Dlaczego Czaso-Przestrzeń = Energia Posiada Jedynie Dwa Wymiary (Części Składowe) – Przestrzeń i Czas (Część 4)

Czym Jest Temperatura?

Georgi Aleksandrow Stankow, 18 Marca, 2017

Oryginalna wersja angielska

Termodynamika bada temperaturę, ciepło i wymianę energii. Dziedzina ta ma taką samą uniwersalną rolę w fizyce jak teoria falowa. Podstawową wielkością czaso-przestrzeni w termodynamice jest temperatura T (1). Jest to nam tak znajome, jak czas konwencjonalny t. Podczas gdy idea czasu oparta jest na łącznym odczuciu wymiany energii w ciele i otoczeniu, głównie postrzeganej jako ruch w fazie przejściowej, nasza idea temperatury połączona jest z wrażeniem ciepła i zimna, które przesyłane jest do ośrodkowego układu nerwowego przez zmysły dotykowe. W przeciwieństwie do innych abstrakcyjnych wielkości fizycznych, temperatura i czas są fizjologicznie powiązane z naszymi doznaniami. Dokładnie z tego powodu, jednak, temperatura (i czas konwencjonalny) nie zostały zrozumiane.

Temperatura definiowana jest przez zmianę w przestrzeni. W termodynamice zmiana ta mierzona jest trójwymiarowo jako objętość [przestrzeń-3d]. Bardzo ważne jest, aby zauważyć, że zmiana w przestrzeni jest pierwotnym zdarzeniem, podczas gdy jego powiązanie z termicznymi wrażeniami, takimi jak „ciepło” i „zimno”, ma drugorzędny antropocentryczny charakter. Dlatego też powinniśmy dokonać wyraźnego rozróżnienia pomiędzy subiektywną percepcją temperatury a jej abstrakcyjną, geometryczną definicją jako fizyczną wielkością.

Kiedy Uniwersalne Równanie zastosowane jest do definicji temperatury jako zmiany w przestrzeni, możemy wykazać, że jest to konkretna wielkość czasu:

T = f = [przestrzeń-3d]_x / [przestrzeń-3d]_R = f_R / f_x = SP(A)

Tak jak ze wszystkimi innymi wielkościami, metoda definicji temperatury jest w tym samym czasie jej metodą pomiaru. Ten fakt najlepiej zobrazowany jest w przeglądzie na temat historycznego rozwoju skal temperatury.

Metoda definicji i pomiaru T wyjawia fundamentalną właściwość czaso-przestrzeni, z której nie zdano sobie dotychczas sprawy – temperatura może być zmierzona jedynie podczas kontaktu termicznego. Fakt ten ukazuje ciągłość czaso-przestrzeni. Skoro T jest czasem f, a f jest wielkością wymiany energii E ≈ f ≈ T, oznaczałoby to, że wymiana termalna zachodzi pomiędzy przyległymi/graniczącymi poziomami – czaso-przestrzeń jest ciągła (pierwotny aksjomat). Ta fundamentalna własność czaso-przestrzeni obejmuje również czaso-przestrzeń fotonową. Aspekt ten nie jest w pełni zrozumiany w termodynamice.

Pomiar T zachodzi podczas termicznej równowagi, znanej również jako zerowa zasada termodynamiki. Prawo to głosi, że jeśli dwa obiekty są w termicznej równowadze z trzecim (poprzez kontakt), są one w termicznej równowadze pomiędzy sobą. Jest to intuicyjne pojęcie pierwotnego terminu jako continuum.

Zasada zerowa przewiduje istnienie powszechnego termodynamicznego poziomu czaso-przestrzeni, który jest częścią wszystkich materialnych obiektów (U-podzbiór materii). Czas absolutny tego poziomu jest stały T = const, ponieważ jego czaso-przestrzeń jest również stała. Aspekt ten omówię szczegółowo poniżej.

Jak widzimy, wszystkie podstawowe idee w fizyce są intuicyjnymi percepcjami natury pierwotnego terminu. Dotyczy to również termodynamiki. Kontakt termiczny i równowaga są rzeczywistymi wymogami dla zdefiniowania i zmierzenia temperatury. Zgodnie z zasadą cyrkularnego argumentu, potrzebny jest układ odniesienia (budowanie równoważników) w celu wykonania porównania (budowanie związków).

Wybór systemu odniesienia, do którego temperatura obiektu jest porównywana, ewoluował w czasie. Słupek rtęci normalnego termometru jest takim układem referencyjnym. Z teoretycznego punktu widzenia, wybór substancji nie ma znaczenia – rtęć może być zastąpiona przez każdą inną substancję. Ten płynny metal został wybrany z praktycznych powodów.

