第二種の永久運動機械 - hibiki-love’s blog

プロブディフ大学 Hilendarski」、プロブディフ、ブルガリア。 *対応する著者：epitropov@uni-plovdiv.bg
2012年1月12日に受信。 2012年2月19日に改訂。 2012年2月28日に承認
キーワード： Tardyons; ルクソン; 物理フィールド; 熱力学の第二法則; 第二種の永久運動機械
抽象
熱力学の第2の法則、つまり孤立した巨視的システムのエントロピーは決して減少しないという法則は、第2種の永久運動機械と呼ばれる装置の仕事に密接に関連しています。多くの場合、この法律はそのようなデバイスを構築できないこととしても定義されています。現在の論文では、静的、静止、変化する物理フィールドの完全で独立した一貫した定義を示しています。それに基づいて、天然資源機械と第2種の永久運動機械、およびターディオンとルクソンのセットの第2種の運動機械の要約、正確、完全な定義を提供します。第2種の運動機械の主要構造を提示します。これを使用して、熱力学におけるClausiusステートメントとその同等のステートメントが、平衡変動下であっても実質的に大きなインターバル時間に違反する可能性があることを示します。
1.はじめに
させる与えられた巨視的システムのターディオンとルクソンのセットになります。ターディオンとルクソンは、物理的な3次元空間に自由に存在する標準の静止質量がそれぞれ正とゼロの真空粒子の上にあります。ターディオンは、電子、陽子、中性子などです。ルクソンは、光子、ニュートリノ、および重力波であり、それらの明確な存在はまだ実験的に証明されていません。まさにセットに人類の歴史において、第2種の永久運動機械を作成する試みはすべて失敗しました[1]。
このホワイトペーパーでは、初めて、要約、正確、完全な定義を示します。天然資源機械および第2種の永久運動機械。（これらの用語の厳密な定義は、文献のどこにも記載されていません。）新しい用語-第2種のモーションマシン。このような機械の主要な構造を提示し、それを正確に使用して、熱力学のClausiusステートメント（およびその同等のステートメント）が、平衡変動下でも実質的に大きなインターバル時間に違反する可能性があることを示します。
2.熱力学の第二法則について
熱力学の第二法則は、実験事実の要約に基づいて定義されていますが、熱力学の境界で証明することはできません。統計物理学の観点から見ると、統計的性質を持っています。つまり、システムの最も可能性の高い動作を保持します。
熱力学の第二法則、すなわちトムソン（ケルビン）、カラテオドリなどに関連する同等の記述がいくつかあります。 1850年に定式化された最も古いものは、一定の外部パラメータの下で温度が異なる2つの材料で構成される孤立した巨視的システムでは、高温の材料から低温の材料にのみエネルギーが流れることができるクラウジウスの声明です。
しかし、私たちの論文で示したこの声明は、実質的に大きな間隔で違反される可能性があります。
1854年、クラウジウスは熱力学の第2の法則の別の形式を示しています。「外部機関の介入なしでは、熱はそれ自体では、より低温からより高温の物体に移行できません」[2]。彼はまた、次のように第2の法則を定式化しています。「サイクルで動作するデバイスを構築することは不可能で、クーラーからウォームボディーへの熱の抽出以外は効果がありません」[3]。
熱力学の第2法則によれば、外部機関が絶えず熱を仕事に変換する運動機械の存在は不可能です。しかし、仕事を継続的に熱に変換するモーションマシンにはそのような制限はありません。実際、摩擦があると仕事は常に熱に変換されます。したがって、2番目の法則は、一部のプロセスが時間非対称、つまり不可逆的であることを示しています。したがって、この時間非対称の法則は、時間対称の考察だけでは証明できません。この問題は、多くの研究を引き起こしました（たとえば、[3-6]を参照）。
1865年、クラウジウスはエントロピーの概念を次のように定義しています。各準平衡熱力学システムには、熱力学状態のそのような明確な関数があります。エントロピーと呼ばれ、その完全な微分はどこはシステムに与えられる熱の基本量であり、絶対温度です[7]。
熱力学の第二法則は、システムの状態の関数としてのエントロピーという用語に正確に基づいており、それは次のように述べています。したがって、孤立したシステム内の最大エントロピーを持つ状態では、巨視的不可逆プロセス（および熱流のプロセスは、クラウジウスの記述によれば常に不可逆的です）は不可能です。
