Лавочкин Владимир Семёнович: другие произведения.

свойства энергии

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурс "Мир боевых искусств. Wuxia" Переводы на Amazon!
Конкурсы романов на Author.Today
Конкурс Наследница на ПродаМан

Устали от серых будней?
[Создай аудиокнигу за 15 минут]
Диктор озвучит книги за 42 рубля
Peклaмa
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Для исследования какого-либо явления природы необходимо чтобы это самое явление природы существовало. Можно смириться с тем, что это явление существует и не вникать в подробности возникновения его. А можно попытаться вникнуть в вопросы возникновения того или иного явления природы. Особенно это касается такого грандиозного явления, как Вселенная. А основой для возникновения и существования любого явления природы, в том числе и Вселенной и является энергия.

СВОЙСТВА ЭНЕРГИИ

  
В предыдущих статьях понятие, энергия, уже упоминалось. Однако оно настолько важно для понимания природы, что необходимо рассмотреть его более подробно, так как энергия отвечает на многие вопросы, связанные с возникновением и существованием Вселенной. В этой, и последующих работах понятие энергия неразрывно связано с понятием возникновение и изменение. Под словом энергия понимается любая энергия, без конкретной привязки её к какому-то явлению природы. У любого вида энергии, вне зависимости от природы её, существуют похожие виды проявления какой-либо энергии с другими видами энергии. Схожесть эта проявляется в том, что они могут привести к каким-то изменениям того или иного физического процесса.

Сами по себе понятия - возникновение и изменение, подразумевают некое начало какого-либо физического процесса и его последующего преобразования. Причём это правило касается всех без исключения процессов, включая и возникновение Вселенной.

Понятие - энергия возникло давно и в настоящее время существует много известных и признанных видов её. Это гравитационная энергия, тепловая энергия, механическая энергия, гидравлическая энергия, энергия электромагнитной волны, энергия квантовых переходов, энергия массы и тому подобное. Здесь, в первую очередь, рассматриваются процессы возникновения самой энергии и вещества, как производного от энергии.

В мире, где мы все пребываем, энергия проявляется постоянно. Земля имеет форму шара, которая когда-то возникла в результате силы притяжения разнообразных по форме каменных массивов и пыли, при этом выделялось огромное количество энергии. В городах при постройке домов и улиц тратиться большое количество энергии. Любая вещь, сделана с помощью какого-либо вида энергии, механической, химической, тепловой. Например, железные изделия можно неоднократно преобразовать в любые формы с помощью тепла и механической силы, где сила и тепло это величины производные от энергии. Тоже самое касается и пластмасс, некоторые виды которых можно неоднократно преобразовывать в различные формы. Мы, как живые существа, ежедневно поглощаем большое количество пищи и сжигаем большое количество кислорода. Это всё невозможно без проявления энергии.
Причём эти примеры указывают на энергетическую сущность непосредственно объекта, к которому прилагается энергия. В противном случае объект не реагировал бы на приложение к нему энергии в виде механической силы или на подводимое тепло. Железо невозможно было бы согнуть, а пластик не реагировал бы на температуру окружающей среды. Пища, поглощаемая нами, требует разложения её на составляющие и последующего присоединения их к клеткам. А это возможно только при условии, что элементы клеток имеют состав, схожий с поглощаемой пищей или, выражаясь иначе, тот же вид энергии, что и поглощаемая пища.

Все эти примеры преобразования не что иное, как разрушение молекулярных связей между молекулами предыдущего состояния и создания новых молекулярных связей. Это возможно, только если молекулярные связи имеют энергетическую природу. Молекулярные связи, как известно, представляют собой электрическое взаимодействие между соседними ядрами вещества и электронами на оболочках этих ядер. Воздействие какой-то внешней энергии на эти связи, также имеющих энергетическую природу, приводит к новым состояниям молекулярных связей.

Далеко не любая энергия выделяет тепло или имеет проявления в виде механической силы. Есть множество химических реакций, для осуществления которых необходимо поглощение тепла из окружающей среды, эндотермические реакции. Электромагнитные волны, окружающие нас повсюду, не приводят к каким-либо изменениям в телах, через которые они проходят. Однако это не исключает энергетический характер этих явлений.
Атомы, протоны, нейтроны и электроны также имеют энергетическое происхождение, что подтверждается квантовыми эффектами этих элементарных частиц.

Но если энергия присутствует буквально повсюду, то возникает вопрос о природе самой энергии? Энергия в нашем понимании это какой-либо вид движения объекта, при условии подвода энергии к тому или этому объекту. Не обязательно это видимое движение, нагрев тела не приводит к движению его, хотя и приводит к внутренним изменениям тела. Сжатая пружина обладает энергией, скрытой энергией, которая может проявиться при определённых условиях. Проявление энергия многолико, с одной стороны она проявляет себя в движении, как падающее тело, с другой стороны она может быть в законсервированном состоянии, как в пружине или проявлять себя в виде излучателя или поглотителя тепла. Нелегко понять связь между всеми этими разнообразными проявлениями одного явления природы - энергия. Но понять это необходимо, чтобы понять другое грандиозное явление природы, под названием Вселенная. Связь этих двух понятий, Вселенная и Энергия легко просматривается, так как, по меньшей мере, энергия, это составная часть Вселенной.

