اللمبة تحترق ضد قوانين الفيزياء

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

تبدو لنا مبادئ تشغيل المصابيح الكهربائية شديدة الوضوح والواضحة بحيث لا يفكر أحد تقريبًا في آليات عملهم. ومع ذلك ، تخفي هذه الظاهرة لغزًا كبيرًا لم يتم حله بالكامل بعد.

أولاً ، مقدمة حول كيفية ظهور هذه المقالة.

منذ حوالي خمس سنوات ، قمت بالتسجيل في منتدى طلابي ونشرت مقالًا هناك حول الأخطاء التي يرتكبها علمنا الأكاديمي في تفسير العديد من الأحكام الأساسية ، وكيف يتم تصحيح هذه الأخطاء عن طريق العلوم البديلة ، وكيف يحارب العلم الأكاديمي ضد البديل ، ويلصق علامة إليه "العلم الزائف" واتهامه بكل الذنوب المميتة. علقت مقالي في المجال العام لمدة 10 دقائق ، وبعد ذلك ألقيت في الحوض. تم إرسالي على الفور إلى حظر إلى أجل غير مسمى ومنعي من الحضور معهم. بعد أيام قليلة قررت التسجيل في مواقع طلابية أخرى للمحاولة مرة أخرى بنشر هذا المقال. لكن اتضح أنني كنت بالفعل على القائمة السوداء في جميع هذه المواقع وتم رفض تسجيلي. بقدر ما أفهم ، هناك تبادل للمعلومات حول الأشخاص غير المرغوب فيهم بين منتديات الطلاب ، ويعني إدراجك في القائمة السوداء على موقع واحد رحلة تلقائية من جميع المواقع الأخرى.

ثم قررت أن أذهب إلى مجلة Kvant المتخصصة في مقالات العلوم الشعبية لأطفال المدارس وطلاب الجامعات. ولكن نظرًا لأن هذه المجلة لا تزال في الممارسة العملية أكثر توجهاً نحو جمهور المدرسة ، فقد كان لابد من تبسيط المقالة إلى حد كبير. لقد تخلصت من كل شيء عن العلم الزائف من هناك وتركت فقط وصفًا لظاهرة فيزيائية واحدة وأعطيتها تفسيرًا جديدًا. أي أن المقال تحول من صحفي تقني إلى مقال تقني بحت. لكنني لم أنتظر أي رد من مكتب التحرير على طلبي. وقبل ذلك ، كانت الإجابة من مكاتب تحرير المجلات تصلني دائمًا ، حتى لو رفضت هيئة التحرير مقالي. من هذا خلصت إلى أنني في مكتب التحرير أيضًا مدرج في القائمة السوداء. لذا فإن مقالتي لم ترى النور قط.

لقد مرت خمس سنوات. قررت الاتصال بمكتب تحرير Kvant مرة أخرى. لكن بعد خمس سنوات ، لم يكن هناك استجابة لطلبي. هذا يعني أنني ما زلت على قائمتهم السوداء. لذلك ، قررت عدم القتال مع طواحين الهواء بعد الآن ، ونشر مقال هنا على الموقع. بالطبع ، من المؤسف أن الغالبية العظمى من أطفال المدارس لن يروه. لكن هنا لا يمكنني فعل أي شيء. إذن ، ها هي المقالة نفسها….

لماذا الضوء مضاء؟

ربما ، لا توجد مثل هذه التسوية على كوكبنا حيث لن تكون هناك مصابيح كهربائية. الكبيرة والصغيرة ، الفلورسنت والهالوجين ، لمصابيح الجيب والمصابيح الكاشفة العسكرية القوية - لقد أصبحت راسخة في حياتنا لدرجة أنها أصبحت مألوفة مثل الهواء الذي نتنفسه. تبدو لنا مبادئ تشغيل المصابيح الكهربائية شديدة الوضوح والواضحة بحيث لا يفكر أحد تقريبًا في آليات عملهم. ومع ذلك ، تخفي هذه الظاهرة لغزًا كبيرًا لم يتم حله بالكامل بعد. دعنا نحاول حلها بأنفسنا.

