Дьюи Б. Ларсон - Структура физической вселенной (том 2)

Глава 7: Температурные отношения

 

Как объяснялось при введении сравнений теоретической удельной теплоты с экспериментальными результатами, кривые на рисунках с 5-го по 13-ый выявляют лишь паттерн удельной теплоты, причем температурная шкала каждой кривой подгонялась к эмпирическим результатам. Чтобы завершить определение кривых, сейчас мы обратим внимание на температурные отношения.

Все характерные свойства разных видов материи определяются относительными смещениями атомов, из которых состоят эти вещества, и способом, которым смещения входят в разные физические явления. Как говорилось в томе 1,

“Поведенческие характеристики или свойства элементов являются функциями их относительных смещений. Одни свойства связаны с общим итоговым действующим смещением, другие – с электрическим смещением, третьи – с магнитным смещением, в то время как четвертые следуют более сложному паттерну. Например, валентность или способность к химическим соединениям определяется либо электрическим смещением, либо одним из магнитных смещений, в то время как на межатомное расстояние влияют и электрическое, и магнитное смещение, но по-разному”.

Огромное разнообразие физических феноменов и множество разных способов, которыми разные вещества участвуют в этих феноменах, являются расширением “более cложного паттерна” поведения до еще большей степени сложности. Один из более сложных паттернов исследовался в главе 4, где мы обнаружили, что реакция твердой структуры на сжатие связана с поперечным сечением, на которое оказывается давление. Числовая величина, вовлеченная в данное отношение, определяется произведением коэффициентов действующего поперечного сечения, наряду с числом единиц вращения, участвующих в действии, величина, которого определяется силой на единицу поперечного сечения. Ввиду того, что одно из поперечных сечений может принимать либо действующее магнитное смещение, обозначенное символом b в предыдущем обсуждении, либо электрическое смещение, представленное символом с, в целях главы о сжимаемости были введены два новых символа. Символ z для обозначения второго смещения, входящего в поперечное сечение (либо b, либо с), и символ y для обозначения числа действующих единиц вращения (относящихся к третьему из смещений). Таким образом, коэффициенты a-b-c были представлены в форме a-z-y.

Величины этих коэффициентов относительно положений элементов в периодической таблице следуют тому же общему паттерну в применении, как к удельной теплоте, так и к сжимаемости. И большинство индивидуальных величин либо близко к величинам, применяемым к сжимаемости, либо системно связано с этими величинами. Поэтому, чтобы подчеркнуть подобие, мы сохраняем символы a-z-y. Но природа температурных отношений отличается от отношений, применяющихся для сжимаемости. Температура не соотносится с поперечным сечением; она определяется общим действующим вращением. Соответственно, вместо произведения azy действующих коэффициентов вращения числовая величина, определяющая температурную шкалу температурных отношений, является скалярной суммой a+z+y величин вращения.

Данный вид величины полностью чужд традиционной физике. Осознается скалярный аспект векторного движения; то есть, скорость отличается от быстроты. Но ортодоксальная физическая мысль не осознает существования движения, неотъемлемо скалярного. С другой стороны, во вселенной движения, определенной постулатами теории Обратной Системы, все базовые движения неотъемлемо скалярные. Векторные движения могут существовать лишь как дополнения к неким видам комбинаций базовых скалярных движений.

Скалярное движение в одном направлении, если оно рассматривается в контексте стационарной пространственной системы отсчета, обладает многими свойствами, общими с векторным движением. Бесспорно, именно этим объясняется неудача предыдущих исследователей осознать его существование. Но если движение расширяется больше, чем в одно измерение, в способе, каким эти два вида движения демонстрируют себя наблюдению, имеется большая разница. Любое число отдельных векторных движений точки может комбинироваться в одно результирующее движение, и положение точки в любое конкретное время можно представить в пространственной системе отсчета. Обязательным следствием является то, что векторное движение – это движение относительно этой системы отсчета. Но скалярные движения не могут комбинироваться векторно. Результирующее скалярное движение более, чем в одном измерении, является скалярной суммой и не может определяться любой одной точкой в пространственных координатах. Следовательно, такое движение нельзя представить в пространственной системе отсчета традиционного вида. Однако из этого не следует, что неспособность представления данного движения в контексте жестко ограниченного вида системы отсчета, которой мы привыкли пользоваться, означает, что такое движение не существует. Наше непосредственное восприятие физических событий ограничено теми феноменами, которые могут быть представлены в этом виде системы отсчета, но Природа не обязана оставаться в пределах способности восприятия человеческой расы.