Wybór geometrycznego kształtu słupka rtęci nie jest jednakże przypadkowy. Jest to cylinder z takim samym przekrojem poprzecznym wzdłuż całej długości skali, żeby równoważne zmiany objętości rtęci prowadziły do równoważnych zmian długości słupka:

Δ[przestrzeń-3d] ≈ Δ[przestrzeń-1d].

Zatem budowanie równoważnych przyrostów objętości rtęci, które mogą być uznane za stałe potencjały czynnościowe E_A, jest a priori warunkiem dla zmierzenia temperatury T = f i ciepła Q = E = E_A f. Jak tylko zbudowanie rzeczywistych równoważności przestrzennych zapewnione jest przez zastosowaną geometrię, matematyka jest następnie wprowadzona jako metoda pomiaru.

Historyczna procedura była następująca: normalnej temperaturze zamarzania wody (punkt lodu T) została przypisana liczba „0”, normalnej temperaturze wrzenia wody (punkt pary T) – liczbę „100”. Jednostka zmiany objętości jest arbitralnie nazywana „stopniem” i zapisywana jest jako 0^o C albo 100^o C. „C” oznacza Celsjusza, który jako pierwszy wprowadził tę skalę – stąd skala temperatury Celsjusza.

Długość słupka rtęci przy 0^o C to L₀ i przy 100^o C jest to L₁₀₀. Różnica długości ΔL = L₁₀₀ – L_o podzielona jest równo na 100 części, dzięki temu każda długość odcinka odpowiada „1 stopniu” (2). Liczba „100” dla ΔL jest wybrana dobrowolnie. W obrębie matematyki, możemy przypisać temu rozmiarowi każdą inną liczbę, dla przykładu, „1” jako pewne zdarzenie albo 1 jednostka, bez wpłynięcia na faktyczny pomiar temperatury.

Z tego możemy wywnioskować, że liczba 100 skali Celsjusza jest prostym współczynnikiem przeliczeniowym K = SP(A) pomiaru przestrzeni. Staje się to oczywiste, kiedy porównujemy skalę Celsjusza ze skalą temperatury Fahrenheita (patrz ćwiczenie 1. poniżej).

Temperatura Celsjusza t_c definiowana jest jako:

t_c = (L_t–L_o) / (L₁₀₀ – L_o ) ×100 = ΔL_x /L_R =

= [przestrzeń-1d]_x / [przestrzeń-1d]_R = f_R / f_x = f = SP(A)

albo

[przestrzeń-1d]_x f_x = [przestrzeń-1d]_R f_R = v_x = v_R =

= [czaso-przestrzeń-1d]_termiczna = const

Powyższe równanie udowadnia, że:

„Termiczna równowaga” jest tautologią stałej czaso-przestrzeni termodynamicznego poziomu materii.

Jednakże, faktyczne rozmiary przestrzeni i czasu (temperatury) są specyficzne dla każdej substancji albo obiektu, które mogą być uznane za odrębny termiczny system, stąd konieczność mierzenia konkretnej temperatury (czasu) i objętości (przestrzeni). To samo odnosi się do ich relatywistycznych zmian.

Wszystko co możemy zrobić w fizyce to zmierzyć przestrzeń, czas albo czaso-przestrzeń systemów i poziomów.

Wszystko inne jest złudzeniem konwencjonalnie myślącego umysłu fizyka. Właśnie z tego względu obecna fizyka jest fałszywą nauką tak jak masmedia są fałszywymi wiadomościami.

Termodynamika potwierdza, że czaso-przestrzeń jest w bezustannej wymianie energii. Dyscyplina ta rozwinęła najbardziej właściwe postrzeganie pierwotnego terminu. Dlatego też nie jest to zaskakujące, że pierwsza zasada termodynamiki określająca zachowanie energii jest statycznym postrzeganiem Prawa Uniwersalnego, tak jak nie jest to przypadkiem, że jego odkrywca, Julius Robert Mayer, był lekarzem tak jak autor tego artykułu. Obaj studiowali medycynę w Niemczech i najpierw odkryli Prawo Uniwersalne jako zasadę zachowania dla materii organicznej, i dopiero po tym potwierdzili je w fizyce (w 1842, kolejno, w 1995 r.) (3). Czaso-przestrzeń jest cyklicznym zjawiskiem w ewolucji. Jest to również prawdą dla historii każdego naukowego odkrycia dotyczącego czaso-przestrzeni (4).

