Описание взрыва как фазового перехода, индуцированного критическим ускорением воздуха (стр. 9 )

  Заметим, что аналогия грозового облака с бесконечной пластиной с током предсказывает наличие поля плотности дислокаций как выше, так и ниже грозовых облаков. Как известно, молнии выше грозовых облаков существуют в виде спрайтов, их обнаружили сравнительно недавно [20]. При этом длина молний и спрайтов коррелирует с глубиной проникновения поля плотности дислокаций , которая зависит от плотности атмосферы.

  У поверхности Земли  . На наш взгляд, глубина проникновения плотности дислокаций соответствует длине стримеров молнии, которые являются источниками молний, так как не каждый стример приводит к молнии. В этом смысле молния напоминает трещину, как область пространства существования активного фононного поля, которая образуется в результате появления критического поля плотности дислокаций.

  Заметим, что есть аргументы и в пользу того, что глубиной проникновения поля плотности дислокаций можно считать всю длину молнии. Это можно проверить исходя из сравнительной оценки глубины проникновения и скорости звука в разных сплошных средах. В этом случае значение минимальной частоты также может измениться, согласно . Так как величина принципиально не отражается на тех качественных явлениях, которые обсуждаются в данной работе, то мы не будем здесь более подробно обсуждать этот вопрос, который выходит за рамки данной работы.

  Аналогия со сверхпроводимостью была бы неполной, если бы не было аналога вихрей Абрикосова [2] в атмосфере Земли. Оказывается, что такое состояние существует. Оно наблюдается в ионосфере, как смешанном состоянии сплошной среды и плазмы, аналогичному смешанному сверхпроводящему состоянию. Это северное сияние.

  После молний в ионосфере, которые возникают на границах аврорального овала в связи с изменением давления, обусловленного макроскопическим движением ионов воздуха в магнитном поле Земли в слое E ионосферы, появляется северное сияние. Картина северного сияния имеет четкую границу снизу на высоте 80-90 км от поверхности Земли, разделяющую область, откуда выталкиваются дислокации, и область ионосферы, куда проникают дислокации. Выталкивание из слоя D ионосферы поля дислокаций связано с малой ионизацией молекул воздуха, которая не приводит к макроскопическому движению воздуха в связи с взаимодействием электрически заряженных ионов с магнитным полем Земли. Так как в слое Е ионосферы возможно макроскопическое движение электрически заряженных частиц, то в этом слое разрушается пассивное состояние фононного поля. Это происходит потому, что уже нельзя определить поле скорости как , так как ионы и молекулы воздуха движутся с разными макроскопическими скоростями. Следовательно, фононное поле в ионосфере выше слоя D описывается уравнениями (6,7), а не (14-16).

  При этом дислокации проникают в ионосферу на сотни километров. Не в виде обычной молнии, напоминающей по форме трещину, а в виде бесконечного числа тонких параллельных нитей, направленных вдоль линий магнитного поля. Объяснение этого явления связано с квантованием вектора Бюргерса, которое является следствием минимального взаимодействия (1) в ионосфере, подобно вихрям Абрикосова в смешанном сверхпроводящем состоянии, которое описывается минимальным взаимодействием Гинзбурга-Ландау [2].

  Когда солнечный ветер приносит с собой активное акустическое поле вместе с плазмой, оно проникает в линии дислокаций и высвечивает их в виде северного сияния. Линии дислокаций это, по сути дела, «дырки» в ионосфере. В них также как в вихрях Абрикосова реализуется «нормальное» состояние, или активное состояние фононного поля.

  Направление линий северного сияния вдоль линий магнитного поля следует из (17), так как сила Лоренца, действующая на ионы, и вектор Бюргерса лежат в плоскости перпендикулярной линиям магнитного поля. Эта ситуация аналогична двумерной плоской задаче, описанной в [3]. Макроскопическое движение ионов в магнитном поле Земли (ионный ветер) происходит внутри аврорального овала, поэтому на его границе создается область избыточного давления, которая и приводит к молниям. Если исходить из минимального взаимодействия, то линии магнитного поля и плотности дислокаций имеют одно и то же направление, так как задаются одной и той же удлиненной производной, если в (1) добавить электромагнитный потенциал (11).

