ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВА И ПОЛЯ
Рассмотрим Закон Стефана – Больцмана, который указывает на то, что объёмная плотность энергии (Р, Дж/м3) равновесного излучения пропорциональна абсолютной температуре (Т, К) в 4-й степени:
Р = аТ4, Дж/м3.
Этот Закон был эмпирически сформулирован Стефаном (1879) и получен теоретически Больцманом (1884). Коэффициентом пропорциональности в нём является постоянная излучения абсолютно чёрного тела:
a = 4σsв/c = π2α3k4/15hw3 = 7,5659*10-16 Дж/м3К4,
где: σsв = 5,6705 Вт/м2К4 – постоянная Стефана – Больцмана;
с = 299792458 м/с – скорость света;
α = 7,29735*10-3 – постоянная тонкой структуры;
k = 1,38066*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана;
hw = mec2re = 2,30708*10-28 Дж*м – квант момента энергии поля;
me = 9,109*10-31 кг – квант массы поля, равен массе электрона;
re = 2,818*10-15 м – классический радиус электрона.
В таком виде данный Закон применим только для испускательной способности абсолютно чёрного тела. Однако, если в качестве коэффициента пропорциональности в этом Законе использовать постоянную излучения поля:
А = (3k/2)4/2πhw3 = 2,3842*10-9 Дж/м3К4,
то он будет применим и для испускательной способности потенциального поля:
Р = AТ4, Дж/м3.
Иными словами, в этом случае мы получим Закон, определяющий полную (по всем длинам волн) испускательную способность потенциального поля.
Кстати, отношение вышеуказанных постоянных составляет А/а = 2430/(4πα)3 = 3,1512*106.
Теперь мы можем рассчитать температуру равновесного излучения поля у поверхности Земли. Для этого определим объёмную плотность энергии потенциального поля в околоземном пространстве:
P = hwZ2/4πR4 = 1,370*10-7 Дж/м3,
где: Z = q/e = 3,506*1024 – число элементарных электрических зарядов;
q = 5,617*105 Кл – свободный электрический заряд Земли;
е = 1,602*10-19 Кл – элементарный электрический заряд;
R = 6,371*106 м – средний радиус Земли.
Искомое значение температуры приходящего к поверхности Земли излучения получим из уравнения:
Т = (Р/А)1/4 = 2,753 К.
Однако имеется и другой вариант определения данной температуры. Известно, что этот макроскопический параметр (температура) является мерой кинетического движения микрочастиц. Это значит, что вполне осязаемая, легко измеримая температура дает нам наглядные представления о средней кинетической энергии движения квантов массы поля (гравитонов или фононов, кому как нравится) у поверхности Земли.
С помощью постоянной Больцмана (k = 1,381*10-23 Дж/K) устанавливается связь между характеристиками двух различных миров – макро- и микромира:
Т = 2mev2/3k = 2,753 K,
где: v2 = 6,259*107 Дж/кг или м2/с2 – гравитационный потенциал у поверхности Земли.
Практически такую температуру и зарегистрировали экспериментально советский космический аппарат серии «Прогноз» в первой половине 80-х годов и американский спутник COBE со спектрофотометром FIRAS в начале 90-х годов прошлого века. Результаты были объявлены в апреле 1992 года.
Это сообщение было распространено по всему свету средствами массовой информации как научная новость номер один и с легкой руки одного из репортеров было объявлено, что теперь человечество увидело лик «господа Бога». Радиокарты COBE получили большую популярность, проникнув даже в издания далекие от науки.
Но, главное здесь то, что расчетное и экспериментальное значения температуры приходящего из открытого космоса к поверхности Земли ансамбля элементарных частиц совпало с высокой точностью.
На главную
Пивоваров Валерий Иванович
Пивоваров Всеволод Валерьевич
Кишинев 2001
|
