ХХ век был веком великих научных открытий, позволивших осуществить
мощный технологический прорыв в развитии человечества.
Обнаружение
радиоактивного распада обеспечило появление ядерной энергетики.
Исследования электромагнитных полей привело к появлению радиотехники и
современной революции в электронике.
Блестящие успехи теоретической и
экспериментальной физики позволили объяснить существующее в природе
многообразие физических сил и взаимодействий и связать их с четырьмя
основными взаимодействиями: гравитационным, электромагнитным, слабым и
сильным.
В русле этих работ было введено понятие спинорных полей, в
отношении которых М. Марков сказал, что "с самого начала появления в
физике спиноров возникла и живет идея фундаментальности именно спинорных
полей, которые, возможно, определяют структурно и все другие поля”[1].
Простейшим
из всех спинорных полей является поле порождаемое классическим спином
1/2 [2]. Такое спинорное поле является универсальным,
поскольку порождающий его спин может быть представлен в виде
циркулирующего потока энергии[3, 4]. Понятие такого поля соответствует
концепции «A-полей» Р. Утиямы [5], согласно которой каждому
независимому параметру частицы аi, удовлетворяющему закону сохранения,
соответствует свое материальное поле Аi, через которое осуществляется
взаимодействие между частицами, соответствующее данному параметру.
Примером спинорных микрообъектов могут служить состояния
электронов, протонов и нейтронов. Однако спинорные объекты возможны и на
макроскопическом уровне [6, 7]. При этом собственные спинорные поля
таких объектов являются коллективным проявлением на макроскопическом
уровне упорядоченных ядерных и атомных спинов. Для этого необходимо,
чтобы ядерные и атомные спины были параллельны и однонаправлены, что
реализуется в структурах с ориентированными ядрами [8 - 11]. Так
например, при намагничивании феромагнетика происходит упорядочение
магнитных моментов, ориентационно жестко связанных с ядерными спинами
[11], что обусловливает возникновение коллективного спинорного поля.
Универсальные
поля, порождаемые классическим спином, можно интерпретировать как
дальнодействующие спинорные поля [7], что обусловливает их связь с
Физическим Вакуумом, также как это
свойственно электромагнитному и
гравитационному полям в представлении [12 - 17 ].
Согласно этим представлениям, Физический Вакуум, как
единая среда, может находиться в различных поляризационных состояниях. В
состоянии зарядовой поляризации Вакуум проявляет себя как
электромагнитное поле [12 – 14]. Этот же Вакуум в состоянии спиновой
продольной поляризации проявляет
себя как гравитационное поле
[15 –18].
Исследованиями Г. Шипова и А. Акимова показано, что в
состоянии спиновой поперечной поляризации Физический Вакуум проявляет
себя как спинорное поле [7, 18].
Как видим, все эти
три поля порождаются независимыми
параметрами (заряд-q, масса-m
и спин-s) и в соответствии с концепцией Р. Утиямы
являются универсальными полями, или полями
первого класса.
Таким образом, спинорнное поле можно генерировать с помощью
устройств, созданных на основе специально организованного ансамбля
классических спинов, в котором реализуется максимальная энергия
взаимодействия не только между соседними, но и удаленными спинами.
Система взаимодействующих спинов является при этом своеобразным
усилителем малых эффектов каждого отдельного спина.
Принципы
построения реального генератора спинорного поля включают в себя
следующие основные положения:
1. Генерация
интенсивного спинорного поля может быть осуществлена только при
использовании каскада контактирующих между собой элементов с
организованным ансамблем классических спинов.
2.
Соседние контактирующие элементы должны быть сделаны из разных
материалов.
3. После установки первого элемента
второй элемент приводится с ним в контакт через 40 часов. Такое же
требование распространяется на все последующие устанавливаемые элементы.
Рис 1. Схема установки
элементов I, II, III с организованным ансамблем
классических спинов генератора спинорного поля
Так как спин рассматривается
нами как источник спинорного поля, то в соответствии с концепцией Р.