Как указывалось в главе 3 тома 1, где подробно обсуждались системы отсчета, имеются многие аспекты физического существования (то есть, многие движения, комбинации движений или отношения между движениями), которые нельзя представить в любой одной системе отсчета. Сам по себе, это не новый или неортодоксальный вывод. Большинство современных физиков, включая всех ведущих теоретиков, осознало, что они не могут уместить все современное физическое знание в ограничения фиксированных пространственных систем отсчета. Поэтому они предприняли решительные шаги в сторону отхода от физической реальности и построения фундаментальных теорий в теневой сфере, где они свободны от ограничений реального мира. Гейзенберг четко выражает свою позицию. “Идея объективного реального мира, крошечные части которого существуют объективно в том смысле, в каком существуют камни и деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет, невозможна”8, - говорит он. В странном полу-мире современной физической теории единственной реальностью являются математические символы, даже сам атом является “лишь символом”.9 Не требуется, чтобы символы были логически соотносимыми или понимаемыми. Как утверждают передовые теоретики, природа неотъемлемо неоднозначна и склонна к неопределенностям фундаментального и неизбежного характера. “В сущности, мир не рационален и не понимаем, - объясняет Бриджмен. - Он обретает эти свойства в большей степени, когда мы спускаемся из сферы очень маленького в сферу повседневных вещей”.10

В этой связи, теория Обратной Системы показывает, что как только осознается истинный статус вселенной как вселенной движения и соответственно определяются свойства пространства и времени, нет нужды уходить от реальности или пытаться винить Природу в нашей преобладающей неспособности понимать базовые отношения. Существование явлений, которые невозможно представить в пространственной системе отсчета, свидетельствует о том, что нам следует прийти к другим терминам. Вклад Обратной Системы – показать, что явления вне объема традиционных пространственных систем отсчета могут быть описаны и оценены в терминах тех же реальных сущностей, которые существуют в системе отсчета. Скалярная сумма величин движений в разных измерениях, величина, которой мы будем пользоваться при анализе температурных отношений, обладает той же природой. Она так же реальна, как и любая другая физическая величина, а ее компоненты, движения в индивидуальных измерениях, являются движениями той же природы, что и одномерные скалярные движения, которые можно представить в пространственных системах отсчета, хотя скалярная сумма не может быть представлена любым способом, доступным нашему непосредственному восприятию.

В минимальной теоретической ситуации, где действующие температурные коэффициенты равны 1-0-0, а скалярная сумма коэффициентов представляет собой одну единицу, температура начального, отрицательного уровня равна одной единице из всех 128-ми и соответствует температуре единицы 510,7º в уплотненных состояниях. Но поскольку температурное движение действует лишь в одном направлении, отношение становится 1/256, а температура нулевой точки T0, температура, при которой температурное движение уравновешивает отрицательный, начальный уровень вибрации, составляет 1,995º К. Для веществ с температурными коэффициентами a, z и y и обычным начальным уровнем удельной теплоты 2/9, мы имеем

 

T0 = 1,995 (a+z+y)ºK

(7-1)

 

Эта величина завершает определение кривых удельной теплоты определением температурных шкал. Однако удобнее работать с другой из фиксированных точек на кривых – точкой первого перехода T1. Поскольку это уровень единицы удельной теплоты на начальном линейном отрезке кривой, в то время как T0 равняется 2/9 единицы выше начальной точки, температура первого перехода равна

 

T1 = 8,98 (a+z+y)ºK

(7-2)

 

Температурные факторы элементов, для которых доступны конкретные паттерны удельной теплоты и соответствующие теоретические температуры точки первого перехода (T1), приводятся в Таблице 22, наряду с величинами, выведенными из кривых вида, показанного на рисунках 5-13, у которых температурная шкала эмпирическая. По существу, это сравнение теоретических и экспериментальных величин температурных шкал кривых удельной теплоты. Экспериментальные данные грешат некоторой неопределенностью, поскольку получены из графиков, на которых линейные отрезки кривых нарисованы на основе визуальной проверки. Большая точность может быть достигнута использованием более сложных техник, но, представляется, что затраченное время и усилие не оправдываются целями первого исследования темы. 

 

Таблица 22: Действующие коэффициенты вращения

Факторы

T1

Факторы

T1

 

Сжим.

Темп.

n

Общее

Выч.

Набл.

 

Сжим.

Темп.

Общее

Выч.

Набл.

