Эта лекция содержит научную информацию, позволяющую увидеть влияние языка научного мышления на логичность результата интерпретации излучения Вселенной. Самый большой экстремум излучения Вселенной называется реликтовым. Он формируется процессом синтеза атомов водорода в звездах Вселенной, а меньшие экстремумы, названные источниками инфракрасного излучения, формируются процессами синтеза молекул водорода в окрестностях звёзд и процессами их сжижения при удалении от звёзд.

1. Вводная часть

Экспериментальная зависимость излучения Чёрного тела была получена в конце XIX века (рис.1).

Рис.1. Кривые распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела

Макс Планк выявил математическую модель

(1)

закона излучения Черного тела в 1900 г. и получил за это Нобелевскую премию в 1918г. Константу

(2)

он назвал квантом наименьшего действия. Впоследствии выяснилось, что постоянством этой константы управляют одновременно два самых фундаментальных закона Природы: закон сохранения момента импульса и закон сохранения кинетического момента .

Закон сохранения момента импульса реализуется в прямолинейном равномерном движении фотонов (рис.2 и табл.1) всех длин волн с постоянной скоростью , а закон сохранения кинетического момента реализуется в равномерном вращении всех элементарных частиц и всех твёрдых тел, включая планеты звёзды и галактики.

спектр излучение вселенная реликтовое

Рис.2: а) схема фотонной волны длиною ; b) схема модели фотона с хордоидальным взаимодействием 6-ти его магнитных полей; с) схема модели фотона с радиальным взаимодействием 6-ти его магнитных полей

Таблица 1. Параметры различных участков спектра фотонных излучений

Обратим особое внимание на то, что в спектре излучения абсолютно чёрного тела (рис.1) присутствуют фотоны разных радиусов (рис.2 и табл.1), а максимумы температур (2000 и 1500 град. С, рис.1) формирует совокупность фотонов с определёнными радиусами, равными длинам волн. Их величины достаточно точно определяет формула Вина

. (3)

Физики мало уделили внимания анализу физической сути математической модели закона (3) зависимости максимума излучения Черного тела от температуры в его полости (рис.1). Дальше мы покажем, как из анализа физической сути этого закона следует чёткое понимание физической сути, скрытой в понятиях "температура" и "тепло", а сейчас проанализируем экспериментальную зависимость излучения Вселенной (рис.3 и 4).

2. Спектр излучения Вселенной

Излучение Вселенной, названное реликтовым, было открыто американскими физиками Пензиасом и Вильсоном в 1965 г. За это им была присуждена Нобелевская премия в 1978 г. Авторы представили свою экспериментальную зависимость излучения Вселенной в таком виде (рис.3).

Рис.3. Экспериментальная зависимость спектра излучения Вселенной, полученная американскими исследователями Пензиасом и Вильсоном в 1965 г.

Обратим внимание на логический хаос в экспериментальной зависимости излучения Вселенной, представленной американскими исследователями.

Нас учат со школы, что в плоской декартовой системе координат существует начало оси ОХ, которое обозначается нолём (0). Положительные числа увеличиваются вдоль оси ОХ в правую сторону от нуля, а числа меньше нуля увеличивают свои численные значения влево от нуля. Но на графике американских исследователей (рис.3) нет ноля и они, не подумав об этом, уменьшают численные значения длин волн в правую сторону оси ОХ.

Это анти логичное действие - следствие нелогичного научного мышления авторов этого действия на английском языке, изобилующем исключениями из правил произношения букв и их написания, а также из правил построения предложений.

Я не мог смириться с нелогичностью американской экспериментальной зависимости излучения Вселенной (рис.3). Около недели пересчитывал с помощью калькулятора американскую нелогичность в русскую логичность, и черновики пересчётов сохранил в личном архиве, для потомков. Результаты приведения американского научного хаоса (рис.3) в русский научный порядок представлены на рис.4.

Рис.4. Зависимость плотности реликтового излучения Вселенной от длины волны: теоретическая - тонкая линия; экспериментальная - жирная линия

Закон Вина (3) сразу указал на совпадение теоретического максимума (рис.4, точка 3) излучения Вселенной с его экспериментальным максимумом (рис.4, точка А).

