ВВЕДЕНИЕ
Принцип эквивалентности массы и энергии, известный также как соотношение Эйнштейна E = mc2, принято считать вершиной человеческой мысли. Специалисты считают его определяющим в ядерной энергетике. Согласно толкованию этого соотношения, выделяемая в ядерных реакциях энергия определяется разницей масс продуктов реакции, что означает. превращение массы ядерной материи в энергию.
После опубликования Эйнштейном указанного соотношения было много возражений, поскольку ряд учёных увидел в нём нарушение фундаментальных законов сохранения материи и энергии, которые Эйнштейн объединил в один закон сохранения массы-энергии. Но после первых успехов в освоении ядерной энергии, включая создание действующих реакторов и ядерного оружия, специалисты стали рассматривать теорию относительности как получившую экспериментальное подтверждение. Критика теории Эйнштейна воспринималась как признак невежества и незнания основ современной физики. Вот что говорил, например, академик Пётр Капица в одном из своих выступлений в 1957 году:
"Теперь только самые заскорузлые консерваторы возражают против основных идей теории относительности. Но когда она появилась, то, конечно, был поток возражений и самые большие возражения были, конечно, против того закона, который первый раз формулировался чётко и количественно - об эквивалентности массы и энергии. ... Ряд учёных увидели в этом нарушение закона сохранения материи и закона сохранения энергии - основ современной физики, и это вызвало бурю возражений. ...
Более яркой демонстрации закона Эйнштейна, чем взрыв бомб в Хиросиме и Нагасаки, трудно придумать. И, несмотря на это, к нам в редакцию "Журнала экспериментальной и теоретической физики" и по сей день поступают статьи с попытками опровергнуть справедливость теории относительности. В наши дни такие статьи не рассматриваются как явно антинаучные" [1].
Но, как показывает исторический опыт, даже выдающиеся учёные могут ошибаться. Эйнштейновский принцип эквивалентности массы и энергии действительно несовместим с законами сохранения материи и энергии. При этом огромная выделяемая энергия при взрыве атомных бомб не является безусловным доказательством справедливости этого принципа и есть основания для сомнений.
В качестве одного из поводов для сомнений в правильности указанного принципа являются результаты работ в области управляемого термоядерного синтеза (УТС), которые проводятся уже семь десятилетий. Цель этих работ - создание промышленного термоядерного реактора, что, как полагают, откроет человечеству доступ к практически неисчерпаемому источнику дешёвой ядерной энергии. В СССР эти работы были начаты в 1951 году под руководством академика Арцимовича. В настоящее время работы по УТС проводятся большой кооперацией развитых стран в рамках работ по созданию Международного термоядерного экспериментального реактора (проект ITER). Однако до настоящего времени учёным не удалось подтвердить возможность получения энергии таким способом. Несмотря на большой объём выполненных работ и затраченные огромные средства, энергию, получаемую по формуле Эйнштейна, не удаётся получить в действующем устройстве.
Причину неудач учёные объясняют технической сложностью проблемы, которая оказалась значительно выше ранее ожидаемой. Но есть основания считать, что проблема имеет не технический, а фундаментальный характер, а именно, сама идея получения энергии путём ядерного синтеза является ошибочной. Суть ошибочности этой идеи состоит в том, что мы имеем дело с нарушением законов сохранения материи и энергии, о чём ранее говорили критики теории Эйнштейна. Тогда проблемы технического характера, с которыми столкнулись специалисты, работающие над созданием термоядерного реактора, не являются определяющими.
В связи с изложенным необходимо более обстоятельно разобраться с балансом потребляемой и выделяемой энергией в реакциях деления и синтеза атомных ядер, а также правомерностью объединения Эйнштейном законов сохранения материи и энергии в один закон сохранения массы-энергии.
О МЕХАНИЗМЕ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ДЕЛЕНИИ ЯДЕР
Представление о механизме выделения энергии при делении тяжёлых ядер даётся в физической энциклопедии: "Основной вклад в энерговыделение вносит кинетическая энергия осколков (до 90 %). Энерговыделение определяется кулоновским ускорением осколков" [2]. Таким образом, выделение энергии при делении ядер урана происходит в основном в результате превращения внутренней энергии поля ядра (потенциальной энергии) во внешнюю кинетическую энергию разлетающихся осколков. Эта потенциальная энергия зависит от произведения зарядов осколочных ядер и расстояния между ними. При этом нет никакой связи величины потенциальной энергии с формулой Эйнштейна, т.е. превращением массы ядерной материи в энергию.