Li

4-1-1

4-2-1

2

14

126

131

Y

4-2-1

4-3-1

8

72

71

4-1-1

2

12

108

110

Zr

4-8-1

4-4-1

9

81

84

Be

4-4-1

4-2-1

2

14

314

323

Mo

4-8-2

4-8-2

14

126

129

8

56

314

323

4-6-2

12

108

107

4-1-1

2

12

269

267

Ru

4-8-2

4-8-2

14

126

128

8

48

269

267

4-6-2

12

108

107

B

4-1-1

8

48

431

420

Rh

4-8-2

4-8-1

13

117

117

C-d

4-6-1

4-4-1

8

72

647

635

4-6-1

11

99

95

C-g

4-2-1

4-3-1

8

64

575

578

Pd

4-6-2

4-4-2

10

90

91

Na

4-1-1

4-1-1

6

54

52

4-4-1

9

81

78

Mg

4-4-1

4-1-1

2

12

108

109

Ag

4-4-2

4-3-1

8

72

72

3-1-1

2

10

90

91

Cd

4-4-1

2-2-1

5

45

46

Al

4-5-1

4-2-1

2

14

126

131

In

4-4-1

4-6-2

12

108

105

4-1-1

2

12

108

112

Sn

4-4-1

4-2-1

7

63

66

Si

4-4-1

4-6-2

2

24

216

220

4-1-1

6

54

57

P-r

4-6-2

2

24

216

207

Sb

4-4-1

4-3-1

8

72

68

P-w

4-2-1

7

63

66

Te

4-3-1

4-2-1

7

63

61

S

4-1-1

4-4-1

9

81

84

I

2-2-1

5

45

44

Cl

4-2-1

7

63

62

Xe

1-1-0

2

18

19

Ar

1-1-1

3

27

28

Cs

4-1-1

1-1-0

2

18

17

K

4-1-1

2-1-1

4

36

32

Ba

4-2-1

2-1-1

4

36

34

Ca

4-3-1

4-3-1

8

72

76

La

4-4-1

2-2-1

5

45

42

Sc

4-6-1

11

99

103

Pr

4-4-1

1-1-1

3

27

27

4-5-1

10

90

88

Nd

4-4-1

1-1-1

3

27

31

Ti

4-8-1

4-8-2

14

126

124

Sm

4-4-1

2-1-1

4

36

36

V

4-8-1

4-8-3

15

135

133

Eu

4-4-1

2-1-1

4

36

33

4-6-2

12

108

107

Gd

4-4-1

2-2-1

5

45

48

Cr

4-8-1

162

Tb

4-4-1

2-2-1

5

45

44

4-8-2

14

126

128

Dy

4-4-1

2-2-1

5

45

41

Mn

4-8-1

4-8-1

13

117

115

Ho

4-4-1

2-1-1

4

36

33

4-5-1

10

90

92

Er

4-4-1

1-1-1

3

27

28

Fe

4-8-1

4-8-4

16

144

142

Tm

4-4-1

1-1-1

3

27

29

4-6-2

12

108

108

Yb

4-2-1

2-1-1

4

36

37

Co

4-8-1

4-8-2

14

126

126

Hf

4-3-1

8

72

71

4-6-1

11

99

100

Ta

4-8-2

4-3-1

8

72

74

Ni

4-8-1

4-8-2

14

126

131

W

4-8-3

4-6-2

12

108

108

4-6-1

11

99

97

Re

4-4-2

10

90

93

Cu

4-6-1

4-6-2

12

108

108

4-4-1

9

81

78

Zn

4-4-1

4-3-1

8

72

73

Ir

4-8-3

4-6-1

11

99

98

Ga

2-1-1

4

36

36

4-5-1

10

90

88

Ge

4-4-1

4-8-1

13

117

119

Pt

4-8-2

4-3-1

8

72

76

As

4-4-1

4-6-2

12

108

106

Au

4-6-2

4-1-1

6

54

57

Se

4-1-1

4-3-1

8

72

75

Hg

2-1-1

4

36

32

Br

4-2-1

6

56

54

Tl

4-4-1

2-1-1

4

36

34

Kr

1-1-0

2

18

20

Pb

4-4-1

2-1-1

4

36

33

Rb

4-1-1

1-1-0

2

18

20

Bi

4-3-1

2-2-1

5

45

44

 

Коэффициенты сжимаемости, выведенные в главе 4, наряду с некоторыми величинами, заново установленными в других, но эквивалентных терминах, показаны в таблице для сравнения с соответствующими температурными коэффициентами. Было обнаружено, что главные определители величин сжимаемости, кроме влияния самого уровня давления (включая внутреннее давление), представляют собой величину и знак (положительный или отрицательный) смещения в электрическом измерении. Группа вращения, к которой принадлежит элемент (определенная магнитными смещениями), значима намного меньше. В ситуации с температурой доминирующим влиянием становится группа вращения. Элементы группы 3B (магнитные смещения 3-3), середина в порядке группы, обычно обладают температурными коэффициентами, близкими к величинам сжимаемости. У половины элементов группы 3B, включенных в таблицу, отклонение составляет не больше одной единицы. Но в любом направлении от центральной группы имеется систематическое отклонение от величин сжимаемости, вверх у более низких групп и вниз у более высоких групп. Каждый элемент выше номера 42, молибдена, включенный в таблицу, с одним исключением, обладает температурными коэффициентами либо равными, либо меньшими, чем соответствующие коэффициенты сжимаемости. Каждый элемент ниже молибдена, с тремя исключениями (два из которых являются щелочными металлами), обладает температурными коэффициентами, либо равными, либо большими, чем соответствующие коэффициенты сжимаемости.

