§1. Закон сохранения энергии.

Закон сохранения энергии считается одним из наиболее фундаментальных законов природы. Он утверждает, что в изолированной системе количество энергии не должно изменяться, хотя она может переходить из одной формы в другую. Под различными формами энергии понимаются: механическая, тепловая, электромагнитная и другие. Ниже нами будет показано, что все формы энергии представляют собой энергию механического движения, то есть движения материи в пространстве.
Под законом сохранения энергии можно также понимать равный обмен энергиями взаимодействующих материальных объектов: насколько один объект потеряет энергии, настолько второй приобретет ее.
Закон сохранения энергии прошел долгий и трудный путь становления в борьбе с законом сохранения количества движения. Еще Р.Декарт (1596–1650) утверждал, что в природе остается неизменным количество движения, под которым он понимал произведение величины тел на скорости их движения, так как понятие массы тогда еще не было.
В противовес Декарту Лейбниц (1646–1716) утверждал, что в природе должна сохраняться только “живая сила”, под которой он понимал энергию движения тел, то есть кинетическую энергию.
Затем Ю.Р.Майером (1814–1878) и Дж.П.Джоулем (1818–1889) была установлена связь между механической и тепловой энергией в виде механического эквивалента теплоты. После этого закон сохранения энергии стал применяться ко всем существующим видам взаимодействий, он даже стал как бы пробным камнем справедливости любой физической теории: если этот закон не выполняется, то с теорией что-то не в порядке. Нарушение закона сохранения энергии послужило поводом для открытия нейтрино и гамма-излучения при радиоактивном распаде.
Однако, несмотря на его всеобщность, закон сохранения энергии не имеет твердого обоснования и является, по сути дела, эмпирическим законом. В настоящее время считается доказанным, что закон сохранения энергии в соответствии с теоремой Нетер является следствием однородности времени. Рассмотрим этот вопрос подробнее.
Под однородностью времени понимается то обстоятельство, что течение физических процессов не зависит от выбора начального момента времени, то есть законы движения будут иметь один и тот же вид как в прошлом, так и в будущем. Поскольку мы теперь знаем, что сущностью времени является движение, а само понятие времени, по сути дела, нематериальным понятием, хотя и обусловленным материальными процессами, связанными с материальными объектами, то говорить об однородности времени, так же как и об однородности пространства, можно только весьма условно. Под однородностью времени можно было бы понимать, скажем, его стабильность, то есть постоянство скорости эталонного движения, принимаемого за время. Но вполне очевидно, что это свойство времени никак не будет связано с законом сохранения энергии и никак не будет влиять на течение физических процессов и вид законов движения. Законы движения и физические процессы будут зависеть только от свойств движущейся материи, время же есть только способ сравнения различных движений. Поэтому теорема Нетер представляет чисто математический прием, не отражающий реальные обстоятельства взаимодействия материальных объектов, а только чисто формально позволяющий установить связь между физическими понятиями, но не реальную зависимость одного понятия от другого.
То же самое можно сказать и об однородности пространства, из которой, якобы, следует закон сохранения импульса. Под однородностью пространства понимается то, что любая точка в пространстве может быть взята за начало отсчета инерциальной системы координат и течение физического процесса в ней от этого не изменится. Но если пространство представляет собой геометрическое понятие, то о какой же его однородности можно говорить?
Таким образом, понятие однородности, так же как и изотропности, можно отнести только к материальным объектам, характеризующим отдельные их свойства, но никак ни ко времени, ни к пространству. Кстати, это прекрасно понимают современные ученые [2, с.194]: “… установленная физикой XX в взаимосвязь между законами сохранения и свойствами пространства и времени не означает, естественно, что законы сохранения являются следствием свойств пространственно-временной симметрии нашего мира в том смысле, что пространство и время как бы порождают законы сохранения. Если бы это было действительно так, то это означало бы, что фундаментальные свойства материи порождаются пространством и временем”. Как следует из всего сказанного выше, доказательство закона сохранения энергии с помощью теоремы Нетер не является убедительным.
Для большей ясности изложения рассмотрим кратко сущность теоремы Нетер. Для этого приведем ее краткую характеристику [2, с.190]: “Содержание теоремы Нетер заключается по существу в утверждении, что всякому непрерывному преобразованию координат, обращающему в нуль вариацию действия, когда задан также и закон преобразования, соответствует определенный инвариант, то есть некоторая сохраняющаяся величина, составленная из соответствующих функций и их производных. А так как преобразования тесно связаны со свойствами симметрии пространства и времени, то последнее утверждение означает, что каждому свойству пространства и времени, выраженному в ковариантности дифференциальных уравнений относительно определенной группы преобразований, должен соответствовать определенный закон сохранения”.
Сущность понятия вариации действия будет рассмотрена нами в параграфе, посвященном интегральным принципам механики. Математически вариация действия представляется выражением:
,                                                                                      (1)
где L – функция Лагранжа, - параметр, характеризующий бесконечно малое изменение интеграла, представляющего собой действие. Эта вариация действия лежит в основе принципа наименьшего действия в форме Гамильтона.
Ниже, в параграфе посвященном второму закону Ньютона, закон сохранения энергия будет доказан нами другим способом.

 

Полезная информация

Интересные предложения
В ближайшее время планируется опубликовать первую часть научной работы Макарова Б.И. "Законы управляющие вселенной"
  • Стабилизатор напряжения норма м снс ри 10000 вебсайт.

Популярные Материалы

Теория

Гидравлический теплогенератор с КПД 120-170 % - вымысел или реальность? КПД выше единицы означает, что количество выделяемого тепла будет больше, чем потребленная электродвигателем энергия. Однако, научного объяснения это важное обстоятельство до сих пор не имеет. Позже мы опубликуем свою версию объяснения этого явления.

Последние Публикации