Удивительное дело! Физики считали, что Планковский закон излучения абсолютно Чёрного тела описывает закономерность излучения только из закрытой полости (рис.1), а закон Вина (3) убедительно доказывает (4), что закон Макса Планка описывает и экспериментальную зависимость излучения Вселенной - абсолютно не замкнутой полости (рис.4).

(4)

Новый анализ спектра реликтового излучения показал, что его источником являются процессы синтеза и охлаждения атомов водорода, которые идут в звёздах Вселенной и в окрестностях звёзд непрерывно и не имеет никакого отношения к вымышленному Большому взрыву.

Тем не менее, Нобелевский комитет выдал в 2006 г. вторую премию за дополнительную экспериментальную информацию о реликтовом излучении, оставив в силе ошибочную интерпретацию физической природы этого излучения. Это побудило нас провести детальный анализ физической сути реликтового излучения. Сейчас мы покажем истинную физическую природу экстремумов излучения Вселенной (рис.4, точки: А, В и С).

Ортодоксы до сих пор считают, что реликтовое излучение (рис.4, максимум в точке А) родилось более 10 миллиардов лет назад в результате "Большого взрыва". Интенсивность реликтового излучения выше среднего фона не обнаружена. Уменьшение плотности реликтового излучения от фоновой величины фиксируется и называется анизотропией реликтового излучения. Она обнаружена на уровне 0,001% и объясняется существованием эпохи рекомбинации водорода, спустя 300 тысяч лет после "Большого взрыва". Эта эпоха, как считают ортодоксы, "заморозила" неоднородность в спектре излучения в виде трёх экстремумов, которая сохранилась до наших дней (рис.3).

Известно, что наблюдаемая нами Вселенная состоит из 73 процентов водорода, 24 процентов гелия и 3 процентов более тяжелых элементов. Это значит, что фоновую температуру Вселенной формируют фотоны (рис.5, а), излучаемые электронами при синтезе атомов водорода (рис.5, b и c).

Рис.5: a) схема излучения фотона электроном ; b) схема энергетических переходов электрона атома водорода; а) модель атома водорода

Известно также, что рождение атомов водорода сопровождается процессом сближения электрона с протоном (рис.5, b и табл.2), в результате которого электрон излучает фотоны (рис.5, а) характеристики которых представлены в табл.2 и в Приложении-1.

Таблица 2. Спектр атома водорода

Теоретическая зависимость плотности излучения Вселенной (рис.4 - тонкая линия) подобна зависимости плотности излучения абсолютно черного тела (рис.1) описываемого формулой Планка (1).

С учетом физического смысла составляющих формулы Планка (1), физический смысл всей формулы (1) - статистическое распределение количества фотонов разных энергий в полости черного тела с температурой (рис.1).

Максимум излучения Вселенной зафиксирован при температуре (рис.4, точка А). В соответствии с законом Вина (3), длина волны фотонов, формирующих эту температуру, равна

(5)

Совпадение теоретической величины (5) длины волны (рис.4, точка 3) с её экспериментальным значением (рис.4, точка А), доказывает корректность использования формулы Вина (3) для анализа спектра излучения Вселенной. Фотоны с длиной волны , обладают энергией

. (6)

Энергия соответствует энергии связи электрона с протоном в момент пребывания его на 108 энергетическом уровне (табл.2 и Приложение-1). Она равна энергии фотона, излучённого электроном в момент установления контакта с протоном и начала формирования атома водорода (рис.5, b и c).

Процесс сближения электрона с протоном протекает при их совместном переходе из среды с высокой температурой в среду с меньшей температурой или, проще говоря, при удалении от звезды. Сближение электрона с протоном идёт ступенчато (рис.5, b).

Количество пропускаемых ступеней в этом переходе зависит от градиента температуры среды, в которой движется родившийся атом водорода.

Чем больше градиент температуры, тем больше ступеней может пропустить электрон, сближаясь с протоном (рис.5, b и табл.1).

Для уменьшения погрешностей измерений формируемых фоновым излучением рабочий элемент прибора (болометр) охлаждают.

Предел этого охлаждения определяет границу максимально возможной длины волны излучения, при которой можно измерить его интенсивность.