Как отмечалось в главе 4, сжатие самых низких электроположительных элементов не принимает минимальных 1-1-1 коэффициентов их электроотрицательных дубликатов, но составляет а = 4 у всех элементов этого класса, исследованных Бриджменом. Причина такого различия в поведении еще неизвестна (хотя, бесспорно, связана с положительной природой смещения вращения этих элементов), но оно еще ярче выражено в температурных коэффициентах. За исключением щелочных металлов выше натрия, которые, как отмечалось выше, обладают температурными коэффициентами ниже величин сжимаемости, более низкие электроположительные элементы не только сохраняют минимум 6 единиц (4-1-1 или эквивалент), но и поднимают действующие величины температурных коэффициентов еще выше, опуская сегмент n = 1 кривой удельной теплоты, основанной на уравнении 5-6. Они сразу же переходят к n = 2, что увеличивает температурную шкалу на коэффициент 8. Соответствующие члены следующей более высокой группы, магний, алюминий и кремний, тоже имеют n = 2 с самого начала температурного движения, но здесь вторая единица одномерна, а не трехмерна. Бериллий объединяет два паттерна. Он обладает теми же температурными коэффициентами, что и литий, но множитель измерения составляет половину между множителями измерения лития и бора, двух соседних элементов.

Вариант одного измерения или трех измерения открыт, если осуществляется движение от одной единицы к двум, но ни при каких других условиях. Трехмерное движение одной единицы смещения незначимо, поскольку 13 = 1. После двух единиц вариантов не существует, поскольку в линейной последовательности не может быть больше двух единиц, по причинам, которые обсуждались в томе 1. Но движение двух единиц может быть либо одномерным, либо трехмерным. В точке перехода от одной единицы к двум движение может принимать измерения, наиболее подходящие к существующей ситуации. Одномерное увеличение величины n выливается в увеличение температурной шкалы с помощью коэффициента 2, а не 8. Щелочные металлы, которые отклоняются от обычного электроположительного поведения в ряде случаев за счет низкого электрического смещения, следуют тому же паттерну, что и элементы, перечисленные в предыдущем параграфе, но на шаг ниже, что указывается в нижеприведенном сравнении:

 

Группа

Щелочи

Другие положительные

1B

n = 2

n = 8

2A

4-x-x

n = 2

2B

1-1-x

4-x-x

 

Как мы обнаружили при исследовании удельной теплоты, электроотрицательные элементы ниже смещения 7 обладают половиной начального, отрицательного уровня удельной теплоты: 1/9 единицы вместо обычных 2/9 единицы. Следовало ожидать, что это выльется в итоговую удельную теплоту 8/9 единицы или 2 2/3 R в точке перехода вместо 7/9 единицы (2 1/3 R), которая существует, если начальный, отрицательный уровень равен 2/9 единицы.  Но из измеренных величин удельной теплоты ясно, что это не так. Точка первого перехода кривых удельной теплоты электроотрицательных элементов  - 2 1/3 R, как и у кривых с отрицательным, начальным уровнем 2/9 единицы (2/3R). Ограничение, мешающее существованию более отрицательного начального уровня удельной теплоты этих элементов, постепенно устраняется, поскольку температуры повышаются так, что в точке перехода действующий отрицательный компонент удельной теплоты составляет обычные 2/9 единицы.

Температурные коэффициенты более высоких инертных газов, криптона и ксенона, не обладающих вращением в электрическом измерении, составляют 1-0-0, а не 1-1-1, как при сжимаемости. Это особенность математики и не имеет физического значения. В обоих случаях значение символов таково, что действующая величина полностью определяется коэффициентами а и z. При умножении это требует величину единицы в положении y, и дополнение нуля требуется для той же цели. Но равенство сжимаемости 1-1-1 и температурных коэффициентов 1-1-0 не значит, что температурные 1-1-1 и 1-1-0 эквивалентны. Температурная комбинация 1-1-1 является минимумом для вещества с действующим смещением вращения во всех трех измерениях. Если температурные коэффициенты падают до 1-1-0, как указано для рубидия и цезия, в электрическом измерении нет действующего смещения, и температурное движение следует паттерну инертного газа. Такое поведение встречается редко, но не без прецедента в других свойствах. Например, в главе 1 мы обнаружили, что ряд элементов, включая галогены (элементы, соответствующие щелочам на противоположной стороне от инертных газов), обладает межатомными расстояниями в одном или двух измерениях, которые, похоже, основываются лишь на магнитном вращении.