Chociaż termometry rtęciowe są powszechnie stosowane, nie są one bardzo dokładne poza swoimi punktami kalibracji. Stałoobjętościowy termometr gazowy cieszy się tą zaletą w większym zakresie. Zamiast zmiany objętości, mierzy on zmianę ciśnienia. Ten izobaryczny pomiar temperatury oparty jest na równaniu stanu gazu doskonałego. Wykazałem w Tomie II, że jest to zastosowanie Prawa Uniwersalnego.

Dalsze udoskonalanie skal temperatury odzwierciedla wrodzone dążenie człowieka do precyzyjnego określania czaso-przestrzeni. Z powodu trudności w powielaniu stanów punktu lodu i punktu pary z wysoką dokładnością w różnych laboratoriach, została przyjęta skala temperatury oparta na pojedynczym stałym punkcie w 1954 r. przez Międzynarodowy Komitet Miar i Wag – potrójny punkt wody. Ten stan równowagi występuje przy ciśnieniu 4,58 mmHg i temperaturze 0,01^o C. Skala temperatury gazu doskonałego zdefiniowana jest tak, że punkt potrójny wynosi T = 273,16 kelwinów (K), gdzie „stopień kelwin” jest jednostką o tym samym rozmiarze co stopień Celsjusza. Liczba 273,16 jest zatem współczynnikiem przeliczeniowy (T = t_c + 273,16).

Jako że potrójny punkt wody uznano za niedokładny, w 1990 r. został wprowadzony nowy stały punkt dla skali Kelwina oparty na 17 punktach kalibracji (minimalizacja błędu systemowego).

To jeszcze nie koniec historii. Wraz z odkryciem Prawa Uniwersalnego, będzie możliwe zdefiniowanie nowej, bardziej precyzyjnej skali temperatury, która będzie oparta na czaso-przestrzeni fotonowej jako układzie odniesienia jak jest to w przypadku dwóch wymiarów (części składowych) czaso-przestrzeni – przestrzeni i czasu. Naukowa podstawa takiej skali oparta jest na wiedzy, że temperatura jest wielkością czasu (patrz prawo Stankowa w Tomie II, rozdział 5.7). Poniżej dodałem dwa proste ćwiczenia dla moich czytelników, żeby przetestować nowo nabytą wiedzę o nowej fizyce Prawa Uniwersalnego.

 Ćwiczenia:

1. Wyraź współczynnik przeliczeniowy skali temperatury Fahrenheita względem skali Celsjusza w nowej czaso-przestrzennej symbolice.

2. Określ wymiarowość czaso-przestrzeni współczynnika rozszerzalności liniowej α i współczynnika rozszerzalności objętościowej ß. Omów te wielkości w świetle nowej aksjomatyki. Zaproponuj przynajmniej trzy zastosowania Uniwersalnego Prawa w produkcji i konstrukcji materiałów narażonych na znaczne termiczne rozszerzanie lub kurczenie się.

Przypisy:

1. W fizyce dla temperatury używamy symbolu „T” w kelwinach, który jest oficjalną jednostką SI. Kiedy temperatura jest wyraźnie podana w skali Celsjusza, użyję t_c.

2. Ważne jest, aby zaobserwować, że ta sama procedura jest również używana w celu definiowania „procentów”. Pojęcie „procentów” jest uniwersalną numeryczną zależnością każdej rzeczywistej lub abstrakcyjnej wielkości.

3. Podczas gdy Mayer był na początku skarcony za ten metafizyczny styl naukowej prezentacji i cierpiał z powodu lekceważenia, możemy mieć nadzieję, że nowa aksjomatyka Prawa Uniwersalnego będzie cieszyć się bardziej radosnym przeznaczeniem. Przynajmniej nie można twierdzić, że nie rozumiem zasad Newtona jak było w przypadku Mayera. W rzeczywistości to Newton nie rozumiał grawitacji. Jest to prawdziwe dla każdego fizyka przed i po nim.

4. Można spekulować, czy jest to przypadek, że odkrywca prawa Uniwersalnego pochodzi z Tracji, która jest kulturową ojczyzną Heraklita, pierwszego odkrywcy Prawa Uniwersalnego, atomistów, pierwszych prawdziwie współczesnych naukowców Starego Kontynentu i Arystotelesa, uniwersalnego geniusza antyku, który rozwinął uniwersalny kategoryczny system nauki oparty na intuicyjnym (albo może racjonalnym) postrzeganiu Prawa Uniwersalnego. Odpowiedź zostanie podana w najbliższej przyszłości.