Принцип относительности движения и сверхтекучесть.
Написал уже несколько заметочек о сверхтекучести, открытой блестящим физиком-экспериментатором Петром Леонидовичем Капицей в 1938 году. Явление странное. У всех жидкостей и газов наблюдается сцепление (взаимодействие молекул вещества) друг с другом, выражающееся не только в, скажем, хаотических столкновениях (в газах и жидкостях), но и их взаимным притяжением и отталкиванием. Вот это притяжение молекул друг к другу обусловливает внутреннее трение, вязкость газов и жидкостей. Все жидкости и газы, кроме разряженных газов, нагретых до высоких температур, проявляют эту вязкость.
Кроме одной жидкости - сжиженного гелия II, который при очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю, "отделяется" от массы обычного жидкого гелия I и становится сверхтекучим, то есть начисто лишённым внутреннего трения, вязкости.
Капица сделал тончайшие капилляры, с внутренним диаметром отверстия в одну стотысячную саитиметра, или одну десятитысячную миллиметра, или одну десятую микрона, или 100 нанометров, или тысяча Ангстрем, через которые обычный сжиженный гелий I протекал "с трудом" или вообще, не мог протечь.
Сверхтекучий гелий II протекал с лёгкостью!
В 1940-1941 годах Л.Д.Ландау создал математическую модель , описsвающую этот эффект.
Ландау и его "объяснению", которое объяснением НЕ ЯВЛЯЛОСЬ, а всего лишь математическим описанием явления, посвящена моя заметка "Физический бред сивой кобылы" от 21 марта 2021 г.
В ней я выдвинул гипотезу, объясняющую сверхтекучесть гелия II через капилляры.
Идея заключалась в том, что гелий II СЦЕПЛЯЕТСЯ с поверхностью тел, в которых он находится (в отличие от идиотского заявления Ландау, что, де, он как раз НЕ сцепляется с поверхностью тел в которые он налит или через которые он протекает). Моё предположение заключалось в том, что жидкий гелий II "прилипает" моно-или-бимолекулярным слоем к поверхности тела, с ним соприкасающегося, образуя пограничный слой. Но связь молекул самого гелия II друг с другом отсутствует и поэтому сверхтекучий гелий скользит без трения по этой молекулярной "смазке" пограничного слоя, прилипшего к стенкам капилляра гелия II.
Такое допущение хорошо совпадает со многими экспериментальными данными о поведении гелия II - образование мениска в сосуде, самопереливание гелия из одного сосуда в другой, парадоксальное поведение тонких плёнок гелия II на нагреваемой подложке.
Но с тех пор меня мучил один факт:
Если изучать вязкость такого гелия II методом колеблющегося вращательно диска (а не протеканием его через узкие капилляры), то оказывается, там НИКАКОЙ СВЕРХТЕКУЧЕСТИ не обнаруживается.
Итак, ПАРАДОКС: Когда гелий II течёт сквозь узенький капилляр, он демонстрирует свойства сверхтекучести. Внутреннее трение, вязкость, равны НУЛЮ!
А если в такой же гелий II поместить некий, вращающийся колебательно диск, то при этом обнаруживается обычная вязкость гелия I !!!
Цитата из Физического Энциклопедического Словаря (ФЭС), том первый, статья "Гелий":
"При наблюдении протекания Не II через узкий капилляр, оказалось, что его вязкость в десятки тысяч раз меньше, чем у Не I (обычного сжиженного гелия). Вместе с тем, непосредственное измерение вязкости по затуханию крутильных колебаний погружённого в Не II диска, даёт результаты, мало отличающиеся от от вязкости Не I. Это свойство - протекать через узкие капилляры, не обнаруживая вязкости, открытое П.Л.Капицей в 1938 г., было названо СВЕРХТЕКУЧЕСТЬЮ."
К сожалению, не нашёл я в доступной мне литературе объяснения этого "парадокса" и, поэтому решил придумать его сам, в чём за прошедшие два года нисколько не преуспел, а мог бы. Ибо сегодня объяснение (допущение) пришло в голову, и основывалось оно на ОБЪЕДИНЕНИИ двух уже УПОМИНАВШИХСЯ, ранее придуманных мной гипотезах.
Одна - более фундаментальная и относящаяся к принципиальным вопросам физики, и другая - сугубо специфическая в аэро-и-гидродинамике.
Первая -- Принцип неэквивалентности взаимодействия:
Нельзя применять механический принцип относительности движения к рассмотрению явлений ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ движущихся взаимно тел и сред! Об этом я писал в заметках, посвящённых аэродинамике крыла самолёта или подводных крыльев. Явления ваимодействия друг с другом потока жидкости или газа с находящимся в нём телом НЕЛЬЗЯ считать механически идентичными (инвариантными) движению тела в неподвижной среде, жидкой или газообразной.
ОНИ РАЗЛИЧНЫ, хотя с точки зрения формально механической (кинематической), вроде бы эквивалентны!
Кажется "ОЧЕВИДНЫМ", что движется ли поток жидкости или газа относительно тела, или тело движется в жидкой или газообразной среде, разницы нет!
ЕСТЬ И ОГРОМНАЯ!
Это и постулирует "Принцип Неэквивалентности Взаимодействия".
Вторая:
Есть две вязкости жидкости или газа. Одна - "продольная", другая -- "поперечная" и они НЕ равны друг другу.
Продольная вязкость - это некое сцепление движущихся в струе молекул газа или жидкости вдоль течения, как бы "цепочечная связь молекул".
Поперечная - это сцепление молекул слоя с "боковыми" молекулами других слоёв..
Приняв эти два допущения, снова обратимся к парадоксу сверхтекучести гелия II.
Из первого следует, что протекание гелия II через капилляр (движение струи гелия II относительно стенок капилляра) НЕ ИДЕНТИЧЕНО, при всей его соблазнительной механической (кинематической) схожести с движением вращательно колеблющейся поверхности диска, погружённого в жидкий гелий II! Взаимодействие этих двух движущихся друг относительно друга тел РАЗЛИЧНО в зависимости от того, ЧТО движется в нашей системе отсчёта и ЧТО покоится!
Из второго следует, что при протекании гелия II через капилляр, гелий II образует некие цепочки, струйные линии, которые сцеплены друг с другом, но НЕ СЦЕПЛЯТСЯ с другими, боковыми струйными линиями, цепочками. Это и есть СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ,
При движении диска в гелии II движется лишь моно-или-бимолекулярный пограничный слой гелия II, прилипший к поверхности диска. Но НИКАКИХ СТРУЕК в остальном гелии II НЕТ!
ОН НЕПОДВИЖЕН в нашей системе отсчёта! В нём никаких продольных цепочек, струйных линий, не возникло, ибо он НЕ ТЕЧЁТ! Поэтому в этом случае действует лишь поперечная вязкость, сцепление молекул с другими,, "боковыми" молекулами. А это - обычная послойная вязкость жидкостей и газов.
Эти два предложенных допущения хорошо, на мой взгляд, объясняют упомянутый "парадокс".
Faciant meliora potntes. Пусть сделает лучше, кто может.
5 IV 2023