Bóng đèn cháy trái quy luật vật lý

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Nguyên lý hoạt động của bóng đèn đối với chúng ta dường như rõ ràng và hiển nhiên đến mức hầu như không ai nghĩ đến cơ chế hoạt động của chúng. Tuy nhiên, hiện tượng này ẩn chứa một bí ẩn lớn vẫn chưa được giải đáp hoàn toàn.

Đầu tiên, một lời mở đầu về cách bài báo này ra đời.

Khoảng năm năm trước, tôi đã đăng ký tại một diễn đàn sinh viên nào đó và đăng một bài báo ở đó về những sai lầm mà khoa học hàn lâm của chúng ta mắc phải trong việc diễn giải nhiều điều khoản cơ bản, cách những sai lầm này được khoa học thay thế sửa chữa và cách khoa học hàn lâm chống lại sự thay thế, dán nhãn cho nó "khoa học giả" và buộc tội anh ta về tất cả các tội lỗi chết người. Bài báo của tôi bị treo trong phạm vi công cộng khoảng 10 phút, sau đó nó được ném vào bể chứa. Tôi ngay lập tức bị đưa vào lệnh cấm vô thời hạn và cấm xuất hiện cùng họ. Vài ngày sau, tôi quyết định đăng ký với các trang sinh viên khác để thử lại với việc xuất bản bài báo này. Nhưng hóa ra tôi đã nằm trong danh sách đen trên tất cả các trang web này và việc đăng ký của tôi đã bị từ chối. Theo như tôi hiểu, có sự trao đổi thông tin về những người không mong muốn giữa các diễn đàn sinh viên và việc bị đưa vào danh sách đen trên một trang có nghĩa là một chuyến bay tự động từ tất cả những người khác.

Sau đó, tôi quyết định đến tạp chí Kvant, chuyên về các bài báo khoa học phổ biến dành cho học sinh và sinh viên đại học. Nhưng vì trên thực tế, tạp chí này vẫn hướng tới khán giả học đường nhiều hơn, nên bài báo đã phải được đơn giản hóa rất nhiều. Tôi vứt bỏ mọi thứ về khoa học giả từ đó và chỉ để lại một mô tả về một hiện tượng vật lý và đưa ra một cách giải thích mới cho nó. Có nghĩa là, bài báo đã chuyển từ một tạp chí kỹ thuật sang một bài báo thuần túy kỹ thuật. Nhưng tôi không đợi bất kỳ câu trả lời nào từ tòa soạn cho yêu cầu của tôi. Và trước đây, câu trả lời từ các tòa soạn của các tạp chí luôn đến với tôi, kể cả khi ban biên tập từ chối bài báo của tôi. Từ điều này, tôi kết luận rằng trong tòa soạn tôi cũng có tên trong danh sách đen. Vì vậy, bài báo của tôi không bao giờ nhìn thấy ánh sáng trong ngày.

Năm năm đã trôi qua. Tôi quyết định liên hệ lại với tòa soạn Kvant. Nhưng 5 năm sau, không có phản hồi cho yêu cầu của tôi. Điều này có nghĩa là tôi vẫn nằm trong danh sách đen của họ. Vì vậy, tôi quyết định không chiến đấu với cối xay gió nữa, và đăng một bài báo ở đây trên trang web. Tất nhiên, thật đáng tiếc khi phần lớn học sinh sẽ không nhìn thấy nó. Nhưng ở đây tôi không thể làm gì cả. Vì vậy, đây là chính bài viết….

Tại sao đèn sáng?

Có lẽ, không có khu định cư như vậy trên hành tinh của chúng ta, nơi sẽ không có bóng đèn điện. Lớn và nhỏ, huỳnh quang và halogen, cho đuốc bỏ túi và đèn rọi quân sự mạnh mẽ - chúng đã trở nên vững chắc trong cuộc sống của chúng ta đến mức chúng đã trở nên quen thuộc như không khí chúng ta hít thở. Nguyên lý hoạt động của bóng đèn đối với chúng ta dường như rõ ràng và hiển nhiên đến mức hầu như không ai nghĩ đến cơ chế hoạt động của chúng. Tuy nhiên, hiện tượng này ẩn chứa một bí ẩn lớn vẫn chưa được giải đáp đầy đủ. Chúng ta hãy cố gắng giải quyết nó cho chính mình.

Hãy để chúng ta có một hồ bơi với hai đường ống, trong đó một đường ống dẫn nước chảy vào hồ bơi, đường ống còn lại chảy ra khỏi hồ bơi. Giả sử rằng 10 kg nước vào hồ bơi mỗi giây, và trong chính hồ bơi, 2 trong số 10 kg nước này được chuyển đổi một cách kỳ diệu thành bức xạ điện từ và ném ra ngoài. Câu hỏi: bao nhiêu nước sẽ rời khỏi hồ bơi qua một đường ống khác? Có lẽ, ngay cả một học sinh lớp một cũng sẽ trả lời rằng sẽ mất 8 kg nước mỗi giây.

