 8. Если источник звука расположен ближе к частицам, чем к отражающей поверхности, то частицы преимущественно движутся от него к этой поверхности…
Вообще-то, причиной наблюдаемого броуновского движения в каждом конкретном случае может быть не только звук и ультразвук, но и ИК-излучение, и простые флуктуации давления в сдавленных и упругих средах, вызванные множеством причин - вплоть до вибраций в земной коре. Это знание уже давно нашло применение в промышленности и в медицине при использовании технологий управляемых диффузий. Советую посмотреть "Применение ультразвука в промышленности". А ультразвук и ИК-излучение, например, присутствуют всюду и присутствуют всегда, поэтому и наблюдать броуновское движение тоже можно где угодно. Так что, довольно продолжительное плавание взвешенных частиц мути и пыли и их хаотическое движение легко объясняется без кинетической теории давления и теплоты. Но... что один математик придумал и сосчитал, то для него и других уже истина. "Придумать свою формулу - это важнее, чем участвовать в политике: политики приходят и уходят, а формулы остаются..." (Эйнштейн)... и продолжают управлять разумом безумцев.
Итак, давление в любой точке водоёма или атмосферы равно напряжению взаимного отталкивания равноудалённых частиц, и по силе оно равно весу всех частиц, находящихся над этой точкой. А температура? А температура – это «опосредованное мерило» интенсивности атомных и внутриатомных движений, то есть движений ядра и его спутника (спутников), а также величины гравитационных моментов (квантов, импульсов). У возбуждённых атомов такие моменты больше, а у «менее горячих» - меньше. Гравитационными моментами удалённые атомы дёргают спутники друг друга, словно стремясь навязать собственные ритмы и побуждая друг друга к синхронности. Так осуществляется встречный индукционный теплообмен. То есть, теплообмен этот осуществляется в двух встречных направлениях – как от более горячего к менее горячему, так и от менее горячего к более горячему. Результатом такого теплообмена является относительное равновесие "равновозбуждённых" частиц. Причём никакой Е = mc2 тут и рядом не стояло, так как атомы при излучении гравитационных квантов ничего не теряют. А как раз это и соответствует условию их чуть ли не вечного существования. И это уже, как вы, наверное, догадываетесь, совсем другая физика.
Об опытах, подтверждающих неподвижность равноудалённых частиц в жидкостях и в газах говорилось в других темах. Тут приведу лишь самый постой. В пустую трёхлитровую банку бросаем зажжённую спичку (пусть спичка потухнет ещё в полёте), закрываем банку крышкой, дожидаемся остановки струйки дыма и плавно поворачиваем банку вокруг её вертикальной оси симметрии. Видим: дым в банке и, следовательно, воздух в ней поворачиваются вместе с банкой, словно в банке не воздух, якобы состоящий из хаотически мечущихся частиц, а, скажем, неподвижный сахарный песок.
Если бы движение частиц воздуха было и в самом деле хаотическим, то им, суматошным, наши манипуляции с банкой были бы совершенно безразличны, и воздух в поворачиваемой банке остался бы неподвижным. Если бы воздух был хаосом, то вращающаяся Земля проворачивалась бы внутри неподвижной атмосферы, как Юпитер или Солнце, к примеру. Но математики даже этого не понимают.
Другой интересный опыт - мгновенное замерзание переохдажденной воды при её встряхивании в пластиковой бутылке - можно объяснить лишь структурным перестроением колеблющихся частиц. Впрочем, опытов, подтверждающих неподвижность равноудалённых частиц, лично мне известно "миллион", а теоретики хаоса знают лишь опыт Штерна с атомами серебра, отскакивающими от почти расплавленной серебряной проволочки. Кстати, вдавливание и проникновение частиц одного жидкого вещества в межмолекулярное пространство другого вещества, то есть диффузию, правильно объяснил ещё чуть ли не сам Архимед. А вот проникновение частиц одного твёрдого тела в межатомное пространство другого твёрдого тела невозможно. Смотрите "О прилипании предметов": http://proza.ru/2015/03/06/306
Список публикаций:
1. "Гравитационная физика. Атом": http://proza.ru/2019/07/02/305
2. "Чему равен бабИн, или Трактат "О гравитации": http://proza.ru/2018/03/25/524
3. "Современный Архимед. Трактат "О плавающих телах": http://proza.ru/2020/04/09/149
4. "Закон сохранения гравитации": http://proza.ru/2013/04/23/539
5. "Гравитация и её свойства": http://proza.ru/2019/07/05/929
6. "К физике антигравитонов. Не фантастика": http://proza.ru/2020/06/01/361