Для понимания феномена энергии необходимо выяснить, что это такое?
Предположим, что во Вселенной нет ничего, ни вещества, ни вакуума, ни времени, полный ноль. Каким образом можно из этого нуля получить что-то? Есть только один способ это сделать. Необходимо разбить этот ноль на две противоположности, которые при взаимодействии друг с другом в результате дадут этот самый ноль. Модель такого взаимодействия можно найти в алгебре, если плюс некой величины сложить с минусом такой же величины получится ноль. Но чтобы в реальном мире проделать такое необходимо применить также нечто реальное. Вопрос, что это может быть? Единственное, что может совершить такое это - энергия. Если есть какой-то вид энергии и такой же вид энергии, но со знаком минус, то такая система в результате наличия в ней разных по знаку энергий при сложении их даст ноль. Но энергия сама по себе существовать не может, она должна создать что-то, где она может существовать как таковая. Этим что-то в первую очередь должно быть трёхмерное пространство, без которого теряется смысл чего-либо. Таким образом, трёхмерное пространство будет служить вместилищем энергии и одновременно выразителем этой самой энергии. Во вторую очередь энергия может создать вещество в виде элементарных частиц, что также будет вместилищем энергии и производным от неё.О чём подробнее и изложено ниже.

Необходимо добавить, что сценарий разделения нуля на две противоположности в реальности более сложный, чем просто алгебраическая сумма двух противоположностей. Само такое разделение невозможно без некой предварительной энергии, что указывает на то, что во Вселенной энергия никуда не исчезает, и сценарий нулевого состояния Вселенной невозможен. Это положение проистекает из другого постулата природы, который формулируется как причинно-следственная связь. Иначе этот постулат можно сформулировать в виде, что из ничего невозможно получить что-то. Сценарий разделения нуля на две противоположности имеет место быть в природе в виде частиц и античастиц. Как известно частицы и античастицы при взаимодействии аннигилируют, исчезают, с выделением электромагнитной энергии. Выделение электромагнитной энергии указывает на то, что и сам процесс созидания частиц невозможен без энергии. В противном случае аннигиляция частиц и античастиц происходила бы без выделения энергии.
Разделение нуля на две противоположности можно наблюдать и в обыденной жизни. Например, если приложить силу на поверхность земли, то земля ответит на эту силу в виде реакции на неё, равной по величине этой силе, но со знаком минус, то есть противоположно направленной вектору силы. В этом случае энергия сосредоточена в силе, приложенной на поверхность земли.
Примеров разделения нуля на две противоположности, происходящих одновременно под действием внешней энергии - множество. Это подача давления газа в закрытый сосуд, где газ будет давить во всех направлениях одинаково. Причём в сосуде можно выделить множество противоположных пар сил, действующих на поверхность его. Возгорание топлива в цилиндре двигателя автомобиля приводит к движению поршня. Цилиндр в этом случае представляет собой закрытый сосуд, где часть поверхности его, в виде поршня, может двигаться. Приложение нагрузки на балку, имеющей две точки опоры, приводит к одновременной реакции двух опор её, причём сумма этих реакций будет равна нагрузке от балки. И тому подобное.

Для самой Вселенной существует иное разделение двух видов энергии, противоположных по свой сути, и способных переходить из одного вида энергии в другой его вид. Такое разделение, выражаемое произведением двух противоположных видов энергий, позволяет избежать необходимости воздействия некой внешней энергии для разделения нуля на две противоположности.
Энергия переходит из одной области пространства или тела в другую область пространства, тела, противоположную ей. Иначе говоря, энергия переходит от источника энергии к её потребителю. Например, движение воздуха из области повышенного давления в область с пониженным давлением его. Если разделение нуля на две противоположности происходит одновременно, то во втором случае первоначально вся энергия находится в одной области противоположности и переходит во вторую часть противоположности постепенно, через ноль. По такой схеме, в большей или меньшей степени, происходят все процессы в природе. И связано это с тем, что передача энергии от источника её к потребителю не может происходить мгновенно. Например, если человек наступит на землю, то земля отреагирует на эту нагрузку через какой-то промежуток времени, а не сразу. В предыдущих примерах, разделения нуля на две противоположности, внешняя энергия воздействует на тело в течение некоторого промежутка времени. Об этом более подробно можно будет узнать в разделах Измерения пространств и Неопределённости.
Об этом более подробно можно будет узнать в разделах Измерения пространств и Неопределённости.

Энергия имеет много проявлений, которые и создают всё разнообразие природы, наблюдаемое нами. Для ответа на вопрос о сути энергии нужно как-то систематизировать эти проявления энергии.

В первую очередь энергия это изменение состояния, во времени, какого-либо объекта в виде материального тела. Изменение состояния тела это, как уже указывалось, движение тела в пространстве, сгорание топлива, нагрев или остывание тела, столкновение двух тел и тому подобное. Не только изменение состояния чего-то подходит под определение энергии, но и напряжённое состояние какой-то области пространства также подходит под определение его, как - энергия. Напряжённое состояние может существовать только в области пространства, энергия которого не равна нулю и отличается по величине от окружающего пространства, оно наблюдается в окружающем нас мире обычно во взаимодействии тел, причём оно существует повсюду.
Атмосфера Земли давит на каждый предмет, на поверхности её с силой один килограмм на квадратный сантиметр. Любое тело имеет вес, под действием которого возникают механические напряжения в почве Земли или в конструкции дома. Заряженный электрический конденсатор создаёт напряжённое состояние с диэлектриком между пластинами его. Самое маленькое тело обладает гравитацией, создавая вокруг себя напряжённость. Если рассмотреть небольшой объём воздуха, то и там существует напряжённое состояние между молекулами его, так как этот объём воздуха находится в равновесном, но напряжённом состоянии с окружающими молекулами его. Расширив эту тему можно прийти к выводу, что вся Вселенная находится в том или ином напряжённом состоянии, за счёт гравитации от звёздных скоплений и электромагнитных волн от звёзд. Собственно и сама гравитация есть не что иное, как некое напряжённое силовое состояние, которое проявляет себя при появлении в нём тела с некоторой массой.

