Горячий вакуум

   Конечно, речь о природе гравитации, но в свете идей голландского физика Эрика Верлинде. О Верлинде в сети слышал не раз, и не раз читал о его идеях. И вот созрел момент, когда можно высказаться определённо и уверенно. Но, знакомясь ближе в последнее время с идеями Э. Верлинде, встретил имя Тэда Джейкобсона, предшественника Верлинде. В известном смысле работа Джейкобсона оказалась даже более содержательной, чем идеи Верлинде. 

   Хотелось бы начать с примера, который я уже когда-то использовал. Выходя на улицу в зимний морозный день с пустой пластиковой бутылкой, с плотно завинченной крышкой, вы вдруг слышите знакомый хрустящий звук пластика, который сдавливает внутрь бутылки. И чем больше мороз на улице – тем быстрее и сильнее происходит это сдавливание пластика внутрь. Всякий грамотный человек понимает – что происходит. В закрытой пластиковой бутылке – тёплый воздух, чья плотность и чьё давление гораздо меньше плотности и давления морозного воздуха на улице. Вот этот перепад давлений и плотностей воздуха и является причиной произошедшего. Большое давление морозного плотного воздуха и сжимает пластик бутылки внутрь, где давления и плотность воздуха заметно меньше. Этот эффект называется ещё имплозией – «взрыв», направленный внутрь. Если надуть обычный резиновый шарик горячим воздухом и сразу вынести его на сильный мороз – имплозия будет ещё эффектнее. В сети Интернета можно найти видео, где в пустую пивную алюминиевую банку закачивают тёплый воздух, а потом  банку сразу бросают в большую кастрюлю или таз с холодной водой. Раздаётся громкий хлопок, и банка по серёдке превращается в лепёшку. Всё это работает перепад, разность плотностей и давлений атомарных сред.            

   Есть ещё одна причина имплозии, быстрого сжатия стенок емкостей внутрь, но напрямую она не связана с термодинамикой. Со школьной скамьи мы помним опыты Отто фон Герике с полусферами (1654 г., Магдебургские полушария). Опыт показывал – как велика сила атмосферного давления на дне воздушного океана, где мы все живём. Если из металлической емкости, например, канистры, постепенно откачивать воздух, то, при достижении некоторого критического предела, канистра схлопнется внутрь. Подобный опыт проводили даже с железнодорожной цистерной. И цистерна схлопывалась внутрь. Ради справедливости надо сказать, что опыт с цистерной удался только со второй попытки. Схлопывание произошло тогда, когда прежде цистерну слегка повредили, деформировали её правильную форму. Во всяком случае, и тут мы имеем дело с разностью энергии давления и плотностей среды.

   Вернёмся ещё к термодинамике. Движение ветров в атмосфере Земли – это тоже результат разности плотностей и давлений воздушной среды. Земля прогревается Солнцем неравномерно, где-то – больше, где-то – меньше. Различие в прогреве Земли и создаёт эти разности плотностей и давлений воздуха. Т. е. для нагрева или прогревания чего-либо всегда нужна внешняя энергия, огня или электричества. Огонь или электричество – это безвозвратное рассеяние энергии в пространстве, рост энтропии, рост беспорядка, работа второго закона термодинамики.

   В декабре 2009 года голландский физик Эрик Верлинде предложил свою теорию гравитации, в основание которой он положил статистическую термодинамику. Цитирую: «В теории Верлинде гравитация объясняется различием плотности энтропии в пространстве между телами и в окружающем пространстве. Притяжение двух макроскопических тел (и закон обратных квадратов) объясняется ростом полной энтропии с уменьшением расстояния между телами, т. е. переходом системы в более вероятное (реализующееся бОльшим числом микросостояний) макросостояние. Верлинде говорит: «Законы Ньютона не работают на микроуровне, но они действуют на уровне яблок и планет. Вы можете сравнить это с давлением газа. Сами по себе молекулы газа не создают никакого давления, но некоторый объём газа оказывает давление» (конец цитаты).

   Или ещё примечательное мнение одного из пропагандистов научных идей о теории Верлинде (цитата): «Гравитацию в подобном духе назвали «энтропийным фантомом», иллюзией, которая возникает, когда миллиарды квантовых частиц собираются вместе, и собираются навести порядок в собственном хаосе. Но, оказывается, Верлинде на этом пути – не первый. Ещё в 1995 году Тэд Джейкобсон вывел уравнение гравитации А. Эйнштейна из термодинамики, из законов теплоты и энтропии. Просто говоря, энтропия – это когда порядок превращается в беспорядок, в хаос. Физик Эрик Верлинде пошел от противного: что, если гравитация – это не сила, а желание Вселенной – стать ещё более хаотичной? Представьте две гири в пустом космосе. Классическая физика скажет: они притягиваются гравитацией. Верлинде скажет: Вселенная «оценивает» два состояния – когда гири порознь и когда вместе. И «понимает», что вместе – энтропия выше, больше хаоса. А если системе выгоднее быть в хаосе – она туда и стремится. Возникает сила. Но не потому, что что-то притягивается, а потому что вместе – вероятнее. Слышите? Гравитация – это не любовь; это – статистика, энтропийная сила!» (конец цитаты).      