  Поскольку эмпирическим величинам, приведенным в Таблице 22, присуща некая степень неопределенности, небольшое различие между ними и вычисленными величинами значения не имеет. Однако в некоторых случаях расхождение достаточно велико, чтобы быть значимым, поэтому потребуется дальнейшее изучение температурных отношений этих элементов. Лишь одна из экспериментальных величин, показанных в таблице применительно к хрому, слишком далека от любой теоретической температуры, и это невозможно объяснить на основе имеющейся теоретической информации.

Как указывалось в обсуждении общего паттерна кривых удельной теплоты в главе 5, у многих веществ наблюдается изменение в температурной шкале кривой в точке первого перехода (T1), в результате которого первый и второй сегменты кривой не пересекаются в конечной точке 2¹/3 R нижнего сегмента кривой обычным образом. Такое изменение в шкале возникает за счет перехода ко второму набору данных температурных коэффициентов у элементов, у которых это происходит. Имея информацию о коэффициентах, определяющих температурную шкалу, мы можем исследовать количественные аспекты изменений.

В качестве примера давайте рассмотрим кривую удельной теплоты молибдена, рисунок 9, которая, как уже отмечалось, также применима к рутению. Температурные коэффициенты, относящиеся к этим элементам при низких температурах, составляют 4-8-2, что идентично коэффициентам сжимаемости. Исходя из этих коэффициентов, точка первого перехода, удельная теплота 4,63, достигается при 126ºК. Соответствующие эмпирические температуры, определенные проверкой тенденции экспериментальных величин удельной теплоты, - это 129 для молибдена и 128 для рутения. Величины пребывают в области неопределенности техник, использующихся для оценки эмпирических величин. Если температурные коэффициенты остаются постоянными, что они и делают в “правильном” паттерне, которому следуют такие элементы как серебро (рисунок 5), то при температуре 126ºК  должен совершаться переход к n = 2, а удельная теплота этой точки следовала бы расширению линии от начального уровня 3,89 к 4,63. Но вместо продолжения на основе 4-8-2, в точке перехода температурные коэффициенты уменьшаются до 4-6-2. Они соответствуют температуре перехода 108ºК. Следовательно, при 126ºК удельная теплота молекулы подвергается изотермическому увеличению до расширения линии от начального уровня 3,89 до 4,63 при 108ºК и следует этой линии при более высоких температурах. Влияние изотермического увеличения удельной теплоты индивидуальных молекул, конечно, распространяется на температурную область вещества в применении к твердой совокупности посредством распределения молекулярных скоростей.

Температура последующих точек перехода и конечных точек разных сегментов кривых удельной теплоты может быть вычислена из температур точек первого перехода с помощью применения относительных величин, приведенных в главе 5 для надлежащих величин T1. Приблизительная согласованность между эмпирическими данными и более высокими точками перехода, вычисленными таким образом, выявлена, но углы, под которыми пересекаются верхние сегменты кривых, слишком малы, чтобы позволить любое близкое эмпирическое определение температуры пересечения. Лишь одна из конечных точек, имеющая какое-то реальное значение, является конечной точкой последнего сегмента кривой, применимой к рассматриваемому веществу. Это температурный предел твердых тел. Любое дальнейшее повышение теплоты инициирует переход к жидкому состоянию.

Ввиду того, что в конечной точке твердого состояния температурного предела достигает индивидуальная молекула, именно индивидуальная молекула совершает переход в жидкое состояние. Таким образом, физическое состояние – это свойство индивидуальной молекулы, а не совокупности, как считается в традиционной физической теории. Состояние совокупности – это просто отражение большинства ее составляющих. Именно осознание этого факта сорок лет назад, на ранних стадиях исследования, приведшее к предоставляемой сейчас информации, было главным шагом в прояснении физических основ, открывшим дверь к формулированию общей физической теории.

Долгое время жидкое состояние было загадкой для традиционной физики. Как говорил В. Ф. Вайскопф: “Жидкость – это крайне сложное явление, в котором молекулы, оставаясь вместе, движутся относительно друг друга. Отнюдь не очевидно, почему должен существовать такой странный объект”.11 Он продолжает размышлять, каков был бы результат, если бы физики знали основные принципы, на которых базируется атомная структура, как их рассматривает современная теория, но “ей никогда не предоставлялось случая увидеть структуры в природе”. Он сомневается, смогли бы теоретики когда-либо предсказать существование жидкостей.

