Научно-фантастическая пьеса в двух сценах и одном акте.
Название пьесы:
Конфигурационная Теория Электронных Орбит vs. Молекулярно-Кинетической Теории.
Действующие лица:
Молекулярно-Кинетическая Теория (МКТ) - величественная царственная дама сильно забальзаковского возраста, каждое слово которой реверберирует громовым эхо в переполненном театре и встречается бурными овациями.
Конфигурационная Теория Электронных Орбит - молоденькая девушка, почти девочка. с быстрыми зоркими глазами и ясным, звонким, хотя ещё недостаточно "поставленным" голосом. Её речетативы никаких аплодисментов не вызывают.
Недоумок - эдакий неловкий и неумелый молодой человек, чью роль может сыграть каждый, ибо постоянно задаёт глупые и даже нелепые вопросы, вопросительно приподнимая при этом брови, широко открывая глаза и морща не слишком вспаханный раздумьем лоб.
Эспри де Л'Эскалье - многостаночник: Cуфлёр, режиссёр, рабочий сцены, гардеробщик и дворник с ответом за всё. На сцене ни разу не показывается.
Недоумок.
Итак, рассмотрим самый заурядный "факт жизни" с позиций Молекулярно- Кинетической Теории (МКТ), а затем с позиций Конфигурационной Теории Электронных Орбит (КТЭО), являющейся ядром Молекулярно-Электрической Теории (МЭТ), призванной заменить, С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ некого Эспри, ОБЩЕПРИНЯТУЮ уже, наверно, лет сто пятьдесят-двести МКТ.
Открываем кран баллона со сжатым газом, воздухом, углекислым газом или любым другим. Газ со свистом и шумом вырывается наружу и сильно охлаждается при этом на десятки и больше градусов. Его температуру в баллоне примем за температуру среды, комнаты, в которой стоял достаточно долго этот баллон.
Первый вопрос: Почему газ при быстром его расширении охлаждается и СИЛЬНО ПРИТОМ?
МКТ.
Даёт на этот вопрос чёткий и ясный ответ:
При расширении газа совершается РАБОТА по его расширению, то есть затрачивается энергия, а берётся эта энергия из запаса тепловой энергии сжатого газа, находившегося при комнатной температуре.
Вот и причина его сильного охлаждения!
Но, - робко замечает, присутствуюший при этом замечательном эксперименте Недоумок, - расширение газа связано с приобретением молекулами газа кинетической энергии, они при расширении облака газа, движутся с гораздо бОльшими скоростями, чем те скорости, которые имели в баллоне, в сжатом состоянии, где длина свободного пробега молекул была намного меньше, чем в относительно "свободном" пространстве.
Вот именно, - торжествующе подхватывает МКТ. Как раз на придание молекулам значительных скоростей и тратится их тепловая энергия, переходя в кинетическую, и потому газ остывает!
Но, - продолжает наш Недоумок, - ведь сжатый в баллоне как раз и УЖЕ ИМЕЛ ЗАПАС ЭНЕРГИИ ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ - потенциальную энергию сжатия!!! Без неё газ не стал бы вдруг расширяться. Значит дело НЕ в запасе ТЕПЛОВОЙ энергии, а просто в потенциальной энергии сжатия, поэтому он расширился и не было НИКАКОЙ НЕОБХОДИМОСТИ отбирать энергию от его комнатной температуры! Если мы откроем сосуд с НЕСЖАТЫМ газом при той же температуре, он не будет охлаждаться.
Конечно, - с прежним энтузиазмом подхватывает МКТ. - Он же не сжат!
Но, - снова наивно спрашивает Недоумок, - почему в этом случае он как раз не может РАСШИРИТЬСЯ, истратив свою тепловую энергию и, совершив указанную работу, ОХЛАДИТЬСЯ?
МКТ умолкает и собирается величественно удалиться, не желая отвечать на такие глупые вопросы. Но Недоумок, задаёт ей ещё один, такой же глупый и нелепый вопрос:
Кроме того, согласно вашим, МКТ, представлениям, тепловая энергия любого вещества, включая газы, есть кинетическая энергия молекул и атомов. Чем быстрее они движутся, тем больше тепловая энергия данного вещества и выше его температура. Так, как же это согласуется с только что расширившимся газом. Ведь он ОХЛАЖДАЕТСЯ, а кинетическая энергия молекул увеличиватся, то есть они начинают двигаться с гораздо БОЛЬШЕЙ скоростью???
МКТ молчаливо и величественно удаляется, не желая тратить силы и время на объяснения или опровержения какого-то полу или полного идиота.
Её место на сцене занимает молоденькая и игривая Конфигурационная Теория Электронных Орбит и наш герой-придурок задаёт ей всё те же глупые и нелепые вопросы.
В отличие от весьма зрелой, величественной, даже царственной в своей общепризнанности и возрасте МКТ, она охотно принимает вопросы Недоумка и в меру своего понимания старается ему ответить ясно и непротиворечиво.
Первое, теплота в моём (КТЭО) понимании, это НИКАК не кинетическая энергия частиц типа атомов и молекул, -- говорит она. - МКТ, скажем, чуть ошиблась адресом. Она очень, может быть, правильно и адекватно описывает тепловое состояние вещества, НО в ДРУГОЙ ФАЗЕ - в состоянии разогретой до многотысячноградусных температур плазмы, ГДЕ УЖЕ НЕТ НИ МОЛЕКУЛ, НИ АТОМОВ, а есть только смесь хаотически летающих стремительно ядер, протонов и электронов. Возможно, с некоторой добавкой нейтронов.
