1.В первом томе, пяти томного Курса Физики О. Д. Хвольсона [1], на стр. 102, читаем:
Учение об энергии должно признать за один из важнейших, если не за важнейший отдел современной физики, за незыблемый на века фундамент, на который мы должны опираться, стараясь выяснить связь между явлениями окружающей нас природы.
По мнению автора
Энергией может обладать не только материя, но и эфир.
Далее определяются три принципа энергии.
Принцип 1. Энергия тела или системы тел есть конечная, однозначная и непрерывная функция состояния.
Это определение понятия энергии. После определения различных видов энергии следует
Принцип 2. Энергия не исчезает и не образуется вновь; но энергия одного вида может перейти в эквивалентное количество энергии другого вида. Это принцип сохранения энергии.
И, наконец,
Принцип 3. В превращениях энергии существует особого рода сторонность. Одни превращения могут происходить сполна и сами собою, другие же лишь при особых условиях, и только часть данного запаса энергии может подвергнуться рассматриваему превращению.
О. Д. Хвольсон пишет, что
Тщательное изучение окружающих нас явлений привело к открытию этой великой истины, составляющих один из главных фундаментов современной физики…
2. Все это, конечно, верно, но только для близкой, окружающей нас природы, и в рамках классической физики. Хотя даже и в этих рамках есть противоречия. Энергия определяется как функция, а во втором принципе она уже рассматривается как субстанция. Более того, не рассматривается вопрос о том, с какой точностью в эксперименте все эти превращения энергии проверены на опыте. По существу, постулируется, что закон сохранения энергии (ЗСЭ), установленный в мире привычных по размеру тел, будет справедлив и независимо от размера тела и времени его существования. А это элементарно не так. В микромире есть принцип неопределенности, и ЗСЭ может на короткое время нарушаться. Как сказал А. А. Ансельм в [2]
… центральный урок теоретической физики 20 века… состоит в том, что… мы должны забыть об использовании аналогий, которые мы можем почерпнуть из обычной жизни.
И для больших тел и времен их существования ЗСЭ может быть и не справедливым. Все должен решать эксперимент.
3. ЗСЭ, оказывается, связан с инвариантностью по отношению к сдвигу во времени. Он просто является следствием этой инвариантности. В классической физике время абсолютно, поэтому и выполняется ЗСЭ. О природе времени хорошо написал А. А. Ансельм в [3]. Время течет по разному для движущихся друг относительно друга наблюдателей. Ситуация обострилась еще больше после создания А. Эйнштейном Общей Теории Относительности (ОТО). В этой теории нет абсолютного времени, время локально. И, как следствие, ЗСЭ в привычной форме в ОТО не выполняется.
4. На возможность не сохранения ЗСЭ указал в 1932 году Л. Ландау [4]. В этой статье он пишет:
Following a beautifal idea of Prof. Niels Bohr’s we are able to believe that the stellar radiation is due to simply a violation of the low of energy.
Это можно считать общим мнением его с Н. Бором.
Позднее к этому же взгляду на ЗСЭ пришел независимо, на основании своих наблюдений, и Н. А. Козырев [5]. Он пришел к выводу, что эти наблюдения не совестимы с каким либо источником энергии внутри звезд. Они представляют собой машины, которые вырабатывают энергию извне. На конкретный механизм как они это делают указал Стивен Хоукинг в своей статье [6], посвященной светимости черных дыр. Он показал, что если квантовая флуктуация вакуума происходит вблизи горизонта события, то одна из частиц может уйти за горизонт, сделается ненаблюдаемой, а другая для нас появится как бы извне.
5. В журнале Под знаменем марксизма содержится статья В. Г. Фридмана [7], помещенная В порядке обсуждения. Она содержит подробную информацию о борьбе Против отрицания закона сохранения и превращения энергии, развернувшейся в тридцатые годы прошлого столетия. Речь идет о количественной проверке эффекта Комптона при рассеянии фотонов на электронах. Конечно, ЗСЭ в этих процессах был экспериментально подтвержден. Не там искали.
Но там же можно увидеть, что многие ученые в утверждении о возможном нарушении ЗСЭ не увидели ничего страшного. Названы и имена этих физиков, по утверждению автора, плохо усвоивших диалектический материализм. Это А. Ф. Иоффе, С. И. Вавилов, И. Е. Тамм и Д. Скобельцин. Из иностранных ученых такими же оказались Г. Герц и П. Дирак. Если добавить упоминавшихся Л. Ландау, Н. А. Козырева и Н. Бора, то можно сказать, что это был цвет науки 20 века. Все они считали, что при расширении нашего опыта на новые области исследования ЗСЭ может оказаться неприменимым. Собственно, сегодня, спустя 90 лет, мы можем сказать, что это так и оказалось.