С другой стороны, в теории Обратной Системы жидкое состояние – это необходимость, промежуточное состояние, которое обязательно должно существовать между твердым и газообразным состояниями. Если температурное движение молекулы достигает равенства с последовательностью вовнутрь естественной системы отсчета в одном измерении области вне единицы расстояния, сила сцепления в этом измерении исчезает. Тогда молекула свободна двигаться в этом измерении, но удерживается в фиксированном положении или фиксированном среднем положении в других измерениях все еще действующими силами сцепления. Температура, при которой достигается свобода в одном измерении, является точкой плавления совокупности, потому что любая дополнительная тепловая энергия, приложенная к совокупности, поглощается в виде изменения состояния дополнительных молекул до тех пор, пока оставшееся содержание твердых молекул не достигнет процента, который может обеспечиваться в жидкой совокупности.

Оставшиеся твердые молекулы постепенно превращаются в жидкое состояние при температуре выше точки плавления. Следовательно, жидкая совокупность в этой области содержит процент твердых молекул, а твердая совокупность в этой температурной области ниже точки плавления содержит процент жидких молекул. Процент “инородных” молекул оказывает значимое влияние на физические свойства материи в обеих температурных областях. Как мы увидим в последующем обсуждении жидкого состояния, это влияние можно точно оценить с помощью использования отношений вероятности для определения точных пропорций, в которых при каждой температуре молекулы существуют в двух состояниях.

В то время как конечная точка твердого состояния является температурой, при которой межмолекулярным силы достигают равновесия на уровне единицы, достижение этой конечной точки не означает автоматический переход в жидкое состояние. Это означает, что силы сцепления твердых тел больше не работают во всех трех измерениях и, следовательно, не мешают свободному движению в одном направлении пространства, что является отличительной характеристикой жидкого состояния. Здесь значимое положение в том, что жидкая молекула ограничена определенными конкретными температурами. Жидкая совокупность может иметь любую температуру в жидкой области, но только потому, что температура совокупности является средней температурой большого числа ограниченных индивидуальных величин.

То же ограничение до одного ограниченного набора величин относится к температуре твердой молекулы, но вблизи точки плавления твердая молекула находится на более высоком температурном уровне региона времени, где  пропорциональное изменение от одной возможной величины n единиц до следующих n+1 единиц невелико. С другой стороны, движение жидкого состояния происходит в области вне единицы пространства и эквивалентно движению газа в одном измерении, в котором тепловая энергия превышает предел жидкого состояния. Как мы видели в главе 5, температуры вблизи точки плавления очень низки на шкале, применяемой к внешней области, и пропорциональное изменение от n к n+1 велико. Следовательно, интервалы между возможными температурами жидких молекул достаточно велики, чтобы быть значимыми.

Из-за ограничения температур жидкости до конкретных величин температура, при которой молекула считается жидкой, не является температурой конечной точки твердого состояния, а большей величиной, включающей приращение, необходимое для повышения температуры конечной точки до следующего доступного жидкого уровня. Это делает невозможным вычисление точек плавления только на основе теории твердого состояния. Таким вычислениям придется подождать развития теории жидкости в следующем томе этой серии. Но приращение температуры выше конечной точки твердого состояния мало по сравнению с конечной точкой самой температуры, и конечная точка не намного ниже точки плавления. Поэтому несколько сравнений температур конечной точки и точки плавления послужат подтверждением теоретических выводов как отношение между этими двумя величинами.

В экспериментальных результатах при высоких температурах, достигающихся в точках плавления многих элементов, присутствует значительная степень неопределенности. Также существуют некоторые теоретические аспекты температурной ситуации вблизи точек плавления, которые еще не полностью исследованы. Примеры для обсуждения первичного подхода к теме выбраны из тех, где неопределенность сведена к минимуму. Сначала давайте рассмотрим элемент № 19 – калий. Этот элемент обладает кривой удельной теплоты, определенной обозначением n = 3 на рисунке 4. Его температурные коэффициенты 2-1-1, он поддерживает те же коэффициенты во всей твердой области. Как указывалось в главе 5, температура конечной точки этого типа кривой составляет 9,32 температуры точки первого перехода. Это приводит к температуре конечной точки 336ºК. Измеренная точка плавления 337ºК. В данном случае конечная точка твердости и точка плавления совпадают с пределами точности исследования.