دعونا نحصل على حوض به أنبوبان ، يتدفق أحدهما الماء إلى البركة ، ومن خلال الآخر يتدفق منه. لنفترض أن 10 كيلوغرامات من الماء تدخل البركة كل ثانية ، وفي البركة نفسها ، يتم تحويل 2 من هذه الكيلوجرامات العشرة بطريقة سحرية إلى إشعاع كهرومغناطيسي ويتم التخلص منها. سؤال: ما هي كمية المياه التي ستخرج من المسبح عبر أنبوب آخر؟ من المحتمل أن يجيب حتى طالب الصف الأول أن الأمر سيستغرق 8 كيلوغرامات من الماء في الثانية.

دعنا نغير المثال قليلا.يجب ألا يكون هناك أسلاك كهربائية بدلاً من الأنابيب ، ومصباح كهربائي بدلاً من حوض السباحة. ضع في اعتبارك الوضع مرة أخرى. يحتوي سلك واحد في مصباح كهربائي ، على سبيل المثال ، على مليون إلكترون في الثانية. إذا افترضنا أن جزءًا من هذا المليون قد تم تحويله إلى إشعاع ضوئي وانبعاث من المصباح إلى الفضاء المحيط ، فإن عددًا أقل من الإلكترونات سيترك المصباح عبر السلك الآخر. ماذا ستظهر القياسات؟ سيظهرون أن التيار الكهربائي في الدائرة لا يتغير. التيار هو تدفق الإلكترونات. وإذا كان التيار الكهربائي هو نفسه في كلا السلكين ، فهذا يعني أن عدد الإلكترونات التي تغادر المصباح يساوي عدد الإلكترونات التي تدخل المصباح. والإشعاع الضوئي هو نوع من المادة لا يمكن أن يأتي من فراغ كامل ، ولكن يمكن أن يأتي فقط من نوع آخر. وإذا ، في هذه الحالة ، لا يمكن أن يظهر الإشعاع الضوئي من الإلكترونات ، فمن أين تأتي المادة على شكل إشعاع ضوئي؟

تتعارض ظاهرة توهج المصباح الكهربائي أيضًا مع أحد القوانين المهمة جدًا لفيزياء الجسيمات الأولية - قانون حفظ ما يسمى شحنة ليبتون. وفقًا لهذا القانون ، يمكن للإلكترون أن يختفي مع انبعاث كمية جاما فقط في تفاعل الفناء مع الجسيم المضاد ، البوزيترون. ولكن في المصباح الكهربائي لا يمكن أن توجد البوزيترونات كناقلات للمادة المضادة. ثم نحصل على موقف كارثي حرفيًا: جميع الإلكترونات التي تدخل المصباح عبر سلك واحد تترك المصباح عبر سلك آخر دون أي تفاعلات فناء ، ولكن في نفس الوقت تظهر مادة جديدة في المصباح نفسه على شكل إشعاع ضوئي.