クラウジウスは、熱力学の第二法則を調べて、孤立したシステムとしての宇宙のエントロピーが最大に向かっており、その最後にすべての巨視的プロセスが終了するという結論に達します。この宇宙の状態は「熱死」と呼ばれます。一方、ボルツマンは、宇宙の現在の状態は巨大なゆらぎであり、ほとんどの場合、宇宙は熱力学的平衡状態（「熱死」）にあると述べています[9]。 Landauによれば、その矛盾の解決への鍵は相対論の一般理論の分野にある。なぜなら、「宇宙は全体として、可変重力場の閉じた系ではないと見なされなければならない。その結果、エントロピーの増加の法則の適用は、統計的平衡が必ず存在しなければならないことを証明しません」[10]。したがって、熱力学の第二法則は、宇宙の無限の部分や宇宙全体には適用できません[8]。
古典的なシステムだけでなく、幅広い量子力学システムのスペクターも、時間とともにエントロピーを増加させます[11]。
また、熱力学の第二法則が変動下で破られることも知られています。巨視的システムにおける物理変数の変動は、システムの平衡状態下での平均値からのこの変数の値のランダムな転換です。その転換がシステムの平衡状態を変更しない場合、つまりその絶対値が比較的小さい場合、平衡変動について話します。ただし、転換によってシステムが平衡状態から外れた場合、つまりその絶対値が比較的大きい場合、非平衡変動について話します。統計物理学によれば、エントロピーの少ない状態で閉じた巨視的システムを得る非平衡変動が可能です。
理にかなった時間間隔での巨視的システムの非平衡変動の可能性は無視できるほど小さいので、これは第2種の動作する永久運動機械が存在する可能性を与えません。そのような変動に基づいています。ただし、熱変動の各合理的なインターバル時間の可能性は非常に大きくなります。
現在の論文では、セットでのみ第二法の審査を制限しますターディオンとルクソンの、巨視的システム内。第二種の永久運動機械が通常の熱力学システムでは作成できません。異常な熱力学的システム、つまり絶対温度が負のシステムの場合、このセットでは、いわゆる第2種のトムソン-プランク永久運動機械を構築できます。これは、蓄熱器の冷却を犠牲にしてのみ定期的に積極的な仕事を行う装置です[8]。
セット外純粋に想像上の標準安静質量を持つタキオンですが、それらの存在はまだ証明されていません。そのような粒子が存在することが証明されたとしても、タキオンが原因で結果に対して時間的に遅れるので、それらのための第二種の永久運動機械は定義できない用語です。
負の標準静止質量を持つ物理的な3次元空間に自由に存在する既存の真空粒子が存在する場合（私たちが観測した宇宙の一部では、そのような粒子の存在は述べられていません）、第2種の永久運動機械は負の静止質量をもつ粒子の巨視的なシステムでは、位相の超曲面が閉じていないため可能です。そのようなシステムでは、平衡のミクロカノニカルおよびカノニカル分布はなく、さらに最小エネルギーもありません[12]。
3.物理フィールド
天然資源機械、第2種永久運動機械、第2種永久運動機械を厳密に定義できるようにするために、物理フィールドという用語に関していくつかの定義を示します。
定義1.物理フィールドUは客観的現実と呼ばれ、現実の3次元空間でそれぞれの現実の電荷によって生成されます。
したがって、物理フィールドは、空間のすべてのポイントを特徴づけ、自由度が無限にある物質の形式の1つです。この方法で空間の各ポイントに特定の物理変数が割り当てられます。
与えられた物理フィールドUの物理変数は、tの複雑な関数でない場合は時間tに直接依存し、tの複雑な関数である場合は間接的に時間tに依存することを思い出してみましょう。
させるは、物理フィールドUを特徴付ける物理変数の完全なセットです。次に、Uについて、完全性、一貫性、独立性の条件を満たす以下の公理的用語を導入します。
1）の変数が1つもない場合、Uは静的フィールドです時間に直接的にも間接的にも依存しません。
2）の変数が1つもない場合、Uは定常場です。時間に直接依存しますが、そのうちの少なくとも1つは時間に間接的に依存します。
3）少なくとも1つの変数が時間に直接依存します。
物理学における静的フィールド（重力、静電、静磁場など）および定常フィールド（水、空気などの定数）は、時間的に一定のフィールドと呼ばれます。
4.天然資源機械、第2種の永久運動機械、第2種の運動機械
多くの既知および構築された天然資源機械、すなわち自然の資源を使用する機械があります。
定義2. Natural Resource Machine（NRM）は、セット内の実際の定期的なデバイスです、物理フィールドの変更または固定の必須コストで、また場合によっては静的物理フィールドのコストで、特定の間隔で機能します。
このようなデバイスは、理論的にだけでなく、力学、電気力学、熱力学、重力理論によって検証された自然法則に基づいて実際に機能しています。たとえば、風のエネルギー（風車と風力発電機）を使用します。水のエネルギー（水力発電所）; 太陽エネルギー（太陽電池）など。さらに、これらのマシンはエコロジカルです。
NRMの作成は、多くの科学者が将来の力の源であると考えるため、非常に集中的な科学分野です。