Hãy thay đổi ví dụ một chút. Hãy để có dây điện thay vì đường ống, và bóng đèn điện thay vì bể bơi. Hãy xem xét lại tình hình. Một dây dẫn vào bóng đèn có chứa 1 triệu electron mỗi giây. Nếu chúng ta giả sử rằng một phần triệu này được chuyển đổi thành bức xạ ánh sáng và phát ra từ đèn vào không gian xung quanh, thì sẽ có ít điện tử rời khỏi đèn qua dây kia hơn. Các phép đo sẽ hiển thị những gì? Chúng sẽ chứng tỏ cường độ dòng điện trong mạch không thay đổi. Dòng điện là một dòng electron. Và nếu cường độ dòng điện như nhau trong cả hai dây, điều này có nghĩa là số êlectron rời đèn bằng số êlectron đi vào đèn. Và bức xạ ánh sáng là một loại vật chất không thể đến từ một khoảng không hoàn hảo, mà chỉ có thể đến từ một loại khác. Và nếu, trong trường hợp này, bức xạ ánh sáng không thể xuất hiện từ các electron, thì vật chất sẽ đến từ đâu dưới dạng bức xạ ánh sáng?

Hiện tượng phát sáng của bóng đèn điện cũng mâu thuẫn với một định luật rất quan trọng của vật lý hạt cơ bản - định luật bảo toàn cái gọi là điện tích lepton. Theo định luật này, một electron có thể biến mất khi phát ra một lượng tử gamma chỉ trong phản ứng triệt tiêu với phản hạt của nó, một positron. Nhưng trong bóng đèn không thể có positron là hạt mang phản vật chất. Và sau đó chúng ta nhận được một tình huống thảm khốc theo đúng nghĩa đen: tất cả các electron đi vào bóng đèn thông qua một dây dẫn rời khỏi bóng đèn qua một dây khác mà không có bất kỳ phản ứng hủy diệt nào, nhưng đồng thời vật chất mới xuất hiện trong chính bóng đèn dưới dạng bức xạ ánh sáng.

Và đây là một hiệu ứng thú vị khác liên quan đến dây và đèn. Nhiều năm trước, nhà vật lý nổi tiếng Nikola Tesla đã thực hiện một thí nghiệm bí ẩn về sự truyền năng lượng qua một sợi dây, được lặp lại vào thời đại của chúng ta bởi nhà vật lý người Nga Avramenko. Bản chất của thí nghiệm như sau. Chúng tôi lấy một máy biến áp thông thường nhất và kết nối nó với cuộn dây sơ cấp với máy phát điện hoặc mạng. Một đầu của dây quấn thứ cấp chỉ đơn giản là treo lơ lửng trong không khí, chúng tôi kéo đầu kia sang phòng bên cạnh và ở đó chúng tôi kết nối nó với một cây cầu gồm bốn điốt với một bóng đèn điện ở giữa. Chúng tôi đặt điện áp vào máy biến áp và đèn sáng. Nhưng suy cho cùng, chỉ có một sợi dây căng đến nó, và cần hai sợi dây để mạch điện hoạt động. Đồng thời, theo các nhà khoa học nghiên cứu về hiện tượng này thì dây dẫn đến bóng đèn hoàn toàn không nóng lên. Nó không nóng đến mức có thể sử dụng bất kỳ kim loại nào có điện trở suất rất cao thay cho đồng hoặc nhôm, và nó sẽ vẫn lạnh. Hơn nữa, có thể giảm độ dày của dây đến độ dày của sợi tóc người mà việc lắp đặt vẫn hoạt động mà không có vấn đề gì và không tạo ra nhiệt trong dây. Cho đến nay, vẫn chưa ai có thể giải thích hiện tượng truyền năng lượng qua một sợi dây mà không có tổn thất nào. Và bây giờ tôi sẽ cố gắng đưa ra lời giải thích của mình về hiện tượng này.