وهنا تأثير مثير آخر مرتبط بالأسلاك والمصابيح. منذ عدة سنوات ، أجرى الفيزيائي الشهير نيكولا تيسلا تجربة غامضة حول نقل الطاقة عبر سلك واحد ، والتي كررها في عصرنا الفيزيائي الروسي أفرامينكو. كان جوهر التجربة على النحو التالي. نأخذ المحولات الأكثر شيوعًا ونوصلها بالملف الأساسي بمولد كهربائي أو شبكة. يتدلى أحد طرفي سلك اللف الثانوي في الهواء ، ونقوم بسحب الطرف الآخر إلى الغرفة المجاورة وهناك نقوم بتوصيله بجسر من أربعة صمامات ثنائية بمصباح كهربائي في المنتصف. نطبق الجهد على المحول ويضيء الضوء. لكن بعد كل شيء ، يمتد إليها سلك واحد فقط ، وهناك حاجة إلى سلكين حتى تعمل الدائرة الكهربائية. في الوقت نفسه ، وفقًا للعلماء الذين يحققون في هذه الظاهرة ، فإن السلك المتجه إلى المصباح الكهربائي لا يسخن على الإطلاق. لا يصبح الجو حارًا لدرجة أنه يمكن استخدام أي معدن ذي مقاومة عالية جدًا بدلاً من النحاس أو الألومنيوم ، وسيظل باردًا. علاوة على ذلك ، من الممكن تقليل سمك السلك إلى سمك شعرة الإنسان ، وسيظل التثبيت يعمل دون مشاكل ودون توليد حرارة في السلك. حتى الآن ، لم يتمكن أحد من تفسير ظاهرة انتقال الطاقة عبر سلك واحد دون أي خسائر. والآن سأحاول تقديم تفسيري لهذه الظاهرة.

يوجد مثل هذا المفهوم في الفيزياء - الفراغ المادي. لا ينبغي الخلط بينه وبين الفراغ الفني. الفراغ الفني مرادف للفراغ. عندما نزيل جميع جزيئات الهواء من الوعاء ، فإننا نخلق فراغًا تقنيًا. الفراغ المادي مختلف تمامًا ، إنه نوع من التناظرية للمادة أو البيئة الشاملة. جميع العلماء العاملين في هذا المجال لا يشككون في وجود فراغ مادي ، لأن تؤكد واقعه العديد من الحقائق والظواهر المعروفة. يجادلون حول وجود الطاقة فيه. شخص ما يتحدث عن كمية صغيرة للغاية من الطاقة ، والبعض الآخر يميل إلى التفكير في كمية هائلة للغاية من الطاقة. من المستحيل إعطاء تعريف دقيق للفراغ المادي. لكن يمكنك إعطاء تعريف تقريبي من خلال خصائصه.على سبيل المثال ، هذا: الفراغ المادي هو وسيط خاص واسع الانتشار يشكل فضاء الكون ، ويولد المادة والوقت ، ويشارك في العديد من العمليات ، ولديه طاقة هائلة ، ولكنه غير مرئي لنا بسبب نقص ما هو ضروري. أعضاء الإحساس وبالتالي يبدو لنا الفراغ. يجب التأكيد بشكل خاص: الفراغ المادي ليس فراغًا ، يبدو أنه فراغ فقط. وإذا اتخذت هذا الموقف ، فيمكن حل الكثير من الألغاز بسهولة. على سبيل المثال ، لغز القصور الذاتي.

ما هو القصور الذاتي لا يزال غير واضح. علاوة على ذلك ، فإن ظاهرة القصور الذاتي تتعارض مع القانون الثالث للميكانيكا: الفعل يساوي رد الفعل. لهذا السبب ، تحاول قوى القصور الذاتي أحيانًا أن تُعلن أنها وهمية وخيالية. لكن إذا وقعنا تحت تأثير قوى القصور الذاتي في حافلة مكابح بشدة وتعرضنا لصدمة على جبهتنا ، فما مدى الوهم والخداع الذي سيكون عليه هذا النتوء؟ في الواقع ، ينشأ القصور الذاتي كرد فعل للفراغ المادي على حركتنا.