  Северное сияние – как аналог вихрей Абрикосова в смешанном состоянии, обусловленных молниями в результате образования избыточного давления, на границе области охватывающей магнитное поле в ионосфере, явление присущее для многих планет с атмосферой. Например, недавно были получены кадры северного сияния на Юпитере https://www. /p/BHSLr9yg9u0/.

  Молнии в жерле вулкана объясняются наличием области с избыточным давлением, обусловленным высокой температурой, согласно закону Менделеева-Клайперона. Действительно, в жерле вулкана создается область высокой температуры, следовательно, там возникает и область высокого давления в объеме (в жерле вулкана), что приводит к критической плотности дислокаций. Критическая плотность дислокаций возникает и в местах образования торнадо и смерчей. Вычисление поля плотности дислокаций, создаваемого избыточным давлением в смерчах эквивалентно вычислению магнитного поля, создаваемого бесконечным проводником с током.

4. Взрыв как фазовый переход, индуцированный критическим ускорением

  Выше мы провели аналогию между пассивным состоянием фононного поля в сплошной среде и сверхпроводящим состоянием. Однако в воздухе есть свойство у фононного поля, которому нет аналога в сверхпроводимости. Оказывается, что фазовый переход, между пассивным и активным состояниями фононного поля в воздухе, связан с динамическими характеристиками  самой сплошной среды. Он может быть индуцирован критическим ускорением воздуха.

  Действительно, так как плотность дислокаций в воздухе имеет вид (17): , то компоненты тензора плотности дислокаций пропорциональны компонентам силы , действующей на единичный объем воздуха. С другой стороны, если на воздух действует сила, то она его ускоряет по закону: . Следовательно, если существует критическая плотность дислокаций, при которой разрушается сплошная среда, то существует и критическая сила, действующая на воздух, при которой происходит фазовый переход в активное состояние фононного поля. Но тогда существует и критическое ускорение воздуха, при котором сплошная среда «разрывается» и в нее проникает поле плотности дислокаций. Критическая плотность дислокаций связана с критическим ускорением воздуха простым соотношением: . Учитывая, что получим: . Компоненты плотности дислокаций в воздухе пропорциональны ускорению воздуха!

  Вообще говоря, компоненты антисимметричных производных , определяющие плотность дислокаций в сплошной среде, не пропорциональны компонентам симметричной производной  , определяющей силу. Пропорциональными они становятся только в газе или жидкости, когда и выражаются через компоненты .

  Из следует, что критическое ускорение воздуха у поверхности Земли имеет значение . С увеличением высоты над поверхностью Земли критическое ускорение изменяется вместе с критической плотностью дислокаций как , так как скорость звука практически не зависит от высоты. Поэтому в верхних слоях атмосферы, фазовые переходы, разрушающие пассивное состояние фононного поля, можно индуцировать меньшим ускорением воздуха. Это ожидаемый результат - чтобы разрушить фазовое состояние нужно затратить меньше энергии вблизи границы образования этого состояния. 

  Таким образом, критическое ускорение воздуха индуцирует фазовый переход, разрушающий пассивное состояние фононного поля. В этом случае фононное поле становится активным - происходит ударная волна, сопровождающаяся громким звуком, и образуется плазма с высокой температурой.

  Такое явление наблюдается в природе при падении метеоритов. Как известно, метеориты падают на Землю со скоростью - . Следовательно, метеориты при торможении будут разгонять воздух с ускорением пропорциональным квадрату скорости, что значительно превосходит критическое ускорение. Квадратичная зависимость силы сопротивления воздуха от скорости движущихся тел имеет место при относительно небольших скоростях около поверхности Земли. Вряд ли эта закономерность исследовалась при скоростях более и в разряженном пространстве. Однако, очевидно, что существует корреляция сопротивления воздуха со скоростью падающих тел, и, в пределе больших плотностей воздуха и малых скоростей движущихся тел, она квадратичная по скорости. Когда атмосфера становится достаточно плотной, скорее всего об этом идет речь, когда говорят о «плотных слоях атмосферы», падающий болид приводит воздух к критическому ускорению и происходит взрыв. Взрыв происходит не болида, и не в результате его трения о воздух. Происходит взрыв воздуха в связи с критическим ускорением его, движущимся болидом.  Поэтому при падении метеорита в «плотных слоях атмосферы» происходит «молния» – или фазовый переход в активное состояние фононного поля.