Có một khái niệm như vậy trong vật lý - chân không vật lý. Không nên nhầm lẫn nó với máy hút kỹ thuật. Chân không kỹ thuật đồng nghĩa với trống rỗng. Khi chúng tôi loại bỏ tất cả các phân tử không khí khỏi bình, chúng tôi tạo ra một chân không kỹ thuật. Chân không vật lý hoàn toàn khác, nó là một dạng tương tự của vật chất hoặc môi trường lan tỏa khắp mọi nơi. Tất cả các nhà khoa học làm việc trong lĩnh vực này không nghi ngờ sự tồn tại của chân không vật lý, bởi vì thực tế của nó được xác nhận bởi nhiều sự kiện và hiện tượng nổi tiếng. Họ tranh luận về sự hiện diện của năng lượng trong đó. Có người nói về một lượng năng lượng cực kỳ nhỏ, những người khác lại có khuynh hướng nghĩ về một lượng năng lượng vô cùng lớn. Không thể đưa ra một định nghĩa chính xác về chân không vật lý. Nhưng bạn có thể đưa ra một định nghĩa gần đúng thông qua các đặc điểm của nó. Ví dụ, điều này: chân không vật chất là một môi trường xuyên suốt đặc biệt tạo thành không gian của Vũ trụ, tạo ra vật chất và thời gian, tham gia vào nhiều quá trình, có năng lượng khổng lồ, nhưng chúng ta không thể nhìn thấy được do thiếu những thứ cần thiết. các cơ quan cảm giác và do đó đối với chúng ta dường như trống rỗng. Cần đặc biệt nhấn mạnh: chân không vật chất không phải là sự trống rỗng, nó chỉ dường như là sự trống rỗng. Và nếu bạn nắm giữ vị trí này, thì rất nhiều câu đố có thể được giải quyết một cách dễ dàng. Ví dụ, câu đố về quán tính.

Quán tính là gì vẫn chưa rõ. Hơn nữa, hiện tượng quán tính thậm chí còn mâu thuẫn với định luật thứ ba của cơ học: hành động ngang bằng với phản lực. Vì lý do này, các lực quán tính đôi khi thậm chí được cố gắng tuyên bố là viển vông và hư cấu. Nhưng nếu chúng ta bị tác dụng của lực quán tính trong một chiếc xe buýt bị phanh gấp và bị một vết sưng trên trán, thì vết sưng này sẽ ảo diệu và hư cấu đến mức nào? Trong thực tế, quán tính phát sinh như một phản ứng của chân không vật chất đối với chuyển động của chúng ta.

Khi chúng ta ngồi trong xe và nhấn ga, chúng ta bắt đầu chuyển động không đều (tăng tốc) và do chuyển động này của trường hấp dẫn của cơ thể chúng ta làm biến dạng cấu trúc của chân không vật chất bao quanh chúng ta, tạo cho nó một lượng năng lượng. Và chân không phản ứng với điều này bằng cách tạo ra các lực quán tính kéo chúng ta lại để khiến chúng ta ở trạng thái nghỉ ngơi và do đó loại bỏ sự biến dạng sinh ra từ nó. Để vượt qua các lực quán tính, cần rất nhiều năng lượng, dẫn đến tiêu hao nhiên liệu cao cho quá trình tăng tốc. Chuyển động đều hơn nữa không ảnh hưởng đến chân không vật lý theo bất kỳ cách nào, và do đó nó không tạo ra lực quán tính, do đó, tiêu thụ nhiên liệu cho chuyển động đều sẽ ít hơn. Và khi chúng ta bắt đầu giảm tốc độ, chúng ta lại chuyển động không đều (chậm hơn) và lại làm biến dạng chân không vật chất với chuyển động không đều của nó, và nó lại phản ứng với điều này bằng cách tạo ra các lực quán tính kéo chúng ta về phía trước để chúng ta ở trạng thái chuyển động thẳng đều. khi không có biến dạng chân không. Nhưng bây giờ chúng ta không còn truyền năng lượng cho chân không nữa mà nó truyền cho chúng ta, và năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt trong má phanh của ô tô.

Chuyển động giảm tốc đều đều như vậy của ô tô chẳng qua là một chu kỳ dao động điều hòa có tần số thấp và biên độ rất lớn. Ở giai đoạn tăng tốc, năng lượng được đưa vào chân không, ở giai đoạn giảm tốc, chân không nhường năng lượng. Và điều hấp dẫn nhất là chân không có thể tỏa ra nhiều năng lượng hơn những gì nó nhận được từ chúng ta trước đây, bởi vì bản thân anh ta sở hữu một nguồn cung cấp năng lượng khổng lồ. Trong trường hợp này, không có sự vi phạm định luật bảo toàn năng lượng nào xảy ra: chân không sẽ cung cấp cho chúng ta bao nhiêu năng lượng, chính xác bằng lượng năng lượng mà chúng ta sẽ nhận được từ nó. Nhưng do thực tế là chân không vật chất đối với chúng ta dường như là trống rỗng, nên đối với chúng ta, dường như năng lượng phát sinh từ hư không. Và những sự thật như vậy về sự vi phạm rõ ràng định luật bảo toàn năng lượng, khi năng lượng xuất hiện theo nghĩa đen từ sự trống rỗng, từ lâu đã được biết đến trong vật lý (ví dụ, tại bất kỳ sự cộng hưởng nào, một năng lượng khổng lồ được giải phóng đến mức một vật thể cộng hưởng thậm chí có thể sụp đổ).