Утиямы объектом, чувствительным к воздействию излучаемого
генератором спинорного поля, должна быть спиновая система материальной
среды. Причем в отношении величины эффекта, система спинов имеет
преимущество перед индивидуальным спином микрочастицы. Сложная
неравновесная спиновая структура, обладающая большим запасом
квазивырожденных по энергии состояний, может выполнять
роль системы, в которой
действие спинорного поля может накапливаться
(спиновое насыщение) и приводить к заметным макроскопическим
изменениям.
Особый интерес
представляют индуцированные спинорным полем неравновесные состояния,
когда на одном квантовом уровне, характеризующем одну из собственных
колебательных частот материальной среды, выстраивается максимально
возможное количество спинов. При этом уменьшается не только спиновая
энтропия, но и за счет взаимодействия спин-решетка, энтропия
материальной среды [19].
Оценка
изменений спиновых состояний материальной среды при воздействии на нее
спинорного поля была осуществлена в Институте физики Познаньского
университета им. А.Мицкевича на ЯМР-спектрометре путем измерения времени
релаксации поперечной составляющей Т1 (релаксация спин-решетка). В
качестве исследуемых объектов были взяты водород содержащие среды – по
две различных пробы бензина и дизельного топлива. Положительными
считались результаты, в которых время релаксации контрольных проб (не
подверженных воздействию спинорного поля) отличалось от времени
релаксации проб подверженных воздействию спинорного поля на величину
большую, чем систематическая погрешность измерений.
Измерения времени релаксации проб осуществлялись на
ЯМР-спектрометре PMS-60, обработка результатов измерений проводилась по
программе PEAK-FIT. Исследуемые пробы подвергались воздействию
спинорного поля, излучаемого генератором с тремя и четырьмя элементами
организованного ансамбля классических спинов.
Результаты
измерений представлены в таблице 1.
Результаты эксперимента показывают, что времени релаксации Т1
проб подвергнутых воздействию спинорного поля отличается от времени
релаксации контрольных проб и превышает систематическую погрешность
измерений.
Способность спинорного поля уменьшать энтропию
материальной среды, была использована нами для ускорения
процессов отжига стали с целью уменьшения энергетических затрат на их
проведение.
Известно, что продолжительность процессов отжига связана
с диффузиоными процессами в металле, скоростью рекристаллизации и
определяется температурными режимами процессов. Это можно видеть из
следующих простых уравнений:
а) коэффициент диффузии
D = Ao exp [-Ea/kT], (1)
а)
скорость процесса рекристаллизации
v = Ao exp[- Ea/kT] (2),
где Ао – постоянная величина, Еа – энергия активации,
k – постоянная Больцмана,
Т – температура.
Как видно из формул (1) и (2),
ускорение процессов диффузии и рекристаллизации возможно за счет
повышения температуры отжига. Но так как величина температуры процессов
является нормируемой величиной, единственной доступной для управления
остается энтропия активации, которая в формулах (1) и (2) имеет вид
Еа/kT = Sa. Управление этим параметром посредством воздействия спинорным
полем представляется перспективным в связи с тем, что в
высокотемпературных термодинамических процессах приобретенное металлом
новое спиновое состояние разрушаться не может, так как известно, что
спиновая подсистема ядер сравнительно слабо связана с тепловыми
колебаниями атомов и молекул.
Проверка эффективности применения
спинорных полей в процессах отжига проводилась на
металлургическом заводе "Днепроспецсталь” и подшипниковом заводе
SKF-Poznan.
Результаты
промышленных испытаний.
Металлургический завод "Днепроспецсталь”.
Испытания
проводились при отжиге шарикоподшипниковой стали (ШХ-15) и
конструкционной стали (65Г). Используемые печи – колпаковые и камерные.
Проведено 42 экспериментальных процесса.
Показатели эффективности:
-
снижение расхода сжигаемого газа - 35%,
-
снижение расхода защитного газа - 38%
(для стали ШХ-15),
- уменьшение
продолжительности отжигов - 32%,
-
качество металла: шарикоподшипниковая сталь - микроструктура CG –
2,0-2,1;
твердость 200- 210 HB;
конструкционная
сталь – микроструктура СG – 2,1-2,3; твердость 210 HB.