Из последнего определения энергии следует, что энергия может быть в напряжённом состоянии, которое никак не проявляет себя, до того момента, когда это напряжённое состояние нарушится. И тогда можно наблюдать изменение состояния тела. Например, тело находится в стационарном равновесии с другим телом - груз в земных условиях висит на нити. Если нить разрезать, то груз начнёт движение в виде ускорения свободного падения. То есть напряжённое состояние нити превращается в изменение состояния тела, в движение. А само напряжённое состояние нити есть результат действия на груз гравитации Земли. Тело под действием притяжения начнёт ускоряться в поле гравитации или, что тоже самое - изменять своё состояние.

Но по какой причине материальное тело меняет своё состояние под действием энергии? Наверное для этого необходима большая или меньшая разность потенциалов между, как минимум, двумя областями трёхмерного пространства. В конкретном случае это разница потенциалов в теле. Возникает вопрос - что такое потенциал?
Потенциал, это величина напряжённости соседних областей пространства тела. Если величины напряжённости соседних областей тела равны, то никаких изменений этого состояния не будет. Если величины напряжённости соседних областей тела разные, то это приведёт к изменению состояния этих пространств, что и приведёт к движению.
Из последнего примера, груз на нити, под действием гравитации находится в напряжённом, но равновесном состоянии. Нить в этом случае компенсирует силу, создаваемую грузом, то есть она сдерживает проявления разности потенциалов между грузом и местом крепления нити. После обрыва нити груз начинает двигаться. При этом потенциал силы гравитации, величина напряжённости, окажется больше потенциала прочности нити.
Потенциал гравитации остаётся при этом прежним по величине, изменяется только способ действия её.

Однако где наблюдается разность потенциалов в последнем примере, если гравитационный потенциал одинаковый в области действия груза на нити? Несмотря на то, что гравитационный потенциал изменяется в зависимости от расстояния до центра тела, создающего гравитацию, в области длины нити он одинаковый, ввиду малости этой длины. Но от центра гравитирующего тела до груза на нити очень большое расстояние и потенциал гравитации в этом случае необходимо рассматривать между ними. Гравитация, как известно, обладает силой притяжения, то есть механической силой.
Возникает вопрос - почему в природе гравитация действует в виде притяжения, а не отталкивания? Для ответа на этот вопрос необходимо ввести термин - равновесие в природе. Если вернутся в начало статьи, где показывалось, что ноль может быть разложен на два противоположных состояния, то и гравитацию необходимо рассматривать только как одну часть этого состояния. Но должно существовать и противоположное состояние гравитации, то есть - отталкивание. С точки зрения возникновения Вселенной, до начала этого процесса гравитации не существовало, а после начала процесса произошло разделение явления гравитации на две противоположности. Необходимо добавить, что такое разделение на две противоположности касается любого явления природы, причём противоположность наблюдаемым явлениям природы не всегда можно наблюдать.
В свете вышесказанного, нетрудно понять, что гравитация также имеет энергетическую природу. А наиболее простой способ проявления этой энергии, это отталкивание или притяжение. Гравитация проявляет своё действие в виде притяжения, что будет объяснено в Измерениях пространств, но и отталкивание имеет место быть, если вспомнить о тёмной энергии, которая, как известно, наблюдается в виде силы отталкивания. Простое объяснение гравитации дал Эйнштейн. Следуя определениям гравитации Эйнштейном, можно сказать, что гравитация, это искривление пространства-времени. Это искривление можно смоделировать на склоне горы, где тело, находящееся на этом склоне будет всегда стремиться скатиться по нему.
Разность потенциалов в гравитационном поле наблюдается между материальным телом в этом поле и центром Земли.

Так как гравитация имеет энергетическую природу, то не только тела в ней, но и пространство вокруг небесного тела будет также энергетическим образованием в виде силового поля. Оно обладает потенциальной энергией, которая проявится в случае попадания в это поле тела или какого-то энергетического образования, например электромагнитных волн.
В природе существует ещё одно, похожее по действию, силовое поле - электрическое. Оно так же, как и гравитация создаёт дальнодействующие поля вокруг электрических зарядов. Изменения электрических полей создают магнитные поля, и наоборот, изменяющиеся магнитные поля создают вокруг этих полей электрические поля. Результатом таких взаимодействий будет электромагнитная волна.
Электромагнитные волны, это энергия в процессе изменения состояния электрической и магнитной составляющих этой волны.