想定される自然運動機械は、熱力学のどの法則に違反するかによって分類されることが認められています[13]。
第1種永久運動機械（PMMFK）は、仕事を何にも変換しない（エネルギーの流出なし）、または何からも仕事を作成できない（エネルギーの流れを使用しない）想像上の装置です[8]。そのようなデバイスは、で構築することは不可能ですエネルギー保存の法則に違反することはできないためです（変動が発生した場合でも、閉じた巨視的な粒子系の物理変数の平衡または非平衡）。
決まった理解によると、第2種の永久運動機械は、無限の時間、エネルギーを機械的仕事に自発的に変換する想像上の装置です。
セクション3で定義された用語に基づいて、私たちは初めて、第2種の永久運動機械の厳密な定義を提供します。
定義3.第2種永久運動マシン（PMMSK）は、セット内の想像上の定期的に動作するデバイスです。補償なしで永遠のインターバル時間で機能します。さらに、それが使用するエネルギーは、時間フィールドで一定のコストであり、フィールドを変更するデバイスで自発的に生成される可能性があります。
自発的に生成される変化するフィールド、つまり、時間に直接依存し、システム自体の動作によって生成されるフィールドの要件は当然です。これは、PMMSKに関する初めての仕様です。
既に指摘したように、PMMSKを作成することはできませんすなわち、補償なしで実質的に永遠のインターバル時間で積極的な仕事をすることができるデバイス。これが、物理学の歴史が示すように、PMMSKを作成するすべての試みが完全に失敗した理由です。
定義4.第2種のモーションマシン（MMSK）は、セット内の実際に定期的に動作するデバイスです。補償なしでは、実質的に長い有限のインターバル時間が機能します。さらに、それが使用するエネルギーは、時間の物理的場で一定のコストであり、場合によっては、場を変えるデバイスで自発的に生成されるコストである。
セットには自然な禁止事項はありません MMSKの作成の防止-その構造は、エネルギー保存のための熱力学の第一法則に違反しません。そして、私たちの定義に基づいて、MMSKを構築するために多くの異なる方法を使用できます。
5.第二種の運動機械の原理モデル
図1のデバイスは、MMSKによって提案されたMMSKの縦断図の原理図です。球状の2つの魔法瓶1と2で構成され、それぞれにいくつかの特性が異なる液体コロイド分散システム3と4が配置されています。分散環境３は非導電性であるように選択され、その分散相は、帯電したブラウン非導電性（すなわち、非導電性表面を有する）粒子５からなる。（このようなタイプの分散システムを作成する技術はよく知られており、実用上の大きな困難ではありません。）分散環境4は、長波電磁放射を吸収するように選択されます。
装置の作業の初期段階では、魔法瓶1内の分散システム3は魔法瓶2内の分散システム3よりも低い温度になっています。魔法瓶1および2の壁は、材料（

図1 。 MMSKの原理モデル。
適切な種類のガラス）スペクトルの長波部分の電磁放射に対して十分に透明です。魔法瓶1の外壁と魔法瓶2の内壁の間の空間6は真空にされます。 2つの魔法瓶1と2は、支持体7を使用して互いに動かないように固定され、魔法瓶2は支持体8を使用して巨大なパネル9に動かないように固定されます。支持体10と11を使用するパネル9自体は、地球12に固定されています。
図1のデバイスの物理的な動作は次のとおりです。分散環境3の粒子からの衝突を受けた帯電ブラウン分散粒子5は、カオス的に動き、加速または減速します。ランダム慣性座標系の古典的な電気力学から知られているように、変化する電磁場は、ゼロ以外の加速度の電荷によってのみ放射されます。（この考えでは、デバイスの動作全体がベースになります。）帯電したブラウン分散粒子は、魔法瓶1の分散環境でゼロ以外の加速度で正確に移動するため、変化する電磁場（主に長波スペクトル）を生成します。そのうちのいくつかの量子13は、図1に正式に表されています。これは、特に魔法瓶1の半径が比較的小さく、放射が分散環境3に吸収されない場合に可能です。
魔法瓶1の分散環境3は、帯電したカオス的に動く分散粒子によって生成される長波電磁放射を非常に弱く吸収します。ただし、魔法瓶2内の分散環境4は、同じ放射を強く吸収します。（もちろん、放射の一部は分散粒子自体によって反射されます）。
適切な隔離熱材シース14を使用してデバイス全体を断熱的にロックダウンすると、十分に長いインターバル時間の後材料と放射の間の熱力学的平衡が安定します。つまり、デバイス全体が熱力学的平衡状態になります。さらに、魔法瓶1の内部にある分散システム3の熱エネルギーの一部は、魔法瓶2の分散環境4にランダムに移動します。このようにして、魔法瓶1の材料環境は（ランダムに）冷却され、魔法瓶2の材料環境は（ランダムに）加熱されます。これは、各インターバル時間でデバイスは、実際の動作中のMMSKとして（統計物理学の基本的根拠と完全に一致して）動作します。