Хлор, элемент лишь на два шага ниже в атомных сериях, чем калий, но являющийся членом следующей более низкой группы, обладает кривой удельной теплоты низшего типа, с n = 2. Температура конечной точки этой кривой составляет 4,56 на относительной шкале, где первая точка перехода равна единице. Температурные коэффициенты, определяющие точку перехода и применимые к первому сегменту кривой, составляют 4-2-1. Но если эти коэффициенты применить к конечной точке, они ведут к невозможно высокой температуре. Отсюда ясно, что коэффициенты, применяющиеся ко второму сегменту кривой, ниже, чем у первого сегмента, наряду с ранее отмеченной тенденцией уменьшения температурных коэффициентов с увеличением температуры. В данном случае указанные коэффициенты, применимые к конечной точке, являются комбинацией, обнаруженной у калия. Они соответствуют температуре конечной точки 164ºК, ниже точки плавления при 170ºК, как и требует теория.

Далее мы рассматриваем две кривые типа n = 4, конечная точка которых находится при относительной температуре 17,87. На основе температурных коэффициентов 4-6-1 абсолютная температура конечной точки составляет 1765ºК, что соответствует точкам плавления кобальта (1768) и железа (1808). Здесь тоже указанные коэффициенты в конечной точке ниже, чем у первого сегмента кривой удельной теплоты, но в данном случае имеется независимое свидетельство уменьшения. Кобальт, обладающий коэффициентами 4-8-2 в первом сегменте, уже падает до 4-6-1 в точке второго перехода, в то время как железо, начальные коэффициенты которого тоже составляют 4-8-2, достигло в этой точке 4-6-2, с двумя дополнительными сегментами кривой, у которой сделано дополнительное уменьшение.

Соединения элементов группы 1В или имеющие значительное содержание таких элементов следуют тем или иным паттернам Вида 1, проиллюстрированным примерами элементов. Углеводороды и другие соединения более низкой группы элементов обладают кривыми удельной теплоты типа 2 (рисунок 3), конечная точка находится на относительной температуре 1,80. В качестве примера этого класса мы можем взять этилен. Температурные коэффициенты соединений более низких групп ограничены до 1-1-1, 2-1-1 и комбинированной величиной 1¹/2-1-1. Однако как мы обнаружили в томе 1, две группы атомов, из которых состоит этилен и подобные соединения, находятся внутри единицы расстояния региона времени. Поэтому при температурном обмене они работают совместно, а не независимо в виде двух неорганических радикалов, как у NH4NO3. Каждая группа вносит свой вклад в температурные коэффициенты молекулы, и величина, применимая к молекуле в целом, является суммой двух компонентов. Этилен пользуется комбинациями 1-1-1 и 1¹/2-1-1. Такая разница между двумя половинами органической молекулы довольно обычна, и, несомненно, отражает отсутствие симметрии между положительными и отрицательными компонентами, что являлось предметом обсуждения в исследовании органической структуры. Комбинированные коэффициенты в сумме составляют 6½ единиц. Это соответствует точке перехода при 58ºК, что согласуется с эмпирической кривой, а конечная точка при 104ºК совпадает с наблюдаемой точкой плавления.

Совместное действие двух концов органической молекулы, в сочетании с температурными коэффициентами при определении температуры, обеспечивается тогда, когда между двумя конечными группами вводятся дополнительные, структурные единицы.  Как говорилось в главе 6, такое расширение структуры органического типа в цепи или кольце также приводит к активации дополнительных температурных движений независимой природы внутри молекул. Общая природа внутреннего движения объяснялась в предыдущем обсуждении. Те же соображения относятся к температуре точки перехода, за исключением того, что внутреннее движение не зависит от молекулярного движения, как в векторном, так и в скалярном направлении. Следовательно, оно распределяется трехмерно, и часть направления молекулярного движения составляет 1/8, а не ½. Каждая единица внутреннего движения прибавляет к температуре точки перехода 1/8 от 8,98º или 1,12ºК. При наличии этой информации сейчас мы можем вычислить температуры, соответствующие удельной теплоте парафиновых углеводородов Таблицы 21. Эти величины приведены в Таблице 23.