Из этих рассуждений можно понять, что энергия может быть в двух состояниях - напряжённом или равновесном состоянии, с близлежащим пространством, и в состоянии изменения. По аналогии с давно известным разделением этих состояний в механике, энергия может быть потенциальной и кинетической. Но откуда появились потенциалы, как таковые? Вопрос этот, при ближайшем рассмотрении его, касается собственно возникновения Вселенной. Если до Большого взрыва энергия не существовала, а, следовательно, не существовали и потенциалы, то откуда они появились?
Для ответа на него необходимо вспомнить одно известное философское правило - из ничего, ничего получить нельзя, на что уже указывалось ранее. Это правило касается любых явлений природы. А если это так, то энергия никуда не должна пропадать, она может существовать в ином виде, а затем преобразоваться, как это и происходит постоянно.

У энергии есть одно удивительное свойство, она не может существовать сама по себе. Энергия обязательно связана с каким-либо материальным телом, которое и является источником её или она существует одновременно или попеременно со своей противоположностью. Как например, в электромагнитных волнах, где источником электрических полей служат магнитные поля и наоборот. Похожее явление можно наблюдать в волнах на воде, где выпуклые поверхности её существуют одновременно с вогнутыми поверхностями воды.
Элементарные частицы являются телами, обладающими потенциальной энергией, причём сами эти частицы результат проявления энергии, как показано выше. Эта энергия проявляется в виде электрических и магнитных полей. При столкновении с другими элементарными частицами выделяется энергия в виде электромагнитных волн или других частиц. В квантовой механике такие все подобные явления описываются как обмен одних элементарных частиц другими элементарными частицами.
Кроме того элементарные частицы обладают массой, которая при определённых условиях проявляет себя как энергия, в виде инерции или участия в гравитации.
Так почему же энергия не может существовать сама по себе? С точки зрения возникновения того или иного процесса, это возможно только при участии энергии, но и сама энергия должна быть привязана к чему-то. Возникает парадокс, по типу, что первоначально курица или яйцо?

Ответить на эти вопросы можно с помощью предыдущих выводов. А именно, источником энергии является какое-либо тело, которое обладает потенциальной энергией. Эта потенциальная энергия при определённых условиях способна преобразоваться в кинетическую энергию, которая приведёт к возникновению какого-то процесса. Например, электрический аккумулятор способен вращать стартёр автомобиля. Аккумулятор здесь выступает в роли потенциальной энергии, которая способна превратиться в кинетическую энергию при вращении стартёра. Сжатая пружина при освобождении её способна производить работу, где сжатая пружина пример потенциальной энергии, а работа пружины, это кинетическая энергия.
Но и сами тела являются производными от энергии. Пружина или аккумулятор потому и проявляют свои свойства, потому что сами являются энергетическими образованиями. И именно, как энергетические образования они могут накапливать энергию извне, отдавая её потом. Аккумулятор и пружина, накапливая энергию извне, выступают в роли потенциальной энергии, до накопления этой энергии они находятся в равновесном, нулевом, состоянии с окружающей средой.
Примеры аккумулятора и пружины показывают связь энергии с телами.
Но для понимания разгадки парадокса, курица или яйцо, необходимо обратиться к волновым процессам, которые могут существовать только в постоянном движении, как например, в электромагнитной волне. Здесь пропадает смысл какой-то первоначальной основы, так как магнитное поле образует электрическое поле и наоборот. Электрическое и магнитное поля попеременно являются источником создания друг друга.
А так как основой существования Вселенной служит энергия, то и здесь возможен подобный механизм перехода энергии от источника её к потребителю, и наоборот, как в электромагнитном поле. Проще говоря, должно быть нечто, где какой-то вид энергии создаёт какую-то противоположность, которая в дальнейшем является источником энергии созидания уже этого «нечто».

Для соблюдения физических законов необходимо нечто, где энергия будет накапливаться, с последующей передачей её передачей в обратную сторону, где потребитель энергии и источник её меняются местами. Показательным примером такого процесса будет механический маятник, груз на нити в земных условиях. При движении груза маятника вниз уменьшается потенциальная энергия его, с увеличением кинетической энергии. После прохода нижней точки траектории маятника процесс идёт в обратном направлении, уменьшается кинетическая энергия и увеличивается потенциальная энергия груза маятника. В этом случае в роли источника энергии выступает сила отклонившая маятник от оси, гравитация Земли инерционные гравитационные свойства груза маятника.
Такое «нечто» для накопления энергии существует и в природе это - пространство, которое накапливает энергию, а затем отдаёт её в обратном направлении, для создания этого «нечто».

Как уже отмечалось энергия без пространства, трёхмерного пространства, это нонсенс. Все проявления энергии возможны только в присутствующем трёхмерном пространстве. Это пространство предопределяет возможность существования как минимум двух областей пространства с разными потенциалами. Из этого утверждения следует и противоположный вывод, что и само трёхмерное пространство должно быть порождением энергии, то есть энергия порождает пространство. Но и утверждение, что само пространство может быть источником энергии, также правильно. Собственно в трёхмерном пространстве и скрывается ответ на вопрос - откуда берётся энергия во Вселенной. Для этого необходимо представить пространство в виде точки - антипода трёхмерного пространства. В точке не может существовать разность потенциалов, так как отсутствует пространство между разными потенциалами. Всё наблюдаемое в природе имеет трёхмерное измерение пространства, что требует объяснения этого явления. И именно существование энергии и объясняет этот феномен. Причём энергия объясняет и понятие - возникновение какого-либо явления природы, которое возникает и продолжает существовать некоторый период времени. А время существования какого-либо явления природы определяется количеством энергии, подпитывающей его. И ничем другим, кроме энергии, невозможно объяснить существование пространства. Пространство также возникает и продолжает существовать благодаря энергии, которая породила его.
И само пространство может выступать в роли хранилища энергии. Таким образом, именно в пространстве и кроется ответ на вопрос, откуда во Вселенной взялась энергия и само пространство.