Экспериментаторы отмечают, что им удалось вывести в космос приборы, болометр которых был охлажден до температуры . Длина волны фотонов, формирующих эту температуру, равна

. (7)

На рис.4 длина волны соответствует точке N. Это - предел возможностей экспериментаторов измерять зависимость интенсивности излучения от длинны волны. В интервале от точки N до точки у авторов нет экспериментальных данных, но они показали их (рис.3), проигнорировав тот факт, что для фиксирования излучений с большей длиной волны, требуется болометр, охлажденный до температуры, меньшей 0,10К. Например, чтобы зафиксировать зависимость плотности излучения при длине волны (рис.4), необходимо охладить болометр до температуры

. (8)

Для фиксации излучения при длине волны (рис.4) потребуется охлаждение болометра до температуры

. (9)

В табл.3 представлены длины волн и энергии фотонов, максимальная совокупность которых формирует разную температуру среды.

Экспериментально доказано существование минимальной температуры . В соответствии с законом Вина, длина волны фотонов, формирующих эту температуру, равна (табл.3).

Из изложенной информации следует, что максимально возможная длина волны фотона близка к 0,05м. Фотоны со значительно большей длиной волны в Природе не существуют.

Экспериментальная часть зависимости в интервале DE (рис.4) соответствует радиодиапазону. Она получается стандартными методами, и фиксирует излучение не единичных фотонов (рис.2, b и с), а совокупности их импульсов (рис.2, а), которые приёмная аппаратура фиксирует, как волны.

Для установления максимально возможной длины волны фотона, соответствующей реликтовому излучению, найдём разность энергий связи электрона атома водорода (рис.5, b и c), соответствующую 108-му и 107-му энергетическим уровням (Приложение-1).

Таблица 3. Длины волн и энергии фотонов, формирующих определённую температуру

(10)

Длина волны фотонов с энергией будет равна

(11)

Фотоны с такой длиной волны и энергией способны сформировать температуру

. (12)

Величина этой температуры близка к её минимальному экспериментальному значению, полученному в лабораторных условиях . Это означает, что точка L на рис.4 близка к пределу существующих возможностей измерения максимальной длины волны реликтового излучения.

Таким образом, можно утверждать, что в Природе нет фотонов, для формирования температуры (8), чтобы зафиксировать плотность реликтового излучения при длине его волны более 0,056 м (4), (табл.3 и рис.4). Из этого следует, что уточнение закономерности изменения плотности реликтового излучения с длиной волны более 0,05м должно быть главной целью следующих экспериментов.

А теперь опишем статистический процесс формирования максимума реликтового излучения (рис.4, точка А). Максимуму плотности реликтового излучения соответствует длина волны излучения, примерно, равная 0,001063 м (рис.4, точки 3 и А). Фотоны с такой длиной волны рождаются не только в момент встречи электрона с протоном, но и при последующих переходах электрона на более низкие энергетические уровни (рис.2, b). Например, при переходе электрона со 108 энергетического уровня на 76 он излучит фотон с энергией

(13)

и длиной волны

(14)

Фотон с аналогичной длиной волны излучится при переходе электрона, например, с 98 на 73 энергетический уровень (15 и 16).

(15)

(16)

При переходе электрона с 70 на 59 энергетический уровень излучится фотон с энергией

(17)

и длиной волны

(18)

Приведем ещё один пример. Пусть электрон переходит с 49 на 45 энергетический уровень. Энергия фотона, который он излучит при этом, равна

(19)

Длина волны этого фотона также близка к максимуму реликтового излучения (рис.4, точки 3 и А).

(20)

Мы описали статистику формирования закономерности реликтового излучения и его главного экстремума, и видим, что форма этого излучения не имеет никаких признаков "замороженности" после так называемой эпохи рекомбинации водорода, которую придумали астрофизики, чтобы доказать достоверность выдуманного Большого взрыва.

Пойдём дальше. Если электрон перейдёт со 105 энергетического уровня на 60 уровень, то он излучит фотон с энергией и длиной волны , что соответствует интервалу между точками 1 и 2 на рис.4. При переходе электрона с 15 энергетического уровня на 14 он излучит фотон с энергией и длиной волны , что соответствует точке 1 на рис.4, которая отстоит от соответствующей теоретической точки тонкой кривой на много порядков. Это вызывает серьёзные сомнения в корректности заключения о том, что формула Планка описывает всю форму экспериментальной зависимости реликтового излучения.