   Для примера тут приводится спорная аналогия с растягиваемой резиной. Резина – это длинные цепочки полимерных молекул, свёрнутые в клубки. Утверждается, что резина в расслабленном состоянии имеет максимальную энтропию, максимальный «хаос». Мол, при растягивании резины – энтропия системы уменьшается, длинные цепочки молекул вытягиваются. Но при растяжении резины рождается тепло, система переходит в иное энергетическое состояние, чего не может делать система с максимальной энтропией. Напротив, свёрнутые в клубки полимерные молекулы резины в расслабленном состоянии имеют минимальную энергию системы! Растяжение же резины повышает энергию системы, что и рождает тепло. Энтропия – не состояние системы, а функция состояния, целиком зависящая от процесса, от направления процесса. Если взять не резину, а металлическую пружину, то при её периодическом растяжении и сжатии тоже будет рождаться тепло (причина – внутреннее трение, гистерезис). Пружину здесь можно нагреть до весьма большой температуры. Так что энтропийные термодинамические идеи в толковании гравитации не вполне подходят. Но всё же некоторую аналогию можно проследить!   

   Представления о том, что физ. вакуум – не пустота, а материальная среда с колоссальной энергией давления и огромной плотностью, сформировались у меня ещё в начале 80-х годов прошлого века. За несколько лет до знакомства с идеями Э. Верлинде, в своих опусах я стал использовать понятие «горячий вакуум». В пику идеям некоторых деятелей науки, которые утверждают, что массивные тела «охлаждают» материю эфира вокруг себя, мне пришлось использовать понятие «нагревают» вакуум, «горячий вакуум». Не один год я пользуюсь понятием «горячий вакуум», а для чёрных дыр – «кипящий вакуум». Горячий вакуум – это энергетическое состояние среды физ. вакуума вокруг массивных тел. Кипящий вакуум – это энергетическое состояние физ. вакуума вокруг сверхмассивных тел (чёрных дыр). Вакуум настолько «кипящий», что даже свет не может проникнуть сквозь него! Ни оттуда, ни туда!

   Но, что «нагревает и кипятит» этот вакуум, и почему вакуум нагревается?! А «нагревает» среду физ. вакуума – частица протон, как колебательная динамика «дыхания вакуума» со своим постоянным волновым полем! Частица протон как бы рассеивает вокруг себя свою энергию в виде волн плотности в квазикристаллической упорядоченной структуре среды физ. вакуума с колоссальной энергией давления! И чем больше этих протонов в массивном теле – тем горячей вакуум вокруг тела, т. е. тем больше плотность волновых полей протонов, больше скорость вакуумных осцилляций! Чем горячее вакуум – тем меньше плотность и давление среды физ. вакуума. Чем холоднее вакуум – тем больше плотность и давление среды физ. вакуума. Холодный вакуум – на максимуме удаления от галактик. Так что идея  Верлинде о гравитации, как «энтропии», имеет некоторое основание, но в правильном толковании. Всякое массивное тело создаёт вокруг себя градиент энергии давления и плотности среды физ. вакуума. А где есть градиент энергии давления и плотности среды – там и сила! И сила вполне реальная, физическая, а не фантомная! Так что аналогия «горячего» вакуума с теплотой и энтропией термодинамики здесь вполне допустима! С одной важной разницей, повторяю, – среда физ. вакуума имеет упорядоченную квазикристаллическую структуру, отличную от хаотичной газовой, жидкой или плазменной среды термодинамики.   

   Градиент, разность энергии давления и плотности среды физ. вакуума – это и есть гравитационное поле массивного тела. Этот кажущийся хаос вакуумных колебаний вокруг массивного тела имеет максимальное напряжение поля как раз на поверхности массивного тела и до одной трети пути в направление к центру тела. Далее напряжение поля спадает, и в центре тела градиент энергии давления и плотности физ. вакуума равен нулю (невесомость). Также и с удалением от массивного тела напряжённость поля пропорционально убывает (закон обратных квадратов). Если две гири (по Верлинде) одинаковой массы в космосе подвести друг к другу, то гравитационно взаимодействовать (притягиваться) они не будут, останутся индифферентны. Их гравитационные потенциалы слишком слабы для заметного взаимодействия. Чтобы гравитационное взаимодействие тел было заметным – одно из тел должно быть с массой на порядки превосходящим второе тело, чтобы гравитационный потенциал, градиент энергии давления и плотности среды физ. вакуума вокруг массивного тела, был достаточно велик. А тем более не будут гравитационно взаимодействовать ни молекулы, ни атомы! Так что идея о водородном начале Вселенной в свете подобных заключений выглядит совершенно несостоятельной. Размазанное по пространству космоса первичное водородное облако само по себе никак и никогда не сможет конденсироваться в плотное тело, гравитация здесь не работает.      