Но в связи с этим необходимо ответить ещё на один вопрос - где скрывалась энергия до того, как оно образовало пространство? На него можно ответить в связи с вышеизложенным, оно также находилось в пространстве, но другого рода, некой противоположности трёхмерному пространству, то есть вакуума. Об этом более подробно будет сказано в Измерениях пространств.

В наблюдаемом мире существуют явления, которые не могут существовать без энергии. Например, воздушный шар, внутри которого есть повышенное давление воздуха и без этого воздуха он исчезнет. Самолёт в режиме полёта, где необходим постоянный подвод энергии к нему. Корабль не тонет потому, что его постоянно выталкивает вода, на которой он плавает.
Нетрудно понять, что такие процессы могут происходить только при постоянной подкачке энергии к ним. По такому принципу и существует Вселенная, где энергия перетекает из одного своего состояния в другое.

Итак, подводя черту предыдущим выводам можно утверждать, что энергия может быть в напряжённом, потенциальном, состоянии, когда она не отдаёт свою энергию. В этом состоянии энергия может находиться неопределённое время, одно мгновение или миллионы лет. Например, высшая точка или низшая точка траектории физического маятника. Высшая точка обладает потенциальной энергией, измеряемой высотой между высшей и низшей точками маятника. Низшая точка обладает потенциальной энергией измеряемой скоростью её движения. Полёт тела с одинаковой скоростью в межзвёздном пространстве, где потенциальная энергия проявит себя при столкновении его с другим телом. Причём этот полёт может длиться очень долго.
Энергия из потенциального состояния может перейти в состояние передачи её потребителю энергии. В состоянии передачи энергии она переходит в другое понятие, превращается в кинетическую энергию. Кинетическая энергия, в свою очередь может превратиться в источник её, если для этого возникнут определённые условия, взаимодействие с потребителем энергии. Например, столкновение двух металлических шаров с какой-то разницей в скорости движения. Падение тела в земных условиях с высоты приведёт к постоянному росту скорости его.

Эти два состояния энергии можно разделить на потенциальную и кинетическую энергию. Для обобщения этих состояний энергии можно ввести понятие - разность потенциалов, без существования которых невозможно и понятие энергия. Эти потенциалы могут находиться в равновесном, но напряжённом, состоянии какой-то промежуток времени или в состоянии передачи энергии от источника к потребителю энергии. Пример этому, сжатая пружина, которая отдаёт энергию какому-то механизму, после освобождения её. Повышенное давление в баллоне с газом, по сравнению с давлением вне баллона. При открытии вентиля баллона, газ начнёт выходить из него.

Понятие возникновение применимо ко всем без исключения явлениям природы, в том числе и к Вселенной. В случае Вселенной потенциальная энергия, породившая это явление, начинает отдавать свою энергию на её существование. Этот процесс не что иное, как переход потенциальной энергии в кинетическую энергию Вселенной. Что в свою очередь приводит к Законам движения.Законы движения, в свою очередь, приводят к понятию - время, которое может существовать только при передаче энергии от источника энергии к её потребителю.

Само понятие - энергия не связано с понятием - время, так как именно энергия порождает движение и соответственно понятие - время. В формуле, для определения количества работы, сила, помноженная на расстояние, отсутствует время. Не имеет значения, за какое время будет израсходовано определённое количество энергии, за доли секунды или за год, главное, чтобы эта работа была выполнена. Это лишний раз подтверждает, что энергия - источник любого явления в природе, так как любое явление в природе невозможно без понятия времени.

Разность потенциалов какой-либо энергии не может быть вне трёхмерного пространства. Трёхмерное пространство, вакуум, может служить вместилищем для энергии и само это пространство не может существовать без энергии.
Элементарные частицы также не могут существовать в ином измерении пространств, кроме трёхмерного пространства.

Конечное количество потенциальной энергии в процессе передачи её потребителю можно отнести к понятию кинетической энергии, так как её количество уменьшается. И понятие кинетической энергии, как переход энергии из одного состояния в другое можно применить и к потенциальной энергии, пришедшей в движение. Не стоит забывать при этом, что общее количество энергии не меняется, закон сохранения энергии.

В период времени, когда потенциальная энергия находится в стабильном состоянии, не расходует свою энергию, к ней можно применить ещё одно понятие - память. Под памятью обычно понимается свойство мозга человека запоминать те или иные события. В это понятие входит генетическая память живого существа, память электронных устройств и тому подобное. Это понятие, применяемое в специфических случаях, можно расширить до всех явлений природы, где существует какая-то стабильность их физических показателей за некий промежуток времени. Например, стол или диван «помнят» своё положение за определённый промежуток времени, если их не сдвигать. Наши тела также «помнят» свою форму в течение нескольких лет. Дома «помнят» свои прочностные характеристики и свою форму достаточно долгое время. Небесные тела «помнят» свои орбиты вокруг других небесных тел. Химические элементы сохраняют свои свойства в течение длительного периода их существования.