НИКАКИХ "упорядоченных" (в нашем человеческом представлении) систем частиц, вроде молекул и атомов в такой плазме нет и быть не может! И там МКТ действительно торжествует.
Но мы сейчас говорим о делах земных, а не звёздных и прочих миллионах градусов температур и миллионах атмофер давления.
Итак, теплота, согласно моим (КТЭО) представлениям есть как раз ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ энергия деформации электронных орбит атомов. Я буду говорит лишь о них, ибо молекулы - это уже системы связанных в некую общность атомов. При нагреве вещества, твёрдого, жидкого или газа, не атомы начинают двигаться быстрей и это есть повышение темературы и увеличение теплового содержания вещества по МКТ, а при этом происходит изменение Конфигурации Орбит Атомных Электронов, изменение их взаиморасположения в многоэлектронных атомах и ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ энергия таких деформированных орбит и есть тепловая энергия атомов. Таким образом, мы видим, что идея МКТ полностью отброшена и её кинетическая энергия в виде тепла заменена потенциальной энергией деформированных орбит атомов.
Интересно, - говорит Недоумок, -- тогда сразу мой второй вопрос как бы лишается смысла об охлаждении газа при увеличении кинетической энергии молекул и атомов.
Не торопитесь с выводами, - ласково поправляет его КТЭО, -- мы разберём детально и этот ваш вопрос.
Если мы принимаем моё первое допущение, что тепловые изменения состояния атомов связаны не с их кинетической энергией, а потенциальной энергией изменённых деформированных электронных орбит, то сразу возникает естественный вопрос: А что, есть ли состояние НЕИЗМЕНЁННЫХ ОРБИТ?
Ответ: Да, это состояние я называю "Идеальным атомом", то есть я ввожу некое новое понятие вдобавок к существовашим до сих пор: Атома в основном состоянии и атома возбуждённого. Но мой "Идеальный атом" - это НЕ атом в основном, невозбуждённом состоянии, а атом с полностью нормальными и никак не деформированными электронными орбитами!
Недоумок: А разве такое вообще возможно?
Да, - отвечает КТЭО, - например. атом межзвёздного газа, который ничем не нагревается и не стиснут соседями или не получает удары от них, ХОТЯ
ОБМЕНИВАЕТСЯ НЕКОТОРОЙ небольшой, НЕ КВАНТОВОГО УРОВНЯ, энергией с окружающей средой. И при глубоком охлаждении вещества до
температур, близких к Абсолютному нулю, мы тоже получаем "идеальный атом" с недеформированнми орбитами электронов.
Хорошо, - говорит ополоумевший от таких разъяснений Недоумок, -- но, ответьте мне, пожалуйста, на первый вопрос: Как так получается, что газ сильно охлаждается, (этот процесс даже используют для сжижения газов) ведь тогда действительно молекулы или атомы движутся с гораздо бОльшими скоростями, то есть их кинетическая энергия растёт!
Совершенно верно, - отвечает КТЭО, их кинетическая энергия растёт, а газ охлаждается! И я МОГУ это объяснить здраво и естественно.
Итак, как мы преположили, тепловая энергия атомов это НЕ их кинетическая, зависящая от скорости, энергия. а потенциальная энергия деформированных электронных орбит.
Скажите, пожалуйста, дорогой Интересующийся или Вопрошающий, или, наконец, ПОЧЕМУЧКА, (не хочу называть вас вашим сценическим именем, которое придумал для вас нехороший дядя Эспри), - атомы газа при расширении сближаются друг с другом или расходятся, удаляются?
Ну, конечно, удаляются, - отвечает Недоумок.
А ЧТО я вам только что рассказывала про "идеальный атом"? Когда такой вариант "существования" возможен?
Когда этом ИЗОЛИРОВАН от внешего силового воздействия, тогда он приближается к состоянию ИДЕАЛЬНОГО АТОМА с недеформированными орбитами. В баллоне они были сильно искажены, деформированы "теснотой" (поэтому, когда газ сжимали, он сильно разогревался - деформация орбит!). При разлёте, пусть в атмосфере того же или другого газа, каждый атом бывшего сжатого, находится в гораздо менее "стиснутом" состояни, более близком к идеальному и ЭТО ОЗНАЧАЕТ уменьшение его тепловой энергии, ОХЛАЖДЕНИЕ всего конгломерата бывшего сжатого газа. Этим мы сами того не ведая запустили НОВЫЙ механизм - механизм создания идеального атома или хотя бы приближения к идеальному состоянию.
Это, кстати нисколько не противоречит идее квантовой механики о так называемых нулевых колебаниях. Наоборот, атомы сближаются при охлаждении НЕ из-за внешнего нажима, а потому, что их орбиты уменьшают свои размеры. Естественное, "не насильственное" сближение атомов при охлаждении. Вещество при охлаждении уменьшает свой объём, но "добровольно" за счёт приближения состояния атомов к идеальному.
О другом способе создать идеальный атом можете прочитать в недавней заметке "Эффект Пельтье".
Недоумок: Кажется я начинаю что-то понимать, и ваши объяснения, дорогая КТЭО, мне представляются логичными, последовательными и аргументированными.
Знаете, как-то невольно вспомнил поэму Пушкина, провожая взглядом удаляющуюся МКТ и слушая теперь вас: