Описание взрыва как фазового перехода, индуцированного критическим ускорением воздуха (стр. 2 )

  Однако, со времен Б. Франклина и М. Ломоносова, под молнией понимают электрический разряд в воздухе. Объяснение электрического разряда в молнии при фазовом переходе в активное состояние тензора дисторсии достаточно простое. Когда молния достигает поверхности Земли, появляется разность потенциалов в плазме и происходит электрический разряд.

  Флуктуации электрического поля в грозовых облаках не могут являться источником молнии, так как максимальная наблюдаемая разность потенциалов в грозовых облаках на два порядка меньше разности потенциалов, которая необходима для возникновения электрического разряда в воздухе. Таким образом, не плазма является следствием электрического разряда в молнии, а электрический разряд в молнии возникает в результате, по сути дела, короткого замыкания в плазме.

  Более того, электрической разностью потенциалов не удастся объяснить молнии, которые возникают, например, в жерле вулканов при извержении плазмы, или рядом с торнадо и смерчами. Также, очевидно, что никакой разностью электрических потенциалов в воздухе нельзя объяснить взрывы, которые происходят при падении метеоритов или при выстрелах. А между тем взрывы и молнии являются одним и тем же фазовым переходом. В п. 4 доказывается, что взрывы, индуцированные критическим ускорением воздуха , эквивалентны фазовому переходу типа молнии, индуцированному критической плотностью дислокаций. Так как (с. 21)!

  Заметим, что разрушение сплошной среды имеет место и в твердых телах. При разрушении твердых тел возникают пластические деформации, и перестает выполняться закон Гука. Известно, что любая трещина начинается с дислокации. Например, трещина на лобовом стекле автомобиля по виду похожа на молнию. Более того, звук от молнии также напоминает треск, когда молния происходит рядом. Гром слышится в связи с более интенсивным затуханием высоких частот на расстоянии. В отличие от твердых тел, в воздухе следом за разрушением сплошной среды происходит обратный фазовый переход, и плотность дислокаций выталкивается из воздуха, подобно тому, как выталкивается магнитное поле из сверхпроводников (эффект Мейснера [2]). А энергия, поглощенная при фазовом переходе в молнию, излучается.

  Почему такое очевидное описание молнии не получило признания? Скорее всего, потому что электрический разряд, обусловленный флуктуацией (спонтанным изменением) электрического поля, смогли смоделировать в лабораторных условиях, а взрыв, обусловленный флуктуацией массы в сплошной среде, не смогли. Так как критическая масса грозового облака очень большая. 

  Плотность дислокаций после молнии не везде выталкивается из атмосферы Земли. В верхних слоях ионосферы плотность дислокаций на сотни километров проникает в атмосферу Земли в виде северного сияния. Здесь также прослеживается аналогия со сверхпроводимостью. Как известно [2], существуют сверхпроводящие сплавы, в которых наблюдается смешанное сверхпроводящее состояние, когда магнитное поле проникает в образец, но дискретно, в виде вихрей Абрикосова. При этом в местах проникновения вихрей Абрикосова реализуется несверхпроводящая - «нормальная» фаза. Аналогом смешанного состояния в атмосфере является ионосфера, что можно было ожидать, наблюдая плазму в молнии, а аналогом вихрей Абрикосова является северное сияние. В северном сиянии явно наблюдается свечение (плазма), что свидетельствует об активном (или «нормальном», как принято говорить в сверхпроводимости) состоянии тензора дисторсии в местах проникновения плотности дислокаций в ионосферу. При этом дислокации проникают в ионосферу дискретно, как бы в виде параллельных тончайших нитей. На любой картине северного сияния видна четкая граница внизу, на высоте порядка 80-90 км над поверхностью Земли, где заканчивается смешанное состояние, и атмосфера ведет себя как сплошная среда - выталкивает поле плотности дислокаций после молний. Молнии в ионосфере происходят в окрестности аврорального овала, охватывающего магнитное поле Земли. Поэтому на границе овала и наблюдается северное сияние.

  Здесь уже видна подсказка для ответа на вопрос: почему метеориты испаряются при входе в «плотные слои атмосферы»? Потому что ниже 80 км над Землей образуется сплошная среда - другое физическое состояние, которое не пропускает в себя поле плотности дислокаций. И это состояние подобно сверхпроводящему состоянию. Сплошную среду можно рассматривать как плотные слои атмосферы в том смысле, что движение метеорита в ней приводит к коллективному движению молекул. Это и означает, что образуется сплошная среда или плотные слои атмосферы. Быстрое движение метеорита разрушает это вновь образованное состояние и происходит фазовый переход, разрушающий состояние сплошной среды. 

  Заметим, что все выводы и результаты, представленные в статье, получены из первых принципов - уравнений состояния для тензора дисторсии, а не из приведенной выше аналогии со сверхпроводимостью. Вообще говоря, изначально тензор дисторсии появился в теоретической физике при определении плотности дислокаций в сплошной среде [1], как обобщение тензора деформаций для состояний с дислокациями. При этом он не нес никакой дополнительной смысловой нагрузки. В работе [3] было получено минимальное взаимодействие (см. (1)) для локального представления, индуцированное подгруппой трансляций, с тензорным компенсирующим полем, которое оказалось тензором дисторсии (прямое доказательство см. в п.1). Из калибровочной теории поля известно [4], что компенсирующее поле является независимой переменной, которая описывает физическое состояние. Например, электромагнитный потенциал является компенсирующим полем в удлиненной производной для волновой функции плотности электрического заряда в потенциале Гинзбурга-Ландау. Таким образом, формально введенный тензор дисторсии неожиданно приобрел физический смысл!

  Аналогия между описаниями континуальной теории дислокаций и электродинамикой известна давно [5,6]. В работе [7] был построен лагранжиан тензора дисторсии и получены уравнения состояния, аналогичные уравнениям Максвелла. В данной работе будет показано, что также существует аналогия и в фазовых превращениях между физическими состояниями, описываемыми тензором дисторсии и электромагнитным потенциалом. Эти критические явления связаны с нарушением специфической градиентной симметрии уравнений состояния, когда поля взаимодействия – тензор дисторсии и электромагнитный потенциал , материализуются и становятся наблюдаемыми величинами. Такое нарушение симметрии в теории поля описывается механизмом Хиггса, когда компенсирующее поле перестает взаимодействовать с полями материи, приобретает массу и становится массивным бозоном.

  Единственное известное и описанное макроскопическое состояние, связанное с переходом поля взаимодействия в «массивное» состояние – это фазовый переход в сверхпроводящее состояние [2,4], когда электромагнитный потенциал становится наблюдаемым и пропорциональным плотности тока (уравнения Лондонов). В п. 3 и п. 4 будет показано, что молния и взрыв представляют собой обратный фазовый переход: из материального состояния тензора дисторсии в сплошной среде, в которой выполняется закон Гука, в состояние, где тензор дисторсии не пропорционален тензору напряжений и задает плотность дислокаций.

  Как и в электродинамике, в континуальной теории дислокаций физический смысл имеют трансляционные инварианты - напряженности тензора дисторсии. Тензор плотности дислокаций – это и есть вихревая напряженность тензора дисторсии, аналогичная магнитной индукции . Т. е., по построению плотность дислокаций представляет собой поле взаимодействия, такое же, как и магнитное поле. Однако изначальное определение дислокации означало отсутствие локации атомов при обходе линии дислокации в кристаллической решетке [1]. Как такое определение дислокаций согласуется с определением плотности дислокаций как поля взаимодействия? 

  Плотность дислокаций и вектор Бюргерса, по определению, связаны между собой соотношением: . Вектор Бюргерса является аналогом магнитного потока в электродинамике. В работе показано, что в сплошной среде, где отсутствует минимальное взаимодействие и тензор дисторсии пропорционален тензору напряжений, вектор Бюргерса является непрерывной величиной. А в кристалле вектор Бюргерса квантуется подобно тому, как квантуется  магнитный поток в вихрях Абрикосова [2]. Более того, минимальный вектор Бюргерса равен периоду волновой функции структурного ПП. Он, по сути дела, и задает дискретную периодическую структуру в пространстве. Поэтому в сплошной среде нет понятия «дислокация», а есть понятие плотность дислокаций, так как нет дискретности в сплошной среде.

  Что представляет собой поле плотности дислокаций, как оно реализуется в воздухе, с чем взаимодействует? Это те вопросы, на которые будут даны ответы в данной статье.

  Вообще говоря, эта работа задумывалась с целью описать звук, исходя из уравнений состояния для тензора дисторсии, по  аналогии с электромагнитными волнами, которые описываются уравнениями Максвелла. В качестве основных аргументов в пользу такого описания звука были следующие соображения. Во-первых, тензор дисторсии является компенсирующим полем, а для сверхпроводящего параметра порядка (ПП), скорее всего, отвечает за электрон-фононное взаимодействие, описанное в теории БКШ [2]. Во-вторых, для независимого компенсирующего тензора дисторсии можно построить лагранжиан и получить уравнения состояния, аналогичные уравнениям Максвелла [7]. В-третьих, центрально-симметричная напряженность тензора дисторсии содержит градиент скорости: – аналог градиента электрического потенциала. Легко видеть, что градиент скорости наблюдается при извлечении звука из любого музыкального инструмента, а из духовых инструментов он «выдувается» вместе с воздухом.