Понятие памяти применимо не только к некому неподвижному состоянию той или иной системы, но и к периодическому изменению его характеристик. Например, волновой процесс, несмотря на постоянные изменения в нём, волны имеют одинаковые показатели своих величин в течение некоторого промежутка времени. Сюда можно отнести вращение колёс автомобиля, которые, несмотря на их вращение, не меняют свою форму и отдельные точки этих колёс совершают циклические движения. Стабильные элементарные частицы также не меняют свои показатели в течение длительного периода времени, несмотря на волновые процессы в период их существования.

Любой процесс, где присутствует то или иное равновесное состояние в нём, можно отнести к понятию памяти. Причём сюда можно отнести не только равновесное стационарное состояние, но и состояние когда происходит передача энергии от источника к потребителю. Кроме приведённых выше примеров, это любое напряжённое состояние, неизменное в течение некоторого промежутка времени. Например, нагретая электрическим током нихромовая спираль приходит в тепловое равновесие с окружающей средой, что даёт возможность стабильной её температуры. Сопротивление воздуха приводит к некой максимальной скорости полёта летательного аппарата.

Понятие памяти имеет существенное значение для понимания перехода энергии от потенциального её состояния в кинетическое её состояние. Этот процесс возможен только в случае установления какого-то равновесия в скорости передачи энергии от источника к потребителю её. Без него невозможно было бы существование стабильных элементарных частиц и следовательно и Вселенной. Без него не существовали бы химические элементы и, следовательно, весь мир знакомый нам.

Скорость передачи энергии от потенциального её состояния к кинетическому состоянию зависит от сопротивления этому процессу. Причём сопротивление, в прямом смысле этого слова, обязательное условие передачи энергии. Без понятия - сопротивление теряется и смысл передачи энергии, так как энергия должна быть к чему-то приложена, что бы проявить себя. В противном случае энергия будет находиться в потенциальном состоянии, как например энергия электрического конденсатора, не подключённого к сети. Сопротивление имеет множество видов, тепловое сопротивление, механическое, электрическое, и тому подобное. Максимально возможное сопротивление связано с понятием - экспонента, ничего быстрее в природе быть не может. Понятие экспоненты появляется тогда, когда у энергии нет помехи, в виде сопротивления, переходить из состояния потенциальной энергии в кинетическую энергию. Например, начальный период включения в сеть электрического прибора. Электромагнитные волны также один из примеров экспоненциального процесса.

Таким образом, энергия может находиться в разных состояниях, подходящих под понятие памяти.
Первое - стационарное или потенциальное состояние энергии, когда её показатели не меняются.
Второе - состояние передачи энергии, переход энергии в кинетическую энергию с постоянной скоростью этой передачи.
Третье - состояние волнового процесса, когда амплитуда волны не меняется в течение некоторого промежутка времени.
Понятие памяти с энергетической точки зрения невозможно без существования понятия противоположности, когда какой-либо вид энергии приходит в то или иное равновесное состояние со своей противоположностью. Эти возможные состояния и приведены здесь.

Понятие памяти это некая противоположность постоянному и необратимому изменению в природе, описанному в Законах движения.
Если бы не было понятия памяти, то весь знакомый нам мир не существовал бы в том виде, который он и наблюдается. Не было бы элементарных частиц, химических элементов, и вообще ничего. Была бы только передача энергии из одного состояния в другое, без всякой связи с предыдущим состоянием этой передачи.
Для пояснения этого явления необходимо задаться вопросом - по какой причине предыдущие процессы влияют на процессы последующие? Предположим, тело ускоряется под действием силы, скорость тела растёт по линейному графику. Скорость тела вначале ускорения равнялась нулю, через некоторый промежуток времени скорость тела достигла некой величины, которая является суммой всех приращений скорости. Таким образом, все предыдущие состояния скорости учитываются телом.
Но возможен и иной сценарий, когда тело через маленький промежуток времени не будет 'помнить' о своём предыдущем состоянии, то есть о своей предыдущей скорости. И тогда никакого ускорения тела под действием силы не будет, будут, в лучшем случае, только маленькие приращения скорости, без суммирования их.
Вопрос этот имеет глобальный характер и относится к понятию - Стрела времени. Сформулировать его можно в виде, насколько быстро могут изменяться события между прошлым и будущим? Вместо понятий - события можно применять понятие - скорость передачи энергии, учитывая предыдущие выводы. Тогда вопрос будет выглядеть иначе - может ли передача энергии происходить мгновенно? Ответ на него будет отрицательным, конечное количество энергии не может передаваться за промежуток времени равный нулю. То есть между прошлым и будущим должен существовать какоё-то промежуток времени не равный нулю. Должен быть промежуток времени между прошлым и будущим, в течении которого могут происходить изменения в состоянии системы. В привязке к последнему примеру таким изменением будет скорость тела.
Именно этот промежуток времени и является связью между прошлым и будущим.