Поскольку от 15 до, примерно, 2 энергетического уровня (Приложение-1) количество уровней значительно меньше количества уровней от 108 до 15, то количество фотонов, излученных при переходе с 15 уровня и ниже будет значительно меньше количества (а значит и их плотность в пространстве) фотонов, излученных при переходе со 108 до 15 энергетического уровня. Это - главная причина существования максимума реликтового излучения (рис.4, т. А) и уменьшения его интенсивности с уменьшением длины волны излучения. К этому следует добавить, что в момент перехода электрона с 15-го уровня и ниже излучаются фотоны светового диапазона. Например, при переходе электрона с 15-го на 2-ой энергетический уровень излучается фотон с энергией и длиной волны, соответствующей световому диапазону (Приложение-1)

. (21)

Естественно, что после формирования атомов водорода (рис.2, b и с) наступает фаза синтеза молекул водорода (рис.6), которая также должна иметь максимум излучения. Поиск этого максимума - наша следующая задача.

Известно, что атомарный водород (рис.2, b) переходит в молекулярный водород (рис.6) в интервале температур . Длины волн фотонов, излучаемых электронами атомов водорода при формировании его молекул, будут изменяться в интервале

; (22)

. (23)

Известно, что энергия синтеза одного моля молекул водорода равна 436 кДж, а одной молекулы - 4,53eV. Энергию эту выделяют электроны атомов в виде фотонов. Каждый электрон излучает фотон с энергией 4,53/2=2,26eV (рис.6, а).

Рис.6: а) схема молекулы водорода с энергиями связи; b) модель молекулы водорода

Таким образом, у нас есть основания полагать, что максимум излучения Вселенной, соответствующий точке С (рис.4), формируется фотонами, излучаемыми электронами при синтезе молекул водорода (рис.6).

Обратим внимание на то, как формирование температуры связано с энергетическими переходами электронов в атомах (рис.5, b). Например, при переходе электрона атома водорода (табл.2 и Приложение 1) с 4-го на 3-й энергетический уровень излучается фотон с энергией

(24)

и длиной волны

. (25)

Если бы фотоны с длиной волны формировали температуру, то она была бы равна

. (26)

При переходе электрона с 3-го на 2-й энергетический уровень излучается фотон с энергией

(27)

и длиной волны (28)

Это уже световой фотон (табл.1). Если максимальное количество фотонов в среде будет с длиной волны , то они сформируют температуру

. (29)

Таким образом, разность длин волн фотонов, рождаемых электроном атома водорода при переходе с 4-го на 3-й и с 3-го на 2-й энергетические уровни, равна

. (30)

Разность температур, формируемых этими фотонами, равна

. (31)

Из этого следует, что атомы водорода, да и атомы других химических элементов, не могут формировать плавное изменение температуры среды. Эту функцию могут выполнить только молекулы. Молекулы химических элементов формируют густо расположенные спектральные линии, так называемые полосатые спектры (рис.7, b). Это свидетельствует о дискретных энергетических переходах валентных электронов таких молекул.

Так как электроны излучают фотоны, то при формировании молекулы водорода каждый электрон должен излучить один фотон с энергией 2,26eV. Возникает вопрос: на каких энергетических уровнях должны находиться электроны в атомах водорода перед тем, как начнут объединяться в молекулы?

Рис.7: a) спектр атома водорода: 2-й () и 3-й () стационарные энергетические уровни электрона; b) молекулярный спектр поглощения неизвестной молекулы

Молекулярный спектр водорода в виде сплошной светлой зоны (рис.7, зона А-В) свидетельствует о том, что электроны в составе молекулы не занимают дискретные энергетические уровни, как они это делают, когда находятся в составе атомов. В молекулах их энергии связи с протонами и друг с другом изменяются так, что их величины оказываются равными межуровневым величинам энергий связи, соответствующих атомарному состоянию.

Когда электрон находится на третьем энергетическом уровне в атоме водорода, то его энергия связи с протоном равна 1,51eV, а когда на втором, то - 3,40 eV (табл.2). Чтобы излучить фотоны с энергиями 2,26eV при формировании молекулы и оказаться между вторым (с энергией связи 3,40eV) и третьим (с энергией связи 1,51eV) энергетическими уровнями (рис.7, а), электрон должен перейти с 4-го на (примерно) 2-й энергетический уровень. В этом случае он излучит фотон с энергией (табл.2).