6. Представление об окружающей нас Природе за пошедшее время сильно изменилось. Стало ясно, что кроме видимого нами мира, состоящего из протонов, электронов и ядер, есть еще темная энергия, составляющая около 70% массы Вселенной. Это то, что О. Д. Хвольсон называл эфиром.
В 1965 году Э. Б. Глинер [8] показал, что алгебраические свойства тензора энергии-импульса ОТО не противоречат существованию вакуумоподобного состоянию вещества. По существу, он предсказал существование того, что мы сегодня называем темной энергией [9]. В отличии от темной массы, которая по предположению состоит из частиц неизвестной массы, взаимодействующих с нашим миром только через гравитацию, темная энергия не состоит из частиц, это вакуум. Он распределен во Вселенной равномерно и предсказывает все ускоряющийся с расстоянием разлет галактик, антигравитацию. В 1998-1999 годах, двумя группами исследователей этот эффект был обнаружен экспериментально [9]. В 2011 году трое ученых за это открытие были награждены Нобелевской премией. Конечно, не смотря на ее открытие, темная энергия все еще остается главной загадкой естествознания, и ее разгадка станет важным событием 21 века.
И просто смешно в этой связи говорить о ЗСЭ, как о чем то незыблемым на века. Но и утверждать обратное не безопасно.
7. Да, несмотря на всю очевидность возможности нарушения ЗСЭ, мне не удалось опубликовать в каком либо журнале статью об альтернативной гипотезе светимости Солнца [10], в основе которой как раз и лежит гипотеза о не сохранении ЗСЭ. Как только я говорю слова Н. А. Козырева о том, что на Солнце просто нарушается ЗСЭ, так немедленно становлюсь вне науки. Всем известно, что ЗСЭ выполняется. Как и сотни лет назад всем было известно, что Земля плоская, что Солнце вращается вокруг Земли. Никто даже и рассматривать не хочет, что нарушение это мало, что оно порядка всех, подтвержденных экспериментально эффектов ОТО. Но все это было бы полбеды. Подумаешь, работу не приняли в печать!
Беда в другом. Убежденность в абсолютной справедливости ЗСЭ легла в основу ряда не правильных утверждений. Одним из таких является гипотеза о существовании нейтрино, яко бы подтвержденная экспериментально. Но более внимательный анализ [11], показывает, что это совсем не так. В этой работе делается вывод,
Теория слабых взаимодействий построена на основе недостоверных опытов и поэтому возникают сомнения в ее физической корректности.
Возможно, что нейтрино, как частицы и нет, а есть просто возмущение темной энергии. Вроде фотона, который, согласно цитированной работе А. А. Ансельма, есть не волна, и не частица, а есть неизвестно что. Тогда теория Ферми будет справедлива, она будет описывать эксперимент, но природа нейтрино будет другой. Но для этого надо создать квантовую теорию гравитации. А пока есть только петлевая квантовая гравитация.
8.
Так как возможность нарушения ЗСЭ в ОТО связана с понятием времени, то представляет интерес статья И. П. Иванова под названием Что было до большого Взрыва и откуда взялось время? [12]. Вопрос о сингулярности 13.6 млр лет назад говорит только о том, что мы просто не правильно себе все представляем. Из за квантовых эффектов сингулярности исчезают. Большой взрыв перестает быть особой точкой. Удается не только проследить прошлое, но и заглянуть в то, что было до Большого взрыва. В этой теории маленькие квантовые ячейки пространства определенным образом соединены друг с другом, и этим соединением управляет некое поле, которое для этих ячеек является внутренним временем. Для достаточно большой Вселенной, далекой от сингулярности, эти ячейки сплавляются в привычное нам пространство-время. Оригинальная работа помещена в [13].
9. Заключение. Итак, нет ничего не обычного в предположении, что ЗСЭ может нарушаться. В частности, в области больших тел и времен их существования. Все нарушения ЗСЭ малы. Построить вечный двигатель не удастся. Но получать энергию миллиарды лет от устройства размером с Солнце возможно. Попробуйте.