Противоположностью памяти является будущее. Прошлое, это события, которые уже произошли и они влияют на будущие события. В связи с этим возникает вопрос, в какой мере можно прогнозировать будущее? Иногда это кажется невозможным, но так ли это в действительности?
Будущее может быть в какой-то мере запрограммировано по следующей схеме. Потенциальная энергия, отдающая свою энергию, и создающая таким образом кинетическую энергию имеет определённую величину. В любой момент времени можно точно определить какое количество потенциальной энергии превратилось в кинетическую энергию и какое количество потенциальной энергии осталось. Таким образом, можно точно определить будущее поведение тела, к которому подводится энергия. Например, тело находится на определённой высоте над поверхностью земли, что позволяет вычислить её потенциальную энергию. После начала ускорения свободного падения тела можно вычислить его скорость в любой точке траектории падения тела. Причём это касается всех без исключения явлений природы, а не только механики. Это наблюдается в гидравлика, в теплотехнике, в электромагнитных явлениях и тому подобное. На этом свойстве взаимодействующих тел и основаны все физические формулы, которые определяют будущее поведение тела до того, как начнётся само действие.
В простых ситуациях можно просчитать также будущее и человека. Но в этом случае далеко не всё однозначно, как в природных явлениях, так как существует множество факторов, определяющих конечный результат прогноза.

Статья, описывающая поведение энергии, не будет полной без упоминания второго начала термодинамики. Этот закон природы запрещает полную передачу энергии от источника энергии к потребителю её, происходящую в циклических процессах. В результате чего любой циклический процесс, где происходит переход энергии, не может тратить всю энергию, поступающей к нему, а только часть энергии, остальная энергия уходит в пространство. Второе начало термодинамики первоначально касалось только тепловых процессов, но затем перешло на все циклические процессы, происходящие в природе, где энергия передаётся порциями.

Обычно ко второму началу термодинамики обращаются, когда необходимо объяснить неизбежные потери энергии во многих физических процессах. Этим законом можно объяснить, например, старение вещей и нас самих, потери энергии в обычных двигателях и электродвигателях, в турбинах, в трубопроводах, в механических системах и тому подобное. Такие потери энергии связывают с увеличением энтропии, беспорядка в тех или иных системах. Когда энтропия достигает максимума, любой процесс останавливается. С понятием - увеличение энтропии, связывают постепенное саморазрушение чего-либо, что ранее функционировало хорошо. Для исправления этого саморазрушения необходимо применить энергию.

Если применить второе начало термодинамики ко всей Вселенной, то ее, в конце концов, ждёт тепловая смерть, что и обсуждалось в научных кругах сравнительно недавно. В таком случае Вселенная превратиться в пространство и вещество с минимально возможной энергией, где температура будет близкой к абсолютному нулю.
Вселенная с минимально возможной энергией имеет явные преимущества перед Вселенной с огромной энергией, так как любой процесс стремится к минимально возможной энергии.

Непонятно, однако, откуда вообще во Вселенной взялась энергия, чтобы прийти к своему минимуму. Такая логика заводит в тупик само понятие существование чего-либо, так как без энергии это невозможно. Для того, чтобы что-то уничтожить, необходимо, хотя бы иметь это в наличии.

По этой причине второе начало термодинамики можно рассматривать как следствие возникновения и развития того или иного явления природы, а не причину его.
Однако и игнорировать второе начало термодинамики невозможно, так как оно является противоположностью от понятия - созидание. А противоположность, это основной закон природы, благодаря которому и может существовать любое явление природы.
Для объяснения существования Вселенной с точки зрения второго начала термодинамики остаётся только применить первое начало термодинамики, а именно - закон сохранения энергии. Более детально о причинах возникновения второго начала термодинамики можно будет узнать в статье - Неопределённости.

Особенности второго начала термодинамики можно понять из соображений, приведённых ниже.

При взаимодействии источника энергии и потребителя её, они могут меняться местами, когда потребитель энергии становится источником энергии. Пример этому явлению - маятник, где груз накапливает кинетическую энергию на нисходящей траектории движения, а затем отдаёт её на восходящей траектории движения. Такими свойствами обладает и пружина, которая также способна накапливать энергию и отдавать её. Электромагнитные волны также обладают этим свойством, где электрическое поле является источником энергии для своей противоположности - магнитного поля, затем они меняются местами.

Далеко не все виды энергии обладают свойством накапливать её, а затем отдавать эту энергию в обратном направлении. В большинстве случаев энергия, передаваемая от источника к потребителю, безвозвратно теряется. Например, падение предмета в песок или в воду, сгорание топлива в двигателе, резка металла и тому подобное. Все эти процессы происходят в одном направлении.

Переход энергии от источника её к потребителю и наоборот, сопровождается выполнением работы. Возникает парадокс - если при переходе энергии выполняется работа, то она должна вся пойти на выполнение этой работы, но при этом она благополучно возвращается, как в маятнике. То есть энергия выполняет работу по поднятию груза маятника, например, или разгона его до нижней точки траектории, но при этом переходит из одного состояния в другое. Отсюда следует возможность создания вечного двигателя.

И, как ни странно, но так называемые «вечные двигатели» в природе существуют.

Следует оговориться, что ни одного вечного явления в природе быть не может. В том же примере, в виде маятника, потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию и наоборот. Пока маятник движется вверх, он расходует кинетическую энергию и набирает при этом потенциальную энергию. Когда вся кинетическая энергия израсходуется, она уступит место потенциальной энергии. При движении маятника вверх, можно говорить о действии кинетической энергии, при движении маятника вниз действует потенциальная энергия. Пока действует какой-либо вид энергии, он имеет конечный период этого действия, ввиду конечной величины энергии. Все явления природы конечны по своей величине, что будет показано в разделе - Неопределённости.