. (32)

Однако, средняя величина энергий всей совокупности излученных фотонов становится равной 2,26 eV и электрон оказывается между вторым и третьим энергетическими уровнями, соответствующими атомарному состоянию (рис.2, b и c).

Конечно, если бы все электроны атомов водорода при формировании молекул излучали фотоны с одной и той же энергией, то в молекулярном спектре появилась бы одна спектральная линия между атомарными линиями, соответствующими второму и третьему энергетическим уровням. Отсутствие этой линии и наличие светлой зоны (рис.7, а слева) указывает на то, что электроны атомов водорода, переходя с разных энергетических уровней при формировании молекул водорода, излучают фотоны с разными энергиями так, что их средняя величина оказывается равной 2,26eV. Это, видимо, естественно, так как процесс этот идет не при одной какой-то температуре, а в интервале температур.

Однако, следует отметить ещё раз, что некоторые молекулы формируют так называемые полосатые спектры, у которых вместо сплошной светлой зоны - густо расположенные спектральные линии (рис.7, b).

На этом не заканчиваются процессы фазовых переходов водорода. Его молекулы, удаляясь от звезд, проходят зону последовательного понижения температуры, минимальная величина которой равна Т=2,726 К. Из этого следует, что молекулы водорода проходят зону температур, при которой они сжижаются. Она известна и равна . Поэтому есть основания полагать, что должен существовать ещё один экстремум излучения Вселенной, соответствующий этой температуре. Длина волны фотонов, формирующих этот экстремум, равна

. (33)

Этот результат почти полностью совпадает с экстремумом в точке на рис.4. Спектр фонового излучения Вселенной формируется процессами синтеза атомов и молекул водорода, а также - сжижения молекул водорода. Эти процессы идут во Вселенной миллиарды световых лет и не имеют никакого отношения к выдуманному Большому взрыву.

3. Физический смысл тепла и температуры

Понятия тепло и температура относятся к числу фундаментальных научных понятий. Они широко используются в научных исследованиях, инженерной практике и обыденной жизни. Однако, физический смысл этих понятий оставался туманным до выявления модели фотона (рис.2, b и с) и роли закона Вина (3) в формировании максимумов излучений Вселенной (точки А, В и С на рис.4). Происходит это потому, что элементарный носитель тепловой энергии - фотон (рис.2) существует в рамках Аксиомы Единства, а теоретики пытаются выявить его магнитную структуру и описать его поведение при формировании тепла и температуры с помощью теорий, работающих за рамками этой аксиомы.

В соответствии с теорией, работающей в рамках Аксиомы Единства, радиус вращения магнитной структуры фотона (рис.2, b и с), изменяясь в диапазоне , остаётся равным длине волны , которую описывает его центр масс. Сейчас мы увидим, что изменение температуры среды - следствие изменения длины волны большинства фотонов в этой среде (рис.2, а) и станет ясно, что тепло и температуру формирует наибольшее количество фотонов (рис.2, а и b) с определенной длиной волны, равной радиусу фотона (рис.2, a и b).

На рис.1 представлена зависимость интенсивности излучения абсолютно черного тела от длины волны излучения при разных температурах. Известно, что зависимость изменения максимума излучения черного тела от температуры и длины волны описывается законом Вина (3). Мы уже показали, что этот закон позволяет определить длину волны излучения (фотона), соответствующую максимуму излучения при любой температуре не только в полости абсолютно черного тела, но в полости всей Вселенной (рис.4).

А теперь посмотрим, как закон Вина описывает процесс формирования температуры в любых двух точках пространства.

Допустим, термометр показывает . Длина волны максимального количества (плотности в единице объёма пространства вблизи термометра) фотонов, формирующих эту температуру, будет равна

. (34)

Длина волны фотонов, совокупность которых формирует температуру , будет равна

. (35)

Энергии фотонов, формирующих температуры и будут соответственно равны:

; (36)

. (37)

Тогда разность энергий фотонов, при которой изменяется температура на , окажется такой

. (38)

Если термометр показывает , то максимальное количество фотонов, формирующих эту температуру в зоне термометра, имеет длину волны

. (39)

При повышении температуры до , максимальное количество фотонов, формирующих эту температуру в единице объёма пространства в зоне термометра,, имеет длину волны

. (40)

Когда термометр показывает , то максимальное количество фотонов в зоне термометра, формирующих эту температуру, имеет длину волны

. (41)

Длина волны фотонов, формирующих температуру , равна

. (42)

Поскольку это длины волн невидимых инфракрасных фотонов, то создаётся ощущение ошибочности результата, так как тела с такой температурой излучают световые фотоны. Однако надо учитывать, что формула Вина даёт длину волны максимальной плотности фотонов, формирующих такую температуру. Это значит, что присутствие световых фотонов не исключается, что мы и наблюдаем в действительности, но температуру, равную , формирует максимальная совокупность инфракрасных фотонов с длиной волны .