В действующих ядерных реакторах на урановом топливе процесс "горения" (деления ядер), однажды начавшись, продолжается без потребления энергии извне. В этом смысле ядерный реактор как источник энергии подобен обычной печи: в нём используется внутренняя (запасённая) энергия. Отличие состоит в виде используемого топлива и технологии превращения внутренней (запасённой) энергии в полезную работу.
О ПРОБЛЕМЕ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ СИНТЕЗЕ ЛЁГКИХ ЯДЕР
Суть идеи получения энергии путём управляемого термоядерного синтеза состоит в следующем. В результате ядерного синтеза лёгких ядер образуется новое ядро. При этом, как полагают специалисты, выделяемая энергия должна быть эквивалентна разнице масс продуктов реакции, как это следует из соотношения E=mc2. В создаваемом термоядерном реакторе должна происходить реакция слияния ядер изотопов водорода: дейтерия d и трития t. В результате образуется ядро гелия Не и нейтрон n. Эта реакция имеет вид:
d(2,1) + t(3,1) --> Не(4,2) +n(1,0),
где первая цифра в скобках - количество нуклонов (протонов и нейтронов) вторая цифра - количество протонов (равно заряду ядра).
Согласно соотношению E=mc^2, в этой реакции должна выделяться энергия 17.6 Мэв, которая эквивалентна разнице масс продуктов реакции. Но, как мы видим, количество нуклонов в результате реакции не изменяется. Не изменяются также их массы, они приводятся в перечне фундаментальных величин. Это означает, что масса ядерной материи не изменяется (здесь m = 0). Следовательно, ЯДЕРНАЯ МАТЕРИЯ НЕ ПРЕВРАЩАЕТСЯ В ЭНЕРГИЮ, как это формально следует из соотношения Эйнштейна.
ТЕРМОЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР - PERPETUUM MOBILE XXI ВЕКА
Поскольку ядерная материя не превращается в энергию, то единственным источником энергии на выходе термоядерного реактора может быть только энергия, поступающая на его вход. С учётом неизбежных потерь в устройстве энергия на выходе реактора не может быть больше энергии, поступающей на его вход. Таким образом, работы по созданию термоядерного реактора можно оценить как работы по созданию устройства, которое в понятиях термодинамики определяется как вечный двигатель [3].
РАЗРЕШЕНИЕ ПАРАДОКСА
Изменение массы продуктов ядерной реакции - это надёжно установленный экспериментальный факт. Выделение энергии в результате ядерной реакции, например, при делении ядер урана, - это тоже надёжно установленный экспериментальный факт. Но, как было показано, это не означает, что в ядерных реакциях происходит превращение ядерной материи в энергию.
Из поля зрения физиков выпала энергия поля ядра и эквивалентная ей масса. Масса ядра в целом включает в себя массу ядерной материи (нуклонов) и массу, эквивалентную энергии поля ядра, т.е. полевую массу. Во всех ядерных реакциях происходит только изменение полевой массы, которое ошибочно принимают за изменение массы ядерной материи. Энергия поля ядра - это потенциальная энергия, которая в общем случае может быть положительной или отрицательной. В атомном ядре потенциальная энергия является отрицательной как энергия сил отталкивания. Это следует из выражения для потенциальной энергии. Соответственно и полевая масса ядра является отрицательной.
В реакциях деления ядер происходит превращение внутренней потенциальной энергии делящегося ядра во внешнюю кинетическую энергию разлетающихся осколков. А в реакциях синтеза ядер происходит обратный процесс - превращение поступающей в ядро извне энергии во внутреннюю потенциальную энергию. Полевая масса, эквивалентная отрицательной энергии поля ядра, является отрицательной. Именно это обстоятельство объясняет тот факт, что массы ядер меньше суммарной массы составляющих ядро нуклонов [4].
ПРАВ БЫЛ ТЕСЛА, А НЕ ЭЙНШТЕЙН
Друг и биограф Теслы Дж. О’ Нил пишет, что в период с 1892 по 1894 год Тесла нашёл время для серьёзных размышлений над проблемой материи и энергии, откуда он вывел новый физический принцип, как он назвал его. Он считал свою теорию совершенно несовместимой с теорией относительности, а также с современной теорией строения атома и взаимопревращения материи и энергии. Тесла постоянно оспаривал обоснованность работы Эйнштейна и высмеивал убеждение в том, что энергию можно получать из материи. Единственные слова Теслы о его принципе и теории содержатся в лекции, подготовленной им для Института содействия иммигрантам (12 мая 1928 года), где сказано: «За два последовавших года (1893 - 1894) напряжённой концентрации мне посчастливилось сделать два далеко идущих открытия. Первое заключается в динамической теории гравитации, которую я разработал во всех деталях и надеюсь скоро представить миру. .... А второе открытие заключается в важнейшей физической истине. Изучив за долгое время все научные данные более чем на половине десятка языков и не найдя не малейших указаний на эту истину, я считаю себя её первооткрывателем. Формулируется же она так: нет в материи иной энергии, помимо полученной ею из окружающей среды (выделено Э.С.)» [5].