当然のことながら、正常で継続的な作業を保証するために、デバイス全体が振動やノイズなどの外部の妨害要因の影響から十分に保護される必要があります。
6.ディスカッション
マックスウェルとボルツマンの反対者のように、早くも19世紀のロシュミットは、PMMSKは可能だという結論に達しました。彼は、人類にとって無尽蔵のエネルギー源を見つけたと確信しましたが、彼の考えは受け入れられませんでした。しかし、一部の現代の研究者によると、たとえば、Trupp [14,15] Loschmidtは正しかった。
1867年、マックスウェルは、統計物理学の手法を使用して、熱力学の第2法則の違反の可能性に光を当てるために、いわゆるマックスウェルの悪魔の仮説を提示しました[16]。このトピックに関する近年の印象的な数の出版物（たとえば[17]の完全な年代順書誌）は、その解釈における混乱と論争が衰えないことを示しています。 Earman and Norton [18,19]は、実際に証明されるものは何でも想定しているが、それが間違っているという意味ではないので、通常、証明は成功することを示唆しています。残念なことに、マックスウェルの概念は、その文脈を適切に議論せずに導入されることが多く、これにより誤った解釈の可能性が生じます。たとえば、Leff and Rex [17,20]は次のように述べています。「Maxwellの思考実験は、2番目の法則が多くの分子で構成されたシステムでほぼ常に成り立つ統計原理であるという事実をドラマチックに表現しています」。ただし、マックスウェルはこの事実を脚色するのではなく、それが成り立たない条件を示していると考えています。
多くの理論的および実験的研究は、熱力学の第二法則がセットで常に有効であるとは限らないことをすでに示しています。 AristovとNikulov [21]は、平均速度がゼロでない粒子の非カオス的なブラウン運動を考慮すると、熱力学の第二法則に違反する可能性があると考えています。（そのような粒子の動きの例は、抵抗がゼロでない定電流です。）彼らは、熱力学の第二法則の違反の証拠として、エネルギーの量子源の交流の実験的観測を解釈します。
光学トラップに捕らえられたコロイド粒子の軌跡を調べ、[22]でエントロピーを計算すると、顕微鏡システムの第二法則に短時間違反する可能性があることが示されています。これは、そのような条件では、十分に多くの温かい粒子が冷たい粒子からエネルギーを奪い、それにより冷たい源から暖かい源に熱を伝達する統計的に低い可能性のある事象を実現できることを意味します。
[23]では、オープン量子システムが熱のみのコストで機械的仕事を定期的に生成できる可能性が実証されています。効果は完全な量子であり、古典的なシステムでは実現されていませんが、熱力学のトムソン（ケルビン）ステートメントに違反するPMMSKの例です。
7.結論
静的、静止、変化するフィールドの完全で独立した一貫した定義により、私たちは初めて第2種のモーションマシンの概念を定義します。さらに、このような運動機械の主要なモデルは、熱力学のクラウジウスの記述が実質的に大きな時間間隔で違反される可能性があることを示しています。
このペーパーデバイスで提案されている効率は十分ではありません。ただし、MMSKには、ここで提案したデバイスよりもはるかに高い効率を備えた他の可能な技術的ソリューションがあり、人類にエネルギーを供給するためのアプリケーションを見つけることができます。さらに、NRMとMMSKを組み合わせることができます。
実際には、人間によって構築されたすべての可能な機械は、与えられた天然資源（ガソリン、ガス、石炭、ウランおよび他の鉱石など）を常に使用するため、天然資源に基づいてより広い意味で使用されます。これは、実際のMMSKおよび仮想のPMMSKにも適用されますそれらが実現できれば。最後に、「与えられた」天然資源は、経済的および財政的な原因によって複雑に決定されます。その意味で、PMMSKが存在できる場合、それは最大効率を保証するため、「最大天然資源モーションマシン」と呼ぶことができます。
セットで NRMとMMSKを除き、いわゆるトリガーメカニズムも可能です。無視できるほど少量のエネルギーでそれらを使用すると、大量のエネルギーのロックを解除できます。このようなメカニズムの最も明らかな例の1つは、雪崩の影響です。それは、本当に小さな地震や大きな叫び声でさえ、山の雪の尾根から落ちる巨大なエネルギーを解き放つことができるという事実にあります。これらのメカニズムは、例えば、重力波の存在を証明するための超精密装置が構築されるときに使用されます。
8.謝辞
現在の研究は、契約DTK 02/35の一環として、ブルガリア教育青年科学省の基金「科学研究」の財政的支援を受けて行われています。
参考文献
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