Количество переходов энергии из одного состояния в противоположное состояние и обратно может происходить бесконечное число раз, в случае отсутствия потерь энергии.
Это, например, движение планет вокруг звёзд, которые обычно происходят по эллиптической орбите. Здесь соблюдается абсолютное равенство между суммой сил притяжения и инерционных сил. Если бы такого равенства не существовало, то планеты упали бы на звезду или улетели бы от неё.

То же самое наблюдается и в существовании самой Вселенной, всё количество энергии, конечной по своей величине, идущей на образование и существование Вселенной, переходит, в конце концов, в свою противоположность. О природе этой противоположности будет сказано в разделе Измерения пространств.

Естественно возникает вопрос - почему в одних энергетических процессах вся энергия способна возвратиться в исходное состояние, как в маятнике, а в других энергетических процессах она полностью уходит на какую-либо работу, как при сгорании топлива двигателя?

Способность какого-то процесса накапливать энергию, с последующей передачей её в обратном направлении, указывает на одну примечательную деталь, источник энергии и потребитель её, это две противоположности, взаимодействующие друг с другом. Кинетическая энергия и потенциальная энергия, это два противоположных состояния по сути одной и той же энергии. Притом переход энергии из состояния потенциальной энергии в состояние кинетической энергии происходит без потерь.

Необходимо оговориться, что в обратимых процессах вся энергия уходит только на переход в свою противоположность и наоборот. Никакой посторонней энергии в этих процессах нельзя получить. Например, нельзя получить энергию от качающегося маятника. Если попытаться получить от маятника энергию для получения электричества, то он быстро остановится. Но нельзя отрицать и то, что маятник совершает работу по поднятию тела его, и только этого тела.
Причём этот подъём совершается благодаря гравитации, в условиях которой находится маятник и равенства гравитационной и инерционной масс тела маятника.

Возвратных процессов в природе немного, это гравитация и противоположная ей инерция, электрические и магнитные поля, квантовые эффекты. Все эти явления связаны с возникновением и существованием Вселенной. На молекулярном уровне полностью возвратных процессов не существует.

Переход потенциальной энергии в кинетическую энергию может происходить не только по сценарию, описанному выше. Если потенциальная энергия при таком переходе встречает растущее сопротивление, то, в конце концов, сопротивление превысит энергетические возможности потенциальной энергии. Произойдёт прекращение перехода потенциальной энергии в кинетическую энергию, и уже само сопротивление станет источником энергии. Затем переход энергии возобновится и так далее.
Подобный процесс перехода энергии можно смоделировать на падении резинового шарика на твёрдую поверхность, когда энергия падающего шарика вся перейдёт в поверхность, которая и оттолкнёт шарик в обратном направлении. Затем шарик вновь упадёт на эту поверхность и так далее, пока не истратит всю свою энергию на необратимые потери её. Этот процесс - пример затухающих синусоидальных колебаний.

Подобная схема перехода энергии происходит в большинстве физических процессов. Таким образом, процесс перехода энергии от источника его к потребителю приводит к саморегуляции его, в смысле материалов источника энергии и потребителя и скорости передачи энергии.
С помощью последней модели можно понять, как происходит подобный процесс. При падении шарика на твёрдую поверхность, переход энергии шарика испытывает количество кинетической энергии его, физические свойства материала шарика и физические свойства материала поверхности. Понятие кинетической энергии включает в себя и понятие массы шарика. То есть при падении шарика на твёрдую поверхность выявляется и масса шарика, которая до встречи с препятствием никак не проявляла себя.

Саморегуляция физических процессов будет происходить во всех случаях начала или конца перехода энергии от источника к потребителю его. И всегда этот процесс будет сопровождаться синусоидальным переходом этой энергии. В обыденной жизни этот процесс не всегда можно наблюдать из-за свойств того или иного тела, к которому подводится энергия или который отдаёт энергию, но в малых количествах он будет всегда.
Например, при начале движения автомобиля в результате ускорения наше тело вдавливается в кресло, тело сопротивляется этому, и мышцы возвращают тело в первоначальное, до начала движения, его положение. Если ускорение продолжится, а мышцы недостаточно сопротивляются этому, процесс возращения тела в первоначальное положение повторится. То же самое происходит при остановке автомобиля. Сюда же можно отнести и колебания флажка на ветру, и волны на воде от движения корабля, звуковые волны при ударе предмета, раскачка небоскрёбов от ветра и тому подобное. Иногда эти процессы заканчиваются плохо, как например разрушение моста от ветра в Америке.

Здесь приведены далеко не все свойства энергии. Более полно эти свойства будут даны в последующих статьях.


 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com В.Свободина "Прикованная к дому"(Любовное фэнтези) А.Вильде "Эрион"(Постапокалипсис) М.Юрий "Небесный Трон 2"(Уся (Wuxia)) Д.Деев "Я – другой 5"(ЛитРПГ) Н.Александр "Контакт"(Научная фантастика) А.Кочеровский "Утопия 808"(Научная фантастика) В.Пылаев "Пятый посланник"(ЛитРПГ) А.Ригерман "Когда звезды коснутся Земли"(Научная фантастика) В.Свободина "Темный лорд и светлая искусница"(Любовное фэнтези) М.Юрий "Небесный Трон 1"(Уся (Wuxia))
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
И.Мартин "Время.Ветер.Вода" А.Кейн, И.Саган "Дотянуться до престола" Э.Бланк "Атрионка.Сердце хамелеона" Д.Гельфер "Серые будни богов.Синтетические миры"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"