عندما نجلس في السيارة ونضغط على الغاز ، نبدأ في التحرك بشكل غير متساو (متسارع) وبهذه الحركة في مجال الجاذبية لجسمنا نقوم بتشويه بنية الفراغ المادي الذي يحيط بنا ، مما يمنحه بعض الطاقة. ويتفاعل الفراغ مع هذا من خلال خلق قوى القصور الذاتي التي تسحبنا للخلف لتتركنا في حالة راحة وبالتالي تقضي على التشوه الناتج عنها. للتغلب على قوى القصور الذاتي ، هناك حاجة إلى الكثير من الطاقة ، مما يترجم إلى ارتفاع استهلاك الوقود من أجل التسريع. لا تؤثر الحركة المنتظمة الإضافية على الفراغ المادي بأي شكل من الأشكال ، وبالتالي فهي لا تخلق قوى بالقصور الذاتي ، وبالتالي ، يكون استهلاك الوقود للحركة المنتظمة أقل. وعندما نبدأ في التباطؤ ، نتحرك مرة أخرى بشكل غير متساو (أبطأ) ونشوه الفراغ المادي مرة أخرى بحركته غير المتكافئة ، ويتفاعل مع هذا مرة أخرى عن طريق خلق قوى قصور ذاتي تدفعنا للأمام لتتركنا في حالة حركة مستقيمة منتظمة عندما لا يكون هناك تشوه فراغ. لكننا الآن لم نعد ننقل الطاقة إلى الفراغ ، لكنها تمنحنا إياها ، وتنطلق هذه الطاقة على شكل حرارة في تيل فرامل السيارة.

إن مثل هذه الحركة المتسارعة والمنتظمة والمتباطئة للسيارة ليست أكثر من دورة واحدة من الحركة التذبذبية ذات التردد المنخفض والسعة الهائلة. في مرحلة التسارع ، يتم إدخال الطاقة في الفراغ ، وفي مرحلة التباطؤ ، يتخلى الفراغ عن الطاقة. والشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن الفراغ يمكن أن يبعث طاقة أكثر مما تلقاه من قبل ، لأن هو نفسه يمتلك إمدادًا هائلاً من الطاقة. في هذه الحالة ، لا يحدث أي انتهاك لقانون الحفاظ على الطاقة: مقدار الطاقة التي سيمنحنا إياها الفراغ ، بالضبط نفس كمية الطاقة التي سنحصل عليها منه. ولكن نظرًا لحقيقة أن الفراغ المادي يبدو لنا أنه فراغ ، فسوف يبدو لنا أن الطاقة تنشأ من العدم. ومثل هذه الحقائق الخاصة بانتهاك واضح لقانون حفظ الطاقة ، عندما تظهر الطاقة حرفيًا من الفراغ ، كانت معروفة منذ فترة طويلة في الفيزياء (على سبيل المثال ، في أي صدى ، يتم إطلاق مثل هذه الطاقة الضخمة بحيث يمكن لجسم رنين أن ينهار).

الحركة المحيطية هي أيضًا نوع من الحركة غير المتكافئة ، حتى عند السرعة الثابتة ، لأن في هذه الحالة يتغير موضع متجه السرعة في الفضاء. وبالتالي ، فإن مثل هذه الحركة تشوه الفراغ المادي المحيط ، والذي يتفاعل مع هذا من خلال خلق قوى مقاومة على شكل قوى طرد مركزي: يتم توجيهها دائمًا بطريقة تجعل مسار الحركة مستقيماً عندما لا يكون هناك فراغ تشوه. وللتغلب على قوى الطرد المركزي (أو للحفاظ على الفراغ الناتج عن الدوران) ، عليك أن تنفق الطاقة ، والتي تذهب إلى الفراغ نفسه.