Когда температура в полости черного тела повышается до 1500С, то длина волны фотонов, формирующих максимальную их плотность в полости черного тела, уменьшается (рис.1)

. (43)

При температуре в полости черного тела, равной (рис.1), имеем

. (44)

Таким образом, температуру среды в интервале формируют фотоны инфракрасного диапазона (табл.1 и 3). С увеличением температуры длина волны фотонов, формирующих её, уменьшается.

Это - невидимые фотоны инфракрасного диапазона и у нас сразу возникает возражение. Опыт подсказывает нам, что температуру 2000С формируют видимые фотоны светового диапазона. Такая точка зрения - яркий пример ошибочности наших интуитивных представлений. Поясним её суть на следующем примере.

Солнечный морозный зимний день с температурой минус 30 град. Цельсия с хрустящим снегом под ногами. Обилие солнечного света формирует у нас иллюзию максимального количества световых фотонов, окружающих нас, и мы готовы уверенно констатировать, что находимся в среде фотонов со средней длиной волны (точнее теперь со средним радиусом) светового фотона .

Но закон Вина (3) поправляет нас, доказывая, что мы находимся в среде фотонов, максимальная совокупность которых имеет радиусы (длины волн), равные (табл.1).

(45)

Это инфракрасные фотоны (табл.1 и 3). В табл.3 представлены длины волн и энергии фотонов, формирующих разную температуру среды.

Как видите, наша интуитивная ошибка более двух порядков. В яркий солнечный зимний день при морозе минус 30 градусов мы находимся в среде с максимальным количеством не световых, а инфракрасных фотонов с длинами волн (или радиусами) . Попутно отметим, что длины волн (радиусы) фотонов изменяются в интервале 16 порядков (табл.1). Самые большие радиусы () имеют фотоны реликтового диапазона (табл.1 и 3), формирующие минимально возможную температуру вблизи абсолютного нуля, а самые маленькие () - гамма фотоны (табл.1) вообще не формируют никакую температуру. Формированием структуры фотонов и их поведением управляют 7 констант. Представленная информация убеждает нас в справедливости формулы Вина.

Теперь мы можем описать процесс изменения температуры. Представим, что перед нами ртутный или спиртовой термометры. Они показывают температуру . Это значит, что максимальное количество фотонов в среде, где расположены термометры, имеет длину волны (39). Молекулы ртути и спирта, также как и молекулы всех тел, жидкостей и газов в зоне термометров поглощают и излучают эти фотоны.

Если термометры будут показывать , то это будет означать, что в среде, где они расположены, максимальное количество фотонов имеет другую длину волны, а именно

. (46)

Теперь в среде, где расположены термометры, больше фотонов с меньшей длиной волны. Электроны молекул ртути и спирта начинают поглощать и излучать фотоны с длиной волны . Если количество этих фотонов в среде, где расположены термометры, будет постоянно, то температура среды не изменится. Если же количество этих фотонов уменьшится, а количество фотонов с меньшей длиной волны увеличится, то термометры начнут показывать большую температуру.

Допустим, что температура увеличилась до и стабилизировалась. Это значит, что в среде, где расположены термометры, максимальное количество фотонов имеет длину волны (40). Если температура повысится до , то это будет означать, что максимальное количество фотонов, где расположены термометры, имеет длину волны (41).

Вполне естественно, что молекулы всех тел, жидкостей и газов, расположенных в зоне термометров и имеющих аналогичную температуру, будут вести себя, как и молекулы ртути и спирта в термометрах. Они будут поглощать и излучать те фотоны, которых больше в среде, где они расположены.