Chuyển động theo đường tròn cũng là một loại chuyển động không đều, kể cả với tốc độ không đổi, vì trong trường hợp này, vị trí của vectơ vận tốc trong không gian thay đổi. Do đó, một chuyển động như vậy làm biến dạng chân không vật lý xung quanh, phản ứng với điều này bằng cách tạo ra lực cản dưới dạng lực ly tâm: chúng luôn hướng theo cách làm thẳng quỹ đạo của chuyển động và làm cho nó trở nên tuyến tính khi không có chân không. sự biến dạng. Và để vượt qua lực ly tâm (hoặc để duy trì chân không do quay), bạn phải tiêu tốn năng lượng, năng lượng này tự đi vào chân không.

Bây giờ chúng ta có thể trở lại hiện tượng bóng đèn phát sáng. Để hoạt động của nó, một máy phát điện phải có trong mạch (ngay cả khi có pin, nó vẫn được sạc một lần từ máy phát điện). Chuyển động quay của rôto của máy phát điện làm biến dạng cấu trúc của chân không vật lý lân cận, lực ly tâm phát sinh trong rôto và năng lượng để thắng các lực này rời tuabin sơ cấp hoặc nguồn quay khác vào chân không vật lý. Đối với chuyển động của các electron trong mạch điện, chuyển động này xảy ra dưới tác dụng của lực ly tâm do chân không tạo ra trong rôto quay. Khi các electron đi vào dây tóc của một bóng đèn, chúng bắn phá dữ dội các ion của mạng tinh thể, và chúng bắt đầu dao động mạnh. Trong quá trình dao động như vậy, cấu trúc của chân không vật chất lại bị biến dạng, và chân không phản ứng với điều này bằng cách phát ra lượng tử ánh sáng. Vì bản thân chân không là một loại vật chất, nên mâu thuẫn đã được lưu ý trước đây về sự xuất hiện của vật chất từ hư không đã bị xóa bỏ: một dạng vật chất (bức xạ ánh sáng) nảy sinh từ dạng khác của nó (chân không vật lý). Bản thân các electron trong một quá trình như vậy không biến mất và không biến đổi thành một thứ khác. Do đó, có bao nhiêu êlectron đi vào bóng đèn qua một dây thì chính xác đó sẽ đi ra qua dây kia. Đương nhiên, năng lượng của lượng tử cũng được lấy từ chân không vật chất, chứ không phải từ các electron đi vào dây tóc. Bản thân năng lượng của dòng điện trong mạch không thay đổi và không đổi.

Do đó, đối với sự phát quang của đèn, không phải bản thân các điện tử là cần thiết, mà là sự dao động mạnh của các ion trong mạng tinh thể của kim loại. Các electron chỉ là một công cụ làm cho các ion dao động. Nhưng công cụ có thể được thay thế. Và trong thí nghiệm với một sợi dây, đây chính xác là những gì sẽ xảy ra. Trong thí nghiệm nổi tiếng của Nikola Tesla về sự truyền năng lượng qua một sợi dây, một thiết bị như vậy là điện trường xoay chiều bên trong của sợi dây, liên tục thay đổi cường độ của nó và do đó làm cho các ion dao động. Do đó, biểu thức “truyền năng lượng qua một dây” trong trường hợp này không thành công, thậm chí còn sai. Không có năng lượng nào được truyền qua dây dẫn, năng lượng được giải phóng trong bóng đèn từ chân không vật chất xung quanh. Vì lý do này, bản thân dây dẫn đã không nóng lên: không thể đốt nóng một vật nếu năng lượng không được cung cấp cho nó.

Do đó, một viễn cảnh khá hấp dẫn là chi phí xây dựng đường dây điện sẽ giảm mạnh. Đầu tiên, bạn có thể sử dụng một dây thay vì hai dây, điều này ngay lập tức giảm chi phí vốn. Thứ hai, thay vì đồng tương đối đắt tiền, bạn có thể sử dụng bất kỳ kim loại nào rẻ nhất, thậm chí là sắt không gỉ. Thứ ba, bạn có thể tự giảm sợi dây đến độ dày của sợi tóc người và giữ nguyên độ bền của dây hoặc thậm chí tăng nó bằng cách bọc nó trong một vỏ bọc bằng nhựa bền và rẻ tiền (nhân tiện, điều này cũng sẽ bảo vệ dây từ lượng mưa trong khí quyển). Thứ tư, do tổng trọng lượng của dây giảm nên có thể tăng khoảng cách giữa các gối đỡ và từ đó giảm số lượng gối đỡ cho toàn bộ đường dây. Nó có thực tế để làm điều này? Tất nhiên là có thật. Sẽ có một ý chí chính trị của lãnh đạo đất nước chúng ta, và các nhà khoa học sẽ không làm bạn thất vọng.