 

Таблица 23: Температуры важных точек – парафиновые углеводороды

Температурные коэффициенты

 

Точка перехода

Общее

Конечная точка

Общее

 

Пропан

1-1-1

1-1-1

6

1-1-1

1-1-0

5

Бутан

1-1-1

1-1-¹/2

5¹/2

2-1-1

1¹/2-1-1

7¹/2

Пентан

1¹/2-1-1

1¹/2-1-1

7

2-1-1

2-1-1

8

Гексан и выше

2-1-1

1¹/2-1-1

7¹/2

2-1-1

2-1-1

8

Температуры

Внутр. единицы

Т1

Коэфф. конечн. точки

Конечная

точка

Точка плавления

Внутренние

Общие

             

 

Пропан

0

54

0

5

81

85

Бутан

0

50

1

8¹/2

137

138

Пентан

2

65

1

9

145

143

Гексан

3

71

3

11

178

179

Гептан

4

72

3

11

178

182

Октан

5

73

5

13

210

216

Нонан

6

74

5

13

210

220

Декан

7

75

7

15

242

243

Ундекан

8

76

7

15

242

247

Додекан

9

77

8

16

259

263

Тридекан

10

79

8

16

259

268

Тетрадекан

11

80

9

17

275

279

Пентадекан

12

81

9

17

275

283

Гексадекан

13

82

10

18

291

291

 

Первый раздел таблицы прослеживает постепенное увеличение температурных коэффициентов, когда молекула совершает переход от простой комбинации двух структурных групп, со свойствами, подобными свойствам неорганических бинарных соединений, за исключением температурного действия за счет короткого межатомного расстояния, к длинной цепной органической структуре.

В этой области увеличение коэффициентов следует нормальному курсу, за исключением бутана. Если экспериментальные величины удельной теплоты этого соединения точны, коэффициенты точки перехода падают с 6 до 5 1/2 у пропана, в то время, как ожидалось, они должны были возрастать до 6 1/2. Причины этой аномалии неизвестны. У соединения C6, гексана, переход к статусу длинной цепи завершен, и температурные коэффициенты более высоких соединений, таких как гексадекан (C16), предел нынешнего изучения, те же, что у гексана.

Во втором разделе таблицы температуры точки перехода вычислены на основе 8,98ºК на молекулярный температурный коэффициент, что показано в верхней секции таблицы, плюс 1,12º на действующую единицу внутреннего движения. Число внутренних движений, показанных в колонке 1 для каждого соединения, взято из Таблицы 21.

Колонки 3 и 4 являются величинами, введенными в вычисление конечной точки твердого состояния, - колонки 5. Как указывает таблица, некоторые внутренние движения, существующие в молекуле при температуре перехода, неактивны в конечной точке. Однако компоненты активного внутреннего движения температурно равны молекулярным движениям в этой точке, а не лишь 1/8 молекулярной величины при T1. Это результат общего принципа: В случае существования альтернатив состояние наименьшей энергии обладает преимуществом (в низкоэнергетическом окружении). Ниже точки перехода, внутренние температурные движения обязательно одномерны. Выше T1 они свободны принимать либо одномерный, либо трехмерный статус. Энергия при любой данной температуре выше T1, меньше на трехмерной основе. Следовательно, переход происходит так скоро, как только возможно при T1. В точке плавления потребность в энергии больше после перехода в жидкое состояние. Соответственно, переход не происходит прежде, чем должен происходить, поскольку отсутствует альтернатива. Возвращение к одномерному внутреннему температурному движению является доступной альтернативой, которая будет задерживать переход. Поэтому это движение постепенно возвращается к одномерному статусу, уменьшая потребность в энергии. Конечная точка твердого состояния не достигается до тех пор, пока все действующие температурные коэффициенты находятся на температурном уровне 8,98. Тогда температура конечной точки колонки 5 составляет 8,98 x 1,80 = 16,164 от общего числа температурных коэффициентов, показанных в колонке 4.

Все вычисленные точки перехода согласуются с эмпирическими кривыми внутри области неопределенности в положении этих кривых. Как можно видеть при сравнении вычисленных конечных точек твердого состояния с точками плавления, приведенными в последней колонке, величины конечной точки тоже лежат в области отклонения, теоретически объяснимой на основе отдельных величин температур жидкости. Возможно, имеется какая-то “тонкая структура”, вовлеченная в температурные отношения твердой материи, которая оказалась неохваченной в первом систематическом теоретическом изучении темы. Кроме такой возможности из контекста этой и двух предыдущих глав должно быть ясно, что теория, выведенная посредством развития следствий постулатов Обратной Теории, является корректным представлением общих аспектов температурного поведения материи. 


 

8 Heisenberg, Werner, Physics and Philosophy, Harper & Bros., New York, 1958, p. 189.

9 Heisenberg, Werner, Philosophic Problems of Nuclear Science, Pantheon Books, New York, 1952, p. 55.

10 Bridgman, p. W., Reflections of a Physicist, Philosophical Library, New York, 1955, p. 186. 

11 Weisskopf, V. F., American Scientist, July-Aug., 1977.



Эзотерические консультации он-лайн

Комментарии: (0)   Оценка:
Пока комментариев нет

Все права защищены (с) divinecosmos.e-puzzle.ru

Сайт Дэвида Уилкока

Яндекс.Метрика



Powered by Seditio