Из изложенного вытекают очень важные следствия, связанные с массой горячих и холодных молекул. Поскольку фотон обладает массой, то электрон, находясь в молекуле и излучая фотоны при охлаждении молекулы, уменьшает свою массу, а значит и массу молекулы. Таким образом, холодные молекулы имеют массу меньше, чем горячие. Этот факт должен проявляться в Природе, и он проявляется под действием законов механики.

Горячие молекулы газов атмосферы, имея большую массу, опускаются под действием силы тяжести к поверхности Земли, а холодные, имея меньшую массу (но не объёмную плотность), оказываются в верхних слоях атмосферы.

Тут уместно обратить внимание на исключительно большую чувствительность массы в любой её форме к действию силы инерции. Известно, что электроны атомов, поглощая фотоны при нагревании, увеличивают свою массу, а значит и массу атомов и молекул, в которые они входят Существуют экспериментальные данные, доказывающие уменьшение массы тел при их нагревании. Авторы ошиблись при интерпретации этих результатов. Они не учли влажность воздуха, молекулы которого испаряются с поверхности тел при их нагревании и возвращаются при охлаждении.. Если в воздухе или воде находится смесь молекул с разной температурой, то их можно разделить с помощью центробежной силы инерции. Если вода или воздух движутся по трубе и вращаются относительно её оси, то более горячие молекулы воздуха или воды, имея большую массу, будут прижиматься центробежной силой инерции к стенке трубы, а молекулы с меньшей температурой и меньшей массой будут оставаться у оси трубы (рис.8).

Этот эффект широко используется в технике и современных, так называемых, вихревых насосах, которые генерируют дополнительную тепловую энергию. Чтобы убедиться в высокой чувствительности массы к центробежной силе инерции, достаточно сравнить массу фотонов, совокупность которых формирует температуру с массой фотонов, которые формируют температуру .

Рис.8. Вихревая труба: 1 - отверстие для выхода холодного воздуха; 4 - дроссель для выпуска горячего потока воздуха

В соответствии с законом Вина длины волн фотонов, формирующих температуру , равны , а их энергии и массы определяются по формулам:

; (47)

. (48)

Температуру формируют фотоны с длиной волны , энергией

(49)

и массой . (50)

Разность масс единичных фотонов, формирующих температуры и будет равна

. (51)

Итак, разница масс двух фотонов, участвующих в формировании температуры воды или воздуха, чрезвычайно мала. Конечно, каждый атом, например, кислорода, входящий в состав молекул воздуха или воды, поглощает несколько фотонов, но в любом случае их суммарная масса ничтожно мала. Однако её величина оказывается достаточной, чтобы реагировать на величину силы инерции. Так что разделение частей плазмы звезды с разной плотностью с помощью силы инерции - реальная возможность.

Таким образом, температура среды и тел изменяется благодаря тому, что их молекулы излучают и поглощают фотоны среды непрерывно. Постоянство температуры обеспечивается большинством фотонов, соответствующих этой температуре в среде, где она измеряется. Изменение длины волны этого большинства изменяет температуру среды. Длина волны большинства фотонов определяется по формуле (3) Вина.

Чтобы получить формулу для определения температуры любого космического тела, запишем формулу Вина для двух разных температур:

, (52)

. (53)

Далее имеем:

,

или

(54)

и

. (55)

Приравнивая (54) и (55), найдем

(56)

или

. (57)

Таким образом, произведение длин волн фотонов на температуры , которые они формируют, - величина постоянная и равная Это - седьмая константа, управляющая поведением фотонов. Назовём её константой равновесия температур.

Формула (56) означает, что если температуру формируют фотоны с длиной волны , то чтобы получить температуру , необходимо сформировать среду с большинством таких фотонов , при которых .

Например, возьмём температуру болометра телескопа Хаббла, выведенного в космос. Она равна . Её формирует совокупность фотонов с длинами волн . Предположим, что указанный телескоп зафиксировал, что максимум излучения с определённой звезды имеет длину волны, равную . Закон (56) формирования температур даёт нам такую величину температуры на поверхности исследуемой звезды

. (58)

Итак, температура на поверхности исследуемой звезды 29399,61К. Это значительно больше, чем на поверхности нашего Солнца и мы уверенно можем полагать, что исследуемая звезда моложе Солнца.

Теперь предположим, что телескоп Хаббла зафиксировал максимум излучения с космического объекта (астероида, например) с длиной волны . Учитывая, что , температура на поверхности этого космического объекта будет равна

. (59)

Описанный метод измерения температуры космических тел широко используется астрофизиками. Теперь они глубже будут понимать физическую суть этого процесса.

