Со школьной скамьи мы знаем, что постоянный магнит разделен на равные половины. Линии поля можно сделать видимыми с помощью железных опилок и листа картона, или же масла с взвешенными в нем ферромагнитными пылинками. То же самое, с другим материалом, проделывается по отношению к статическому электрическому полю.
Делятся ли обычные, не магнитные, и не наэлектризованные предметы на сколько то частей внутри себя? И, если это так, какой метод можно использовать для наглядного определения разделения?
Постановка темы выводится из задачи, решение которой автор, сколько бы ни листал учебники физики, так и не получил. Согласно принципу Паули в пределах квантовой системы, в данном квантовом состоянии, вправе находиться единственный фермион. Состояние другой такой микрочастицы должно отличаться хотя бы одним квантовым числом. Фермионы суть атомы таблицы Менделеева. При определенном состоянии, свойствами бозона, своего рода антипода грузной материи, обладает гелий. Бозоны — частицы с целочисленным спином, как то кванты света, фотоны, накапливанию которых в участке пространства ничто не препятствует.
Что же такое «квантовая система», насколько она может быть велика? Какие физические силы расталкивают одинаковые микрочастицы? И, можно ли получить наглядное изображения действия, так скажем Паули-полей?
Ответ на первый вопрос учебники формулируют туманно. «Это атом». Насколько большой атом? «И молекула». Молекула тоже может быть гигантской, десятки миллиардов атомов, вспомним хотя бы ДНК. Она тоже — «квантовая система»? Являются ли оной пляшущая в луче света пылинка, маковое зернышко, строительный кирпич или даже мы сами?
Ответа нет.
Поэтому мы переходим к эксперименту. Характерные размеры используемой емкости — 10 на 18 см., высота 5 см. Материал — пластик, алюминий, нержавеющая сталь. Проявляющий неведомое поле раствор — взвесь тончайших металлических опилок в сахарном сиропе. Именно он является посредником между микромиром и зримой реальностью. Проявитель не обязательно должен обладать ферромагнитными свойствами. Вполне подходят взвешенная в воде кварцевая пыль или даже акварельная краска.
Раствор плюс емкость — ничто иное как пресловутая «квантовая система». Кто сказал, что она не может иметь макроскопические размеры? Взвешенные в растворе, сколько то изолированные друг от друга пылинки, имеют свой собственный спектр. И в пылинке А, и в подобном кластере В есть набор микрочастиц, имеющих одинаковые квантовые числа. Согласно принципу Паули, как мы его вправе понимать, пылинки должны разойтись на максимально возможное в данных условиях расстояние. Вектор их диффузии направлен в те области емкости, где кластеры изменят свой спектр так, чтобы не быть похожими на соседей.
Что это означает практически? Подогреваем «проявитель» до 80 С и заливаем прямоугольную емкость. Закрываем керамической плиткой. Ждем два часа, когда пылинки улягутся на дно. Смотрим. Как видно на фотографии выше, на дно емкости оседает некое подобие британского флага. Форма делится пополам вдоль и поперек и еще на четыре симметричные части по диагоналям. Это и есть стиль деления предмета нашими линиями Ферми. Симметричные части дна покрываются кластерами, сколько то отличающимися квантовыми числами. Если уместен такой пример, так на одной орбитали атома удерживаются электроны с антипараллельными спинами.
Но, вдруг за поведение танцующих в сиропе пылинок ответственны не таинственные Паули-поля, а банальные тепловые потоки? С начала прошлого века известны «ячейки Бенара» — похожие на соты шестиугольные структуры, возникающие в слое подогреваемого масла. То, что наблюдается в емкостях с проявителем, вовсе не похоже на конвективные потоки. Бюретка может иметь размеры 40 на 30 см. и более. Линии «флага» строго прямые. Конвективное круговое движение отсутствует. Взвесь «проявителя» без лишних движений занимает положенные участки. Тепло, как энергия, обеспечивающая направленную диффузию важно. Но, оно лишь помогает проявить действие поля. Так же, как постукивание по листу картона вынуждает опилки выстраиваться вдоль магнитных линий.
Возьмем емкости 10 на 18 см, и соединим их сторонами (фотография). Зальем «проявителем» и оставим остывать под листом стекла. Что произойдет? Вариант 1. В каждой из емкостей вырастет собственный «флаг». Такой результат допускает мысль, что картина вызывается колебаниями жидкости, ее отражением от стенок, фокусом волн. Вариант 2. Создастся единая картина распределения частиц взвеси. Это означает, что стенка не препятствует взаимодействию. Тогда внутренние волны и конвективные потоки не при чем. Правильный ответ — 2. Совмещенные бюретки — единый объект с общей картиной Ферми-линий.
Посмотрим теперь, как линии Ферми (или уж Паули, терминология ведь еще не определена) делят какие-либо объекты по вертикали. Теперь наш инструмент исследований — бюретка высокая и узкая. Заливаем в нее горячий «проявитель», закрываем, наблюдаем. От дна до поверхности вытягиваются линии. Как видно по движению фрагментов, образования никак не связаны с конвекцией. Собственно и самой конвекции нет — лишь медленное равномерное движение частиц ко дну. Основная, четкая линия делит емкость пополам. Из-за обилия тонких нитей (на фотографии практически неразличимых) определить точное разграничение светлых и темных участков сложно. Бюретка делится на три равные части — светлую в центре (ее пересекает основная линия) и темные. Это и есть наш британский флаг в вертикальном срезе
Поставим опыт с пластиковой трубкой, внутренним диаметром 1, 2 см., длиной 120 см. Проявится ли действие поля на значительном расстоянии? Заполняем трубку «проявителем», закрываем отверстия, разогреваем на водяной бане до 90 С, разворачиваем и наблюдаем… И в этом случае трубка, она же длинная узкая бюретка делится на три основных части. Центральная линия не просматривается. Темные и светлая области примерно равны. Неведомая сила, которую мы назвали Паули-полем расталкивает взвесь к противоположным концам трубы. Представлен рисунок и фотография края трубки (фотография выше). Как видно, и здесь взвесь разделяется на участки. Паули-поле разделяет симметричный объект на подобные части.