   А теперь ещё раз вернёмся к идеям Тэда Джейкобсона. Возможно, Джейкобсон был не первым, кто попытался взглянуть на структуру пространства-времени общей теории относительности с точки зрения энтропии классической термодинамики. В 1995 году Джейкобсон показал, что если мы свяжем выражение Клаузиуса для изменения энтропии при поступлении тепла с утверждением о связи энтропии с площадью поверхности, ограничивающей область, то получим искажение локальной структуры пространства-времени в точности такое, как предсказывают уравнения Эйнштейна общей теории относительности. Другими словами, в чисто математическом смысле второе начало термодинамики влечёт существование уравнений Эйнштейна общей теории относительности! Из этого следует, что, как говорят последователи Джейкобсона: «паровой двигатель», или иной вариант – двигатель внутреннего сгорания (ДВС), не только внутри нас, он – везде!

   Термодинамика – это область физики, где разбирается, как тепло, энергия и работа переходят друг в друга. Джейкобсон и его коллеги исходили из мысли, что тепловой поток может описывать не весь процесс. В обычных тепловых машинах энергия не просто рассеивается в виде тепла: газ расширяется, давит на поршень, выполняет работу, а в некоторых системах ещё идут химические реакции (ДВС). Поэтому в расчёт добавили вторую часть термодинамической картины – работу, которую система способна совершать. Для описания процесса использовали цикл Отто. Этот термодинамический цикл лежит в основе бензиновых двигателей: газ сжимается, воспламеняется, расширяется и отдаёт часть энергии как механическую работу. В космологии никто не предлагает искать внутри Вселенной буквальный двигатель. Цикл Отто нужен как математическая схема, где отдельно видны  участки теплового обмена, и участки, связанные с работой системы. В варианте, который соответствует гравитации Эйнштейна, остаются только участки с тепловым потоком. Новая схема добавляет к ним участки работы и даёт более широкий класс гравитационных теорий.

   А сейчас я скажу то, над чем можно посмеяться. Но на самом деле – это ключ к решению очень важной проблемы современной физики. Дело в том, что «цикл Отто» в природе действительно существует, и всюду, где есть атомарная материя! Реальный цикл Отто работы двигателя внутреннего сгорания состоит из четырёх пунктов: 1. Адиабатическое сжатие (сжатие рабочего тела; температура и давление растут); 2. Подвод теплоты (зажигание и мгновенное сгорание смеси); 3. Адиабатическое расширение (расширение рабочего тела; температура и давление снижаются); 4. Отвод теплоты (от рабочего тела отводится тепло; температура падает).

   В природе «цикл Отто» – это колебательная динамика «дыхания вакуума» частицы протон. В качестве рабочего тела выступают элементы квазикристаллической структуры среды физ. вакуума. Этот «цикл  Отто» содержит точно также четыре пункта. Да, надо признать существование упорядоченной квазикристаллической структуры среды физ. вакуума, где в узлах решётки – элементы, получающие инерционную массу во взаимодействии между собой, в колебательной динамике. Иначе говоря, трёхмерная система связанных осцилляторов, получившая когда-то импульс к колебательной динамике. Кем даётся импульс этой колебательной динамике – вопрос из сферы метафизики. Главное, что импульс система получила. Частица протон – это также упорядоченная колебательная динамика «дыхания вакуума», где имеет место синхронное радиальное прямое и обратное движение элементов системы: сжатие элементов среды физ. вакуума по радиусу в сингулярность и «отскок», расширение элементов по радиусу из сингулярности, как фазы единого колебательного процесса. Никакого застревания в сингулярности тут нет! Частица протон – это и есть «дрожание» метрики пространства-времени, для которого больше подходит понятие «дыхание вакуума»! Это «дрожание» метрики («дыхание вакуума») было открыто ещё в ноябре 1983 года! И оно являлось тогда лишь гипотезой, предположением, но в котором виделась огромная эвристическая сила. И всё последующее развитие научной мысли лишь подтверждало подобную уверенность.   

   Квантовые флуктуации вакуума, иначе, вакуумная рябь, о которой говорят и пишут не одно десятилетие, – это тоже «дрожание» вакуума, но иного рода. Это дрожание, в отличие от дрожания «дыхания вакуума», хаотическое, неупорядоченное, существующее в любой точке пространства Вселенной. Именно эти флуктуации вакуума, эта рябь, и создают колоссальную энергию давления среды физ. вакуума; без этого огромного давления наш физический мир не мог бы существовать вообще! Массивное тело с его гигантской совокупностью протонов, как упорядоченной динамикой «дыхания вакуума», лишь изменяет вокруг себя эту колоссальную энергию давления и плотность среды физ. вакуума, «нагревает» её, создаёт градиент энергии давления и плотностей среды; на языке ОТО – «кривизну пространства-времени». Так что любое пробное тело, оказавшись в этой градиентной яме, будет этой разностью энергий давления и плотностей среды физ. вакуума, направляться туда, где энергия давления и плотность среды минимальны, т. е. в сторону центра массивного тела.