الآن يمكننا العودة إلى ظاهرة توهج المصباح الكهربائي. لتشغيلها ، يجب أن يكون هناك مولد كهربائي في الدائرة (حتى لو كانت هناك بطارية ، كانت لا تزال مشحونة مرة واحدة من المولد).يؤدي دوران الدوار للمولد الكهربائي إلى تشويه هيكل الفراغ المادي المجاور ، وتنشأ قوى الطرد المركزي في الدوار ، وتترك الطاقة اللازمة للتغلب على هذه القوى التوربين الأساسي أو أي مصدر آخر للدوران في الفراغ المادي. أما بالنسبة لحركة الإلكترونات في الدائرة الكهربائية ، فإن هذه الحركة تحدث تحت تأثير قوى الطرد المركزي الناتجة عن الفراغ في الدوار الدوار. عندما تدخل الإلكترونات في خيوط المصباح الكهربائي ، فإنها تقصف بشدة أيونات الشبكة البلورية ، وتبدأ في الاهتزاز بحدة. في سياق هذه الاهتزازات ، تتشوه بنية الفراغ الفيزيائي مرة أخرى ، ويتفاعل الفراغ مع هذا عن طريق إصدار كمات ضوئية. نظرًا لأن الفراغ نفسه هو نوع من المادة ، فإن التناقض الملحوظ سابقًا لظهور المادة من أي مكان يتم إزالته: أحد أشكال المادة (الإشعاع الضوئي) ينشأ من نوع آخر من نوعه (الفراغ المادي). لا تختفي الإلكترونات نفسها في مثل هذه العملية ولا تتحول إلى شيء آخر. لذلك ، كم عدد الإلكترونات التي تدخل المصباح الكهربائي عبر سلك واحد ، ستخرج نفس الكمية بالضبط من خلال الآخر. وبطبيعة الحال ، فإن طاقة الكوانتا تؤخذ أيضًا من الفراغ المادي ، وليس من الإلكترونات التي تدخل الشعيرة. لا تتغير طاقة التيار الكهربائي في الدائرة نفسها وتظل ثابتة.

وبالتالي ، من أجل تألق المصباح ، ليست هناك حاجة إلى الإلكترونات نفسها ، ولكن الاهتزازات الحادة لأيونات الشبكة البلورية للمعدن. الإلكترونات هي مجرد أداة تجعل الأيونات تهتز. لكن الأداة يمكن استبدالها. وفي التجربة بسلك واحد ، هذا بالضبط ما يحدث. في تجربة نيكولا تيسلا الشهيرة حول نقل الطاقة عبر سلك واحد ، كانت هذه الأداة عبارة عن المجال الكهربائي الداخلي المتناوب للسلك ، والذي يغير قوته باستمرار ويجعل الأيونات تهتز. لذلك ، فإن عبارة "نقل الطاقة عبر سلك واحد" في هذه الحالة ليست ناجحة ، بل خاطئة. لم تنتقل أي طاقة عبر السلك ، فقد تم إطلاق الطاقة في المصباح نفسه من الفراغ المادي المحيط. لهذا السبب ، لم يتم تسخين السلك نفسه: من المستحيل تسخين جسم ما إذا لم يتم توفير الطاقة له.

ونتيجة لذلك ، يلوح في الأفق احتمال مغر بحدوث انخفاض حاد في تكلفة بناء خطوط الكهرباء. أولاً ، يمكنك الحصول على سلك واحد بدلاً من سلكين ، مما يقلل على الفور من تكاليف رأس المال. ثانيًا ، بدلاً من النحاس باهظ الثمن نسبيًا ، يمكنك استخدام أي من أرخص المعادن ، حتى الحديد الصدئ. ثالثًا ، يمكنك تقليل السلك نفسه إلى سمك شعرة الإنسان ، وترك قوة السلك دون تغيير أو حتى زيادتها عن طريق إحاطة السلك بغلاف بلاستيكي متين ورخيص (بالمناسبة ، سيحمي هذا السلك أيضًا من هطول الأمطار في الغلاف الجوي). رابعًا ، نظرًا لانخفاض الوزن الإجمالي للسلك ، فمن الممكن زيادة المسافة بين الدعامات وبالتالي تقليل عدد الدعامات للخط بأكمله. هل من الواقعي القيام بذلك؟ بالطبع هذا حقيقي. ستكون هناك إرادة سياسية لقيادة بلدنا ، ولن يخذلك العلماء.