Самопроизвольное разделение взвеси в прямоугольной пластиковой емкости, длиной 45 см, шириной 6 см.
Известен ли уже какой либо другой, хорошо опробованный физический метод выявления взаимно подобных зон объекта?
Да. Это способ получения фигур Хладни. Некую упругую пластину заставляют вибрировать, например, как в простейшем случае - проводя по ней смычком. И тогда расположенный на поверхности песок распределяется по узлам наименьшей интенсивности волн. Эти линии делят объект произвольной формы на зоны собственной симметрии. В общем, это то, что нам и нужно.
Справа — изображение, полученное осаждением взвеси на дно чашки Петри, справа — фигура Хладни. Схожесть структур очевидна
Опыты с вибрирующей капелькой воды и краской-маркером (эксперименты Х. Йенни). Такое внутреннее разделение объекта (капли) поразительно напоминает строение биологических структур. Конечно, это область дополнительных исследований, соединяющих физику неодушевленных тел с биологией
Интересный результат, который объясняется либо какой то физической банальностью, или все же представляет действие продвигаемого нами в массы идеи Паули-поля. Имеется стеклянный резервуар на 80% наполненный горячим (80—90 С) сиропом с взвесью тонкого металлического порошка. Мы добавляем еще 20% обычной холодной воды, осторожно размешиваем и закрываем крышкой. Спустя 15—20 минут образуется картина из темных и светлых полос. Эти образования не перемешиваются друг с другом, и сохраняются в течении нескольких суток. На самом деле, четкое разделение слоев воды — не банальность. Данное явление озадачивает ученых, исследующих толщи морей. Клинья воды с особенными свойствами, на глубине — устойчивые образования. Звук отражается от стенок образованного звукового канала и способен преодолевать десятки километров.
Еще как то можно понять существование одного, двух, пусть даже трех скачков плотности жидкости. Однако здесь мы имеем картину из десятков слоев одинаковой толщины (0,7 — 1 см.), от дна до самого верха емкости. Для объяснения явления снова прибегнем к понятию «Паули-поле». Из-за наличия сил расталкивания, или уж, избегания одинаковых, достаточно малых объектов, они распределяются в жидкости неравномерно. Физическое отталкивание не дает полосам смешиваться и оседать на дно, даже несмотря на естественную диффузию.
Однако, почему же Паули-поле не расталкивает частицы, находящиеся в каждом горизонтальном слое? Это можно объяснить тем, что поле неизотропно. Выталкивающая сила направлена в данном случае вверх и вниз, но не по горизонтали. Так образуют свои слои гидрофильные или уж, гидрофобные молекулы. Возможно, в некоторых случаях, на микроскопическом уровне, действие Паули поля маскируется этим действием. Однако, вероятно, «руки» нового вида взаимодействий гораздо длиннее молекулярных связей. Один сантиметр — не предел.
Еще одно объяснение — каждый слой имеет градацию спектра по горизонтали. Собственно, предыдущие опыты с оседанием частиц взвеси на дно бюретки, показали это убедительно
Перенесем эти построения в космические дали. Вот знаменитые кольца Сатурна. Состоят они как из пылинок, так и из довольно крупных, изрядно обкатавшихся глыб размерами порядка метр. Сосуществуют они, как полагают астрофизики, сотню миллионов лет. Почему же слои не смешиваются? Рано или поздно, благодаря своеобразному «броуновскому движению» это должно было бы произойти. Смешению элементов колец всемерно содействуют гравитационное, магнитное, электростатическое поля. Наше предположение — Паули-поле. Именно оно не позволяет и космической пыли, и внушительным камням, держаться друг от друга на отдалении. Предположение о неизотропности П-поля подтверждают проявляющиеся на кольцах Сатурна, тянущиеся на десятки тысяч километров «спицы». Если бы у нас хватило фантазии, мы могли бы предположить даже, что за расталкивание галактик со все возрастающей скоростью, или по меньшей мере удержание гравитирующей Вселенной в стационарном состоянии, также ответственно наше замечательное Паули-поле
Каким образом можно извлекать энергию из внутренней разделенности объектов - в связанной статье https://zen.yandex.ru/media/id/5d21bd276f26e400aeefaae7/eto-sekret-rasskazyvaiu-tolko-vam-5d8a49b2e4fff000ae982ea5
Следующая публикация - Заключительная https://zen.yandex.ru/media/id/5d21bd276f26e400aeefaae7/jivaia-nauka-zakliuchitelnaia-publikaciia-5de684c4fe289100b0b49aa1
Предыдущая статья цикла - https://zen.yandex.ru/media/id/5d21bd276f26e400aeefaae7/moi-issledovaniia-mirovogo-efira-i-effekt-shnollia-kak-eto-vse-sviazano-5ddffe52260426075f79aa2a
По материалам книги автора "Живая наука" https://ridero.ru/books/zhivaya_nauka/