Как видно из ранее изложенного прав был Тесла, а не Эйнштейн. И многолетние безуспешные попытки получить энергию путём термоядерного синтеза лёгких ядер являются наглядным тому подтверждением.
О ФИЗИКЕ И ФИЛОСОФИИ
Большинство современных физиков неуважительно относится к философии как науке об общих законах познания окружающего мира. И это является причиной многих заблуждений. Такое отношение физиков к философии было во многом обусловлено тем, что в ХХ столетии её часто использовали в политической борьбе идеологий. Но, если отрешиться от политических наслоений в толковании положений философии, искажающих её истинное назначение, то следует признать, что любая физическая теория должна отвечать общим философским критериям. Если математика избавляет теорию от внутренних противоречий, то философия должна обеспечить её внешнее оправдание, непротиворечивость опытным данным и надёжно проверенным положениям.
Не нужно быть большим специалистом в области ядерной физики, чтобы путём философских умозаключений понять ошибочность идеи получения энергии путём УТС. Необходимо осознание того факта, что процессы деления и синтеза атомных ядер имеют противоположную направленность в части обмена ядра веществом и энергией с внешней средой. Это означает, что если реакции деления ядер сопровождаются выделением энергии, то реакции синтеза должны сопровождаться поглощением энергии. Утверждение о том, что энергия выделяется как в реакциях деления, так и синтеза, с философской точки зрения логически неправомерно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Среди специалистов знаменитая формула Эйнштейна E = mс^2 считается вершиной человеческой мысли. Принято считать, что она получила убедительное экспериментальное подтверждение и имеет основополагающее значение в ядерной энергетике. Однако нельзя не учитывать, что эта формула противоречит фундаментальным законам: закону сохранения материи и закону сохранения энергии. Поэтому она является ошибочной. Убеждённость специалистов в правильности формулы Эйнштейна связана с ошибочным толкованием опытных данных. Специалисты полагают, что в ядерных реакциях происходит превращение ядерной материи в энергию, как это формально следует из формулы Эйнштейна. Однако это утверждение противоречит фактам сохранения количества нуклонов и неизменности их масс во всех ядерных реакциях. Это означает, что ЯДЕРНАЯ МАТЕРИЯ НЕ ПРЕВРАЩАЕТСЯ В ЭНЕРГИЮ.
Из поля зрения физиков выпала энергия поля ядра и эквивалентная ей масса. Масса ядра в целом включает в себя массу ядерной материи (нуклонов) и массу, эквивалентную энергии поля ядра, т.е. полевую массу. Во всех ядерных реакциях происходит только изменение полевой массы, которое физики ошибочно принимают за изменение массы ядерной материи.
Многолетние безуспешные попытки получить энергию путём управляемого термоядерного синтеза обусловлены не инженерно-технической сложностью проблемы, а ошибочностью самой идеи получения энергии таким способом, в основе которой лежит слепая вера в правильность теории Эйнштейна. Работы по созданию термоядерного реактора можно оценить как работы по созданию устройства, которое в понятиях термодинамики определяется как вечный двигатель. Можно утверждать, что если создателям термоядерного реактора удастся преодолеть технические трудности, то этот реактор будет всего лишь устройством по получению гелия из изотопов водорода. Баланс между получаемой и потребляемой энергии заведомо не может быть положительным.
Литература
1. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика. Статьи и выступления. - М., "Наука", 1974. С. 200-201.
2. Физическая энциклопедия. Изд. "Советская энциклопедия". - М., 1988. Т.1. С. 580.
3. Serga E.V. Einstein's E=mc^2 and Phisical Reality / Galilean Electrodynamics. Spring 2016 (Vol. 27, SI, GED-East № 1). Р. 13-18.
4. Серга Э.В. Ядерная химия. Изд. сервис. "Ridero". 2018. - 186 стр.
5. О Нил Дж. Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы. Пер. с англ. Изд. "Саттва", 2007. С. 224-225.
6. Острецов И., Глушко В. Рукотворное Солнце / Военно-промышленный курьер. Вып. № 45 (600) за 23 ноября 2016 г.