Мы уже показали, что максимальная длина волны фотона равна . Совокупность фотонов с такой длиной волны формирует минимальную температуру

. (60)

Встаёт вопрос о длине волны фотонов, совокупность которых формирует максимальную температуру. Современная наука не имеет точного ответа на этот вопрос. Мы можем только предполагать, что температуру формируют лишь те фотоны, которые излучаются электронами при синтезе атомов и молекул. Граница минимальной длины волны таких фотонов ещё не установлена. Можно предполагать, что она находится в диапазонах ультрафиолетового или рентгеновского излучений. Поскольку гамма фотоны и рентгеновские фотоны с минимальной длиной волны излучаются не электронами, а протонами при синтезе ядер атомов, то у нас есть основания полагать, что совокупность гамма фотонов и рентгеновских фотонов с минимальной длиной волны не участвует в формировании температуры окружающей среды.

Если бы гамма фотоны участвовали в формировании температуры окружающей среды, то максимально возможная температура была бы равна

. (61)

Если в Природе существует такая температура, то она разрушает не только молекулы и атомы, но и ядра атомов.

Температурное равновесие Вселенной управляется законом равновесия температур (61). Он гласит: произведение температур и длин волн или радиусов фотонов, формирующих температуру в любых двух точках пространства - величина постоянная и равная Вот его математическая модель

. (62)

А теперь посмотрим как в этой модели реализуется Второе начало термодинамики макромира. Согласно этому началу тепло не может перетекать самопроизвольно от холодного тела к нагретому. Поскольку тепло и температуру формирует наибольшая совокупность фотонов, имеющих одинаковые радиусы (рис.5), то выравнивание температур в двух точках пространства () означает, то равные температуры формируют фотоны с равными радиусами (). Из этого следует такая запись математической модели закона формирования температур в этих точках

. (63)

Физически это означает, что одинаковую температуру в двух точках пространства формирует максимальная совокупность фотонов с равными радиусами, Это полностью согласуется со Вторым началом термодинамики макромира, исключающим повышение тепла в точке пространства за счёт теплых фотонов, самопроизвольно переходящих из другой точки с меньшей температурой. Например, если в точке 1 температура выше, чем в точке 2, то температура в точке 1 не может повыситься за счёт перетекания из точки 2 теплых фотонов, которые, конечно, имеются в её зоне, но их там меньшинство и они не формируют температуру в этой точке. Поскольку существует процесс рассеивания фотонов, то это формирует автоматическое стремление системы к минимуму температур, поэтому из точки 2, в точку 1 могут перейти только те фотоны, которых в её зоне большинство. Поскольку в точке 2 температура ниже, чем в точке 1, то из точки 2 в точку 1 могут самопроизвольно перейти только те фотоны, которые формируют её температуру, а она ниже, чем в точке 1, поэтому приход фотонов из точки 2 в точку 1 приведёт только к снижению температуры в зоне точки 1.

Надо также иметь в виду, что согласно эффекту Комптона, родившийся фотон может только увеличивать свою длину волны или радиус и таким образом уменьшать свою энергию. Обратный процесс не зафиксирован экспериментально. Это значит, что "Второе начало термодинамики" соответствует реальности.

Заключение

3. Канарёв Ф.М. Фундаментальные междисциплинарные знания. Учебник. http://www.micro-world. su/index. php/2013-09-12-04-46-36/1162-2014-08-26-13-42-13

4. Канарёв Ф.М. Актуальные проблемы фундаментальных наук и их решение. http://www.micro-world. su/index. php/2013-05-16-19-02-15/1307-2015-09-07-12-38-14

5. Канарёв Ф.М. Монография микромира. http://www.micro-world. su/index. php/2010-12-22-11-45-21/663-2012-08-19-17-07-36

6. Канарёв Ф.М. Краткая история российской фундаментальной теоретической физики. http://www.micro-world. su/index. php/2010-12-22-11-44-44/1298-2015-08-04-09-28-12

7. Канарёв Ф.М. Микромир. Персональный научный сайт. http://www.micro-world. su/ лидирует в мире по количеству посещений. Каждые сутки его посещают около 400 учёных из разных стран мира.

Приложение № 1