Параметры
типовых процессов отжига стали и процессов с использованием спинорного
поля
а) процессы в колпаковых газовых печах с защитной атмосферой  б) процессы в камерных газовых
печах
Подшипниковый завод SKF-Poznan
Испытания
проводились при отжиге стальных деталей шарикоподшипников. Используемая
печь – проходная электрическая РР-300. Количество садок для отжига –
53.
Количество садок в печи – 18. Периодичность подачи садок в печь –
1 час.
Показатели эффективности:
-
экономия электрической энергии – 40%,
- качество
металла – микроструктура – CG – 2,0-2,1;
твердость 193 – 210 HB.
Параметры типовых процессов отжига
стали и процессов с использованием спинорного поля: 
На
основании проведенных экспериментов можно сделать следующие выводы:
1.
Применение спинорного поля в
процессах отжига стали позволяет
снизить
расход энергии на 40%. В процессах отжига проводимых
в колпаковых печах, при стабильной калорийности сжигаемого газа,
время отжига может быть сокращено в 2 раза.
2. Исследования качества отожженного металла и его
микроструктурных характеристик показывают на их соответствие нормативным
требованиям.
Американский
физик Фредерик Кеффер как-то сказал: «Будущее принадлежит
тем, кто сможет управлять энтропией...».
Как
видим даже частичное решение этой сверх задачи при использовании
спинорных полей позволит получить большую экономию энергорессурсов в
таких отраслях промышленности, как металлургия и машиностроение. Не
трудно представить направления использования спинорных
полей и в других отраслях промышленности.
Кроме
выше приведенных, были также проведены эксперименты по использованию
спинорных полей в технологии производства полупроводниковых диодов
основанной на жидкофазной эпитаксии в поле градиента температур. Получены
следующие результаты:
1. Выход годных
диодных элементов увеличился с 68% до 80%.
2. Выход
диодных элементов с обратным блокирующим напряжением более 1600 В
увеличился с 50% до 72%.
Используемый материал –
подложки крeмния электронного
типа проводимости
диаметром 76 мм., толщиной
0,3 мм, величиной удельного сопротивления 40 Ом х см.
Первая партия изготовленных диодов составила 5000 шт.
Л
и т е р а т у р а
1. Марков М.А. -
УФН, 1973, вып. 4, № 113,
2. Birrell
N.D., Davies P.C.W. Quantum Fields in Curved Space. Cambridge University
Press. Cambridge, London, New York, New Rochelle, Melbourn, Sydney,
1982, 386 p.
3. Belinfante F.J.
– Physica, 1939, v. 6, p. 887.
4. Ohanian
H.C. – Amer. J. Phys., June 1986, v. 54, № 6, p.500.
5.
Утияма Р. К чему пришла физика. (От теории относительности к
теории калибровочных полей). М., Знание, 1986, 224 с.
6.
Aharonov Y., Susskind L. – Phys. Rev., 158, 1237-1238 (1967).
7.
Акимов А.Е., Тарасенко В.Я. - Известия высших учебных заведений,
серия Физика, 1992, т. 35, № 3, с. 13.
8. Hudson
R.P., - Progr. Cryog., 3, 99 (1961)
9.
Roberts L.D., Dabbs J.W.T., Ann. Rev. Nucl. Sci. 11, 175 (1961).
10.
Danials J.M., Goldemberg J., Rept. Progr. Phys., 25, 1 (1962).
11.
Carson D.J. Dynamic Nuclear Orientation. New York-London-Sydney,
John Wiley&Sans, 1963, 485 р.
12.
Bialynicky-Birula I. – Phys. Rev. 130, 465 (1963).
13.
Зельдович Я.Б. – Письма в ЖЭТФ, 1967, т. 6, вып. 10, с. 922.
14.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, т. IV, М., 1968,
ч. 1, c. 480.
15. Сахаров А.Д. – Доклада АН
СССР, 1967, № 1, с. 70.
16. Adler S. –
Rev. Mod. Phys., 54, № 3, 729 (1982).
17. Долгов
А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М., 1988,
c. 200.
18. Шипов Г.И. Теория
физического вакуума. М., 1997. – 450 c.
19.
Careri G. Ordine e Disordine Nella Materia. Laterza, 1982. – 232
p.
В.Г.К.
Источник: http://siac.com.ua/index.php?option=com_content&task=view&id=449&Itemid=44 |
